石油化工静电安全技术学习教案

1、会计学1石油化工静电安全石油化工静电安全(nqun)技术技术第一页，共239页。第1页/共239页第二页，共239页。第2页/共239页第三页，共239页。第3页/共239页第四页，共239页。第4页/共239页第五页，共239页。第5页/共239页第六页，共239页。第6页/共239页第七页，共239页。第7页/共239页第八页，共239页。第8页/共239页第九页，共239页。第9页/共239页第十页，共239页。第10页/共239页第十一页，共239页。1879年亥姆霍兹（Helmholtz）指出(zh ch)，在固体接触面的两方，形成等量异号的电荷层，如图所示，称为偶电层。第11页/共

2、239页第十二页，共239页。AB+-第12页/共239页第十三页，共239页。现代现代(xindi)静电学阶段：静电学阶段：上世纪二、三十年代，量子上世纪二、三十年代，量子力学的建立，开创了物理学力学的建立，开创了物理学的新纪元。人们对静电起电的新纪元。人们对静电起电规律的认识，也发生了质的规律的认识，也发生了质的飞跃。偶电层理论得到了进飞跃。偶电层理论得到了进一步的的完善。一步的的完善。Harper1951年根据金属势年根据金属势能井理论，可以定量计算出能井理论，可以定量计算出两种不同金属接触时接触面两种不同金属接触时接触面上的面电荷密度（见下述）上的面电荷密度（见下述）。第13页/共23

3、9页第十四页，共239页。两种金属接触分离(fnl)以后，分别带上了静电。这很快得到了实验证实。 1932年Kullrath将金属粉末从铜管内吹出去，粉末与铜管经历了接触分离(fnl)过程，使这个对地绝缘的粉末发生器产生了26万伏的高电压。并观测到，吹铁粉或锑粉时，起电效果最显著。第14页/共239页第十五页，共239页。两金属接触后再分离(fnl)产生的静电起源于接触电势差，这一点是由HarPer1951年证实的。根据金属内电子的势能井，很容易计算出接触面上的面电荷密度：第15页/共239页第十六页，共239页。第16页/共239页第十七页，共239页。金属与半导体接触，同样出现偶电层。但已

4、不象两种金属那样对称，半导体表面电荷已有一部分深入到表面层内部(nib)。1971年Krupp根据金属半导体接触面的势垒理论，计算了接触面上的表面电荷密度:第17页/共239页第十八页，共239页。第18页/共239页第十九页，共239页。如果两种高分子材料(cilio)相接触，则面电荷密度 第19页/共239页第二十页，共239页。第20页/共239页第二十一页，共239页。第21页/共239页第二十二页，共239页。（+）石棉玻璃云母(ynm)羊毛猫皮铅镉锌铝铁铜镍银金铂（-） 第22页/共239页第二十三页，共239页。市售常用衣料带电序列 （）纯毛绦纶绸窗帘绸人造棉富春纺麻衬毛腈华达呢

5、毛绦凉爽呢棉白布真丝美丽绸平绒(pn rn)纺毛花呢凡立丁的确良涤卡麻纱涤丝绸花瑶富古罗涤腈花呢乔纱猪尤皮人造苯（）第23页/共239页第二十四页，共239页。物体上产生了静电,能否积聚(jj)起来主要取决于电阻率体电阻率表面电阻率静电导体1106m 1107静电亚导体1106m 11010m1107 11011m静电非导体11010m11011m第24页/共239页第二十五页，共239页。静电导体难以积聚静电，而静电非导体在其上能积聚足够的静电而引起各种静电现象，静电亚导体介于其中。 一般汽油、苯、乙醚等物质的电阻率在10101013m之间，它们容易积聚静电。 金属(jnsh)的电阻率很小，

6、电子运动快，所以两种金属(jnsh)分离后，显不出静电。第25页/共239页第二十六页，共239页。水是静电良导体，但当少量的水混杂在绝缘的液体中，因水滴液品相对流动时要产生静电，反而使液品静电量增多。 金属是良导体，但当它被悬空(xunkng)后就和绝缘体一样，也会带上静电。第26页/共239页第二十七页，共239页。第27页/共239页第二十八页，共239页。第28页/共239页第二十九页，共239页。第29页/共239页第三十页，共239页。第30页/共239页第三十一页，共239页。第31页/共239页第三十二页，共239页。固体物质在挤出过滤时与管道、过滤器等发生的磨擦，如塑料、橡胶

7、的挤出等；固体物质的粉碎、研磨和搅拌过程第32页/共239页第三十三页，共239页。第33页/共239页第三十四页，共239页。 液体的带电与液体的电阻率（电导率）、液体所含杂质、管道(gundo)材料和管道(gundo)内壁情况、注液管、容器的几何形状、过滤器的规格与安装位置、流速和管径等有关。 第34页/共239页第三十五页，共239页。重点讨论一下固体与液体接触时的偶电层理论。 亥姆霍兹（Helmholtz）,Perrin,Gouy等人认为：液体与固体之间虽然也出现偶电层，但与两种金属固体接触时的偶电层并不相同。以水在玻璃管内流动为例，其偶电层示意图如图3-2所示。从图中可见(kjin)

8、，偶电层中两层电荷的分布是不相同的。固体表面上的电荷仍紧贴在固体表面，而液体表面的电荷却呈扩散分布，电荷已渗透到液体内部。而且，在液体中，既有正离子，又有负离子，正离子占优势，而整个偶电层体积内还是电中性。只是电荷分布不均匀罢了。第35页/共239页第三十六页，共239页。+ + + +_ _+ + + + + + + + +_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 第36页/共239页第三十七页，共239页。为了下面讨论液体流动(lidng)起电的需要，有必要讨论一下液体中的偶电层厚度。假定固体表面吸附的是负离子，液体中是正离子，如下图所示。很明显，离界面越近，液体中离子浓度愈

