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关于静电的常识

虽然静电效应是电学中最早用实验证明出来的,但在现代工业制程中静电却还被视为“无名火”。

一、前语

尽管静电效应是电学中最早用试验证明出来的,但在现代工业制程中静电却还被视为“无名火”。一般业界对静电损害防制技能可谓恰当生疏,常常发生许多误解或误用防制办法而不自知,致使未能防备静电损害事端的发生。 在大部份工业制程中都会发生静电荷的累积,轻则使人感到不舒适,重则对人体构成损伤,乃至在易燃性气体、液体和粉尘的装卸与运送进程中,发生火灾爆破事端。尤其在某些具潜在静电损害的职业,如:化学、石油、涂料、塑料、制药、食物、印刷和电子等职业,简单有静电损害发生的问题。

二、静电损害的发生

在作业环境中,一切因静电引起的火灾爆破事情都遵从着相同的程序,如下所述:首要发生电荷别离,然后电荷累积,若电荷无法散逸,则将发生静电放电,一起或许点燃周围易燃性物质,而发生火灾爆破损害事情。 许多工业制程常运用导电性甚差的物质,并常有外表触摸、别离和移动的操作,因而发生电荷别离的现象。例如:高电阻值液体的活动或过滤、粉体的研磨、混合或挑选进程、粉体的气动式传输、人员或车辆在绝缘地板上的移动、运送带或薄片状物质在滚轮上的移动等。在上述或相似的制程中都会发生静电的问题。 当电荷在物体上累积到使电场达空气的介电强度3MV/m时,就会发生放电现象,将其所贮存的悉数或部份能量开释出来,构成具有光与热的放电途径,并或许点燃易爆性物质。依据易燃性物质的最小引火能量 (Minimum Ignition Energy MIE) 数据,可推知静电放电的能量是否足以点燃该易燃性物质。

近来因为许多设备的零件都运用非导电性塑料,使得设备中某部份金属的组件、组件、管路、容器或结构构成电的绝缘体,致使电荷逐步累积至风险程度。典型的比如包含:在塑料管路上装置金属漏斗、金属管路上因非导电性垫圈而使某段金属管路绝缘、人员因穿绝缘鞋或站在绝缘地板上而使人体被绝缘等。累积在绝缘导体上的电荷发生放电时,会将一切的能量在一次放电中开释,此类静电放电称为火花放电。一般来说,火花放电可点燃易燃性气体、蒸气和尘云。 电荷在绝缘物体外表的移动速率甚慢,但是静电放电的继续时间却极短,因而绝缘物体积蓄的电荷,不易于单次的静电放电中悉数开释出来,而或许在绝缘物体外表之邻近区域发生屡次静电放电。因为电荷和周围环境几许形状之不同,放电型式可分为:电晕放电、刷状放电,以及射状放电三种。一般来说,刷状放电之能量大于电晕放电。刷状放电能量足以点燃许多易燃性气体、溶剂蒸气及混合物等。在一非导电性薄膜的双面充溢正、负极性电荷时将积蓄很多电荷,若发生射状放电其能量足以点燃大多数的可燃性气体和易燃性粉尘。 在一大筒仓或容器中充溢高电荷粉粒产品的外表发生之辐射状办法放电,称为很多粉堆放电。若有易燃性气体或具有较低最小引火能量之尘云存在时,则有甚大的潜在损害,因而有必要设法扫除很多粉堆放电的发生。

三、静电损害防制办法

静电损害防制办法可分为接地、添加湿度、约束速度、抗静电资料、与静电消除器等五种。工业制作进程中,因作业环境、程序及资料的不同,所实施的静电损害防制办法亦会有所不同。选用时有必要考量现场制程环境、条件与约束,乃至经费、办理体系与人力本质等要素。没有一种静电损害防制办法能够适用于一切的工业制程或状况,有时一起选用二种或二种以上的静电损害防制办法。

