爆破器材靜電安全技術研究

■ 萇軍紅

1 引言

在日常生活和生產中，靜電現象十分常見。比如在北方的干燥季節，當我們脫毛衣或化纖材質的衣服時，經常聽到“噼啪”的靜電放電聲音，在昏暗的環境中可以看到淡藍色的放電火花。在生產環節，絕緣材料在相對快速運動如摩擦、接觸、分離過程中，極易產生靜電積累并放電。據有關資料統計，由于靜電放電給石油、化工、紡織、電子、民爆以及軍工行業造成的危害和損失十分驚人，有的甚至給國家和人民帶來不可彌補的生命、財產損失。特別是近年來，隨著高新技術的迅速發展，新技術、新材料、新工藝、新設備的廣泛采用， 靜電與安全生產的矛盾愈加突出。嚴峻的靜電安全形勢說明，對靜電危害和靜電安全技術的研究，是現代工業安全技術領域中重要的課題之一。我國從上世紀60 年代末開始了靜電研究工作，經過40 多年的發展，靜電安全技術已較為成熟，并運用在石油、化工、紡織、電子、民爆以及軍工等各個領域，為國民經濟健康發展和安全生產發揮著積極的作用。

2 靜電危害

靜電由于具有隱蔽性、潛在性、隨機性、復雜性以及破壞性，給民爆、軍工等行業帶來嚴重的安全隱患。在航天工業，靜電放電可干擾飛行器的正常運行，甚至造成火箭和衛星發射失敗。1967 年7 月29 日，美國Forrestal 航空母艦上發生嚴重事故，一架A4 飛機上的導彈突然點火，造成了7200 萬美元的損失，并傷亡134人。經過事故調查，認為引發該起事故的原因是導彈的靜電屏蔽接頭不合格，靜電放電引起了意外點火。我國近年來在化工、民爆以及軍工企業曾發生多起因靜電放電造成的嚴重火災、爆炸事故。特別是隨著科學技術的迅猛發展，生產的高效率和自動化程度的提高，靜電危害愈加突出，這就給對靜電敏感的爆破產品如火炸藥、電火工品等的生產、儲存和運輸環節帶來嚴峻威脅。在此，筆者引用以下案例來驗證靜電危害。

A、1969 年某化工廠單基無煙藥混同工序，在混藥時突然發生爆炸，造成27 人死亡，直接經濟損失近百萬元。經過原因分析，專家組認為藥劑與輸送帶之間的機械摩擦產生靜電火花引發事故。該廠將絕緣輸送傳送帶換成導電輸送帶，至今未發生事故。

B、某黑火藥生產廠的一個工序從1960 年至1980 年，21 年來發生4 次爆炸事故，死亡多人。從第一次發生事故開始，原因都認為是“違章操作”，結論為“責任事故”。但無論怎樣“嚴格管理”，怎樣“落實安全責任制”、追究有關人員責任，事故就是遏制不住。直到1980 年4月23 日再次發生爆炸死亡6 人后，人們才驀然驚醒，應盡快研究靜電安全技術。在主管部門和大專院校的大力支持協助下，企業對靜電安全技術的研究取得重大突破，并把科研成果轉化到生產線的建設上。從1982 年復產至今，該工序未發生爆炸事故。

3 靜電產生機理

靜電是指絕緣物質上攜帶的相對靜止的電荷，它是由不同物體在快速相對接觸、摩擦和分離時發生電子轉移而形成的帶電現象。靜電的產生主要與絕緣物質的化學組成、分子結構、功函數、表面光潔程度、電性能以及環境溫濕度、外界機械作用情況如接觸壓力、摩擦、分離的速度等因素有關。絕緣性能越好的物質越易產生靜電；此外不含水分的液體和氣體也容易帶上靜電。有測試結果表明，靜電放電電壓可高達數千伏甚至上百千伏。

