化工物料包装过程静电危害分析

刘 娟, 孟 鹤，宫 宏，刘全桢，李亮亮

(中国石化青岛安全工程研究院化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛 266071)

聚烯烃、聚酯(PET)材料等化工物料在较宽的温度范围内可保持优良的物理性能，被广泛应用于服装、薄膜、包装材料及工程塑料领域[1-3]。然而，高绝缘化工物料在输送和包装过程中因物料与管道、物料间相互碰撞、摩擦产生静电[4,5]，高能静电放电不仅可能引燃可燃性粉尘，还可能对人体造成电击事故，影响物料包装操作人员身心健康。为此，化工物料包装过程的静电产生机理、危害以及静电消除一直是化工物料生产领域关注的重点。本文从某聚酯切片的包装过程入手分析其静电产生原理，并通过现场对包装物料及包装袋表面静电进行检测说明其静电危害性，探讨化工物料包装过程物料静电防控措施，为物料包装过程静电安全管理提供参考依据。

1 聚酯切片包装过程介绍

聚酯切片通常指由聚合生产得到的聚酯产品加工成的片状颗粒。聚酯切片为静电非导体，一般电阻率在1010～1013Ω·m，因此，聚酯切片极易因物料与管道、包装袋以及物料摩擦带电。

某型号聚酯切片经包装对外销售时采用吨袋定量包装(包装示意见图1)，切片包装袋为1.1 t尼龙编织大包装袋，编织袋内衬塑料袋。包装时由操作工将编织袋挂在切片落料口支架上并用压缩空气吹胀，聚酯切片在料斗内沿下料管进入包装料袋，后经自动计量装满后由操作工手动扎紧袋口，包装好的聚酯切片通过自动输送带送至规定位置。

图1 聚酯包装过程示意

2 聚酯包装过程粉体静电产生机理及危害

2.1 粉体静电产生机理

a)物体间的接触和分离产生电子转移。物体间的接触距离小于20×10-8cm时,物体所带电荷不能流失而发生积聚，发生电子转移，如果分离的速度足够迅速，物体即可带电。紧密接触、迅速分离的形式如撕裂、剥离、拉伸、加捻、撞击、挤压、过滤及粉碎等。

b)电磁感应造成物体表面电荷的不平衡分布。在工业生产中，带静电的物体能使附近不相连的导体，如金属管道、零件表面的不同部位出现带有电荷的现象。

2.2 聚酯切片静电产生过程分析

高绝缘聚酯切片输运过程中，聚酯切片与管道、聚酯切片物料间相互摩擦与碰撞而产生大量静电，因此，聚酯切片静电带电过程主要包括以下方面。

切片过程：由于原干式切粒机易产生粉尘及不规则粒子，聚酯切片在管道气送过程中，由于高速冲击，粉尘及不规则粒子与管壁和容器壁发生摩擦，使得切片颗粒表面带有大量电荷，从而产生静电。

高位料仓出仓过程：聚酯切片绝缘性高，静电消散时间常数大，其本身所带电荷不易消除，所以当切片从高位料仓放出时，仍带有大量电荷，当电荷量达到一定值时便会放电。

风送过程：切片在管道的输送过程产生大量静电，即切片在进入高位料仓之前已积聚了大量电荷，这些电荷进入料仓后逐渐消散，其过程满足：

Q=Q0E-t/τ

(1)

式中：Q——切片任意时刻的带电量；

Q0——切片进入料仓时的带电量；

t——切片在料仓内的存放时间；

τ——切片的静电消散时间常数。

从公式(1)可以看出，切片在料仓存放时间越长，则切片的剩余电荷量越少。然而高产量的作业方式，聚酯切片不可能在料仓存放较长时间，所以料仓中聚酯切片长期处于高带电状态。

下料包装过程：切片在重力作用下从高位料仓进入包装袋，切片在高速下落时与出料口管壁摩擦产生电荷，致使切片在原有的基础上电荷量继续增加，出料越快，所产生静电量越大。此外，切片之间、切片与包装袋摩擦和冲撞也会产生静电，同时，包装袋材质导电性差，与其内衬的塑料袋分开时也会产生剥离带电。

2.3 聚酯切片包装过程静电危害分析

静电放电是静电电场的能量达到一定程度后，击穿其间介质而进行放电。聚酯切片包装过程中潜在静电放电危害如下。

造成干扰：静电放电将引起计算机、自动控制装置等电子设备的故障和误动作。

绝缘击穿：产品静电足够高时较大的场强可引起空气或介质绝缘击穿。

静电吸尘：由于物料颗粒带有静电，导致物料颗粒具有吸附粉尘的能力，因此，切片及包装袋携带静电会吸附灰尘对产品质量造成不良影响。

造成电击：静电电击是由带电的人体触地放电，或由带电物体向人体放电。当人体受到电击时，往往会发生手指尖负伤或手指麻木等机能性损伤；电击可造成产生二次事故，如坠落、跌伤等；此外，由于经常受到电击产生恐怖情绪，而使工作效率下降。

