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粉体静电

第一节 石化企业的粉体静电与事故
一、概述
改革开放二十多年来，我国石油化工企业聚烯烃粉体生产规模迅速扩大，1982年全国年生产量不足100万吨，1989年则突破200万吨大关，1996年年产量达到320万吨，近几年来年产量仍然以20%增长。与此同时，由粉体而引起的爆炸和燃烧事故也迅速增多。根据国内外粉体爆炸事故统计，由静电而引起的事故占据第二位。
从我国石油化工行业近几年来68起聚烯烃粉体料仓燃爆事故和辽化HDPE装置大爆炸事故统计资料可知，燃爆事故的点火源是粉体静电放电所造成的。
聚烯烃粉体绝缘程度高，生产过程中可能的起电量可达0.1～100μC/kg，静电泄漏缓慢，生产过程中的粉体往往会积聚很高的电荷。这种静电的积聚会给粉体带来两类危害。
1、第一类是带电粉体粒子之间，粒子与管壁、容器之间的静电力作用，给生产带来各种障碍与危害。
这类粉体静电危害事故常见的表现形式有；气体输送管道的堵塞，特别容易出现在管道弯头或气体、粉体的分离区域；带电介质粒子对筛网孔的粘附，从而改变筛子的有效孔径，容易造成网孔堵塞；细微粒子会在管道壁和仓壁上停留，造成粘附层现象；影响粉体介质的有效混合，降低产品质量。
下面举例说明。
例一，聚苯乙烯粒料相互吸附现象。
大连石化分公司聚苯乙烯装置的聚苯乙烯粒料，筛分后出现细粒料与中大粒料粘结，影响产品质量。2002年9月5日安技所技术人员到车间了解了该装置的概况，以及粘结现象。为了判定粘结原因，我们又制作一套小型简易模拟试验装置，并在车间取回一部分聚苯乙烯粒料。通过模拟试验和现场实际情况察看，可以初步断定聚苯乙烯粒料粘结的原因是由于静电吸附而引起的。
通过聚苯乙烯物化特性可知，聚苯乙烯属高绝缘粉体。它的起电特性与其它的聚烯烃粉体起电特性基本相同。公司聚苯乙烯粒料干燥过程是在直径约600mm、长约40m金属管内进行的，风量为17000m3/h—22000 m3/h，其输送速度约为16.7m/s—21.62m/s。此种工艺条件决定了聚苯乙烯粒料在管内与管壁或料粒的相互接触摩擦、碰撞，使其带电。
决定聚苯乙烯粒料起电因素有以下几点：
（1）聚苯乙烯体电阻率高（1017~1019Ω.cm）。一般情况下粉体起电与材料的电阻率大体成正比关系，当电阻率＜108Ω.cm，一般不起电；当108Ω.cm＜ρ＜1012Ω.cm，起电较小；当ρ＞1012Ω.cm，起电较高。
（2）与粉体粒径尺寸有关。一般情况下粒径越小，起电就越高。通过试验装置进行的模拟试验可明显观测到，聚苯乙烯中大粒料的起电量小于细粒料的起电量。
（3）与风速有关。粉体起电与粉体风送速度关系较大，速度越高，起电越高。而公司的聚苯乙烯输送速度为16.7m/s—21.62m/s，属高速度输送，所以起电高。
（4）与质量转移率有关。粉体起电与质量转移率（或负荷）成反比关系，风送粉体质量流量越高，起电荷质比越小。而公司的聚苯乙烯物料输送量为1.3kg/s，属于疏相输送，所以起电量高。
上述各种因素决定了聚苯乙烯粒料在输送过程中起电，并且起电量很高。由于粉体粒料在起电过程中每个粒料所带电的极性不尽相同，也就是说粒料有的带正电有的带负电。只是聚苯乙烯粒料带正电的粒料多于带负电的粒料，所以聚苯乙烯整体物料呈现正电现象。由于粒料中有带负电的粒料，所以带正电的大粒料与带负电的细粒料在静电的库仑力作用下，相互吸引，粘结在一起。
例二，LLDPE装置流化床爆聚现象。