爆破產品制造過程中的靜電源一般有人體與衣服、鞋、襪之間，衣服與工作臺面、坐椅之間，橡膠或塑料鞋底與地面之間，產品與產品之間，產品與設備之間，產品與包裝材料之間，包裝材料與外來物體之間等。不同的靜電源產生靜電的過程不同。如火藥、炸藥、起爆藥、黑火藥呈粉末狀，其總的表面積非常大。在混藥、裝藥、壓藥、造粒、篩藥和烘干等工序中，由于藥劑之間、藥劑與設備內壁之間的摩擦、接觸和分離產生電荷轉移，形成靜電積累。每個微小顆粒雖僅僅能攜帶很少數量的電荷，但是當粒子被大量堆積在一起的時候，如灌裝進包裝袋，累積起來的電荷將會非常大，靜電電壓非常高。在電火工品裝配過程中，操作人員衣服與操作臺、鞋與地面之間的摩擦，零部件與盛具、手推車小膠皮輪和地面間的摩擦等都能產生靜電。因此在電火工品裝配和敏感藥劑生產過程中靜電的危害是非常大的。某廠對硝銨炸藥氣流輸送工序中設備各部位的靜電電位進行了測試，結果見表1。

此外，爆破產品在運輸和儲存過程中也同樣產生靜電源。不管是粉末、細小微粒，還是顆粒狀物質，在運輸過程中因發生各種相對快速運動，都會產生靜電。特別是塑料包裝材料表面上聚集著大量電荷，形成很高的靜電電位，極易發生放電而產生火花。在爆破產品的搬運、堆碼過程中發生靜電積累甚至放電，其危險是不言而喻的。某基地測試了部分火工產品在運輸和儲存過程中的靜電電位，結果發現竟高達數千到數萬伏，使參加測試的人員感到恐懼（如某火工品與聚苯乙烯泡沫材質的包裝材料之間在運輸過程中所產生的靜電電位竟高達30KV）。

4 靜電感度

靜電對爆破器材、火工品藥劑的危害程度取決于這些產品的靜電感度和靜電電位的大小。產品的靜電感度越高(或最小引燃能量越小)，越容易受到靜電的危害；靜電電位越高，危害程度越大。靜電感度測試方法不同，靜電感度的表觀量也不同。火工品常用藥劑以及黑火藥的靜電感度表觀量分別見表2、表3。

5 靜電檢測

靜電檢測的目的是：通過對物體靜電性能即表面電阻率的測試，分析其產生靜電積累的難易程度；通過檢測物體帶靜電狀況即靜電電位、靜電電荷量，分析其靜電積累程度。我們知道，電荷是所有的產生靜電現象的本質物理量。電位、電場、電流等物理量都是由于電荷的存在或移動而產生的。人們經常要測量帶靜電物體的靜電電荷量或電荷密度，通過電荷量或電荷密度來表征物體積累靜電的程度。目前民爆及化工企業廣泛采用的靜電檢測儀器是EST111 型數字電荷儀（用來檢測靜電電荷量）和EST112 型數字電量表（用來檢測靜電電荷量）以及EST101 型防爆靜電電壓表（用來檢測靜電電壓）。這些儀表不僅能迅速準確地測量出物體的靜電狀況，而且能在對防爆要求很高的場所使用。采用EST120 數字超高阻計檢測物體的表面電阻率，來衡量其產生靜電積累的難易程度。對帶靜電物體靜電性能、靜電狀態的檢測，不同的產品有不同的測試標準或方法。如對火工品藥劑靜電狀態的檢測依據WJ2018-1991《火工品藥劑靜電積累實驗方法》，對物體靜電性能（表面電阻率）的測定依據GJB2605-1996《防靜電阻隔材料規范》。

6 靜電安全技術

靜電防護的基本原理有四個方面，一是防止可能產生的靜電并限制積聚；二是泄漏已經產生的靜電積累；三是對易產生靜電的設備采用靜電屏蔽罩，并將屏蔽罩有效接地；或把對靜電敏感的產品進行靜電屏蔽；四是采用特殊工藝生成正離子團（或負離子團），以中和物體上積累的負電荷（或正電荷）。民爆企業采取的靜電安全新技術有以下幾個方面。

6.1 采用防靜電材料

A、根據作業場所危險等級，在爆破器材生產和裝配車間的地面和操作臺鋪設相應表面電阻率的導電橡膠。導電橡膠填充了導電炭黑、金屬網線等材料，其面電阻一般在106Ω 以下。鋪設導電橡膠時，用金屬帶和靜電保護裝置接通大地，這是一種極其有效的靜電消除措施。據有關資料顯示，人在普通橡膠板上行走時人體靜電電壓達到數千伏，而當人走到導電橡膠地板上行走3 步以后，人體靜電電壓即降低到100V 以下。

B、爆破器材生產操作人員應穿戴防靜電工作服、導電鞋、工作帽等勞保用品。若身穿滌綸工作服、腳穿普通膠底鞋在普通橡膠地板上以正常速度行走36 步到60 步，人體帶的靜電電壓可達1kV 以上。而這些勞保用品與工作場所的防靜電地板聯合使用，可起到明顯的防靜電效果。

