液体中静电的产生与消除方法

液体（如树脂、漆类等）在摇晃、冲刷、搅拌、流动、喷溅、灌注、过滤等过程中都可能产生静电。这种静电能引起易燃液体和可燃液体的火灾和爆炸。

1.液体静电产生的过程

●要点提示：

易爆液体应注意，激烈运动有危险。

流动、喷射和冲击，搅拌、摇晃和飞溅，

过滤、灌注和冲刷，液体破碎水滴溅，

进行喷雾或发泡，以上活动起静电。

三种形态接触时，各有不同看界面。

四项作用有影响，流速不同电位变。

●实用技术：

（1）气体-液体界面之间的静电产生

液体在喷雾和发泡时能产生大量的静电和较高的电动电位。它的起电原理和液体在管道中流动产生的静电不完全一样。

1）当水滴破碎时，大小不等的水滴相比较，小水滴带负电，大水滴带正电。

2）液体、气体间的偶电层都位于接近气体的液体表面以下。

3）带电是由于从表面剥出的微小液滴而产生的，这些带电粒子产生于很薄的表面层里。

4）利用喷雾法得到半径数量级大约为微米级的小液滴，对这些小液滴进行测量后发现：同样大小的液滴带正电和带负电的数目，就平均而言是相等的，即所谓的小液滴对称带电。表2-1给出了使水溶液喷雾所得到的正、负总电荷量。

表2-1 使水溶液喷雾所得到的正、负总电荷量 （单位：相对量）

（2）固体-液体界面之间的静电产生

液体与固体形成偶电层的直接原因是正、负离子的转移。偶电层上的电位差通常称为电动电位或ξ电位。通常认为，液体在固体表面的电荷层由两部分组成：

1）紧贴在固体表面的电荷层称为紧密层，该层厚度只相当于一个分子直径的数量级，其所带电荷与界面上固体一侧的电荷符号相反；

2）电荷与紧密层电荷符号相反，其厚度则为分子直径的几十倍至几百倍，称为扩散层。

图2-1 液体在管道内流动时静电荷的分布示意图

图2-2 偶电层形成的模型示意图

图2-1所示的是液体在管道内流动时静电荷的分布情况。固体界面上是一层正电荷，在液体中紧密层内是负电荷，而在扩散层内也是正电荷。正电荷随着液体流动形成冲流电流（或液流电流）。冲流电流的大小在数值上等于单位时间内通过管道横截面的电量。在图2-1所示的情况下，冲流电流与液体的流动方向相同。如果管道是接地的，在冲流电流流动过程中，接地的途径上也有相应的电流流过；如果管道是由绝缘材料制成或是对地绝缘，就会在管道上积累大量的静电。

另外，在液体层内除了按电荷分布情况将液体层分为紧密层和扩散层外，还可根据液体层的流速分布情况划分为固定层及流动液层两部分，如图2-2所示。

2.液体静电产生的形式

●要点提示：

冲击带电飞溅起，流动带电有机理。

沉降带电在绝缘，喷射带电小云滴。

●实用技术：

（1）液体的冲击带电

液体从管道口喷出后遇到壁或板，使液体向上飞溅形成许多微小的液滴，这些液滴在破裂时会带有电荷，并在其间形成电荷云，如图2-3所示。这种起电类型在石油产品的贮运中经常遇到。

（2）液体的流动带电

固体与液体接触时，介质界面处产生偶电层，位于液体侧的扩散层是带电的可动层。当液体在介质管道中因压力差的作用而流动时，扩散层上的电荷由于流动摩擦作用被冲刷下来而随液体作定向运动。这就是液体流动起电的过程。液体流动摩擦起电是工业生产中常见的一种静电带电形式，在石化工业中更为常见，如汽油、航空煤油等低电导率的轻质油品在管线中输送时，由于流动摩擦就能产生静电荷。

图2-3 液体的冲击带电示意图

（3）液体的沉降带电

当悬浮的液体中的微粒沉降时，会使微粒和液体分别带上不同性质的电荷，在容器上下部产生电位差，这就是液体的沉降带电。沉降带电也可以用偶电层解释。水中存在固体微粒时，在固-液表面形成偶电层。当固体微粒下沉时，带走吸附在表面的电荷，使水和离子分别带上不同符号的异性电荷。图2-4所示就是液体沉降带电的过程。

图2-4 液体沉降带电示意图(www.xing528.com)