引起爆炸火灾：在易爆炸区域和火灾危险场所，静电放电将起点火源的作用，容易引起燃烧爆炸，造成严重后果。

3 聚酯切片包装过程静电检测

对某聚酯生产企业聚酯切片包装过程中的静电产生情况进行了全面检测，检测参数包括：①下料包装过程中包装袋的表面静电电压；②下料包装完成时包装袋内聚酯切片的荷质比(聚酯切片带电量与其质量的比值)。检测对象包括：①某涤纶一厂下料包装车间；②某短纤生产中心下料包装车间；③某涤纶三厂下料包装车间。检测仪器为：EFM022型静电电压表(0～±200 kV)；284型电荷量表。

表1(23.5℃，64.0%RH)、表2(23℃，67.0%RH)、表3(25.4℃，47.6%RH)和表4(25.4℃，50.6%RH)分别是某公司涤纶一厂、短纤生产中心和涤纶三厂的聚酯切片包装过程包装袋表面静电电压和物料荷质比检测结果。

表1 某涤纶一厂瓶级聚酯切片包装过程静电检测

表2 某短纤生产中心膜级聚酯切片包装过程静电检测

当带电体是静电非导体，一般情况下，电位在30 kV以上向人体放电时，将感到电击[6]。结合表1～表3测试数据可以看出，聚酯切片包装过程中会产生大量静电，静电非导体包装袋表面电位可超过100 kV，远高于可引起人体电击的界限30 kV。现场包装袋高表面电位致使人工操作时经常发生包装袋静电打火现象和操作人员遭电击事件。

表3 某短纤生产中心膜级聚酯切片包装过程静电检测

表4 某涤纶三厂膜级聚酯切片包装过程静电检测

聚酯切片包装时用于包装切片的打包袋(在制作、运输、搬运、包装过程中)本身会产生静电，同时在聚酯切片装袋过程中带电物进入袋内，造成包装袋表面高电位超过100 kV，因此，影响包装袋表面电位主要因素为空气湿度和包装物料带电量。从检测结果可以看出：①空气湿度对聚酯切片下料包装过程中静电的产生有很大的影响。以短纤生产中心下料包装车间2号包装线为例，当空气湿度为67.0%RH时，包装袋表面静电电压为120 kV左右，物料荷质比为110 nC/kg左右；而当空气湿度为47.6%RH时，包装袋表面静电电压超出测量范围，物料荷质比为280 nC/kg左右；②物料荷质比与包装袋表面静电电压成正比，物料荷质比增加，则包装袋静电电压升高。

4 结论

化工物料包装是静电危害发生的集中作业环节，特别是在气候干燥的季节，具有很大的静电危害性。首先是人体静电危害。根据检测结果，聚酯切片包装过程中包装袋表面电压均在100 kV以上，存在操作人员遭受静电电击，甚至二次伤害危险。此外，聚酯切片和包装袋表面静电会吸附灰尘，物料荷质比和包装袋表面静电电压越大，吸附灰尘越多。为消除物料、料袋及人体静电，解决打包作业静电打火和电击问题，避免因静电吸附对产品质量造成的不良影响，需采取有效措施，如：①根据GB 50813-2012《石油化工粉体料仓防静电燃爆设计规范》要求，在放料口或包装口设置离子风静电消除器；②包装口附近应设置离子风表面静电消除器，中和包装袋表面静电；③放料口或包装口应设置专用接地端子或跨接线；④下料包装处应设置防爆型人体静电消除器；⑤操作人员需穿防静电鞋、防静电服。

5 参考文献

[1] GIULIANA G, VALERIAB,CANDIDA M, et al. Effect of temperature and morphology on the electrical properties of PET/conductive nanofillers composites[J]. Composites Part B: Engineering, 2018, (135): 149-154.

[2] 张有定. 我国聚酯切片市场现状与发展趋势[J]. 合成纤维, 2014, 43(3): 1-4.

[3] 赵燚根. 影响瓶级聚酯切片质量及后续加工因素分析[J]. 石化技术, 2017, 24(6): 84-85.

[4] 闫承花. 聚酯/碳纳米管共混纤维的抗静电性能[J]. 合成纤维, 2012, 41(2): 24-26.

[5] GROSSHANS H, PAPALEXANDRIS V. Numerical study of the influence of the powder and pipe properties on electrical charging during pneumatic conveying[J]. Powder Technology, 2017, (315): 227-235.

[6] GB 12158-2006防止静电事故通用导则[S].