靜電具有其兩面性。一方面有關(guān)靜電技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人類的生產(chǎn)、生活、科研的各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域,如進(jìn)行靜電復(fù)印、靜電除塵、靜電分離、靜電防腐、靜電造紙、靜電養(yǎng)殖等等;另一方面靜電現(xiàn)象也會(huì)在極為廣泛的范圍內(nèi)給人類帶來(lái)各種各樣的危害。石油儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)由于其生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性和經(jīng)營(yíng)管理對(duì)象的特殊性,靜電造成的危害甚至可能帶來(lái)嚴(yán)重后果,但只要我們重視靜電,科學(xué)認(rèn)識(shí)和正確掌握靜電危害的過(guò)程和規(guī)律,切實(shí)加強(qiáng)安全管理,采取積極有效措施,就一定能控制靜電帶來(lái)的危害。
一、靜電的產(chǎn)生及危害
不同性質(zhì)的兩種物體相互摩擦或緊密接觸后迅速剝離時(shí),由于它們對(duì)電子的吸引力大小各不相同,就會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。如果該物體與大地絕緣則電荷無(wú)法泄漏,停留在物體的內(nèi)部或表面呈相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài),這種電荷就稱靜電。
(一)靜電產(chǎn)生原因
靜電產(chǎn)生的原因主要可以從物質(zhì)內(nèi)部特性和外界條件的影響兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)明。
1.內(nèi)部特性
(1)物質(zhì)的逸出功不同 由于不同物質(zhì)使電子脫離原來(lái)物體表面所需外界做功(逸出功)大小不同,因此在兩者緊密的接觸面上就會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移,逸出功小的物質(zhì)失去電子而帶正電荷。各種物質(zhì)電子逸出功的不同是產(chǎn)生靜電的基礎(chǔ)。
(2)介電常數(shù)不同 介電常數(shù)(電容率)是決定電容的一個(gè)主要因素。影響電荷積聚的另一因素是在具體配置條件下,物體的電容與電阻結(jié)合起來(lái),決定了靜電的消散規(guī)律,對(duì)于介電常數(shù)大的液體一般電阻率低。
(3)物質(zhì)的電阻率不同 靜電的產(chǎn)生和物質(zhì)的導(dǎo)電性能有很大關(guān)系,它以電阻率來(lái)表示且與電阻率成反比。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論,物質(zhì)的電阻率小于106Ω·cm時(shí),因其本身具有較好的導(dǎo)電性能,靜電將很快泄漏。電阻率大于106Ω·cm且小于1010Ω·cm的物質(zhì),通常帶電量不大,不易產(chǎn)生靜電。電阻率大于1010Ω·cm且小于1015Ω·cm的物質(zhì)最易帶靜電,是防靜電工作的重點(diǎn)對(duì)象。但當(dāng)電阻率大于1015Ω·cm,物質(zhì)就不易產(chǎn)生靜電,可一旦產(chǎn)生靜電,就難以消除。因此將電阻率的大小作為辨別靜電能否積聚的條件。
必須指出,水是靜電的良導(dǎo)體,所以因?yàn)樗闻c油品相對(duì)流動(dòng)時(shí)要產(chǎn)生靜電,當(dāng)少量水夾在絕緣油品中反而會(huì)使油品靜電量增加。
2.外部作用條件