LLDPE装置流化床反应器内粉体在气相悬浮状态下进行反应，这样流化床反应器内粉料必然产生静电，这样粉末会被吸附到反应器内壁上，内壁上的粉末与催化剂反应后，就形成了结片。当结片增达到一定程度时就脱落到反应器内和反应器下部的分布板上，此时脱落的结片由于反应会迅速增大，使分布板形成堆积状态，且分布扳会造成堵塞状态。由此会造成反应器爆聚事故。
反映器内的静电检测系统检测的反应器内电压值超过2kV时，就容易形成结片。特别是膨胀段部分。

2、第二类是电荷积累能够产生很强的静电场，从而导致各种类型的静电放电发生，或引起火灾和爆炸事故，或引起人体电击。
这类事故主要有粉体料仓燃爆事故，粉体装置爆炸事故，下料口闪爆事故，各种聚烯烃包装时人体电击现象等。
例一，装置爆炸事故。
2002年2月23日7：27，辽化烯烃厂HDPE新装置发生爆炸，当场死亡8人。
事故最终分析结论爆炸的点火源是流化床内粉体静电放电。
流化床内的静电产生：
流化床内的静电主要是由于聚乙烯粉料在高气流作用下，空间悬浮摩擦而形成的。影响流化床内的聚乙烯粉体带电和危险的主要因素，聚乙烯的电阻率、粒度、最小点火能、容器内的可燃气体浓度。
辽化聚乙烯粉料的电阻率1014Ω，属于高绝缘物质，所以粉料在流化床内悬浮摩擦、碰撞以及流动等过程中极易起电。我们曾对辽化聚乙烯粉料输送过程进行测试，试验装置电荷密度范围为26μC/kg—110μC/kg。这说明了辽化聚乙烯粉料是高起电物料。
辽化聚乙烯粉料平均粒径：＞500μm约5—6%，＜125μm约10%左右。由于物料的粒径比较小，所以在流化床内不会形成大量的堆积状态。流化床内的粉料静电放电形式可能有以下几种：火花放电（放电能量可达几十mJ）、沿面放电（放电能量相当10mJ左右）、刷形放电（放电能量在1—3.6mJ）、电晕放电（放电能量在μJ）等。根据现场实际情况分析，聚乙烯粉料的最小点火能量为10mJ，如果流化床内存在火花放电（放电能量可达几十mJ）、沿面放电（放电能量相当10mJ左右），则流化床可能早已发生爆炸，所以我们认为可以排除流化床内的传播型刷形放电、火花放电、沿面放电。
由于供流化床使用的空气带有一定量的可燃气体，这样就大大降低了流化床内可燃物的最小点火能量。我们所做过聚乙烯粉尘与乙烯气体混合物的最小点火能的测试，测试结果如下表所示。

表1
杂混合
物特征
粉料性质
上海石化公司聚乙烯粉料（含纤维）
气体含量（下限%）
0
20
40
60
80
最小点

火能数据
Em，50%（mJ）
28.814
18.540
9.352
7.09
3.910
Em，10%（mJ）
15.314
11.430
3.414
2.450
1.060
Em，4%（mJ）
12.228
9.553
2.361
1.662
0.659
Em，1%（mJ）
9.151
7.710
1.502
1.030
0.34
表2
杂混合
物特征
粉料性质
齐鲁石化公司聚乙烯粉料
气体含量（下限%）
0
20
40
60
80
最小点

火能数据
Em，50%（mJ）
40.650
33.140
25.610
18.990
12.400
Em，10%（mJ）
20.120
13.610
8.570
5.740
2.001
Em，4%（mJ）
15.554
9.856
5.742
3.703
1.031
Em，1%（mJ）
11.340
6.590
3.510
2.160
0.460
由表一、表二我们可以看出，聚乙烯粉料与乙烯气组成的杂混合物的最小点火能随可燃气的浓度增加基本上呈直线下降的关系，当可燃气体的浓度达到气体爆炸下限浓度值的一定百分比时（上海石化公司聚乙烯粉料为40%、齐鲁石化公司聚乙烯粉料为60%），其最小点火能值与刷形放电的能量值（1—3.6mJ）相当。
根据上述分析我们认为，流化床内聚乙烯粉料与乙烯气体混合物爆炸的点火源是由流化床内静电刷形放电所至。
爆炸后的流化床情况：
从爆炸后的现场看，爆炸最为严重的是流化床，流化床前端尤为严重，这说明爆炸点在流化床的前部。其原因是蒸汽蒸馏后的聚乙烯粉料从流化床的前端进入流化床，所以流化床的前部第一室与第二室的物料最多，所产生的静电也最高，易形成静电放电现象。

