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工業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．青島天人環境工程股份有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年10月22日
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幫 石油化工安全環保技術 蟲
2011年第27卷第3期PETR0CHEMICAL SAFETY AND ENVIR0NMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY
工業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．青島天人環境工程股份有限公司，山東 青島266101)
摘要：工業靜電對安全生產、產品質量有著極大的影響，設計了工業靜電遠程數據采
集系統硬件和軟件，測試了干燥器中ABS粉塵可能產生的靜電電壓，評估了干燥器靜電點燃
危險。得出結論，干燥器中的最大靜電電壓不足以擊穿空氣。
關鍵詞：工業靜電ABS粉塵數據采集
工業靜電是在工業生產、儲運過程中，在物
料、裝置、人體、器材和建筑物上產生和累積起
來的靜電。它對安全生產、產品質量有著極大的
影響? 。隨著科學技術的發展，人類社會的進
步，高分子材料、微電子器件和防爆裝置廣泛應
用于各個領域，靜電造成的危害日益受到人們的
關注。靜電放電不僅可以造成易燃、易爆氣體以
外的燃燒、爆炸，而且可以使電子設備受到干擾，
造成意外事故。為此，靜電防護措施的研究已經成
為工業發達國家十分重視的一個研究領域。
1 工業粉塵靜電危害產生的機理和研究進展
1．1 靜電產生的機理
在粉體儲運過程中，靜電的產生是不可避免
的 。大量由于摩擦產生的靜電電荷聚集起來，
一旦罐體內的粉塵濃度高于最低爆炸極限，靜電
區域產生的電壓高于點燃極限，就會發生爆
炸 ]，其放電能量與電容及電壓有關：
1 1
E=÷QU=÷c
二
式中：p一電量，A．S；
C一電容，F；
一靜電壓，V；
E一放電能量，J。
當物料在設備中處理時，物料和設備間產生
連續的接觸和分離，使物料和設備上同時產生等
量的異性電荷。靜電在連續的接觸和分離中同時
在物料和設備上產生。如果靜電產生的速度大于
向大地導出的速度，靜電就會不斷積累。只要物料
或設備中任意一個材料是絕緣體，靜電的積累就很
難避免。如果靜電積累達到一定的程度，靜電場強
可能會達到大氣的擊穿場強，即3 MV／m，此時產
生靜電放電。靜電放電通道的熱等離子體區，可
能點燃周圍存在的粉塵云(見圖1)
接觸分離產生靜電
設備上產生靜電積累I I物料上產生靜電積累
設備靜電放電
靜電導入大地
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 靜電危害研究進展
在眾多的靜電研究課題中，由于粉體靜電災
害問題涉及專業面廣，致災過程復雜，模擬實驗
收稿日期：2010—11—24。
作者簡介：林暉，男，2007年畢業于東北大學環境
科學專業，碩士，現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 石油化工安全環保技術堍 2011年第27卷第3期
難度大，費用高等原因，所以相對于現代靜電研
究的其它領域而言，粉體靜電災害的研究在其起
電機理、致災條件和防范對策等方面相對滯后。
雖然粉體靜電防災領域需要研究解決的問題很
多 J，但自20世紀50年代以來，這方面的研究
進展一直不大，其研究水平遠遠落后于液體防靜
電災害等技術研究，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
堆表面放電現象之后 J，以瑞士Ciba公司和英
國南開普敦大學為中心，在國際上迅速形成以
粉體工業生產實際尺度的粉體靜電放電問題為
研究對象的研究熱點，并進一步提出一些與生
產過程密切相關的防靜電規范或建議。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、波蘭及前蘇聯等
歐洲防爆委員會成員國，以及我國、日本、美
國等國的相關部門和研究單位，也相繼開展了
超細粉塵和非標準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、基礎料倉內有產
生靜電的可能，粉體在從管道到料倉的運輸過程
中很容易產生靜電放電，這是因為粉體顆粒會聚
