浅谈静电对气象制氢\用氢的威胁及防范

当前，国内外高空气象要素的获取，主要还是采用气球探空的方式。充灌气球的气体，除了少数几个天然气资源丰富的国家使用氦气外，大多数国家的气象探空台站均使用氢气。由于氢气是易燃、易爆气体，因此，静电对制氢和用氢的威胁不可忽视。

本文试图对产生静电的原因、类型进行分析,以认识静电的本质,重视静电的危害性。并对如何减少静电的产生和消除静电的威胁，作一些探讨。

一、产生静电的原因

静电是指物体中或物体表面存在正或负的电荷过剩的产物。通常情况下物体（或物质）中具有的正、负电荷是等量和均匀的,呈中性状态。当正、负某一种电荷过剩时,破坏了等量和均匀状态而带电。

当两物体接触时，在界面上产生电荷移动，正、负电荷相对排列，形成双电层；由于机械作用（外力）使物体分离，引起双电层电荷分离，于是在两个物体上各自产生极性不同的等量电荷。这是物体摩擦带电的一般过程。由于电荷移动，破坏了它们的均匀和平衡，就产生静电。在一般情况下，所有物体经过接触和分离过程都要产生静电。即使是同种物体，由于表面状态不同，在接触和分离时也会产生静电。分离的速度越快,产生的电荷越多。

产生静电的形式有多种，现介绍直接与气象制氢、用氢有关的几种：

（1）摩擦带电两物体接触，位置移动，相互摩擦，使电荷分禽而产生静电。如人体各部与气球的接触摩擦或气球与其它物体之间的接触与摩擦都能产生静电。

（2）冲撞带电粒子与粒子或粒子与固体之间的冲击碰撞，造成极快的接触和分离而产生静电。如氢气中的杂质、尘粒与管道、进出气咀的冲击，或有在运动中的杂质、尘粒之间的互相碰撞。

（3）喷射带电气体或液体，从截面积小的开口部位喷出时，发生摩擦、冲撞而产生静电。它不仅与摩擦有关，还与气体本身相互之间的撞击以及变成小的飞沫状态有关。压力越大，喷射速度越快，产生的静电量越大。

（4）在物体附近有电子或离子附着到物体表面上，该物体便产生过剩电荷而带电。如电解水制氢房内的机器设备，很容易产生大量静电。

影响物体静电量大小的因素很多，如物体含有杂质时静电增多，表面粗糙，污染,氧化时静电增多；面积大，压力大，静电产生量亦大；分离速度快，静电产生量大。物体最初接触和分离时静电最多,已带上静电后，静电量有减少的倾向。

二、静电引起事故的因子

在各种场合和各种物体上，随时随地都可能产生静电。但是，并不是产生了静电就必然要发生燃烧爆炸事故。而是必须同时具备两个条件：其一，要有一定量的可燃和可爆性气体的存在；其二，要有静电放电现象发生，而且放电能量必须大于可燃可爆性气体的最小引燃能量。

1、关于可燃可爆性气体存在的因素

静电对制氢和用氢的威胁，主要是从氢气的特殊性质和气象台、站所处的工作环境来考虑的。

氢气除了重量轻，导热系数高，化学活性、渗透性、扩散性强外，还具有着火、燃烧点低的特性。氢的着火温度为585℃，虽不算最低，但着火能仅为

20，化学纤维织物摩擦所产生的静电放电能量都比它大几倍。氢与氧气混合时，达到94.3%的氢，5.7%的氧（上限），或者5%的氢，95%的氧（下限），就成为可燃、可爆气体。它的最小引燃能量为1.2。氢气与空气混合时，达到73.5%的氢，26.5%的空气（上限），或者10%的氢，90%的空气（下限） ，也成为可燃、可爆气体。它的最小引燃能量为11。氢的着火性能随着温度、压力的不同而发生变化，压力增加，温度升高，它的着火下限降低，上限提高，着火范围变宽。氢的火焰温度可达2045℃，火焰传播速度快（2.7m・），灭火距离小（0.6mm）。

在制氢与甩氢过程中，如果氢气不纯（低于99.5%），管道、气咀有漏气的现象,室内通风不良等情况，可燃、可爆气体就会很快形成。因此，要避免事故的发生，既要防止静电放电现象的出现，又要防止可燃、可爆性混合气体的产生。把引起事故的任一因子消除，就能保证安全。

2、关于静电放电现象的几种形态

物体产生静电后，没有尽快地在周围空气中消散和向大地泄漏，物体带电量越来越多，积聚到一定程度，使带电物体附近空间的物质发生电离，即产生静电放电现象。静电放电一般伴随着声响和发光。这就是可燃性气体的引火源。静电放电主要分空间放电和表面放电两类。

空间放电一般以三种形态出现：（1）、电晕放电；（2）、刷形放电；（3）、火花放电。

表面放电：非导体（如橡胶管道）产生静电后，当接近接地物体时，在它们之间产生沿非导体表面的放电。放电时发光呈树枝状（形成后基本不变）。放电能量和引起事故的机率与火花放电差不多。

三、静电的防止与消除

防止静电的产生和减少静电的积聚，是杜绝引火源，避免事故发生的关键。

1、尽量避免静电的产生

在探空制氢、用氢工作中可采取以下几种措施：①操作人员不穿化纤织物的衣裤和绝缘鞋，尽量避免与充氢气球接触摩擦；防止气球与其他物体的摩擦和碰撞，以免发生摩擦带电。②保证氢气的纯度，防止冲撞带电。储气罐、钢瓶、制氢缸等金属容器内的氢气，又经金属管道流动，其中含有大量的固体杂质和尘粒（据某些工厂测定，大于0.5的尘粒多达每升几百至一千个）。对灌球用的氢气应进行过滤处理，不仅可以减少带电量，而且还可提高气球的施放高度。目前，在气象部门对气球用氢气中的尘粒含量还没有定出具体的指标，是否可限制氢气中不大于0.5的尘粒含量低于300-500个，作为探空用氢的标准（通过中效过滤就可达到）。③严禁高压氢气瓶高速喷射灌球。化学制氢筒内所产氢气的压力以不超过为宜。采用膜压机压氢时更应控制速度，防止汇流排带电。

2、消除静电的措施

所谓消除静电，不一定是将物体上的静电全部消除至零，只要消除到不至于发生静电放电即可。探空制氢、用氢可采取以下措施；①对于导体设施应充分接地。如制氢设备，储氢装置，放氢管道，灌球平衡器等。接地引出线截面积应大于，接地电阻小于。其原理是使带电物体与大地间构成电气上的泄漏电路，将产生在物体上的静电迅速泄漏于大地，减少物体上静电荷的聚积，以避免静电放电现象的发生。②对气球等绝缘体可采取喷水，喷吹离子化的空气，浸泡抗静电液等手段。气球表面上能够产生的最大静电势，随着湿度的增大而减小；对氢气房内洒水，增大环境空气的相对湿度，对消除静电放电现象也很有效。③有些国家和部门采用静电消除器来消除非导体的静电，其原理是采用与带电物体上的静电荷极性相反的离子去中和带电物体上的静电，以减少物体上的静电量。但在气象部门的应用还有待进一步研究和探讨。

参考文献

〔1〕日本产业安全研究所，禅电安全指南，吉林化学工业公司设计院劳动保护局译，劳动出版社，1982年7月。

〔2〕电子工业部第十设计研究院，氢气生产与纯化，黑龙江科学技术出版社，1983年12月。

〔3〕若夫，电解水制氛，气象，1983年第7期。