例二、辽化料仓的爆炸
1988年9月28日，辽化聚乙烯装置3#料仓进134t料均化后准备向造粒工段送料。由于松动风机有故障（正常风量为3000m3/h）而改用均化风松动（风量为5300m3/h），启动后3#仓顶部爆炸着火。料仓上部排风系统抛起5—7米，向东飞出40余米，火焰窜出2—3米。10秒左右，3#仓大火被正在进料的4#仓吸入（负压进料），4#仓随着也被引燃。
事故的主要原因是过滤器不是防静电材质，过滤器卡箍为孤立导体，造成孤立导体放电，而引起爆炸着火事故。
例三、大庆LDPE装置分析仓闪爆事故
该装置1986年7月投产，装置分析仓1986年发生3次闪爆事故，1991年11月6日发生一次闪爆事故，2001年2月10日发生一次闪爆事故。5次闪爆原因基本相同，现以1991年和2001年两次事故为例作以简要的分析。
简述事故经过与原因
1991年11月6日10：15，分析仓B-603A满仓后，由分析仓B-603A切换分析仓B-603B过程中，分析仓B-603A发生闪爆。
2001年2月10日12：07，分析仓B-603B满仓后，由分析仓B-603B切换分析仓B-603A，分析仓B-603B进行脱乙烯气体和等待化验结果，过16分钟，即12：23，分析仓B-603B发生闪爆。
这两起事故发生的类型相同。分析仓正常进料情况下，输送风量大，分析仓内的乙烯浓度低。同时，因分析仓内料少情况下其底部通风阻力小，通风量大；而当分析仓满后，一方面底部通风量减少，另一方面输送风量没有了，夹杂在聚乙烯颗粒中的乙烯气体逐渐挥发累积一定的浓度。由于聚乙烯颗粒料堆表面的静电电位很高，出现静电放电，从而引起分析仓内的可燃气体燃爆事故。