9、大，随着与界面距离x的增加而逐渐减小，直到某点b才等于液体中离子的平均浓度n()，b点到界面的距离定义为偶电层的厚度，用表示。下面求解的表式，看它与哪些因素关。 第37页/共239页第三十八页，共239页。第38页/共239页第三十九页，共239页。 设离界面(jimin)距离为x的地方，单位体积中第i型离子的数目为ni（x），ni（x）与该点的电势 有关，用玻尔兹曼方程表示如下： 式中，ni() 远离界面(jimin)处i型离子的平均浓度第39页/共239页第四十页，共239页。在 x处的电势 同时满足(mnz) Poisson 方程： 第40页/共239页第四十一页，共239页。由上面(s

10、hng min)3式式可得： 为泊凇一玻尔兹曼方程，它是偶电层理论的基本方程。 第41页/共239页第四十二页，共239页。用近似解法来求出它的解。将（3-8）式右端指数(zhsh)按幂级数展开并取其前两项得： 因为在远离界面处是电中性的，因此各种类型离子的电荷总和为0，即 第42页/共239页第四十三页，共239页。亦即上式右端第一项为零，于是(ysh)（3-9）式变为： 式中M2为 第43页/共239页第四十四页，共239页。方程（3-10）的通解为 利用边界条件：x时 =0 x0时 =定出积分常数c1=0,c2= ，于是得出泊凇一玻尔兹曼方程（3-8）式的近似解为： 式中 界面(jimi

11、n)上的电势 第44页/共239页第四十五页，共239页。上式表明，偶电层中的电势在界面处最高，随着与界面距离的增加而按指数规律衰减(shui jin)，衰减(shui jin)的快慢决定于M的值。同时还表明，l/M具有长度的因次，因此称l/M为偶电层的厚度，并用表示，即 第45页/共239页第四十六页，共239页。如果液体中只有一种正离子(lz)和一种负离子(lz)，且设他们的离子(lz)价相等；在远离界面处，由于电中性，两种离子(lz)的平均浓度亦相等，则可写为： 由此可知，偶电层的厚度不仅与温度与介电常数有关，还与离子价和离子均匀分布状态下的平均(pngjn)浓度n有关。一定的液体在一定

12、温度下，离子的浓度越大，偶电层的厚度愈薄，反之亦然。第46页/共239页第四十七页，共239页。 必须指出，上述提到(t do)的偶电层整体是电中性，是指固体与液体相对静止而言的。但是，如果二者作相对运动，比如油品在管道中流动时，电中性就会受到破坏，偶电层中两层电荷被分离，这时就会出现静电起电现象。第47页/共239页第四十八页，共239页。实验发现，当固体与液体作相对运动时，滑动不是直接发生在固体表面，而是在液体内部距固体表面有一距离d处的AB面上发生，如图3-4所示。AB面叫做滑动面。滑动面与界面的距离d长约为一个分子大小。滑动面的存在，表明了吸附在固体表面上的离子与滑动面内的那些液体中离

13、子（指图中虚线左边的那些正离子）紧密地结合成了一个整体。因此，滑动面内的那些液中离子与紧贴在固体表面上的离子一样是不随液体流动而带走的。习惯上常把整个这一部分（即滑动面左边的全部）叫固定层或吸附层。另一部分（滑动面右边部分）叫活动层或扩散层。固定层与扩散层之间的电势差就是所谓(suwi)的电动电势（又叫电势），而固液界面处的电势 为总电势。显然这是两种不同的电势。电势取决于固定层内正负离子电荷的代数和（即固体表面上吸附的离子与滑动面内的液中离子之差），而总电势决定于固体表面上所吸附的离子量。第48页/共239页第四十九页，共239页。第49页/共239页第五十页，共239页。第50页/共239

14、页第五十一页，共239页。根据(gnj)上式可求得偶电层两边的电势差（电势）为： 由于d远小于毛细管的半径r，所以可以看成平行(pngxng)偶电平面，相当于一个平板电容器，可知偶电层间的电场为 第51页/共239页第五十二页，共239页。当沿着毛细管轴向加一个外电场E。时，在扩散(kusn)电荷层上（图中的正电荷层）每单位面积作用的静电力为 此力推动扩散(kusn)层的离子移动，移动时带动液体。另外，液体运动时还受到粘滞阻力作用，根据牛顿公式，单位面积上所受的粘滞阻力 第52页/共239页第五十三页，共239页。因为d很小，在一段很小的距离d内速度由零变到u，因此，可用速度随距离变化的平均变

15、化率u/d来代替(dit)du/dr，于是 在稳定流动时，静电力与粘滞力平衡，即 第53页/共239页第五十四页，共239页。消去便得到电渗速度 从上式中可以看出，电渗速度与电势有关(yugun)，它指出了测量电势的方法。已知液体和外电场时,0，r，E0均已知，只要测出电渗速度，便可从（3-18）求出电势第54页/共239页第五十五页，共239页。通常(tngchng)工程技术上不是测u值，而是测量单位时间里从毛细管流出来的液体体积V。如果毛细管内半径为 r，截面积则为 r2，单位时间内通过毛细管的液体体积V=r2u，将此代入，得： 测出了V，即可求出。第55页/共239页第五十六页，共239

