静电危害与安全技术对策措施

2022-05-14 12:05:03 | 浏览次数：

【摘要】静电在现代工业生产活动中有着较大的危害，尤其在化工生产经营、易燃易爆等火灾爆炸环境中，频繁引发火灾、爆炸等事故，本文从事故发生谈起，列举、分析和工程实例就其原因进行分析，对其危害、危险性进行了相应的描述，并有针对性地归纳整理了相应的技术及管理措施。

【关键词】静电；危害；安全措施

0.引言

静电，是物体表面过剩或不足的相对静止不动的电荷，是一种电能，它留存于物体表面，是正电荷与负电荷在局部范围内失去平衡的结果。其特点是高电位，低电量，极小的电流以及作用时间短；受环境条件，特别是湿度的影响较大，静电测量时复现性差，瞬态现象多等。因此人们只能从一些特殊的效果中才能感觉到静电。

1.静电产生的原因

当带电体上的电荷产生了电场，且电场强度超过周围介质的绝缘击穿强度时，带电体表面附近的介质就发生电离，引起静电电荷的转移，从而使带电体上电荷趋向减少或消失，这时就会出现静电放电。

静电产生可以从内外因两方面来分析。首先从静电产生的内因来看，有三种情形：一是因物质的溢出功不同而产生，任何两种固体物质，当两者相距小于25×10-8cm的距离紧密接触时，在接触界面上会产生电子转移现象。溢出功较小的一方失去电子带正电，而另一方就获得电子带负电。二是因物质的电阻率不同而产生，电阻率高的物体，其导电性能差，带电层中的电子移动较困难，构成了静电荷集聚的条件。三是因介电常数（电容率）不同而产生，在具体配置条件下，物体的电容与电阻结合起来决定了静电的消散规律。

其次从静电产生的外因来讲，紧密的接触和迅速的分离可引起静电。任何物体的表面都是不光滑的，所谓的接触是多点接触，当接触距离小于25×10-8cm时，就有电子转移，即形成双电层。若分离得足够快，物体就带电。外因起电有：附着带电、感应起电、电解起电、压电效应起电、喷出带电、飞沫带电等方式。需要指出的是产生静电的方式不是单一的，而是几种方式共同作用的结果。

2.静电的危害

静电的危害有三种主要种类：一是可能引起爆炸和火灾。爆炸和火灾是静电的最大危害。静电的能量虽然不大，但因其电压很高且易放电，出现静电火花。在易燃易爆的场所，可能因为静电火花引起火灾或爆炸；二是可能导致电击。由于静电造成的电击，可能发生在人体接近带电物体的时候，也可能发生在带静电电荷的人体接近接地体的时候。电击易引起坠落、摔倒等二次事故。电击还可引起职工紧张，影响工作。三是可能影响生产、经营。在某些生产、经营中，不消除静电将会影响仪器设备正常运转或降低产品质量。此外，静电还可引起电子自动元件误动作，引发二次事故。

2.1生产生活中易产生静电的环节

静电事故是由静电荷或静电场能量引起的事故。在生产工艺过程中以及操作人员的操作过程中，某些材料的相对运动接触与分离等原因导致了相对静止的正电荷和负电荷的积累，产生了静电。由此产生的静电能量不大，不会直接使人致命，但是其电压可能高达十千伏乃至数百千伏，发生放电，产生静电火花，在有爆炸和火灾危险环境下，静电是一个十分危险的因素，静电放电火花会成为可燃性物质的点火源，酿成爆炸和火灾事故。接触、分离过程，即两种紧密接触材料的突然分离过程是静电产生的基本方式。高电阻率的高分子材料容易产生和积累危险的静，以下工艺过程都容易产生静电。

（1）固体物质大面积的摩擦。如塑料或橡胶碾制，纸张与辊轴摩擦，传运带与带轮或辊轴摩擦等；固体物质在压力下接触后分离，如塑料压制、上光等；固体物质在挤出、过滤时与管道、过滤器等发生摩擦：如塑料的挤出，赛璐珞的过滤等。

