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静电的控制与消除方法

文章来源:http://www.iwuchen.com/  2018年04月01日  点击数:3529

   静电是一种常见的自然现象。任何一种材料,不论是固体、液体还是气体,不论是导体还是绝缘体,都会因为摩擦而带有电荷。电荷量的多少除了取决于材料本身的特性,还受工艺设备和参数、环境条件等因素的影响。静电最为严重的危险是引起爆炸和火灾。在很多情况下,不产生静电是不可能的。但产生静电并非危害所在,危险在于静电的积累,以及由此产生的静电电荷的放电。

   防护静电主要是对爆炸和火灾的防护。静电灾害的预防措施包括控制静电产生的措施,防止静电积累的措施,防止爆炸性混合物形成的措施等。

    静电灾害预防的原则有两条:要防止静电的聚集,避免或减少静电放电的产生,或采取“边产生边泄漏”的方法达到预防静电荷积聚的目的,将静电荷控制在不至引起危害的程度,对已存在的电荷积累,迅速可靠地消除掉。

   控制静电的方法就是在发生静电火花之前,为彼此分离的电荷提供一条通路,使它们毫无危害地中和。为此,可以采用下述几种方法。

1 工艺控制

   工艺控制是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,应用较广泛。

   工艺控制是从工艺流程、设备构造、材料选择及操作管理等方面采取措施,限制电流的产生或控制静电的积累,使之控制在安全的范围之内。

   在很多可能产生和积累静电的工艺过程中,都要用到有机溶剂和易燃液体并由此带来爆炸和火灾的危险。在不影响生产工艺过程、产品质量和经济合理的前提下,使用不可燃介质代替易燃介质。在爆炸和火灾危险场所采用通风装置或抽气装置及时排除爆炸性混合物,使混合物浓度不超过爆炸极限,防止静电火花引起爆炸或火灾。

   正确区分静电产生区和逸散区,采取不同的防静电危害措施,增强静电电荷的衰减。在静电产生区,主要指带电过程(分离出相反极性的电荷);在静电逸散区,是指电荷自介质材料上泄漏或松弛而逸散,这些现象的本质是电荷守恒定律。基于电荷守恒定律,两个区域的存在,可以采用不同的预防静电危害的措施。由于工艺过程、工作参数或生产物料性质的改变,可能改变产生静电区域和静电逸散区域的分布。

对设备和管道选择适当的材料。

   控制物料输送速度,适当地安排物料投入顺序。降低摩擦速度或流速等工艺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平方成正比。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存在矛盾。一些国家和单位进行研究的结果是对最大流速加以限制。在带传送等其他产生静电的工艺过程中,也应该根据运行经验得出某些允许的工艺参数。改变工艺过程时,应注意这些工艺参数的要求。

   控制产生静电的附加源。在工艺过程中,产生静电的区域(如输送管道),在目前情况下要想做到不产生静电是很困难甚至是不可能的。但是,对产生电荷的附加源,在很大场合是能预防的。

   在生产工艺的操作上,应控制油品处于安全流速范围内。减少油品的飞溅,同时防止油品中夹入水分和气体。尽量采用金属管道或部件,(www.iwuchen.com)当采用非导体材料时,应采取相应的措施。液体石油产品通过精细过滤器会产生大量静电荷,从过滤器出口到储器应留有 30s 缓和时间。

   此外,不允许把不接地的孤立导体置于料斗内或其他容器内,防止因静电感应造成火花放电。

2 静电接地

静电接地是消除导体上静电简单有效的方法,是防止静电的最基本的措施。可以利用工艺手段对空气增湿、添加抗静电剂。

   接地是消除静电灾害最简单、最常用的方法,把设备上各部分经过接地极与大地连接,静电连接系统的电阻不应超过4。它主要是消除导体上的静电,其类型包括3种。

   直接接地,即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。

   间接接地,即为了使金属导体外部的静电导体和静电电压导体进行静电接地,将其表面的全部或局部与接地的金属导体紧密相连,将此金属作为接地电极的一种接地类型。

   跨接接地,即通过机械和化学方法把金属物体间进行结构固定,从而使两个或者两个以上互相绝缘的金属导体进行导电性连接,以建立一个供电流流动的低阻抗通路,然后再接地的一种接地类型。应当指出,导体因感应而放电时,接地只能消除部分危险。

