靜電的控制與消除方法

   靜電是一種常見的自然現(xiàn)象。任何一種材料，不論是固體、液體還是氣體，不論是導(dǎo)體還是絕緣體，都會因為摩擦而帶有電荷。電荷量的多少除了取決于材料本身的特性，還受工藝設(shè)備和參數(shù)、環(huán)境條件等因素的影響。靜電最為嚴(yán)重的危險是引起爆炸和火災(zāi)。在很多情況下，不產(chǎn)生靜電是不可能的。但產(chǎn)生靜電并非危害所在，危險在于靜電的積累，以及由此產(chǎn)生的靜電電荷的放電。

   防護靜電主要是對爆炸和火災(zāi)的防護。靜電災(zāi)害的預(yù)防措施包括控制靜電產(chǎn)生的措施，防止靜電積累的措施，防止爆炸性混合物形成的措施等。

    靜電災(zāi)害預(yù)防的原則有兩條：要防止靜電的聚集，避免或減少靜電放電的產(chǎn)生，或采取“邊產(chǎn)生邊泄漏”的方法達到預(yù)防靜電荷積聚的目的，將靜電荷控制在不至引起危害的程度，對已存在的電荷積累，迅速可靠地消除掉。

   控制靜電的方法就是在發(fā)生靜電火花之前，為彼此分離的電荷提供一條通路，使它們毫無危害地中和。為此，可以采用下述幾種方法。

1 工藝控制

   工藝控制是指從工藝上采取相應(yīng)的措施，用以限制和避免靜電的產(chǎn)生和積聚，是消除靜電危害的方法之一，應(yīng)用較廣泛。

   工藝控制是從工藝流程、設(shè)備構(gòu)造、材料選擇及操作管理等方面采取措施，限制電流的產(chǎn)生或控制靜電的積累，使之控制在安全的范圍之內(nèi)。

   在很多可能產(chǎn)生和積累靜電的工藝過程中，都要用到有機溶劑和易燃液體并由此帶來爆炸和火災(zāi)的危險。在不影響生產(chǎn)工藝過程、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟合理的前提下，使用不可燃介質(zhì)代替易燃介質(zhì)。在爆炸和火災(zāi)危險場所采用通風(fēng)裝置或抽氣裝置及時排除爆炸性混合物，使混合物濃度不超過爆炸極限，防止靜電火花引起爆炸或火災(zāi)。

   正確區(qū)分靜電產(chǎn)生區(qū)和逸散區(qū)，采取不同的防靜電危害措施，增強靜電電荷的衰減。在靜電產(chǎn)生區(qū)，主要指帶電過程（分離出相反極性的電荷）；在靜電逸散區(qū)，是指電荷自介質(zhì)材料上泄漏或松弛而逸散，這些現(xiàn)象的本質(zhì)是電荷守恒定律?；陔姾墒睾愣?，兩個區(qū)域的存在，可以采用不同的預(yù)防靜電危害的措施。由于工藝過程、工作參數(shù)或生產(chǎn)物料性質(zhì)的改變，可能改變產(chǎn)生靜電區(qū)域和靜電逸散區(qū)域的分布。

對設(shè)備和管道選擇適當(dāng)?shù)牟牧稀?/p>

   控制物料輸送速度，適當(dāng)?shù)匕才盼锪贤度腠樞?。降低摩擦速度或流速等工藝參?shù)可限制靜電的產(chǎn)生。例如，油品在管道中流動所產(chǎn)生的流動電流或電荷密度的飽和值與油品流速的平方成正比。可見控制流速是減少靜電荷產(chǎn)生的一個有效辦法，然而這種方法與目前石油工業(yè)發(fā)展的高速裝運存在矛盾。一些國家和單位進行研究的結(jié)果是對最大流速加以限制。在帶傳送等其他產(chǎn)生靜電的工藝過程中，也應(yīng)該根據(jù)運行經(jīng)驗得出某些允許的工藝參數(shù)。改變工藝過程時，應(yīng)注意這些工藝參數(shù)的要求。

   控制產(chǎn)生靜電的附加源。在工藝過程中，產(chǎn)生靜電的區(qū)域（如輸送管道），在目前情況下要想做到不產(chǎn)生靜電是很困難甚至是不可能的。但是，對產(chǎn)生電荷的附加源，在很大場合是能預(yù)防的。

