靜電的控制與消除方法

   靜電是一種常見的自然現象。任何一種材料，不論是固體、液體還是氣體，不論是導體還是絕緣體，都會因為摩擦而帶有電荷。電荷量的多少除了取決于材料本身的特性，還受工藝設備和參數、環境條件等因素的影響。靜電最為嚴重的危險是引起爆炸和火災。在很多情況下，不產生靜電是不可能的。但產生靜電并非危害所在，危險在于靜電的積累，以及由此產生的靜電電荷的放電。

   防護靜電主要是對爆炸和火災的防護。靜電災害的預防措施包括控制靜電產生的措施，防止靜電積累的措施，防止爆炸性混合物形成的措施等。

    靜電災害預防的原則有兩條：要防止靜電的聚集，避免或減少靜電放電的產生，或采取“邊產生邊泄漏”的方法達到預防靜電荷積聚的目的，將靜電荷控制在不至引起危害的程度，對已存在的電荷積累，迅速可靠地消除掉。

   控制靜電的方法就是在發生靜電火花之前，為彼此分離的電荷提供一條通路，使它們毫無危害地中和。為此，可以采用下述幾種方法。

1 工藝控制

   工藝控制是指從工藝上采取相應的措施，用以限制和避免靜電的產生和積聚，是消除靜電危害的方法之一，應用較廣泛。

   工藝控制是從工藝流程、設備構造、材料選擇及操作管理等方面采取措施，限制電流的產生或控制靜電的積累，使之控制在安全的范圍之內。

   在很多可能產生和積累靜電的工藝過程中，都要用到有機溶劑和易燃液體并由此帶來爆炸和火災的危險。在不影響生產工藝過程、產品質量和經濟合理的前提下，使用不可燃介質代替易燃介質。在爆炸和火災危險場所采用通風裝置或抽氣裝置及時排除爆炸性混合物，使混合物濃度不超過爆炸極限，防止靜電火花引起爆炸或火災。

   正確區分靜電產生區和逸散區，采取不同的防靜電危害措施，增強靜電電荷的衰減。在靜電產生區，主要指帶電過程（分離出相反極性的電荷）；在靜電逸散區，是指電荷自介質材料上泄漏或松弛而逸散，這些現象的本質是電荷守恒定律。基于電荷守恒定律，兩個區域的存在，可以采用不同的預防靜電危害的措施。由于工藝過程、工作參數或生產物料性質的改變，可能改變產生靜電區域和靜電逸散區域的分布。

對設備和管道選擇適當的材料。

   控制物料輸送速度，適當地安排物料投入順序。降低摩擦速度或流速等工藝參數可限制靜電的產生。例如，油品在管道中流動所產生的流動電流或電荷密度的飽和值與油品流速的平方成正比?？梢娍刂屏魉偈菧p少靜電荷產生的一個有效辦法，然而這種方法與目前石油工業發展的高速裝運存在矛盾。一些國家和單位進行研究的結果是對最大流速加以限制。在帶傳送等其他產生靜電的工藝過程中，也應該根據運行經驗得出某些允許的工藝參數。改變工藝過程時，應注意這些工藝參數的要求。

   控制產生靜電的附加源。在工藝過程中，產生靜電的區域（如輸送管道），在目前情況下要想做到不產生靜電是很困難甚至是不可能的。但是，對產生電荷的附加源，在很大場合是能預防的。

   在生產工藝的操作上，應控制油品處于安全流速范圍內。減少油品的飛濺，同時防止油品中夾入水分和氣體。盡量采用金屬管道或部件，當采用非導體材料時，應采取相應的措施。液體石油產品通過精細過濾器會產生大量靜電荷，從過濾器出口到儲器應留有 30s 緩和時間。

   此外，不允許把不接地的孤立導體置于料斗內或其他容器內，防止因靜電感應造成火花放電。

2 靜電接地

靜電接地是消除導體上靜電簡單有效的方法，是防止靜電的最基本的措施?？梢岳霉に囀侄螌諝庠鰸?、添加抗靜電劑。

   接地是消除靜電災害最簡單、最常用的方法，把設備上各部分經過接地極與大地連接，靜電連接系統的電阻不應超過4。它主要是消除導體上的靜電，其類型包括3種。

   直接接地，即將金屬導體與大地進行導電性連接，從而使金屬導體的電位接近于大地電位的一種接地類型。

   間接接地，即為了使金屬導體外部的靜電導體和靜電電壓導體進行靜電接地，將其表面的全部或局部與接地的金屬導體緊密相連，將此金屬作為接地電極的一種接地類型。

   跨接接地，即通過機械和化學方法把金屬物體間進行結構固定，從而使兩個或者兩個以上互相絕緣的金屬導體進行導電性連接，以建立一個供電流流動的低阻抗通路，然后再接地的一種接地類型。應當指出，導體因感應而放電時，接地只能消除部分危險。