例四、下料口的静电危害
小本体法聚丙烯下料口静电闪爆事故；
聚乙烯下料口、聚酯下料口的静电电击现象。

第二节 工业粉体静电起电特点

粉体在生产、储运和运输过程中，要经过搅拌、筛分、气力输送等不同的工艺流程。这样粉体颗粒与容器壁、管道内壁以及筛网等器具之间的接触分离、碰撞、摩擦、剥离等现象而产生静电。大量的试验和实际生产中的数据统计分析表明，粉体起电有着特有的规律和特点。
1、粉体起电与其电阻率有关。
ρ＜108Ω.m时，可不考虑粉体静电。
108＜ρ＜1012Ω.m时，起电小，要求接地。
ρ＞1012Ω.m时，易起电，要求专门的防护措施。
2、粉体起电与其粒径有关。
粉体起电（q）与粉体比表面成线性关系，粒径越小，起电荷质比越高。
3、粉体起电与湿度有关。
湿度对粉体起电影响比较明显。对粗颗粒，粉体起电总的趋势是随湿度的增加而减少。而对细粒料，湿度的影响比较复杂：干燥条件和湿条件都可以产生较高的起电，只是极性相反而已。
4、管道表面状态。
管道表面沉积的细粉末，对粉体起电有一定影响。随着沉积层厚度的增加，起电逐渐下降，沉积层进一步增加，起点极性则可能出现反转现象。
例如：PS粒子在2.1cm直径铝管中输送，在新管线中起电为正极性，随流速的增加成指数率增加；当管线中有部分粉尘附着时，起电明显减小，而如果管线附着物进一步增加，例如全部附着时，粉体起电极性反转，而数量绝对值与新管线起电量级相当。
5、冲撞速度。
粉体起电随冲撞速度的增加，起电呈指数增加。
6、送料量。
通常，粉体起电荷质比随送料量增加而减少。
我们试验的结果：
辽化HDPE细粉料
367.2kg/h ———— -110μC/kg
800 kg/h ———— -26μC/kg
7、与作业方式有关。
不同的作业方式，起电差异较大。
表3
作业名称
带电量C/kg
筛分
10-11～10-9
倾倒、搅拌
10-9～10-7
螺旋进料器
10-8～10-6
磨碎
10-7～10-6
精细粉碎
10-7～10-4
风力输送
10-6～10-4
8、粉体起电饱和值。
一般粉体的荷质比在10-7～10-3C/kg范围内。但要注意的是粉体表面所能积累的电荷密度是有限的，在正常情况下不会超过27μC/m2。这是因为若粒子带电表面电荷密度超过此值，其表面的电场强度也相应增高到可以使周围的空气发生击穿，从而导致放电的异号电荷中和粉体粒子上的带电。
我们进行的饱和长度试验：
（1）三段管（26.1m）测试数据
表4
风量（m3/h）
150
280
200
240
300
电流（μA）
2.00
2.70
3.25
4.50
5.20
（2）五段管(60.5m)测试数据
表5
风量（m3/h）
150
280
200
240
300
电流（μA）
1.95
2.90
3.37
4.30
5.70
（3）结论
从上述数据可看出：同样工艺操作条件下五段管与三段管粉体带电能很好地吻合。即粉体流动电流在数值上是非常接近的，所以可以认为本试验装置输送管线在工艺条件下超过流动电流饱和长度。
另外，从两表的数据还可看出，随输送风量的增大，粉体带电也随之增加。
9、风送粉体大料仓中聚烯烃粉体的起电情况，通过大量的实测数据统计与对比分析，得出如下的结论：
（1）高密度聚乙烯（HDPE）粉体起电荷质比约为：10μC/kg—50μC/kg；
（2）低密度聚乙烯（LDPE）粉体起电荷质比约为：0.1μC/kg—5μC/kg；
（3）聚丙烯（PP）粉体起电荷质比约为：1μc/kg—10μC/kg。
10、粉体下料口的粉体起电情况：
下料时粉料荷质比一般在0.3μC/kg；
料袋电位30～60kV。

第三节 粉体工业静电放电类型
当带电粉体周围的电场强度超过介质（如空气）的击穿场强时，因介质产生的电离而使带电粉体上的静电荷沿击穿通道释放，从而产生静电放电。粉体放电类型有5种：火花放电（包括人体放电），刷形放电，电晕放电，传播型刷形放电，堆表面放电。
1、火花放电
如果两个不同电位的导体之间的距离与它们表曲率半径之比不太大，当导体间的电场强度达到3MV/m时，就会发生火花放电。
如果导体之间的距离比它们表面的曲率半径大得很多，导体之间的电场就会变得非常不均匀，从而形成刷形放电或电晕放电。
火花放电通常称作为电容器火花放电。任何两个相互绝缘的导体都可以看作电容器，实际上大地是个无限大得导体，任何与大地绝缘的设备部件都构成一个电容器。工厂里任何对地绝缘的导体桶、容器、筛子、漏斗、管道等，以及穿绝缘鞋的人体都可以近似为电容器。

表6 常碰到的分布式电容器的容量
单个螺栓
1PF
桶（200l）
100～300PF
法兰（ф100mm）
10PF
人体
100～300PF
铲
20PF
铁路罐车
100～1000PF
料斗
10～100PF
工厂主要设备（大型容器、反应器）
1000PF
小型容器
10～100PF

举例：
抚顺乙烯股份有限公司塑料染料混料机，混料后进行放料时，经常着火。现场工作人员介绍，着火都发生在用金属铁撮子或铁锹装料是发生的。现场测试放料时料堆表面电位为40～50kV。
这一工艺发生的着火事故可以判定为火花放电所引起的。
其原因是：第一、料堆表面电位为40～50kV，电位很高；第二、金属铁撮子或铁锹对地绝缘，形成孤立导体；第三、装料槽内含有二叔丁基过氧化物挥发气体。
金属铁撮子或铁锹带电后的放电能量计算：

