陸 瑛

（廣西工聯工業(yè)工程咨詢設計有限公司，廣西 南寧 530003）

在化工生產中，靜電是導致火災、爆炸事故最常見、危害最大的原因之一。

靜電的產生是一個起因復雜、方式多樣的過程，感應、介質極化、溫差、壓力、吸附、電解、接觸等均可導致靜電的產生。其中，接觸起電是化工生產過程產生靜電的主要方式。粉體物料在研磨、攪拌、碾壓、篩分或高速運動時會產生靜電；液體在流動、過濾、攪拌、噴射、飛濺、沖刷、灌注、滴下、沉降、劇烈晃動等過程中，因與管道、容器互相摩擦，或與液面發(fā)生沖擊會產生靜電；可燃蒸氣和氣體在高速運動、噴射等過程中，因與管道、容器互相摩擦也會產生靜電。

化工生產過程普遍存在著磨擦、輸送、裝卸、噴射、攪拌、沖刷等極易產生靜電聚積的操作工序，同時介質有易燃、易爆的生產特點，因此，由靜電導致的火災、爆炸事故時有發(fā)生。

1 典型案例分析

近幾年，廣西地區(qū)先后發(fā)生多起因靜電火花造成的火災、爆炸事故。

（1）2008年1月，某溶解乙炔廠3#高壓干燥器發(fā)生劇烈爆炸，高壓干燥器50mm厚的平板封頭和35mm厚的筒體爆裂解體，排污管被震斷，與其串聯的2#高壓干燥器筒體發(fā)生鼓脹變形，生產廠房屋面被掀翻。直接經濟損失約100多萬元，輕傷1人。

事故的直接原因：3#高壓干燥器排污閥法蘭墊片損壞，高壓干燥器內約1.5MPa的乙炔氣體高速噴出產生靜電火花發(fā)生爆燃，在高溫高壓作用下，僅幾秒鐘時間，法蘭面的火焰突然消失，繼而高壓干燥器內的乙炔氣發(fā)生劇烈的分解爆炸。

（2）2008年8月26日，某化工公司有機化工廠在生產運行過程中，物料罐場發(fā)生重大化學爆炸及火災，進而導致全廠發(fā)生重大爆炸、火災事故，造成21人死亡，59人受傷，直接經濟損失7580萬元。

該廠于20個世紀70年代初建設，采用電石乙炔法生產醋酸乙烯。工廠物料罐場共有32臺常壓固定頂罐，總容積4600m3。其中，鋁制和碳鋼制儲罐各14臺，不銹鋼儲罐4臺。儲存物料主要有醋酸、醋酸乙烯、甲醇、乙醇、醋酸乙烯反應液、回收液等易燃易爆化學品。

事故發(fā)生前，合成工序生產工藝不穩(wěn)定，5臺100m3并聯使用的鋁制反應液中間儲罐液面大幅下降，罐內形成負壓，從放空管口和液位計孔吸入大量空氣，進入罐內的空氣與罐內的以乙炔氣為主的易燃氣體（由反應液解析出的乙炔氣約占90%）形成爆炸性混合氣體，遇靜電火花發(fā)生爆燃，造成3號鋁制儲罐破裂，5臺反應液儲罐共約230m3反應液全部流出，其蒸發(fā)的易燃氣體與空氣混合形成爆炸性蒸氣云團向生產區(qū)擴散，遇明火發(fā)生空間化學爆炸并燃起大火，引發(fā)罐場發(fā)生連鎖爆炸，爆炸沖擊波還震斷合成工序的PVC乙炔氣管道和其他生產裝置，導至大量乙炔氣體和易燃液體泄漏出，引發(fā)生產區(qū)更激烈的連鎖爆炸和火災。爆炸將全廠數萬平方米建（構）筑物和生產裝置摧毀。暴露半徑2000 m范圍內的建筑物不同程度受損。據測算，最大一次爆炸能量約10t TNT當量。

事故的直接原因主要有：

（a）儲罐結構設計不合理。所有儲罐都是固定頂罐，并在罐頂上開了浮子液位計鋼絲繩孔和放空管孔，放空管沒有安裝阻火器。當生產工藝不穩(wěn)定，罐內液位下降時產生負壓吸入空氣。

（b）安裝缺陷。所有儲罐均未按設計要求安裝靜電接地。

（c）設備維護管理不當。擅自將儲罐原有的事故氮保護系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)和溫度測量裝置拆除。

（d）更換加大反應液出料泵時，沒有同時更換進、出料管，增加了物料的流速和流量，導致流體靜電電位大幅升高。

（e）儲罐區(qū)沒有按設計安裝使用溫度測量裝置和可燃氣體報警。

（3）2011年4月，某農藥廠用真空泵從200L塑料桶抽吸二甲苯進入攪拌釜，當桶內物料降到約1/4桶液位時，桶口突然著火，因處置不當，導致火災蔓延，將廠房、倉庫、農藥原料和成品、生產設備等全部燒毀，直接經濟損失約170萬元。

