靜電火花放電事故案例研究
黃兵:
根據(jù)經(jīng)驗,專家認為:靜電引起的點火,大約有80%是由火花放電(Spark Discharges)引起的。這是值得注意的,為了有效預(yù)防,需要將導(dǎo)電部件進行可靠地接地,因為導(dǎo)電部件可能被直接充電或者通過電磁感應(yīng)間接充電。
在許多情況下,導(dǎo)電部件已經(jīng)通過安裝的方式連接到地。然而,僅憑肉眼觀察并不總能弄清是否存在足夠的地球耗散。一般來說,對地電阻小于1MΩ足以安全地消散靜電電荷(例如油罐車)。對一些小物體(如金屬鼓、人),電阻小于100MΩ是可以接受的。除極小的物品外,所有金屬和其它導(dǎo)電材料都應(yīng)接地。
實際應(yīng)用中,在不清楚的情況下,必須對接地電阻加以控制,例如,通過使用所謂的千兆歐姆計。如果待測部件主要位于爆炸危險區(qū)域,建議使用防爆測量裝置。
案例1:節(jié)流閥上的火花
一位細心的工作人員注意到,苯流經(jīng)的一個節(jié)流閥處有黃色火焰。他打電話給消防隊,以便工廠能夠及時關(guān)閉,并在可能發(fā)生重大破壞之前撲滅大火(見下圖)。
如圖所示:節(jié)流閥安裝在2英寸的不銹鋼管道系統(tǒng)中。它固定在兩個法蘭之間,兩端用聚四氟乙烯墊圈密封。
首先,管理人員不知道火災(zāi)發(fā)生的原因。由于整個管道系統(tǒng)是鋼制的,接地可靠,所以即使是靜電也沒有受到懷疑。當仔細觀察時,發(fā)現(xiàn)節(jié)流閥是由絕緣聚四氟乙烯墊圈電隔離的。這種情況沒有被注意到的原因是:一般情況下,固定法蘭連接用的螺絲顯示出連續(xù)的導(dǎo)電性。
對節(jié)流閥的控制測量表明:接地電阻大于1 TΩ。顯然,它是由流動的苯靜電充電的。當充電量足夠高時,節(jié)流閥和法蘭之間會產(chǎn)生火花。(滿足火花放電的條件:主要發(fā)生在相距較近的帶電金屬導(dǎo)體或靜電導(dǎo)體間)。
經(jīng)驗表明,法蘭與墊圈的連接有時會出現(xiàn)松動。所以靜電點火的解釋似乎是可信的。下面的計算可以支持這個邏輯假設(shè):
●節(jié)流閥在安裝狀態(tài)下的電容為140 pF
●火花電壓實際值:5 kV。
將這些數(shù)據(jù)代入能量方程,發(fā)現(xiàn)隔離節(jié)流閥上儲存的電荷能量約為1.8 mJ,足以點燃苯/空氣混合物(MIE = 0.2 mJ)。
結(jié)論:
在所有可能帶電的導(dǎo)電部位都要檢查對地耗散電阻。如果有必要,必須接地。
案例2:反應(yīng)釜投料口的火花
事故概述:
反應(yīng)釜里面的一半混合料(樹脂+乙酯+正丙酯),放置了一個小時以上。投入的是一袋聚四氟乙微粉,該粉外袋是PE膜塑料袋,反應(yīng)釜外面鋪了一層PE塑料膜。
原因分析:
查資料知:聚四氟乙微粉高電絕緣性、高阻燃性。
首先這是在室溫下進行的一個簡單的溶劑攪拌過程,排除化學(xué)反應(yīng)放熱,那么只可能是靜電放電引起的著火。
情形1:反應(yīng)釜中加入了酯類易燃液體,一段時間與空氣可能形成了可燃氣體氛圍;投料人員是否按規(guī)定著防靜電服,并且當該工人作業(yè)過程中是否穿著耗散性的鞋子、站在導(dǎo)電地板上均未知,不能排除火花放電的可能。那么事故可能由人體火花放電引燃了反應(yīng)釜中的空氣、可燃氣體混合物。
情形2:由于聚四氟乙微粉高電絕緣性,投料過程中可能發(fā)生刷形放電引燃了可燃氣體混合物。
綜上:事故為靜電放電引起,可能由火花放電引起,也可能是刷形放電。