   在生產(chǎn)工藝的操作上，應(yīng)控制油品處于安全流速范圍內(nèi)。減少油品的飛濺，同時防止油品中夾入水分和氣體。盡量采用金屬管道或部件，當(dāng)采用非導(dǎo)體材料時，應(yīng)采取相應(yīng)的措施。液體石油產(chǎn)品通過精細過濾器會產(chǎn)生大量靜電荷，從過濾器出口到儲器應(yīng)留有 30s 緩和時間。

   此外，不允許把不接地的孤立導(dǎo)體置于料斗內(nèi)或其他容器內(nèi)，防止因靜電感應(yīng)造成火花放電。

2 靜電接地

靜電接地是消除導(dǎo)體上靜電簡單有效的方法，是防止靜電的最基本的措施。可以利用工藝手段對空氣增濕、添加抗靜電劑。

   接地是消除靜電災(zāi)害最簡單、最常用的方法，把設(shè)備上各部分經(jīng)過接地極與大地連接，靜電連接系統(tǒng)的電阻不應(yīng)超過4。它主要是消除導(dǎo)體上的靜電，其類型包括3種。

   直接接地，即將金屬導(dǎo)體與大地進行導(dǎo)電性連接，從而使金屬導(dǎo)體的電位接近于大地電位的一種接地類型。

   間接接地，即為了使金屬導(dǎo)體外部的靜電導(dǎo)體和靜電電壓導(dǎo)體進行靜電接地，將其表面的全部或局部與接地的金屬導(dǎo)體緊密相連，將此金屬作為接地電極的一種接地類型。

   跨接接地，即通過機械和化學(xué)方法把金屬物體間進行結(jié)構(gòu)固定，從而使兩個或者兩個以上互相絕緣的金屬導(dǎo)體進行導(dǎo)電性連接，以建立一個供電流流動的低阻抗通路，然后再接地的一種接地類型。應(yīng)當(dāng)指出，導(dǎo)體因感應(yīng)而放電時，接地只能消除部分危險。

   由于防靜電接地系統(tǒng)所要求的接地電阻值較大而接地電流很小，所以其接地線主要按機械強度來選擇，其最小截面為 6 mm²。一般采用絕緣導(dǎo)線，對移動設(shè)備則采用可繞導(dǎo)線。

   對于固定式裝置的防靜電接地，接地線應(yīng)與其焊接。對于移動式裝置的防靜電接地，接地線應(yīng)與其可靠連接，防止松動或斷線。

3 靜電屏蔽

3.1 靜電屏蔽的效果

   接地屏蔽（簡稱屏蔽）是用屏蔽材料阻止帶電體（絕緣體帶電）對其附近物體的電氣作用，從而得到防止絕緣體帶電引起的力學(xué)現(xiàn)象和放電現(xiàn)象。

   靜電屏蔽的目的是屏蔽帶電體的靜電場，一般是通過接地的金屬等導(dǎo)體（如金屬絲、金屬網(wǎng)等）覆蓋帶電體的表面。

   在帶電體上安裝屏蔽材料時，不一定全部屏蔽，可以采取部分屏蔽的方法。屏蔽之后帶電體的靜電容量將增大，電位上升將受到抑制，其結(jié)果是帶電體放電頻率減小。但采用部分屏蔽，會產(chǎn)生不理想的結(jié)果。若在屏蔽材料的帶電體的另一面有接地體靠近，且?guī)щ婓w帶電量較大時，將會發(fā)生表面放電，此種放電引起的著火爆炸的概率很高，屏蔽反而起到相反的效果，因此在進行屏蔽時必須加以注意。

3.2 接地屏蔽方法

   靜電屏蔽原則上不需要對帶電體表面全部覆蓋，只要達到帶電體電位不升就可以了。屏蔽材料應(yīng)有足夠機械強度的直徑盡量小的金屬線或數(shù)厘米方孔的金屬網(wǎng)等。但屏蔽接地一定要可靠，并且以不使屏蔽材料與帶電體發(fā)生靜電放電為宜。為此要注意以下幾點。