   由于防静电接地系统所要求的接地电阻值较大而接地电流很小,所以其接地线主要按机械强度来选择,其最小截面为 6 mm2。一般采用绝缘导线,对移动设备则采用可绕导线。

   对于固定式装置的防静电接地,接地线应与其焊接。对于移动式装置的防静电接地,接地线应与其可靠连接,防止松动或断线。

3 静电屏蔽

3.1 静电屏蔽的效果

   接地屏蔽(简称屏蔽)是用屏蔽材料阻止带电体(绝缘体带电)对其附近物体的电气作用,从而得到防止绝缘体带电引起的力学现象和放电现象。

   静电屏蔽的目的是屏蔽带电体的静电场,一般是通过接地的金属等导体(如金属丝、金属网等)覆盖带电体的表面。

   在带电体上安装屏蔽材料时,不一定全部屏蔽,可以采取部分屏蔽的方法。屏蔽之后带电体的静电容量将增大,电位上升将受到抑制,其结果是带电体放电频率减小。但采用部分屏蔽,会产生不理想的结果。若在屏蔽材料的带电体的另一面有接地体靠近,且带电体带电量较大时,将会发生表面放电,此种放电引起的着火爆炸的概率很高,屏蔽反而起到相反的效果,因此在进行屏蔽时必须加以注意。

3.2 接地屏蔽方法

   静电屏蔽原则上不需要对带电体表面全部覆盖,只要达到带电体电位不升就可以了。屏蔽材料应有足够机械强度的直径尽量小的金属线或数厘米方孔的金属网等。但屏蔽接地一定要可靠,并且以不使屏蔽材料与带电体发生静电放电为宜。为此要注意以下几点。

   静电屏蔽应尽量使屏蔽材料紧密结合与带电体

上。因此最好是将屏蔽材料的各重要部位,分别固

定在带电体上。

   使用细金属线做屏蔽材料时,应将金属线间隔数厘米紧密缠绕在带电体上,为软管或管子等屏蔽,是将金属线在软管的表面进行屏蔽或使用内有金属线的软管和管子,金属线要可靠地接地,并应注意金属线中间不能断开。

   使用金属以外的材料做屏蔽时,应在屏蔽材料配上与其紧密结合的金属,并将此金属可靠地接地。如布袋过滤器(简称袋滤器),应使用在布内加导电性纤维或金属线的材料,导电纤维布通过金属环进行接地。在储油罐内取样和检测的场所,为了限制带电液体电位,可在罐内设置开孔金属圆筒检测井,检测井内孔直径为 30 cm 左右,并可靠接地。如单纯为了限制带电液面电位上升也可以在罐内各处和罐顶盖与底面中间每隔数米设置垂直的接地金属线或导电性绳索。

4 静电中和法

   静电中和法是利用极性相反的电荷中和(消除)静电的方法。

   静电中和器又叫接地消除器,主要是将分子进行电离,产生消除静电所必须的离子(一般正负离子成对)的装置。其中与带电物极性相反的离子,向带电体移动,并和带电物体的电荷进行中和,从而达到消除静电的目的。这种方法已经被广泛地应用于生产薄膜、纸、布等行业,但是应用不当或失误会使消除静电的效果减弱,甚至会导致事故发生。利用此原理制成了静电消除器,静电消除器的类型主要有自感应式、外接电源式、放射线式、离子流式和组合式等,在生产中根据需要选择合适的静电消除器。

   根据不同的物质相互摩擦能产生不同极性的静电的原理,对生产过程中能产生静电的机械零件进行适当的选择和组合,使摩擦产生的正、负电荷在生产过程中自行中和,破坏其静电积累的条件。

   在胶片生产和印刷行业中,空气湿度不宜过大。对此可以采用装设消静电器,产生异性电荷以电晕方式中和静电。

   利用放射性同位素,在不需要电源的情况下,放射α、β粒子,离化空气,中和静电。这种方法稳定性好,效率高,在易燃易爆的条件下也比较安全。

   向粉尘物质输送管道中喷入“离子风”,中和静电电荷,防止爆炸。

   物体上的静电通过空气迅速中和是发生在气体放电的时候。这标志着气体中出现了碰撞电离。若出现了雪崩式电离,即由于碰撞出来的电子和离子再度引起碰撞电离,便会使电流急剧增加而形成火花放电。放电是中和静电的主要方式之一。它又分为下面3种形式。

