静电火灾产生机理与防护路径

过利兵

摘要：由于静电在工业生产的过程中会不断集聚，最后造成放电。文章将从静电火灾爆炸出发，分析工业生产过程中的静电火灾危险，并为预防这一火灾危险提供建设性的意见。

关键词：静电火灾;产生机理;防护路径

静电是一种十分普遍的电荷现象，它普遍存在于人们的日常生活中。比如，冬季人们双手相握时感受到的轻微电击和更换晴纶材质外衣时所发出的火花，这都是静电现象。当前，在科技发展过程中静电与人们的生活息息相关，在复印、纺纱和除尘等工业行业中，静电发挥着重要的作用。虽然静电对人们的生活有重要的影响，但是因静电所引发的火灾和爆炸给人们带来了极大的危害。据统计，因静电而带来的火灾数量已经超过了火灾总数的三成，尤其是在工业塑料行业和石油工业领域尤为严重。

1  静电火灾的危险性分析

1.1  静电放电的概念定义

高电压和静电场是发生静电时所产生的主要现象。气体的电解质数量比固体和液体较少，因此当电场强度超过电解质的绝缘时，气体放电，出现静电现象。

1.2  靜电放电的类型分析

静电放电分为空中放电和表面放电，空中放电又分为电晕放电、火花放电和刷形放电。除了电荷数量外，它们在本质上是相同的。通常情况下，距离较远的电极之间出现电晕放电，电晕放电反应所造成的危险相对较小。刷形放电时，电通路在电流击穿空气时形成，放电能量相对较大，所造成危险事故的可能性也更大。火花放电多发生在金属物体之上，放电时也会出现多条电路，导致燃烧的发生。从放电类型来看，静电放电类型中的火花放电能量较大，更容易引起静电火灾[1]。

1.3  静电火灾的种类分析

（1）加油站、过滤器等设备极容易出现静电现象，因此需要提前做好接地装置的设置，一旦出现静电，装置能够迅速将所产生的电能导入地下。在接地装置的设置过程中，接地装置绝对不能与设备所冒出的液体蒸气相靠近，二者之间必须保持一段距离。并且，接地装置中的电阻必须要小于10Ω，才能保证接地装置的效果。除此之外，为了防止接地体出现腐蚀现象，敷设在地下的接地装置部分可以采用铜或镀锌的材料来制作，以对抗腐蚀性强的土壤，而不应采用涂防腐油漆的方式，否则将会出现土壤污染。

（2）为了防止出现因静电放电而产生燃烧爆炸的安全问题，可以利用金属导体来连接管道和容器，以消除电位差;或是在连接处缠绕金属寻线来消除非导体管道的电位差。

（3）为了防止静电现象的发生，相关工作人员可以将导电性较好的填料和防静电剂加入到生产物质和材料之中，或是在其表面涂抹静电剂，可以有效降低电阻，提高导电能力，防止火灾危险。

（4）限制易燃液体、气体的流速和降低摩擦部位的摩擦强度是抑制和预防静电现象产生，从而防止火灾的可靠方法。比如，降低在管道中流动的液体的流速以达到预防静电的效果;或者是在传动装置中，利用三角皮带来传动材料，以减少物质之间的摩擦面积，降低摩擦强度，减轻静电产生的影响。

（5）对于盛有高压水蒸气或者可燃气体的容器来说，其密封性是必须严格检查的关键点，要保证容器绝对密封，谨防出现气体喷射的情况。为防止易燃液体在灌注的过程中出现因泄漏而引起的爆炸事故，相关工作人员必须时刻谨记“轻取轻放”的原则，利用导管沿容器壁伸至底部，使液体慢慢注入到相应的容器之中。并且，在对液体进行采样、过滤、搅拌等进一步加工之前，还要将液体静置一段时间，否则容易存在因静电发生爆炸的危险。除此之外，在此过程中相关工作人员还要注意金属器具的操作使用，必须要使用已接地的金属器具。最后，要注意清洁剂的选用，决不能使用易燃液体。

