典型工業(yè)防爆場所靜電定量檢測與危害評價(jià)的研究

李新盛(青州市應(yīng)急救援指揮中心，山東 青州 262500)

0 引言

在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的過程中，大多數(shù)設(shè)備中的操作介質(zhì)都存在易燃燒、易爆炸特性，同時(shí)，可以將其引燃的最小點(diǎn)火量相對較低。生產(chǎn)、制造過程中，如果物料、介質(zhì)出現(xiàn)跑、漏以及事故發(fā)生的情況，會讓其中存在的液體蒸汽、纖維等物質(zhì)與空氣共同組成可以燃燒的體系，一旦出現(xiàn)了點(diǎn)火源，便會發(fā)生嚴(yán)重爆炸，這對生命安全、經(jīng)濟(jì)效益方面造成了嚴(yán)重威脅。較為常見的引燃源主要有：危險(xiǎn)高溫、靜電等，其中產(chǎn)生爆炸事故次數(shù)最多的是靜電。理量。某點(diǎn)電位的定義內(nèi)容是：在靜電場內(nèi)將相應(yīng)單位的正電荷由該點(diǎn)起始，沿著隨意路徑進(jìn)行移動的參考點(diǎn)。其中電場里所做的功值，如果參考點(diǎn)的電位取值是零，那便代表兩點(diǎn)之間的電壓值便是電位數(shù)值。在對電壓進(jìn)行測試的過程中，大多數(shù)都讓大地的電位取值為零，為此，還將其稱作為靜電電壓測試。在靜電電位測試中，還涉及了接觸、非接觸兩種。接觸式主要使用的場合是導(dǎo)體、人體帶電中，但是該過程中帶電體每點(diǎn)之間電位值相同。在介質(zhì)帶電的場合中，由于電位等因素的影響，便需要利用非接觸式措施。

1 靜電的檢測技術(shù)

1.1 接觸式

工業(yè)生產(chǎn)活動中，對靜電參數(shù)進(jìn)行測量是非常關(guān)鍵的工作，依據(jù)該方面的操作能精準(zhǔn)了解靜電具體情況，幫助技術(shù)人員分清生產(chǎn)中物體的靜電起電、帶靜電荷，并對其產(chǎn)生的危險(xiǎn)程度進(jìn)行科學(xué)判斷。在基本的靜電測量參數(shù)中，主要涉及了靜電的電壓、電容、電荷量、電阻、電阻率等。當(dāng)以上內(nèi)容中的電荷量是帶電物體本質(zhì)表征中的物理量時(shí)，會對物體放電概率、危險(xiǎn)程度產(chǎn)生直接影響；靜電電壓是表征制定的參考點(diǎn)，一般情況下是大地，其與帶電表面某點(diǎn)之間的電位差值、大地電位取值都是“0”，那便代表其是帶電物體的相應(yīng)靜電位值；靜電電容是與起點(diǎn)規(guī)律、能量大小、安全電壓、事故危險(xiǎn)分析等方面有直接聯(lián)系的關(guān)鍵參數(shù)[1]。

在進(jìn)行電場描述的過程中，電位是較為基礎(chǔ)的物接觸式測量的關(guān)鍵原理便是：將需要進(jìn)行測量的物體絕緣電纜線，與靜電電壓表的測量電極進(jìn)行了連接。在電壓表使用過程中，通常都會使用大地作為相應(yīng)的參考點(diǎn)，為此，表上讀數(shù)便是被測量出的電位值。在對電壓進(jìn)行測試的過程中，需要確保儀器的低電壓短、機(jī)殼要接觸良好，并且在要高壓位置使用絕緣效果較為優(yōu)秀的電纜材料之后將其與帶電體進(jìn)行連接。與此同時(shí)，儀器在正式使用前，需要先將其進(jìn)行調(diào)零。在日常工作中，經(jīng)常能夠使用到的設(shè)備種類有：EST100防爆靜電電壓測試儀、Q-V系列的靜電電壓表等。