16、页。若让液体流动时，使一边液面上升，另一边下降则两边形成压力差P，在P的作用下液体发生倒流。根据泊氏滞流公式 式中l为管长。当电渗流动与压差流动平衡时，压差P达到最大值。从（3-19）、（3-20）式可得到： 上式指出，测出稳定时两水面间水压力差P，亦可算出。这里给出一个计算实例：当水通过r=3.710-4m的玻璃毛细管时，求得P/E0l为2.02610-8 N/Vm2，水的相对介电常数r=80，从而(cng r)求得=-0.049V。负号表示玻璃带负电。第56页/共239页第五十七页，共239页。冲流电流(dinli)与冲流电压路中的液体在其接触面处产生偶电层，当液体两端存在压强差P时，液体

17、将从一端流向另一端。液体流动带走扩散层的电荷，在管路内形成冲流电流（Streaming current），记为Is，有时又称流动电流。由于Is的存在，使管路一端有较多的正电荷，另一端有较多的负电荷，于是在管路两端产生电势差，叫做冲流电压（又叫流动电压），记为U。如果管路两端的总电阻为R，在冲方向相反的欧姆电流 U/R。若管路是绝缘的，当冲流电流与欧姆电流相等(xingdng)时，达到平衡，这时冲流电压达到稳定。第57页/共239页第五十八页，共239页。第58页/共239页第五十九页，共239页。下面推导一下冲流电流的表达式。在推导中，我们使用下述假设： （1）偶电层的厚度远小于管的内半径，即

18、d，所以(r-d)2r2-2rd，故 第60页/共239页第六十一页，共239页。该扩散层单位面积上的电量(dinling)为，则在单位时间里液体从扩散层上冲刷下来的电量(dinling)即冲流电流为 根据第1和第4点假设，偶电层相当于一个平板电容器，因此电势与面电荷密度之间的关系为： dEDr0第61页/共239页第六十二页，共239页。根据 Poiseuille定律，片流状态(zhungti)下cf与Re满足 则片流状态(zhungti)下的冲流电流为： 第62页/共239页第六十三页，共239页。对于不太强的紊流情况（2108Re106），将布拉修(Blassius)经验公式(gngsh

19、) 代入（3-25），即得紊流不太强时的冲流电流为： 第63页/共239页第六十四页，共239页。从而可知，在片流状态，冲流电流与平均流速成正比，与管路直径无关。在不太强的紊流状态下，冲流电流与平均流速的1.75次方成比例，与直径的0.75次方成比例。 若设液体的电导率为k，则长为l，截面积为r2的液柱之电阻(dinz)R为 故在平衡状态下，冲流电流等于欧姆电流，两端的冲流电压可表示为： 若将（3-26）、（3-27）代入上式，即可得到片流和紊流状态下的冲流电压。第64页/共239页第六十五页，共239页。这里要强调指出，当液体(yt)作片流流动时，以上结果才是正确的。若液体(yt)作紊流流动

20、，只有满足偶电层的厚度比紊流边界层薄的假设条件才能应用上述结果。对于电导率很高的液体(yt)，如水溶液，由于离子浓度大，偶电层厚度总是很薄，能够满足该假设条件。然而，对于大多数碳氢化合物的烃类液体(yt)，由于是非导电性液体(yt)，离子浓度小，电导低，偶电层的厚度可能远大于紊流边界层的厚度，上面的公式当然不适用。第65页/共239页第六十六页，共239页。为了解决这一困难，Rutgers, Moyer等人提出了新的假设。他们认为，偶电层的厚度远大于紊流边界层的厚度，说明电荷不再局限在紊流边界层内流动。他们假设，在紊流状态下，管内(un ni)的液中电荷均匀分布于管截面上。在偶电层的固定层上若

21、有一个确定的面电荷密度，与此对应的扩散层电荷在空间形成体电荷密度s，因为偶电层是电中性的，所以在长为dx的一段管路中，液中电量与固定层上的电量之间有以下关系（不计紊流边界层）： 即： 第66页/共239页第六十七页，共239页。其近似计算公式为 如果这些电荷从紊流边界层上冲刷(chngshu)下去后又均匀分布于管内，从（3-30）式可得冲流电流为： 第67页/共239页第六十八页，共239页。如果引入雷诺数 式中dP=2r为管道内径，则： 可见，冲流电流与速度的1.875次方成正比。这与Schn指出的速度指数介于(ji y)1.82之间相符合。 但是，必须指出，Rutgers的假设即液中电荷均

22、匀分布于管截面上，实际上只有低电导率液体在强紊流情况下才是可能的。（3-32）式也只适用于这种液流。第68页/共239页第六十九页，共239页。管道(gundo)长度对起电的影响起电的同时, 一部分电荷通过管壁泄放, 形成泄漏(xilu)电流.开始时, 起电快, 泄漏(xilu)慢.随着起电量的增加, 泄漏(xilu)加快.当泄漏(xilu)等于起电量时, 达到平衡, 管道内形成稳定的冲流电流.第69页/共239页第七十页，共239页。设在单位时间内从偶电层单位面积上冲刷下来的电量为Js（即起电电流密度，在平均流速v一定条件(tiojin)下，Js为常量），在单位时间内向管壁的单位面积上泄放的