（6）由于某些生产场所具有较多的易燃易爆物品，因此，安全隐患较多，那么对于设备容器和管道的检查则要更加严格，谨防出现漏气漏油的现象。与此同时，还要加强通风、勤做清洁，使场所内部的粉尘浓度、可燃蒸气浓度能够有效降低。而相关工作人员在进入相关生产场所时，也要注意携带物品的安全性，不能携带容易产生静电的、易燃易爆的危险品。

（7）空气的相对湿度与空气导电性相关，空气的湿度越低，导电性则越低。因此，为了防止电荷聚焦产生静电，相关工作人员可以使用旋转式风扇喷雾器，由屋外向屋内喷射水雾，达到提高空气湿度的效果。

（8）相关工作人员在进入易燃易爆等危险性较高的工作场所之前，要提前导除自身所带的静电，可以采用触摸接地金属器件的方法。除此之外，相关工作人员还应当检查自身的穿着，避免穿化纤材质的衣服和导电性能较差的胶底鞋，最大程度减少因人体自身的静电而导致该场所发生火灾的可能性，也最大程度降低人在靠近高压电体时被电击受伤的可能性。

（9）通过分散静电荷可以达到防止静电的效果。因此，工作人员可以安装放电针，使存在大量静电的场所内的空气游离，以此来防止静电火灾。但是，由于放电针的电压远超于人体安全电压，所以在放电针安装之前，一定要做好安全防护，以防出现意外。

（10）为防止电荷放电而对人体造成伤害，可以采用金属屏蔽法和惰性保护法来预防静电的发生。金属屏蔽法是利用金属导体来屏蔽电体，从而降低电荷;而惰性气体保护法则是通过将惰性气体输入到管道和储罐中，来防止运输时管道出现静电爆炸的情况，两者都起到了预防静电火花的良好效果。

2  静电火灾的产生机理分析

2.1  静电火灾的产生原因

摩擦起电和感应起电是静电起电的主要形式。不同物体之间接触摩擦，然后分离，是静电摩擦起电的主要过程。尤其是在物体分离的过程中会形成电荷，从而出现带电现象，这一现象在工业生产过程中，尤其是产品在传动皮带上滑动时十分常见。当带电现象出现时，电荷还会不断堆积，在一定条件下出现火花。如果此时生产工厂内部存在像粉尘一类的易燃物质，就可能出现爆炸和燃烧的情况。静电带电体使非带电体感应起电，比如，雷雨天气时，由于石油罐内部的电荷不平衡从而引起电流，进而形成火花引爆可燃物体。

静电火花只有在一定的条件下才会引起静电火灾。首先，要有产生和积累静电的条件，只有在能够产生并积累静电荷的环境条件下，自身带电的物体与其他物体相接触才能出现静电起电的情况，并且也只有当静电积累到一定程度时，静电才能够将空气介质击穿出现放电的现象。其次，静电放电容量要足够大，只有能量高于可燃物最低点火能量时，可燃物才会出现燃烧现象，静电才会使可燃物成为引火源。最后，周围应当存在可燃气体、液体或者是粉尘一类的可燃物，才会导致静电火灾[2]。

2.2  静电引起火灾的条件分析

火灾爆炸并不是随意形成的，由静电引起的火灾爆炸只有满足以下几个条件后才会出现。一是要具备产生静电电荷的条件;二是电压要足够高，达到产生火花放电现象的标准;三是要有合适的间隙，为火花放电提供环境;四是周围环境内有易燃易爆混合物;最后是放电火花能量足够大，引燃易燃易爆物品。只有在满足这五个条件时，才会出现火灾爆炸事故。为了防止出现静电火灾，我们需要从预防的角度出发，尽可能对静电聚集进行控制，从根源上降低发生火灾的可能性。当然，部分場所内的静电是无法完全消除的，但是我们也应当尽可能减少易爆性混合物的堆积，做好预防和控制。

