浅析石油化工作业场所静电防护

摘 要：分析静电产生的内因和外因，从静电防护的角度出发，阐述预防静电荷的积聚、消除静电产生的工业环境的方法，提出石油化工作业场所防静电的工艺技术措施，提高企业的防静电能力。

关键词：静电;流速;接地;导除

1 引言

石油化工企业因使用大量石油化工原料，其作业场所存在大量的可燃物，这些可燃物又具有易燃易爆性、易蒸发性、易渗漏性、以及易发生静电积聚的特性，其产生的静电使作业场所存在火灾、爆炸的隐患，引起火灾爆炸事故，造成严重设备损坏和人员伤亡。

2 静电的产生

物质都是由带负极（-）的电子，带正极（+）的质子，形成电性中和的中子组成的。但当两物体摩擦或剥离时，一侧的物体的电子飞出正电荷增加，另一侧的电子粘连负电荷增加，这被称为带电。静电的产生是由物质自身特性的内因及外部对物质施加影响的外因共同作用产生的，物质中原子的活动程度和物质的电阻率影响静电产生的能力。

2.1 静电产生的内因

2.1.1 物质的溢出功（功函数）不同

溢出功（功函数）：即原子中电子脱离其束缚的能量大小。两种固体物质接触距离小于2.5×10-6mm时，电子在两种固体物质接触界面上会产生转移，因为每种物质具有独自的逸出功（或功函数），逸出功较大的一方得到电子带负电，另一方失去电子带正电。

2.1.2 物质的电阻率不同

由于物质的电阻率不同，只要存在导电性的差异，带电层电子运动速度就存在差异，则就为形成静电创造了条件。

2.1.3 介电常数不同

介电常数即电容率，是影响物体电容的主要因素之一。物体的电容与电阻影响静电的消散规律，也影响电荷的积聚特性。液体物质的介电常数越大，一般电阻率越低。对于相对介电常数大于20的“连续相”的液相物质，若进行接地，都不大可能发生静电积聚，这是指导石油化工企业消除静电的关键措施。

2.2 静电产生的外因

2.2.1 紧密接触与迅速分离

任何物体表面都不会完全平滑，物体之间的接触即为多点接触，当接触距离达到2.5×10-6mm以下时，就会发生电子转移现象，物体表面之间即形成了双电层。如果以足够快的速度将两种物体分离，物体就会产生带电现象。

2.2.2 附着带电

若物体与大地绝缘，极性离子或自由电子附着其上，将使该物体呈现带电现象;若物体本身带电，将改变其带电状况。物体对地电容及周围环境条件，如物体形状、空气湿度等，影响着物体获得电荷能力的大小。

2.2.3 感应起电

带电物体能使与它接近的另一导体表面出现极性相反电荷的现象，即为感应起电。感应起电的实质是在带电体上电荷的作用下，导体上的正负电荷发生分离，使电荷在导体上发生转移的现象。

2.2.4 液体流动带电

电阻率较高的液体在金属管道中流动时产生的带电现象即为流动带电。

2.2.5 喷出带电（气体、液体、粉体等）

气体分子间的距离相对气体分子较大，很少发生互相接触和分离。若气体在管道内加压流动时，将大大增加气体分子接触、分离的机会，因加压后的气体流动速度很快，导致产生大量的静电;大量的灰尘、金属粉末、液滴、水锈等微小颗粒存在于气体内部，大大增大带电的可能性，蒸气高速喷出甚至达到几百到十几万伏。

2.2.6 电磁感应起電

在现代工业生产和日常生活中，利用电磁感应原理起电的用电设施有动力用电、照明用电等。

2.2.7 射线电离空气起电

在射线的照射下，空气、绝缘体中的中性分子会发生电离起电现象。

2.2.8 分子分裂起电

发生变形、断裂、破碎等情况的物体，中性分子产生分裂，从而引发物体带电。如果发生突然断裂或破碎，在极短的瞬可能出现放电火星。

2.2.9 极化起电

在电场力的作用下，电介质中的偶极子会定向排列，导致不带电的电介质两端出现正负电性，这种现象被称为“介电极化”，也叫极化起电。

3 石油化工作业场所静电防护

工艺、设备、储运、配管、电气等因素对石油化工企业的防静电设计有着至关重要的影响，另外，完善工艺操作条件、导除静电荷、选用合适的静电消除器、屏蔽带静电的物体、屏蔽体可靠接地、以及改善带电体周围环境条件等均可以减少静电积聚，为石油化工企业的防静电设计提供可靠保障。

3.1 静电接地

将产生静电的设备和带电物体上的静电荷通过接地装置迅速引入大地，以导除静电电荷的大量积累，防止静电电压的升高，是导除静电最重要的措施。

①石油化工企业在生产、储运过程中，设备、管道、操作工具及人体等，有可能产生和积聚静电而造成静电危害时，应采取静电接地措施;