（2）固体物质的粉碎、研磨过程；悬浮粉尘的高速运动等。

（3）在混合器中搅拌各种高电阻率的物质，如纺织品的涂胶过程等。

（4）高电阻率液体在管道中流动且流速超过1m/s时，液体喷出管口时，液体溶入容器发生冲击、飞溅等。

（5）液化气体、压缩气体或高压蒸汽在管道中流动和由管道喷出时，从气瓶放出压缩气体、喷漆等。

2.2典型的静电事故

2.2.1测温闪爆事故

某厂两操作工在晚间测铁路槽车油温时，由于怀疑温度不准，一名操作工去取手电筒，另一名操作工在槽车栏杆上等待，取回手电筒后，当两名操作工在车顶交接时发生爆炸起火，两名操作工摔到车底受伤。原因分析：事故前两名操作工都有静电起电机会，但从现场操作过程和燃痕分析，车上操作工带电放电可能性较大：该操作工手腕表带处烧伤严重，可认为是手表带与槽车口边缘放电，发生了这起事故。当时为喷溅式加油，人在车上时间过长，可能吸附荷电液雾带电并发生了放电。

2.2.2清仓清釜闪爆事故

某石化小本体法PP装置闪蒸釜清釜时，一名操作工（穿化纤工作服）准备由人孔向下探望，刚扶人孔时便发生了爆炸，烧伤3人，当时釜内未做强制通风。同年11月21日，在类似清釜作业中，当操作工用铁棍铲下堵釜料时，也发生爆炸，烧伤4人。

2.2.3 PP装置D202反应釜闪爆

某石化公司有机合成厂清理PP装置D202反应釜自聚熔料时，发生闪爆，造成2人死亡，烧伤2人。5月18日、19日已开始清理，20日9：45第三批人清理20min时发生了闪爆，事后分析，清料中根阀内漏气体的逸出和人体静电，可能是造成这起事故的真正原因。模拟实验表明，作业人体带电在3～5 kV，手中金属工具荷电量高达0.3μC，都超过了引燃放电的危险界限。

2.2.4加油站汽车加油事故

一次某汽车加油站用油枪给汽车加油，中途操作工临时离开（未关油枪），返回后刚要握油枪时突然闪爆。原因分析：事故原因应为人体行走时带电，接触油枪瞬间手与油枪放电，引燃了周围油汽。

2.2.5用小铁桶采样闪爆事故

某企业操作工用小铁桶从管线接丙酮，当时穿绝缘鞋，接完后当操作工试图关闭阀门时发生了闪爆。原因分析：用绝缘铁桶带压采样时，介质和铁桶以及绝缘人体都会带电。这起事故可能是带电人体或小铁桶与阀门发生了火花放电引起的。1973年8月盘锦炼厂用小铁桶在回流泵采样的闪爆事故、1976年冬某石化公司用搪瓷桶在回流泵采样的闪爆事故、2004年4月泰州石化总厂用小铁桶在减压塔采样的闪爆事故等，都与此原因有关。

2.2.6永平矿炼厂采样事故

2000年12月12日，永平矿炼厂一操作工在汽油罐上采样，采样结束后盖采样口时发生了闪爆；2002年2月2日，在采样时也发生了类似事故。现场检查发现，采样结束后操作工没有释放人体静电就盖采样口，可认为是带电人体与采样口盖发生了放电。类似事故在国内外已发生多起，事故原因几乎都是人体带电并与周围接地体放电造成的，少数也有静置时间不够造成的。

2.2.7带电人体触摸设备放电闪爆事故

某厂操作工对一个1200加仑溶解槽用的排气系统鼓风机进行检修，向鼓风机的转轴加了润滑油。操作工回到排气塔时发现鼓风机不能转动，于是将人体靠着排气口伸手转动风扇，这时发生了火花放电和闪爆，操作工头部、脸和手被烧伤。当时排气口周围有有甲醇和苯混合物，操作工穿化纤工作服。

