對化工容器中的內部靜電放電安全電位差的限定計算方法作了明確闡述。其目的是為了降低靜電放電能量，達到安全限定電位差值，防止重大惡性靜靜電事故發生，實現本質安全設計。

    1引言

    在化工系統中的容器使用過程中，通常伴有靜電產生，釀成重大事故或惡性事故的幾率很高。盡管在設計過程中，總是能動性地提高本質安全性，但還達不到人們所期望的要求，依然是化工設計專業人員和安全專業人員不可忽視的一個重要課題。

    現有的防止靜電危害技術規范中，對潛在的靜電危害作了許多強制性的規定；對于化工加工及成品輸儲過程中，所實施的預防手段和措施，還不能滿足本質安全要求，是值得設計人員及安全專業人員深入探討的問題。筆者致力于化工容器安全性靜電評價，根據靜電放電能量公式作了量化設計計算，現將所有計算過程進行介紹和說明，以倡導設計者積極采用靜電放電能量公式，確定其安全電位差值，達到本質安全設計。

    2化工容器內的靜電產生過程

    容器內的進料導引管，因距下封頭較近，在輸送物料初期，由于壓頭和流速較高，可形成表面電荷。當流經進料導引管端部的邊緣處，可集大量的表面電荷，使電場強度較高，使不規整的局部表面附近產生感應靜電，可形成極間電暈放電或火花的放電；其放電能量在0.2mJ~1.5mJ之間。

    在系統管輸過程中，流體的動能較大，與金屬壁產生機械摩擦，易形成靜電；其靜電大小，與單位時間內的介質流速的1.875次方或管內徑的0.875次方成正比。當輸送管內介質流速較高時，流動介質表面所帶電位較高，極易在畸變的導體表面附近，形成傳播型刷形放電或刷形放電；其放電能量在4mJ~25mJ之間。

    當進料導引管的管口被介質浸沒時，容器內的液位不斷上下浮動，沖刷罐壁。在液面上的可燃氣體空間將隨著液面上升，也不斷地減少，壓力有所增高，可燃氣體濃度顯著提高。處在導引管與罐壁之間，由于表面電荷的存在，及不斷上下浮動或泡沫破裂分離作用，極易促成電涌放電，引燃混合氣體。

    另外，在易于產生靜電集處的彎頭、截流板、閥門、連接管口端部等，極易形成靜電點燃源，也是不容忽視的危險區域。對此應在系統設計時，充分予以考慮，并按要求采取強化安全設計措施。

    3《防止靜電事故通用導則》規范要求

    GB12158-90《防止靜電事故通用導則》是化工容器設計的重要依據，也是粉體設備設計的主要依據。規范中推薦的技術要求，已經全面考慮了可能發生多種不利因素的影響，具有相當的可靠性；對一般工況環境來講，這些安全設防措施，不會給容器內部帶來危害，能夠抵制靜電危害的擴散。

    對化工容器的設計，應從根本上加以考慮靜電防護措施，以基本設防手段為舉措。

    3.1設法減少靜電電荷的生產

    （1）按照靜電起電極性序列，選定帶電序列較臨近的物性進行合理的組配，以達到靜電起電量為最小的目的。

    （2）在實際設計過程中，對相關物料應盡量做到，接觸面積較小，工作壓力較小，接觸頻次較低，運動和分離速度較緩和平穩。

    3.2應使用靜電的電荷盡快地對大地泄漏，減少電荷的積累，以消除靜電存在

    （1）對于盛裝危險介質的容器，必須將所有能產生靜體的物體進行嚴格的接地。

    （2）對金屬罐體應采用金屬導體與大地作導通性的連接；對金屬以外靜電導體則應采用間接接地。

    （3）對于高帶電介質，應在接近排放口前的適當位置處，裝設靜電緩和器。

    （4）在設計和制造時，應盡量避免存在靜電放電條件。如在容器內部不可出現細長的導電性突出物，并避免介質高速剝離。

    （5）控制可燃氣體濃度，保持在爆炸下限以下。

    （6）對于可添加少量防靜電劑的介質，應適當地添加防靜電劑，以降低其電阻率，達到導通的目的。

    4利用靜電放電能量公式確定靜電放電安全電位差值

    化工容器內部的危險介質，因其物性不同，將會有各自的最小點燃能量值，利用最小點燃能量值，可以導出不同介質的最小靜電放電安全電位差值。這是值得設計人員廣泛推薦的計算方法。