   由于防靜電接地系統所要求的接地電阻值較大而接地電流很小，所以其接地線主要按機械強度來選擇，其最小截面為 6 mm²。一般采用絕緣導線，對移動設備則采用可繞導線。

   對于固定式裝置的防靜電接地，接地線應與其焊接。對于移動式裝置的防靜電接地，接地線應與其可靠連接，防止松動或斷線。

3 靜電屏蔽

3.1 靜電屏蔽的效果

   接地屏蔽（簡稱屏蔽）是用屏蔽材料阻止帶電體（絕緣體帶電）對其附近物體的電氣作用，從而得到防止絕緣體帶電引起的力學現象和放電現象。

   靜電屏蔽的目的是屏蔽帶電體的靜電場，一般是通過接地的金屬等導體（如金屬絲、金屬網等）覆蓋帶電體的表面。

   在帶電體上安裝屏蔽材料時，不一定全部屏蔽，可以采取部分屏蔽的方法。屏蔽之后帶電體的靜電容量將增大，電位上升將受到抑制，其結果是帶電體放電頻率減小。但采用部分屏蔽，會產生不理想的結果。若在屏蔽材料的帶電體的另一面有接地體靠近，且帶電體帶電量較大時，將會發生表面放電，此種放電引起的著火爆炸的概率很高，屏蔽反而起到相反的效果，因此在進行屏蔽時必須加以注意。

3.2 接地屏蔽方法

   靜電屏蔽原則上不需要對帶電體表面全部覆蓋，只要達到帶電體電位不升就可以了。屏蔽材料應有足夠機械強度的直徑盡量小的金屬線或數厘米方孔的金屬網等。但屏蔽接地一定要可靠，并且以不使屏蔽材料與帶電體發生靜電放電為宜。為此要注意以下幾點。

   靜電屏蔽應盡量使屏蔽材料緊密結合與帶電體

上。因此最好是將屏蔽材料的各重要部位，分別固

定在帶電體上。

   使用細金屬線做屏蔽材料時，應將金屬線間隔數厘米緊密纏繞在帶電體上，為軟管或管子等屏蔽，是將金屬線在軟管的表面進行屏蔽或使用內有金屬線的軟管和管子，金屬線要可靠地接地，并應注意金屬線中間不能斷開。

   使用金屬以外的材料做屏蔽時，應在屏蔽材料配上與其緊密結合的金屬，并將此金屬可靠地接地。如布袋過濾器（簡稱袋濾器），應使用在布內加導電性纖維或金屬線的材料，導電纖維布通過金屬環進行接地。在儲油罐內取樣和檢測的場所，為了限制帶電液體電位，可在罐內設置開孔金屬圓筒檢測井，檢測井內孔直徑為 30 cm 左右，并可靠接地。如單純為了限制帶電液面電位上升也可以在罐內各處和罐頂蓋與底面中間每隔數米設置垂直的接地金屬線或導電性繩索。

4 靜電中和法

   靜電中和法是利用極性相反的電荷中和（消除）靜電的方法。

   靜電中和器又叫接地消除器，主要是將分子進行電離，產生消除靜電所必須的離子（一般正負離子成對）的裝置。其中與帶電物極性相反的離子，向帶電體移動，并和帶電物體的電荷進行中和，從而達到消除靜電的目的。這種方法已經被廣泛地應用于生產薄膜、紙、布等行業，但是應用不當或失誤會使消除靜電的效果減弱，甚至會導致事故發生。利用此原理制成了靜電消除器，靜電消除器的類型主要有自感應式、外接電源式、放射線式、離子流式和組合式等，在生產中根據需要選擇合適的靜電消除器。

   根據不同的物質相互摩擦能產生不同極性的靜電的原理，對生產過程中能產生靜電的機械零件進行適當的選擇和組合，使摩擦產生的正、負電荷在生產過程中自行中和，破壞其靜電積累的條件。

   在膠片生產和印刷行業中，空氣濕度不宜過大。對此可以采用裝設消靜電器，產生異性電荷以電暈方式中和靜電。

   利用放射性同位素，在不需要電源的情況下，放射α、β粒子，離化空氣，中和靜電。這種方法穩定性好，效率高，在易燃易爆的條件下也比較安全。

   向粉塵物質輸送管道中噴入“離子風”，中和靜電電荷，防止爆炸。

   物體上的靜電通過空氣迅速中和是發生在氣體放電的時候。這標志著氣體中出現了碰撞電離。若出現了雪崩式電離，即由于碰撞出來的電子和離子再度引起碰撞電離，便會使電流急劇增加而形成火花放電。放電是中和靜電的主要方式之一。它又分為下面3種形式。