只有爆炸性混合物的最小点火能低于静电火花最大能量时，才会出现因静电火花释放能量而导致的火灾爆炸事故。

引爆多数混合爆炸性材料是静电火花能量集中释放所产生的严重后果。虽然放电方式会因电荷的集中程度不同而使爆炸的严重程度有所差异，但是想要准确地把握电荷集中程度仍然是十分困难的。因此，当前我们只能通过加强对容易造成静电聚集的场所和有爆炸性混合物的危险场所进行重点关注、重点预防，才能更好地预防静电火灾爆炸灾难的出现。

2.3  静电火灾的重点隐患及危险场所

只有在可燃物、爆炸物混合系本身成为静电的聚集来源，或者是爆炸混合系与静电的产生并无直接联系的情况下，才可能同时满足造成静电聚集和环境有爆炸性混合物的情况。比如，冲刷、运输可燃物体;助燃气体、可燃气体混合，超过爆炸极限;与空气混合的易燃气体的工作温度远超闪点温度;可燃性粉尘与空气混合达到爆炸极限;出现雾化反应的可燃液体与空气混合，这是导致静电爆炸的主要因素。

静电火花放电主要在以下几个危险场所产生：一是易燃液体的输送。流动液体中的电荷通常不会显示出较高的静电电位。因为电荷受液体电容较大的影响，输送管线出口是易燃液体与空气接触的空间部位带电。二是易燃液体的装卸和储存。静电会随着易燃液体自液面流入贮管、槽车内壁，再由接地装置导走。这导致液面作业容易出现火灾隐患，因此要加强防控，以防在装置不完好的情况下出现火灾。三是易燃气体的流送。空气混入易燃气体，如果不能及时处理，可能会在管道的放电过程中出现静电反应。因此，为了防止出现泄漏面造成静电火灾爆炸事故的发生，需要提前对阀门、泄漏面等部位做好势体连接工作和高压喷射工作。

3  静电火灾的防护路径分析

3.1  加强设备监管，确保符合管理要求

3.1.1  管道储罐设备监管

为了保证静电能够迅速导入地下，一定要装好接地装置。在装置的具体安装过程中，装置电阻应当小于10Ω，以保证液体蒸气与接地装置保持一定的距离。设在地下部分的装置表面不需要涂防腐油漆，以防止造成土壤污染，如果土壤的腐蚀性较强，可以采用铜和镀锌的接地体来制作接地装置。

3.1.2  消除部件点位差异

可以采用金属导体在设备之间和设备与管道之间容易产生静电放电现象的部位进行连接，以尽量消除电位差，阻止因静电放电而引起设备燃烧。如果要消除非导体管道的电位差，则在管道内壁缠绕金属寻线。

3.1.3  掺入适当防静电剂

为降低导电性较差的物质的电阻，可以在其表面涂抹防静电剂或是掺入导电性较好的材料，以此消除静电火灾危险。

3.2  规范管理流程，科学消防作业模式

3.2.1  减少摩擦，预防静电

抑制静电反应产生，还可以采用减少摩擦部位面积和降低摩擦强度的方法。比如，在传动装置中为避免因为平面皮带摩擦较大而产生静电反应，可以采用三角皮带或者直接利用轴转动的方法来减少静电的产生。除此之外，降低可燃气体和易燃液体的管道流速，也能达到这一效果。

3.2.2  加强密封，避免爆炸

为防止出现喷射现象，对于可燃气体容器的密封性和盛有高压水蒸气容器的密封性一定要着重强调、严格检查。并且在液体的倾倒过程中，应当采用导管引导液体从容器的底部流出的方法，等液体静止一段时间后再进一步对液体进行过滤、测量等加工，否则直接倾倒可能会引起液体泄漏，进而导致爆炸事故的产生。与此同时，在液体的取用过程中，也应当做到轻拿轻放，其操作过程中也必须使用已接地的金属容器。最后，严禁采用易燃液体做清洁剂。

3.2.3  优化消防作业流程

为防止静电的产生与积聚，可以增大空气的湿度，通过采用向空气中喷射水雾的方法，使空气的导电性能得到加强。但值得注意的是，喷射水雾时应当结合场所的具体情况，如果场所内存在大量的易燃易爆蒸汽，那么喷射方向应当由外向内喷射。

