1静电的危害形式和事故后果
静电危害是由静电电荷或静电场能量引起的。在生产工艺过程中以及操作人员的操作过程中,某些材料的相对运动、接触与分离等原因导致了相对静止的正电荷和负电荷的积累,即产生了静电。由此产生的静电其能量不大,不会直接使人致命。但是其电压可能高达数十千伏以上容易发生放电,产生放电火花。静电的危害形式和事故后果有以下几个方面。
1)在有爆炸和火灾危险的场所,静电放电火花会成为可燃性物质的点火源,造成爆炸和火灾事故。
2)人体因受到静电电击的刺激,可能引发二次事故,如坠落、跌伤等。此外,对静电电击的恐惧心理还对工作效率产生不利影响。
3)某些生产过程中,静电的物理现象会对生产产生妨碍,导致产品质量不良,电子设备损坏。
2静电的特性
(1)静电的产生
实验证明,只要两种物质紧密接触而后再分离时,就可能产生静电。静电的产生是同接触电位差和接触面上的双电层直接相关的。
1)静电的起电方式
①接触——分离起电。两种物体接触,其间距离小于25×10-8cm时,由于不同原子得失电子的能力不同,不同原子外层电子的能级不同,其间即发生电子的转移。因此,界面两侧会出现大小相等、极性相反的两层电荷。这两层电荷称为双电层,其间的电位差称为接触电位差。根据双电层和接触电位差的理论,可以推知两种物质紧密接触再分离时,即可能产生静电。
②破断起电。材料破断后能在宏观范围内导致正、负电荷的分离,即产生静电。这种起电称为破断起电。固体粉碎、液体分离过程的起电属于破断起电。
③感应起电。例举一种典型的感应起电过程。假设一导体A为带有负电荷的带电体,另有一导体B与一接地体相连时,在带电体A的感应下,B的端部出现正电荷,B由于接地,其对地电位仍然为零,而当B离开接地体时,B成为了带正电荷带电体。
④电荷迁移。当一个带电体与一个非带电体接触时,电荷将发生迁移而使非带电体带电。例如:当带电雾滴或粉尘擅击导体时,便会产生电荷迁移;当气体离子流射在不带电的物体上时,也会产生电荷迁移。
2)固体静电
固体静电可用双电层和接触电位差的理论来解释。双电层上的接触电位差是极为有限的,而固体静电电位可高达数万伏以上,其原因在于电容的变化。
将两种相接近的两个带电面看成是电容器的极板。可以推知,电容器上的电压u与电容器极间距离d成正比。两个带电面紧密接触时,其间距离d只有25×10-8cm。若二者分开为l cm,即d增大为400万倍。与其对应,如接触电位差为0.01 V,则(在不考虑分开时电荷逆流的情况下),二者之间u可达40,000 V。
橡胶、塑料、纤维等行业工艺过程中的静电高达数十千伏,甚至数百千伏,如不采取有效措施,很容易引起火灾。
3)人体静电
人体静电引发的放电是酿成静电灾害的重要原因之一。人体静电的产生主要由摩擦、接触——分离和感应所致。人体在日常活动过程中,衣服、鞋以及所携带的用具与其他材料摩擦或接触——分离时,均可能产生静电。例如,当穿着化纤衣料服装的人从人造革面的椅子上起立时,由于衣服与椅面之间的摩擦和接触一分离,人体静电可达10 000 V以上。
4)粉体静电
粉体实质是处在微小颗粒状态下的固体,其静电的产生也符合双电层的基本原理。当粉体物料被研磨、搅拌、筛分或处于高速运动时,由于粉体颗粒与颗粒之间以及粉体颗粒与管道壁、容器壁或其他器具之间的碰撞、摩擦,或因粉体破断等都会产生危险的静电。
5)液体静电
液体在流动、过滤、搅拌、喷雾、喷射、飞溅、冲刷、灌注和剧烈晃动等过程中,由于静电荷的产生速度高于静电荷的泄漏速度。从而积聚静电荷,可能产生十分危险的静电。
6)蒸气和气体静电
蒸气或气体在管道内高速流动,以及由阀门、缝隙高速喷出时也会产生危险的静电。类似液体,蒸气产生静电也是由于接触、分离和分裂等原因产生的。
完全纯净的气体即使高速流动或高速喷出也不会产生静电。但由于气体内往往含有灰尘、铁末、液滴、蒸气等同体颗粒或液体颗粒,正是这些颗粒的碰撞、摩擦、分裂等过程产生了静电。例如,喷漆的过程实质上是将含有大量杂质的气体高速喷出,就会伴随比较强的静电产生。
(2)静电的消散
中和与泄漏是静电消失的两种主要方式,前者主要是通过空气发生的;后者主要是通过带电体本身及其相连接的其他物体发生的。
1)静电中和。空气中的自然存在的带电粒子极为有限,中和是极为缓慢的,一般不会被觉察到。带电体上的静电通过空气迅速的中和发生在放电时。
2)静电泄漏。表面泄瀑和内部泄漏是绝缘体上静电泄漏的两种途径。静电表面泄漏过程其泄漏电漉遇到的是表面电阻;静电内部泄漏过程其泄漏电流遇到的是体积电阻。
(3)静电的影响因素
1)材质和杂质的影响
一般情况下,杂质有增加静电的趋势。但如杂质能降低原有材料的电阻率,加入杂质则有利于静电的泄漏。
液体内含有高分子材料(如橡胶、沥青)的杂质时,会增加静电的产生。
液体内含有水分时,在液体流动、搅拌或喷射过程中会产生静电。液体内水珠的沉降过程中也会产生静电。如果油罐或油槽底部积水,经搅动后可能由静电引发爆炸事故。
2)工艺设备和工艺参数的影响
接触面积愈大,产生静电愈多,接触压力愈大或摩擦愈强烈,会增加电荷的分离,以致产生较多的静电。工艺速度越高,产生的静电越强。下列是容易产生和积累静电典型工艺过程:
①纸张与辊轴摩擦、传动皮带与皮带轮或辊轴摩擦等;橡胶的碾制、塑料压制、上光等;塑料的挤出、赛璐珞的过滤等。
②固体物质的粉碎、研磨过程;粉体物料的筛分、过滤、输送、干燥过程;悬浮粉尘的高速运动等。
③在混合器中各种高电阻率物质的搅拌。
④高电阻率液体在管道中流动且流速超过1 m/s;液体喷出管口;液体注入容器发生冲击、冲刷和飞溅等。
⑤液化气体、压缩气体或高压蒸气在管道中流动和由管口喷出,如从气瓶放出压缩气体、喷漆等。
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