0801安全培训简报-静电的危害与预防

2008年第1期总第4期编制：张肖磊作业场所静电的危害与预防15:11:303内容导航生产生活中的静电1静电产生的物质特性和条件1.1静电产生的内因1.2静电产生的外因2作业场所静电的危险与危害静电的危险性静电的危害3小幽默4静电危害的预防与消除防静电基本原则改进工艺控制静电产生静电的泄放消散静电的中和及屏蔽易燃易爆物的控管人体静电危害与消除5本期培训效果自测15:11:304生产生活中的静电静电放电ESD(electrostaticdischarge)是一种常见的现象。在干燥的天气中梳头，可以听到清晰的噼啪声；夜晚脱衣服，有时可以看见蓝色的小火花；开关屋门或车门时，手碰到金属部位会有噼啪声并有刺痛感；在与客人握手寒暄之际，因双方感到有刺痛感而出现骤然缩手的尴尬场面------这些都是生活中的静电现象，一般由于电量有限，尚不致造成多大伤害。ESD现象安全释放静电工具15:11:305在工业生产中，静电也是很常见的，从传统的观点来看，它是火工、化工、石油、粉碎加工等行业引起火灾、爆炸等事故的主要诱发因素之一，也是亚麻、化纤等纺织行业加工过程质量及安全事故隐患之一，还是造成人体电击伤害的主要因素之一。随着高科技的发展，静电所造成的后果已经突破了安全问题的界限。静电放电造成的频谱干扰危害，是在电子、通讯、航空、航天以及一切应用现代电子设备、仪器的场合导致设备运转故障、信号丢失、误码的直接原因之一。此外，静电造成敏感电子原件的潜在失效，是降低电子产品工作可靠性的重要因素。据日本20世纪80年代的一项统计资料，在失效的电子元件中，有45%是因静电危害造成的。静电对电子器件的危害很大，也是引起火灾、爆炸事故的主要因素之一1静电产生的物质特性和条件15:11:3071.1静电产生的内因①物质的逸出功不同。任何两种固体物质，当两者作相距小于2.5纳米时（1纳米=10-9m），在接触界面上会产生电子转移现象。这是由于各种物质逸出功不同的缘故。两物体相接触时，逸出功较小的一方失去电子带正电，而另一方就获得电子带负电。②物质的电阻率不同。由高电阻率物质制成的物体，其导电性能差，带电层中的电子移动比较困难，构成了静电荷积聚的条件。例如，两物体紧密接触时，接触界面上形成了双电层，若物质均为导体，纵然分离的速度很快，先分离部分的电子总能很容易地通过最后分离的接触点泄漏返回原处，两物体分开后仍然各自表现为电中性。但若此两物体或其中之一由绝缘物质构成，物体分离后就有一部分电子回不到原来的物体上去，因而两物体均出现带电性。绝缘体中的电子电子转移15:11:308电阻率分为体积电阻率和表面电阻率两种，单位为Ω·m，对不同状态的物体要采用不同的计算方式，根据实验得知，一般情况下电阻率和静电的产生之间有如下关系：电阻率≤106Ω·m带电后，瞬间消失带电后，电量不大易带电，是防静电工作重点不易带电，一旦带电，难以消除＞1013Ω·m106＜Ω·m≤108108＜Ω·m≤1013注意：电阻率在108～1013Ω·m之间的物质是防静电工作的重点。如汽油、苯等电阻率在109～1013Ω·m之间，它们都容易起静电。15:11:309水在正常情况下是静电的良导体，但当少量水夹在绝缘油品中，因为水滴与油品相对流动时要产生静电，反而会使油品静电量增加；金属是良导体，但当它与大地绝缘时，就和绝缘体一样，也会带有静电。这一点，在实际工作中，应予注意。油和水的接触面。少量的水混在油中，会增加油品静电量，从而增加危险性，这一点，在际工作中，应予注意。15:11:3010③介电常数不同。介电常数也称电容率，是决定电容的一个因素。在具体配置条件下，物体的电容与电阻结合起来，决定了静电的消散规律。如果液体相对介电常数大于20，并以连续性存在及接地，一般说来，不管是输送还是储运，都不大可能积累静电。