3.3  深化场所管控，定期开展安全检查

3.3.1  严格管控重点场所

严防设备、容器和管道漏油、漏气。对于危险场所，必须做好粉尘的打扫，并加强通风，以降低可燃气体和液体的浓度。并且，进入该场所时，严禁携带易燃易爆危险品。

3.3.2  设置接地金属器件

对于工作人员来说，如果工作场所是在危险性较高的区域，那么应当提前导除人体所带的静电。除此之外，工作人员在工作时不能穿导电性能较低的胶底鞋和化纤衣物，以防止被高压电击中。

3.3.3  设置静电消除装置

设置安装电针作为静电荷消除器，以防止中和静电荷的积聚。在电针的安装过程中，还应当注意电压较高的情况。为防止出现静电伤人的现象，一定要提前做好完善的安全措施。

3.3.4  采取金属屏蔽法

为防止出现静电荷击伤人体，可以采用金属屏蔽法，用金属导体将带电体进行屏蔽和隔离。此外，还可以将二氧化碳、氮气等惰性气体注入到正在运输的易燃易爆液体和气体中，以防止出静电火花爆燃事故。

3.4  改进生产工艺，减少静电电荷产生

减少静电电荷的产生，应当从源头上进行控制。从静电起电的具体过程来看，带电材料的摩擦和感应是决定性因素，因此我们需要深入考虑这方面的因素[4]。

3.4.1  正确选择材料

摩擦材料不同，电荷正负极性不同，因此为了减少摩擦带电，按静电序列选择绝缘体在9Ω以下的固体材料，以抵消在摩擦过程中所产生的正负电荷。

3.4.2  改进生产工艺

湿法生产是降低物体摩擦速度和液体流动速度的有效方法，通过提高空气的相对湿度和预防液体飞溅措施，可以有效减少静电荷的产生。

3.5  减少可燃物质，降低现场安全隐患

3.5.1  用非可燃物取代易燃物

由于闪点较低的有机溶剂和易燃液体被普遍使用于石油化工生产领域之中，这些在常温常压下也会形成爆炸性混合物的氣体和液体带来了巨大的潜在危机。因此，可以使用非可燃性洗涤剂（如苛性钾、磷酸三钠、碳酸钠）水溶液进行代替，以降低风险。

3.5.2  减少氧气含量

填充氮气减少氧气含量;利用氦气填充金属粉尘，降低粉尘与空气结合形成爆炸性混合物的可能性。因为惰性气体的填充可以降低氧气的含量，从而降低火灾危险的可能性。当然，强制通风也能够降低混合物的浓度。

4  结语

事实上，静电对于工农业生产具有极大的积极作用，比如，静电驱虫、静电喷漆等工农业生产过程中的重要手段。但是，静电的存在也会带来一定程度上的危害，极有可能存在因静电放电而造成火灾事故的现象。随着工业社会的不断发展，静电火灾的危险性不断上升，为了降低危险，提高消防工作的质量，本文从静电火灾的产生机理出发，对如何做好防护工作进行了全面的思考，以提供参考。

参考文献：

[1]刘喜莲，彭天翔.浅谈静电火灾的成因[J].现代物理知识，2004（04）：42.

[2]张学楷.论接地防静电火灾的效力及必不可少的配合措施[J].消防科技，1995（04）：29-31.

[3]张学楷.防静电火灾的常用措施[J].电气时代，1995（11）：15-16.

[4]黄永文.静电火灾事故的调查分析[J].武警学院学报，2010，26

（02）：84-85.

[5]张小芹，程高平.一起静电引发的重大火灾事故调查及思考[J].消防科学与技术，2020，39（11）：1615-1617.

The mechanism of

electrostatic fire and protection methods

Guo Libing

Fire and Rescue Section of Haian City

Abstract：As static electricity collects in the process of industrial production， it will eventually cause discharge. In this paper， we will analyze the electrostatic fire hazard in industrial production process from electrostatic fire explosion and provide constructive suggestions to prevent this fire hazard.

Keywords：electrostatic fire; generation mechanism; protection methods