高校实验室静电风险辨识与控制措施

赵雨霄，张 波，肖 源，白 亮，金仁东

（1.北京科技大学a.资产管理处；b.数理学院，北京 100083；2.中国人民大学采购与招标管理中心，北京 100872）

0 引言

静电作为一种容易忽视的危险源，具有电压高、泄漏慢、放电形式多等特点，现已发展成为石化生产、油气储运等行业火灾爆炸的主要成因［1-3］。随着高等教育实验研究的不断深入，精密仪器数量不断增加，易燃性化学品使用量不断增长，实验过程可燃性气体、粉尘不断产生，这也使得实验室内静电风险不断加大。特别是静电放电难以控制，容易造成火灾爆炸、电击人体与损害设备，对实验室安全造成不利影响，亟需引起重视。2015 年4 月某大学发生气体爆炸事故，引燃气体的点火源可能就是气流快速流出引起的静电放电［1］。实验室人员众多、流动性大，对静电危害认识不足，静电安全意识淡薄，给静电安全管理工作带来不小难度。本文对实验室静电风险进行分析，提出静电风险防控的一些措施，以提高高校实验室安全管理水平，防止实验室静电安全事故的发生。

1 静电风险分析

静电存在于物体外表面，实质上是正电荷在局部条件下失衡而形成的一种普遍现象，静电起电包含正电荷、负电荷产生分离时的所有过程，物体表面之间的摩擦、感应等方式，导致正电荷、负电荷产生分离及物体正负电荷形成局部失衡的问题，从而形成静电。使用非导电材料、相对湿度较低、频繁摩擦、接触面积较大，这些因素均可导致静电大量产生。作为危险源之一，对静电进行风险分析，研究静电特征与静电危害，对于防控静电风险十分重要。

1.1 静电的特征

（1）广泛性。静电现象广泛存在。一些常见的实验操作与行为都比较容易产生静电。例如，固体物质的粉碎、研磨时与其他物体的摩擦；粉尘的高速流动；气体在管道内流动或管口喷出；着化纤材质服装的人员的行走、起立等。

（2）隐蔽性。人体难以直接感知到静电。只有在较暗环境下发生静电放电产生电火花，人才能看得见。此外，人体可感知的静电放电电压为2 kV 以上，所以对人体有电击感觉的静电较少［4］。静电现象很难被察觉，有较强隐蔽性。

（3）随机性。化学试剂存储使用的过程、实验设备运行的过程都可能产生静电，亦可能遭受静电放电的危害。静电放电的条件、时间与放电状态都具有随机性。静电放电是否会造成后果，后果的大小还受周围环境中危险因素、设备以及人员等因素影响，所以静电放电的结果也具有随机性。

（4）潜在性。实验设备、用电线路等受到静电损伤后性能可能没有明显的下降，但是经受多次放电积累则可能产生不可逆转的损坏，从而形成隐患。此外，静电危害是一个积累的过程，没有达到放电条件的静电荷在环境发生变化时，随时可能发生静电放电。

1.2 静电的危害

实验过程中产生的静电可以引起爆炸和火灾，造成人员电击，损害设备等。其中，最严重的危害是爆炸和火灾。

（1）爆炸和火灾。固体静电可达数100 kV，液体静电和粉体静电可达10 kV，气体静电可达10 kV多，人体静电也可达100 kV 多［5］。如果实验场所使用或产生易燃易爆物质，包括可燃性气体、蒸气及爆炸性粉尘，都可能由静电火花引起爆炸或火灾。典型静电放电特点及其引燃性如表1 所示。

表1 典型静电放电特点及其引燃性［4］

（2）静电电击。静电电击是静电放电形成的瞬间冲击。由于实验过程中积累的静电能量不会太大，不会使人致命，但不排除导致严重后果的可能性。例如，人体可能因静电电击而跌倒，形成二次伤害。静电电击还可能引起实验人员心情紧张而影响实验过程。

（3）损害设备。实验过程中产生的静电，可能会损害实验设备。例如，静电可能导致实验设备中电子元件的误操作，可能对无线电设备产生干扰，也可能击穿集成电路绝缘等［6］，导致电子元件寿命缩短，甚至失灵，并影响实验结果的精准度。

2 实验室静电风险辨识

在高校实验室，如何识别实验室中的危险源是一门必修课，实验室的风险辨识是指实验室针对风险特点，识别其存在的危险因素，分析可能产生的直接后果以及次生、衍生后果。由于静电引起的最严重的危险便是爆炸和火灾，这是对实验室最致命的危险源，因此实验室风险辨识主要针对静电等造成爆炸和火灾的危险因素进行辨识并采取措施防护，同样对静电电击和损害设备有效。

目前关于静电风险辨识的方法很多，常用的风险辨识方法有失效模式与影响分析（FMEA）［7］、事故树分析（FTA）［8］、层次分析法（AHP）［9］、模糊综合评价模型［10］等。这些方法都具有一定优势和局限性，有着各自的适用范围。考虑到高校实验室静电危险源众多，检查项目也相对较多，安全管理与实验人员专业知识不足，选择一种容易理解、通用实用的方法尤为重要。安全检查表法（SCL）具有简单易懂、方便掌握、易于责任厘清的特点［11］，适合高校实验室静电风险辨识。实验室静电的风险辨识主要考虑可能产生的静电危害、静电危害的表现形式、静电危害的产生原因、静电危害的控制措施等。依据相关标准规范，对实验室内已知的危险因素、以及操作与管理过程中潜在的危险性进行判别，规定检查内容，编制检查表，实验室静电风险检查表如表2 所示。

