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工業(yè)粉塵靜電危險性評價

文檔作者：林暉徐峰賀輝宗馬麗紅文檔來源： 1．中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院 2．青島天人環(huán)境工程股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月22日
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幫 石油化工安全環(huán)保技術(shù) 蟲
2011年第27卷第3期PETR0CHEMICAL SAFETY AND ENVIR0NMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY
工業(yè)粉塵靜電危險性評價
林 暉 ，徐 峰 ，賀輝宗 ，馬麗紅
(1．中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東 青島266071；
2．青島天人環(huán)境工程股份有限公司，山東 青島266101)
摘要：工業(yè)靜電對安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量有著極大的影響，設(shè)計了工業(yè)靜電遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采
集系統(tǒng)硬件和軟件，測試了干燥器中ABS粉塵可能產(chǎn)生的靜電電壓，評估了干燥器靜電點燃
危險。得出結(jié)論，干燥器中的最大靜電電壓不足以擊穿空氣。
關(guān)鍵詞：工業(yè)靜電ABS粉塵數(shù)據(jù)采集
工業(yè)靜電是在工業(yè)生產(chǎn)、儲運(yùn)過程中，在物
料、裝置、人體、器材和建筑物上產(chǎn)生和累積起
來的靜電。它對安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量有著極大的
影響? 。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會的進(jìn)
步，高分子材料、微電子器件和防爆裝置廣泛應(yīng)
用于各個領(lǐng)域，靜電造成的危害日益受到人們的
關(guān)注。靜電放電不僅可以造成易燃、易爆氣體以
外的燃燒、爆炸，而且可以使電子設(shè)備受到干擾，
造成意外事故。為此，靜電防護(hù)措施的研究已經(jīng)成
為工業(yè)發(fā)達(dá)國家十分重視的一個研究領(lǐng)域。
1 工業(yè)粉塵靜電危害產(chǎn)生的機(jī)理和研究進(jìn)展
1．1 靜電產(chǎn)生的機(jī)理
在粉體儲運(yùn)過程中，靜電的產(chǎn)生是不可避免
的 。大量由于摩擦產(chǎn)生的靜電電荷聚集起來，
一旦罐體內(nèi)的粉塵濃度高于最低爆炸極限，靜電
區(qū)域產(chǎn)生的電壓高于點燃極限，就會發(fā)生爆
炸 ]，其放電能量與電容及電壓有關(guān)：
1 1
E=÷QU=÷c
二
式中：p一電量，A．S；
C一電容，F(xiàn)；
一靜電壓，V；
E一放電能量，J。
當(dāng)物料在設(shè)備中處理時，物料和設(shè)備間產(chǎn)生
連續(xù)的接觸和分離，使物料和設(shè)備上同時產(chǎn)生等
量的異性電荷。靜電在連續(xù)的接觸和分離中同時
在物料和設(shè)備上產(chǎn)生。如果靜電產(chǎn)生的速度大于
向大地導(dǎo)出的速度，靜電就會不斷積累。只要物料
或設(shè)備中任意一個材料是絕緣體，靜電的積累就很
難避免。如果靜電積累達(dá)到一定的程度，靜電場強(qiáng)
可能會達(dá)到大氣的擊穿場強(qiáng)，即3 MV／m，此時產(chǎn)
生靜電放電。靜電放電通道的熱等離子體區(qū)，可
能點燃周圍存在的粉塵云(見圖1)
接觸分離產(chǎn)生靜電
設(shè)備上產(chǎn)生靜電積累I I物料上產(chǎn)生靜電積累
設(shè)備靜電放電
靜電導(dǎo)入大地
爆炸性
粉塵
物料靜電放電
靜電點火、爆炸I I靜電點火、爆炸
圖1 靜電點燃原理示意
1．2 靜電危害研究進(jìn)展
在眾多的靜電研究課題中，由于粉體靜電災(zāi)
