靜電的產生與危害
據(jù)有關資料統(tǒng)計,因靜電引起的火災和爆炸事故,在石油化工生產與銷售行業(yè)以及制藥、橡膠和粉末加工業(yè)居多。不難看出,由于石化企業(yè)存在大量液態(tài)碳氫化合物,易于產生可(易)燃氣體或蒸汽;其點燃能量很低,一般都在0.3MJ以下;又多以輸送、過濾、儲運、沖擊、攪拌、調和、噴射和涂層等為主要的生產工藝過程。由于此類液體(有的還常常夾帶著固體或液體雜質)在管道中高速流動,會與管壁大面積摩擦或者與容器壁及其它介質摩擦,從而導致靜電的產生。有資料表明,其在生產和操作過程中產生的靜電可以達到幾伏到幾萬伏,當靜電電壓在3000V以上時,若存在放電條件,則靜電放電火花所具有的能量,足以點燃汽油、乙醚等蒸汽與空氣的混合物,進而導致爆炸或燃燒。因此,討論液體靜電的危害,對石化企業(yè)安全生產是十分重要的。
靜電放電的常見方式主要有電暈放電、刷形放電和火花放電等3種形式,而對容器內烴類油品的放電主要為電暈放電和火花放電等兩種方式。一般情況下,電暈放電往往發(fā)生在靠近油面的突出接地金屬(如罐壁的突出物、裝油鶴管等)與油面之間,因而放電能量是極微小的,通常不會點燃液面蒸汽,但極有可能發(fā)展成為火花放電。
火花放電是極間空氣被擊穿而造成的,有明顯集中點,放電時有短促爆裂聲,能量在一瞬間集中釋放。此種放電形式造成事故的概率最高。此外,若絕緣體帶有的大量靜電,在對空氣發(fā)生放電的同時,還會沿著絕緣體表面進行放電。它的放電能量亦較大,引起靜電危害的概率也較高。石化企業(yè)時有發(fā)生的火災爆炸事故,多因火花放電為主。
另外,靜電放電產生的瞬間沖擊性電流通過人體某一部分時,可造成人體靜電電擊傷害。當人體帶電電位達3KV時,人體即有明顯的電擊感覺。靜電電擊雖不會致人而死,但往往會造成人員高空墜落,從而致使人員傷亡。靜電的存在不僅影響工作效率,還可能造成工作人員緊張,影響操作。
靜電的積聚及影響因素
靜電的積聚是引起靜電災害事故的主要根源。靜電產生的的大小主要與其物質電阻率有關。電阻是靜電產生的條件,也是靜電能否積聚的根本原因之一。通常電阻率越小,導電性能越好。電阻率小于108Ω•㎝為靜電導電體,此類物體不會引起危害,因為電阻率如此小的物體即使產生靜電,也能瞬時消失;電阻率在108~1010Ω•㎝之間的物體通常帶電量是不大的;電阻率在1011~1015Ω•㎝之間的物體易于帶靜電,是石化企業(yè)防靜電工作的重點對象;當電阻率大于1015Ω•㎝,物體反而不易產生靜電,但一旦帶有靜電就難以消除。如汽油、苯等電阻率在1011~1015Ω•㎝之間,它們是容易帶電的,也難于消散。
另外,因物質介電常數(shù)(決定電容的一個主要因素)的不同,在具體操作條件下,其電容與電阻結合起來,將決定靜電的消散規(guī)律,并成為影響電荷積聚的另一個因素。對于液體電阻率低的,其介電常數(shù)相對較大。如果液體相對介電常數(shù)大于20,并以“連續(xù)相”存在并接地,一般來說,不管是輸送還是儲運都不大可能造成靜電的積聚。
此外,靜電的產生與積聚,除與其物質本身的內在因素有關,還與生產過程和作業(yè)環(huán)節(jié)中介質的流速、壓力、管道內壁粗糙程度、管徑及其所含雜質等有關。通常情況下,烴類油品帶電與管線內壁粗糙程度成正比,內壁越粗糙,帶靜電越多;流速越快,流動時間越長,流經的閘閥、彎頭越多,產生的靜電荷越多;除柴油外,油品的溫度越高,產生的靜電荷也越多;用絕緣材料制成的容器和管線盛裝或輸送油品,較導電的金屬材料制成的容器和管線產生的靜電荷將很多;流通截面面積和流動方向的急劇改變會使靜電的產生驟然增大,如油品流經管道內設置的過濾器后,其靜電產生量有時會增加10~200倍。