2.2.8在阀门采样时的闪爆事故某化工厂一操作工用10L金属罐在阀门接丙酮，当时穿着生胶鞋，在装完样品去关阀门时发生了火花放电和闪爆事故，火势蔓延到楼的其它部分

3.消除静电的技术措施

消除静电影响的技术措施有多种，其途径主要分为以下几种：

3.1防止静电的产生

（1）控制静电的生成环境：①湿度控制。在不致导致器材或产品腐蚀或其他危害前提下，尽量加大温度；②温度控制。在可能条件下尽量降低温度，包括环境温度和物体接触温度；③尘埃控制。此为防止附着（吸附）带电的重要措施；④地板、桌椅面料和工作台垫应由防静电材料制成，并正确接地；⑤静电敏感产品的运送传递和存储及馐与拆包装应采取静电防护措施；⑥喷射、流动、运送、缠绕和分离速度应予控制，在液体、粉体等材料的输送管道中使用缓和器。

（2）防止人体带电：①佩载防静电腕带；②穿戴防静电服装、衣、帽；③穿戴防静电鞋袜、脚链；④佩戴防静电手套、指套；⑤严格禁止与工作无关的体活动（例如做操、打闹、梳头发、吃东西等）；⑥进行离子风浴。

（3）材料选用要求：①凡必须或有可能发生接触分离的材料应考虑使其在带电序列表上的位次尽量靠近；②应使材料的表面光滑、平整、洁净无污；③使用静电导体材料和静电耗散材料。

（4）工艺控制措施：①制定并实施防静电操作程序；②使用防静电周转、运输盘、盒、箱及其他容器、小车：③使用防静电工具（烙铁、吸锡器等）：④采用防静电包装：⑤对有静电燃烧、爆炸可能性的液体材料设置必要的静置时间；⑥尽量减少物体间的接触压力、时间、面积（例如布匹、纸张、线材、薄膜材料、胶带等的运送、传递辊筒、卷筒、线轴和产品之间）并限制运行速度不可过快。

3.2减少静电荷的积累

（1）接地：①地板和工作桌、椅、台面、台垫正确接地；②人体接地；③工具（烙铁、吸锡器、台架、运输小车等）接地：④设备、仪器接地：⑤管路、运输传送设施、装罐设备、存储设施（设备）接地。

（2）增湿：①使用各种适宜的加湿器、喷雾装置；②采用湿拖布拖擦地面或通过洒水等方法以提高带电体附近或环境的温度；③在允许的情况下尽量选用吸湿性材料。

（3）中和针对场所和带电物体的形状、特点，选用适宜类型的静电消除器，以消除器具、器材、产品、场所、设备和人体上的静电荷。

（4）掺杂：①在非导体材料、器具的表面通过喷、涂、镀、敷、印、贴等方式附加上一层物质以增加表面电导率，加速电荷的泄漏与释放；②在塑料、橡胶、防腐涂料等非导电材料中掺加金属粉末、导电纤维、炭黑粉等物质；③在布匹、地毯等织物中，混入导电性合成纤维或金属丝，以改善织物的抗静电性能；④在易于产生静电的液体（如汽油、航空煤油等）中加入化学药品作为抗静电添加剂，以改善液体材料的电导率。

3.3降低静电危害

（1）提高产品自身抗静电能力：①对CMOS等静电敏感集成电路采用输入、输出保护电路设计；②对于静电敏感电子组件和电子设备，采用抗静电防护设计（设置输出、输入保护电路和网络，使用隔离电阻器，设置边界保护环，尽量选用非敏感元器件等）；③对敏感元器件进行静电防护设计（设置串联限流电阻器、设置钳位放电间隙、降低瞬态能量密度、避免引线交迭和寄生MOS电容的形成等）。

（2）采用静电屏蔽和接地设计：①对敏感部位和敏感元器件采用加防护盖、罩、片等静电屏蔽措施，以减少静电的力学、感应和放电危害；②应尽量避免孤立导体的存在；③在液体储油罐等设施中设立具有屏蔽作用的检测井，以保证采样和检测的安全。