事故的直接原因：抽料用的是普通硬塑料管，二甲苯包裝桶又是塑料桶，均是絕緣材料，由于流速快，抽料時間長，二甲苯與塑料管磨擦產生的靜電不能導出，工人手扶的塑料管與塑料桶發(fā)生相碰產生靜電火花引燃二甲苯蒸氣。

2 靜電火災爆炸危險性分析

介質的流動性與易燃易爆性是化工生產的基本特征，因此，靜電導致的火災、爆炸事故是化工生產過程中固有的危險。

2.1 靜電放電形式

靜電可產生高電壓及靜電場。如果靜電電位高，電場強度超過附近電介質的絕緣擊穿電場時，就要開始放電。一般來說，靜電放電可分為空中放電和表面放電。空中放電有電暈放電、刷形放電和火花放電。其中火花放電多發(fā)生在金屬物體之間，放電時電極間的空氣被擊穿，形成了很集中的放電通路，其能量較其他形式放電能量大，引燃的危險性最大。因此，防止火花放電是化工生產過程中需要特別控制的靜電危害。

2.2 火花放電的危險性

靜電電位高低主要與材料性質、接觸時間長短、流速、沖擊強度等因素有關。如果物體產生的靜電不能及時導出，靜電能量得以積聚，靜電電位不斷上升，當靜電電場強度超過周圍介質的擊穿場強時，就會發(fā)生靜電火花放電。如果靜電火花的能量大于其周圍易燃或爆炸性混合物所需的最小點火能量時，就會發(fā)生燃燒或爆炸。

靜電引起火災、爆炸事故必須同時具備以下條件：

（1）具有產生靜電的條件，即兩種不同物質的相互接觸；

（2）靜電能量得以積聚，使之達到火花放電的靜電電位；

（3） 靜電放電的火花能量達到爆炸性混合物的最小點火能；

（4）靜電火花放電周圍存在易燃或爆炸性混合物。

在上述4個條件中，只要消除其中任何一個都可避免事故的發(fā)生?？刂魄?個條件實質上是控制靜電的產生和積聚，控制第4個條件就是消除或減少周圍爆炸性混合物的產生。

3 化工生產過程的靜電安全防護措施

在工程實踐中，預防化工生產過程靜電火災、爆炸的控制措施一般有以下幾種方法：

（1）設備選材控制。凡儲存或輸送易燃易爆介質的設備和管道，應盡量選用導電性能良好的金屬材質。當必須采用絕緣材料（如塑料、玻璃、陶瓷等），則可在其內、外壁噴涂導電性涂料或裝設金屬導體。

（2）流速控制。在化工工藝設計時，應根據液體的電阻率或管徑計算物料的最大允許流速，盡量降低摩擦速度或流速以限制靜電的產生。在對設備進行技術改造時，應對介質的流速進行重新核算，預防流速超過限值產生靜電。

如對于烴類液體，其流速可按下式控制：

v2D≤0.64

式中：v—流速，m·s-1；

D—管徑，m。

對輸送酯類、酮類、醇類液體的管道，如不發(fā)生噴射，允許最大流速不超過10 m·s-1。

（3）設備結構控制。易燃液體儲罐采用內浮頂罐，內浮頂罐不僅可以減少物料的揮發(fā)損失，還可防止空氣進入罐內與可燃蒸氣混合成爆炸性氣體。如采用固定頂儲罐，可采用氮封的方法進行保護。

根據流體隨著流速的降低，靜電消散過程加快的特點，可在管道的末端加裝一個直徑較大的減壓器（靜電緩和器），以消除液體在管道內流動時積累的靜電。同時，應避免易燃液體介質發(fā)生噴射或沖擊。

（4）靜電導出控制。對易燃易爆介質設備、管道設置等電位連接和靜電接地，以消除靜電的積聚，或在裝置上安裝靜電中和器等。對有可能發(fā)生易燃介質泄漏的場所設置消除人體靜電裝置。

（5）運行管理控制。在生產運行過程中，應加強設備、管道的維護，防止因易燃易爆介質泄漏形成爆炸性混合物。

（6）其他控制措施還有物料凈化，增濕，可燃粉體氣力輸送，采用惰性氣體作為氣源等。

化工生產過程是一個復雜的物理化學過程，因此，靜電的產生和導致靜電火災爆炸事故的方式各不相同，所采取的預防措施也不同，應根據生產工藝和裝置、工作介質的實際情況采取相應的預防措施，確保安全生產。