四、静电的预防

静电最为严重的危险是引起爆炸或火灾，在实验室中，有些莫名其妙的起火爆炸事故，查到最后，原来都是静电在作票。一旦爆炸极限形成，静电释放往往是爆炸和火灾的罪魁祸首。

在化学实验室里，由物料(主要是溶剂)的静电造成起火或爆炸事故的，主要与物料的极性、流速(包括管道输送速度、搅拌速度、加热回流时蒸气分子与冷凝管内摩擦程度等)、体积量和爆炸性混合物的爆炸极限四个因素相关，四个因素需要同时交汇，缺一不可，只要控制住其中一个因素，就不会导致火灾或爆炸的发生。为了增加安全可靠性，四个相关因素中消除得越多越安全。

静电放电火花只有当静电起电和静电荷积蓄到一定程度形成高电位时才会发生。其中，物料的极性、流速和体积量是决定静电荷数量是否满足形成高电位而放电的三个因素，缺了其中任何一个因素，都不会构成具有危害性的高电位放电，即静电荷数量的危害阙值——放电时的电火花。例如，对高极性的物料，静电来得快去得也块，难以发生静电起电，所以在一般的工艺过程中，即使流速和体积量都很大，都不会有静电危害；如果没有流速，处于静止状态，非极性的物料再多，也不会产生静电，更不会发生静电起电；如果体积量很小(几毫升或几十毫升)，即使是非极性的物料以及高速搅动，也不会形成危害或危害程度很小，因为能量低于0.02mJ的静电火花基本不能引燃一般常用物料，即使这些物料已经达到爆炸极限。

满足了静电荷数量并放出电火花这个条件，还要满足达到爆炸性混合物的爆炸极限才能引起爆炸或起火，即在爆炸极限不成立的环境中，仅存在静电火花也是不会发生起火或爆炸的。例如，图9-20中的静电火花，虽然发生在有机溶剂中，但是因为没有空气，所以不会起火或爆炸，静电火花安然无恙地在有机溶剂中不断闪着，然而一旦静电火花击穿塑料管，必然起火。

图9-20流动相管内的静电放电

除了溶剂的静电起电和静电积蓄放电造成危害之外，人体的静电起电和放电在爆炸极限环境中，也可以引发爆炸事故。

不断及时地导除产生的静电，以及采取其他方面的防护措施也可预防因静电起电和放电而引发的火灾或爆炸。

化学实验室的静电预防措施主要有以下几种：

(1)环境危险程度控制。静电引起爆炸和火灾的条件之一是存在爆炸性混合物。为了防止静电的危险，可采取降低爆炸性混合物浓度的措施，如增加通风换气次数、取代易燃介质等控制所在环境爆炸和火灾危险的程度。

(2)抗静电剂。抗静电剂主要是极性有机溶剂或试剂，能降低流动相的体积电阻率或表面电阻率以加速静电的逸散，消除静电的危险。例如，在实验室常用的石油醚等最易产生静电的烷烃中添加极性大的溶剂，可大大降低静电的生成和静电的泄除逸散，或改用很难产生静电的醇类等溶剂，限制静电的积累，防止静电火花的产生。实验室的实践证明，石油醚中含有高于5%的乙酸乙酯时，就难以在50L以下的玻璃容器内产生静电的实质性危害。又如，在手性药物分离实验室中，将原来极易产生静电的非极性烷烃类正相柱色谱分离改为二氧化碳超临界流体色谱(SFC)技术，使用甲醇、乙醇或异丙醇等醇类，就能从本质上预防静电的产生。

(3)工艺控制。一是尽量避开使用高电阻率的液体溶剂；二是及时导除产生的静电。一些有机溶剂特别是电阻率在1011～1015Ω·cm的液体溶剂，如极性很小的烷烃类、醚类，它们在输送流动中，或在加热时，在沸腾(分子间的碰撞和摩擦)、回流和冷凝(分子间的碰撞和摩擦，以及与玻璃之间的碰撞和摩擦)、搅拌、泼溅等情况下极易产生静电。为了有利于静电的泄导，可采用导电性工具；为了减轻火花放电和感应带电的危险，可采用合适阻值(如10⁷～10⁹Ω)的导电性工具。

