高校實(shí)驗(yàn)室靜電風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與控制措施

趙雨霄，張 波，肖 源，白 亮，金仁東

（1.北京科技大學(xué)a.資產(chǎn)管理處；b.數(shù)理學(xué)院，北京 100083；2.中國(guó)人民大學(xué)采購與招標(biāo)管理中心，北京 100872）

0 引言

靜電作為一種容易忽視的危險(xiǎn)源，具有電壓高、泄漏慢、放電形式多等特點(diǎn)，現(xiàn)已發(fā)展成為石化生產(chǎn)、油氣儲(chǔ)運(yùn)等行業(yè)火災(zāi)爆炸的主要成因［1-3］。隨著高等教育實(shí)驗(yàn)研究的不斷深入，精密儀器數(shù)量不斷增加，易燃性化學(xué)品使用量不斷增長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)過程可燃性氣體、粉塵不斷產(chǎn)生，這也使得實(shí)驗(yàn)室內(nèi)靜電風(fēng)險(xiǎn)不斷加大。特別是靜電放電難以控制，容易造成火災(zāi)爆炸、電擊人體與損害設(shè)備，對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全造成不利影響，亟需引起重視。2015 年4 月某大學(xué)發(fā)生氣體爆炸事故，引燃?xì)怏w的點(diǎn)火源可能就是氣流快速流出引起的靜電放電［1］。實(shí)驗(yàn)室人員眾多、流動(dòng)性大，對(duì)靜電危害認(rèn)識(shí)不足，靜電安全意識(shí)淡薄，給靜電安全管理工作帶來不小難度。本文對(duì)實(shí)驗(yàn)室靜電風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，提出靜電風(fēng)險(xiǎn)防控的一些措施，以提高高校實(shí)驗(yàn)室安全管理水平，防止實(shí)驗(yàn)室靜電安全事故的發(fā)生。

1 靜電風(fēng)險(xiǎn)分析

靜電存在于物體外表面，實(shí)質(zhì)上是正電荷在局部條件下失衡而形成的一種普遍現(xiàn)象，靜電起電包含正電荷、負(fù)電荷產(chǎn)生分離時(shí)的所有過程，物體表面之間的摩擦、感應(yīng)等方式，導(dǎo)致正電荷、負(fù)電荷產(chǎn)生分離及物體正負(fù)電荷形成局部失衡的問題，從而形成靜電。使用非導(dǎo)電材料、相對(duì)濕度較低、頻繁摩擦、接觸面積較大，這些因素均可導(dǎo)致靜電大量產(chǎn)生。作為危險(xiǎn)源之一，對(duì)靜電進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，研究靜電特征與靜電危害，對(duì)于防控靜電風(fēng)險(xiǎn)十分重要。

1.1 靜電的特征

（1）廣泛性。靜電現(xiàn)象廣泛存在。一些常見的實(shí)驗(yàn)操作與行為都比較容易產(chǎn)生靜電。例如，固體物質(zhì)的粉碎、研磨時(shí)與其他物體的摩擦；粉塵的高速流動(dòng)；氣體在管道內(nèi)流動(dòng)或管口噴出；著化纖材質(zhì)服裝的人員的行走、起立等。

（2）隱蔽性。人體難以直接感知到靜電。只有在較暗環(huán)境下發(fā)生靜電放電產(chǎn)生電火花，人才能看得見。此外，人體可感知的靜電放電電壓為2 kV 以上，所以對(duì)人體有電擊感覺的靜電較少［4］。靜電現(xiàn)象很難被察覺，有較強(qiáng)隱蔽性。

（3）隨機(jī)性?；瘜W(xué)試劑存儲(chǔ)使用的過程、實(shí)驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行的過程都可能產(chǎn)生靜電，亦可能遭受靜電放電的危害。靜電放電的條件、時(shí)間與放電狀態(tài)都具有隨機(jī)性。靜電放電是否會(huì)造成后果，后果的大小還受周圍環(huán)境中危險(xiǎn)因素、設(shè)備以及人員等因素影響，所以靜電放電的結(jié)果也具有隨機(jī)性。