害問題涉及專業(yè)面廣，致災(zāi)過程復(fù)雜，模擬實驗
收稿日期：2010—11—24。
作者簡介：林暉，男，2007年畢業(yè)于東北大學(xué)環(huán)境
科學(xué)專業(yè)，碩士，現(xiàn)在中國石化青島安全工程研究院
從事HSE管理體系咨詢工作，助理工程師。E—mail：
linhui80O6l0@ 163．conl
蠹 石油化工安全環(huán)保技術(shù)堍 2011年第27卷第3期
難度大，費(fèi)用高等原因，所以相對于現(xiàn)代靜電研
究的其它領(lǐng)域而言，粉體靜電災(zāi)害的研究在其起
電機(jī)理、致災(zāi)條件和防范對策等方面相對滯后。
雖然粉體靜電防災(zāi)領(lǐng)域需要研究解決的問題很
多 J，但自20世紀(jì)50年代以來，這方面的研究
進(jìn)展一直不大，其研究水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于液體防靜
電災(zāi)害等技術(shù)研究，與實際要求存在較大的差
距。然而從Maurer(1979年)報道了粉體大料倉
堆表面放電現(xiàn)象之后 J，以瑞士Ciba公司和英
國南開普敦大學(xué)為中心，在國際上迅速形成以
粉體工業(yè)生產(chǎn)實際尺度的粉體靜電放電問題為
研究對象的研究熱點，并進(jìn)一步提出一些與生
產(chǎn)過程密切相關(guān)的防靜電規(guī)范或建議。1989年，
Glor提出刷型放電引起粉塵爆炸的可能性，與
此同時，德國、瑞士、挪威、波蘭及前蘇聯(lián)等
歐洲防爆委員會成員國，以及我國、日本、美
國等國的相關(guān)部門和研究單位，也相繼開展了
超細(xì)粉塵和非標(biāo)準(zhǔn)條件下的燃燒與爆炸實驗，
靜電場分析計算及粉體起電、放電等理論與實驗
研究工作。
在吉林石化合成樹脂廠ABS粉末加工工藝流
程中，儲藏ABS粉末的干燥器、基礎(chǔ)料倉內(nèi)有產(chǎn)
生靜電的可能，粉體在從管道到料倉的運(yùn)輸過程
中很容易產(chǎn)生靜電放電，這是因為粉體顆粒會聚
集電荷，在沉積粉末上會很快產(chǎn)生一個高靜電區(qū)
域并產(chǎn)生能量，并且聚集的電荷密度與料堆的體
積成正比，所以發(fā)生危險的可能性也隨著料倉體
積的增加而增大；粉體在干燥器中呈沸騰狀態(tài)，
時間長了會在干燥器內(nèi)部結(jié)成粉塵垢(見圖2、圖
3)，導(dǎo)致在粉塵剝離時產(chǎn)生傳播型刷形放電，
ABS粉塵與干燥器內(nèi)部的金屬發(fā)生碰撞摩擦，摩
擦產(chǎn)生的靜電也極易發(fā)生靜電放電，從而引燃粉
圖2 換熱器上的ABS粉塵垢
圖3 清洗后的換熱器
2 靜電測試裝置硬件設(shè)計
2．1 靜電測試裝置硬件總體設(shè)計
為了防止靜電產(chǎn)生造成的危險，對ABS粉末
的干燥器進(jìn)行靜電在線監(jiān)測，并在靜電電壓超過
規(guī)定范圍時發(fā)出報警信號。為此設(shè)計了一套靜電
測試系統(tǒng)，包括用MOXA、CP-l14多串口卡、
泓格7017采集模塊、EST201非接觸式真空靜電
探測儀和直流電源組成的靜電探測系統(tǒng)和用
MSGS開發(fā)的軟件系統(tǒng)(見圖4)。經(jīng)過測試，這套
系統(tǒng)可以完成料倉內(nèi)的靜電探測工作并發(fā)出實時
報警。
圖4 靜電測試示意
靜電探測儀經(jīng)過一個500 n 電阻產(chǎn)生2～10
V的電壓模擬信號，模擬信號進(jìn)入泓格7017采集
模塊，經(jīng)過模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸出RS-485
串行通訊信號，數(shù)字信號進(jìn)入計算機(jī)MOXACPll4
板卡由軟件讀取，就可以測量出電壓數(shù)值。
目前RS-485是工業(yè)現(xiàn)場控制總線中應(yīng)用最廣
泛的一種串行通訊協(xié)議。RS-485串行總線接口標(biāo)
準(zhǔn)以差分平衡方式傳輸信號，具有很強(qiáng)的抗干擾
能力，將傳輸速率提高到10 Mb／s，傳輸距離延
生箜 鲞箜3 林暉等．工業(yè)粉塵靜電危險性評價
長到1 219 m，充分滿足在工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行長距離數(shù)
據(jù)傳輸?shù)男枰?