23、电量为Ja（即泄漏电流密度），则在一小段管路dl中，液中的电流增量为： 式中r为管道内半径。设液体的电导率为K，则泄漏电流密度为 第70页/共239页第七十一页，共239页。假定在dl范围内各点的Ew都相等；由于dl很短，在dl两端面上的轴向电场亦可视为相等；设dl这段液柱内的总电量为dQ，由高斯定理得： 亦即：因此(ync)得到： 第71页/共239页第七十二页，共239页。如果液中的电荷体密度为e，平均流速为v，则dl段内的电量dQ又可表示为： 液体(yt)内的电流 第72页/共239页第七十三页，共239页。 当e和v在整个管截面上为常数(chngsh)时（只有在强紊流情况下才正确），把

24、二式相除并化简得： 将（3-39）代入（3-36）得： 第73页/共239页第七十四页，共239页。 再把此式代入（3-33）并分离变量得 这就是冲流电流在考虑(kol)管长时的微分方程。其通解为 第74页/共239页第七十五页，共239页。设液体在送入管路时不带电，则l=0时I=0,据此可定出 此时(c sh)冲流电流为 第75页/共239页第七十六页，共239页。 利用电流强度与电荷密度(md)的关系I=sr2v可求出液中电荷密度(md)s与管长的关系为： 第76页/共239页第七十七页，共239页。第77页/共239页第七十八页，共239页。几点结论： （l）在起电过程中，冲流电流或电荷

25、密度随长度l按指数规律增加。增加的速度(sd)取决于v。v小者，增加得慢，如图（3-8）所示。 （2）当l时，冲流电流或电荷密度趋于一稳定值，称为饱和冲流电流或饱和电荷密度，亦即： 虽然从理论上讲需经无限长的管路才达饱和，但实际上,当液体流经的长度l=v时，电流（或电荷）已达饱和值的63；若l=3v,已达饱和值的95%;若流经5v的距离，则可达饱和值的99。所以有的人认为，只要流经v的距离电流或电荷密度(md)就算达到了饱和,并把v称为饱和距离。笔者与导师皆认为,应该把3v5v称为饱和距离更合理些。 第78页/共239页第七十九页，共239页。（3）在推导（3-42）式时，利用了l0时,I0这

26、样的边界条件。实际上这不是最一般的情况。如果假定送入管路时液体就已带有电流I0，这时应该使用l0，II0这一边界条件来确定积分常数c，这时 这就得到： 式中I0为进入管路时的初始电流。由上式可见(kjin)，初始电流随管长按指数规律衰减。（3-46）式才是冲流电流的一般表式，即：管路内的冲流电流由两部分组成，一部分是管路内偶电层分离形成的电流，另一部分是从管外带进来的初始电流。前者随管长按指数规律上升，后者随管长按指数规律下降。当经无限长管路后，前者上升到饱和值Is，后者降为零。这就是说足够长的管路后，初始电流I0对管路电流的贡献可以忽略不计。第79页/共239页第八十页，共239页。（4）对

27、于电解质的水溶液，因为电导率K大，所以很小，因此I达饱和所需的距离很短，对这类液体不必考虑管长的影响。对于非导电性溶液，由于电导率低，很大，I达饱和所需距离35v 就较长。这时，如果流经管路(un l)亦很长，即lv，则可认为I早已达饱和。如果流经管路(un l)很短，即lv，则必须考虑l对I 的影响。从下面的推导可出，这时I与l成正比： 由于lv）内流动时，A取（15/4）10-6 As2/m4。 式中、对不同的管道取不同的值，如表3-1所示。研究者值值主要条件Koszman and Gavis1.880.88管道直径在0.10.5cm间Schn1.82.01.82.0管道直径不同时、有不同

28、值Gibson and Tloyd2.41.6管道直径在1.6210.9cm之间第88页/共239页第八十九页，共239页。喷雾起电与带电(di din)水雾喷雾起电(Spray Electrification)(又称喷射(pnsh)起电)溅泼起电(Splash Electrification)液滴破碎起电第89页/共239页第九十页，共239页。第90页/共239页第九十一页，共239页。第91页/共239页第九十二页，共239页。破碎(p su)起电1890年Elster, Geitel发现阿尔卑斯山的急流溅起的水滴强烈带电.1892年lenard发现上升气流从瀑布底部水面带起的小水滴带负

29、电.1909年Simpson发现强烈垂直射流中水滴破碎(p su)产生了可观电荷.1921年Lenard实验证实了这些结果.第92页/共239页第九十三页，共239页。Zeleny在1933年使用高度(god)净化的水作实验。他发现在20m/s水平射流中的一个水滴破碎后会产生约710-6C/m3的电量。1952年查普曼（ChaPman）使直径4mm的许多蒸馏水水滴落到速度为17.3 m/s垂直射流中，则剧烈的破碎使每个水滴产生约110-10C的电量，约合3.3310-3C/m3。然而，当使两个水滴碰撞后的不稳定水滴在8m/s的稳定上升气流中破碎成若干较大的碎滴时，产生的电量与Simpson和Z

30、eleny发现的量级相同。由此看来，水滴破碎时产生的电量取决于它们破碎的剧烈程度。第93页/共239页第九十四页，共239页。后来人们又发现，电场的存在对水滴破碎起电量影响较大。Matthews和Mason1944年在1500V/m的电场中和静止空气中，对下落水滴的破碎和起电进行实验室研究。他们使一个直径约为12mm的水滴下落12m以后，在一对产生垂直电场的水平电极间破碎，使较大碎滴无溅射地通过(tnggu)法拉第筒以测出其电量，而破碎的体积可在收集称量后确定。测试结果表明,当没有外加电场时,破碎水滴产生的电量约为3.3310-6 C/m3，这与Simpson和Zeleny的结果相吻合。当有外