   電暈放電：發生在帶電體尖端附近或曲率半徑很小處的局部區域內。該區域內電場強度很高，使氣體分子發生電離，產生一薄層電暈，形成電暈放電。有時還伴有嘶嘶聲和淡紫色光。帶正電荷者比帶負電荷者容易形成電暈且較為強烈。

   刷形放電：其放電通道有很多分支而不集中在一點，放電時伴有聲光。由于絕緣束縛電荷的能量較強，其表面容易出現刷形放電。

   火花放電：是指放電通道集中的放電，即電極上有明顯放電集中點的放電?；鸹ǚ烹姇r有短促的爆裂聲和明亮的閃光。

5 增濕

   隨著濕度的增加，絕緣體表面上形成薄薄的水膜。該水膜的厚度只有1 ×10^-5cm，其中含有雜質和溶解物質，有較好的導電性。因此，它能使絕緣體的表面電阻大大降低，能夠加速靜電的泄漏。增濕適用于絕緣體上靜電的消除。但增濕主要是增強靜電沿絕緣體表面的泄漏，而不是增加通過空氣的泄漏。因此，增濕對于表面容易形成水膜或表面容易被水潤濕的絕緣體有效。如醋酸纖維、硝酸纖維素、紙張、橡膠等。而對于表面不能形成水膜、表面水分蒸發極快的絕緣體或孤立的帶靜電絕緣體，增濕也是無效的。允許增濕與否以及允許增加增濕的范圍，需根據生產要求確定。從消除接地危害的角度考慮，保持相對濕度在70%以上較為適宜。當相對濕度小于 30% 時，產生的靜電是比較強烈的。

   為防止物體表面大量帶電，相對濕度應在50% 以上；為了提高降低靜電的效果，相對濕度應提高到 65%~70%；對于吸濕性很強的聚合材料，為了保證降低靜電的效果，相對濕度應提高到80%~90%。

   應當注意，空氣的相對濕度在很大程度上受濕度的影響。增濕的方法不宜用于消除高溫環境的絕緣體上的靜電。

6 抗靜電添加劑

   抗靜電添加劑是化學藥劑，具有良好的導電性或較強的吸濕性。因此，在容易產生靜電的高絕緣材料中加入抗靜電添加劑，能降低材料的體積電阻率或表面電阻率，加速靜電的泄漏，消除靜電的危險。對于固體，若能將其體積電阻率降低至 1×10⁷Ω·m 以下，或將其表面電阻率至110⁸Ω·m 以下，即可消除靜電的危險。對于液體，若能將其體積電阻率降低至1×10⁸Ω·m以下，即可消除靜電的危險。

    使用抗靜電添加劑是從根本上消除靜電危險的方法，但應注意防止某些抗靜電添加劑的毒性和腐蝕性造成的危害。這應從工藝狀況、生產成本和產品使用條件等方面考慮使用抗靜電添加劑的合理性。在橡膠行業中，為了提高橡膠制品的抗靜電性能，可采用炭黑、金屬粉等添加劑，如在橡膠中加入導電炭黑、火藥藥粉中一般加入石墨。在石油行業，可采用油酸鹽、環烷酸鹽、鉻鹽、合成脂肪酸鹽等抗靜電添加劑，以提高石油制品的導電性，消除靜電危險。這種微量的抗靜電添加劑并不影響石油制品的理化性能。

   應當指出，對于懸浮粉體和蒸汽靜電，因其每一微小的顆粒（或小珠）都是互相絕緣的，所以任何用抗靜電添加劑都不起作用。

7 加強靜電安全管理

   在有靜電危險的企業，靜電安全管理應當是企業整體性的管理，而不應當是局部性管理。靜電安全管理包括靜電標準和規范的制定、靜電安全教育、操作規程管理等內容。

   工作中應盡量不搞可使人帶電的活動；合理使用規定的防護用品；工作時應有條不紊，避免急性動作；在防靜電場所不得攜帶與工作無關的金屬物品；不準使用化學纖維材料制作的拖布或抹布擦洗物品及地面。

   企業的安全管理者應重視靜電在化工生產中的危害，把靜電的危害通過合理的安全措施予以消除，從而保證企業安全生產，避免事故的發生。