为了限制产生危险的静电，烃类在大型管道内流动时，流速与管径应满足以下关系：

V²D≤0.64

式中，V为流速，m/s；D为管径，m。

流速越快，静电起电就越大，所以需要限制流体在管道中的流速。

对于小管径，上述公式并不合适。对于公斤级或规模较大的中试实验室来说，非极性烃类溶剂的流速需控制在2m/s以内，并有静电泄导装置，如管内有不锈钢丝，管外有不锈钢丝缠绕，两端连有静电夹接地。对于化学实验室或分析实验室来说，非极性烃类溶剂的流速过高也会产生静电，图9-20显示了流动相管内的静电放电，当时的流速大于2m/s，组分为85%正庚烷和15%异丙醇。后改为不锈钢材质的管子，并且接地，静电积蓄问题才得以解决。

为了防止静电放电，在液体灌装过程中不得进行取样、检测或测温操作。进行上述操作前，应使液体静置一定时间，使静电得到足够的消散或松弛。为了避免液体在容器内喷射和溅射产生大量静电，应将注液管延伸至金属容器底部，通过金属容器底部直接导地，以减少静电积蓄。

中试实验室或生产车间的反应签，若使用非极性的烃类作溶剂，必须在内壁为金属(不锈钢、普通碳钢)的反应釜中进行，绝对不可用搪瓷玻璃釜。

(4)仪器、设备和管线接地。接地的作用主要是消除导体上的静电，金属导体应直接接地。为了防止火花放电，应将可能发生火花放电的间隙跨接连通起来，并予以接地。仪器、设备和管线接地是最简单、最常用，也是最基本的防静电措施，如图9-21所示。但要注意，它只能消除导体上的静电，而不能消除绝缘体上的静电。

图9-21防静电措施

还需要注意：①防静电系统必须有独立可靠的接地装置(等电位连接装置)，接地电阻一般应小于12Ω，埋设与检测方法应符合《水泥混凝土路面施工及验收规范》(GBJ97-1987)的要求；②防静电地线不得接在电源零线上，不得与防雷线公用：③使用三相五线制供电，其大地线可以作为防静电地线，但是零线、地线不得混接；④接地主干线截面积应不小于100mm²，支干线截面积应不小于6mm²，设备和工作台的接地线应使用截面积不小于1.25mm²的多股敷塑导线，接地线颜色以黄绿色为宜。

(5)增湿。为防止产生大量静电，空气相对湿度应在50%以上；为了提高静电消除效果，相对湿度应提高到65%～70%。当空气相对湿度大于70%时，物体表面往往会形成一层极薄的水膜。水膜能溶解空气中的二氧化碳，使表面电阻率大大降低，加速静电逸散，但是要注意，增湿的方法不宜用于防止高温环境中绝缘体上的静电。

(6)防静电工作服装和鞋。对易燃易爆工作场所，工作人员应统一穿着防静电工作服装和鞋，而且要有防静电服装和鞋的各方面指标以及性能的严格要求。防静电服装和鞋可以在穿着过程中消除静电隐患，避免生产事故的发生。

(7)静电消除器。在进入可能存在爆炸极限的环境前，或接触仪器设施前，需要将人体的静电清除掉，可以在门口安装人体静电消除器，触摸一下，使人体充分放电，如图9-22和图9-23所示。

图9-22标志

图9-23人体静电消除器

不光是仪器设备要接地导除静电，人体也要进行静电接地。如果在某环境中只有仪器设备一方接地，当处于绝缘状态的带电人体(或物体)与接地体接近或接触时，会产生放电火花；相反，接地人体(或物体)接近或接触带静电的孤立导体时，同样会产生火花放电。

(8)雷电。例如，空中的闪电、运输雷和落地雷其实都是自然界的静电放电现象，危害也是很大的。雷电的防护需要在进行建筑设计时就要引起重视并按照有关设计施工标准切实实施：在建筑物最高处，如女儿墙四周，要使用规范的25mm×4mm防雷扁钢，连接导线需入地2m以上，包括各个实验室在楼顶的排风机等露天设施，都要共同牢固接地防雷。需要特别注意，实验室内的仪器、设备和管线的防静电系统接地线，可以与防漏电接地线相连，同接在等电位连接端子箱上，但不可与防雷电接地网线相连。

文章来源：《有机合成安全学》

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