就静电的防治工作而言，石油、化工、化工品储运、石油输送、纺织、电子半导体、通讯、冶金、印刷等行业静电防治工作的重要性远高于其它行业。但我们经过较为深入的学习了解后，更有助于实际工作的有效展开，尤其对设计、安调人员，在了解静电产生的机理后，可以更加灵活地选择静电预防消除措施，提高公司产品的系统可靠性，从而避免因小意外导致的大问题。15:11:30111.2静电产生的外因①接触起电。紧密的接触和迅速的分离任何物体的表面都是不平滑的，相互接触只能作到多点接触，当接触距离小于2.5纳米时，电子就有转移，即形成了双电层。如果分离的速度足够迅速，物体即可带电。摩擦就是紧密接触和迅速分离反复进行的一种形式，从而促进了静电的产生。紧密接触、迅速分离的形式还有如撕裂、剥离、拉伸、加捻、撞击、挤压、过滤及粉碎等。摩擦起电双电层15:11:30122008年2月18日16日晚10点半，四川温江和宁街景阳巷37号院里传出一声巨响。44岁的杨云出门查看自制氢气瓶的情况，刚走出家门，爆炸突然发生了，杨云当场身亡。温江安监局工作人员分析：是杨云身上所穿腈纶衣服产生静电，引燃了泄漏的氢气导致惨剧发生。案例1衣服静电引爆自制氢气阳台上被炸坏的天花板15:11:30132007年12月6日上午，兰州四名男子在用高压水枪对油罐车罐体内的残液进行清洗时，使罐体内残余的烈化油（一种工业添加剂）产生静电，导致整个车体突然发生爆炸起火，三名男子被炸伤，一名正在罐内清洗的男子被烧伤。以上两个案例都是两种物质在“紧密接触、迅速分离”的反复进行过程中产生的静电直接导致事故发生。对我公司而言，这种接触起电的情况也最常见。如，人员在地板上走动，穿脱工作服，产品塑料薄膜包装的拆除等。案例2静电引发油罐车爆炸15:11:3014②感应起电。置入电场中的导体在电场作用下，会出现正、负电荷在其表面不同部位分布的现象，称为感应起电。如果该导体与周围绝缘则将产生电位。由于导体带有电位，并有分离开来的电荷，因此，该导体有可能发生静电放电。在工业生产中，带静电的物体能使附近不相连的导体，如金属管道、零件表面的不同部位出现带有电荷的现象，这就是静电感应起电。15:11:3015【举例】在加工有静电起爆危险的物品时，不允许有人在操作者背后走动。【原因】人走动可能带电，带电的人在操作者背后走动时，操作者的手有可能对接地危险品放电。或者操作者对地放电后，背后带电的人一离开，操作者就变为孤立的带电体，就有可能发生静电放电。图解15:11:3016③附着起电。某种极性的离子或带电粉尘附着到与地绝缘的固体上，能使该物体带上静电或改变其带电状况。物体获得电荷的多少，取决于物体对地电容及周围条件，如空气湿度、物体形状等。人在有带电微粒的场合活动后，由于带电微粒吸附于人体，人体也会带电。附着起电的情况多见于纺织、矿石粉碎、冶金、面粉加工的等多粉尘的行业。④电解起电。将金属浸入电解溶液中，或在金属表面形成液体薄膜，由于界面上的氧化—还原反应，金属离子将向溶液扩散，即在界面形成电流。随着这一过程的进行，界面上出现双电层，形成电位差。在一定条件下，这个电位差足以阻止金属离子继续溶解，达到平衡状态。平衡状态遭到破坏时，金属离子再度扩散，又形成电流。15:11:3017⑤压电效应起电。某些固体材料（电介质）在机械力的作用下会产生电荷。压电效应起电的特点是在试件同一表面上，同时存在分布不均匀的正负电荷。压电效应产生的电荷密度较小，但在局部面积上，同时存在分布不均匀的正负电荷，仍有可能具有引起爆炸的能量。压电效应原理打火机—压电效应产生的电量代替早期的火石15:11:3018⑥极化起电。绝缘体在静电场内，其内部和外表面能带电荷，是极化作用的结果。在绝缘的容器内盛装带电物体，容器外壁具有电性，就是此原因。按分子结构不同，极化分为两类：一是非极性分子极化。