集電荷，在沉積粉末上會很快產生一個高靜電區
域并產生能量，并且聚集的電荷密度與料堆的體
積成正比，所以發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，
時間長了會在干燥器內部結成粉塵垢(見圖2、圖
3)，導致在粉塵剝離時產生傳播型刷形放電，
ABS粉塵與干燥器內部的金屬發生碰撞摩擦，摩
擦產生的靜電也極易發生靜電放電，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計
2．1 靜電測試裝置硬件總體設計
為了防止靜電產生造成的危險，對ABS粉末
的干燥器進行靜電在線監測，并在靜電電壓超過
規定范圍時發出報警信號。為此設計了一套靜電
測試系統，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和用
MSGS開發的軟件系統(見圖4)。經過測試，這套
系統可以完成料倉內的靜電探測工作并發出實時
報警。
圖4 靜電測試示意
靜電探測儀經過一個500 n 電阻產生2～10
V的電壓模擬信號，模擬信號進入泓格7017采集
模塊，經過模塊轉換為數字信號，并輸出RS-485
串行通訊信號，數字信號進入計算機MOXACPll4
板卡由軟件讀取，就可以測量出電壓數值。
目前RS-485是工業現場控制總線中應用最廣
泛的一種串行通訊協議。RS-485串行總線接口標
準以差分平衡方式傳輸信號，具有很強的抗干擾
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．工業粉塵靜電危險性評價
長到1 219 m，充分滿足在工業現場進行長距離數
據傳輸的需要。
2．2 防爆箱設計
由于靜電測試設備安裝在可能存在粉塵釋放
源的危險區域內，所以需要考慮防塵防護問題，
以便使箱體符合工業防爆要求。
安裝設備工業現場防護等級為IP55，適用于
粉塵爆炸危險區域21區和22區。
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，法蘭與設備的通風口之間固定。
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3 靜電測試裝置軟件設計
圖5 靜電支架示意
3．1 靜電測試裝置硬件總體設計
MCGS(Monitor and Control Generated System通
用監控系統)是一套用于快速構造和生成計算機監
控系統的組態軟件，它能夠基于Microsoft(各種32
位Window平臺上)運行，通過對現場數據的采集
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、易學易用的特點，比
以往使用專用機開發的工業控制系統更具有通用
性，在自動化領域有著更廣泛的應用。
以干燥器內部為主要對象，在線實時監控干
燥器內部靜電電壓值。因此，在組態工程中，靜
電電壓值的實時、歷史曲線信息是主要應該解決
的問題。通過分析，根據設備系統的特點和生產
運行操作的要求，在工程中設計了以下窗口：
(1)實時數據窗口
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。在用戶窗口內的循環腳本中添加電壓、
電壓毫伏和靜電電壓之間的關系：電壓．Value
= 電壓毫伏．Value×0．001，靜電電壓．Value=
5×電壓．Value一30。
(2)歷史數據窗口
包括歷史曲線l KV、5 KV、20 KV，和1 h
之內的歷史曲線1 KV、5 KV、20 KV，可以方便
的顯示出近期和長期的靜電數據(見圖6)
3．2 構造實時數據庫
實時數據庫是MCGS系統的核心，也是應用
系統的數據處理中心，系統各部分均以實時數據
庫為數據公用區，進行數據交換、數據處理和實
現數據的可視化處理。因此，創建工程必須構造
實時數據庫。
在實時數據庫窗口頁中，以圖標、列表、詳細
彝 石油化工安全環保技術 ★ 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據庫中已定義的數據對象，
可以選擇按名稱或按類型順序顯示數據對象，也可
以剪切、拷貝、粘貼指定的數據對象。本工程定義
了三個數值型數據對象和一個組對象。
(1)數據組對象：用于把相關的多個數據對
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)數據對象的屬性設置：MCGS數據對象
