化工安全 第三章 火災爆炸事故的預防措施 (二 ) 化工安全第三章 課程課件 2 第五節 靜電的危害及防范措施 內 容 1、靜電的產生與靜電電荷的積累 2、 靜電的危害及引發燃燒爆炸事故的條件 3、 人體靜電 4、粉狀物料輸送過程中產生的靜電 5、液體在管道內流動產生的靜電 6、預防和控制靜電危害的技術措施 第五節 靜電的危害及防范措施 3 1、靜電的產生與靜電電荷的積累 靜電是指絕緣物質 （ 或孤立導體 ） 上攜帶的相對靜止的電荷 ， 它是由不同物體接觸摩擦時在物質間發生了電子轉移而形成的帶電現象 。 靜電電荷只能聚積于物體的表面上 ， 不能象在導體里的電流那樣容易流動 ， 因而稱之為靜電 。 第五節 靜電的危害及防范措施 4 （ 1）靜電的產生機理 電子掙脫原子核的束縛所需要的能量稱為 電子逸出功 。 它反映了原子核對電子的束縛力或者吸引力的大小，不同原子或者說是不同物質的電子逸出功是不相同的。 當兩種物體在一起互相摩擦，兩者作相距小于25 10-8cm的緊密接觸時，電子受到相反兩個方向的作用力，作用力之差 凈作用力就是電子逸出功之差。 第五節 靜電的危害及防范措施 5 由于兩物體各自帶有電荷相反的靜電荷，就形成了 雙電層 。 第五節 靜電的危害及防范措施 電子逸出功不同的物質接觸形成雙電層 電子逸出功大的物質帶負電荷 那一種物質的電子逸出功大？ 6 雙電層還不是靜電，當兩物質作相對運動，如固體間相互摩擦、液體在管道中流動、粉狀物料在布袋中滑動，部分電子來不及復位就隨物質離開了，就各自帶上了 凈電荷 靜電 。 靜電電荷的量 與相接觸的兩物質的電子逸出功之差 有關，差別越大即性質相差越大，靜電電荷越多，同時還與移動速度大小有關，速度越大，靜電電荷越多。 第五節 靜電的危害及防范措施 7 靜電的產生過程 第五節 靜電的危害及防范措施 8 靜電帶電序列 北川序列 （十）玻璃一頭發一尼龍一羊毛一人造纖維一綢布一醋酸人造絲一奧綸一紙漿和濾紙一黑橡膠一維尼綸一可耐尼龍一賽璐路一玻璃紙一聚苯乙烯一聚四氟乙烯（一） 綢布與玻璃棒摩擦帶正（十）電荷，而與聚四氟乙烯摩擦帶負（一）電荷 第五節 靜電的危害及防范措施 9 （ 2）靜電的積累與泄漏 產生的靜電電荷也能通過導體泄漏掉 ， 泄漏的快慢與物質的電阻率大小有關 ， 只有當物體是絕緣材料 、 或 物體表面是絕緣材料 或由 被絕緣材料隔離的導電 材料構成時 ， 才能在其表面上積累 （ 積聚 ） 電荷 。 否則 ， 產生的靜電會很快泄漏掉而不能積聚起來 。 第五節 靜電的危害及防范措施 10 這 里 所 說 的 絕 緣 材 料 ， 是 指 電 阻 率 大 于10l0cm的材料 。 電阻率在 10l0 1015 cm之間者容易產生靜電 ，是 防靜電工作的重點對象 ； 當電阻率大于 1015 cm時 ， 物體就不易產生靜電 ， 但一旦帶有靜電 ， 就難以消除 。 實踐證明 ， 物體電阻率 106 108cm的材料為導靜電材料 ， 即使上面帶上電荷 ， 也可瞬間消失 。 