化学、医药、食品制造工艺中的静电问题及其对策

与其他制造业相比，化学、医药、食品行业特征在于，其制造工艺中大量使用流体及粉体原材料、产品，并且其中包含消防法中所规定的危险品。因此，如果不能妥善处理好静电问题，就会出现异物混入等质量问题以及爆炸、火灾等安全问题。在本期中，工程师铃木孝先生（一代工程师事务所）将为大家解说化学、医药、食品制造过程中发生的代表性的静电故障及其对策。

·       静电引发爆炸、火灾的原理

·       爆炸、火灾的防止方法

静电引发爆炸、火灾的原理

在这里，让我们思考一下为什么静电会引起爆炸或火灾。物体燃烧时必须具备3大要素，即“燃烧三要素”。火源、可燃物、助燃物是发生燃烧所必需的3大要素，其中火源是指静电放电，可燃物是溶剂等可燃性蒸气和粉尘，助燃物是空气或氧气。通过控制这三者，就可以降低静电引起爆炸或火灾事故的概率。也就是说，如果能去掉三者中的一个，可以说就不会发生爆炸或火灾。

图1. 燃烧三要素与化学反应中的能量推移

首先，关于静电与易燃蒸气的关系，静电火花放电（接触门把手时感受到的电击感）的能量约为5～10mJ。另一方面，甲苯、丙酮等通用溶剂的最小着火能量约为0.2 mJ。如果从外部施加的能量大于最小点火能量，可燃蒸气就会燃烧。不仅限于静电，摩擦热等其他达到0.2 mJ以上的能量同样也会成为火源。总之，静电引起爆炸或火灾的机理，就是只要静电火花放电的能量超过通用溶剂的最小点火能量，就存在这一危险性。

其次，关于可燃物与助燃物的关系，可燃物存在燃爆范围。甲苯、丙酮等通用溶剂的爆炸范围，对空气大约为1～7%左右。当空气中的溶剂蒸气在这个范围内时，如果发生静电火花放电，就会引发爆炸或火灾。因此，在考虑静电对策时，可以考虑将环境中的溶剂蒸气浓度稀释至1%以下或提高至7%以上。要想将浓度降低到1%以下，可采用局部排气系统等稀释空气中的浓度；要想提升到7%以上，可采用密封反应釜等措施，使其不与外界空气接触。当然，人无法在7%以上的环境中进行作业。

图2. 爆炸范围示例

表1. 溶剂着火性示例

水被认为不会携带静电，但事实并非如此。如果水中溶解有盐分，就很容易带电。事实上，由水引起的静电事故也时有发生。水是一种容易带电的物质，但人们常常认为它不带电，这是因为即使带电它也会很快中和。化工、医药、食品等行业的废液罐中经常发生水静电事故。例如，将水废液转移到废液罐中时，如果有溶剂漂浮在废液罐中，且可燃蒸气已与废液罐中的空气混合形成爆炸性混合气体，会发生什么情况？水废液会猛烈喷出，喷嘴与水之间产生的静电会引起爆炸或火灾。

爆炸、火灾的防止方法

工作人员接地

为了防止发生前项所述的机制，需要采取措施彻底防止现场火花放电。具体来说就是将所有的导体都接地，身体的60%到70%由水分构成的人也是导体，所以工人也需要接地，而导电鞋和导电地板就承担这一职能。防静电安全鞋的鞋底是由可以使电流逸出的材料制成，因此在工作时应严格遵守穿着防静电工作鞋（JIS T8103）。即使天气寒冷，也严禁擅自在鞋子中垫上不导电的保暖鞋垫。

图2. 人体除电示意图

推荐商品

临界氧浓度下的助燃物控制

助燃物同样是可控的。存在一个临界氧浓度，如果氧浓度低于该浓度，则不会发生燃烧。因此，还有一种措施是利用氮气或氩气等惰性气体将系统中的氧气浓度稀释到低于临界氧气浓度。为了采取此类措施，需要使用氧浓度计进行监测。开始工作前，必须用氮气或氩气吹扫罐内，并用氧气浓度计检查氧气浓度是否低于所处理的可燃物的临界氧浓度，例如5%以下。

推荐商品

废液储罐对策

由于溶剂可能会无意地混入上述废液罐中，因此即便在不间断监视废液罐内部的同时转移废液，也是不适当的做法。在这里，应采取措施，将被称为滴管的废液排放出口一直伸到储罐的底部。

图3.废液储罐的事故案例

液体流动对策

液体流动中的静电对策，主要是通过将管道接地和限制流速来抑制电荷的产生。
首先，必须采取诸如使用导电管或使用软管将管道接地，将法兰等管道连接部位贴紧等措施。
其次，充填时，初始最大流速应在1m/s以下。当使用二层液体（水、溶剂和粉末混合的液体）时，或是必须使用绝缘管、软管时，必须采取措施将最大流速降低到1m/s以下。这就和在加油站加油一样，基本原则就是要慢慢来。在生产现场，也有些地方的流速不容易控制，在这种情况下，采用最大流速已由规格确定的气压泵等是非常有效的手段。气压泵不使用电力，而是以压缩空气为动力，因此即使在防爆区域也能更安全地使用。但是，如果在气压泵的出口用套管等减小口径，则流速会增加，所以这绝对是不允许的。在实际操作中，也有因为出口口径减小而发生事故的案例。

推荐商品

分析室中的对策

在化学、制药和食品行业，有许多工厂都设有内部分析室。在分析室里，会从事极少量粉体试剂和样品的称量工作。例如称量0.1mg等。在这种情况下，如果粉体试剂或样品是不导电的，当用微量刮勺仔细取样并小心地放在半微量精确天平上时，粉末可能会因静电而飞散，或者在称量过程中可能会改变重量。在这种情况下，在附近放置一个小型离子发生器可以改善工作效率。选择离子发生器时，建议使用不影响称重工作的无风型离子发生器。
当现场属于爆炸性环境（防爆区域）时，离子发生器的使用也将受到限制。在这样的行业中，导体的可靠接地和可靠的人体静电消除是第一优先的对策。

推荐商品

执笔：工程师 铃木孝（一代工程师事务所）