化工安全火灾爆炸事故的技术预防措施.ppt
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1、化工安全,4 火灾爆炸事故的技术预防措施(三),化工安全第4章 课程课件,2,4.5 静电的危害及防范措施,内 容4.5.1 静电的产生与静电电荷的积累4.5.2 静电的危害及引发燃烧爆炸事故的条件4.5.3 人体静电4.5.4 粉状物料输送过程中产生的静电4.5.5 液体在管道内流动产生的静电4.5.6 预防和控制静电危害的技术措施,4.5 静电的危害及防范措施,3,有关防范静电危害的标准,防止静电事故通则GB 12158-2006液体石油产品静电安全规程GB 13348-92石油化工静电接地设计规范SH 3097-2000静电作业规范NFPA 77(2000版)静电安全指南(日本1988)
2、NFPA(National Fire Protection Association)美国防火协会标准,4,详细了解静电的参考书,刘尚合等静电理论与防护 北京:兵器工业出版社,1999刘尚合等静电放电及危害防护 北京:北京邮电大学出版社,2004,4.5 静电的危害及防范措施,5,4.5.1 静电的产生与静电电荷的积累,静电是指绝缘物质(或孤立导体)上携带的相对静止的电荷。静电电荷是由不同物体接触-分离时产生的。静电电荷只能聚积于物体的表面上,不能象在导体里的电流那样容易流动,因而称之为静电。,4.5 静电的危害及防范措施,6,(1)静电的产生机理,电子挣脱原子核的束缚所需要的最小能量称为电子逸
3、出功(又称为功函数)。它反映了原子核对电子的束缚力或者吸引力的大小,不同原子或者说是不同物质的电子逸出功是不相同的。,4.5 静电的危害及防范措施,7,当两种物体在一起互相摩擦,两者作相距小于2510-8cm的紧密接触时,电子受到相反两个方向的作用力,作用力之差净作用力就是电子逸出功之差。2510-8cm=2.5nm,是材料间可以发生电荷转移或电荷交换的距离最大距离。,8,由于两物体各自带有电荷相反的静电荷,就形成了双电层。,电子逸出功不同的物质接触形成双电层,电子逸出功大的物质带负电荷,那一种物质的电子逸出功大?,4.5 静电的危害及防范措施,平衡状态,9,双电层还不是静电;当两物质作相对运
4、动,如固体间相互摩擦、液体在管道中流动、粉状物料在布袋中滑动,部分电子来不及复位就随物质离开了,就各自带上了净电荷静电。,4.5 静电的危害及防范措施,10,静电的产生过程,4.5 静电的危害及防范措施,跑的速度慢,没有赶上汽车!,静电电荷的量与相接触的两物质的电子逸出功之差有关,差别越大即性质相差越大,静电电荷越多;同时还与移动速度大小有关,速度越大,静电电荷越多。,11,4.5 静电的危害及防范措施,12,静电带电序列北川序列,(十)玻璃一头发一尼龙一羊毛一人造纤维一绸布一醋酸人造丝一奥纶一纸浆和滤纸一黑橡胶一维尼纶一可耐尼龙一赛璐路一玻璃纸一聚苯乙烯一聚四氟乙烯(一)绸布与玻璃棒摩擦带正
5、(十)电荷,而与聚四氟乙烯摩擦带负(一)电荷,4.5 静电的危害及防范措施,13,(2)静电的积累与泄漏,产生的静电电荷也能通过导体泄漏掉,泄漏的快慢与物质的电阻率大小有关,只有当物体是绝缘材料、或物体表面是绝缘材料或由被绝缘材料隔离的导电材料构成时,才能在其表面上积累(积聚)电荷。否则,产生的静电会很快泄漏掉而不能积聚起来。,4.5 静电的危害及防范措施,14,这里所说的绝缘材料,是指电阻率大于10l0cm的材料。电阻率在10l01015 cm之间者容易产生静电,是防静电工作的重点对象;当电阻率大于1015 cm时,物体就不易产生静电,但一旦带有静电,就难以消除。物体电阻率106108cm的