   靜電屏蔽應(yīng)盡量使屏蔽材料緊密結(jié)合與帶電體

上。因此最好是將屏蔽材料的各重要部位，分別固

定在帶電體上。

   使用細金屬線做屏蔽材料時，應(yīng)將金屬線間隔數(shù)厘米緊密纏繞在帶電體上，為軟管或管子等屏蔽，是將金屬線在軟管的表面進行屏蔽或使用內(nèi)有金屬線的軟管和管子，金屬線要可靠地接地，并應(yīng)注意金屬線中間不能斷開。

   使用金屬以外的材料做屏蔽時，應(yīng)在屏蔽材料配上與其緊密結(jié)合的金屬，并將此金屬可靠地接地。如布袋過濾器（簡稱袋濾器），應(yīng)使用在布內(nèi)加導(dǎo)電性纖維或金屬線的材料，導(dǎo)電纖維布通過金屬環(huán)進行接地。在儲油罐內(nèi)取樣和檢測的場所，為了限制帶電液體電位，可在罐內(nèi)設(shè)置開孔金屬圓筒檢測井，檢測井內(nèi)孔直徑為 30 cm 左右，并可靠接地。如單純?yōu)榱讼拗茙щ娨好骐娢簧仙部梢栽诠迌?nèi)各處和罐頂蓋與底面中間每隔數(shù)米設(shè)置垂直的接地金屬線或?qū)щ娦岳K索。

4 靜電中和法

   靜電中和法是利用極性相反的電荷中和（消除）靜電的方法。

   靜電中和器又叫接地消除器，主要是將分子進行電離，產(chǎn)生消除靜電所必須的離子（一般正負(fù)離子成對）的裝置。其中與帶電物極性相反的離子，向帶電體移動，并和帶電物體的電荷進行中和，從而達到消除靜電的目的。這種方法已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)薄膜、紙、布等行業(yè)，但是應(yīng)用不當(dāng)或失誤會使消除靜電的效果減弱，甚至?xí)?dǎo)致事故發(fā)生。利用此原理制成了靜電消除器，靜電消除器的類型主要有自感應(yīng)式、外接電源式、放射線式、離子流式和組合式等，在生產(chǎn)中根據(jù)需要選擇合適的靜電消除器。

   根據(jù)不同的物質(zhì)相互摩擦能產(chǎn)生不同極性的靜電的原理，對生產(chǎn)過程中能產(chǎn)生靜電的機械零件進行適當(dāng)?shù)倪x擇和組合，使摩擦產(chǎn)生的正、負(fù)電荷在生產(chǎn)過程中自行中和，破壞其靜電積累的條件。

   在膠片生產(chǎn)和印刷行業(yè)中，空氣濕度不宜過大。對此可以采用裝設(shè)消靜電器，產(chǎn)生異性電荷以電暈方式中和靜電。

   利用放射性同位素，在不需要電源的情況下，放射α、β粒子，離化空氣，中和靜電。這種方法穩(wěn)定性好，效率高，在易燃易爆的條件下也比較安全。

   向粉塵物質(zhì)輸送管道中噴入“離子風(fēng)”，中和靜電電荷，防止爆炸。

   物體上的靜電通過空氣迅速中和是發(fā)生在氣體放電的時候。這標(biāo)志著氣體中出現(xiàn)了碰撞電離。若出現(xiàn)了雪崩式電離，即由于碰撞出來的電子和離子再度引起碰撞電離，便會使電流急劇增加而形成火花放電。放電是中和靜電的主要方式之一。它又分為下面3種形式。

   電暈放電：發(fā)生在帶電體尖端附近或曲率半徑很小處的局部區(qū)域內(nèi)。該區(qū)域內(nèi)電場強度很高，使氣體分子發(fā)生電離，產(chǎn)生一薄層電暈，形成電暈放電。有時還伴有嘶嘶聲和淡紫色光。帶正電荷者比帶負(fù)電荷者容易形成電暈且較為強烈。

