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在流程工廠中，廣泛使用易燃液體。在涉及易燃液體的生產(chǎn)過程中存在靜電累積釋放產(chǎn)生引火源的危害。常見的操作如管道輸送、槽車裝卸、攪拌、混合、過濾、真空操作和清洗等都可能產(chǎn)生靜電累積(如圖1、圖2所示)，當累積的靜電有接受對象時就可能發(fā)生靜電釋放，為爆炸性的混合氣體提供能量，引起著火或爆炸。
行業(yè)中普遍采用靜電接地和跨接措施控制靜電的危害。這些措施是可取的，但在某些情況下卻不足夠。以下事故案例為我們控制靜電危害提供了一些啟發(fā)。
案例
在2007年7月17日，美國堪薩斯州的一個化學(xué)品罐區(qū)發(fā)生了爆炸(圖3)，導(dǎo)致11位居民和1名消防人員就醫(yī)治療。由于引發(fā)后續(xù)爆炸，損毀了整個化學(xué)品罐區(qū)，周圍6 000多名居民被迫疏散，對他們的正常生活造成了嚴重影響。
發(fā)生事故的儲罐位于一個化學(xué)品罐區(qū)內(nèi)，它儲存了一種用于油漆生產(chǎn)的石腦油。事故發(fā)生當天，一名槽車司機從化學(xué)品槽車向其中一個容積約為57m3的儲罐卸料(即上述石腦油)。往儲罐卸料之前，他先完成槽車和儲罐之間的靜電接地(圖4)，以便在卸料過程中消除靜電累積。該罐區(qū)的靜電接地系統(tǒng)安裝了報警裝置(如圖5)，當圖中的綠燈亮?xí)r，表示接地良好;反之，紅燈亮則表示沒有妥善連接。操作人員按照正常程序確認接地妥當后，開始往儲罐卸料。
在卸料過程中，接受物料的儲罐發(fā)生了爆炸，很快另外2個儲罐破裂并發(fā)生泄漏。隨著火勢蔓延，引起周圍數(shù)個儲罐超壓爆炸，個別罐頂飛到了罐區(qū)以外的地方，整個罐區(qū)嚴重損毀。美國化學(xué)安全和危害調(diào)查委員會(CSB)對事故進行了深入調(diào)查，發(fā)現(xiàn)發(fā)生事故的儲罐內(nèi)有一個金屬浮子液位計，該液位計的浮子與一條金屬帶松散連接。CSB的調(diào)查人員認為，用泵往儲罐輸送物料時，液體物料累積了靜電;而在卸料過程中，儲罐液面以上的空間內(nèi)形成了易燃蒸氣和空氣的混合氣體;在儲罐接受進料過程中，金屬浮子上積聚了靜電，當浮子擺動時，在浮子和連接它的金屬帶之間形成了間隙(即所謂的“火花隙”)，金屬浮子向連接它的金屬帶釋放靜電(見圖6)，提供足夠能量引燃了儲罐內(nèi)事先形成的爆炸性混合氣體。
本案例中的卸料操作是行業(yè)中常見的做法，即在開始卸料之前確認有良好的接地，以防止靜電累積。CSB的調(diào)查人員確認，卸料操作人員曾妥當?shù)赝瓿闪遂o電接地，但為什么并沒有消散靜電以避免事故呢?原因是槽車所卸物料是一種電導(dǎo)率很低的物質(zhì)，雖然靜電接地妥當，但在卸料過程中產(chǎn)生的靜電仍不能及時經(jīng)接地裝置消散，靜電不斷累積直至發(fā)生釋放。這個案例告訴我們，對于易燃液體的卸料或其它可能形成靜電累積的操作，僅僅依靠靜電接地在某些情況下是很不安全的。
非導(dǎo)電性易燃液體
我們在化工、石化、制藥等流程工廠中，廣泛使用各種易燃液體，如乙醇和甲苯等等。雖然他們都是易燃液體，但是從靜電危害預(yù)防方面而言，它們存在較大的區(qū)別，主要是由于具有不同的電導(dǎo)率。
靜電本身并不存在危害，其危害在于電子轉(zhuǎn)移和回歸的不平衡導(dǎo)致電荷分布不均，從而形成局部累積，當累積到一定程度并有接受放電的對象時，就可能發(fā)生靜電釋放，提供引火源。因此，要消除靜電的危害，一方面需要避免形成靜電累積，另一方面應(yīng)該使產(chǎn)生的靜電及時消散。
如果液體物料處于靜電接地的容器內(nèi)，該液體物料在進入容器之前所累積的靜電可以通過靜電接地裝置消散掉。消散速度取決于液體本身的電導(dǎo)率;如果液體本身的電導(dǎo)率高并接地妥當，可以非?？斓叵⒌羰孪壤鄯e的靜電。反之，電導(dǎo)率低的物料需要相當長的時間才能完成所累積靜電的消散;如果產(chǎn)生靜電積累的操作持續(xù)，即使此時接收物料的容器有良好的靜電接地，也會不斷地形成靜電累積(如圖7所示)，對于易燃液體的容器，這種情景能產(chǎn)生引火源，具有潛在的著火或爆炸危險性。
