化工物料包裝過程靜電危害分析

劉 娟, 孟 鶴，宮 宏，劉全楨，李亮亮

(中國石化青島安全工程研究院化學(xué)品安全控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071)

聚烯烴、聚酯(PET)材料等化工物料在較寬的溫度范圍內(nèi)可保持優(yōu)良的物理性能，被廣泛應(yīng)用于服裝、薄膜、包裝材料及工程塑料領(lǐng)域[1-3]。然而，高絕緣化工物料在輸送和包裝過程中因物料與管道、物料間相互碰撞、摩擦產(chǎn)生靜電[4,5]，高能靜電放電不僅可能引燃可燃性粉塵，還可能對人體造成電擊事故，影響物料包裝操作人員身心健康。為此，化工物料包裝過程的靜電產(chǎn)生機(jī)理、危害以及靜電消除一直是化工物料生產(chǎn)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。本文從某聚酯切片的包裝過程入手分析其靜電產(chǎn)生原理，并通過現(xiàn)場對包裝物料及包裝袋表面靜電進(jìn)行檢測說明其靜電危害性，探討化工物料包裝過程物料靜電防控措施，為物料包裝過程靜電安全管理提供參考依據(jù)。

1 聚酯切片包裝過程介紹

聚酯切片通常指由聚合生產(chǎn)得到的聚酯產(chǎn)品加工成的片狀顆粒。聚酯切片為靜電非導(dǎo)體，一般電阻率在1010～1013Ω·m，因此，聚酯切片極易因物料與管道、包裝袋以及物料摩擦帶電。

某型號聚酯切片經(jīng)包裝對外銷售時(shí)采用噸袋定量包裝(包裝示意見圖1)，切片包裝袋為1.1 t尼龍編織大包裝袋，編織袋內(nèi)襯塑料袋。包裝時(shí)由操作工將編織袋掛在切片落料口支架上并用壓縮空氣吹脹，聚酯切片在料斗內(nèi)沿下料管進(jìn)入包裝料袋，后經(jīng)自動(dòng)計(jì)量裝滿后由操作工手動(dòng)扎緊袋口，包裝好的聚酯切片通過自動(dòng)輸送帶送至規(guī)定位置。

圖1 聚酯包裝過程示意

2 聚酯包裝過程粉體靜電產(chǎn)生機(jī)理及危害

2.1 粉體靜電產(chǎn)生機(jī)理

a)物體間的接觸和分離產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移。物體間的接觸距離小于20×10-8cm時(shí),物體所帶電荷不能流失而發(fā)生積聚，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，如果分離的速度足夠迅速，物體即可帶電。緊密接觸、迅速分離的形式如撕裂、剝離、拉伸、加捻、撞擊、擠壓、過濾及粉碎等。

b)電磁感應(yīng)造成物體表面電荷的不平衡分布。在工業(yè)生產(chǎn)中，帶靜電的物體能使附近不相連的導(dǎo)體，如金屬管道、零件表面的不同部位出現(xiàn)帶有電荷的現(xiàn)象。

2.2 聚酯切片靜電產(chǎn)生過程分析

高絕緣聚酯切片輸運(yùn)過程中，聚酯切片與管道、聚酯切片物料間相互摩擦與碰撞而產(chǎn)生大量靜電，因此，聚酯切片靜電帶電過程主要包括以下方面。

切片過程：由于原干式切粒機(jī)易產(chǎn)生粉塵及不規(guī)則粒子，聚酯切片在管道氣送過程中，由于高速沖擊，粉塵及不規(guī)則粒子與管壁和容器壁發(fā)生摩擦，使得切片顆粒表面帶有大量電荷，從而產(chǎn)生靜電。

高位料倉出倉過程：聚酯切片絕緣性高，靜電消散時(shí)間常數(shù)大，其本身所帶電荷不易消除，所以當(dāng)切片從高位料倉放出時(shí)，仍帶有大量電荷，當(dāng)電荷量達(dá)到一定值時(shí)便會放電。

風(fēng)送過程：切片在管道的輸送過程產(chǎn)生大量靜電，即切片在進(jìn)入高位料倉之前已積聚了大量電荷，這些電荷進(jìn)入料倉后逐漸消散，其過程滿足：

Q=Q0E-t/τ

(1)

式中：Q——切片任意時(shí)刻的帶電量；

Q0——切片進(jìn)入料倉時(shí)的帶電量；

t——切片在料倉內(nèi)的存放時(shí)間；

τ——切片的靜電消散時(shí)間常數(shù)。

從公式(1)可以看出，切片在料倉存放時(shí)間越長，則切片的剩余電荷量越少。然而高產(chǎn)量的作業(yè)方式，聚酯切片不可能在料倉存放較長時(shí)間，所以料倉中聚酯切片長期處于高帶電狀態(tài)。

下料包裝過程：切片在重力作用下從高位料倉進(jìn)入包裝袋，切片在高速下落時(shí)與出料口管壁摩擦產(chǎn)生電荷，致使切片在原有的基礎(chǔ)上電荷量繼續(xù)增加，出料越快，所產(chǎn)生靜電量越大。此外，切片之間、切片與包裝袋摩擦和沖撞也會產(chǎn)生靜電，同時(shí)，包裝袋材質(zhì)導(dǎo)電性差，與其內(nèi)襯的塑料袋分開時(shí)也會產(chǎn)生剝離帶電。

2.3 聚酯切片包裝過程靜電危害分析

靜電放電是靜電電場的能量達(dá)到一定程度后，擊穿其間介質(zhì)而進(jìn)行放電。聚酯切片包裝過程中潛在靜電放電危害如下。

造成干擾：靜電放電將引起計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制裝置等電子設(shè)備的故障和誤動(dòng)作。

