有机硅企业生产装置静电及预防措施探索

有机硅产业链涵盖基础原料（硅烷单体）→中间体（聚硅氧烷）→高附加值终端产品（硅橡胶、硅油、硅树脂等），生产环节复杂，涉及高温高压、易燃易爆等高风险工艺。产业链安全风险呈 “上游单体>中间体>终端产品” 梯度分布，近年事故多集中于原料与单体环节。安全事故发生的主要原因有设备老化，也有人为因素，如操作失误、培训不足，有应急能力薄弱等，在众多引发事故的原因中，静电问题不容忽视，因其可能引发火灾、爆炸等安全事故。因此，探索静电的产生机理及预防措施具有重要意义。

1.产生静电的原理以及预防措施

1.1 静电的产生

静电是指静止不动的电荷（通常由电子转移产生）在物体表面或内部积累所形成的电现象。其本质是电荷的不平衡分布，导致物体带有正电或负电。静电的产生，主要有三种。一是感应起电，带电物体靠近导体时导体内部电荷重新分布，导体两端出现等量正负感性电荷的现象。二是接触分离起电，两种不同材料的物体接触后间距小于 2.5 纳米当两物体迅速分离时即有可能产生静电。摩擦实际上就是一种不断接触与分离的过程，材料的绝缘性越好越容易产生静电。这是化工企业最常见也是危害最大的静电产生方式，是本文阐述的重点。其他方式如压电效应、热电效应等。

1.2 静电产生的常见场景

化工企业是静电事故的高发场所，静电积累可能引发火灾、爆炸等严重事故。以下是化工企业中静电产生的常见场景及风险分析：

(1)物料流动与输送过程管道输送液体或气体。当低电导率液体（如有机溶剂）在管道中高速流动时，会因摩擦产生静电（流动带电）。流速过高（如超过 1 m/s）时静电积累加剧。管道内壁粗糙或存在异物（如铁锈）会增加摩擦。

(2)罐车装卸。通过鹤管向槽车装填易燃液体（如甲苯）时，液体冲击罐壁产生静电；未使用防静电鹤管或接地不良，顶部喷溅式装车时。

(3)搅拌、混合与过滤。 反应釜搅拌内非导电液体（如有机硅单体、树脂溶液）在搅拌时与桨叶摩擦产生静电。搅拌转速过快或桨叶材质（如塑料）易带电，釜内存在气体空间，静电火花可能引燃蒸气。

(4)过滤操作产生静电。过滤不导电液体（如涂料、溶剂）时，滤网与液体摩擦产生静电。滤材（如尼龙滤布）绝缘性强，电荷难以消散。

(5)粉体处理过程产生。粉体输送与倾倒时，塑料颗粒、硫磺粉等通过气力输送或人工倾倒时，颗粒间碰撞摩擦带电。粉尘云达到爆炸极限时，静电火花可能引发爆炸。

(6)筛分与研磨产生。粉体在振动筛或球磨机中运动时产生静电。设备未接地或使用绝缘性衬里（如聚丙烯内衬）。

(7)人员操作与设备。人员作业活动时员工穿脱化纤工作服、在橡胶地板上行走时，人体可携带数千伏静电。未穿戴防静电服/鞋，接触易燃物料前未触摸放电柱。设备运行时皮带传动、塑料齿轮转动时摩擦带电，传动带（如橡胶材质）静电积累后放电。

(8)其他风险场景，清洗容器时使用蒸汽或高压水冲洗残留易燃液体时雾滴带电、采样检测时高金属取样器未接地直接插入液体中、产品以及高沸物低沸物包装过程中塑料瓶/袋灌装液体时摩擦带电。

1.3 静电起电顺序表

以下是静电起电序列，也称为摩擦起电顺序表。

该表格列出了不同材料在相互摩擦时获得正电荷 (+) 或负电荷（-）的趋势。排列越靠上的材料更容易失去电子带正电，越靠下的材料更容易获得电子带负电。且其带电量数值与该两种物质在表中所处上下位置的间距有关，即在同样的条件下，两种物质所处的上下位置间隔越远，其摩擦带电量越大。

