化工生产静电安全防护

陆 瑛

（广西工联工业工程咨询设计有限公司，广西 南宁 530003）

在化工生产中，静电是导致火灾、爆炸事故最常见、危害最大的原因之一。

静电的产生是一个起因复杂、方式多样的过程，感应、介质极化、温差、压力、吸附、电解、接触等均可导致静电的产生。其中，接触起电是化工生产过程产生静电的主要方式。粉体物料在研磨、搅拌、碾压、筛分或高速运动时会产生静电；液体在流动、过滤、搅拌、喷射、飞溅、冲刷、灌注、滴下、沉降、剧烈晃动等过程中，因与管道、容器互相摩擦，或与液面发生冲击会产生静电；可燃蒸气和气体在高速运动、喷射等过程中，因与管道、容器互相摩擦也会产生静电。

化工生产过程普遍存在着磨擦、输送、装卸、喷射、搅拌、冲刷等极易产生静电聚积的操作工序，同时介质有易燃、易爆的生产特点，因此，由静电导致的火灾、爆炸事故时有发生。

1 典型案例分析

近几年，广西地区先后发生多起因静电火花造成的火灾、爆炸事故。

（1）2008年1月，某溶解乙炔厂3#高压干燥器发生剧烈爆炸，高压干燥器50mm厚的平板封头和35mm厚的筒体爆裂解体，排污管被震断，与其串联的2#高压干燥器筒体发生鼓胀变形，生产厂房屋面被掀翻。直接经济损失约100多万元，轻伤1人。

事故的直接原因：3#高压干燥器排污阀法兰垫片损坏，高压干燥器内约1.5MPa的乙炔气体高速喷出产生静电火花发生爆燃，在高温高压作用下，仅几秒钟时间，法兰面的火焰突然消失，继而高压干燥器内的乙炔气发生剧烈的分解爆炸。

（2）2008年8月26日，某化工公司有机化工厂在生产运行过程中，物料罐场发生重大化学爆炸及火灾，进而导致全厂发生重大爆炸、火灾事故，造成21人死亡，59人受伤，直接经济损失7580万元。

该厂于20个世纪70年代初建设，采用电石乙炔法生产醋酸乙烯。工厂物料罐场共有32台常压固定顶罐，总容积4600m3。其中，铝制和碳钢制储罐各14台，不锈钢储罐4台。储存物料主要有醋酸、醋酸乙烯、甲醇、乙醇、醋酸乙烯反应液、回收液等易燃易爆化学品。

事故发生前，合成工序生产工艺不稳定，5台100m3并联使用的铝制反应液中间储罐液面大幅下降，罐内形成负压，从放空管口和液位计孔吸入大量空气，进入罐内的空气与罐内的以乙炔气为主的易燃气体（由反应液解析出的乙炔气约占90%）形成爆炸性混合气体，遇静电火花发生爆燃，造成3号铝制储罐破裂，5台反应液储罐共约230m3反应液全部流出，其蒸发的易燃气体与空气混合形成爆炸性蒸气云团向生产区扩散，遇明火发生空间化学爆炸并燃起大火，引发罐场发生连锁爆炸，爆炸冲击波还震断合成工序的PVC乙炔气管道和其他生产装置，导至大量乙炔气体和易燃液体泄漏出，引发生产区更激烈的连锁爆炸和火灾。爆炸将全厂数万平方米建（构）筑物和生产装置摧毁。暴露半径2000 m范围内的建筑物不同程度受损。据测算，最大一次爆炸能量约10t TNT当量。

事故的直接原因主要有：

（a）储罐结构设计不合理。所有储罐都是固定顶罐，并在罐顶上开了浮子液位计钢丝绳孔和放空管孔，放空管没有安装阻火器。当生产工艺不稳定，罐内液位下降时产生负压吸入空气。

（b）安装缺陷。所有储罐均未按设计要求安装静电接地。

（c）设备维护管理不当。擅自将储罐原有的事故氮保护系统、泡沫灭火系统和温度测量装置拆除。

（d）更换加大反应液出料泵时，没有同时更换进、出料管，增加了物料的流速和流量，导致流体静电电位大幅升高。

（e）储罐区没有按设计安装使用温度测量装置和可燃气体报警。

（3）2011年4月，某农药厂用真空泵从200L塑料桶抽吸二甲苯进入搅拌釜，当桶内物料降到约1/4桶液位时，桶口突然着火，因处置不当，导致火灾蔓延，将厂房、仓库、农药原料和成品、生产设备等全部烧毁，直接经济损失约170万元。