(1)附著帶電 某種極性離子或自由電子附著在與大地絕緣的物體上,也能使該物體呈帶靜電的現(xiàn)象。人在有帶電微粒的場(chǎng)合活動(dòng)后,由于帶電微粒吸附于人體,因而也會(huì)帶電。
(2)緊密接觸與迅速分離 兩種不同的物質(zhì)通過(guò)緊密接觸與迅速分離就能將外部能量轉(zhuǎn)變?yōu)殪o電能量,儲(chǔ)存于物質(zhì)之中。其主要表現(xiàn)形式除摩擦外,還有撞擊、撕裂、拉伸、剝離、加捻、擠壓、過(guò)濾及粉碎等。
(3)感應(yīng)起電 帶電物體能使附近與它并不相連接的另一導(dǎo)體表面的不同部位也出現(xiàn)極性相反的電荷,這種現(xiàn)象為感應(yīng)起電。
(4)極化起電 絕緣體在靜電場(chǎng)內(nèi),其內(nèi)部或表面的分子能產(chǎn)生極化而出現(xiàn)電荷的現(xiàn)象,叫靜電極化作用。如在絕緣容器內(nèi)盛裝帶有靜電的液體時(shí),容器的外壁也具有帶電性,就是此原因。
(二)靜電危害
1.靜電火花引起燃燒爆炸
當(dāng)帶電體與不帶電體或靜電電位很低的物體接近時(shí),就會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象,并產(chǎn)生火花。靜電放電的火花能量達(dá)到或大于周圍可燃物的最小點(diǎn)火能量,而且可燃物在空氣中的濃度或含量也已在爆炸極限范圍以內(nèi)時(shí),就能立即引起燃燒或爆炸。
2.妨礙生產(chǎn)
在某些生產(chǎn)過(guò)程中,如不消除靜電,將會(huì)妨礙生產(chǎn)或降低產(chǎn)品質(zhì)量。比如說(shuō),在滌綸、腈綸和錦綸等合成纖維的應(yīng)用過(guò)程中,靜電問(wèn)題就十分嚴(yán)重。在粉體加工行業(yè),生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的靜電除帶來(lái)火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)外,還會(huì)降低生產(chǎn)效率,影響產(chǎn)品質(zhì)量。在塑料和橡膠行業(yè),由于制品和輥軸的摩擦及制品的擠壓和拉伸,會(huì)產(chǎn)生較多靜電,如果不能迅速消散會(huì)吸附大量灰塵。
二、預(yù)防靜電危害的基本措施
防止靜電危害的原則是要控制靜電的產(chǎn)生和要防止靜電的積累,控制靜電的積累要求設(shè)法加速靜電的泄漏和中和,使靜電不超過(guò)安全限度,控制靜電的產(chǎn)生主要是控制工藝過(guò)程和合理選擇工藝過(guò)程所用的材料。接地、增濕、加入抗靜電劑等均屬于加速靜電泄漏的方法,運(yùn)用感應(yīng)中和器、外接電源式中和器、放射線中和器等裝置消除靜電危害的方法均屬于加速靜電中和的方法。
(一)工藝控制法
工藝控制法就是在工藝流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)、材料選擇和操作管理等方面采取措施,以達(dá)到限制靜電的產(chǎn)生或控制靜電的積累,從而達(dá)不到危險(xiǎn)的程度。
1.限制輸送速度
降低液體輸送中的摩擦速度或液體物料在管道中的流速等工作參數(shù),可限制靜電的產(chǎn)生。
2.加快靜電電荷的逸散
在產(chǎn)生靜電的任何工藝過(guò)程中,總是包含著產(chǎn)生和逸散兩個(gè)區(qū)域。逸散就是指電荷自帶電體上泄漏消散。
(1)緩沖器 它是用來(lái)輸送液體物料時(shí),利用流速減慢時(shí)消散顯著的特點(diǎn),使帶電的液體通過(guò)管道進(jìn)入儲(chǔ)罐之前,先進(jìn)入緩沖器內(nèi)“緩沖”一段時(shí)間,這樣就可使大部分電荷在這段時(shí)間里逸散,從而大大減少了進(jìn)入儲(chǔ)罐的電荷。