據(jù)美國NFPA77-2007標準的定義，如果液體物質(zhì)的電導(dǎo)率大于104 pS/m，屬于導(dǎo)電性的液體。如果電導(dǎo)率小于104 pS/m而大于50pS/m，屬于半導(dǎo)電性的液體;當電導(dǎo)率小于50 pS/m時，就屬于非導(dǎo)電性的液體。液體物質(zhì)的電導(dǎo)率與溫度也有關(guān)聯(lián)，因為電導(dǎo)率取決于離子的移動，當溫度升高時，導(dǎo)電性會有所增強。
對于導(dǎo)電性的液體，在通常的操作過程中只要靜電接地妥當，不會形成靜電累積而帶來危害(如果被絕緣隔離會存在嚴重危害)。就半導(dǎo)電性的物質(zhì)而言，在煉油和石化行業(yè)的通常操作中，如槽車裝卸、物料輸送等，由于要求采用金屬管道并配合適當?shù)撵o電接地(禁止使用塑料軟管)，風(fēng)險相對較小;精細化工行業(yè)由于廣泛采用非金屬襯里的材質(zhì)、進行多相操作和使用小孔過濾器等原因，半導(dǎo)電性的液體往往也意味著較大的風(fēng)險。據(jù)文獻報道，電導(dǎo)率在1000pS/m左右的易燃液體，在某些條件下(如流經(jīng)過濾器、液體噴霧操作等)也存在靜電累積并釋放提供引火源的危害。
控制措施
就靜電釋放引起著火或爆炸而言，非導(dǎo)電性易燃液體具有比普通易燃液體更大的危害。為了安全地進行非導(dǎo)電性易燃液體的使用或轉(zhuǎn)移操作，需要更加審慎地選擇危害控制措施。以下是可以考慮的一些措施：
了解所使用的化學(xué)品的特性
對于流程工廠而言，主要危害來源于2個方面，即所涉及的化學(xué)品的危害和工藝系統(tǒng)設(shè)計本身存在缺陷所帶來的危害?；瘜W(xué)品的危害是基本的危害來源，一旦使用某種化學(xué)品就必須接受它內(nèi)在特性所賦予的危害，例如使用甲苯，就自然而然地擁有它易燃的危害以及其電導(dǎo)率低所導(dǎo)致的難以消散靜電的危害。
因此，為了控制電導(dǎo)率低的易燃液體的著火或爆炸風(fēng)險，當我們選擇使用某種易燃液體時，首先需要了解它的電導(dǎo)率大小?？梢酝ㄟ^查閱相關(guān)化學(xué)品的安全技術(shù)說明書(也稱MSDS)獲取該數(shù)據(jù)，但是目前很多化學(xué)品的MSDS信息不完整，缺乏電導(dǎo)率的數(shù)據(jù);也可以通過查閱化學(xué)品手冊獲取相關(guān)化學(xué)品的電導(dǎo)率。在NFPA77-2007的表B.2中列舉了一些常見物質(zhì)的電導(dǎo)率，可以參考。對于非常特殊的化學(xué)品，還可以委托研究機構(gòu)或類似的服務(wù)單位進行試驗測試。
消除靜電
液體在管道內(nèi)流動(特別是流經(jīng)過濾器)、攪拌器的攪拌、液體進入容器時沖擊原有液體的液面、輸送泵的轉(zhuǎn)動、液體噴射或噴霧操作等都可能形成靜電。靜電的危害在于積聚到一定程度時可能放電，為爆炸性混合氣體提供引火源。因此，要預(yù)防靜電的危害，首先是要防止靜電發(fā)生積聚。可以從避免產(chǎn)生靜電和促進靜電消散兩個方面來防止靜電累積。
無論是電導(dǎo)率高或低的易燃液體，減少靜電的產(chǎn)生都是有益的。通?？梢圆扇〗档鸵后w在管道內(nèi)的流速、采用液下管或掛壁管進料等方式減少靜電的產(chǎn)生。
靜電接地是促進靜電消散的常見方法。妥善接地有助于靜電的消散(管道和設(shè)備的設(shè)計需要為液體物料提供足夠的靜電消散時間)。靜電接地對于導(dǎo)電性的液體非常有效;相反，對于非導(dǎo)電性的液體，靜電接地的作用非常有限，需要考慮其它方法(如惰性氣體保護和添加抗靜電劑等方法)來防止火災(zāi)和爆炸事故。
惰性氣體保護
著火需要3個基本要素，即可燃物、氧氣(空氣或其它氧化劑)和引火源。只要消除其中任何一個要素就可以避免著火。對于化工、石化和制藥等涉及易燃物料的工廠，可燃物通常是原料、中間產(chǎn)品或產(chǎn)品，難以消除;能夠消除的是氧氣和引火源。
