在工业生产中, 易燃易爆化学品在储存、转运、输送及生产过程中极易产生静电, 形成安全隐患。当静电积累到一定程度, 释放产生电火花时, 遇到易燃易爆化学品与空气混合产生的可燃性物质, 就会产生火灾、爆炸, 造成安全事故。在每年发生的安全生产事故中这类事件屡见不鲜, 因此需要我们对各种工况下静电产生的原因进行分析, 从而采取相应的消除、减少、隔离及泄放等安全措施进行防范。
1 易燃易爆化学品的静电产生原因
静电指的是一种处于静止状态的电荷, 此时电荷不流动, 不产生电流。静电产生的机理:一切物质都是原子组成的, 原子是位于原子核的质子、中子和外层的电子组成的, 质子带正电荷, 中子为中性, 电子带负电荷, 构成一个电荷平衡的稳定体。当物质原子受到外力作用时, 外层的电子脱离原轨道, 转移到另一物体的原子上, 从而使原来的物体因失去电子带正电荷, 接受外来电子的物体就会带负电荷, 两物体之间因分离或不导通, 形成静电。有人曾做过测试:用玻璃棒在化纤布料上摩擦十几下, 马上用仪器测量, 结果表明, 最高静电电压可达上万伏。在一些有机化学品的管道输送过程中产生的静电可达几千到几万伏。产生静电的原因很多, 除了物质的接触与分离 (如摩擦) 外, 还有如静电感应、介质极化和带电微粒的附着等。下面就有关资料记载的两起静电引发的安全事故进行分析。
(1) 易燃易爆化学品输送过程中静电引发的事故2009年10月, 某丙烯酸制造有限公司成品罐区发生的爆炸火灾事故。该公司成品罐区一座3000立方储罐, 当时储存有一百五十多吨丙烯酸乙酯, 突然发生爆炸, 罐顶被炸开掀翻落地, 引发大火, 并导致同一围堤内另两座3000立方储罐相继发生了爆炸, 造成了重大经济损失。事后经过分析认定, 造成这起爆炸事故的直接原因为:在用泵向罐区输送丙烯酸乙酯过程中产生并积聚静电, 但没有得到及时、安全泄放, 放电引爆罐内混合性气体, 并形成火灾。
(2) 易燃易爆化学品生产过程中静电引起的事故某化学试剂厂生产中使用甲苯为原料, 先将甲苯灌装在金属桶内, 再将金属桶运至反应釜旁边, 用压缩空气将甲苯从桶内压向反应釜内, 作业过程中突然发生强烈爆炸及燃烧, 造成人员伤亡的较大安全事故。经联合调查分析, 确认是静电火花引起的爆炸。经计算, 塑料软管内甲苯的流速超过静电安全流速的3倍, 积累的静电又无法通过接地消除。甲苯带着高密度静电注入反应釜, 在出口处喷射 (与可燃性混合气体急剧摩擦) 产生的的静电火花引爆了甲苯蒸气。
2 静电产生的危害
在易燃易爆化学品工业生产过程中, 在各种复杂的操作环境里, 不可避免产生静电, 带来不良影响, 并且导致人的伤害、设备损坏、生产效率下降、产品不合格率增加或财产损失的后果。具体情形如下。
(1) 静电故障在生产的各个环节中, 产生静电并导致工艺过程、材料、设备、产品等发生故障、损害, 如控制流速会降低生产效率、物料表面静电吸附杂质、设备故障、产品质量下降等。
(2) 静电灾害由于静电放电引起的火灾、爆炸造成人员伤亡和财产损失的严重后果。
(3) 静电电击以及由此造成的二次事故由人体同其他物体之间发生的静电放电, 其所产生的瞬间冲击电流通过人体引起的病理生理伤害。可能发生的二次事故是指因静电电击使人体失去平衡, 导致人员从高空坠落或触及其他障碍物而引起的伤害;已造成的火灾、爆炸事故进一步扩大或引发次生灾害。
3 静电安全防范措施
为了防止和减少静电危害, 保障企业安全生产, 在易燃易爆化学品的生产、使用的过程中, 需要采取预防为主、防范结合的技术措施, 达到经济适用、安全可靠的效果。安全技术防范措施主要包括以下几个方面。
3.1 从设计、工艺过程控制上采取措施消除、减少、隔离和泄放静电
(1) 减少静电产生量①根据静电起电的规律, 对相互接触摩擦的物料, 尽量选用带电序列位置邻近的物质, 或对产生正负电荷的物料加以适当组合, 以达到静电量产生最小的目的。②易燃易爆化学品一般在高速流过泵、过滤器、阀门、喉管、弯管及反应釜等处时, 静电量会急剧增加。在设计方面, 与物料接触的流道尽量减少搅拌、碰撞的摩擦, 表面光滑, 流向尽量顺直, 避免急剧拐弯。设置安全流速, 减少静电产生, 并使静电及时泄放。如在汽柴油的灌装、储罐过程中, 根据国内外有关标准, 在装油口浸没在液面下一定高度前, 初装速度应控制在1m/s以内, 正式灌装速度根据油品的电导率及管径大小设置最高流速, 任何情况下流速都不应超过7m/s。