（4）潛在性。實(shí)驗(yàn)設(shè)備、用電線路等受到靜電損傷后性能可能沒有明顯的下降，但是經(jīng)受多次放電積累則可能產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞，從而形成隱患。此外，靜電危害是一個(gè)積累的過程，沒有達(dá)到放電條件的靜電荷在環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，隨時(shí)可能發(fā)生靜電放電。

1.2 靜電的危害

實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的靜電可以引起爆炸和火災(zāi)，造成人員電擊，損害設(shè)備等。其中，最嚴(yán)重的危害是爆炸和火災(zāi)。

（1）爆炸和火災(zāi)。固體靜電可達(dá)數(shù)100 kV，液體靜電和粉體靜電可達(dá)10 kV，氣體靜電可達(dá)10 kV多，人體靜電也可達(dá)100 kV 多［5］。如果實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所使用或產(chǎn)生易燃易爆物質(zhì)，包括可燃性氣體、蒸氣及爆炸性粉塵，都可能由靜電火花引起爆炸或火災(zāi)。典型靜電放電特點(diǎn)及其引燃性如表1 所示。

表1 典型靜電放電特點(diǎn)及其引燃性［4］

（2）靜電電擊。靜電電擊是靜電放電形成的瞬間沖擊。由于實(shí)驗(yàn)過程中積累的靜電能量不會(huì)太大，不會(huì)使人致命，但不排除導(dǎo)致嚴(yán)重后果的可能性。例如，人體可能因靜電電擊而跌倒，形成二次傷害。靜電電擊還可能引起實(shí)驗(yàn)人員心情緊張而影響實(shí)驗(yàn)過程。

（3）損害設(shè)備。實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的靜電，可能會(huì)損害實(shí)驗(yàn)設(shè)備。例如，靜電可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)備中電子元件的誤操作，可能對(duì)無線電設(shè)備產(chǎn)生干擾，也可能擊穿集成電路絕緣等［6］，導(dǎo)致電子元件壽命縮短，甚至失靈，并影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)度。

2 實(shí)驗(yàn)室靜電風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

在高校實(shí)驗(yàn)室，如何識(shí)別實(shí)驗(yàn)室中的危險(xiǎn)源是一門必修課，實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)是指實(shí)驗(yàn)室針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)，識(shí)別其存在的危險(xiǎn)因素，分析可能產(chǎn)生的直接后果以及次生、衍生后果。由于靜電引起的最嚴(yán)重的危險(xiǎn)便是爆炸和火災(zāi)，這是對(duì)實(shí)驗(yàn)室最致命的危險(xiǎn)源，因此實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)主要針對(duì)靜電等造成爆炸和火災(zāi)的危險(xiǎn)因素進(jìn)行辨識(shí)并采取措施防護(hù)，同樣對(duì)靜電電擊和損害設(shè)備有效。

目前關(guān)于靜電風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)的方法很多，常用的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)方法有失效模式與影響分析（FMEA）［7］、事故樹分析（FTA）［8］、層次分析法（AHP）［9］、模糊綜合評(píng)價(jià)模型［10］等。這些方法都具有一定優(yōu)勢(shì)和局限性，有著各自的適用范圍?？紤]到高校實(shí)驗(yàn)室靜電危險(xiǎn)源眾多，檢查項(xiàng)目也相對(duì)較多，安全管理與實(shí)驗(yàn)人員專業(yè)知識(shí)不足，選擇一種容易理解、通用實(shí)用的方法尤為重要。安全檢查表法（SCL）具有簡(jiǎn)單易懂、方便掌握、易于責(zé)任厘清的特點(diǎn)［11］，適合高校實(shí)驗(yàn)室靜電風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)。實(shí)驗(yàn)室靜電的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)主要考慮可能產(chǎn)生的靜電危害、靜電危害的表現(xiàn)形式、靜電危害的產(chǎn)生原因、靜電危害的控制措施等。依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)已知的危險(xiǎn)因素、以及操作與管理過程中潛在的危險(xiǎn)性進(jìn)行判別，規(guī)定檢查內(nèi)容，編制檢查表，實(shí)驗(yàn)室靜電風(fēng)險(xiǎn)檢查表如表2 所示。