1 接地

静电损害防制办法中,接地是最有用且经济的办法。制程中因冲突、感应或传导等办法发生静电,若电荷积蓄在对地绝缘的金属设备、导电性产品或人员身体上,则积蓄的电荷会在一次放电中将能量开释。此类静电放电为发生静电损害事端之首要原因。其防制办法便是将一切具导电性的目标实施接地,并坚持低的接地电阻,将积蓄在金属设备、导电性产品或人员身体上的电荷敏捷向大地散逸,以防止发生静电损害事端。 依据相关研讨显现,存在易燃性蒸气的一般作业场所中,被绝缘的金属设备/组件、导电性产品或人员身体自身的电位需达100 V以上,方或许因放电而点燃周围的易燃性物质。因而在工厂中将被绝缘的金属设备/组件、导电性产品等实施接地,坚持接地电阻小于106 Ω,就足以将积蓄的电荷敏捷向大地散逸,而将自身的静电电位降至100 V以下,以防止发生静电损害事端。

2 添加湿度

添加作业环境中空气的相对湿度,在现在传统产业的制程中亦是常见的静电损害防制办法。在高湿度(R.H. > 65 ?)环境中,若物质外表具亲水性,则简单吸附空气中的水份,从而下降物质的外表电阻值,添加电荷散逸的速率,将电荷积蓄程度降至最低。这类物质包含棉、纸及醋酸纤维素等。工厂制程中一般会选用加湿器、地上浇水、或水蒸气喷出等办法,添加作业环境中空气的相对湿度。 若物质外表为非亲水性,则不易吸附空气中的水份,致无法下降物质的外表电阻值,因而不能添加电荷散逸的速率。这类物质包含部份人工聚合物如:ABS(Acrylonitrile – Butadiene – Styrene,丙烯月青- 丁二烯 – 苯乙烯)、Teflon(铁氟龙,氟碳聚合物)等。这类高斥水性物质需要相对湿度进步至80 ?,乃至90 ?以上,才干有用下降物质的外表电阻值,将电荷积蓄程度降至最低。

3 抗静电资料

制程中物质所积蓄的静电会经传导途径向大地散逸。若传导途径为绝缘性资料(导电性低)则静电散逸率低,若传导途径为导电性资料(导电性高)则静电散逸率高。物质的外表电阻系数小于1011 Ω/m2或体积电阻系数小于1010 Ωm,即可防止物质积蓄过量的静电。该类物质称为抗静电资料。但在含易燃性物质的作业场所中,则抗静电资料的外表电阻系数需小于108 Ω/m2或体积电阻系数需小于106 Ωm。 关于工业制程中运用的各种资料,可经由下列办法使之成为抗静电资料:物质自身具有抗静电才干(如:棉、木材、纸及土壤等)、在绝缘资料的外表涂布抗静电物质(如碳粉、抗静电剂等)、在绝缘资料制作进程中参加导电或抗静电物质(如碳粉、金属、抗静电剂、导电性纤维等)。

4 静电消除器

运用高压电在空气中发生带电离子。因为异性电荷会相互招引而中和,离子可中和带静电物体的电荷,使其电荷积蓄程度降至最低,因而不会发生静电放电。静电消除器大致可分为被动式、自动式及辐射源式等三种。挑选静电消除器时,有必要考量作业环境要素才干发挥最大的静电消除作用。一般来说,静电消除器架起方位应挨近带静电物体而远离接地金属目标,以发挥最大的静电消除作用。此外,需注意因电离所发生臭氧的工业卫生问题,以及高压电源与带电体发生短路及放电所引发的工业安全问题。

5 约束速度

工业制程中两种物体或许因冲突而发生静电,并逐步累积而发生静电损害事端,因而下降冲突速度可减缓静电的发生,达到防制静电损害事端发生的意图。在工业制程中受限于物质特性与产值要求,约束速度的静电损害防制办法,一般多应用于易燃性液体的运送作业。 将液体原/物料运送至储槽或容器时,若是低导电系数(小于50 pS/m )的易燃性液体且其间含有悬浮物、水等不兼容物,则在现场作业时应约束易燃性液体流速低于 1 m/s 。若易燃性液体中未含有不兼容物,则液体流速应约束低于 7 m/s。一般工业制程都能依据此准则进行制程规划与出产操作。低导电系数的易燃性液体入料作业时所构成的喷溅亦是制程中潜在静电损害来历之一。可将液体入料管线尽量挨近储槽/容器底部,或由储槽/容器底部之入料管线进行液体原物料运送,或下降易燃性液体的流速,首要意图在于削减液体穿过液面时的冲突以及引起液体的扰动,以防止因过多的冲突发生很多的静电。