（3）确保设备、设施和作业场所的静电安全：①控制易燃、易爆的液体或粉体使爆炸性化合物浓度在燃烧、爆炸的极限浓度之下；②保持作业场所各种接地设施和系统（雷电保护、故障保护、信号参考、大地电极、防静电操作等）正确和有效接地③控制作业区内各点静电电位在标准允许的范围之内；④安装局部放电器、放电刷等，以通过电晕放电不断释放静电能量使其积累的能量在安全范围之内；⑤严格静电安全作业操作规程。

3.4严格防静电管理

（1）建立健全责任制和规章制度：①建立健全各类人员（领导者、技术和管理人员、操作人员）的静电安全防护管理职责，并备有检查制度；②建立静电安全事故分析制度；③编制具体详细的防静电操作规程；④对设备、装置、器材、器具、工具等的防静电性能要求建立定期检测制度；⑤建立产品静电损害机理分析制度。

（2）培训教育：①针对领导者、管理和技术人员、操作人员等不同层次和不同岗位的人员，实施有关防静电意识、知识、技术和安全要求教育；②针对不同岗位操作人员进行操作技能培训及考核。

（3）警示装置、标记、及符号的使用：①应在静电敏感产品上和内外包装件上做出警示标记或符号；②应当对装置、设备中的静电敏感部件、部位，按照标准的要求做出标记或警示符号：③应对防静电作业场所（工作区）做出规定的特别标记；④对关键控制部位应装设报警装置，以提醒人们及时处置。

（4）按标准规定进行检测试验：①对有防静电性能要求的工具、器具、服装、鞋袜、地面、桌椅和工作台垫等应定期检测，使之保持合格状态②对有明确指标要求的环境参数（便如湿度、温度、浓度、静电位等）应按规定测量监查；③对人体和设备、装置、系统的接地状况应按规定检测；④对产品的静电第三度（抗扰度）应按标准的规定进行试验，并建立质量分析和反馈制度。

4.接地技术的运用

接地技术是电气和电子设备与设施在工程设计及施工中的一项重要技术。也是生产设施特别处于有燃烧、爆炸可能的危险环境中时，静电防护的一项重要技术，接地是静电防护中最有效和最基本的技术措施之一。良好的接地是保证发生的静电电荷迅速泄漏，从而避免静电危害发生的有效手段。接地技术主要包括：直接接地、间接接地、跨接接地。

将金属导体与大地进行导电性连接，从而使金属导体的电位接近于大地电位的一种接地类型，叫直接接地。而间接接地是为了金属导体外部的静电导体和静电亚导体进行静电接地，使其表面的全部或局部与接地的金属导体紧密相接，将此金属导体作为接地电极的一种接地类型。

为接地良好，将地面挖掘好的大坑里面埋上几块较大的铜板，然后用铜排或铜网和室内相联，以达到良好效果（其它金属也行但易受腐蚀），是经济而且也是效果最显著的一种方式，下面就几种地线作用和实施办法叙述。

交流工作地的作用在计算机系统中，还有大量使用380V/220V交流电源的电气设备，如计算机的外部设备、变压器、空调设备机柜上的风机和维修设备，按国家规定要进行工作接地，即把中性点接地，也称二次接地。其作用在于确保人身安全和设备的安全。在计算机系统中，交流设备很多，但交流设备的二次接地问题常常不为人们所重视，为此常常给人身和设备造成一些不必要的伤害。

具体措施：把计算机外部的中性点用绝缘导线串联起来接到配电柜的中线上，然后用接地母线将其接地。其它交流设备，如空调机、新风机、稳频稳压设备等中性点各自独立按电气规范的规定接地。安全保护地把机房内所有设备外壳以及电动机、空调机等设备的壳体与地之间做良好的接地，称为安全保护地。

