爆破器材靜電安全技術(shù)研究

■ 萇軍紅

1 引言

在日常生活和生產(chǎn)中，靜電現(xiàn)象十分常見(jiàn)。比如在北方的干燥季節(jié)，當(dāng)我們脫毛衣或化纖材質(zhì)的衣服時(shí)，經(jīng)常聽(tīng)到“噼啪”的靜電放電聲音，在昏暗的環(huán)境中可以看到淡藍(lán)色的放電火花。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，絕緣材料在相對(duì)快速運(yùn)動(dòng)如摩擦、接觸、分離過(guò)程中，極易產(chǎn)生靜電積累并放電。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，由于靜電放電給石油、化工、紡織、電子、民爆以及軍工行業(yè)造成的危害和損失十分驚人，有的甚至給國(guó)家和人民帶來(lái)不可彌補(bǔ)的生命、財(cái)產(chǎn)損失。特別是近年來(lái)，隨著高新技術(shù)的迅速發(fā)展，新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備的廣泛采用， 靜電與安全生產(chǎn)的矛盾愈加突出。嚴(yán)峻的靜電安全形勢(shì)說(shuō)明，對(duì)靜電危害和靜電安全技術(shù)的研究，是現(xiàn)代工業(yè)安全技術(shù)領(lǐng)域中重要的課題之一。我國(guó)從上世紀(jì)60 年代末開(kāi)始了靜電研究工作，經(jīng)過(guò)40 多年的發(fā)展，靜電安全技術(shù)已較為成熟，并運(yùn)用在石油、化工、紡織、電子、民爆以及軍工等各個(gè)領(lǐng)域，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展和安全生產(chǎn)發(fā)揮著積極的作用。

2 靜電危害

靜電由于具有隱蔽性、潛在性、隨機(jī)性、復(fù)雜性以及破壞性，給民爆、軍工等行業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。在航天工業(yè)，靜電放電可干擾飛行器的正常運(yùn)行，甚至造成火箭和衛(wèi)星發(fā)射失敗。1967 年7 月29 日，美國(guó)Forrestal 航空母艦上發(fā)生嚴(yán)重事故，一架A4 飛機(jī)上的導(dǎo)彈突然點(diǎn)火，造成了7200 萬(wàn)美元的損失，并傷亡134人。經(jīng)過(guò)事故調(diào)查，認(rèn)為引發(fā)該起事故的原因是導(dǎo)彈的靜電屏蔽接頭不合格，靜電放電引起了意外點(diǎn)火。我國(guó)近年來(lái)在化工、民爆以及軍工企業(yè)曾發(fā)生多起因靜電放電造成的嚴(yán)重火災(zāi)、爆炸事故。特別是隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)的高效率和自動(dòng)化程度的提高，靜電危害愈加突出，這就給對(duì)靜電敏感的爆破產(chǎn)品如火炸藥、電火工品等的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸環(huán)節(jié)帶來(lái)嚴(yán)峻威脅。在此，筆者引用以下案例來(lái)驗(yàn)證靜電危害。

A、1969 年某化工廠單基無(wú)煙藥混同工序，在混藥時(shí)突然發(fā)生爆炸，造成27 人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失近百萬(wàn)元。經(jīng)過(guò)原因分析，專家組認(rèn)為藥劑與輸送帶之間的機(jī)械摩擦產(chǎn)生靜電火花引發(fā)事故。該廠將絕緣輸送傳送帶換成導(dǎo)電輸送帶，至今未發(fā)生事故。

B、某黑火藥生產(chǎn)廠的一個(gè)工序從1960 年至1980 年，21 年來(lái)發(fā)生4 次爆炸事故，死亡多人。從第一次發(fā)生事故開(kāi)始，原因都認(rèn)為是“違章操作”，結(jié)論為“責(zé)任事故”。但無(wú)論怎樣“嚴(yán)格管理”，怎樣“落實(shí)安全責(zé)任制”、追究有關(guān)人員責(zé)任，事故就是遏制不住。直到1980 年4月23 日再次發(fā)生爆炸死亡6 人后，人們才驀然驚醒，應(yīng)盡快研究靜電安全技術(shù)。在主管部門(mén)和大專院校的大力支持協(xié)助下，企業(yè)對(duì)靜電安全技術(shù)的研究取得重大突破，并把科研成果轉(zhuǎn)化到生產(chǎn)線的建設(shè)上。從1982 年復(fù)產(chǎn)至今，該工序未發(fā)生爆炸事故。