31、加电场时，每单位体积水的平均电量随场强增大而增大。当场强达到1500V/cm时，起电量可达到1.8310-3 C/m3，提高了近550倍！第94页/共239页第九十五页，共239页。 实验还发现，水面上的气泡膨胀破裂时，喷射出来的小水滴同样是带电的。Blanchar(1963)以及Iribarne和Mason(1967)的实验表明，气泡破裂时喷射出来的小液滴所带电荷与气泡半径、溶液浓度(nngd)以及破裂前气泡的寿命有关。一个半径为R的气泡所喷射出来的许多水滴上的总电量为： 式中C是溶液浓度(nngd)，单位为克分子升。该式表明，电量随溶液浓度(nngd)增大而减小。这是因为偶电层的厚度随溶液

32、浓度(nngd)增大而减小的结果。第95页/共239页第九十六页，共239页。下表给出了几艘轮船(lnchun)洗舱水喷雾起电所形成的空间电荷密度实测值。 第贝坦轮1972年1月测试霍夫罗娃1972年12月测试捷德佛列斯特轮1973年3月测试舱内情况污水污水 干净水污水 干净水水温506027 洗舱机流量m3/h8352160 21601160 1160空间电荷密度nC/ m315-14 7 22第96页/共239页第九十七页，共239页。洗舱的电荷密度饱和值随时间(shjin)的衰减以及静电尺寸效应第97页/共239页第九十八页，共239页。第98页/共239页第九十九页，共239页。激涌起

33、电 19671972年，若干艘大型OBO船在海上相继爆炸。这些事故与油轮洗舱没有关系。我国1986年10月爆炸的一艘2万多吨的油轮，既未洗舱，又未航行，而是停泊在码头进行排放压舱水作业。事后进行的大量调查研究与实验研究证实，这些事故，均与压舱水（为了配载平衡和船舶稳度的需要人为装载(zhungzi)的海水又称压载水）有关。第99页/共239页第一百页，共239页。在船舶航行(hngxng)过程中，压舱水不可避免地因摇晃而引起激涌，冲刷舱壁及其构件，激涌的本身所激起的波浪也会产生带电的水雾。激涌的过程又伴随着溅泼，水柱的破碎等起电过程。因此，压舱水同样能在船舱空间产生带电水雾，产生很强的静电场。

34、实测表明：混装船的压舱水激涌时所产生的静电位与油轮洗舱时的静电位非常相近。例如，含有油脚水的货舱中每边最大为4o的摇晃就足以形成很强的带电雾气。其电荷密度可与用水清洗含污水的相似货舱时所产生的电荷密度相比拟，甚至更高。其达到饱和值所需时间更短。观测到的最大空间电位为-50kV，最大电荷密度为50nC/m3。这恰好是洗舱时静电场的数量级。第100页/共239页第一百零一页，共239页。项目第贝坦轮1972年1月测试霍夫罗娃轮1972年12月测试捷德佛列斯特轮1973年3月测试污水舱液面占整个舱内空间的百分比约65%约55%约60%摇晃角度约5o 约4o 约4o 空间电荷密度nC/m318-50-

35、18第101页/共239页第一百零二页，共239页。上表是几艘船舶航行过程中压舱水激涌时所产生的舱内静电场的实测值（测量的是空间电荷密度）。很容易发现，压舱水激涌时所产生的空间电荷密度与油轮洗舱时的空间电荷密度非常相似，甚至更高。 必须指出，无论是洗舱水还是压舱水，所形成的带电水雾均是由一个个带电悬浮粒子所组成。这些成悬浮状态的粒子与原来液体的连续相有完全不同的性质。首先，液相的电导率原来对起电量有举足轻重的影响，但变成悬浮粒子后，这些不连续相的粒子就具有特殊的起电规律，电导率不再是重要(zhngyo)因素。其次，由于空气是良好的绝缘体，悬浮粒子的电荷不容易泄放（这里暂不考虑粒子碰撞所引起的电

36、荷中和），因此，悬浮的液滴能保持多长时间，电荷就几乎能保持同样的时间。第102页/共239页第一百零三页，共239页。沉降起电（第二(d r)部分再讲）测量了装油期间和装油之后大型油舱内电场强度、油品时间常数理论值与实测值之间有巨大(jd)差异.这是由沉降电势所引起.沉降起电的本质仍是接触分离起电.第103页/共239页第一百零四页，共239页。第104页/共239页第一百零五页，共239页。第105页/共239页第一百零六页，共239页。人体在静电场中，也会感应起电，如果人体与地绝缘，就成为独立的带电体。如果空间存在带电颗粒，人们在此环境中可产生吸附带电。人体静电的极性和数值受人们所处的环境

37、的温湿度、所穿的内外衣的材质、鞋、袜、地面、运动(yndng)速度、人体对地电容等因素影响。 第106页/共239页第一百零七页，共239页。接触(jich)分离和活动带电第107页/共239页第一百零八页，共239页。感感应(gnyng)和触摸带电带电第108页/共239页第一百零九页，共239页。人体感应(gnyng)静电第109页/共239页第一百一十页，共239页。感应静电(jngdin)测试结果静电(jngdin)感应静电(jngdin)测试结果测试结果感应感应静电(jngdin)测试结果静感应静电(jngdin)测试结果电测试结果感应静电(jngdin)测试结果感应静电(jngdi