第五節 靜電的危害及防范措施 11 幾種液體的電阻率 第五節 靜電的危害及防范措施 名稱 電阻率 cm 名稱 電阻率 cm 乙烷 石油醚 煤油 庚烷 輕油 二硫化碳 二甲苯 甲苯 汽油 苯 1.0 108 8.4 1014 7.3 1014 4.9 1013 1.3 1014 3.9 1013 3.0 1013 2.7 1013 2.5 1013 1.6 1013 三氯乙烯 乙醚 乙醇 正丁醇 丙酮 醋酸乙酯 甲醇 醋酸甲酯 蒸餾水 異丙醇 6.1 1011 5.6 1011 7.4 108 1.1 103 1.7 107 1.7 107 2.3 106 2.9 105 1.0 106 2.8 109 12 介電常數 也反映電荷泄漏與積累的快慢 ， 當流體的相對介電常數超過 20， 不論是管道連續輸送還是貯運 ， 當有接地裝置時都不會產生靜電積聚 。 帶電體上靜電電量泄漏到原來一半所需要的時間叫靜電消散半衰期 tl 2。 靜電消散的半衰期越長 ， 靜電愈不容易泄漏 ， 危儉性愈大 。 半衰期與液體的介電常數 及電阻率 成正比 ，液體的半衰期可用下式計算： t1/2 6.5 10-14 對于固體帶電物質 ， 半衰期可用下式求得： t 1/2 0.69RC 第五節 靜電的危害及防范措施 13 半衰期反映靜電消散的快慢 ， 它是判斷靜電積聚的重要參數 。 在有些國家根據他們的經驗 ， 規定靜電半衰期 tl 20.012s的 ， 可以認為其靜電的積聚是安全的 。 在此條件下即使產生靜電 ， 也不致積聚起來 。 第五節 靜電的危害及防范措施 14 某些液體的 、 v與 t 1/2的關系 第五節 靜電的危害及防范措施 名稱 介電常數 電阻率 v 半衰期 t 1/2 s 己烷 二甲苯 甲苯 苯 庚烷 乙醇 甲醇 水 異丙醇 1.9 2.4 2.4 2.3 2.0 25.7 33.7 80.4 25.0 1 1010 3 1013 2.7 1013 1.6 1013 4.9 1013 7.4 108 2.3 106 1 106 2.8 105 1.2 105 4.6 106 4.1 106 2.4 106 6.4 106 1.2 10-3 5.0 10-6 4.9 10-8 4 10-3 15 （ 3）影響靜電產生的因素及靜電的特點 影響靜電 產生 的因素 凡是加快液體線性流速 、 增加湍流程度 、混入互不相溶的液體的因素 ， 如流速 、管徑 、 管材種類 、 管內壁粗糙度 、 彎頭多少 、 濾網密度與材質 、 油中有水等都影響產生靜電電荷的速度 。 第五節 靜電的危害及防范措施 16 影響靜電 泄漏 的因素 影響靜電泄漏的因素就影響靜電積累，如管道材料或相關物質的電阻率、法蘭間是否電氣連接、有無靜電接地、接地電阻大小、空氣濕度、帶電物質對水的親和度等。 第五節 靜電的危害及防范措施 17 靜電與工業用電的區別 第五節 靜電的危害及防范措施 內容 靜電 工業用電 產生方式 接觸、分離 電磁感應 空間積蓄的能量密度 小于 45 J/m3 106 J/m3 電位 高達幾千伏甚至上萬伏 220伏或 380伏 電流強度 微安（ A）數量級 安培（ A）數量級 如此高電位的帶電體若與零電位或低電位物體接觸形成不大的間隙時，極易產生靜電放電火花。 18 部分工序或場所的靜電電位數值 電影膠片制造 15kV及以上 橡膠制造及人造革制造 10 15kV 細小顆粒的研磨 ， 有粉塵的工序 10 15kV 噴漆 l0kV 賽璐珞的摩擦 40kV 橡膠輸送帶的運轉 （ 4m/s） 45kV 含瀝青的汽油通過絲織品濾網時 335kV 第五節 靜電的危害及防范措施 19 2、靜電的危害及引發燃燒爆炸事故的條件 （ 1） 靜電的危害 （ 2） 靜電引發燃燒爆炸事故的條件 第五節 靜電的危害及防范措施 20 （ 1）靜電的危害 引發燃燒和爆炸 火花放電 是發生在液態或固態導體之間的放電。 