25mJ的放电能量足以点燃可燃气体。
表7为常见对地绝缘物的放电能量。
表7
料斗充电8kV时
0.6mJ
桶（200l）充电20kV时
40mJ
法兰充电10kV时
0.5mJ
人体带电10kV时
10mJ
铲充电15kV时
2mJ
铁路罐车充电15kV时
100mJ
单次火花放电的电荷转移量可达到几百μC。
2、刷形放电
当接地导体的表面（曲率半径5～50mm）置于强电场中（如接近强带电的绝缘体表面），将会发生刷形放电。
产生刷形放电时，明亮的放电通道由导体的某一点发出，经过几毫米后出现分叉分支，然后分之再分叉分支…………，这样到达绝缘体的一端就有较多的分叉分布在一定的范围内。刷形放电正是根据其放电通道的形状而命名的。

工业实际中发生刷形放电的典型工况：
（1）导体电极接近强带电绝缘表面；
（2）高速向容器中加入非导电液体、粉体，当强带电的料面接近容器内接地的导电部件；
（3）旗杆、微波通讯塔等在雷雨天易产生刷形放电。
刷形放电单次电荷转移量为0.05～0.3μC。
3、电晕放电
非均匀电场中电场强度极高部分，发生局部电离的放电。有微弱嘶嘶声，尖端附近有淡蓝色的光晕。高电位、小电流，一般不具备引燃、引爆能力。（发生电晕放电曲率半径小于1mm）

4、传播型刷形放电
（1）定义
当绝缘介质层两侧带有不同极性的电荷密度大于27μC/m2，且厚度小于8mm，电场基本被束缚在介质层内时，则沿薄介质层表面（如强带电的剥离薄片和金属表面的绝缘涂层等）会发生强烈的传播型刷形放电。
原因：
①正常情况下σ≤27μC/m2时，电荷层上方电场强度已经达到了空气的击穿强度，再增加一点电荷就会引起空气放电。
②若有限厚度（小于8mm）的绝缘片两侧形成极性相反的双电层时，每个面上便能够带上更多的电荷。这是由于正极性电荷层和负极性电荷层在空气中产生的电场相互抵消的结果。虽然空气中的电场强度不太大，但绝缘层内的电场却很大。
（2）单极性电荷的平面分布
单极性电荷是指高绝缘性材料的带电表面电荷或导体表面的感应电荷，单极性电荷的平面分布通常用表面电荷密度描述。

σ=Q/A

﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢

①一般情况下，带电表面形成的电场的方向垂直于其表面，根据高斯定律，电荷层形成的电场强度E与表面电荷σ的关系如下所示：
对半空间电场σ=ε0ε1E。产生半空间电场的平面电荷分布的典型例子是分布在导体表面上的感应电荷。 E

＋＋＋＋＋＋ σ=ε0ε1E

②对全空间电场σ=ε0ε1E1＋ε0ε2E2。产生全空间电场的平面电荷分布的典型例子是自由空间中高绝缘性塑料片上的电荷分布。

E1

＋＋＋＋＋＋ σ=ε0ε1E1＋ε0ε2E2

E2
③由于空气介电强度的极限值约为Emax=3MV/m，所以与空气接触的截面上，表面电荷密度不能无限增大，即σmax=27μC/m2。
（2）双极性电荷的平面分布
当把一个带电单极性电荷的塑料片放在导体表面上，或者导体的高绝缘涂层从外界带电后，就会形成双电层。第二个电荷层是由导体表面上的感应电荷形成的。
另外，极性相反的电荷附着在高绝缘板两侧表面上，也会产生生双电层。
双电层储存的能量用下式计算：

