静电引起的火灾爆炸分析

在化工、炼油、橡胶、制药、印刷、金属粉末等行业的生产中，因静电事故所造成的损失是很大的，这不得不引起人们的重视。静电危害主要有三个方面，即静电放电引起火灾和爆炸，给人以电击和妨碍生产。其中静电放电引起火灾和爆炸是静电最严重的危害。为了掌握静电放电引起火灾和爆炸的机理，这里先分析一下静电的特点，有助于了解静电事故的成因。  
    一、静电特点  

    这里所说的静电特点是指与静电危害密切相关的特点，即静电电压的特点和静电泄漏的特点。  

    （一）电压特点  

    生产工艺过程中所产生静电的电量都很小，在局部范围内，静电电量一般都只有微库仑级到毫库仑级。但是，带电体的电容可能在很大范围内变化，有时变得很小，而电压ｕ与电容Ｃ和电量Ｑ之间有以下关系：  
                                                 ｕ=Q／C  

    在电量保持不变的情况下，电压和电容保持反比关系。电容越大，电压越低；电容越小，则电压越高。如果产生静电的两种物体是平面接触的，则其间电容相当于平板对平板的电容，其大小为：  
                                                  C=εS／d  

    式中：S为平板面积，d为平板间距离。  

    假设两种物体是密接触产生静电时，其间距离d1=25×10-8cm,当两物体分离时,其间距离d2=0.1cm,则前后电容之比为：  

    C1／C2=d2／d1＝0.1／25*10-8  

    这就是说,两种物体分离后,电容减小为原来的四十万分之一,电压则增加为原来的四十万倍。因此,接触分离产生的静电高压是非常危险的。  

    例如：油品在输油管道内流动时，静电电压并不很高，但当注入油罐，特别是注入较大容积油罐时，由于电容逐渐逐渐减小,而电压大大升高。一旦发生静电放电，将引起燃烧或爆炸。  

    二、静电放电引起火灾和爆炸  

    从国内外大量静电火灾和爆炸事故的分析中得出：发生静电放电引起火灾和爆炸，必须具备有可燃物、助燃物或是爆炸性混合物，这是着火的必要条件；其次是必须具有能击穿电介质的静电电压，引起放电，产生静电火花；第三是静电放电能量必须等于或大于物质的最小点火能量，成为物质的引火源。这三条是静电放电引起火灾和爆炸的最基本的条件，现分述如下： 
 
    (一)可燃物或爆炸性混合物  

    可燃物是指凡能与空气中的氧或其它氧化剂起剧烈反应的物质。如木材、纸张、汽油、乙炔等。凡能帮助和支持燃烧的物质称为助燃物，如空气、氧、高锰酸钾等。  

    爆炸性混合物是指空气与可燃气体或液体蒸汽相混合，遇到火源即能爆炸的混合物。爆炸性混合物有爆炸上限和爆炸下限之分，当爆炸性混合物的浓度处于爆炸上下限范围内时，遇到着火源便能引起燃烧爆炸。  

    (二)静电放电能量  

    静电放电能量是静电场通过火花放电释放出来的能量。静电放电能量可用下式计算。  
                                     W=1／2Cu2  

    式中：W为静电放电火花能量，C为物体的静电电容，u为物体的带电电位。  

    当一体物体产生静电后，其放电能量必须等于或大于物质的最小点火能量时，才会引起燃烧或爆炸。物质的最小点火能量是指物质能引燃的最小火源能量。饱和烃及其衍生物的最小引燃能量大多是0.2mJ数量级的，但乙炔的最小引燃能量只有0.019mJ，二硫化碳的只有0.009mJ等。工业粉尘的最小引燃能量一般在10-100mJ之间；气体和蒸汽爆炸性混合物的最小引燃能量多在0.009-0.29mJ之间。  

    根据实验，甲烷的最小点火能量为0.28mJ，假如一个穿着胶鞋的工人，在充满甲烷气体的场所工作，其脱去化纤制的工作服时，人体带上约3kV的电位，如果人体静电电容为100×10-12F，当人体的某一部分触及接地物体等，则放电的火花能量为：  

    W＝1／2Cu2=0.5*100*10-12*30002=0.45(mJ)  

    这时0.45mJ的火花放电能量就会引起甲烷气体燃烧或爆炸。  

    从静电放电引起火灾和爆炸的三个基本条件来看，是相互依存，缺一不可的。如果有可燃物或爆炸性混合物的存在，而产生静电放电的能量相当小，达不到物质的最小点火能量，燃烧也不可能发生。相反，产生静电放电的能量相当大，则可燃物或爆炸性混合物的数量很少或浓度达不到，也是不能着火的。根据这个道理，我们可以采取一些措施，防止静电火灾的发生。例如对于具有火灾、爆炸危险性厂房，可采取局部排风或全部通风的方法，以降低易燃气体、蒸气或粉尘在厂房空气中的浓度，这样，就可避免火灾事故的发生。