引火源種類很多，控制的方法也不相同，例如采用動火作業(yè)許可證制度控制明火，依靠良好的靜電接地和跨接消除靜電。但是，對于電導(dǎo)率很低的非導(dǎo)電性易燃液體，靜電接地消除引火源的做法在很多時候并不奏效(這也是流程工廠中涉及甲苯的火災(zāi)爆炸事故多于其它溶劑如甲醇的原因，甲苯電導(dǎo)率低，屬于非導(dǎo)電性液體，而甲醇的電導(dǎo)率高，屬于導(dǎo)電性液體)。
消除引火源是防止著火或爆炸的途徑之一，但完全消除引火源難度較大。有人做過統(tǒng)計，在流程工廠中，雖然試圖采取控制引火源的方法來預(yù)防火災(zāi)或爆炸，但仍然有37%的嚴重火災(zāi)和爆炸事故是因為引火源的控制失效所引起的。與消除或控制引火源相比較，控制氧氣濃度是更加可靠的防止易燃液體著火和爆炸的方法。
每種易燃氣體或液體的蒸氣只有在與足夠的氧氣混合后才能發(fā)生燃燒(爆炸是一種特殊的燃燒形式)，也就是說氧氣濃度需要到達或超過該物質(zhì)的最低需氧濃度(LOC)才能維持持續(xù)的燃燒。每種物質(zhì)的最低需氧濃度各不相同，對于大部分的易燃氣體和易燃蒸氣，LOC約為9%~12%(體積百分數(shù)，下同)。易燃液體在其爆炸上限以上范圍不能持續(xù)燃燒，就是因為氧氣的濃度過低的緣故。因此，工業(yè)中廣泛采用氮氣、二氧化碳或水蒸氣等控制工藝系統(tǒng)的氧氣濃度以防止火災(zāi)或爆炸，尤其是氮氣，它被廣泛用于工藝系統(tǒng)的惰性化。
惰性化的方法通常適用于密閉的工藝系統(tǒng)，因為便于控制氧氣的濃度。理論上講，如果工藝系統(tǒng)在LOC以下操作，總是安全的，重要的是需要確保系統(tǒng)的確是處于足夠低的氧氣濃度下。在實際生產(chǎn)中，工藝系統(tǒng)內(nèi)的實際氧氣濃度應(yīng)考慮最壞的情形，并且有足夠的裕量。大部分的易燃氣體或蒸氣要求將氧氣濃度控制在約5%以下，表3中列出了一些常見物質(zhì)分別在采用氮氣和二氧化碳進行惰性化保護時的最低需氧濃度。
據(jù)NFPA69-2002的要求，如果有連續(xù)的氧氣濃度監(jiān)控，實際的氧氣濃度應(yīng)該比相關(guān)物質(zhì)的LOC低2%;假如相關(guān)物質(zhì)的LOC低于5%，則實際操作時不能超過其LOC的60%。如果工藝系統(tǒng)沒有連續(xù)的氧氣濃度監(jiān)控，實際操作時的氧氣濃度不應(yīng)該超過LOC的60%;當LOC小于5%時，則取不超過LOC的40%;并且需要定期檢查氧氣的濃度。對于低壓儲罐，如果氣相有氮封，則不要求檢查氧氣的濃度。
與控制引火源相比，利用氮氣等惰性化的方法可以更加安全地實現(xiàn)易燃液體的操作，這種策略對于非導(dǎo)電性的易燃液體尤其重要(接地對它們而言效果不理想，僅靠接地存在較大風(fēng)險;當然我們在采用氮氣保護的同時仍然應(yīng)該確保靜電接地和跨接的完好性，一旦氮氣保護失效時，靜電接地和跨接可以充當后續(xù)的安全措施)。
氮氣有排除空氣中氧氣的特點，如果在室內(nèi)或相對密閉的空間采用氮氣保護措施時，需要有適當?shù)拇胧?如可靠的通風(fēng)系統(tǒng)或低氧報警等)防止操作人員遭受窒息傷害。
總之，易燃液體的主要安全危害是著火或爆炸。非導(dǎo)電性的易燃液體靜電消散較困難，危害尤其明顯。單純依賴靜電接地來預(yù)防非導(dǎo)電性易燃液體的火災(zāi)或爆炸危害存在很大的風(fēng)險，建議優(yōu)先考慮惰性化的保護措施。其次，在工藝系統(tǒng)設(shè)計和生產(chǎn)操作過程中，應(yīng)盡量消除靜電以防止靜電累積。此外，妥當?shù)撵o電接地和跨接還是必要的，當惰性化保護措施失效時，它們可以提供后續(xù)的防護。
最后，需要找到解決辦法：在易燃液體以及其他易燃易爆場所施工過程中，使用防靜電不發(fā)火防爆地坪材料，NFJ金屬骨料作為防爆地坪材料的首選，主要原因是NFJ金屬骨料不僅使用方便，工程造價低，而且施工后的混凝土面層耐磨、堅硬、美觀、不起砂、不脫皮、不干裂、不脹裂、耐久性好，適用于車間、機房、車庫、倉庫地面，地下車道、通道，樓梯踏面，防滑條，工業(yè)礦山的滑槽、滑道，也可用于路面、橋面及機場跑道等經(jīng)常摩擦要求耐磨、耐沖擊的混凝土面層，在建筑工程中有廣闊的應(yīng)用前景。