3 靜電產(chǎn)生機(jī)理

靜電是指絕緣物質(zhì)上攜帶的相對(duì)靜止的電荷，它是由不同物體在快速相對(duì)接觸、摩擦和分離時(shí)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移而形成的帶電現(xiàn)象。靜電的產(chǎn)生主要與絕緣物質(zhì)的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)、功函數(shù)、表面光潔程度、電性能以及環(huán)境溫濕度、外界機(jī)械作用情況如接觸壓力、摩擦、分離的速度等因素有關(guān)。絕緣性能越好的物質(zhì)越易產(chǎn)生靜電；此外不含水分的液體和氣體也容易帶上靜電。有測(cè)試結(jié)果表明，靜電放電電壓可高達(dá)數(shù)千伏甚至上百千伏。

爆破產(chǎn)品制造過(guò)程中的靜電源一般有人體與衣服、鞋、襪之間，衣服與工作臺(tái)面、坐椅之間，橡膠或塑料鞋底與地面之間，產(chǎn)品與產(chǎn)品之間，產(chǎn)品與設(shè)備之間，產(chǎn)品與包裝材料之間，包裝材料與外來(lái)物體之間等。不同的靜電源產(chǎn)生靜電的過(guò)程不同。如火藥、炸藥、起爆藥、黑火藥呈粉末狀，其總的表面積非常大。在混藥、裝藥、壓藥、造粒、篩藥和烘干等工序中，由于藥劑之間、藥劑與設(shè)備內(nèi)壁之間的摩擦、接觸和分離產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，形成靜電積累。每個(gè)微小顆粒雖僅僅能攜帶很少數(shù)量的電荷，但是當(dāng)粒子被大量堆積在一起的時(shí)候，如灌裝進(jìn)包裝袋，累積起來(lái)的電荷將會(huì)非常大，靜電電壓非常高。在電火工品裝配過(guò)程中，操作人員衣服與操作臺(tái)、鞋與地面之間的摩擦，零部件與盛具、手推車小膠皮輪和地面間的摩擦等都能產(chǎn)生靜電。因此在電火工品裝配和敏感藥劑生產(chǎn)過(guò)程中靜電的危害是非常大的。某廠對(duì)硝銨炸藥氣流輸送工序中設(shè)備各部位的靜電電位進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

此外，爆破產(chǎn)品在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中也同樣產(chǎn)生靜電源。不管是粉末、細(xì)小微粒，還是顆粒狀物質(zhì)，在運(yùn)輸過(guò)程中因發(fā)生各種相對(duì)快速運(yùn)動(dòng)，都會(huì)產(chǎn)生靜電。特別是塑料包裝材料表面上聚集著大量電荷，形成很高的靜電電位，極易發(fā)生放電而產(chǎn)生火花。在爆破產(chǎn)品的搬運(yùn)、堆碼過(guò)程中發(fā)生靜電積累甚至放電，其危險(xiǎn)是不言而喻的。某基地測(cè)試了部分火工產(chǎn)品在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中的靜電電位，結(jié)果發(fā)現(xiàn)竟高達(dá)數(shù)千到數(shù)萬(wàn)伏，使參加測(cè)試的人員感到恐懼（如某火工品與聚苯乙烯泡沫材質(zhì)的包裝材料之間在運(yùn)輸過(guò)程中所產(chǎn)生的靜電電位竟高達(dá)30KV）。

4 靜電感度

靜電對(duì)爆破器材、火工品藥劑的危害程度取決于這些產(chǎn)品的靜電感度和靜電電位的大小。產(chǎn)品的靜電感度越高(或最小引燃能量越小)，越容易受到靜電的危害；靜電電位越高，危害程度越大。靜電感度測(cè)試方法不同，靜電感度的表觀量也不同?；鸸て烦Ｓ盟巹┮约昂诨鹚幍撵o電感度表觀量分別見(jiàn)表2、表3。

5 靜電檢測(cè)