1.4 静电的生命周期

静电的“生命周期”本质是能量转换过程，以下为静电生命周期示意图：

摩擦/接触 电荷分离 积累 （放电/传导） →中和 消散静电的电荷的积累与释放过程，其生命周期可分为 4 个阶段：

(1)电荷分离，即当两种不同材料接触并摩擦时，由于电子亲和力差异（见静电序列），电子从一种材料转移到另一种材料，导致正负电荷分离。如氯硅烷在管内流动，金属管带正电、氯硅烷带负电头带负电；走路时鞋底与绝缘垫摩擦人体带正电，绝缘垫负电。影响因素有材料性质、摩擦速度、接触面积及环境湿度，干燥环境电荷更易积累。

(2)电荷积累，即分离的电荷因材料绝缘性无法立即中和，在物体表面或内部形成静电场。如绝缘体（如塑料、橡胶）可长期保持电荷、导体（如金属）若孤立（如悬浮的金属球）也可能积累电荷。特点是电压可达数千伏（如脱毛衣时的火花电压约 10,000V），可能干扰电子设备或引发易燃环境爆炸。

(3)电荷中和，积累的电荷通过放电或传导回归平衡状态。其放电方式有火花放电，高电压击穿空气形成可见火花如触碰门把手时的“电击”；电晕放电，局部电离空气，缓慢释放电荷如高压电线周围的蓝光；传导放电，电荷通过导体如接触人体静电导线柱导入大地。

(4)电荷消散，残余电荷通过环境介质（空气、湿度）或时间推移逐渐消失。加速消散的方法增加湿度（水分子导电）、使用抗静电材料（如碳纤维、防静电喷雾）、接地（将导体与大地连接）。

1.5 静电的释放类型

静电释放是指积累的静电荷通过不同方式快速中和的过程。根据释放形式、能量大小和环境条件，静电释放可分为 5 种主要类型，每种类型具有不同的物理特性和应用/风险场景。

（1）火花放电，即高电压静电场击穿空气，形成瞬时导电通道，产生可见火花和“啪”的声响。其特点是高能量，电压可达数千至数万伏（如人体静电火花约 3,000~25,000V）；快速释放，持续时间纳秒至微秒级。一般发生在两个导体之间，液体或者固体放电产生火花。如当导体如储罐、金属桶、人员等未接地而带电；金属管使用绝缘垫片螺栓被腐蚀时；当导电液体传导到绝缘桶使用金属取样器取样过程；当触碰金属门把手时的电击等。此类在物料装卸口、包装站、粉尘环境中存在易燃气体/粉尘被火花点燃爆炸风险，是最危险的。

（2）电晕放电，即局部强电场使空气电离，形成缓慢、持续的放电现象，通常伴随微弱发光（蓝紫色光晕）。其特点是低电流，能量较低，无明显火花；非破坏性：常见于高压设备周围。如高压输电线路周围的“电晕效应”、激光打印机中的静电成像（通过电晕线充电）。

（3）刷形放电，即电荷从绝缘体表面通过空气向导体释放，形成多分支的微弱火花（形似刷子），当圆形接地导体朝带电的绝缘体移动时，会产生刷形放电，其特点是中等能量，介于火花放电与电晕放电之间。如塑料管道输送易燃液体时、使用金属取样器进行取样时、粉体工业中料仓环节等。

（4）传播型刷形放电，高电荷密度绝缘体（如薄膜、涂层）表面发生的大面积快速放电，能量极高。其特点是高危险性，可释放数焦耳能量，足以点燃爆炸性环境；快速传播，放电沿表面扩展。如撕开大型塑料膜或剥离绝缘涂层时、化工设备中绝缘材料积累静电后的突发放电。

（5）雷闪放电，大规模静电积累导致的强烈放电，类似自然闪电的微型版本。特点是极高能量，工业或特殊环境中出现（如大型储油罐）；长距离击穿，放电跨度可达数米。如油轮卸油时油面与管道间的放电、雷暴云与地面间的自然闪电（宏观静电释放）。