（3）传播型刷形放电形成条件
①表面电荷密度大于27μC/m2。
②绝缘层的厚度必须小于8mm，否则，双电层在空间中的电场就不能完全抵消。
③双电层的电压必须达到临界电压，如厚为10μm，临界电压为4kV，厚为200μm，临界电压为8kV。
（4）可能出现的放电形式：
电极放电
脱落放电
（5）放电特点
放电能量大。
其原因是双电层储存的电荷量大，所以当放电时，释放能量大。
（6）产生传播型刷形放电的典型相关工况：
①用绝缘管或有绝缘涂层的金属管道高速风送物料；
②在风力管道间装有玻璃或有机玻璃制造的观察窗；
③在绝缘管道中或内部有绝缘层的导体管道中高速输送高绝缘液体或高绝缘性悬浮液体；
④粉体粒子不断撞击绝缘表面；
⑤有绝缘材料或涂有高介电强度绝缘材料的导电材料制成的输送机及输送带的高速运转；
⑥充装由高绝缘材料制作的大容器、筒仓、内部有高介电强度绝缘层的金属容器及筒仓。
（7）Martin Glor指出：
根据实践经验和实验室试验，可以推断自然沉降的绝缘粉体层（例如在风力输送系统管道内形成的）或涂料不会产生传播型刷形放电。
（8）传播型刷形放电单次电荷转移量为100～500μC。
5、堆表面放电
（1）定义
高绝缘性粉体通过管道靠风送或斜槽倾入大型容器，那么堆积粉体形成的电场会迅速超过粉体在管道或斜槽中的电场强度。当堆积粉体表面电场强度超过3MV/m时，击穿空气发生放电，这种放电形式为堆表面放电。

（2）增大堆表面放电发生概率的几个因素：
①堆积粉体的电阻率较高（＞108Ω.m）；
②粒径大于1mm的大颗粒粉体，也就是说粉体粒子向下重力必须大于向上的静电斥力；
③高速风力输送中具有高电荷质量比的粉体；
④高速充装：以2～5×103kg/h的速度充装粒径为几毫米的粉体；以25～30×103kg/h的速度充装粒径为0.8mm左右的粉体；
（3）堆表面放电单次电荷转移量为400nC～几十μC之间。

第四节 粉体输送管道的危险性分析

聚烯烃物料在生产装置管道中流动时起电达到饱和后，靠管壁处的最大电场强度为：

ρmax：管道内空间电荷密度μC/m3；
r：管道半径m；
ε0：空气介电常数；
εr：相对介电常数,对粉体流一般可取1～2.3。
1、管道内物料载荷量计算：

如：辽化HDPE装置物料载荷量

2、管道内平均空间电荷密度计算：
管道内平均空间电荷密度:

如：辽化HDPE装置管道内平均空间电荷密度

按中型粉体静电试验装置的得出荷质比值计算，辽化HDPE装置管道内平均空间电荷密度:

3、管道内最大电场强度：
（1）辽化老HDPE装置
管道内最大电场强度:

按中型粉体静电试验装置的电荷密度值计算，管道内最大电场强度:

（2）辽化新HDPE装置
管道内最大电场强度:

按中型粉体静电试验装置的电荷密度值计算，管道内最大电场强度:

4、结论
通过上述数据可看出，辽化HDPE装置管道内电场强度最大值为2.6MV/m，小于空气击穿场强3MV/m，所以管道内不会发生因电场强度大而空气击穿现象，即管道内比较安全，危险性较小。
但必须注意的是，如果管道内有毛刺、突出物时，使电场畸变，局部电场为之增大，这样就破坏了原有的平衡，从而发生局部放电，造成危害。另外，如果管道互相间及与地之间处于绝缘状态，那就是一种孤立导体，就会产生强放电，此种情况可以说是非常危险的。所以上述两种情况，现场必须避免，确保其安全性。

第五节 粉体料仓静电的危险性分析

一、粉体料仓危险性分析步骤及内容
（1）现场料仓技术参数的采集
装置名称、物料类型、粉体粒径、料仓高度、直径、输送风量、管径、物料电阻率、物料介电常数、引风机风量、松动风风量、聚烯烃物料的脱挥率。
（2）现场检测
物料出口时的荷质比、引风机出口的可燃气体浓度、仓内可燃粉尘浓度、料位高度、料仓的接地电阻、跨界线的跨接电阻、高低料位报警器类型和安装方式以及伸入料仓内的长度、料仓粘壁料情况。
（3）根据料仓内的可燃物浓度，确定其最小点火能。
（4）根据料仓内场强分析软件确定料仓内各点的场强分布。
（5）确定料仓内可能发生的放电形式。
（6）根据仓内的放电形式和最小点火能确定料仓的危险性。
（7）根据危险性确定该料仓的危险等级。
（8）根据危险等级确定其治理与防护措施。
二、辽化料仓的分析
1、料仓入料口荷质比测试
2003年3月11日对现场a2、a1两个料仓进行了测试，测试数据如下：
表8 a2料仓荷质比测试数据 (风量：1000m3/h 进料量：5.4-5.5t/h)
测试次数
荷质比(μC/kg)
荷质比平均值(μC/kg)
1
-14.87