38、n)测试结果感应静电测试结果感应静电测试结果感应静电测试结果第110页/共239页第一百一十一页，共239页。第111页/共239页第一百一十二页，共239页。第112页/共239页第一百一十三页，共239页。第113页/共239页第一百一十四页，共239页。人体(rnt)静电测试仪人体(rnt)静电消除器第114页/共239页第一百一十五页，共239页。第115页/共239页第一百一十六页，共239页。第116页/共239页第一百一十七页，共239页。第117页/共239页第一百一十八页，共239页。电晕放电是发生在不均匀的电场中，空气被局部电离的一种放电形式。若要引发电晕放电，通常要求电极

39、或带电体附近的电场较强。对于两极间的静电放电，只有当某一电极或两个电极本身的尺寸比起极间距离小得多时才会出现电晕放电。例如，在空气中两平行细线间的ESD，只有当细线的半径r与两线间距d之比d / r 5.85时，才有可能产生电晕放电。否则，随着极间电压的升高，两极间直接产生火花放电而不会产生电晕放电。其它能产生电晕放电的典型的电极结构还有圆柱筒与其轴线上的细导线，细线与平板，尖端(jindun)与平板等。另外，处在空气中的带电体及接地表面上有突起或楞角部分，当其带电体的电位足够高时也会产生电晕放电。这种放电有时又称尖端(jindun)放电。第118页/共239页第一百一十九页，共239页。引发

40、电晕放电的机制、阈值电压及放电产生的电晕形态都与放电尖端的极性密切相关。根据放电尖端的极性不同，电晕放电可分为正电晕和负电晕两种。当放电尖端为负极(fj)性时，产生的电晕称为负电晕放电。形成负电晕的机制即所谓汤逊（Townsend）机制，即产生二次电子雪崩的次级电子是由正离子碰撞阴极表面引起阴极的电子发射而产生的。而放电尖端为阳极时的电晕放电则称为正电晕。在这种情况下，流向阳极的正离子难以从场中获取足够的能量引起阴极的二次电子发射，此时在尖端处维持放电过程的二次电子主要是由其附近的中性分子和原子的光电离而提供的。从电晕放电产生的电晕的形状来看，负电晕是包围着放电尖端的均匀光晕圈，而正电晕则呈现

41、出非均匀的丝状。一般来说，正电晕的起晕电压要比负电晕的高。第119页/共239页第一百二十页，共239页。电晕放电是一种高电位、小电流、空气被局部电离的放电过程。它产生的电流很小，约在1A到几百个A之间。因此一般不具备引燃能力。一方面，电晕放电的许多特点正被人们广泛的利用，例如静电除尘、静电分选以及静电消除器、盖革米勒计数器中都用到了电晕放电技术；但另一方面，电晕放电又会给许多系统造成电磁干扰。在一定条件下，电晕放电产生的放电电流会呈现出周期性的脉冲形式。当放电电极为阴极时，电流脉冲重复频率可达104Hz；而防盗电极为阳极时，这一频率可达106Hz。这就是所谓特里切尔（Trichel）脉冲（由

42、他于1938年首次发现(fxin)）。由于这些脉冲正好位于射频段，因此会产生强烈的射频干扰。这一现象对于航空、航天以及武器装备中微电子系统将产生不可忽视的危害。飞机、航天器、导弹在飞行过程中，机壳或弹体上会因磨擦而产生静电。当静电电位足够高时，可引发电晕放电，而电晕放电形成的电磁干扰会对飞机、航天器、导弹的制导系统产生干扰，造成制导失灵或通信中断，引发事故。另外，高压输电线上的电晕放电会造成不必要的电力浪费。第120页/共239页第一百二十一页，共239页。电晕(din yn)放电部分图例第121页/共239页第一百二十二页，共239页。第122页/共239页第一百二十三页，共239页。第12

43、3页/共239页第一百二十四页，共239页。当绝缘体相对于导体电位的极性不同时，其形成的刷型放电所释放的能量和在绝缘体上产生的放电区域及形状是不一样的。当绝缘体相对导体是正电位时，在绝缘体上产生的放电区域为均匀的圆状，放电面积较小，释放的能量也较少。而当绝缘体相对于导体是负电位时，在绝缘体上的放电区域是不规则的星状区域，面积比较大，释放的能量也较多。另外，刷型放电还与参与放电的导体的线度及绝缘体的表面积的大小有关。在一定范围内，导体线度越大，绝缘体的带电面积越大，刷型放电释放的能量也越大。一般(ybn)地说，刷型放电释放的能量可高达4mj。因此，它可引燃大多数的可燃气体，但它一般(ybn)不会

44、引燃粉体。可是，90年代欧洲的最新研究成果则推翻了这个结论。Glor, Maurer已用哈特曼管的刷形放电成功点燃硫磺粉和聚乙烯粉. 新实验中确定的聚乙烯粉和硫磺粉的最小点火能量分别为13和1mJ.第124页/共239页第一百二十五页，共239页。感应性刷形放电(fng din)第125页/共239页第一百二十六页，共239页。第126页/共239页第一百二十七页，共239页。第127页/共239页第一百二十八页，共239页。当静电电位比较高的带电导体或人体,靠近其它(qt)导体、人体或接地导体时，便会引发静电火花放电。火花放电是一个瞬变的过程。放电时两导体间的空气被击穿，形成“快如闪电”的火

45、花通道。与此同时，还伴随着劈啪的爆裂声。爆裂声是由火花通道内空气温度的急剧上升形成的冲击波造成的。在发生火花放电时，静电能量瞬时集中释放，其引燃、引爆能力较强。另外，火花放电产生的放电电流及电磁脉冲具有较大的破坏力。它可对一些敏感的电子器件和设备造成危害。第128页/共239页第一百二十九页，共239页。还应当指出，带电导体产生(chnshng)的火花放电和人体产生(chnshng)的火花放电是不完全相同的。在多数情况下，导体的静电放电，形成一次火花通道便能放掉绝大部分静电电荷，即静电能量可以集中释放。而对于人体静电放电来说，由于人体阻抗是随人体静电电位变化而变化，在一次放电过程中可能包含了多