其特征是有明亮的放電通道，通道內有密度很高的電流，使其中的氣體完全電離。 放電很快且有很響的爆裂聲。 兩導體之間的電場強度超過擊穿強度時，就會發生火花放電。 因為發生放電的是導體，所有電荷幾乎全部進入火花，即火花幾乎消耗掉所有的靜電能量。 第五節 靜電的危害及防范措施 21 當導體上有曲率半徑很小的尖端時，即發生 電暈放電 。 電暈放電不一定指向某一特定方向。電暈放電時，尖端附近的場強很強，尖端附近氣體發生電離，電荷可離開導體；而遠離尖端處場強急劇減弱，電離不完全，只能形成微小電流。 電暈放電的特征是伴有嘶嘶的響聲，有時有微弱的輝光。 第五節 靜電的危害及防范措施 22 刷形放電 發生在非導體和導體之間，是自非導體上的許多點發出短小火花的放電。火花是由非導體表面能夠流入其中的電荷引起的。其放電總體經常有刷子似的形狀。刷形放電的局部能量可能具有引燃能力。 場致發射放電 是從物體表面發射出電子的放電。其放電能量很小，因此，只有涉及敏感度很高的易爆物品時，才具有危險。 第五節 靜電的危害及防范措施 23 當懸浮在空氣中的帶電粒子形成大范圍、高電荷密度的電荷云時，會發生閃雷狀的所謂雷形放電。 受壓液體、液化氣高速噴出時，可能發生雷形放電。 雷形放電能量很大，引燃危險也很大。 第五節 靜電的危害及防范措施 靜電火花引燃，造成火災甚至爆炸，是其最大的危害 。 24 容易產生靜電的工序和工作狀態 第五節 靜電的危害及防范措施 物態 工序和狀態 固體或粉體 摩擦 混合 攪拌 洗滌 粉碎 切斷 研磨 篩選 切削 振動 過濾 剝離 捕集 液壓 倒換 輸送 繞卷 開卷 投入 包裝 涂布 印刷 穿脫衣服 皮帶輸送 液體 流送 注人 充填 倒換 滴流 過濾 攪拌 吸出 洗滌 檢尺 取樣 飛濺 噴射 搖晃 檢溫 混入雜質 混入水珠 氣體 噴出 管內輸送 泄漏 噴涂 排放 高壓洗滌 25 靜電放電釋放的能量多少與許多因素有關 ， 導體火花放電一般能釋放全部能量 ，靜電放電能量可用下式計算： 式中 ， E 靜電放電能量 ， J； Q 電量 ， C； U 靜電壓 ， V； C 電容， F。 第五節 靜電的危害及防范措施 25.05.0 CUQUE 26 例如： 當向槽車中裝苯時產生靜電 ， 測得靜電壓為 1000V， 電容為 1.0 10-9F， 如發生靜電放電 ，問放電能量能否引起苯的燃燒或爆炸 ？ 首先計算放電的能量 E = 0.5 CU2 = 0.5 1.0 10-9 10002 = 5 10-4J = 0.5 mJ 已知苯的最小點火能 （ 最小引燃能量 ） 為0.2mJ， 上述數值大大超過了苯的最小點火能 ，所以完全可以使之爆炸 。 第五節 靜電的危害及防范措施 27 什么是最小點火能 Emin ？ 點燃某可燃物質的最小能量為該物質的最小點火能，其反映了物質被點燃的難易程度， Emin越小越易被點燃。 物質不同，最小點火能也不相同。 實際的最小點火能還與物質濃度、氧氣濃度有關。 