靜電檢測(cè)的目的是：通過(guò)對(duì)物體靜電性能即表面電阻率的測(cè)試，分析其產(chǎn)生靜電積累的難易程度；通過(guò)檢測(cè)物體帶靜電狀況即靜電電位、靜電電荷量，分析其靜電積累程度。我們知道，電荷是所有的產(chǎn)生靜電現(xiàn)象的本質(zhì)物理量。電位、電場(chǎng)、電流等物理量都是由于電荷的存在或移動(dòng)而產(chǎn)生的。人們經(jīng)常要測(cè)量帶靜電物體的靜電電荷量或電荷密度，通過(guò)電荷量或電荷密度來(lái)表征物體積累靜電的程度。目前民爆及化工企業(yè)廣泛采用的靜電檢測(cè)儀器是EST111 型數(shù)字電荷儀（用來(lái)檢測(cè)靜電電荷量）和EST112 型數(shù)字電量表（用來(lái)檢測(cè)靜電電荷量）以及EST101 型防爆靜電電壓表（用來(lái)檢測(cè)靜電電壓）。這些儀表不僅能迅速準(zhǔn)確地測(cè)量出物體的靜電狀況，而且能在對(duì)防爆要求很高的場(chǎng)所使用。采用EST120 數(shù)字超高阻計(jì)檢測(cè)物體的表面電阻率，來(lái)衡量其產(chǎn)生靜電積累的難易程度。對(duì)帶靜電物體靜電性能、靜電狀態(tài)的檢測(cè)，不同的產(chǎn)品有不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)或方法。如對(duì)火工品藥劑靜電狀態(tài)的檢測(cè)依據(jù)WJ2018-1991《火工品藥劑靜電積累實(shí)驗(yàn)方法》，對(duì)物體靜電性能（表面電阻率）的測(cè)定依據(jù)GJB2605-1996《防靜電阻隔材料規(guī)范》。

6 靜電安全技術(shù)

靜電防護(hù)的基本原理有四個(gè)方面，一是防止可能產(chǎn)生的靜電并限制積聚；二是泄漏已經(jīng)產(chǎn)生的靜電積累；三是對(duì)易產(chǎn)生靜電的設(shè)備采用靜電屏蔽罩，并將屏蔽罩有效接地；或把對(duì)靜電敏感的產(chǎn)品進(jìn)行靜電屏蔽；四是采用特殊工藝生成正離子團(tuán)（或負(fù)離子團(tuán)），以中和物體上積累的負(fù)電荷（或正電荷）。民爆企業(yè)采取的靜電安全新技術(shù)有以下幾個(gè)方面。

6.1 采用防靜電材料

A、根據(jù)作業(yè)場(chǎng)所危險(xiǎn)等級(jí)，在爆破器材生產(chǎn)和裝配車間的地面和操作臺(tái)鋪設(shè)相應(yīng)表面電阻率的導(dǎo)電橡膠。導(dǎo)電橡膠填充了導(dǎo)電炭黑、金屬網(wǎng)線等材料，其面電阻一般在106Ω 以下。鋪設(shè)導(dǎo)電橡膠時(shí)，用金屬帶和靜電保護(hù)裝置接通大地，這是一種極其有效的靜電消除措施。據(jù)有關(guān)資料顯示，人在普通橡膠板上行走時(shí)人體靜電電壓達(dá)到數(shù)千伏，而當(dāng)人走到導(dǎo)電橡膠地板上行走3 步以后，人體靜電電壓即降低到100V 以下。

B、爆破器材生產(chǎn)操作人員應(yīng)穿戴防靜電工作服、導(dǎo)電鞋、工作帽等勞保用品。若身穿滌綸工作服、腳穿普通膠底鞋在普通橡膠地板上以正常速度行走36 步到60 步，人體帶的靜電電壓可達(dá)1kV 以上。而這些勞保用品與工作場(chǎng)所的防靜電地板聯(lián)合使用，可起到明顯的防靜電效果。

C、采用內(nèi)表面電阻率為106Ω ～109Ω、外表面電阻率為1010Ω 以下的防靜電材料用于爆破器材的包裝。防靜電包裝因具有靜電衰減、靜電屏蔽和防電磁輻射的功能，不僅不會(huì)產(chǎn)生靜電積累，而且能對(duì)爆破器材起到很好的防護(hù)作用。

6.2 采取接地法

采取接地是使已產(chǎn)生的靜電電荷比較容易地泄漏、消散，以避免靜電的積累。接地是民爆企業(yè)消除靜電危害最簡(jiǎn)單、最有效的辦法。但接地主要是消除導(dǎo)電體上的靜電，而不能用來(lái)消除絕緣體上的靜電。靜電接地就是利用金屬導(dǎo)體將靜電荷通過(guò)引下線與接地裝置相連，接地電阻不應(yīng)大于100Ω。