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行定時存盤，其它
三個數值型變量不存盤。
3．3 實時數據報表
實時數據報表是實時地將當前時刻的數據對
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軟件系統中，實時數
據報表可以通過自由表格構件來組態顯示實時數
據報表，并將它打印輸出。
3．4 歷史數據報表
歷史數據報表是從歷史數據庫中提取存盤數
據記錄，把歷史數據按一定的格式顯示和打印出
來。在MCGS軟件系統中，歷史數據報表可以通
過“歷史表格” 動畫構件來組態顯示實時數據報
表，并將它打印輸出。
3．5 報警組態的設計
MCGS把報警處理作為數據對象的屬性，封
裝在數據對象內，由實時數據庫在運行時自動處
理。當數據對象的值或狀態發生改變時，實時數
據庫判斷對應的數據對象是否發生了報警或已產
生的報警是否已經結束，并把所產生的報警信息
通知給系統的其它部分。同時，實時數據庫根據
用戶的組態設定，把報警信息存入指定的存盤數
據庫文件中。
報警的產生、通知和存儲由實時數據庫自動
完成，對報警動作的響應由設備操作管理人員根
據需要，采取相應對策。在報警畫面窗口中放置
報警顯示動畫構件，并對其進行組態配置，運行
時，可實現對指定數據對象(實驗臺模擬故障的
相關參數)報警信息的實時顯示。
應用MCGS工控組態軟件的監控系統，針對
系統的特點，集數據與曲線和實時顯示等功能于
一體，并能保存歷史數據為系統分析使用。可以
達到以下效果：
(1)干燥器是關鍵的設備，監控系統的建立
為管理部門提供了實時動態信息，可有效地幫助
值班人員及時了解設備的工作狀態，實現生產過
程的實時管理。
(2)通過比較當前和歷史趨勢數據和曲線，
特別是結合設備安全運行的多參數模型，可以及
早發現故障隱患。
(3)通過MCGS對系統生產過程中實時數據
的歷史積累，建立數據庫，可以從中發現系統的
運行規律，為設備的檢修周期、部件的更換提供
依據，便于管理人員的維護。
4 結論
(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)，在現有的運行工藝條件下，
干燥器內測得的最高電壓值為1．5 KV，該電壓不足
以形成放電。干燥器內發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
干燥器中發生。考慮到ABS粉塵的點火能大于
Q 生箜 鲞箜 期 ☆ 林暉等．工業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自身氧化會產生熱量，所以干燥器
內有氧化放熱發生自燃的可能。通過每個月清理
一次干燥器內設備表面的積粉，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，所以發生危險的可能性也隨著
料倉體積的增加而增大。當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生料堆放電，
通過在料倉中設置金屬隔板，可以增加粉體靜電的
釋放速度，降低進料速率可以減少物料荷質比。
參考文獻：
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[J]．石油化工自動化，2005，6：87．89．
(上接第8頁)
(2)規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
強承包商管理。嚴把承包商資質關、HSE業績
關、人員素質關、監督監理關和現場管理關，杜
絕“以包代管、以罰代管、包而不管”、無關人
員進人生產施工現場、非本單位人員進入重點要
害部位和場所等現象的發生；加強施工方案的審
查，嚴格施工過程的中問質量檢查和隱蔽工程的回
裝確認，按照“六不交工、六不驗收” 的原則，
做好檢修質量管理工作；加強特殊作業的審查和現
場監督檢查，嚴格執行作業票制度，確保現場作
業有本企業管理人員和監護人員在場監控，確保
各項措施落實到位和作業過程時時受控。
3 結語
通過對“作業和操作要受控” 的深刻理解，
結合煉化企業工作實際，遼陽石化公司硝酸廠經
過兩年多的具體應用和實踐，生產操作逐步規
范，各項管理制度逐步落實，企業基本實現操作
受控、屬地受控、外來作業受控、生產裝置受
控，硝酸裝置運行平穩，不斷創造國內硝酸裝置
生產運行記錄，各項考核指標均完成公司二檔考
核指標要求，企業實現本質安全。

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