    容器內部的靜電放電過程，是由于帶電體表面周圍的場強，超過其擊穿場強時，就產生介質電離，使帶電體上的靜電電荷全部或部分消失的現象稱為靜電放電。引起容器內部靜電放電的導體，可以是導體、亞導體及非導體，它們之間的具體靜電放電種類，可分為電暈放電、刷形放電、火花放電和傳播型刷形放電。無論哪一種類形的靜電放電，都遵循靜電放電能量公式的規律。其式：

    W=1/2CV²

    式中：W——靜電放電能量，J；

    C——導體間的等效電容，F；

    V——導體間的電位差，V。

    式中的物理意義表明，靜電放電能量與容器內部的等效電容和電位差平方成正比；只要其值不大于可燃物的最小點燃能量值時，就不會引危險介質，達到控制靜電放電的目的。

    一般容器內部的電容計算，按直立圓柱等效電容計算公式求取。其式：

    C＝H/2

    式中：C——直立窗口內部的等效電容，pF；

    H——直立容器簡體的高度，mm。

    利用這一公式進行運算處理時，可使工程計算更加簡捷，符合設備的實際情況，適用于立式化工容器內的安全靜電評價，為抵制靜電事故發生，提供可靠的理論依據，使安全控制手段，達到科學量化的設計水準，具有一定的指導意義。

    5設計計算實例

    本計算實例，以抗氧劑裝置中的直立容器對象，在設計過程中，針對危險介質的靜電問題，設介質最小點燃能W’等于靜電放量能量W，運用靜電放電能量公式，作進一步的物理方法推導，來確定靜電放電安全電位差值的導出公式。其計算公式為：

   

    式中：V——靜電放電安全電位差，kV；

    W’——介質最小點燃能量，mJ；

    C——直立容器的等效電容，pF。

    在計算過程中，對容器內部的電容值、靜電放電安全電位差值和介質最小點燃能量值，均采用工程中常用的量綱，為協調計算量綱，應乘以下一個103的調合量級。具體的設計計算實例，由表1所示。計算出安全靜電電位差后，要采取措施控制容器內的靜電電位差，使其小于安全電位差值。

表1

介質名稱	設備結構尺寸（mm）	工作壓力（MPa）	工作溫度（℃）	介質最小點燃能（mJ）	計算安全電位差（kV）
甲醇	Ø500×6×700	0.1	常溫	0.14	0.89
	Ø700×6×1100	0.1	常溫	0.14	0.71
	Ø800×6×1300	0.1	常溫	0.14	0.66
乙醇	Ø700×6×1100	0.1	常溫	0.37	1.2

    6建議

    對HGJ43-91《壓力容器中的化學介質毒性危害和爆炸性危險程度分類》及SH/T3501-2002《石油化工有毒、可燃介質管道工程施工及驗收規范》標準，在改版修訂時，應在標準附錄中增加介質最小點燃能量值及介質擊穿場強值，便 于利用靜電放電能量公式的計算，準確界定靜電放電的安全電位差值，積極預防靜電事故發生，提供可靠的科學依據，是至關重要的。望標準職能部門及編輯組織者給予足夠的重視，考慮設計者的精確計算需求，使工程設計達到本質安全的目標，期待日后的修訂工作。

    7結語

    本文的目的，是引導設計者注重工藝裝置及容器設備中的潛在靜電危害影響因素，從積極的主觀意識上去克服客觀存在的靜電元兇，避免靜電事故發生，有一定的可行性、可靠性，符合科學規律，能夠確保生產運行平穩安全，具有一定的引導作用。一般的工藝裝置及容器設備，僅對設備的強度、剛度和穩定性考慮得比較全面，而對防止靜電危害性考慮得較少；從嚴格意義上講，還存在著盲目性，未知其始然，達不到本質安全。為了突出安全意識，有必要將這一問題理論化，充分認識到靜電事故的危險性，正確把握靜電安全界限，使安全設計與設計品位，雙兼并顧，同步呼應，有其一定的現實意義。