表2 實(shí)驗(yàn)室靜電風(fēng)險(xiǎn)檢查表

實(shí)驗(yàn)室靜電風(fēng)險(xiǎn)檢查表涉及3 大類、7 小類、30 個(gè)條款，每個(gè)條款都有明確的檢查項(xiàng)目，可操作性強(qiáng)，具有一定專業(yè)性，能為實(shí)驗(yàn)室靜電安全管理工作提供指導(dǎo)。在對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行靜電安全專項(xiàng)檢查過程中結(jié)合檢查頻次，對(duì)照檢查項(xiàng)目，按照檢查結(jié)果勾選，最終得出檢查意見并采取必要的措施進(jìn)行整改。實(shí)驗(yàn)室靜電風(fēng)險(xiǎn)檢查表也可為實(shí)驗(yàn)室靜電安全管理提供依據(jù)，實(shí)驗(yàn)室安全管理人員與實(shí)驗(yàn)人員可據(jù)此制定培訓(xùn)內(nèi)容，編寫靜電安全操作規(guī)程或風(fēng)險(xiǎn)告知書，進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)室靜電安全管理內(nèi)容。

3 高校實(shí)驗(yàn)室靜電風(fēng)險(xiǎn)防控措施

高校實(shí)驗(yàn)室在風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)的基礎(chǔ)上，針對(duì)檢查項(xiàng)目采取適當(dāng)控制措施，消除風(fēng)險(xiǎn)，能夠有效避免造成人身財(cái)產(chǎn)損失。

3.1 減少靜電產(chǎn)生

靜電產(chǎn)生的主要方式是接觸-分離起電，因此減少靜電產(chǎn)生主要是減少摩擦。

（1）控制流體輸送。流體在輸送過程中與管路持續(xù)摩擦，如管路材質(zhì)為非導(dǎo)電材質(zhì)（塑料、橡膠等），極易產(chǎn)生靜電造成引燃。所以，易燃性、氧化性流體應(yīng)采用金屬材質(zhì)管路。研究表明，流速直接影響靜電量的產(chǎn)生［12］。一般情況下，管徑越小、流速越慢產(chǎn)生靜電越少。管路內(nèi)的最大流速應(yīng)根據(jù)管路材質(zhì)、內(nèi)徑、電阻率等因素核算，采取措施嚴(yán)格控制流速。

（2）規(guī)范人員行為。實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)注意著裝，按要求穿戴防靜電衣服，不得穿化纖衣物。穿脫衣物嚴(yán)禁、急性動(dòng)作等導(dǎo)致強(qiáng)烈摩擦的行為發(fā)生；實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所內(nèi)如有高壓帶電體，實(shí)驗(yàn)人員不能佩戴金屬物件。因?yàn)榻饘傥锛c帶電體靠近容易極化帶電；進(jìn)入化學(xué)試劑存儲(chǔ)間或取用易燃性、氧化性化學(xué)試劑時(shí)，應(yīng)接觸靜電消除裝置并停留數(shù)秒，以確保靜電導(dǎo)出。

（3）材料安全存放。實(shí)驗(yàn)室存儲(chǔ)與使用的易燃性化學(xué)試劑、易制爆危險(xiǎn)化學(xué)品是靜電防控重點(diǎn)對(duì)象，其存儲(chǔ)柜應(yīng)采用鋼制?？僧a(chǎn)生揮發(fā)性氣體的，宜設(shè)置通風(fēng)裝置定期或聯(lián)動(dòng)通風(fēng)，避免氣體集聚［13］。存儲(chǔ)與使用固體粉狀原料的，其存放容器應(yīng)使用鋼制等導(dǎo)電材料的容器存放，實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的粉狀廢物也應(yīng)使用導(dǎo)電塑料袋單獨(dú)收集并投放于鋼制垃圾桶內(nèi)，收集過程不得過猛過快，避免形成靜電與造成揚(yáng)塵。

3.2 防止靜電積累

接地是防止靜電積累最常用的方式，靜電風(fēng)險(xiǎn)較大的設(shè)備設(shè)施都應(yīng)具備防靜電接地。①存有引燃風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備設(shè)施，例如化學(xué)試劑存儲(chǔ)間入口，易燃性、氧化性、易制爆危險(xiǎn)化學(xué)品存儲(chǔ)設(shè)施附近，流體管路的進(jìn)出口處、分岔處、長(zhǎng)管道一定間距處；②對(duì)靜電敏感的設(shè)備，如電子類精密儀器；③易產(chǎn)生靜電的設(shè)備，如高轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)設(shè)備高轉(zhuǎn)速組件。設(shè)備接地時(shí)應(yīng)確保接地電阻符合國(guó)標(biāo)GB 16895.3 等相關(guān)規(guī)定并定期對(duì)接地電阻進(jìn)行測(cè)定［14］，接地不得利用電源零線，不得與防直擊雷地線共用。此外還應(yīng)對(duì)接地裝置定期維護(hù)保養(yǎng)。

