人体静电火灾危险性研究的回顾

人体静电火灾危险性研究的回顾摘要：人体的运动会不可避免地产生静电，在存在易燃易爆介质的场所，虽然静电是引起火灾爆炸事故的重要能量，但人体才是产生和携带静电的重要载体。

文中对人体静电的产生，积聚，放电及其对易燃易爆品的引燃进行了探究，并提出了相关防护思路，以此引导人们加强对人体静电火灾危险性的重视，进而帮助人们对其进行防范。

关键词：人体静电；易燃易爆介质；火灾危险性；防护思路Review of the Fire Hazard of Electrostatic on Human BodyZhu Ming，Li Qiang，Jiang Hui Ling（Chinese People’s Armed Police Force Academy，Hei Bei Lang Fang，065000）Abstract：The movement of the human body will inevitably generate static electricity，in the presence of combustible and explosive places，although electrostatic is an important energy to cause fire and explosion，the body is the important carrier of producing and carrying static.This paper，the generation，accumulation，discharge of static electricity on the human body，and the ignition of flammable and explosive materials are studied，and puts forward the related preventive ideas，so as to guide people to strengthen the importance of the fire hazard of human body electrostatic，and help people to guard against them.Key words：Human Body Electrostatic，Flammable and Explosive Medium，The Fire Hazard，Preventive Ideas伴随着矿山、化工行业的快速发展和汽油、天然气等能源的广泛使用，因静电引起的火灾、爆炸事故时有发生。

人们逐步意识到了静电带来的危害，静电火灾危害的防治问题，成为科学界普遍关注的热点之一。

使人体静电点火危害问题越来越受到人们的重视。

静电危害主要体现在静电意外放电，而人体静电问题是静电防治的主要研究内容之一[1]。

在工矿及石油化工行业等危险行业的生产作业过程中存在有大量易燃易爆介质，在正常生产过程中或故障泄露状态下，均可能形成易燃易爆危险环境。

人体作为产生和携带静电的载体，可以将在易燃易爆危险环境中活动的人看作移动的静电点火源，这对安全作业构成了严重威胁[2，3]。

在高电阻穿着和地面、湿度等环境因素的综合作用下，人体静电得不到及时泄放。

当人体静电能量积累到足以点燃可燃气体、蒸汽或液体的最小点火能时，便会导致火灾和爆炸事故的发生。

现以汽车加油过程中的静电火灾为例。

2005年7月5日，美国华盛顿州柏卫市，车主德瑞克.沃克开着其法拉利汽车来到一家小加油站加油，一边把油枪插进车里，一边悠闲的看着马路上来往的车辆。

才刚刚过了十秒钟，突然一阵猛烈的爆炸声响起，车子被突然腾飞的火焰吞没，在巨大的火球中，德瑞克被冲击波“扔”了出去。

2008年3月5日，路易斯安那州亚历山卓市，一中年人替皮卡上的一个五加仑油桶加油，突然火焰腾飞，车主误操作令火势变得更大，只得飞速逃离。

（见图1）在加油的过程当中，空气中存在蒸汽形式的汽油分子，因为人体所带的静电通过手指放电过程中产生的静电火花，触及到了汽油蒸汽并将其点燃，火星一直蔓延到油嘴上，进而导致剧烈的燃烧和爆炸。

1 人体静电的产生人体静电的产生十分复杂，起电方式也是多种多样，有时以一种方式为主，有时则几种方式并存。

通常，人体带静电主要包括以下3种方式：（1）人体自身行动产生静电人体在活动过程中，与身体以外的物体相接触、产生摩擦，则会在人体上产生静电。

当人体行动时，由于衣服、帽子、手套等相互摩擦也会让人体带上静电。

如鞋是绝缘的，当步行时鞋底与地面之间产生接触和摩擦，鞋子带上静电，也可使人体带上静电高达60 kV[4]，如图2所示。

（2）带电物体接触引起的人体带电人体与带电物体接触，为达到平衡状态，物体的电荷会传导给人体。

另外，悬浮的微量带电物体或离子等会吸附在人体上，使得人体吸附静电电荷而带电[5]。

（3）感应起电引起的人体带电对于静电来说，人体相当于良导体，因此，人体在静电场中，或者在静电电荷的作用下，会感应起电，甚至成为独立的带电体。

人体与大地处于绝缘状态，接近带电物体时，产生静电感应，人体形成等效的静电带电[6]。

关于人体静电的产生，Ober在2000年进行了因为人体穿着物的绝缘导致人体带静电的相关研究，得出了穿着物的电阻率越高越会使人体具有高的产电率的结论[7]。

在2012年，Kagimoto等人对人体静电的产生机理进行了一系列问题的探索，发现人体的活动是静电产生的重要来源[8]。

在我国，刘尚合教授带领的团队对人体静电产生机理和防治技术进行了深入研究，对于人体静电产生的机理最后得出普遍能被大家接受的共识是，人体与其他物体的接触、分离、摩擦的面积和速度对人体的带电起决定性的作用。