-10
2
-8.43
3
-9.25
4
-8.67
5
-8.24
6
-8.51
7
-7.54
8
-14.47
表9 a1料仓荷质比测试数据 (风量：600m3/h 进料量：5.4-5.5t/h)
测试次数
荷质比(μC/kg)
荷质比平均值(μC/kg)
1
-2.1

-4.33
2
-2.59
3
-3.85
4
-7.58
5
-1.6
6
-3.19
7
-5.29
8
-8.94

2、 料仓内场强分析
（1）a1、a2仓内物料在一定高度（8m）时的静电电场强度和料仓电场分布曲线（Er-r曲线）。
由柱型接地金属筒仓粉体灌充期间电场分布数学物理模型软件可得出a1、a2仓内物料高度为8m时的静电电场强度（见表10、表11），以及料仓电场分布曲线（Er-r曲线）。
表10 a1料仓内的静电电场强度
a1料仓：料仓直径：6.5m；料仓高度：13.5m；容积：450m3；荷质比：4.33μC/kg；分析高度：8.0m；分析时间：0.0s。
分析半径（m）
总电场（kV/m）
场强与水平夹角（度）
电位（kV）
0.0
47305.100
90.00
194345.900
0.1
47552.091
84.77
194128.975
0.2
48278.513
79.68
193479.437
0.3
49443.523
74.86
192401.053
0.4
50985.992
70.41
190899.948
0.5
52832.606
66.35
188984.425
0.6
54905.637
62.70
186664.690
0.7
57129.135
59.45
183952.525
0.8
59433.165
56.54
180860.897
0.9
61756.332
53.94
177403.527
1.0
64047.120
51.58
173594.422
1.1
66264.484
49.41
169447.388
1.2
68378.094
47.38
164975.532
1.3
70368.417
45.44
160190.770
1.4
72226.780
43.54
155103.354
1.5
73955.438
41.64
149721.425
1.6
75567.617
39.70
144050.614
1.7
77087.482
37.69
138093.693
1.8
78549.913
35.59
131850.286
1.9
79999.977
33.37
125316.656
2.0
81491.919
31.03
118485.571
2.1
83087.577
28.56
111346.226
2.2
84854.086
25.97
103884.292
2.3
86860.894
23.28
96082.006
2.4
89176.209
20.51
87918.366
2.5
91863.157
17.72
79369.390
2.6
94976.079
14.94
70408.454
2.7
98557.398
12.22
61006.691
2.8
102635.475
9.61
51133.434
2.9
107223.672
7.14
40756.716
3.0
112320.600
4.84
29843.700
3.1
117911.460
2.74
18361.681
3.2
123969.882
0.86
6277.750
3.22
125234.600
0.51
3785.800
3.24
126516.400
0.17
1268.4
3.25
127163.692
0.00
0.048

表11 a2料仓内的静电电场强度
A2料仓：
料仓直径：6.5m；料仓高度：13.5m；容积：450m3；荷质比：10.0μC/kg；分析高度：8.0m；分析时间：0.0s。
分析半径（m）
总电场（kV/m）
场强与水平夹角（度）
电位（kV）
0.0
109249.756
90.00
448835.819
0.1
109820.072
84.77
448334.815
0.2
111497.721
79.68
446834.728
0.3
114188.274
74.86
444344.233
0.4
117750.560
70.41
440877.478
0.5
122015.257
66.35
436453.637
0.6
126802.857
62.70
431096.282
0.7
131937.957
59.45
424832.621
0.8
137259.041
56.54
417692.602
0.9
142624.324
53.94
409707.914
1.0
147914.826
51.58
400910.905
1.1
153035.761
49.41
391333.460
1.2
157917.076
47.38
381005.848
1.3
162513.664
45.44
369955.590
1.4
166805.497
43.54
358206.360
1.5
170797.700
41.64
345776.900
1.6
174521.056
39.70
332689.402
1.7
178031.135
37.69
319823.078
1.8
181408.576
35.59
304504.126
1.9
184757.452
33.37
289414.915
2.0
188203.047
31.03
273638.731
2.1
19188.169
28.56
257150.638
2.2
195967.867
25.97
239917.534
2.3
200602.528
23.28
221898.398
2.4
205949.673
20.51
203044.724
2.5
212155.098
17.72
183301.131
2.6
219344.294
14.94
162606.130
2.7
227615.238
12.22
140893.050
2.8
237033.431
9.61
118091.070
2.9
247629.729
7.14
94126.364
3.0
259400.935
4.84
68923.307
3.1
272312.840
2.74
42405.730
3.2
286304.578
0.86
14498.188
3.22
289225.600
0.51
8743.300
3.24
292185.800
0.17
2929.400
3.25
293680.437
0.00
0.110