2．2 防爆箱設(shè)計
由于靜電測試設(shè)備安裝在可能存在粉塵釋放
源的危險區(qū)域內(nèi)，所以需要考慮防塵防護(hù)問題，
以便使箱體符合工業(yè)防爆要求。
安裝設(shè)備工業(yè)現(xiàn)場防護(hù)等級為IP55，適用于
粉塵爆炸危險區(qū)域21區(qū)和22區(qū)。
除了要考慮防爆方面的要求，還需要考慮安
裝方面的要求。由于測試探頭要求水平安裝，并
且要求密封，所以增加了安裝的難度。靜電探頭
是一個直徑為50 mm的金屬型圓球，后面經(jīng)過耐
熱電線，通過插頭連接到靜電測試測量儀上，探
頭不允許接觸導(dǎo)電金屬。安裝時如圖(見圖5)，
先將靜電探頭套在一根直徑為25 mm 的PPR管
上，然后將PPR管放人一根鐵管內(nèi)以起到支撐作
用，將此鐵管放在法蘭的中間，用一個聚四氟夾
子將鐵管固定，法蘭與設(shè)備的通風(fēng)口之間固定。
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3 靜電測試裝置軟件設(shè)計
圖5 靜電支架示意
3．1 靜電測試裝置硬件總體設(shè)計
MCGS(Monitor and Control Generated System通
用監(jiān)控系統(tǒng))是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機(jī)監(jiān)
控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠基于Microsoft(各種32
位Window平臺上)運(yùn)行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集
處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制、實時曲
線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解
決實際工程問題的方案，它充分利用Microsoft圖
形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點，比
以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用
性，在自動化領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)用。
以干燥器內(nèi)部為主要對象，在線實時監(jiān)控干
燥器內(nèi)部靜電電壓值。因此，在組態(tài)工程中，靜
電電壓值的實時、歷史曲線信息是主要應(yīng)該解決
的問題。通過分析，根據(jù)設(shè)備系統(tǒng)的特點和生產(chǎn)
運(yùn)行操作的要求，在工程中設(shè)計了以下窗口：
(1)實時數(shù)據(jù)窗口
包括實時曲線1 KV、5 KV、20 KV三種，
便于在測量到不同的靜電電壓值時能夠清楚的
顯示。在用戶窗口內(nèi)的循環(huán)腳本中添加電壓、
電壓毫伏和靜電電壓之間的關(guān)系：電壓．Value
= 電壓毫伏．Value×0．001，靜電電壓．Value=
5×電壓．Value一30。
(2)歷史數(shù)據(jù)窗口
包括歷史曲線l KV、5 KV、20 KV，和1 h
之內(nèi)的歷史曲線1 KV、5 KV、20 KV，可以方便
的顯示出近期和長期的靜電數(shù)據(jù)(見圖6)
3．2 構(gòu)造實時數(shù)據(jù)庫
實時數(shù)據(jù)庫是MCGS系統(tǒng)的核心，也是應(yīng)用
系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，系統(tǒng)各部分均以實時數(shù)據(jù)