在外电场作用下，构成分子的正、负电荷发生相对移动，排列有序，在表面上分别出现束缚电荷。外电场愈强，束缚电荷也愈多；二是极性分子的极化。这些极性分子由于热运动，电矩方向排列混乱，总体上不显电性。在外电场作用下，电矩有沿外电场转动的倾向，但并非全部作有序排列。外电场愈强，分子排列愈整齐。⑦喷出带电。粉体、液体和气体从截面很小的开口处喷出时，这些流动物体与喷口激烈摩擦，同时流体本身分子之间又互相碰撞，会产生大量的静电。⑧飞沫带电。喷在空间的液体，由于扩展飞散和分离，出现了许多小滴组成的新的液面，产生静电。15:11:3019以上是引起静电的几种常见常见形式，另外还有淌下、沉浮、冻结等多种产生静电的方式。需要指出的是，产生静电的方式不是孤立单一的，如摩擦中起电的方式就包括了接触带电、热电效应起电、压电效应起电等几种形式。在以上引起静电的几种方式中，与我公司涉及最多的是第一种情况——接触起电；另外，加速器出束时，高能粒子流将空气电离后产生的电荷，附着在空中微粒上也会积累静电。2作业场所静电的危险与危害15:11:30212.1静电的危险性①静电电量与电压。静电的电量并不大。绝缘体带电后由于材料本身的高电阻而使电荷保持在绝缘体中；被绝缘的导体也使电荷保持在导体上。通常情况下，纯净气体是绝缘体，因此，悬浮状态的粉尘云、液滴云或雾都能将其电荷保持很长时间而与自身电阻率无关。当电量一定时，改变电容可以获得很高的电压。如两物接触，其间距最小可达10-9m，界面上形成的双电层的接触电势只有10-3～10-1V。如果把距离拉大到1cm，两者之间的电压可升高到104～106V，即达到100万伏之高。所以静电的电量虽然不大，却可以得到很高的电压，因此是很危险的。15:11:3022高压静电15:11:3023②静电放电。积聚在液体或固体上的电荷，对其他物质或接地导体放电时可能引起灾害。火花放电、电晕放电、刷形放电、场致发射放电及雷形放电是几种常见的静电放电形式。下面我们逐一了解。高压静电放电15:11:3024火花放电（sparkdischarge）是发生在液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。火花放电15:11:3025当导体上有曲率半径很小的尖端时，即发生电晕放电（coronadischarge）。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声，有时会有微弱的辉光。电晕放电15:11:3026刷形放电发生于导体与非导体之间。其一端具有放电集中点，另一端放电通道不集中，呈分枝状，有“啪”的较强破坏声，其放电总体经常有刷子似的形状。在实际工作中，带电量大的非导体与数厘米以上的较平滑的接地导体之间易产生刷形放电，放电时电能量密度比电晕放电大，局部能量可能具有引燃能力，因此易造成危害，应予以关注。刷形放电危险15:11:3027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。当悬浮在空气中的带电粒子形成大范围、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。以上两种情况在我公司的实际工作中几乎不会遇到，这里不再多介绍。15:11:3028③静电引燃。静电引燃一般分为导体放电引燃、非导体放电引燃、空间电荷放电引燃三种类型。如前面所述，静电放电过程中可能导致物体燃烧，导致物质燃烧的最小电压为静电对该物质引燃极限。导体放电通常是火花放电，火花能量与导体积蓄的静电能量基本相等，即发生火花放电时，静电能量全部用于引燃。因此，可以用混合物的最小引燃能量作为引燃界限。非导体放电、空间电荷放电一般是电晕放电和刷形放电。一次放电只能释放带电体积蓄的部分能量。因此，很难确定引燃界限。对于电晕放电和刷形放电，最小引