同樣是烴類油品,灌裝方式有底部進油(液下裝油)和上部裝油(噴濺式裝油)。相比之下,上部裝油產生的靜電更大。其原因在于灌裝過程中大量的液體不斷分離,因而產生新的電荷,更重要的是液面電荷沒有充分時間馳張(一般認為馳張時間在30秒以上),導致液面表層電荷密度較高。同時,因油品沖擊罐壁造成噴濺飛沫而產生大量靜電。加之灌裝過程中又常常有油霧出現(xiàn),一旦與空氣混合達到爆炸極限濃度,則會有更大的危險性。底部進油時如罐底有沉積水,沉積水受進油方式的攪動也會產生很高的靜電電位。
另外,氣候對靜電的產生與積聚也有很大影響,如嚴寒的冬季和炎熱的夏季,天氣干燥,空氣的相對濕度小,更容易產生靜電。不同油品相混也會增加靜電的產生量。最后,還必須提及的是,人體在很多條件下也能夠帶靜電。在存有可燃混合氣體的環(huán)境中,人體靜電也是不容忽視的“危險源”。
靜電危害的防范措施
靜電最為嚴重的危害是引起爆炸和火災,其在瞬間即釋,放電能量大是其引發(fā)靜電危害的突出特點。因此,必須采取切實有效的措施來消除靜電危害。防止靜電危害的關鍵是:防止或減少靜電的產生;設法導走或中和產生的電荷,并使它無法積聚;防止有足夠能量的靜電放電;防止爆炸性混合氣體的形成。
目前,在石化企業(yè)中采用的消除靜電危害的方法很多,從機理上歸納,大致可分為3類:第一類是泄漏法。接地、增濕、加入抗靜電劑、鋪設導電橡膠或噴涂導電涂料等均屬泄漏法;第二類是中和法。其原理是對帶電體外加一定量的反電荷,使其與帶電體上的電荷中和,從而避免和減少靜電的積聚,如安裝靜電消除器等;第三類是工藝控制法。如在材料選擇、工藝設計、設備結構和操作管理等方面采取措施。
下面重點介紹幾種常見的消除靜電危害的方法和具體措施:1.接地。用來加工、貯存、運輸各種可燃性液(氣)體或液化烴及粉體的設備及管道進出裝置,爆炸危險場所的邊界,管道泵及其過濾器、緩沖器等都必須接地;汽車槽車、鐵路罐車和裝卸棧臺,要設有專用接地接頭或防靜電接地裝置。汽車槽車行走時應裝設專用的導電橡膠拖地帶,牢固連接在槽車上并垂掛于地面方向;爆炸危險區(qū)域內的油品、液化石油氣和天然氣等管道上的法蘭、膠管兩端等連接處應用金屬線跨接。法蘭的連接螺栓少于5根,且在易腐蝕環(huán)境下,亦應進行跨接;金屬采樣器、檢尺器、測溫器等應經導靜電繩索接地;防靜電接地裝置的接地電阻和法蘭跨接的接觸電阻不應大于100Ω和0.03Ω。
2.增濕
在生產作業(yè)現(xiàn)場安裝空調設備、噴霧器或懸掛濕布片,以提高空氣的濕度,從而降低或消除靜電的危險。從消除靜電危害的角度考慮,在允許增濕的生產或作業(yè)場所,保持相對濕度在70%以上較為適宜。
3.添加抗靜電劑
由于抗靜電劑具有較好的導電性或較強的吸濕性。因此,加入抗靜電劑,能有效降低材(原)料的體積電阻或表面電阻,加速靜電泄漏,從而消除或降低靜電危害。但應注意防止某些抗靜電劑的毒性和腐蝕性造成的危害。同時,對于懸浮狀粉塵或蒸汽,任何抗靜電劑都不起作用。因此,只有選擇合適的抗靜電劑,才會收到理想的防靜電危害效果。
4.靜電消除器
安裝靜電消除器是靜電中和法的具體應用。此類產品生產廠家較多,要注意選擇作用范圍大、消電效果好、耗電低、易于安裝和便于管理的靜電消除器,消除器要適應場所的電氣安全要求。
5.工藝控制法
工藝控制法是指在工藝和操作管理上采取相應的措施:如控制流速,尤其初始流速;避免噴濺和沖擊;消除雜質,避免油品與水、空氣以及不同油品相混等,都是行之有效的措施。
6.人體靜電的消除
減少靜電在人體上的積聚,可利用接地,穿防靜電鞋與工作服等防護措施,但只有選擇具有資質的廠家生產的合格產品,才能有效防止和降低靜電的產生與積聚。為確保安全,員工在工作場所不應穿脫衣物,且不得攜帶與工作無關的金屬物品,如鑰匙、硬幣、手表和戒指等。