庫為數(shù)據(jù)公用區(qū)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)處理和實
現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化處理。因此，創(chuàng)建工程必須構(gòu)造
實時數(shù)據(jù)庫。
在實時數(shù)據(jù)庫窗口頁中，以圖標(biāo)、列表、詳細(xì)
彝 石油化工安全環(huán)保技術(shù) ★ 2011年第27卷第3期
圖6 實時曲線和歷史曲線窗口
資料等方式顯示實時數(shù)據(jù)庫中已定義的數(shù)據(jù)對象，
可以選擇按名稱或按類型順序顯示數(shù)據(jù)對象，也可
以剪切、拷貝、粘貼指定的數(shù)據(jù)對象。本工程定義
了三個數(shù)值型數(shù)據(jù)對象和一個組對象。
(1)數(shù)據(jù)組對象：用于把相關(guān)的多個數(shù)據(jù)對
象，如溫度、壓力、流量等，集合在一起，作為
一個整體來定義和處理。
(2)數(shù)據(jù)對象的屬性設(shè)置：MCGS數(shù)據(jù)對象
的屬性包括基本屬性、存盤屬性和報警屬性。本
軟件對組對象中的靜電電壓進(jìn)行定時存盤，其它
三個數(shù)值型變量不存盤。
3．3 實時數(shù)據(jù)報表
實時數(shù)據(jù)報表是實時地將當(dāng)前時刻的數(shù)據(jù)對
象的值按一定的報表格式顯示和打印出來，它是
對瞬時量的反映。在MCGS軟件系統(tǒng)中，實時數(shù)
據(jù)報表可以通過自由表格構(gòu)件來組態(tài)顯示實時數(shù)
據(jù)報表，并將它打印輸出。
3．4 歷史數(shù)據(jù)報表
歷史數(shù)據(jù)報表是從歷史數(shù)據(jù)庫中提取存盤數(shù)
據(jù)記錄，把歷史數(shù)據(jù)按一定的格式顯示和打印出
來。在MCGS軟件系統(tǒng)中，歷史數(shù)據(jù)報表可以通
過“歷史表格” 動畫構(gòu)件來組態(tài)顯示實時數(shù)據(jù)報
表，并將它打印輸出。
3．5 報警組態(tài)的設(shè)計
MCGS把報警處理作為數(shù)據(jù)對象的屬性，封
裝在數(shù)據(jù)對象內(nèi)，由實時數(shù)據(jù)庫在運(yùn)行時自動處
理。當(dāng)數(shù)據(jù)對象的值或狀態(tài)發(fā)生改變時，實時數(shù)
據(jù)庫判斷對應(yīng)的數(shù)據(jù)對象是否發(fā)生了報警或已產(chǎn)
生的報警是否已經(jīng)結(jié)束，并把所產(chǎn)生的報警信息
通知給系統(tǒng)的其它部分。同時，實時數(shù)據(jù)庫根據(jù)
用戶的組態(tài)設(shè)定，把報警信息存入指定的存盤數(shù)
據(jù)庫文件中。
報警的產(chǎn)生、通知和存儲由實時數(shù)據(jù)庫自動
完成，對報警動作的響應(yīng)由設(shè)備操作管理人員根
據(jù)需要，采取相應(yīng)對策。在報警畫面窗口中放置
報警顯示動畫構(gòu)件，并對其進(jìn)行組態(tài)配置，運(yùn)行
時，可實現(xiàn)對指定數(shù)據(jù)對象(實驗臺模擬故障的
相關(guān)參數(shù))報警信息的實時顯示。
應(yīng)用MCGS工控組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)，針對
系統(tǒng)的特點，集數(shù)據(jù)與曲線和實時顯示等功能于
一體，并能保存歷史數(shù)據(jù)為系統(tǒng)分析使用?？梢?