四、静电灾祸事例反省

工业制程中静电或许随同各种不同作业而发生。如质料入料、拌和、制品运送、分装等。若静电积蓄至风险程度,即会发生静电放电,轻者构成人员电击事情,严峻者或许点燃周围易燃性物质,发生火灾或爆破事端,构成人员伤亡及财产丢失。例如化学工厂中有许多不同的制程与作业,其间某些日常重复性的作业,从未发生过损害事情,但是有一天某一组件或物料被替换,作业人员却未发觉作业中的潜在静电损害,致使引发严峻的损害事情。

1 灾祸现场描绘

多年前在某化学工厂中曾有一位作业人员将小铁桶装满甲苯时发生了火灾,首要他将小铁桶的塑料把手挂在管路阀件上,翻开阀件后不久就看到甲苯起火焚烧,作业人员描绘其时的状况说:「我站在那里,甲苯就引火开端焚烧。」他赶快到邻近拿一个小型灭火器,但不足以将火熄灭,所以又去拿一个大型的灭火器,但是这时候铁桶中的甲苯现已漫延到地上上构成一场严峻的火灾。

2 灾祸原因剖析

过后工厂查询此一意外事端,发现该作业人员履行此一作业已数年并且未发生事端。原先的铁桶把手是木质资料,现在被替换为塑料资料,经量测发现枯燥木头的体积电阻系数为109 Wm,塑料的体积电阻系数为1016 Wm,另研讨发现甲苯活动10秒发生1微库伦的电量,经由小铁桶开释出约25毫焦耳的能量,甲苯的最小引火能量为0.24毫焦耳,所以当小铁桶中积蓄满足静电荷并发生静电放电时,其能量足以点燃甲苯蒸气发生火灾。

3 防备办法

阐明这个事例的意图并不是主张作业中运用木头原料的用具就不会发生静电问题,而是要着重作业中一点小改动就或许引起严峻的丢失。此事例中恰当的做法应该是正确的接地办法,并坚持低的接地电阻,将积蓄在小铁桶上的电荷敏捷向大地散逸,就能防止发生静电损害事端。在实践运作时有必要经由办理办法来加强现场作业的办理与监督,防止作业人员忽略,未在入料前将金属桶实施接地。  

五、国内静电损害问题与防备对策

劳工安全卫生研讨所于85年度规划「制作业静电损害现况查询」计画,针对制作业中静电损害性高之十大业别(造纸、纺织、印刷、化学、化工、石化、橡胶、塑料、电力电子、食物)寄发问卷查询,获致制作业静电损害现况定论如下:

  1. 造纸业静电损害多发生于滚轮复卷与产品分装时,导致人员电击、产品瑕疵等。
  2. 纺织业静电损害以制品高速传送累积静电导致人员电击、产品不良为多,亦曾因而发生火灾爆破事端。
  3. 印刷业、塑料业、与橡胶业等之静电损害类型相同,多发生在制品卷送作业中引起的高静电,导致人员电击与产品不良,静电亦会点燃油墨或溶剂而导致火灾爆破事端。
  4. 石化业之静电损害多发生于流体传送、拌和、粉体研磨、入料、挑选等作业,尽管损害事情发生频率较低,但若发生损害事端则灾祸结果大多甚严峻。
  5. 电力电子业之静电损害以静电构成产品瑕疵与损坏为主,食物业之静电损害以粉体作业与酒精槽储运作业为主。 针对制程中的静电损害事端采行防备对策,应先了解静电损害发生原理,了解损害开展进程中静电发生及散逸的要素,以及静电放电类型与损害,能够辨认静电损害构成的每一阶段,然后能针对损害原因运用静电量测仪器,进行制程中物质及环境量测,把握制程中静电物理量,评价具潜在之静电损害要素,后续研拟与采行适合之静电损害防制办法,一起继续量测与比对实施静电损害防护办法的作用,能够有用下降潜在静电损害,进步出产进程中的作业安全及人员的安全。

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