第五節 靜電的危害及防范措施 28 第五節 靜電的危害及防范措施 可燃性氣體 最小點火能量 可燃性氣體 最小點火能量 氫氣 0.019 乙 /丙烷 0.31 乙炔 0.02 丙酮 1.15 乙烯 0.096 苯 0.55 環氧乙烷 0.105 甲苯 2.5 甲醇 0.215 甲乙酮 0.53 甲烷 0.28 四氫呋喃 0.54 汽油 0.15 氨 0.77 部分氣體的最小點火能 /10-3J 29 （ 2）靜電引發燃燒爆炸事故的條件 a. 要具備產生靜電的條件； b. 要具備產生火花放電的電位； c. 有能產生火花放電的條件； d. 放電火花有足夠能量； e. 現場環境有易燃易爆混合物 。 此 5個條件缺一不可 ， 因此要達到預防目的 ， 只要消除其中一條即可防止火災爆炸事故 。 第五節 靜電的危害及防范措施 30 預防靜電事故的措施： 減少產生量、泄放、消除 第五節 靜電的危害及防范措施 31 判斷安全電位 生產過程中積累靜電的物體是導體時 靜電安全判據可為 Emax 0.4Emin， 由此可知靜電可能引起燃燒爆炸的最低界限 ，以電位表示為： 第五節 靜電的危害及防范措施 CECEU m i nm a x8.0232 生產過程中積累靜電的物體是絕緣體時 如果絕緣材料發生放電 ， 其積累的靜電電能一般不能一次全部放出 ，可按下述大致標準進行判斷是否有引發燃燒爆炸的危險 。 a 對于最小靜電點火能為數十毫焦耳的危險物質 ， 帶電體電位達1kV以上 ， 或帶電電荷密度達 1 10-7k/m2以上就有燃爆危險； b 對于最小靜電點火能為數百毫焦耳的危險物質 ， 帶電體電位達5kV以上 ， 或帶電電荷密度達 1 10-6k/m2 時以上就有燃爆危險； c 對帶電體用接地的直徑約為 3mm以上的金屬球靠近時 ， 在帶電體與金屬球之間產生有光和聲的放電效果時 ， 就有引起燃爆的危險； d 當操作人員 （ 人體 ） 接近帶電體時 ， 人體有靜電電擊的感覺 ，就有引起燃爆的危險； e 若帶電體表面電荷密度達到 1 10-4k/m2， 產生表面放電 ， 放出數百毫焦耳的放電能量 ， 就有引起燃爆的危險 。 第五節 靜電的危害及防范措施 33 3、人體靜電 （ 1） 人體靜電的產生與危害 人體產生靜電的機理與工藝過程中完全相同 ， 也是由于摩擦所致 。 人穿的衣服之間在長時間充分接觸和摩擦中帶了靜電 ，在脫衣時 ， 兩件帶有異性電荷的衣服在彼此脫離接觸時就會發生靜電放電 。 不僅衣服摩擦可以產生靜電 ， 而且穿著膠底鞋在絕緣地板上來回走動后人體也會帶上靜電 ， 人坐在人造革等絕緣材料為表面的椅子上活動后起立時人體也會帶上靜電 ， 即使用干抹布抹絕緣桌面后 ， 也能使人體帶上靜電 。 據報道 ， 人穿塑料鞋在橡膠板上來回走動可使人體帶電 2 3kV。 第五節 靜電的危害及防范措施 34 表 3-5-5 工作環境的人體帶電 第五節 靜電的危害及防范措施 人體活動方式 環境溫、濕度 人體對地電阻（ ） 人體對地電容（ pF） 人體對地電壓（ V） 穿塑料涼鞋站在紅橡膠地板上走動 慢步約 20米 25 64% 1012 180(雙腳 ) 120(單腳 ) -900（雙） -1500（單） 快步約 20米 -1200（雙） -2000（單） 快步約 40米 -1500（雙） -2800（單） 穿塑料涼鞋在紅橡膠地板上撣桌椅后 用干抹布抽撣干凈的漆桌面 25 59% 1012 180(雙腳 ) 120(單腳 ) +2500（雙） +3700（單） 