達(dá)到以下效果：
(1)干燥器是關(guān)鍵的設(shè)備，監(jiān)控系統(tǒng)的建立
為管理部門提供了實時動態(tài)信息，可有效地幫助
值班人員及時了解設(shè)備的工作狀態(tài)，實現(xiàn)生產(chǎn)過
程的實時管理。
(2)通過比較當(dāng)前和歷史趨勢數(shù)據(jù)和曲線，
特別是結(jié)合設(shè)備安全運(yùn)行的多參數(shù)模型，可以及
早發(fā)現(xiàn)故障隱患。
(3)通過MCGS對系統(tǒng)生產(chǎn)過程中實時數(shù)據(jù)
的歷史積累，建立數(shù)據(jù)庫，可以從中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的
運(yùn)行規(guī)律，為設(shè)備的檢修周期、部件的更換提供
依據(jù)，便于管理人員的維護(hù)。
4 結(jié)論
(1)MCGS軟件在干燥器中在線測量的靜電電
壓曲線(見圖7、圖8)，在現(xiàn)有的運(yùn)行工藝條件下，
干燥器內(nèi)測得的最高電壓值為1．5 KV，該電壓不足
以形成放電。干燥器內(nèi)發(fā)生靜電點燃的可能陛極小。
(2)傳播型刷形放電和雷狀放電一般不會在
干燥器中發(fā)生?？紤]到ABS粉塵的點火能大于
Q 生箜 鲞箜 期 ☆ 林暉等．工業(yè)粉塵靜電危險性評價 糍
圖7 靜電電壓實時曲線
圖8 靜電電壓歷史曲線
l lnJ，刷形放電和電暈放電可以不予考慮。
(3)ABS自身氧化會產(chǎn)生熱量，所以干燥器
內(nèi)有氧化放熱發(fā)生自燃的可能。通過每個月清理
一次干燥器內(nèi)設(shè)備表面的積粉，可以有效防止氧
化放熱自燃。
(4)粉體顆粒在干燥和氣力輸送過程會聚集電
荷，在料倉中粉體和金屬倉壁的接觸機(jī)會少，靜電
不易釋放。累積的電荷與料堆的體積成正比，因而
儲存的能量也增加，所以發(fā)生危險的可能性也隨著
料倉體積的增加而增大。當(dāng)大量粉塵顆粒由于重力
作用與接地的料倉壁由于電勢差而產(chǎn)生料堆放電，
通過在料倉中設(shè)置金屬隔板，可以增加粉體靜電的
釋放速度，降低進(jìn)料速率可以減少物料荷質(zhì)比。
參考文獻(xiàn)：
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[J]．石油化工自動化，2005，6：87．89．
(上接第8頁)
(2)規(guī)范承包商各項管理制度
通過安全教育等形式，使全員樹立“承包商
的事故就是我們的事故” 這一安全意識，全面加
強(qiáng)承包商管理。嚴(yán)把承包商資質(zhì)關(guān)、HSE業(yè)績
關(guān)、人員素質(zhì)關(guān)、監(jiān)督監(jiān)理關(guān)和現(xiàn)場管理關(guān)，杜
絕“以包代管、以罰代管、包而不管”、無關(guān)人
員進(jìn)人生產(chǎn)施工現(xiàn)場、非本單位人員進(jìn)入重點要
害部位和場所等現(xiàn)象的發(fā)生；加強(qiáng)施工方案的審
查，嚴(yán)格施工過程的中問質(zhì)量檢查和隱蔽工程的回
裝確認(rèn)，按照“六不交工、六不驗收” 的原則，
做好檢修質(zhì)量管理工作；加強(qiáng)特殊作業(yè)的審查和現(xiàn)
場監(jiān)督檢查，嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)票制度，確?，F(xiàn)場作
業(yè)有本企業(yè)管理人員和監(jiān)護(hù)人員在場監(jiān)控，確保
各項措施落實到位和作業(yè)過程時時受控。
3 結(jié)語
通過對“作業(yè)和操作要受控” 的深刻理解，
結(jié)合煉化企業(yè)工作實際，遼陽石化公司硝酸廠經(jīng)
過兩年多的具體應(yīng)用和實踐，生產(chǎn)操作逐步規(guī)
范，各項管理制度逐步落實，企業(yè)基本實現(xiàn)操作
受控、屬地受控、外來作業(yè)受控、生產(chǎn)裝置受
控，硝酸裝置運(yùn)行平穩(wěn)，不斷創(chuàng)造國內(nèi)硝酸裝置
生產(chǎn)運(yùn)行記錄，各項考核指標(biāo)均完成公司二檔考
核指標(biāo)要求，企業(yè)實現(xiàn)本質(zhì)安全。

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