(2) 遵守易燃易爆化学品运输、输送、生产及储存过程中对物料接触的管道、设备、容器及装置材料的导静电性能要求规定①如对通过电流无限制, 通过的电流不会对其它元器件造成影响, 可选择金属足导体, 体积电阻率小于10Ω·m, 导电性能优异;②非金属的静电导体材料, 体积电阻率为10~1×105Ω.m。因生产工艺需要选择非金属材料, 但需要在绝缘材料中掺入金属等导电材料形成复合材料, 如导电塑料、导电纤维等。③静电亚导体材料, 体积电阻率为1×105~108Ω·m, 介于静电导体与绝缘体之间。静电亚导体又称为静电耗散材料, 在其表面的静电可以较快地扩散和泄漏。因它有较高的电阻率, 电流十分微弱, 处于μA级, 不会产生电击现象。主要用在半导体行业或极度危险的区域如防静电服、防静电地板等。
(3) 加入抗静电剂。由于化学高分子聚合物的电阻率非常高, 易积蓄静电产生危害, 在其生产加工中加入表面活性抗静电剂, 在化学聚合物表面形成均一的亲水物质层, 吸收空气中的水分形成导电通道, 离子型表面活性剂自身还具有导电作用, 可以使静电及时泄放, 产生较好的抗静电效果。表面活性抗静电剂可分为阳离子型的、阴离子型的和非离子型的三种。一般来说, 环境湿度越高, 表面活性抗静电剂的吸水性就越强, 抗静电性能就越显著。
3.2 静电的泄漏和中和
(1) 静电接地是防止静电危害的主要措施之一静电接地系统是指带电体上的电荷向大地泄漏、消散的外界导出通道。静电接地中容易忽视而又特别需要注意的事项:①静电接地对静电导体 (特别是金属) 上的静电荷能起到很好的导流作用, 而对于一部分静电非导体上的自由电荷, 则需经过一定的静置时间才能导入大地。②防止人体静电危害:在火灾、爆炸危险区域, 操作人员应徒手或徒手戴防静电手套触摸接地金属体后方可进入工作场所;不得穿戴合成纤维及丝绸衣物;不得穿脱衣服、帽子等。③静电接地连接点位置宜避开火灾、爆炸危险场所。
(2) 在静电容易积聚的部位设置一定长度的管段或缓和器, 以使液体中的静电荷得到充分地泄漏如在精细过滤器的出口, 液体先通过缓和器后再灌装。对于高带电的物料, 在接近排放口前的适当位置装设静电缓和器。
(3) 增加空气湿度。对于干燥环境, 为了加快静电泄漏, 增加空气湿度, 以提高导电性, 如向地面上洒水, 装设空气加湿器。
(4) 静电的中和。在某些场合中, 对于高绝缘易产生静电的化学品, 积累的静电不易或不允许泄放时, 将正负离子与静电源上的正负电荷中和, 从而消除静电。在实际应用中, 有离子静电消除器和感应式静电刷。离子静电消除器原理是由高压电源产生器和放电极通过尖端高压电晕放电把空气电离为大量正负离子, 然后用风把大量正负离子吹到物体表面以中和静电, 或者直接把静电消除器靠近物体的表面直接中和静电。目前工业应用中, 主要产品有离子风机、离子风枪及离子风鼓等。
3.3 静电屏蔽
静电屏蔽分为整体屏蔽和分隔屏蔽。整体屏蔽是指以屏蔽导体壳罩住带电物体的整体, 带电体产生的静电场, 被屏蔽导体封入内部, 对外界不产生静电作用。分隔屏蔽是使带电物体一部分以屏蔽导体从空间或表面进行包覆, 用屏蔽导体间隔带电物体, 增加了带电物体静电电容, 降低了静电电位, 降低了对外界的静电作用。静电屏蔽体效果与接地有很大关系, 只有将屏蔽体接地, 才能保证屏蔽体上感应的静电荷泄漏, 使屏蔽体内的带电物体不受外界电场干扰。静电屏蔽广泛用于仪器仪表电路的防静电干扰, 同时也用于防止静电源对外界的干扰。
4 结语
易燃易爆化学品的静电产生在工业生产、储运过程中不可避免, 静电危害及其隐患直接关系到安全生产。我们只有深入了解静电产生的原因、积聚过程及放电危险性的各个环节, 方能采取行之有效的安全防范措施。处理易燃易爆化学品的静电问题总的原则为“做到预防为主, 防范结合, 消除隐患, 健全制度, 规范操作”, 实际运用做到措施到位, 操作得当, 为安全生产保驾护航。
摘要：本文对易燃易爆化学品的静电产生原因及其事故、静电产生的危害进行了分析, 对静电防范措施包括设计、工艺措施, 静电泄漏和中和, 静电屏蔽进行了介绍, 以期为同行业提供参考。
关键词：静电,产生原因,静电危害,防范措施,防范原则
参考文献
[1] 石油化工静电接地设计规范[S].中国石化集团北京石油化工工程公司.