实施措施：计算机房内的安全保护地是将所有机柜的机壳、用数根绝缘导线串联起来，再用接地母线（多股编织线与大地相连）。计算机房的其它设备，如空调另接。

计算机系统的直流地又称逻辑地。为了使计算机正常工作，机器的所有电子线路必须工作在一个稳定的基础电位上，就是零电位参考点。在设计直流地时要注意消除各电路电流流经一个公共地线阻抗时所产生的噪声电压。我们不把直流地悬浮，还是用直流地接大地的方法，就是电子计算机中数字电路等电位与大地相连接，阻值按照甲方要求而定。在采用直流地接大地的系统中，也应同时具有良好的安全保护地系统。而且，直流地与机壳安全保护地在很多计算机系统中都是分开的，即在机房内是彼此绝缘的。这样即为高频干扰提供了对地释放的低阻通路，同时也为机壳电（静电）也提供泄放的低阻通路。

直流地的接法和选择。

串联接地：多点接地，所谓串联接地，就是将计算系统中各个设备的直流地线以串联的方式接在作为直流地线的铜皮上。应该注意的是，此时所用的直接导线是多股编织或铜带，应与机壳绝缘。并联接地：单点接地计算机系统中用多股屏蔽软线接到铜块地线上，铜块下垫绝缘物质。

防雷保护地雷电是大气中的一种自然放电现象。雷击的放电速度很快，雷电电流的变化也很剧烈。雷云开始放电时雷电电流急剧增大，在闪电时，电流可达200～300千安。雷电的破坏作用基本上可以分为三类。第一类是直击雷的作用即雷电直接击在建筑物或设备上，造成破坏。第二类是雷电的二次作用，通常称为感应雷，即雷电电流产生的磁效应和静电效应所产生的作用，表现在：雷电电流产生的电磁场随着雷电电流一起在剧烈的变化。另一方面还由于静电荷感应都会在金属物件上或电气线路上感应出很高的电压（可达数十万伏），可严重危及设备和人员的安全。第三类是雷电电流沿电气线路和管道线路把高电压传到建筑物内部，形成所谓电位引入，这当然是十分危险的。防雷装置的组成一般说来，防雷装置可分为三个基本部分。

接闪器接闪器也叫受雷装置，是接收雷电电流的金属导体，也即通常所说的避雷针，避雷带或避雷网。

引下线引下线是连接避雷针（网）与接地装置的导体，一般敷设在房顶和墙壁上。它的作用是把雷电流由受雷装置引到接地装置。

接地装置――接地地桩要注意的是，为了设备和人身的安全，防雷保护地与直流地和安全保护地之间应间隔15m以上。

几种接地系统的相互关系尚若将直流地、安全保护地、交流工作地和防雷保护地各组成系统，并分别接入不同的地桩上，这方案的最大优点在于可防止其它设备干扰计算机稳定运行，但施工复杂造价昂贵，难找出合适的场合。现在我们采用这样一种方案，直流地、防雷地各自单独接地，把安全保护地与交流工作地共用一个地桩。即机房内的所有交流用电设备的中线接在一起与配电柜的中线端相接；再把各设备的机壳（架）用绝缘导线连在一起，也接在配电柜的中线端子上，然后再用母线引至机房外接在接地地桩上。

5.人体静电防护措施

人是一个特殊的导体，人与各种物体之间发生的接触、分离和人体自由活动，都会导致静电的发生，并蕴藏着大量的不定因素，如接触面积、压力、表面状况、着装和鞋子状况等。人体的导体性质表现为人体对通过的电流具有一定的阻值范围，因此人既可发生接触带电，也可发生感应带电，另一方面，人可以因为与地面接触情况差异，表现为不同的人体对地电容值，如果穿上绝缘鞋就构成一个贮能电容器，其电能值达约150～300PF，人穿上胶鞋在铺有橡胶的地面上行走，鞋子与地面摩擦，可带上5000～15000V的静电高压，人体带电如超过10000V高压时，人体放电能量可达5MJ以上，足以使可燃液体、可燃气体与空气的爆炸性混合物发生燃烧和爆炸。