6、材料为导静电材料,即使上面带上电荷,也可瞬间消失。,4.5 静电的危害及防范措施,物体的电阻率小于1104m时属于静电导体;电阻率大于11011m时属于静电非导体;介于二者之间时属于静电亚导体;人体电阻在103数量级及以下,属于静电导体。,15,4.5 静电的危害及防范措施,表面电阻率定义为单位宽度、单位长度材料的表面电阻值,即正方形材料两对边间的表面电阻,单位为欧姆()。体电阻率定义为单位截面积、单位长度立方体材料两个相对面间的电阻,单位为m或cm。,4.5 静电的危害及防范措施,17,几种液体的电阻率,4.5 静电的危害及防范措施,18,介电常数也反映电荷泄漏与积累的快慢,当流体的相对介电
7、常数超过20,不论是管道连续输送还是贮运,当有接地装置时都不会产生静电积聚。带电体上静电电量泄漏到原来一半所需要的时间叫静电消散半衰期tl/2。静电消散的半衰期越长,静电愈不容易泄漏,危俭性愈大。半衰期与液体的介电常数及电阻率成正比,液体的半衰期可用下式计算:t1/26.510-14 对于固体带电物质,半衰期可用下式求得:t 1/20.69RC,4.5 静电的危害及防范措施,19,半衰期反映静电消散的快慢,它是判断静电积聚的重要参数。在有些国家根据他们的经验,规定静电半衰期tl/20.012s的,可以认为其静电的积聚是安全的。在此条件下即使产生静电,也不致积聚起来。,4.5 静电的危害及防范措
8、施,20,某些液体的、v与t 1/2的关系,4.5 静电的危害及防范措施,21,(3)影响静电产生的因素及静电的特点,影响静电产生的因素凡是加快液体线性流速、增加湍流程度、混入互不相溶的液体的因素,如流速、管径、管材种类、管内壁粗糙度、弯头多少、滤网密度与材质、油中有水等都影响产生静电电荷的速度。,4.5 静电的危害及防范措施,22,影响静电泄漏的因素,影响静电泄漏的因素就影响静电积累,如管道材料或相关物质的电阻率、法兰间是否电气连接、有无静电接地、接地电阻大小、空气湿度、带电物质对水的亲和度等。,4.5 静电的危害及防范措施,23,静电与工业用电的区别,如此高电位的带电体若与零电位或低电位物
9、体接触形成不大的间隙时,极易产生静电放电火花。,4.5 静电的危害及防范措施,24,部分工序或场所的静电电位数值,电影胶片制造 15kV及以上 橡胶制造及人造革制造 1015kV 细小颗粒的研磨,有粉尘的工序 1015kV 喷漆 l0kV 赛璐珞的摩擦 40kV 橡胶输送带的运转(4m/s)45kV 含沥青的汽油通过丝织品滤网时 335kV,4.5 静电的危害及防范措施,25,4.5.2 静电的危害及引发燃烧爆炸事故的条件,(1)静电的危害(2)静电引发燃烧爆炸事故的条件,4.5 静电的危害及防范措施,26,4.5 静电的危害及防范措施,27,(1)静电的危害引发燃烧和爆炸,火花放电是发生在液
10、态或固态导体之间的放电。其特征是有明亮的放电通道,通道内有密度很高的电流,使其中的气体完全电离。放电很快且有很响的爆裂声。两导体之间的电场强度超过击穿强度时,就会发生火花放电。因为发生放电的是导体,所有电荷几乎全部进入火花,即火花几乎消耗掉所有的静电能量。,4.5 静电的危害及防范措施,28,4.5 静电的危害及防范措施,29,4.5 静电的危害及防范措施,30,当导体上有曲率半径很小的尖端时,即发生电晕放电。电晕放电不一定指向某一特定方向。电晕放电时,尖端附近的场强很强,尖端附近气体发生电离,电荷可离开导体;而远离尖端处场强急剧减弱,电离不完全,只能形成微小电流。电晕放电的特征是伴有嘶嘶的响