事故的直接原因：抽料用的是普通硬塑料管，二甲苯包装桶又是塑料桶，均是绝缘材料，由于流速快，抽料时间长，二甲苯与塑料管磨擦产生的静电不能导出，工人手扶的塑料管与塑料桶发生相碰产生静电火花引燃二甲苯蒸气。

2 静电火灾爆炸危险性分析

介质的流动性与易燃易爆性是化工生产的基本特征，因此，静电导致的火灾、爆炸事故是化工生产过程中固有的危险。

2.1 静电放电形式

静电可产生高电压及静电场。如果静电电位高，电场强度超过附近电介质的绝缘击穿电场时，就要开始放电。一般来说，静电放电可分为空中放电和表面放电。空中放电有电晕放电、刷形放电和火花放电。其中火花放电多发生在金属物体之间，放电时电极间的空气被击穿，形成了很集中的放电通路，其能量较其他形式放电能量大，引燃的危险性最大。因此，防止火花放电是化工生产过程中需要特别控制的静电危害。

2.2 火花放电的危险性

静电电位高低主要与材料性质、接触时间长短、流速、冲击强度等因素有关。如果物体产生的静电不能及时导出，静电能量得以积聚，静电电位不断上升，当静电电场强度超过周围介质的击穿场强时，就会发生静电火花放电。如果静电火花的能量大于其周围易燃或爆炸性混合物所需的最小点火能量时，就会发生燃烧或爆炸。

静电引起火灾、爆炸事故必须同时具备以下条件：

（1）具有产生静电的条件，即两种不同物质的相互接触；

（2）静电能量得以积聚，使之达到火花放电的静电电位；

（3） 静电放电的火花能量达到爆炸性混合物的最小点火能；

（4）静电火花放电周围存在易燃或爆炸性混合物。

在上述4个条件中，只要消除其中任何一个都可避免事故的发生。控制前3个条件实质上是控制静电的产生和积聚，控制第4个条件就是消除或减少周围爆炸性混合物的产生。

3 化工生产过程的静电安全防护措施

在工程实践中，预防化工生产过程静电火灾、爆炸的控制措施一般有以下几种方法：

（1）设备选材控制。凡储存或输送易燃易爆介质的设备和管道，应尽量选用导电性能良好的金属材质。当必须采用绝缘材料（如塑料、玻璃、陶瓷等），则可在其内、外壁喷涂导电性涂料或装设金属导体。

（2）流速控制。在化工工艺设计时，应根据液体的电阻率或管径计算物料的最大允许流速，尽量降低摩擦速度或流速以限制静电的产生。在对设备进行技术改造时，应对介质的流速进行重新核算，预防流速超过限值产生静电。

如对于烃类液体，其流速可按下式控制：

v2D≤0.64

式中：v—流速，m·s-1；

D—管径，m。

对输送酯类、酮类、醇类液体的管道，如不发生喷射，允许最大流速不超过10 m·s-1。

（3）设备结构控制。易燃液体储罐采用内浮顶罐，内浮顶罐不仅可以减少物料的挥发损失，还可防止空气进入罐内与可燃蒸气混合成爆炸性气体。如采用固定顶储罐，可采用氮封的方法进行保护。

根据流体随着流速的降低，静电消散过程加快的特点，可在管道的末端加装一个直径较大的减压器（静电缓和器），以消除液体在管道内流动时积累的静电。同时，应避免易燃液体介质发生喷射或冲击。

（4）静电导出控制。对易燃易爆介质设备、管道设置等电位连接和静电接地，以消除静电的积聚，或在装置上安装静电中和器等。对有可能发生易燃介质泄漏的场所设置消除人体静电装置。

（5）运行管理控制。在生产运行过程中，应加强设备、管道的维护，防止因易燃易爆介质泄漏形成爆炸性混合物。

（6）其他控制措施还有物料净化，增湿，可燃粉体气力输送，采用惰性气体作为气源等。

化工生产过程是一个复杂的物理化学过程，因此，静电的产生和导致静电火灾爆炸事故的方式各不相同，所采取的预防措施也不同，应根据生产工艺和装置、工作介质的实际情况采取相应的预防措施，确保安全生产。