静电释放类型从微弱的电晕放电到危险的雷闪放电，能量和形式差异显著。理解这些释放机制对工业安全（如化工、电子制造）和日常生活防静电至关重要。如电子工厂需避免火花放电损坏芯片、加油站需防范刷形放电引发火灾、雷暴天气避免户外高处活动（防闪电）。

1.6 静电的预防措施

在有机硅工业生产中，静电积累可能引发火灾、爆炸、产品质量问题甚至设备损坏。由于其生产常涉及易燃溶剂（如甲苯、二甲苯）、粉体原料（如硅粉）及绝缘性有机硅产品，静电防护尤为关键。针对有机硅工业的系统性静电预防措施：

3.6.1 工艺与设备层面的静电控制

(1)接地与等电位连接。所有金属设备（反应釜、管道、储罐、输送带）必须可靠接地（接地电阻≤10Ω），消除导体上的电荷积累；非金属设备（如塑料管道）内嵌金属网或使用导电材料（如碳纤维增强塑料），并接地；移动容器（吨桶、小推车）加装接地链条或导电轮。

(2)限制流速与防湍流设计。液体输送：管道中易燃溶剂（如甲苯）流速控制在<1 m/s（参考 NFPA 77 标准），减少摩擦电荷。粉体输送：采用惰性气体（如氮气）保护的气力输送系统，避免硅粉高速摩擦带电。

(3)静电消散材料应用。使用抗静电软管（表面电阻率 10⁴~10⁹Ω）输送有机硅单体或溶剂。反应釜内壁喷涂 导电涂层（如含石墨的环氧树脂），防止电荷局部聚集。

(4)湿度控制。保持生产环境湿度 40%~60% RH（尤其粉体处理区域），通过水分子导电加速电荷泄漏。

3.6.2 操作与管理的防护措施

(1)人员防静电。操作人员穿戴防静电服/鞋（表面电阻 10^∘～10^∘Ω ），佩戴接地手环（接触敏感设备前）。禁止穿化纤衣物（如尼龙）进入高风险区域。

(2)安全装卸与过滤。溶剂灌装：采用底部充装（避免高位喷溅），并使用静电消散器（如松弛管 )_a 过滤器：选用导静电滤芯（如金属烧结网），避免滤材（如聚丙烯）摩擦带电。

(3)静电监测与预警。安装在线静电场强仪，监测关键点位（如储罐入口、粉体投料口）。高风险区域设置静电报警器（当静电压超过阈值时触发通风或停机）。

3.6.3 特殊场景的针对性措施

(1)粉体处理（硅粉、白炭黑）。惰化保护，即在粉体仓内充氮气，降低氧气浓度（<10%），防止静电火花引燃；抗电添加剂，粉体中混入少量导电剂（如纳米氧化铝）。

(2)有机硅树脂/橡胶生产。卷材生产中使用离子风棒中和薄膜表面静电，防止吸附灰尘或分层不均。硫化成型时模具采用金属材质并接地，避免橡胶剥离时产生传播型刷形放电。

(3)仓储与运输。储罐内设浮顶或缓冲板，减少液体晃动电荷。运输车辆装卸前连接静电接地桩，运输途中保持导电拖地 带接触地面。

3.6.4 应急与维护

(1)定期检测，即每月检查接地系统电阻，每年进行静电防护系统全面评估。

(2)应急预案，针对静电火灾配备二氧化碳灭火器（禁止用水或泡沫扑救溶剂火）

3.6.5 行业标准参考

国内及国际上根据静电特点，制定了一系列的标准及规范，企业可参照指标及规范执行，国际上 NFPA 77（静电防护标准）、IEC 60079-32-1（爆炸性环境静电防护），国内如 GB 12158-2006《防止静电事故通用导则》、GB 15599-2023《石油与石油设施雷电安全规范》（部分条款适用）。

4.总结

静电是有机硅生产中的潜在安全隐患，本文就其产生机理进行初步研究，并分析采取有效措施预防，核心原则即“导走电荷、避免积累、消除点火源”，如通过设备接地、增加湿度、使用抗静电材料、限制流速、人员防护及静电检测与消除等手段，可有效降低静电带来的风险。

参考文献:

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