11、声,有时有微弱的辉光。,4.5 静电的危害及防范措施,31,刷形放电发生在非导体和导体之间,是自非导体上的许多点发出短小火花的放电。火花是由非导体表面能够流入其中的电荷引起的。其放电总体经常有刷子似的形状。刷形放电的局部能量可能具有引燃能力。,4.5 静电的危害及防范措施,32,4.5 静电的危害及防范措施,33,4.5 静电的危害及防范措施,34,4.5 静电的危害及防范措施,35,4.5 静电的危害及防范措施,场致发射放电是从物体表面发射出电子的放电。其放电能量很小,因此,只有涉及敏感度很高的易爆物品时,才具有危险。,36,4.5 静电的危害及防范措施,37,当悬浮在空气中的带电粒子形成大
12、范围、高电荷密度的电荷云时,会发生闪雷状的所谓雷形放电。受压液体、液化气高速喷出时,可能发生雷形放电。雷形放电能量很大,引燃危险也很大。,静电火花引燃,造成火灾甚至爆炸,是其最大的危害。,4.5 静电的危害及防范措施,38,容易产生静电的工序和工作状态,4.5 静电的危害及防范措施,39,静电放电释放的能量多少与许多因素有关,导体火花放电一般能释放全部能量,静电放电能量可用下式计算:式中,E 静电放电能量,J;Q 电量,C;U 静电压,V;C 电容,F。,4.5 静电的危害及防范措施,40,例如:当向槽车中装苯时产生静电,测得静电压为1000V,电容为1.010-9F,如发生静电放电,问放电能
13、量能否引起苯的燃烧或爆炸?首先计算放电的能量 E=0.5 CU2=0.51.010-910002=510-4J=0.5 mJ 已知苯的最小点火能(最小引燃能量)为0.2mJ,上述数值大大超过了苯的最小点火能,所以完全可以使之爆炸。,4.5 静电的危害及防范措施,41,什么是最小点火能Emin?,点燃某可燃物质的最小能量为该物质的最小点火能,其反映了物质被点燃的难易程度,Emin越小越易被点燃。物质不同,最小点火能也不相同。实际的最小点火能还与物质浓度、氧气浓度有关。,4.5 静电的危害及防范措施,42,部分气体的最小点火能/10-3J,4.5 静电的危害及防范措施,43,(2)静电引发燃烧爆炸
14、事故的条件,a.要具备产生静电的条件;b.要具备产生火花放电的电位;c.有能产生火花放电的条件;d.放电火花有足够能量;e.现场环境有易燃易爆混合物。此5个条件缺一不可,因此要达到预防目的,只要消除其中一条即可防止火灾爆炸事故。,4.5 静电的危害及防范措施,44,预防静电事故的措施:减少产生量、泄放、消除,4.5 静电的危害及防范措施,45,判断安全电位,生产过程中积累静电的物体是导体时 静电安全判据可为Emax0.4Emin,由此可知静电可能引起燃烧爆炸的最低界限,以电位表示为:,4.5 静电的危害及防范措施,46,D为距离,人手靠近导体,放电容易发生,,4.5 静电的危害及防范措施,47
15、,生产过程中积累静电的物体是绝缘体时如果绝缘材料发生放电,其积累的静电电能一般不能一次全部放出,可按下述大致标准进行判断是否有引发燃烧爆炸的危险。a 对于最小静电点火能为数十毫焦耳的危险物质,带电体电位达1kV以上,或带电电荷密度达110-7k/m2以上就有燃爆危险;b 对于最小静电点火能为数百毫焦耳的危险物质,带电体电位达5kV以上,或带电电荷密度达110-6k/m2 时以上就有燃爆危险;c 对带电体用接地的直径约为3mm以上的金属球靠近时,在带电体与金属球之间产生有光和声的放电效果时,就有引起燃爆的危险;d 当操作人员(人体)接近带电体时,人体有静电电击的感觉,就有引起燃爆的危险;e 若带