C、采用內表面電阻率為106Ω ～109Ω、外表面電阻率為1010Ω 以下的防靜電材料用于爆破器材的包裝。防靜電包裝因具有靜電衰減、靜電屏蔽和防電磁輻射的功能，不僅不會產生靜電積累，而且能對爆破器材起到很好的防護作用。

6.2 采取接地法

采取接地是使已產生的靜電電荷比較容易地泄漏、消散，以避免靜電的積累。接地是民爆企業消除靜電危害最簡單、最有效的辦法。但接地主要是消除導電體上的靜電，而不能用來消除絕緣體上的靜電。靜電接地就是利用金屬導體將靜電荷通過引下線與接地裝置相連，接地電阻不應大于100Ω。

表1 硝銨炸藥氣流輸送中設備各部位的靜電電位

表2 火工品常用藥劑的靜電感度(最小引燃能量)

表3 黑火藥的靜電感度測試結果

6.3 采取泄漏法

根據民爆企業特點，泄漏法主要是采取給環境增加濕度的措施。通過增加環境相對濕度，使物體表面的水分形成微薄的、可以導電的水膜，降低靜電絕緣體的表面電阻率，加速靜電泄漏，限制了靜電的積累。據調查，火工品、敏感藥劑制造以及裝配的車間，其環境相對濕度保持在65%以上。

6.4 采取靜電屏蔽法

對易產生靜電的設備采用靜電屏蔽罩，并將屏蔽罩有效接地；把對靜電敏感的電發火、電引信裝置采用金屬靜電屏蔽罩，以杜絕靜電引起的意外發火。

6.5 采取靜電中和法

A、采用靜電消除器把氣體分子進行電離，產生消除靜電所必要的正（或負）離子團。其原理是靜電消除器產生與帶電物體極性相反的離子團，并使離子團和帶電物體接觸，與帶電物體的靜電中和，從而達到消除靜電的目的。根據消除靜電原理和要求的不同，靜電消除器分為自感應式靜電消除器、外接電源式靜電消除器和放射線式靜電消除器三種類型。其中放射線式靜電消除器不僅結構簡單，由于無須外接電源，且工作時又不產生火花，適合民爆企業使用。

B、采用不同功函數的材料消除靜電。材料的功函數不同，得失電子的能力不同，其產生的靜電電荷的極性也不同。因此，在進行產品設計時，應考慮采用不同的設備生產不同的材料，生成極性相反的靜電荷，并把這些設備相連，達到消除靜電的目的。按照物體得失電子的難易程度，通常可排成一個靜電帶電序列。常見物質的靜電帶電序列如下：

（+）玻璃-頭發-尼龍-羊毛-人造纖維-綢-醋酸人造絲-奧綸-紙漿和濾紙-黑橡膠-維尼綸-沙綸-聚酯纖維-電石-聚乙烯-可耐可龍-賽璐珞-玻璃紙-聚氯乙烯-聚四氟乙烯（-）

（+）石棉-玻璃-云母-羊毛-毛皮-鉛-鎘-鋅-鋁-鉻-鐵-銅-鎳-銀-金-鉑（-）

如有的企業把生產聚酯材料（易帶正電荷）的設備與生產聚乙烯材料（易帶負電荷）的設備相連，在一定程度上就可控制靜電積累。

7 結束語

靜電安全是一項系統工程，它涉及爆破產品的整個生命歷程。我們除了要加深對靜電產生的機理以及危害的認識外，要從管理的高度，把靜電安全作為一項體系工程來抓，即通過安全管理體系的建立，從爆破產品的資源提供如人員管理、廠房設計、設備管理、環境控制，以及產品設計與開發、生產過程控制、檢驗試驗、包裝、運輸與儲存、使用等各個環節入手，嚴格執行有關的防靜電技術和管理標準，科學、經濟地運用靜電安全技術，才能不斷提高爆破器材生產、運輸、儲存及使用過程的本質安全度。

[1]燃燒爆炸危險與安全技術 張國順 中國電力出版社 2003 年11 月第一版；

[2]燃燒爆炸危險品與安全技術相關法規和標準 張國順 中國職業安全健康協會 2003 年11 月；

[3]防靜電系列標準及宣貫提綱 國防科工委安全標準化技術委員會 2005 年；