1.2 非接觸式

在使用非接觸式的測量辦法時(shí)，其中原理內(nèi)容便是：電荷很難在高絕緣的物質(zhì)中進(jìn)行移動，促使相應(yīng)電位在不同位置會產(chǎn)生明顯差距。這時(shí)在進(jìn)行測試的過程中，便需要使用靜電感應(yīng)、空氣電離的原理，在帶電物體的附近使用測試探頭，促使二者之間能夠產(chǎn)生畸變的電場，以此來測試表面的電位情況。非接觸式的儀器能夠被分為兩種：感應(yīng)式、電阻分壓式。在日常工作中經(jīng)常使用的感應(yīng)式儀器主要存在振動電容式、直接放大式。

2 靜電檢測對象、方法

2.1 檢測對象

能夠?qū)е鹿S內(nèi)部產(chǎn)生火災(zāi)爆炸的原因便是：靜電荷的產(chǎn)生；靜電在不斷積累的過程中，可以對電介質(zhì)擊穿后進(jìn)行放電；在放電的火花附近存在相應(yīng)可燃物質(zhì)；放電火花的能量超過了可燃物質(zhì)最小燃火點(diǎn)；內(nèi)部防護(hù)措施失去自身的效果等。在對靜電檢測對象進(jìn)行挑選的過程中，需要具備相應(yīng)的參照條件，并依據(jù)此來分辨工廠內(nèi)靜電存在的危險(xiǎn)因素，選擇靜電對場所產(chǎn)生影響的因素，再對其開展現(xiàn)場檢測工作，斷定產(chǎn)生的危險(xiǎn)程度。正常情況下，防爆場所中需要進(jìn)行靜電檢測的對象是點(diǎn)線面危險(xiǎn)源[2]。

通過對三類的靜電器電源進(jìn)行分辨、測量，便能夠斷定其當(dāng)前是否成為帶電源、帶電量，了解其是否會讓工業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)危險(xiǎn)。在面對具備靜電荷的危險(xiǎn)源時(shí)，如果出現(xiàn)了放電的情況，便能夠以此將所有的能量釋放出來。儲存的能量公式為：

式中：W為儲存的能量；C為相應(yīng)的電容；U為靜電電壓。

靜電釋放的時(shí)間t與低泄漏電阻Re*C相同。如果W超過了相應(yīng)物質(zhì)的燃燒爆炸的最小值，ms量級大于t時(shí)，便會存在燃燒爆炸的問題隱患。

在面對存在靜電荷的非導(dǎo)體危險(xiǎn)源時(shí)，例如金屬材質(zhì)輸油管道，其一旦發(fā)生放電，所產(chǎn)生的情況會與帶電導(dǎo)體產(chǎn)生差異，其不會一次性將能量全部釋放，而是會依次將電能放出，在對其靜電隱患進(jìn)行測量的過程中，便可以根據(jù)U的極限來進(jìn)行分析。同時(shí)在對靜電危險(xiǎn)源進(jìn)行測試時(shí)，其中要包括了人體自身的靜電電壓、對地電容、電能大小，以此來斷定放電的概率。

2.2 檢測方式

在進(jìn)行靜電源檢測參數(shù)的過程中，其中主要涉及了測試靜電壓、人體靜電測量、靜電泄漏電流；防靜電措施的檢測參數(shù)包括了靜電電阻、人體防靜電工作服。最后在操作介質(zhì)檢測參數(shù)中，重點(diǎn)關(guān)注具備爆炸性質(zhì)的氣體濃度、最小火能。

2.2.1 點(diǎn)危險(xiǎn)源

在對靜電的危險(xiǎn)源進(jìn)行情況研究時(shí)，需要先判斷包含的電荷量、靜電能力大小等，之后依據(jù)相應(yīng)的儲能公式，來開展工作(Q代表靜電的電荷量)。在點(diǎn)靜電檢測過程中，主要存在兩種方式：一是對點(diǎn)危險(xiǎn)源靜電的電壓、對地電容進(jìn)行測量之后，測算出固體設(shè)備、部件內(nèi)部存儲的能量；二是使用微電流表，對電位線環(huán)的對地泄漏電流值進(jìn)行測量，之后依據(jù)此來計(jì)算出靜電荷的情況，然后與電容值、電壓值進(jìn)行結(jié)合，判斷出靜電的總能量。