   刷形放電：其放電通道有很多分支而不集中在一點，放電時伴有聲光。由于絕緣束縛電荷的能量較強，其表面容易出現(xiàn)刷形放電。

   火花放電：是指放電通道集中的放電，即電極上有明顯放電集中點的放電?；鸹ǚ烹姇r有短促的爆裂聲和明亮的閃光。

5 增濕

   隨著濕度的增加，絕緣體表面上形成薄薄的水膜。該水膜的厚度只有1 ×10^-5cm，其中含有雜質(zhì)和溶解物質(zhì)，有較好的導(dǎo)電性。因此，它能使絕緣體的表面電阻大大降低，能夠加速靜電的泄漏。增濕適用于絕緣體上靜電的消除。但增濕主要是增強靜電沿絕緣體表面的泄漏，而不是增加通過空氣的泄漏。因此，增濕對于表面容易形成水膜或表面容易被水潤濕的絕緣體有效。如醋酸纖維、硝酸纖維素、紙張、橡膠等。而對于表面不能形成水膜、表面水分蒸發(fā)極快的絕緣體或孤立的帶靜電絕緣體，增濕也是無效的。允許增濕與否以及允許增加增濕的范圍，需根據(jù)生產(chǎn)要求確定。從消除接地危害的角度考慮，保持相對濕度在70%以上較為適宜。當(dāng)相對濕度小于 30% 時，產(chǎn)生的靜電是比較強烈的。

   為防止物體表面大量帶電，相對濕度應(yīng)在50% 以上；為了提高降低靜電的效果，相對濕度應(yīng)提高到 65%~70%；對于吸濕性很強的聚合材料，為了保證降低靜電的效果，相對濕度應(yīng)提高到80%~90%。

   應(yīng)當(dāng)注意，空氣的相對濕度在很大程度上受濕度的影響。增濕的方法不宜用于消除高溫環(huán)境的絕緣體上的靜電。

6 抗靜電添加劑

   抗靜電添加劑是化學(xué)藥劑，具有良好的導(dǎo)電性或較強的吸濕性。因此，在容易產(chǎn)生靜電的高絕緣材料中加入抗靜電添加劑，能降低材料的體積電阻率或表面電阻率，加速靜電的泄漏，消除靜電的危險。對于固體，若能將其體積電阻率降低至 1×10⁷Ω·m 以下，或?qū)⑵浔砻骐娮杪手?10⁸Ω·m 以下，即可消除靜電的危險。對于液體，若能將其體積電阻率降低至1×10⁸Ω·m以下，即可消除靜電的危險。

    使用抗靜電添加劑是從根本上消除靜電危險的方法，但應(yīng)注意防止某些抗靜電添加劑的毒性和腐蝕性造成的危害。這應(yīng)從工藝狀況、生產(chǎn)成本和產(chǎn)品使用條件等方面考慮使用抗靜電添加劑的合理性。在橡膠行業(yè)中，為了提高橡膠制品的抗靜電性能，可采用炭黑、金屬粉等添加劑，如在橡膠中加入導(dǎo)電炭黑、火藥藥粉中一般加入石墨。在石油行業(yè)，可采用油酸鹽、環(huán)烷酸鹽、鉻鹽、合成脂肪酸鹽等抗靜電添加劑，以提高石油制品的導(dǎo)電性，消除靜電危險。這種微量的抗靜電添加劑并不影響石油制品的理化性能。

   應(yīng)當(dāng)指出，對于懸浮粉體和蒸汽靜電，因其每一微小的顆粒（或小珠）都是互相絕緣的，所以任何用抗靜電添加劑都不起作用。

7 加強靜電安全管理

   在有靜電危險的企業(yè)，靜電安全管理應(yīng)當(dāng)是企業(yè)整體性的管理，而不應(yīng)當(dāng)是局部性管理。靜電安全管理包括靜電標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定、靜電安全教育、操作規(guī)程管理等內(nèi)容。

   工作中應(yīng)盡量不搞可使人帶電的活動；合理使用規(guī)定的防護用品；工作時應(yīng)有條不紊，避免急性動作；在防靜電場所不得攜帶與工作無關(guān)的金屬物品；不準(zhǔn)使用化學(xué)纖維材料制作的拖布或抹布擦洗物品及地面。

   企業(yè)的安全管理者應(yīng)重視靜電在化工生產(chǎn)中的危害，把靜電的危害通過合理的安全措施予以消除，從而保證企業(yè)安全生產(chǎn)，避免事故的發(fā)生。