   电晕放电:发生在带电体尖端附近或曲率半径很小处的局部区域内。该区域内电场强度很高,使气体分子发生电离,产生一薄层电晕,形成电晕放电。有时还伴有嘶嘶声和淡紫色光。带正电荷者比带负电荷者容易形成电晕且较为强烈。

   刷形放电:其放电通道有很多分支而不集中在一点,放电时伴有声光。由于绝缘束缚电荷的能量较强,其表面容易出现刷形放电。

   火花放电:是指放电通道集中的放电,即电极上有明显放电集中点的放电。火花放电时有短促的爆裂声和明亮的闪光。

5 增湿

   随着湿度的增加,绝缘体表面上形成薄薄的水膜。该水膜的厚度只有1 ×10-5cm,其中含有杂质和溶解物质,有较好的导电性。因此,它能使绝缘体的表面电阻大大降低,能够加速静电的泄漏。增湿适用于绝缘体上静电的消除。但增湿主要是增强静电沿绝缘体表面的泄漏,而不是增加通过空气的泄漏。因此,增湿对于表面容易形成水膜或表面容易被水润湿的绝缘体有效。如醋酸纤维、硝酸纤维素、纸张、橡胶等。而对于表面不能形成水膜、表面水分蒸发极快的绝缘体或孤立的带静电绝缘体,增湿也是无效的。允许增湿与否以及允许增加增湿的范围,需根据生产要求确定。从消除接地危害的角度考虑,保持相对湿度在70%以上较为适宜。当相对湿度小于 30%时,产生的静电是比较强烈的。

   为防止物体表面大量带电,相对湿度应在50% 以上;为了提高降低静电的效果,相对湿度应提高到 65%~70%;对于吸湿性很强的聚合材料,为了保证降低静电的效果,相对湿度应提高到80%~90%。

   应当注意,空气的相对湿度在很大程度上受湿度的影响。增湿的方法不宜用于消除高温环境的绝缘体上的静电。

6 抗静电添加剂

   抗静电添加剂是化学药剂,具有良好的导电性或较强的吸湿性。因此,在容易产生静电的高绝缘材料中加入抗静电添加剂,能降低材料的体积电阻率或表面电阻率,加速静电的泄漏,消除静电的危险。对于固体,若能将其体积电阻率降低至 1×107Ω?m 以下,或将其表面电阻率至1108Ω?m 以下,即可消除静电的危险。对于液体,若能将其体积电阻率降低至1×108Ω?m以下,即可消除静电的危险。

    使用抗静电添加剂是从根本上消除静电危险的方法,但应注意防止某些抗静电添加剂的毒性和腐蚀性造成的危害。这应从工艺状况、生产成本和产品使用条件等方面考虑使用抗静电添加剂的合理性。在橡胶行业中,为了提高橡胶制品的抗静电性能,可采用炭黑、金属粉等添加剂,如在橡胶中加入导电炭黑、火药药粉中一般加入石墨。在石油行业,可采用油酸盐、环烷酸盐、铬盐、合成脂肪酸盐等抗静电添加剂,以提高石油制品的导电性,消除静电危险。这种微量的抗静电添加剂并不影响石油制品的理化性能。

   应当指出,对于悬浮粉体和蒸汽静电,因其每一微小的颗粒(或小珠)都是互相绝缘的,所以任何用抗静电添加剂都不起作用。

7 加强静电安全管理

   在有静电危险的企业,静电安全管理应当是企业整体性的管理,而不应当是局部性管理。静电安全管理包括静电标准和规范的制定、静电安全教育、操作规程管理等内容。

   工作中应尽量不搞可使人带电的活动;合理使用规定的防护用品;工作时应有条不紊,避免急性动作;在防静电场所不得携带与工作无关的金属物品;不准使用化学纤维材料制作的拖布或抹布擦洗物品及地面。

   企业的安全管理者应重视静电在化工生产中的危害,把静电的危害通过合理的安全措施予以消除,从而保证企业安全生产,避免事故的发生。

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