淺談靜電對氣象制氫\\用氫的威脅及防范

當前，國內外高空氣象要素的獲取，主要還是采用氣球探空的方式。充灌氣球的氣體，除了少數幾個天然氣資源豐富的國家使用氦氣外，大多數國家的氣象探空臺站均使用氫氣。由于氫氣是易燃、易爆氣體，因此，靜電對制氫和用氫的威脅不可忽視。

本文試圖對產生靜電的原因、類型進行分析，以認識靜電的本質，重視靜電的危害性。并對如何減少靜電的產生和消除靜電的威脅，作一些探討。

一、產生靜電的原因

靜電是指物體中或物體表面存在正或負的電荷過剩的產物。通常情況下物體（或物質）中具有的正、負電荷是等量和均勻的，呈中性狀態。當正、負某一種電荷過剩時，破壞了等量和均勻狀態而帶電。

當兩物體接觸時，在界面上產生電荷移動，正、負電荷相對排列，形成雙電層；由于機械作用（外力）使物體分離，引起雙電層電荷分離，于是在兩個物體上各自產生極性不同的等量電荷。這是物體摩擦帶電的一般過程。由于電荷移動，破壞了它們的均勻和平衡，就產生靜電。在一般情況下，所有物體經過接觸和分離過程都要產生靜電。即使是同種物體，由于表面狀態不同，在接觸和分離時也會產生靜電。分離的速度越快，產生的電荷越多。

產生靜電的形式有多種，現介紹直接與氣象制氫、用氫有關的幾種：

（1）摩擦帶電兩物體接觸，位置移動，相互摩擦，使電荷分禽而產生靜電。如人體各部與氣球的接觸摩擦或氣球與其它物體之間的接觸與摩擦都能產生靜電。

（2）沖撞帶電粒子與粒子或粒子與固體之間的沖擊碰撞，造成極快的接觸和分離而產生靜電。如氫氣中的雜質、塵粒與管道、進出氣咀的沖擊，或有在運動中的雜質、塵粒之間的互相碰撞。

（3）噴射帶電氣體或液體，從截面積小的開口部位噴出時，發生摩擦、沖撞而產生靜電。它不僅與摩擦有關，還與氣體本身相互之間的撞擊以及變成小的飛沫狀態有關。壓力越大，噴射速度越快，產生的靜電量越大。

（4）在物體附近有電子或離子附著到物體表面上，該物體便產生過剩電荷而帶電。如電解水制氫房內的機器設備，很容易產生大量靜電。

影響物體靜電量大小的因素很多，如物體含有雜質時靜電增多，表面粗糙，污染，氧化時靜電增多；面積大，壓力大，靜電產生量亦大；分離速度快，靜電產生量大。物體最初接觸和分離時靜電最多，已帶上靜電后，靜電量有減少的傾向。

二、靜電引起事故的因子

在各種場合和各種物體上，隨時隨地都可能產生靜電。但是，并不是產生了靜電就必然要發生燃燒爆炸事故。而是必須同時具備兩個條件：其一，要有一定量的可燃和可爆性氣體的存在；其二，要有靜電放電現象發生，而且放電能量必須大于可燃可爆性氣體的最小引燃能量。

1、關于可燃可爆性氣體存在的因素

靜電對制氫和用氫的威脅，主要是從氫氣的特殊性質和氣象臺、站所處的工作環境來考慮的。

氫氣除了重量輕，導熱系數高，化學活性、滲透性、擴散性強外，還具有著火、燃燒點低的特性。氫的著火溫度為585℃，雖不算最低，但著火能僅為

20，化學纖維織物摩擦所產生的靜電放電能量都比它大幾倍。氫與氧氣混合時，達到94.3%的氫，5.7%的氧（上限），或者5%的氫，95%的氧（下限），就成為可燃、可爆氣體。它的最小引燃能量為1.2。氫氣與空氣混合時，達到73.5%的氫，26.5%的空氣（上限），或者10%的氫，90%的空氣（下限） ，也成為可燃、可爆氣體。它的最小引燃能量為11。氫的著火性能隨著溫度、壓力的不同而發生變化，壓力增加，溫度升高，它的著火下限降低，上限提高，著火范圍變寬。氫的火焰溫度可達2045℃，火焰傳播速度快（2.7m·），滅火距離小（0.6mm）。