(2)靜置時(shí)間 經(jīng)輸油管注入儲(chǔ)罐的液體帶入一定的靜電荷,由于同性相斥,液體內(nèi)的電荷將向器壁、液面集中并泄入大地,此過(guò)程需一定時(shí)間,所以石油產(chǎn)品送入儲(chǔ)罐后,應(yīng)靜置一段時(shí)間后才能進(jìn)行檢尺、采樣等工作。靜置時(shí)間應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。
(3)降低爆炸性混合物濃度 它可消除或減輕爆炸性混合物,也可以在危險(xiǎn)場(chǎng)所充填惰性氣體,如二氧化碳和氮?dú)獾?,隔絕空氣或稀釋爆炸性混合物,以達(dá)到防火防爆的目的。
(4)消除雜質(zhì) 油罐或管道內(nèi)混有雜質(zhì)時(shí),有類似粉體起電的作用,靜電的產(chǎn)生量將增大。油品采用空氣調(diào)和也是很不安全的。石油產(chǎn)品在生產(chǎn)輸送中要避免水、空氣及其他雜質(zhì)與油品之間以及不同油品之間相互混合。
在粉體輸送過(guò)程中,防止塵垢、雜物落入料斗,料斗要有斜面以減少?zèng)_擊。因?yàn)楦鞣N雜質(zhì)的沉降速度不一致,會(huì)形成二次分離,產(chǎn)生帶電塵霧,在懸浮的粒子中易造成火花放電,所以要除掉粉體內(nèi)的雜質(zhì)。
3.消除產(chǎn)生靜電的附加源
產(chǎn)生靜電的附加源如液流的噴濺、容器底部積水受到注入流的攪拌、在液體或粉體內(nèi)夾入空氣或氣泡、粉塵在料斗或料倉(cāng)內(nèi)沖擊、液體或粉體的混合攪動(dòng)等。只要采取相應(yīng)的措施,就可以減少靜電的產(chǎn)生。
①底部注油或?qū)⒂凸苎由熘寥萜鞯撞恳好嫦拢瑥亩苊庖后w在容器內(nèi)噴濺。
②改變注油管出口處的幾何形狀,主要為了減輕從油槽車頂部注油時(shí)的沖擊,從而減少注油時(shí)產(chǎn)生的靜電,這樣做對(duì)降低油槽內(nèi)油面的電位有一定的效果。
③為了降低罐內(nèi)油面電位,過(guò)濾器不宜離管出口太近。一般要求從罐內(nèi)到出口有30s的緩沖時(shí)間,如滿足不了則要配置緩沖器或其他防靜電措施。
4.材料的選用
一種材料與不同種類的其他材料接觸后分離時(shí),其上靜電電荷的數(shù)量和極性是隨其他材料不同而不同的。人為地使生產(chǎn)物料與不同材料制成的設(shè)備發(fā)生摩擦,并且與一種材料制成的設(shè)備發(fā)生摩擦?xí)r物料帶正電,與另一種材料制成的設(shè)備摩擦?xí)r物料帶負(fù)電,以使得物料上的靜電互相抵消,從而消除靜電的危害。
5.適當(dāng)安排物料的投入順序
在某些攪拌工藝過(guò)程中,適當(dāng)安排加料順序,可降低靜電的危害性。
(二)靜電泄漏法
1.接地
接地是消除靜電危害簡(jiǎn)單易行而且十分有效的方法。接地可以通過(guò)接地裝置或接地導(dǎo)體將帶電體上的靜電荷較迅速地引入大地,從而消除了靜電荷在帶電體上積聚。
(1)接地對(duì)象 輸送油類等可燃液體的管道、儲(chǔ)罐、漏斗、過(guò)濾器以及其他有關(guān)的金屬設(shè)備或物體。采用絕緣管道輸送物料能產(chǎn)生靜電的情況下,管道外的金屬屏蔽層應(yīng)接地,最好采用內(nèi)壁襯有銅絲網(wǎng)的軟管并接地。在易燃易爆場(chǎng)所,凡能產(chǎn)生靜電的所有金屬容器、輸送機(jī)械、管道、工藝設(shè)備等。
處理可燃?xì)怏w或物質(zhì)的機(jī)械外殼、轉(zhuǎn)動(dòng)的輥筒及一些金屬設(shè)備。加油棧臺(tái)、油槽車、油船體、鐵路軌道、浮頂油罐等。
(2)接地方式 油罐罐壁用焊接鋼筋或扁鋼接地。在可燃液體注入容器時(shí),注入器件(如漏斗、噴嘴)應(yīng)接地。鐵路軌道、輸油管道、金屬棧橋和卸油臺(tái)等的始末端和分支處應(yīng)每隔50m有一處接地。注油金屬噴嘴與絕緣輸油軟管應(yīng)先搭接后接地。輸油軟管或軟筒上纏繞的金屬部件也應(yīng)接地。儲(chǔ)油罐的輸入輸出管間如有一定距離時(shí),應(yīng)先用連接件搭接后再接地。