2.2.2 電壓電容

2.2.2.1 靜電電壓

所謂靜電電壓便是帶電物體的表面某點(diǎn)電位，以及指定參考點(diǎn)之間產(chǎn)生的數(shù)值差。由于大地的電位經(jīng)常是“0”，所有帶電物體表面的電位，便直接顯示出了電壓情況。電位、電荷二者之間的物理量是正比關(guān)系，其中的高低變化能夠顯示出相應(yīng)的帶電情況。在使用EST101防爆靜電電壓表來進(jìn)行測量工作時(shí)，由于其屬于非接觸式設(shè)備，要在該過程中禁止與物體直接連接，而是依據(jù)相應(yīng)的靜電感應(yīng)原理，來間接性測出靜電電位情況。靜電感應(yīng)原理主要是指使用探頭接近但不接觸物體，之后使用二者之間的畸變電場，來完成工作內(nèi)容。與接觸式設(shè)備的使用效果進(jìn)行比較，該結(jié)果數(shù)值受到輸入電容、電阻產(chǎn)生的影響相對較小，但是其中的測試距離、物體形狀會干擾到最終結(jié)果。在探頭、被測物體之間的距離出現(xiàn)差異時(shí)，便會讓得出的靜電數(shù)值產(chǎn)生差異，促使最后結(jié)果發(fā)生失真的情況。為此在進(jìn)行測量工作時(shí)，需要對距離進(jìn)行細(xì)致校準(zhǔn)，以此來保障最后得出的數(shù)值準(zhǔn)確性高。同時(shí)，測量得出的數(shù)值，僅能夠表示探頭相對應(yīng)的局部面積上的平均數(shù)值，在面對絕緣體時(shí)，不同位置產(chǎn)生的數(shù)值會出現(xiàn)明顯不同，不能夠?qū)⒌贸龅臄?shù)值代表整體電位情況[3]。

2.2.2.2 靜電電容

靜電的電容是與電壓、電能量等物理量相關(guān)的參數(shù)之一。在對工業(yè)裝置、設(shè)備、工藝、人體進(jìn)行研究后，來了解相應(yīng)的電規(guī)律，判斷能量釋放的大小、確定發(fā)生源的安全電壓值、分析靜電火災(zāi)事故的原因，還需要對物料、設(shè)備、人體等方面進(jìn)行測量。

在使用測量儀器VC6013數(shù)字電容表對其進(jìn)行測量時(shí)，該設(shè)備的使用原理，便是電荷分配方式(如圖1所示)，其中的K代表開關(guān)。一是讓開關(guān)2斷開連接，將開關(guān)1合上，這時(shí)便可以利用直流、穩(wěn)壓的電源，來給電容進(jìn)行充電，使其達(dá)到U0。二是將開關(guān)3連接上，這時(shí)便可以將被測量電容中殘存的電壓釋放，之后再將其斷開。三是先將開關(guān)1打開，讓充電的電源脫離之后，再快速合上開關(guān)2，這時(shí)測量其中的平衡電壓，之后依據(jù)Cx= (Co+Cb)(Uo?U)/U的公式進(jìn)行計(jì)算。

圖1 分壓測量方式

在現(xiàn)實(shí)測量的過程中，要將其中一個(gè)電極位于被測量物體表面、另一個(gè)進(jìn)行接地。在物體存在導(dǎo)電能力時(shí)，像是金屬材質(zhì)的油桶、人體，電荷便會通過測量的表筆設(shè)備，被分配到物體的上方，因此形成并聯(lián)的電路，讀出物體存在的電容數(shù)值；在物體具備絕緣性時(shí)，由于其不具備導(dǎo)電的能力，電荷不會進(jìn)入到測量表筆中，會讓測量出的數(shù)值為0，但是如果其自身攜帶相應(yīng)的靜電荷，其具備的感應(yīng)作用，便會讓表筆測量端聚集電荷，促使標(biāo)準(zhǔn)電容表內(nèi)部的數(shù)值降低，但同時(shí)也可以根據(jù)此來建立并聯(lián)回路，得到相應(yīng)的電容值。

3 靜電事故危險(xiǎn)評價(jià)方法

3.1 選擇依據(jù)