2003年时吕琳就对人体活动的静电起电过程进行了探究，认为人体静电起电包括接触、感应、吸附起电。

任觉平在2013年就人体静电产生的条件及原因发表了一些看法，提出人体产生静电的两个条件是：干燥的空气和不导电的纤化衣物。

2 人体静电荷的积聚人体静电荷的积聚是人体静电形成危害的关键，其主要与人体所着衣物和所处环境条件有关。

（1）人体所着衣物的影响人体表面静电的极性和人体静电量的多少又受人体所着衣物的材料特性的影响。

如在相同条件下，纯棉布衣服吸湿性好、导电性强，故积聚的静电就小；人造纤维、合成纤维等织物，吸湿性和导电性能差，因而静电电位就高。

（2）环境因素的影响人体对地的泄漏电阻对人体静电荷的积聚有显著的影响，它的大小除了与人的着装有关，还与地面及环境湿度息息相关。

在起电率一定的条件下，人体对地的泄漏电阻值越大，则人体表面越容易积累静电电荷[1]。

人体静电的积累受环境条件的影响，尤其是空气相对湿度的影响，增加空气的相对湿度，人体所着衣物的表面电阻明显减小，使得人体表面的静电泄漏速率增大，人体积累的静电荷会很快泄漏掉[9]。

所以，干燥的环境中人体静电危害较大。

此外，人的行为活动也对电荷积聚、人体电位有着直接的影响，活动速率越大，起电率越高，饱和电量越大，静电电位就越高。

这是由于接触频率高，分离速度快，静电电荷反流少的原因。

William认为是物体间的摩擦产生了静电电荷，而材料之间的接触和分离是静电放电的主要诱因[10]。

Wang等人在文献[11]中提出了影响静电积累的几个因素，如材料特性、对地泄漏电阻、环境条件等。

刘尚合、宋学君提出了人们的着装及环境条件（包括地面条件、温湿度等）的变化制约着人体静电荷的积累，会对人体静电起电率产生很大的影响。

3 人体静电的放电在现实生活中，当带电人体静电电位较高，其周围的场强大于周围介质的绝缘击穿场强时，人体静电放电现象便会产生。

静电放电可形成高电位、强电场，并可表现出瞬时大电流。

静电放电电流的大小与放电的方式有关，人体静电放电的类型包括电晕放电、火花放电、刷形放电及电场辐射放电四种[6]。

其中人体静电火灾大多由电火花放电引起。

电火花放电的带电体与接地体形状和表面都比较光滑，彼此距离又较小的条件下，空气被击穿所形成的放电通道，有明显的放电点，虽拉成线状，伴随着强烈的光、热和破坏声，放电能量较集中，释放的能量较大，具有较大的点火能力[12]，如图3所示。

对于人体静电放电来说，由于人体阻抗不是固定不变，而是随人体静电电位变化而改变的，可导致重复放电。

在每次放电过程中，仅释放人体静电能量的一部分。

Bund等人使用一个新开发的静电传感器系统对人们日常生活中的静电放电问题进行了实验研究，认为静电放电过程可能会产生电磁辐射脉冲，对易燃易爆气体、粉尘等有很大的引燃、引爆危险[13]。

Glor提出了人体静电放电的一些特点和类型，认为人体静电火花放电是人体带电后最常见的放电方式，同时具有很高的概率导致燃爆事故的发生[14]。

4 人体静电的引燃机理火灾和爆炸是静电最大的危害，而易燃物品形成的爆炸性混合物，包括爆炸性气体和蒸汽，以及爆炸性粉尘等又是静电燃爆事故的最危介质。

从文献[15]中Jachowicz的观点可知，静电放电火花能否成为点火源，取决于静电放电能量及可能被引燃对象的最小点火能两者的大小。

通常为了防止静电燃爆事故的发生，必须把放电能量限制在危险介质的最小点火能以下[16]。

下表给出了部分可燃气体和蒸汽在空气中的最小点火能量。

人体对地绝缘就相当于一个电容器，人体对静电来说相当于导体，人体放电可看作为电容器放电，人体静电放电能量相当于带静电人体积聚能量（W）为：■式中W为静电能量（J）；C为静电电容（F）；U为静电电压（V）。

人体静电电位的表征是通过测试人体表面某点的静电电位与“地”之间的电位差值，而静电电压的测试现今通过各种仪器比较容易实现。

在文献[4]和文献[7]中，吕琳和操基连等人在各自的文献中列出了几组人体静电电位值，如表2所示。

注：实验温度24.5℃～25℃；相对湿度50% RH ～64% RH 。

人体对地电容的大小与人的身高、衣着、地面情况及测量方法等多种因素相关，其由两部分组成，一部分是两脚通过鞋底的对地电容，另一部分是人体对自由空间的电容。

关于人体静电电容，来自日本产业安全研究所的《静电安全指南》一书中指出人体电容约为90～200 pF，根据美国空军标准（MIL—STDISl2，USAF）又把人体电容规定为500 pF，而我国静电研究领域的权威刘尚合教授却提出人体电容范围在50～500pF之间，多数情况下人体电容为l00pF左右[6，18，19]。

为验证人体静电能量引燃危险介质的可能性，需要确定静电点火能量的范围，先取人体静电最小电容值50 pF，人体静电最小电压值690 V，则人体静电放电时产生的最小静电火花能量为：■再取人体静电最大电容值500pF，人体静电最大电压值4200V，则最大静电火花能量为：■另通过人体静电最大、最小电容值算出平均电容值为275pF，对应表2中的不同动作的静电电位值计算出静电点火能，如表3所示。