用干抹布抽撣人造革椅子面 +2800（雙） +3800（單） 用干抹布抽撣紅橡膠板鋪設的工作臺面 +2200（雙） +3400（單） 35 表 3-5-6 靜電電擊人體的反應 第五節 靜電的危害及防范措施 人體帶電電位（ V） 靜電放電時 人體感覺程度 備注 人體帶電電位（ V） 靜電放電時 人體感覺程度 備注 1000 沒有感覺 7000 手指手掌有強烈痛感 ， 麻痹干 2000 手指外側有感覺 ，但不痛 產生微弱放電聲 8000 從手掌到前臂有麻痹感 3000 有微弱針刺痛感 9000 手腕有強烈同感 ，手有很強的麻痹感 4000 手指有微痛感 ，如針扎之痛感 可見到放電火花 10000 整個手都痛 ， 感到電流流過 5000 手掌到手臂前半部有電擊痛感 放電火花從手指延伸 11000 手指強烈麻痹 ，整個手有強烈電擊感 6000 手指劇烈痛感 ，受電擊后手臂感覺沉重 36 人體靜電對生產的危害同樣是引發火災 ， 而人的位置不固定 ， 經常出現在高度危險的場所 ，因此防范人體靜電的危害在安全管理工作中十分重要 。 西安某廠用浸了汽油的鋸末擦精密車間的地板 ，汽油蒸氣充滿了這個 40m2的房間 。 由于工作人員穿著 滌綸衣服 和 泡沫塑料涼鞋 活動 ， 使衣服和拖鞋上都帶上較高靜電 ， 這時恰好有人踢到地面上一小段露頭的舊穿線鐵管 ， 于是立即發生放電 ， 放電火花引起汽油蒸氣與空氣混合物的燃燒爆炸 ， 傷亡多人 ， 室內設備和儀器也嚴重燒毀 。 由此可見 ， 人體靜電放電有時危害是很大的 。 第五節 靜電的危害及防范措施 37 （ 2）消除人體靜電的措施 消除人體靜電的措施包括： 穿防靜電工作服、人體接地、工作地面導靜電化以及加強防靜電安全操作等。 第五節 靜電的危害及防范措施 38 穿防止靜電的工作服裝 在有靜電危害的場所工作人員 （ 包括臨時人員 ） 應穿戴防靜電工作服 、 鞋和手套 ， 不得穿用化纖衣物 。 穿防靜電的工作服不僅可以少產生靜電 ， 降低人體電位 ，同時可以避免服裝上帶高電位所引起的其他危害 。 禁止穿羊毛或化纖厚襪； 穿防靜電工作服或手套和帽子 ，不穿厚毛衣 ， 可穿棉制品服裝 。 防靜電鞋的電阻值應小于 107， 并大于 105。 穿防靜電鞋可保持人體接地 ，防止人體形成較高的靜電電位 。 要特別注意：嚴禁在鞋內外粘貼絕緣墊 ， 并應定期作檢查 。 另外 ， 在防爆廠房內 ， 應避免穿脫衣服 、 靴 、 鞋 、 梳頭及劇烈活動 ，因為這些動作可能產生靜電放電而引起火災爆炸事故 。在有靜電危險的場所 ， 不得攜帶與工作無關的金屬物品 ， 如鑰匙 、 硬幣 、 手表 、 戒指等 ， 也不許穿帶釘子的鞋等進人現場 ， 不準使用化纖材料制作的拖布或抹布擦洗物體或地面 。 第五節 靜電的危害及防范措施 39 人體接地 在人體必須接地的場所 ， 應裝設金屬接地棒 消電裝置 。 工作人員隨時用手接觸接地棒 ， 以清除人體所帶有的靜電 。在坐著工作的場合 ， 工作人員可佩帶接地的腕帶 。 防靜電的場所入口處 、 外側 ，應有裸露的金屬接地物 ， 如采用接地的金屬門 、 門簾 、 扶手 、 支架等 。 在油罐 、精餾塔的爬梯入口應留一小段不涂漆 ，供工作人員觸摸接地 。 第五節 靜電的危害及防范措施 40 工作地面導靜電化 地面保持一定的導電性 ， 才能使人體有效接地 。 