化工企業(yè)的靜電危險(xiǎn)因素產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)時(shí)，不僅要考慮到內(nèi)部存在的相應(yīng)起電源、放電形式、爆炸混合物，還要了解內(nèi)部人員、機(jī)械設(shè)備、環(huán)境等方面，綜合采取預(yù)防措施，以及明確其在事故發(fā)生中的效果。之后多角度考量現(xiàn)有的二維評價(jià)方式，主要涉及了靜電事故發(fā)生概率、嚴(yán)重程度，以此來表征靜電事故的危險(xiǎn)程度，其中主要包含了有風(fēng)險(xiǎn)矩陣、LEC、MES、MLS等方式。當(dāng)前使用相對較為廣泛的方法是MLS，其中不僅考慮到了相應(yīng)因素自身存在的危險(xiǎn)程度，還綜合考量了現(xiàn)場檢測、控制方法。

通過將MLS評價(jià)方法作為基礎(chǔ)，來對工廠內(nèi)部危險(xiǎn)事故可能發(fā)生的位置進(jìn)行優(yōu)化，之后采用定量的安全檢查表，來分辨其中的靜電安全隱患因素，建設(shè)出完善后的MLS靜電火災(zāi)、爆炸評價(jià)模型，并讓其在工廠內(nèi)進(jìn)行實(shí)際使用認(rèn)證。依據(jù)對工業(yè)中存在的靜電安全隱患危險(xiǎn)程度進(jìn)行評價(jià)，來幫助其發(fā)現(xiàn)其中隱藏的問題，強(qiáng)化對該方面的管理力度，甚至還可以為電氣防爆檢測部門工作的開展提供參考依據(jù)。

3.2 方法改進(jìn)

想要對相應(yīng)的評價(jià)方式進(jìn)行改善，便需要與企業(yè)內(nèi)部的靜電隱患進(jìn)行特點(diǎn)結(jié)合。在對工業(yè)靜電火災(zāi)爆炸事故發(fā)生的可能性進(jìn)行計(jì)算時(shí)，還需要在該過程中同時(shí)考慮混合物環(huán)境的形成、有效放電產(chǎn)生引燃的可能性。爆炸性混合物環(huán)境形成主要是指相應(yīng)物質(zhì)與空氣產(chǎn)生融合，以及相應(yīng)環(huán)境處于爆炸極限的可能性，其中有效放電引燃產(chǎn)生的概率，主要是指工廠內(nèi)部因靜電放電而導(dǎo)致混合物爆炸的概率。在對兩種可能性進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要合理分析能夠產(chǎn)生影響的控制、監(jiān)督措施。對相應(yīng)的控制措施體系進(jìn)行構(gòu)建、細(xì)致劃分，并對其逐一打分，例如：接地、跨接人體靜電防護(hù)對等方面的措施情況等。對工業(yè)廠房內(nèi)部可以控制、可監(jiān)控的狀態(tài)進(jìn)行判斷時(shí)，可利用SQSC來對其進(jìn)行評判打分，其中具備的標(biāo)準(zhǔn)需要根據(jù)MLS評價(jià)方式中的“控制與可檢測狀態(tài)M”來進(jìn)行取值。一級表示相應(yīng)企業(yè)已經(jīng)使用了有效的放燃燒措施、防爆性混合物的預(yù)防措施；三級代表其使用的措施中存在一定缺陷，靈敏程度低；五級則代表不存在相應(yīng)的檢測、控制措施。改進(jìn)過程中使用的公式為：

式中：R為危險(xiǎn)評估結(jié)果；n為危險(xiǎn)體數(shù)量；Lai為第i各位纖體環(huán)境形成的概率；Mai為第i個(gè)控制危險(xiǎn)體爆炸的措施；Lbi為第i個(gè)有效放電引燃的概率；Mbi為第i個(gè)控制放電引燃的措施；Si1、Si3分別為在事故中人員、財(cái)產(chǎn)方面的損傷[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，在工業(yè)領(lǐng)域不斷發(fā)展的過程中，為良好避免因靜電導(dǎo)致危險(xiǎn)物品燃燒爆炸的問題，便要對危險(xiǎn)程度進(jìn)行細(xì)致分析，從而制定出適宜的解決措施。通過對靜電的檢測技術(shù)、靜電檢測對象與方法、靜電事故危險(xiǎn)評價(jià)方法進(jìn)行細(xì)致分析，可以讓相應(yīng)危險(xiǎn)事情的發(fā)生概率大幅降低，從而保障自身的穩(wěn)定、安全發(fā)展，促進(jìn)工業(yè)的長久持續(xù)發(fā)展。