人体静电的消除方法主要分为以下几种：

（1）人体直接接地，在爆炸和火灾危险场合的操作人员，使用导电性地面或导电性地毯、地垫，用防静电腕带和脚腕带与接地金属棒或接地电极直接联结起来，消除人体静电。

（2）人体间接接地，采用导电工作鞋与导电地面与大地联结起来，防止人体在地面进行作业时产生静电荷的积累。

（3）服装防护。

人应穿戴防静电工作服装、鞋子、手套等。其作用包括减少静电的发生，增强静电的泄漏和防止静电荷的局部堆积等，即使工作服里面穿的衣服，也应是纯棉制品或经过防静电措施处理过的，不能穿化纤衣服或普通毛料、丝绸衣服。

（4）环境防护。

在可能条件下维持或提高环境质量，例如将房间湿度控制在65%左右，使用洁净技术，包括洁净厂房、洗空气浴，吹高离子风等，以减少空气中荷衣服上的含尘浓度，是防止人体附带静电的有效措施。

6.开展防静电安全检查的措施

静电安全检查、抽查，重点部位要增加检查次数。易燃易爆环境必须有防静电的内容。对岗位（场所）操作人员进行防静电知识的安全教育和培训。易燃易爆岗位内各装置系统的总泄漏电阻、接地电阻以及静电消除器的运行状况，由专业人员定期进行测定和检查，并作好记录。发现异常问题，立即研究解决。经常自查各装置、设备和管道的静电接地点和跨接点是否牢固好用。根据静电检测检查结果，如总泄漏电阻和接地电阻大于要求值时，必须查明原因，立即加以解决。如一时难以解决，作出临时应急措施，确保安全生产。

静电对化工生产、易燃易爆作业场所是有危害的，但也是可以控制的，只有正确认识静电产生的原因，分析静电产生的过程，制定合理有效的预防措施，在实际工作中做好防静电设施的维护、检测和检查工作，才能够能够彻底消除生产过程中的静电危害。生产、贮存和装卸液化石油气、可燃气体、易燃液体的设备、贮罐、管道、机组和利用空气干燥、掺合、输送易产生静电的粉状、粒状的可燃固体物料的设备、管道以及可燃粉尘的袋式集尘设备，在爆炸危险环境内，设备及管道易产生和集聚静电，当设计中有防静电接地要求时，必须按设计规定进地可靠接地，以防止产生静电火花而引起爆炸事故发生。

如无设计要求时，其防静电接地的安装，除应按照国家现行有关防静电接地的标准规范的规定外，尚应符合下列要求：

（1）设备、机组、管道等的防静电接地线，应单独与接地体或接地干线相连，除并列管道外不得串联接地。

（2）当金属法兰采用金属螺栓或卡子紧固时，可不另装跨接地线。在腐蚀条件下安装前，应有两个及以上螺栓和卡子之间的接触面去锈和除油污，并应加装防松螺母。

（3）防静电接地的安装，应与设备、机组等固定接地端子或螺栓连接，于M10mm，并应有防松装置和涂以电力复合脂。当采用焊接端子连接时，管道强度。连接螺栓不应小不得降低和损伤。

（4）防静电的接地装置可与防感应雷和电气设备的接地装置共同设置，其接地电阻值应符合防感应雷和电气设备接地的规定；只作防静电的接地装置，每一处接地体的接地电阻值应符合设计规定。

（5）皮带传动的机组及其皮带的防静电接地刷、防护罩，均应接地。应紧贴其表面均。

（6）容量为50m3及以上的贮罐，其接地点不应少于两处，且接地点的间距不应大于30m，并应在罐体底部周围对称与接地体连接，接地体应连接成环形的闭合回路。

（7）易燃或可燃液体的浮动式贮罐，在无防雷接地时，其罐项与罐体之间应采用铜软线作不少于两处跨接，且应在引入贮罐处将铝装、金属外壳可靠地与罐体连接。

（8）为了防止高电位引人爆炸危险环境所产生的电火花弓[起爆炸事故的发生，故引入爆炸危险环境的金属管道、配线的钢管、电缆的铝装及金属外壳，均应在危险区域的进口处接地。

（9）非金属的管道（非导电的）、设备等，其外壁上缠绕的金属丝网等，匀地缠绕，并应可靠地接地。

（10）可燃粉尘的袋式集尘设备，织入袋体的金属丝的接地端子应接地。

7.结束语