工作地面導靜電化就是使用導電工作地面 ， 其電阻的阻值既要小到能防止人體靜電的積累 ，又要考慮不會由于誤觸動力電導致人體嚴重傷害 ， 故電阻值應適當 。 目前國內外定為一般場合為 108， 有火災爆炸危險的場所為 106。 國內一般要求為 3 104 R 106。 當空氣相對濕度在 30%以下時 ， 每班灑水至少 1 2次 ，使混凝土地面 、 嵌木地板濕潤 ， 使橡膠 、 塑料貼面及油漆地面形成水膜 ， 增加導電性 。 第五節 靜電的危害及防范措施 41 表 3-5-7 不同地面材料的泄漏電阻 第五節 靜電的危害及防范措施 材料名稱 泄漏電阻 材料名稱 泄漏電阻 導電性水磨石 導電性橡膠 石 混凝土 導電性聚氯乙烯 105 107 104 108 104 109 105 1010 107 1011 一般涂漆地面 橡膠貼面 木膠合板 瀝青 聚氯乙烯貼面 109 1012 109 1013 1010 1013 1011 1013 1012 1015 42 4、粉狀物料輸送過程中產生的靜電 對粉狀物料進行篩選 、 輸送 、 攪混 、 氣流烘干 、旋風分離及袋式除塵等加工處理 ， 過程中免不了有物料顆粒之間或物料與器壁 、 管壁 、 布袋之間的相互碰撞和摩擦 ， 接觸與分離反復進行 ，它們之間就會產生電子轉移現象 ， 粉體及器壁會分別帶上不同符號的靜電 。 對于完全分散的粉粒，其能保持的最大表面電荷密度為 10C m 2(微庫米 2)。 第五節 靜電的危害及防范措施 43 圖 3-5-2 粉體物料從斜導槽上流過時帶靜電的情況 (a)流動摩擦起電； (b)金屬容器上的感應電荷； (c)等效電路 KC U R( a ) ( b ) ( c )44 2001年 ， 石家莊某制藥集團的一車間內 ， 在離心機放料過程中發生靜電火災 ， 分析事故原因時 ， 發現離心機與雙錐之間垂直高度為 3.5m，落差大造成放料速度過快 ， 與普通化纖接料袋的摩擦速度過快 ， 短時間內積聚大量的電荷是造成靜電火花放電的主要原因之一 。 也是在 2001年 ， 河北一工廠車間向預先裝 （ 投 ）好丙酮的反應釜內投加粉狀反應物 ， 直接從塑料編織袋中放出 ， 粉體流動產生的靜電使編織袋靜電電位高達 2000V， 接觸反應釜時放電產生的火花將丙酮蒸汽引爆 。 第五節 靜電的危害及防范措施 45 又如 ， 某廠采用氣流烘干可燃性粉體物料 ，氣流溫度 80 ， 烘干后用袋式除塵器捕捉細粉 。因為粉料堵塞了袋濾的網眼 ， 便停止運轉來將布袋上的粉塵抖落下來 ， 抖落后再開車運轉時 ，突然發生了粉塵與空氣混合物的燃燒與爆炸 。據分析是因為過濾袋由化纖織物制成 ， 粉狀物料長時間與布袋摩擦并穿過布袋網眼與其分離 ，使布袋帶上靜電 ， 在撣落的過程中 ， 又使靜電電壓進一步升高 ， 達到數萬伏 ， 這樣 ， 當重新開車時 ， 布袋被空氣吹脹 ， 很可能與金屬框架之間發生靜電放電而引起燃爆事故 第五節 靜電的危害及防范措施 46 5、液體在管道內流動產生的靜電 圖 3-5-3 液體與管壁形成雙電荷層及沖流電流 （ a）管內流動液體形成雙電荷層； (b)管內壁突起帶電情況 第五節 靜電的危害及防范措施 47 固體管壁表面上吸附的電荷層很薄，只有幾個分子大小厚度，稱為固定電荷層；而液體內的電荷層較厚，有許多個分子甚至幾毫米的厚度，稱為擴散電荷