16、电体表面电荷密度达到110-4k/m2,产生表面放电,放出数百毫焦耳的放电能量,就有引起燃爆的危险。,4.5 静电的危害及防范措施,48,4.5.3 人体静电,(1)人体静电的产生与危害人体产生静电的机理与工艺过程中完全相同,也是由于摩擦所致。人穿的衣服之间在长时间充分接触和摩擦中带了静电,在脱衣时,两件带有异性电荷的衣服在彼此脱离接触时就会发生静电放电。不仅衣服摩擦可以产生静电,而且穿着胶底鞋在绝缘地板上来回走动后人体也会带上静电,人坐在人造革等绝缘材料为表面的椅子上活动后起立时人体也会带上静电,即使用干抹布抹绝缘桌面后,也能使人体带上静电。据报道,人穿塑料鞋在橡胶板上来回走动可使人体带电2
17、3kV。,4.5 静电的危害及防范措施,49,表3-5-5 工作环境的人体带电,4.5 静电的危害及防范措施,50,表3-5-6 静电电击人体的反应,4.5 静电的危害及防范措施,51,人体静电对生产的危害同样是引发火灾,而人的位置不固定,经常出现在高度危险的场所,因此防范人体静电的危害在安全管理工作中十分重要。西安某厂用浸了汽油的锯末擦精密车间的地板,汽油蒸气充满了这个40m2的房间。由于工作人员穿着涤纶衣服和泡沫塑料凉鞋活动,使衣服和拖鞋上都带上较高静电,这时恰好有人踢到地面上一小段露头的旧穿线铁管,于是立即发生放电,放电火花引起汽油蒸气与空气混合物的燃烧爆炸,伤亡多人,室内设备和仪器也严
18、重烧毁。由此可见,人体静电放电有时危害是很大的。,4.5 静电的危害及防范措施,52,(2)消除人体静电的措施,消除人体静电的措施包括:穿防静电工作服、人体接地、工作地面导静电化以及加强防静电安全操作等。,4.5 静电的危害及防范措施,53,穿防止静电的工作服装 在有静电危害的场所工作人员(包括临时人员)应穿戴防静电工作服、鞋和手套,不得穿用化纤衣物。穿防静电的工作服不仅可以少产生静电,降低人体电位,同时可以避免服装上带高电位所引起的其他危害。禁止穿羊毛或化纤厚袜;穿防静电工作服或手套和帽子,不穿厚毛衣,可穿棉制品服装。防静电鞋的电阻值应小于107,并大于105。穿防静电鞋可保持人体接地,防止
19、人体形成较高的静电电位。要特别注意:严禁在鞋内外粘贴绝缘垫,并应定期作检查。另外,在防爆厂房内,应避免穿脱衣服、靴、鞋、梳头及剧烈活动,因为这些动作可能产生静电放电而引起火灾爆炸事故。在有静电危险的场所,不得携带与工作无关的金属物品,如钥匙、硬币、手表、戒指等,也不许穿带钉子的鞋等进人现场,不准使用化纤材料制作的拖布或抹布擦洗物体或地面。,4.5 静电的危害及防范措施,54,人体接地 在人体必须接地的场所,应装设金属接地棒消电装置。工作人员随时用手接触接地棒,以清除人体所带有的静电。在坐着工作的场合,工作人员可佩带接地的腕带。防静电的场所入口处、外侧,应有裸露的金属接地物,如采用接地的金属门、
20、门帘、扶手、支架等。在油罐、精馏塔的爬梯入口应留一小段不涂漆,供工作人员触摸接地。,4.5 静电的危害及防范措施,57,戴腕带情况下人体接地电阻检测,4.5 静电的危害及防范措施,58,工作地面导静电化 地面保持一定的导电性,才能使人体有效接地。工作地面导静电化就是使用导电工作地面,其电阻的阻值既要小到能防止人体静电的积累,又要考虑不会由于误触动力电导致人体严重伤害,故电阻值应适当。目前国内外定为一般场合为108,有火灾爆炸危险的场所为106。国内一般要求为3104R106。当空气相对湿度在30%以下时,每班洒水至少12次,使混凝土地面、嵌木地板湿润,使橡胶、塑料贴面及油漆地面形成水膜,增加导
