静电的控制与消除

第三节静电的控制与消除

一、防止形成危险性混合物

静电最为严重的危险是引起爆炸和火灾。根据静电作为火源引起爆炸和火灾的必要和充分的条件，防止静电灾害的要求可归纳为以下几点。

①防止或减少静电的产生；②设法导走或中和产生的电荷，使它不能积聚；③防止高电场产生的、有足够能量的静电放电；④防止爆炸性混合气体的形成。上述四条只要做到任何一条，都可以防止静电引起的爆炸和火灾。前三条实际上是控制静电的产生和积聚，是消除静电危害的直接措施，第四条是消除或减轻周围环境引起爆炸和火灾的危险，是防止静电危害的间接措施。

静电引起爆炸或火灾的条件之一是有爆炸性混合物存在。为防止静电灾害，可采取以下控制措施。

1.以不可燃介质代替可燃介质

在许多化工生产的工艺过程中使用着有机溶剂和易燃液体。如果不影响工艺过程的正常进行，最好以不可燃介质代替可燃介质，这样做既经济又实惠，不仅防止了静电的引燃，而且杜绝了一切着火的根源。例如，汽油和煤油对洗涤设备或设备零部件上的油脂污物有着良好的去污性能。但是，汽油和煤油即使在正常温度下也容易产生蒸气，在其表面附近与空气形成爆炸性混合物，而且汽油和煤油的闪点和燃点都很低，加之两者又都比较容易产生静电，使用它们作为洗涤剂会带来很大的危险性。为此，建议采用危险性较小的三氯乙烯和四氯化碳等溶剂作为洗涤剂；但是，应当充分注意其毒性以及注意其与火焰接触时生成光气的可能性。最好采用不可燃混合溶剂进行化学脱脂，见表6-14。油和碱相互作用形成水状乳浊液，就能清洗掉物体表面的脏物。

表6-14 化学脱脂时使用的不可燃混合剂

注：混合剂1、2、3适用于黑色金属，4、5适用于铜及其合金，6、7适用于铝及其合金。在温度为70 ～80℃下，脱脂时间为10 ～15min，用压缩空气搅拌溶剂。

目前，已广泛采用电化及超声波脱脂的方法使零件和容器净化。化学脱脂时使用的溶剂成分及电化脱脂条件见表6-15。溶剂成分及超声波脱脂的条件见表6-16。

表6-15 化学脱脂时使用的溶剂成分及电化脱脂条件

注：1和2适用于黑色和有色金属，2适用于铜及其合金，3适用于锌及其合金，4适用于锌、铝及铜等的合金，5用于交流电使金属脱脂。

表6-16 溶剂成分及超声波脱脂的条件

注：1适用于黑色金属，2适用于铝，3适用于黄铜和青铜。

电化和超声波脱脂时，不仅不会发生燃烧和爆炸，而且提高了劳动生产率。

对于粉体、粉尘越小，粒子总面积越大，在空气中越能起氧化反应。微粒小于300μm 时，火花放电能使生产中的粉尘着火。因此，用颗粒状材料（微粒大于300μm）代替粉尘，这是防止静电危害的一种措施。必须指出，粒子大小决定于工艺流程的要求，不能任意改变。

2.降低爆炸性混合物浓度

为防止爆炸混合物的形成，可以使爆炸混合物的浓度低于爆炸下限，或高于爆炸上限，因此，可以在爆炸和火灾危险场合采用通风装置或抽气装置及时排出爆炸性混合物，使混合物浓度不超过爆炸下限，防止静电火花引起爆炸或火灾。易燃液体在其表面上由于蒸发产生的蒸气爆炸性混合物的数量是同温度密切相关的，所以，易燃液体还有一个爆炸温度极限。爆炸温度极限也有爆炸温度下限和爆炸温度上限之分。当温度在此下限和上限范围之内时，液体蒸发产生的蒸气爆炸性混合物的浓度正好在该液体的爆炸浓度极限范围之内，液体的爆炸温度下限即该液体的闪点。例如：车用汽油的爆炸温度是-39 ～- 8℃，灯用煤油的是+ 40 ～+ 86℃，酒精的是+11 ～+40℃，苯的

是-14 ～+12℃，甲苯的是+1 ～+31℃，乙醚的是-45 ～+13℃等。显然，把温度控制在爆炸温度极限范围之外也是一条防止静电引起爆炸和火灾的途径，但是，爆炸性混合物是按照可燃性物质的特性、使用量、使用条件以及温度、压力和湿度等环境条件而变化的，因此，控制温度的办法不能作为惟一的安全措施。