图2 a1物料高度为8m时的电场分布曲线（Er-r曲线）

图3 a2物料高度为8m时的电场分布曲线（Er-r曲线）

（9）a1仓内物料在高低料位报警器处的高度（0.3m、7.2m）时的静电电场强度见表12、表13。
表12 高度为0.3m的静电电场强度
分析半径（m）
总电场（kV/m）
电位（kV）
0.0
595.900
12300.200
0.1
2134.800
12197.100
0.2
4070.000
11891.700
3.05
18222.100
5247.900
3.24
33994.000
344.700
3.25
34922.300
0.100

表13 高度为7.2m的静电电场强度
分析半径（m）
总电场（kV/m）
电位（kV）
0.0
46995.700
193449.200
0.1
47242.200
193233.500
0.2
47967.000
192587.600
3.05
114691.500
24105.000
3.24
126170.700
1264.900
3.25
126818.900
0
结论：
（1）由上述数据可看出该料仓粉堆表面的电场强度均超过空气击穿场强（3MV/m），所以该料仓内存在堆表面放电现象。
（2）随物料料位不断的升高，电场和电位不断地升高。
（3）低料位报警器前端处的料位电位为5.247MV，高料位报警器前端处的料位电位为24.105MV，此处易出现高能放电，如火花放电，是很危险的。
（4）老装置的高高料位报警器安装在10m处，更易出现高能放电。
（5）由于料仓内存在堆表面放电，其放电能量为10mJ，而HDPE粉尘的最小点火能也为10mJ，这说明该料仓的堆表面放电有很大可能引起料仓闪爆。若料仓内有少量可燃气体，则料仓内的杂混合物的最小点火能一定小于10mJ，此时的料仓是极其危险的。
3、料仓内可燃气体分析
料仓内是否有可燃气体，直接关系到料仓的危险性。我们查看了2003年2月1日至27日的振动筛内的可燃气体浓度，其最大值为0.086%（wt），因此输送管道内的可燃气体浓度的最大值应小于0.086%（wt）。因此，进入料仓的可燃气体浓度小于规定的0.5%（wt）值。
在生产正常情况下，老装置料仓进风量为4000 m3/h小于出（引）风量5300m3/h，料仓内呈负压状态。新装置料仓进风量为4800 m3/h小于出（引）风量6800m3/h，料仓内呈负压状态。因此，料仓内不易积聚可燃气体。所以可以不考虑料仓内的刷型放电所造成的危害。但必须说明的是，若生产不正常，仓内窜入大量的可燃气体，或在输送物料时，引风机停止工作，则就要考虑刷型放电所造成危害。
表14 各种风量数值
输送粉料风机风量（m3/h）
老装置
1000
新装置
1800
料仓引风机风量（m3/h）
老装置
5300
新装置
6800
料仓松动风量（m3/h）
老、新装置
3000
料仓引风机风量（m3/h）
老装置
5300
新装置
6800
4、料仓内尖端金属接地体放电危险性分析
料仓内高低位料位报警器、高高位料位报警器、料位灯光等均属于尖端金属接地体，在料仓内易发生高能放电。金属接地体与高绝缘物带电表面的放电效应一般用电荷转移量表示，电荷转移量与接地金属体系统的RC（即τ值）关系极大：τ值越大，电荷转移量（△Q）值越大。针对料仓高低位料位报警器这样的工况，试验时积分器τ取10-4S(即C=10nF，R=