46、次火花通道的形成、消失过程，即重复放电。在每次放电过程中仅仅放掉一部分电荷。即每次仅释放人体静电能量的一部分。第129页/共239页第一百三十页，共239页。高。第130页/共239页第一百三十一页，共239页。传播型刷型放电又称沿面放电，还称Lichtenberg放电。只有当绝缘体的表面电荷密度大于2.710-4C/m2时才可能发生。但在常温、常压下，如此高的电荷面密度较难出现。因为在空气中单极性绝缘体表面电荷密度的极限值约为2.710-5C/m2，超过此极限值时就会使空气电离。只有当绝缘体两侧带有不同极性的电荷且其厚度小于8mm时，才有可能出现这样高的表面电荷密度，此时绝缘体内部电场很强，

47、而在空气中则较弱。当绝缘板一侧紧贴有接地金属板时，就可能出现这样高的表面电荷密度。另外，当电介质板被高度极化时也可能出现这种情况。若金属导体靠近带电绝缘体表面时，外部电场得到加强，也可引发(yn f)刷性放电。刷型放电导致绝缘板上某一部分的电荷被中和，与此同时它周围部分高密度的表面电荷便在此处形成很强的径向电场，这一电场会导致进一步的击穿，这样放电沿着整个绝缘板的表面传播开来，直到所有的电荷全部被中和。传播型刷型放电释放的能量很大，有时可达数焦耳，因此其引燃引爆能力极强。实际上这种很高的表面电荷密度主要发生在气流输送粉料时，或者由绝缘材质构成的大型容器或由带绝缘衬层的金属材质构成的大型容器，在

48、灌充粉状绝缘材料时。第131页/共239页第一百三十二页，共239页。第132页/共239页第一百三十三页，共239页。第133页/共239页第一百三十四页，共239页。第134页/共239页第一百三十五页，共239页。第135页/共239页第一百三十六页，共239页。第136页/共239页第一百三十七页，共239页。第137页/共239页第一百三十八页，共239页。第138页/共239页第一百三十九页，共239页。第139页/共239页第一百四十页，共239页。人体电位（kV）电击程度备注1.0完全无感觉2.0手指外侧有感觉，但不疼发出微弱放电声2.5有针触的感觉，有哆嗦感，但不疼3.0有被

49、针刺的感觉，微疼4.0有被针深刺的感觉，手指微疼见到放电的微光5.0从手掌到前腕感到疼指尖延伸出微光6.0手指感到剧疼，后腕感到沉重7.0手指和手掌感到剧疼，稍有麻木感觉第140页/共239页第一百四十一页，共239页。人体电位（kV）电击程度备注8.0从手掌到前腕有麻木的感觉9.0手腕子感到剧疼，手感到麻木沉重10.0整个手感到疼，有电流过的感觉11.0手指剧麻，整个手感到被强烈电击12.0整个手感到被强烈打击由于人体电击刺激带来的精神紧张，往往会造成手脚动作失常，被机器设备碰伤或从高处坠落，造成静电(jngdin)危害的二次事故。第141页/共239页第一百四十二页，共239页。第142页

50、/共239页第一百四十三页，共239页。第143页/共239页第一百四十四页，共239页。第144页/共239页第一百四十五页，共239页。第145页/共239页第一百四十六页，共239页。第146页/共239页第一百四十七页，共239页。第147页/共239页第一百四十八页，共239页。第148页/共239页第一百四十九页，共239页。第149页/共239页第一百五十页，共239页。: . 多, 血管极少, 不易带走热量. 在射频照射下易水肿. 照射强度增大(zn d), 会使晶体混浊, 形成白内障. 在极强照射下, 会失明. 第150页/共239页第一百五十一页，共239页。第151页/共

51、239页第一百五十二页，共239页。第152页/共239页第一百五十三页，共239页。第153页/共239页第一百五十四页，共239页。第154页/共239页第一百五十五页，共239页。第155页/共239页第一百五十六页，共239页。第156页/共239页第一百五十七页，共239页。部分企业(qy)的防静电措施第157页/共239页第一百五十八页，共239页。第158页/共239页第一百五十九页，共239页。第159页/共239页第一百六十页，共239页。第160页/共239页第一百六十一页，共239页。第161页/共239页第一百六十二页，共239页。第162页/共239页第一百六十三页，

52、共239页。正如前几章章中所指出的，油品在管线内流动时静电起电量与流速的1.52次方成比例地增加。例如，汽油、航空煤油之类的油品，在直径为67.5mm的铁管(ti un)内、流量为每秒10升时，单位时间内的起电量可达10-7A以上。若使它流入对地电容为1000pF的油舱，假设电荷不泄漏，舱内就会以每秒100V的速度升高电压。国内某单位对装柴油的油舱做过实验，开始流量较低时，静电起电并不明显。例如，流量为23t/h时，半小时后测得静电电位刚刚升到870V。若将流量提高到15t/h，约经6分钟静电电位从190V上升到7000V。可见，控制液体流速，是减少静电产生的有效方法。 第163页/共239页