在制氫與甩氫過程中，如果氫氣不純（低于99.5%），管道、氣咀有漏氣的現象，室內通風不良等情況，可燃、可爆氣體就會很快形成。因此，要避免事故的發生，既要防止靜電放電現象的出現，又要防止可燃、可爆性混合氣體的產生。把引起事故的任一因子消除，就能保證安全。

2、關于靜電放電現象的幾種形態

物體產生靜電后，沒有盡快地在周圍空氣中消散和向大地泄漏，物體帶電量越來越多，積聚到一定程度，使帶電物體附近空間的物質發生電離，即產生靜電放電現象。靜電放電一般伴隨著聲響和發光。這就是可燃性氣體的引火源。靜電放電主要分空間放電和表面放電兩類。

空間放電一般以三種形態出現：（1）、電暈放電；（2）、刷形放電；（3）、火花放電。

表面放電：非導體（如橡膠管道）產生靜電后，當接近接地物體時，在它們之間產生沿非導體表面的放電。放電時發光呈樹枝狀（形成后基本不變）。放電能量和引起事故的機率與火花放電差不多。

三、靜電的防止與消除

防止靜電的產生和減少靜電的積聚，是杜絕引火源，避免事故發生的關鍵。

1、盡量避免靜電的產生

在探空制氫、用氫工作中可采取以下幾種措施：①操作人員不穿化纖織物的衣褲和絕緣鞋，盡量避免與充氫氣球接觸摩擦；防止氣球與其他物體的摩擦和碰撞，以免發生摩擦帶電。②保證氫氣的純度，防止沖撞帶電。儲氣罐、鋼瓶、制氫缸等金屬容器內的氫氣，又經金屬管道流動，其中含有大量的固體雜質和塵粒（據某些工廠測定，大于0.5的塵粒多達每升幾百至一千個）。對灌球用的氫氣應進行過濾處理，不僅可以減少帶電量，而且還可提高氣球的施放高度。目前，在氣象部門對氣球用氫氣中的塵粒含量還沒有定出具體的指標，是否可限制氫氣中不大于0.5的塵粒含量低于300-500個，作為探空用氫的標準（通過中效過濾就可達到）。③嚴禁高壓氫氣瓶高速噴射灌球。化學制氫筒內所產氫氣的壓力以不超過為宜。采用膜壓機壓氫時更應控制速度，防止匯流排帶電。

2、消除靜電的措施

所謂消除靜電，不一定是將物體上的靜電全部消除至零，只要消除到不至于發生靜電放電即可。探空制氫、用氫可采取以下措施；①對于導體設施應充分接地。如制氫設備，儲氫裝置，放氫管道，灌球平衡器等。接地引出線截面積應大于，接地電阻小于。其原理是使帶電物體與大地間構成電氣上的泄漏電路，將產生在物體上的靜電迅速泄漏于大地，減少物體上靜電荷的聚積，以避免靜電放電現象的發生。②對氣球等絕緣體可采取噴水，噴吹離子化的空氣，浸泡抗靜電液等手段。氣球表面上能夠產生的最大靜電勢，隨著濕度的增大而減小；對氫氣房內灑水，增大環境空氣的相對濕度，對消除靜電放電現象也很有效。③有些國家和部門采用靜電消除器來消除非導體的靜電，其原理是采用與帶電物體上的靜電荷極性相反的離子去中和帶電物體上的靜電，以減少物體上的靜電量。但在氣象部門的應用還有待進一步研究和探討。

參考文獻

〔1〕日本產業安全研究所，禪電安全指南，吉林化學工業公司設計院勞動保護局譯，勞動出版社，1982年7月。

〔2〕電子工業部第十設計研究院，氫氣生產與純化，黑龍江科學技術出版社，1983年12月。

〔3〕若夫，電解水制氛，氣象，1983年第7期。