絕緣擊穿：產(chǎn)品靜電足夠高時(shí)較大的場強(qiáng)可引起空氣或介質(zhì)絕緣擊穿。

靜電吸塵：由于物料顆粒帶有靜電，導(dǎo)致物料顆粒具有吸附粉塵的能力，因此，切片及包裝袋攜帶靜電會吸附灰塵對產(chǎn)品質(zhì)量造成不良影響。

造成電擊：靜電電擊是由帶電的人體觸地放電，或由帶電物體向人體放電。當(dāng)人體受到電擊時(shí)，往往會發(fā)生手指尖負(fù)傷或手指麻木等機(jī)能性損傷；電擊可造成產(chǎn)生二次事故，如墜落、跌傷等；此外，由于經(jīng)常受到電擊產(chǎn)生恐怖情緒，而使工作效率下降。

引起爆炸火災(zāi)：在易爆炸區(qū)域和火災(zāi)危險(xiǎn)場所，靜電放電將起點(diǎn)火源的作用，容易引起燃燒爆炸，造成嚴(yán)重后果。

3 聚酯切片包裝過程靜電檢測

對某聚酯生產(chǎn)企業(yè)聚酯切片包裝過程中的靜電產(chǎn)生情況進(jìn)行了全面檢測，檢測參數(shù)包括：①下料包裝過程中包裝袋的表面靜電電壓；②下料包裝完成時(shí)包裝袋內(nèi)聚酯切片的荷質(zhì)比(聚酯切片帶電量與其質(zhì)量的比值)。檢測對象包括：①某滌綸一廠下料包裝車間；②某短纖生產(chǎn)中心下料包裝車間；③某滌綸三廠下料包裝車間。檢測儀器為：EFM022型靜電電壓表(0～±200 kV)；284型電荷量表。

表1(23.5℃，64.0%RH)、表2(23℃，67.0%RH)、表3(25.4℃，47.6%RH)和表4(25.4℃，50.6%RH)分別是某公司滌綸一廠、短纖生產(chǎn)中心和滌綸三廠的聚酯切片包裝過程包裝袋表面靜電電壓和物料荷質(zhì)比檢測結(jié)果。

表1 某滌綸一廠瓶級聚酯切片包裝過程靜電檢測

表2 某短纖生產(chǎn)中心膜級聚酯切片包裝過程靜電檢測

當(dāng)帶電體是靜電非導(dǎo)體，一般情況下，電位在30 kV以上向人體放電時(shí)，將感到電擊[6]。結(jié)合表1～表3測試數(shù)據(jù)可以看出，聚酯切片包裝過程中會產(chǎn)生大量靜電，靜電非導(dǎo)體包裝袋表面電位可超過100 kV，遠(yuǎn)高于可引起人體電擊的界限30 kV?，F(xiàn)場包裝袋高表面電位致使人工操作時(shí)經(jīng)常發(fā)生包裝袋靜電打火現(xiàn)象和操作人員遭電擊事件。

表3 某短纖生產(chǎn)中心膜級聚酯切片包裝過程靜電檢測

表4 某滌綸三廠膜級聚酯切片包裝過程靜電檢測

聚酯切片包裝時(shí)用于包裝切片的打包袋(在制作、運(yùn)輸、搬運(yùn)、包裝過程中)本身會產(chǎn)生靜電，同時(shí)在聚酯切片裝袋過程中帶電物進(jìn)入袋內(nèi)，造成包裝袋表面高電位超過100 kV，因此，影響包裝袋表面電位主要因素為空氣濕度和包裝物料帶電量。從檢測結(jié)果可以看出：①空氣濕度對聚酯切片下料包裝過程中靜電的產(chǎn)生有很大的影響。以短纖生產(chǎn)中心下料包裝車間2號包裝線為例，當(dāng)空氣濕度為67.0%RH時(shí)，包裝袋表面靜電電壓為120 kV左右，物料荷質(zhì)比為110 nC/kg左右；而當(dāng)空氣濕度為47.6%RH時(shí)，包裝袋表面靜電電壓超出測量范圍，物料荷質(zhì)比為280 nC/kg左右；②物料荷質(zhì)比與包裝袋表面靜電電壓成正比，物料荷質(zhì)比增加，則包裝袋靜電電壓升高。

4 結(jié)論

化工物料包裝是靜電危害發(fā)生的集中作業(yè)環(huán)節(jié)，特別是在氣候干燥的季節(jié)，具有很大的靜電危害性。首先是人體靜電危害。根據(jù)檢測結(jié)果，聚酯切片包裝過程中包裝袋表面電壓均在100 kV以上，存在操作人員遭受靜電電擊，甚至二次傷害危險(xiǎn)。此外，聚酯切片和包裝袋表面靜電會吸附灰塵，物料荷質(zhì)比和包裝袋表面靜電電壓越大，吸附灰塵越多。為消除物料、料袋及人體靜電，解決打包作業(yè)靜電打火和電擊問題，避免因靜電吸附對產(chǎn)品質(zhì)量造成的不良影響，需采取有效措施，如：①根據(jù)GB 50813-2012《石油化工粉體料倉防靜電燃爆設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，在放料口或包裝口設(shè)置離子風(fēng)靜電消除器；②包裝口附近應(yīng)設(shè)置離子風(fēng)表面靜電消除器，中和包裝袋表面靜電；③放料口或包裝口應(yīng)設(shè)置專用接地端子或跨接線；④下料包裝處應(yīng)設(shè)置防爆型人體靜電消除器；⑤操作人員需穿防靜電鞋、防靜電服。

5 參考文獻(xiàn)

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