表1 硝銨炸藥氣流輸送中設(shè)備各部位的靜電電位

表2 火工品常用藥劑的靜電感度(最小引燃能量)

表3 黑火藥的靜電感度測(cè)試結(jié)果

6.3 采取泄漏法

根據(jù)民爆企業(yè)特點(diǎn)，泄漏法主要是采取給環(huán)境增加濕度的措施。通過(guò)增加環(huán)境相對(duì)濕度，使物體表面的水分形成微薄的、可以導(dǎo)電的水膜，降低靜電絕緣體的表面電阻率，加速靜電泄漏，限制了靜電的積累。據(jù)調(diào)查，火工品、敏感藥劑制造以及裝配的車間，其環(huán)境相對(duì)濕度保持在65%以上。

6.4 采取靜電屏蔽法

對(duì)易產(chǎn)生靜電的設(shè)備采用靜電屏蔽罩，并將屏蔽罩有效接地；把對(duì)靜電敏感的電發(fā)火、電引信裝置采用金屬靜電屏蔽罩，以杜絕靜電引起的意外發(fā)火。

6.5 采取靜電中和法

A、采用靜電消除器把氣體分子進(jìn)行電離，產(chǎn)生消除靜電所必要的正（或負(fù)）離子團(tuán)。其原理是靜電消除器產(chǎn)生與帶電物體極性相反的離子團(tuán)，并使離子團(tuán)和帶電物體接觸，與帶電物體的靜電中和，從而達(dá)到消除靜電的目的。根據(jù)消除靜電原理和要求的不同，靜電消除器分為自感應(yīng)式靜電消除器、外接電源式靜電消除器和放射線式靜電消除器三種類型。其中放射線式靜電消除器不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于無(wú)須外接電源，且工作時(shí)又不產(chǎn)生火花，適合民爆企業(yè)使用。

B、采用不同功函數(shù)的材料消除靜電。材料的功函數(shù)不同，得失電子的能力不同，其產(chǎn)生的靜電電荷的極性也不同。因此，在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮采用不同的設(shè)備生產(chǎn)不同的材料，生成極性相反的靜電荷，并把這些設(shè)備相連，達(dá)到消除靜電的目的。按照物體得失電子的難易程度，通?？膳懦梢粋€(gè)靜電帶電序列。常見(jiàn)物質(zhì)的靜電帶電序列如下：

（+）玻璃-頭發(fā)-尼龍-羊毛-人造纖維-綢-醋酸人造絲-奧綸-紙漿和濾紙-黑橡膠-維尼綸-沙綸-聚酯纖維-電石-聚乙烯-可耐可龍-賽璐珞-玻璃紙-聚氯乙烯-聚四氟乙烯（-）

（+）石棉-玻璃-云母-羊毛-毛皮-鉛-鎘-鋅-鋁-鉻-鐵-銅-鎳-銀-金-鉑（-）

如有的企業(yè)把生產(chǎn)聚酯材料（易帶正電荷）的設(shè)備與生產(chǎn)聚乙烯材料（易帶負(fù)電荷）的設(shè)備相連，在一定程度上就可控制靜電積累。

7 結(jié)束語(yǔ)

靜電安全是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它涉及爆破產(chǎn)品的整個(gè)生命歷程。我們除了要加深對(duì)靜電產(chǎn)生的機(jī)理以及危害的認(rèn)識(shí)外，要從管理的高度，把靜電安全作為一項(xiàng)體系工程來(lái)抓，即通過(guò)安全管理體系的建立，從爆破產(chǎn)品的資源提供如人員管理、廠房設(shè)計(jì)、設(shè)備管理、環(huán)境控制，以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)過(guò)程控制、檢驗(yàn)試驗(yàn)、包裝、運(yùn)輸與儲(chǔ)存、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)入手，嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)的防靜電技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)用靜電安全技術(shù)，才能不斷提高爆破器材生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及使用過(guò)程的本質(zhì)安全度。

[1]燃燒爆炸危險(xiǎn)與安全技術(shù) 張國(guó)順 中國(guó)電力出版社 2003 年11 月第一版；

[2]燃燒爆炸危險(xiǎn)品與安全技術(shù)相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn) 張國(guó)順 中國(guó)職業(yè)安全健康協(xié)會(huì) 2003 年11 月；

[3]防靜電系列標(biāo)準(zhǔn)及宣貫提綱 國(guó)防科工委安全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) 2005 年；