2.增加環(huán)境濕度
帶電體在自然環(huán)境中放置,其所帶有的靜電荷會(huì)自行逸散。介質(zhì)的電阻率又和環(huán)境的濕度有關(guān),而逸散的快慢與介質(zhì)的表面電阻率和體積電阻率有很大關(guān)系。提高環(huán)境的相對(duì)濕度,不只是能夠加快靜電的泄漏、還能提高爆炸性混合物的最小引燃能量。為此,在產(chǎn)生靜電的生產(chǎn)場(chǎng)所,可安裝噴霧器、空調(diào)設(shè)備或掛濕布片來(lái)提高空氣濕度,降低或消除靜電的危害。從消除靜電危害角度考慮,按制相對(duì)濕度在70%以上為宜。
3.添加抗靜電劑
對(duì)于表面不易吸濕的化纖和塑料物質(zhì),可以采用各種抗靜電劑,其主要成分是以油脂為原料的表面活性劑,能賦予物體表面以吸濕性(親水性)和電離性,從而增強(qiáng)導(dǎo)電性能,加速靜電泄漏。
(三)靜電消除器
靜電消除器是指將氣體分子進(jìn)行電離,從而產(chǎn)生消除靜電所必要離子的裝置。是防止絕緣體帶電的有效設(shè)備。其原理是在帶電物體附近安裝靜電消除器時(shí),靜電消除器產(chǎn)生的與帶電物體極性相反的離子便向帶電物體移動(dòng),并與帶電物體的電荷進(jìn)行中和,從而達(dá)到消除靜電目的。根據(jù)消除靜電原理和要求不同,靜電消除器分為以下三種類型。
1.放射線式靜電消除器
利用放射性材料使空氣電離,達(dá)到中和靜電的目的。放射性材料尤其是α射線對(duì)空氣電離效果極佳,因此消除靜電的效果也很好。這種消除器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不要求有外接電源,而且工作時(shí)又不產(chǎn)生火花,適用于有火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所。
2.外接電源式靜電消除器
在放電針上加上交、直流高壓,使放電針與接地體之間形成強(qiáng)電場(chǎng),這樣就加強(qiáng)了電暈放電,增強(qiáng)了空氣電離,達(dá)到中和靜電的效果。外接電源式靜電消除器比自感應(yīng)式靜電消除器消電徹底,但容易使帶電體載上反極性的靜電。
3.自感應(yīng)式靜電消除器
利用帶電體的電荷與被感應(yīng)放電針之間發(fā)生電暈放電,使空氣被電離的方法來(lái)中和靜電。這種消除器特點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易制作,價(jià)格低,便于維修,本身不易成為引火源,是一種安全性較高的消電裝置,對(duì)于不要求將靜電消除得太干凈的場(chǎng)合較為適用。
(四)防止人體帶電
人體帶電除了能使人體遭到電擊相對(duì)安全生產(chǎn)造成威脅外,還能在精密儀器或電子器件生產(chǎn)中造成質(zhì)量事故,為此必須解決人體帶電對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的危害。
1.人體接地
在有靜電危害的場(chǎng)所,應(yīng)注意看裝,穿戴防靜電工作服、鞋和手套,不得穿用化纖衣物。在人體必須接地的場(chǎng)所,應(yīng)裝設(shè)金屬接地棒-消電裝置,工作人員隨時(shí)用手接觸接地棒。在坐著工作的場(chǎng)合,工作人員可佩戴接地的腕帶。
2.工作地面導(dǎo)電化
特殊危險(xiǎn)場(chǎng)所的工作地面應(yīng)是導(dǎo)電性的或造成導(dǎo)電性條件。
3.安全操作
不準(zhǔn)使用化纖材料制作的拖布或抹布擦洗物體或地面。工作中應(yīng)盡量不進(jìn)行促使人體帶電的活動(dòng)。在有靜電危險(xiǎn)的場(chǎng)所,不得攜帶與工作無(wú)關(guān)的金屬物品。
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