②设备内部的导体，特别是无法从外部进行检查的导体;装在绝缘物体上的金属部件;与绝缘物体同时使用的导体;被涂料或粉体绝缘的导体;容易腐蚀而造成接触不良的导体;在液面上悬浮的导体。上述导体或部位必须按规定要求进行静电接地;

③各种静电消除器的接地端，应按规定要求进行接地;（下转第85页）

（上接第83页）

④与防雷、电气保护等的接地系统有电气连接、埋入地下的金属导体（如金属构造物、金属配管、构筑物的钢筋等）有紧密的机械连接，且金属导体之间具有静电导通性、作阴极保护的金属管段，上述情况下的金属导体不必采取专有的静电接地措施。

3.2 人体带电防范

人的身体因穿着化纤服饰，在行走或活动时，因摩擦或发生起电现象，会产生静电或带电，应根据不同的工作环境采取不同的防范措施，主要有以下几个方面：

①物体因摩擦、研磨、洗涤、剥离、感应等发生带电现象，人体应采取防止接近和接触的措施，如隔离带电体;

②高压电会产生强电场，致使其周围的金属物件或粉尘感应带电，人体应远离高压电厂、高压带电体或带电粉尘等;

③在可能产生静电的场所，人员应穿戴防静电鞋、防静电工作服、防静电手套等防静电防护用品，严禁穿戴合成纤维及丝绸衣物。如果环境相对湿度大于50%，可穿棉工作服;采用腕带等局部静电防护措施以减少静电的产生;在车间或生产场所外设置固定式静电导除设施，操作人员在进入工作场所前徒手触摸静电导除设施;在防止产生静电的危险场所，禁止穿脱衣服，禁止剧烈运动;

④静电危险场所的操作台面应布置导电橡胶板，场所内板凳的座面应使用具有导电性能的材料，操作台面和板凳的支架与地面使用非金属材料垫衬时，应将其进行有效的静电接地措施;静电危险场所的地面应敷设稳定且不易发尘的导静电材料，并将导静电地面的体积电阻率控制在1.0×105Ω·m～1.0×108Ω·m之间;

⑤定期检查和保养静电控制设备，防止其静电导除功能的失效。

3.3 增加环境湿度

保持周围环境相对湿度大于50%，可以有效降低物体的电阻率，因此，在工艺条件允许时，采取增加环境相对湿度方法，可以防止物体在静电危险场所带电。这种增湿的方法只适用于1和2区火灾爆炸危险场所。

3.4 工艺控制法

在设计及操作过程中，可采取下列工艺控制法，来预防或减少静电的积聚以及因静电引发的燃爆事故：

①液体物质在管道设备中流动时，与管道发生摩擦，会产生静电，静电的多少与流速的平方成正向关系，一般要求液体在管道中的流速不大于4.5m/s，也可根据工艺条件增大管道直径，已减少流速在合理范围内;在液体物料灌装场所，要求在容器底部或将导管伸入容器底端，以减少液体在容器内的流动;在设计阶段，考虑控制反应容器的搅拌速度，也可以减少液体的流动;灌装时，容器中的液体静止一段时间后，才能进行测量测温等操作，设备、管道等设施应选用金属材料，禁止使用塑料材质;

② 惰化：采用惰性气体保护，在盛装可燃液体的容器里，进行惰性气体保护，可以有效排除容器里的空气（主要是氧气），使容器内缺少助燃物，此方法仅适用于可燃物浓度处于其爆炸极限范围内;或者使可燃物质的浓度高于其爆炸极限上限的条件下进行工艺操作;

③通风：通过强制通风的方式，可以稀释危险场所的可燃物浓度，使其大大低于可燃物的可燃下限的方法，来预防应静电放电引发的燃爆事故。

④静电导除：利用金属网静电屏蔽带电体，并将屏蔽体或金属网进行可靠接地;控制在静电危险场所安装的工艺装置存在导电性突出物;在工艺操作过程中，应避免物料的高速分离;降低具有静电性的非导体材料的暴露面的宽度和暴露面积;减少具有静电性的非导体材料在分层或套叠的结构中的使用;在静电危险场所，减少软管及绳索的使用，不可避免时，应选用电阻值介于1×103Ω/m～1×106Ω/m的;禁止在火灾爆炸危险场使用金属倒链;配备静电消除器。

4 总结

静电火花是石油化工生产中引发火灾爆炸事故的重要原因，研究其产生的机理，有助于石油化工企业在设计阶段、生产、以及运行后的安全管理等有效预防和减少静电的积聚，以便于建立完善的静电预防和消除措施。

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作者简介：

赵家程，供职于中海油天津化工研究设计院有限公司，本人毕业于辽宁石油化工大学控制理论与控制工程专业，研究生学历，一级安全评价师，注册安全工程师，研究方向为安全完整性等级（SIL）评估、精细化工风险评估等。

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