21、电性。,4.5 静电的危害及防范措施,59,表3-5-7 不同地面材料的泄漏电阻,4.5 静电的危害及防范措施,60,4.5.4 粉状物料输送过程中产生的静电,对粉状物料进行筛选、输送、搅混、气流烘干、旋风分离及袋式除尘等加工处理,过程中免不了有物料颗粒之间或物料与器壁、管壁、布袋之间的相互碰撞和摩擦,接触与分离反复进行,它们之间就会产生电子转移现象,粉体及器壁会分别带上不同符号的静电。对于完全分散的粉粒,其能保持的最大表面电荷密度为10Cm2(微库米2)。,4.5 静电的危害及防范措施,61,图3-5-2 粉体物料从斜导槽上流过时带静电的情况(a)流动摩擦起电;(b)金属容器上的感应电荷;(
22、c)等效电路,4.5 静电的危害及防范措施,62,图3-5-2 粉体物料从斜导槽上流过时带静电的情况(a)流动摩擦起电;(b)金属容器上的感应电荷;(c)等效电路,4.5 静电的危害及防范措施,63,4.5 静电的危害及防范措施,64,2001年,石家庄某制药集团的一车间内,在离心机放料过程中发生静电火灾,分析事故原因时,发现离心机与双锥之间垂直高度为3.5m,落差大造成放料速度过快,与普通化纤接料袋的摩擦速度过快,短时间内积聚大量的电荷是造成静电火花放电的主要原因之一。也是在2001年,河北一工厂车间向预先装(投)好丙酮的反应釜内投加粉状反应物,直接从塑料编织袋中放出,粉体流动产生的静电使编
23、织袋静电电位高达2000V,接触反应釜时放电产生的火花将丙酮蒸汽引爆。,4.5 静电的危害及防范措施,65,又如,某厂采用气流烘干可燃性粉体物料,气流温度80,烘干后用袋式除尘器捕捉细粉。因为粉料堵塞了袋滤的网眼,便停止运转来将布袋上的粉尘抖落下来,抖落后再开车运转时,突然发生了粉尘与空气混合物的燃烧与爆炸。据分析是因为过滤袋由化纤织物制成,粉状物料长时间与布袋摩擦并穿过布袋网眼与其分离,使布袋带上静电,在掸落的过程中,又使静电电压进一步升高,达到数万伏,这样,当重新开车时,布袋被空气吹胀,很可能与金属框架之间发生静电放电而引起燃爆事故,4.5 静电的危害及防范措施,66,4.5.5、液体在管
24、道内流动产生的静电,图3-5-3 液体与管壁形成双电荷层及冲流电流(a)管内流动液体形成双电荷层;(b)管内壁突起带电情况,4.5 静电的危害及防范措施,67,4.5 静电的危害及防范措施,火花放电,68,固体管壁表面上吸附的电荷层很薄,只有几个分子大小厚度,称为固定电荷层;而液体内的电荷层较厚,有许多个分子甚至几毫米的厚度,称为扩散电荷层。液体流动使双电荷层分离,带着扩散层电荷流动,形成微弱的电流冲流电流。对于弱的紊流流动,冲流电流为:,4.5 静电的危害及防范措施,69,对于强的紊流流动,冲流电流为:式中圆周率,=3.1416;r液体的相对介电常数;0真空的介电常数,0 8.8510-12
25、F/m;液体与管道的接触电势,与流体种类和管道材料有关;d管道内径;m液体的密度;液体的粘滞系数;液体的平均流速。,4.5 静电的危害及防范措施,70,从公式看,液体的相对介电常数越大,越有利于冲流电流的增加。介电常数特别小时,液体的电阻率也特别大,电荷的流动性很弱,不容易产生静电,但已有的静电电荷也不容易消散。冲流电流与液体流速有关,流速越大则冲流电流越大,且紊流程度越大,流速的影响越大。在紊流状态下,冲流电流也随着管道直径的增大而增大。,4.5 静电的危害及防范措施,71,液体流经一段管道后,由于冲流电流的存在,必然造成管路一端有较多的正电荷,另一端有较多的负电荷,若管壁是绝缘的,则管路两
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