3.减少氧化剂

这种方法的具体做法是在含有可燃气体，蒸气或粉尘的容器内充填氮、二氧化碳或其他不活泼的气体，减少气体、蒸气或粉尘爆炸性混合物中氧的含量，消除燃烧条件，防止爆炸和火灾。一般情况下，混合物中氧的含量不超过8% 时即不会引起燃烧。

图6-34表明汽油的爆炸极限与其蒸气混合物中不活泼气体含量之间的关系。图中各曲线与垂直线的上、下交点即汽油在相应情况下的爆炸上限和爆炸下限。由图可知，当空气中不活泼气体含量为零时，该汽油的爆炸极限为 1.4% ～7.3% ；随着空气中不活泼气体的含量逐渐增加，汽油的爆炸上限降低、爆炸下限升高；当不活泼气体的含量增加至某一数值时，汽油的爆炸上限与爆炸下限合为一点，这时混合物中的含氧量称为最小点燃含氧量；当不活泼气体的含量进一步增加，混合物中的含氧量低于最小点燃含氧量时，则不会引起混合物燃烧。由此可见，充填氮或二氧化碳等不活泼气体可以起到防止静电爆炸和火灾的作用。

图6-34 汽油含有不活泼气体时的爆炸极限

但是，对于镁、铝、锆、钍等粉尘爆炸性混合物，充填氮或二氧化碳是无效的。这时，可充填氩、氦等惰性气体防止爆炸和火灾。

二、工艺控制

工艺控制系指从工艺上采取相应的措施，用以限制和避免静电的产生和积聚，是消除静电危害的方法之一，应用较广。

1.利用静电序列的材质搭配

同一物质和两种不同物质摩擦，可能带有不同数量和极性的电荷。例如，按表6-17 所列的情

况，用钢铁和聚氯乙烯摩擦，钢铁带有正电荷；若用腈纶和钢铁摩擦，钢铁就会带负电荷。利用这种关系有两种方法可以消除静电。一种方法是适当地选择搭配容器、管道、漏斗、辊轴等的材质，就可以使物料在这个地方产生的静电到另一个地方自行消失。这种方法，在纺织、气力输送等摩擦产生静电的场所可以人为地使生产物料与不同材料制成的设备发生摩擦，并且与一种材料制成的设备摩擦时物料带正电，而与另一种材料制成的设备摩擦时物料带负电，以使得物料上的静电荷相互抵消，从而消除静电的危险。例如：氧化铝粉经过不锈钢漏斗时静电电位为负100V，经过虫胶漏斗时静电电位为正500V，如采用适当选配两种材料制成的组合漏斗，则静电电位可降低为零。又如，气动输送使物料经过不同材质的管道，产生相反极性的电荷，达到物料自身中和的目的。另一种办法为材料混合的方法，即适当选用材料混合比，使材料与其他物质摩擦分离时不会显现明显的静电效应。例如，含有40% 尼龙和60% 达科隆的混合纤维同镀铬表面摩擦时不会产生静电积聚。

表6-17 一些物质的静电序列

采用以上两种方法时应注意选用的材料应能适应工艺上的要求，而且有一定的导电性，以防设备本身积聚危险的静电，并应注意物料变化是否改变带电极性等。

基于上述原理，在存在摩擦而且容易产生静电的场合，生产设备宜于镶配与生产材料相同的材料。在某些情况下，还可以考虑采用位于静电序列中段的金属材料制成生产设备，以减轻静电的危害。

2.控制流速

降低摩擦速度或流速等工作参数可限制静电的产生。例如，油品在管道中流动所产生的流动电流或电荷密度的饱和值与油品流速的二次方成正比。可见控制流速是减少静电荷产生的一个有效办法，然而这种方法与目前石油工业发展的高速装运还有矛盾。一些国家和单位进行研究的结果，是对最大流速加以限制。实验归结出如下安全流速的公式

式中v———平均流速，m /s；

d———管道直径，m。以此公式计算不同管径的允许最大流速见表6-18。

由于静电的危险程度受许多因素影响，因此表6-18 内数值不是绝对的。如果有长期运行经验证明，也可以提高速度。但是，在此同时要注意防止因高速形成喷雾的状态。此外，对乙醚输送，在管径不大于12mm 以及对二硫化碳输送管径不大于24mm 时，二者的流速均不宜超过 1 ～1.5m /s。如果管径增加，则流速要降低。其他如脂类、酮类和醇类等流体流速允许达到10m /s。粉体在管道内输送时，带电微粒流动形成的粉流电流大致与气流速度的 1.8次方、管径的1次方和粉