（4）液体的喷射带电

当液体从喷嘴中高速喷出时，会使喷嘴和微粒分别带上符号不同的电荷，这种现象称为喷射带电。这种起电方式的原因也可以由偶电层来解释。由于固态和液态微粒之间存在着迅速接触和分离，接触时，在接触面处形成偶电层，分离时，微粒把一种符号的电荷带走，另一种符号的电荷留在喷嘴上，结果使微粒和喷嘴分别带上不同符号的电荷，如图2-5所示。另外，当有压力的液体从喷嘴式管口喷出后呈束状，在与空气接触处分裂成很多小液滴，其中比较大的液滴很快沉降，其他微小的液滴停留在空气中形成雾状小液滴云。这个小液滴云会带有大量电荷。

图2-5 液体喷射带电示意图

3.液体静电产生的原因

●要点提示：

电阻率的影响宽，管道材料内壁沿。

水分影响不一般，形状尺寸在壁管。

流速、管径有影响，流体流动效果变。

充分接触过滤器，可能极性都改变。

●实用技术：

（1）水分的影响

当高电阻率的油品中含有水分时，水虽然不会与油品直接作用使静电增加，但是会与油品中的杂质起作用，从而间接影响油品的带电量。

研究发现，当油品中混入水分在1%～5%时，其静电产生量最多，静电危险性也越大。

（2）杂质对液体静电产生量的影响

研究发现，非常纯净的高度精炼的石油产品在管道内流动时是不容易带电的。液体之所以带电，是因为液体内存在着已离解的正、负离子，而一般的石油轻油制品的分子是无极分子，因此这类分子一般都不能直接电离。液体中的离子主要来源于其中所含的杂质，当这些杂质离解时就产生了正、负离子。如果在轻油中存在胶体杂质，例如水分子，它就能吸附自由离子而成为带电质点。在生产中常见到这样的现象，当油品中含有少量水时，水在沉降过程中很容易带电，甚至能引起静电事故。由表2-2可以看出，往JP-5燃油中加入不同量的沥青杂质会明显改变其带电状态。

表2-2 加入杂质对液体带电的影响

研究还发现，在液体中加入过多的杂质时，液体反而不容易产生静电了。原因是随着杂质的增多，液体的电导率加大，静电容易泄漏。

（3）液体流动状态的影响

研究发现，液体流动时，由层流变为湍流时，其带电量就会显著增加。主要原因有

1）当液体处于湍流状态时，由于增大了液体分子热运动和相互碰撞，就能产生新的空间电荷；

2）由于速度梯度的变化，使处于偶电层的扩散层处流速变大，因此会使液流中带有更多的电荷。

液体的层流与湍流在管道内的速度分布规律有着很明显的差别。在图2-6中可以看出，层流的速度分布曲线呈抛物线形；湍流时管线中靠近管壁处有较大的速度梯度。

（4）管路的形状及容器的尺寸对液体静电的影响

图2-6 不同流动状态下的流速示意图

鹤管（注油管）管口形状对静电产生有很大影响。45°斜口圆筒管头比平圆筒管头产生的静电量要少得多。这主要是因为液体流经平圆筒管头处时，同斜口管头相比，液体被分散的程度要强烈得多。另外，一般说来在其他条件相同的情况下，大容器的液面静电电压较高。

（5）管道材料和管道内壁状况对液体静电流的影响

管线材质对管线中流动的液体所产生的液流电流的影响是很大的。研究发现，同种液体流过玻璃钢、硼酸玻璃、金、银等材质的管道时，其静电的产生量差别很小，但由于上述材质的电阻率差异很大，因此对静电的消散却有显著的影响，从而也就显著影响静电流的大小。图2-7是液体流经不同管道时所产生的液流电流的情况。另外，管道内壁越粗糙，产生的静电就越大。

图2-7 管线材质与电流的关系曲线

1—生锈的碳钢 2—氯丁橡胶 3—不锈钢 4—干净的碳钢

（6）液体电阻率对静电产生量的影响

在一定范围内静电产生量随电阻率的增加而增大，但达到某一数值后，又随着电阻率值的增加而减小，研究发现，电阻率为10¹¹Ω·m的液体最容易产生静电；而电阻率小到10⁸Ω·m的液体由于其静电泄漏很强，所以不容易积聚静电；若电阻率大到超过10¹³Ω·m，也不容易产生静电。但是，由于苯和石油制品的电阻率多数在10¹⁰～10¹²Ω·m之间，所以产生静电的危险性很大。从图2-8中可以清楚地发现电阻率对油品带电的影响。

图2-8 不同电阻率对油品带电的影响

如果在石油成品中加入化学药剂，则可改变其电阻率，并测得电阻率对在管道中流动的油品的冲流电流值也有明显的影响。在图2-9中所示为喷气燃料JP-4中加入药剂后，测得的电阻率对冲流电流的函数关系曲线。

图2-9 电阻率与冲流电流的关系

（7）过滤器对液体静电的影响

过滤器会大大增加接触和分离的强度，更换不同的过滤器，可使液体静电的电压增加十几倍甚至更大，有时还可以改变静电电荷的极性。