3.3 建立防靜電安全實(shí)驗(yàn)環(huán)境

（1）保持安全環(huán)境。①實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所應(yīng)保持干凈整潔。在靜電力學(xué)效應(yīng)的影響之下，靜電吸附會(huì)導(dǎo)致空氣中懸浮的顆粒吸附在精密儀器的電子元件上，從而對(duì)設(shè)備性能造成影響，因此必須要保證實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生情況，清潔過程還應(yīng)避免揚(yáng)塵；②使用具有良好導(dǎo)電性的實(shí)驗(yàn)臺(tái)面、地面。人體行為產(chǎn)生的靜電經(jīng)過地面導(dǎo)入大地，若地面的導(dǎo)電性差，不能起到靜電防護(hù)的目的。例如，人體在非導(dǎo)電橡膠地面上走動(dòng)，電位可達(dá)7.5 kV；而當(dāng)人在導(dǎo)電性能良好的地面上行走，電壓可迅速降到100 V以下［15］；③配備環(huán)境濕度監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)設(shè)備。相對(duì)濕度越小，產(chǎn)生的靜電壓越高，增加工作場(chǎng)所的濕度，物體表面凝結(jié)或吸附一層水膜，降低了電阻率，達(dá)到消除靜電的目的。所以在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，特別是對(duì)靜電敏感的實(shí)驗(yàn)區(qū)域，設(shè)置溫度檢測(cè)與調(diào)節(jié)設(shè)備顯得十分必要。

（2）配置安全設(shè)施。可燃性氣體與粉塵的流動(dòng)性強(qiáng)，如在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中彌漫，靜電極易將其引燃，造成燃燒和爆炸，故在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所內(nèi)應(yīng)配置相應(yīng)安全設(shè)施，避免、預(yù)警與處理危險(xiǎn)情況。實(shí)驗(yàn)室使用可燃性與氧化性氣體的，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的可燃?xì)怏w測(cè)報(bào)儀并與風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖，風(fēng)機(jī)還應(yīng)為防爆型風(fēng)機(jī)?？赡墚a(chǎn)生可燃性蒸氣、粉塵的實(shí)驗(yàn)過程，應(yīng)在通風(fēng)櫥內(nèi)操作或在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上方安裝局部抽風(fēng)裝置如集氣罩，以保證產(chǎn)生的蒸氣與粉塵可以及時(shí)有效地收集排出［16］。

（3）靜電風(fēng)險(xiǎn)明示。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所內(nèi)的靜電風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)明示。制訂防靜電操作規(guī)程并上墻明示，防靜電重點(diǎn)區(qū)域、部位設(shè)置警示標(biāo)識(shí)，將靜電安全管理可視化。此外，附以安全準(zhǔn)入、安全培訓(xùn)、安全檢查等管理工作，使實(shí)驗(yàn)人員了解靜電形成機(jī)理與防靜電安全措施等，規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，消除靜電安全隱患。

4 結(jié)語

靜電容易被忽視，但靜電安全不容小視。提高實(shí)驗(yàn)人員靜電安全意識(shí)，正確認(rèn)識(shí)靜電危害，全面系統(tǒng)地靜電風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)，制定合理有效的預(yù)防控制措施，在實(shí)際工作中不斷完善靜電安全管理與檢查工作，持續(xù)驗(yàn)證措施的有效性并不斷改進(jìn)，對(duì)靜電事故的防控具有重要意義。此外，高校還應(yīng)落實(shí)靜電安全管理責(zé)任，強(qiáng)化靜電安全治理能力，完善靜電安全培訓(xùn)機(jī)制，豐富靜電安全文化宣傳，營(yíng)造實(shí)驗(yàn)室安全環(huán)境與氛圍，杜絕靜電事故發(fā)生。