53、第一百六十四页，共239页。不少国家的防静电规程对装油时的流速均作出了限制(xinzh)。但很不统一。有的是根据本国研究机构的研究结果制订的，有的是工业部门或行业协会制订的。下面给出国际上影响最大的三个控制流速的计算公式，供参考。 原西德化学工业协会，对于煤油、喷气飞机燃料、清洁用轻质汽油等，推荐采用如下经验公式来确定极限流速： 或者 第164页/共239页第一百六十五页，共239页。美国石油学会（API）推荐实用规程则提出如下流速公式： 对于汽车槽车： vd0.5 对于铁路(til)槽车、油轮： vd0.8 第165页/共239页第一百六十六页，共239页。 壳牌石油公司也同意使用上式。 按

54、美国公式计算，其流速要比原西德的流速为快。但是，也有更保守的安全流速公式，例如(lr)比较有影响的西欧某一研究机构提出如下公式： vd0.38 第166页/共239页第一百六十七页，共239页。第167页/共239页第一百六十八页，共239页。事故统计资料也表明，顶部装油的事故几率大大高于底部装油。从顶部注油造成事故的例子国内外都时见报道。例如，1977年12月，某工厂一个200吨的油仓装柴油时，使用(shyng)顶部注入方式，柴油中还夹有水，每小时约以1213吨的流量从内径为2.5英寸的管口喷入舱内，约十几分钟发生了爆炸，继而引起大火。事后的模拟实验表明：经5分钟测得油面电位达7000V。随

55、后以相同速度从下部注入，5分钟后电位便从6000V降到300V。所以，坚持底部注入要安全得多。 第168页/共239页第一百六十九页，共239页。底部注油之所以油面电位较低，是由于下面几项原因：在局部范围内可避免因油柱集中下落形成较高的油面电荷密度；减少了喷溅、泡沫，从而减少了新电荷的产生；减少了油品的雾化及蒸发，从而避免低于闪点温度时的点燃；油面上(min shn)部没有突出接地体，从而避免了局部电场的增高。 第169页/共239页第一百七十页，共239页。第170页/共239页第一百七十一页，共239页。第171页/共239页第一百七十二页，共239页。第172页/共239页第一百七十三页

56、，共239页。外，还能起到加快电荷泄外，还能起到加快电荷泄漏的作用，从而消除了静漏的作用，从而消除了静电积聚的危险。电积聚的危险。第173页/共239页第一百七十四页，共239页。加拿大于1963年开始在石油产品中使用抗静电添加剂（ASA-3）。1968年英国开始使用石油抗静电添加剂。1980年北大西洋组织就使用石油抗静电添加剂达成协议，并制定了使用管理标准（ASTM一AG3747）。美国于1979年5月正式批准使用石油抗静电添加剂。前苏联于1978年开始使用抗静电添加剂。我国北京石油化工科学研究院、兰州炼油厂等单位已于1976年研制成功了T1501石油抗静电添加剂，并已于1979年陆续(lx

57、)在全国开始推广使用。 第174页/共239页第一百七十五页，共239页。目前的抗静电添加剂的类型，基本上可分为阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂和两性表面活性剂。就其组成来说，抗静电添加剂都采用多组份金属盐化合物。这是因为两种金属盐配合使用能起到显著的增效和协和作用。其混合(hnh)溶液的电导率要比两种单体盐电导率之和增大数百倍甚至上千倍。 第175页/共239页第一百七十六页，共239页。 抗静电添加剂之所以能防止(fngzh)油品静电起电，其作用机理可从偶电层理论加以解释。表5-2加Zn-Dips苯溶液偶电层厚度浓度，mol/l厚度,m10-52310-41510-311 由偶电层原理可

58、知，当液体在管中流动(lidng)时，液体和管壁的界面形成偶电层。电导率高的液体如水的扩散层很薄。电导率低的液体如烃类则扩散层非常厚，扩散到液体内部的广大范围，引起电荷的分散。而当烃类中有离子性物质时，其偶电层被迫而变薄，使其电荷的分离、分布都受到限制，液体流动(lidng)所携带的电荷量也就大大减少。这就是抗静电添加剂起作用的道理。 第176页/共239页第一百七十七页，共239页。过滤材料油品抗静电剂含量油面最高电位KV油品电导率PS/m纸-玻璃纤维大庆2#航空煤油019.615纸-玻璃纤维大庆2#航空煤油0.1ppmT15014.650纸-玻璃纤维大庆2#航空煤油0.2ppmT15011

59、.2120纸-玻璃纤维大庆2#航空煤油0.4ppmT15010.5240纸-玻璃纤维大庆2#航空煤油1.0ppmT15010400国产(guchn)抗静电剂效果表第177页/共239页第一百七十八页，共239页。第178页/共239页第一百七十九页，共239页。给油舱注油结束后，油面电位并非逐渐下降，而是由于沉降起电等原因，使油面电位有一个上升过程(guchng)，然后再下降。 第179页/共239页第一百八十页，共239页。 第180页/共239页第一百八十一页，共239页。 由此可知，若刚停泵就进行采样、检尺等作业，正好在最高油面电位下工作，是很不安全的。因此应规定在一定的静置时间后方可进

60、行作业。静置时间的长短与油品电导率和容积大小有关。电导率越小，容积越大，电荷消散(xiosn)所需时间越长，静置时间就相应地长一些。日本静电安全指南提出的静置时间参考标准见下表。第181页/共239页第一百八十二页，共239页。油品电导率油舱容积 m3油舱容积 m3油舱容积 m3油舱容积 m3S/m10以下10-5050-50005000以上10-8以上111210-8以下10-12以上23103010-12以下10-14以上456017010-14以下1015120240第182页/共239页第一百八十三页，共239页。第183页/共239页第一百八十四页，共239页。第184页/共239页