表2 实验室静电风险检查表

实验室静电风险检查表涉及3 大类、7 小类、30 个条款，每个条款都有明确的检查项目，可操作性强，具有一定专业性，能为实验室静电安全管理工作提供指导。在对实验室进行静电安全专项检查过程中结合检查频次，对照检查项目，按照检查结果勾选，最终得出检查意见并采取必要的措施进行整改。实验室静电风险检查表也可为实验室静电安全管理提供依据，实验室安全管理人员与实验人员可据此制定培训内容，编写静电安全操作规程或风险告知书，进一步完善实验室静电安全管理内容。

3 高校实验室静电风险防控措施

高校实验室在风险辨识的基础上，针对检查项目采取适当控制措施，消除风险，能够有效避免造成人身财产损失。

3.1 减少静电产生

静电产生的主要方式是接触-分离起电，因此减少静电产生主要是减少摩擦。

（1）控制流体输送。流体在输送过程中与管路持续摩擦，如管路材质为非导电材质（塑料、橡胶等），极易产生静电造成引燃。所以，易燃性、氧化性流体应采用金属材质管路。研究表明，流速直接影响静电量的产生［12］。一般情况下，管径越小、流速越慢产生静电越少。管路内的最大流速应根据管路材质、内径、电阻率等因素核算，采取措施严格控制流速。

（2）规范人员行为。实验人员应注意着装，按要求穿戴防静电衣服，不得穿化纤衣物。穿脱衣物严禁、急性动作等导致强烈摩擦的行为发生；实验场所内如有高压带电体，实验人员不能佩戴金属物件。因为金属物件与带电体靠近容易极化带电；进入化学试剂存储间或取用易燃性、氧化性化学试剂时，应接触静电消除装置并停留数秒，以确保静电导出。

（3）材料安全存放。实验室存储与使用的易燃性化学试剂、易制爆危险化学品是静电防控重点对象，其存储柜应采用钢制。可产生挥发性气体的，宜设置通风装置定期或联动通风，避免气体集聚［13］。存储与使用固体粉状原料的，其存放容器应使用钢制等导电材料的容器存放，实验过程中产生的粉状废物也应使用导电塑料袋单独收集并投放于钢制垃圾桶内，收集过程不得过猛过快，避免形成静电与造成扬尘。

3.2 防止静电积累

接地是防止静电积累最常用的方式，静电风险较大的设备设施都应具备防静电接地。①存有引燃风险的设备设施，例如化学试剂存储间入口，易燃性、氧化性、易制爆危险化学品存储设施附近，流体管路的进出口处、分岔处、长管道一定间距处；②对静电敏感的设备，如电子类精密仪器；③易产生静电的设备，如高转速实验设备或实验设备高转速组件。设备接地时应确保接地电阻符合国标GB 16895.3 等相关规定并定期对接地电阻进行测定［14］，接地不得利用电源零线，不得与防直击雷地线共用。此外还应对接地装置定期维护保养。

3.3 建立防静电安全实验环境

（1）保持安全环境。①实验场所应保持干净整洁。在静电力学效应的影响之下，静电吸附会导致空气中悬浮的颗粒吸附在精密仪器的电子元件上，从而对设备性能造成影响，因此必须要保证实验室卫生情况，清洁过程还应避免扬尘；②使用具有良好导电性的实验台面、地面。人体行为产生的静电经过地面导入大地，若地面的导电性差，不能起到静电防护的目的。例如，人体在非导电橡胶地面上走动，电位可达7.5 kV；而当人在导电性能良好的地面上行走，电压可迅速降到100 V以下［15］；③配备环境湿度监测与调节设备。相对湿度越小，产生的静电压越高，增加工作场所的湿度，物体表面凝结或吸附一层水膜，降低了电阻率，达到消除静电的目的。所以在实验场所，特别是对静电敏感的实验区域，设置温度检测与调节设备显得十分必要。

（2）配置安全设施。可燃性气体与粉尘的流动性强，如在实验环境中弥漫，静电极易将其引燃，造成燃烧和爆炸，故在实验场所内应配置相应安全设施，避免、预警与处理危险情况。实验室使用可燃性与氧化性气体的，应设置相应的可燃气体测报仪并与风机联锁，风机还应为防爆型风机。可能产生可燃性蒸气、粉尘的实验过程，应在通风橱内操作或在实验设备上方安装局部抽风装置如集气罩，以保证产生的蒸气与粉尘可以及时有效地收集排出［16］。

（3）静电风险明示。实验场所内的静电风险应明示。制订防静电操作规程并上墙明示，防静电重点区域、部位设置警示标识，将静电安全管理可视化。此外，附以安全准入、安全培训、安全检查等管理工作，使实验人员了解静电形成机理与防静电安全措施等，规范实验操作，消除静电安全隐患。

4 结语

静电容易被忽视，但静电安全不容小视。提高实验人员静电安全意识，正确认识静电危害，全面系统地静电风险进行辨识，制定合理有效的预防控制措施，在实际工作中不断完善静电安全管理与检查工作，持续验证措施的有效性并不断改进，对静电事故的防控具有重要意义。此外，高校还应落实静电安全管理责任，强化静电安全治理能力，完善静电安全培训机制，丰富静电安全文化宣传，营造实验室安全环境与氛围，杜绝静电事故发生。