铁路危险品货场中静电危害模型及其防护的研究

论文摘要

随着我国IT产业的迅速发展和技术水平的不断提高,高分子材料、微电子器件等已广泛应用于各领域及其产品,由此带来的静电问题则不仅给企业造成了重大的经济损失,也给国家、人民的生命财产安全带来了重大隐患。因此,针对以上问题,如何防护静电及其危害受到了各企业的普遍重视,对静电放电和静电危害进行防护研究也成为热点研究领域。但目前大家普遍关注的是电子、纺织、印刷等领域的静电防护问题,对危险品仓储行业静电问题的防护研究基本处在空白状态。危险品仓储行业中存在种类繁多的流动人口、危险物品和装卸、搬运、堆码等复杂的动态作业过程,在许多方面都存在静电放电的隐患。因此非常有必要对此进行深入研究。本论文以铁路危险品货场中的动态作业过程为主要研究对象,通过对危险品货场的静电参数的实时测量和动态作业过程的模拟实验,确定铁路危险品货场中的静电危害模式,并在此基础上建立危险品货场的静电放电模型,最后评估铁路危险品货场中静电放电的类型与隐患程度,提出防护措施,进行防护设计。主要研究内容及成果如下所述:1.提出了适用于铁路危险品储运行业的流动人体单RC模型和人体-手推车3RLC模型,并结合MATLAB软件分析了其放电波形。管理人员、保安、司机等徒手人员来回走动形成的流动人体,由于摩擦、感应、传导、附着等方式而带电,遇到合适的对象就可能发生放电,但放电类型随放电对象的不同而不同。其中发生几率最大的是火花放电和刷形放电。具体来说,放电对象若为货场常见的雷电引下线等接地导体,则可能发生火花放电;若放电对象为带电电位较高的编织袋或塑料罐装货物,则可能发生刷形放电。此两种放电的危害机理被定义为流动人体模型。搬运工手持手推车装卸货物时,其静电的产生与释放是一个动态过程,难以进行实时检测,也是静电防护的重点和难点。静电放电可能发生于手推车插入货物的瞬间。若货物为金属桶装,则可能发生火花放电;若为编织袋或塑料罐装,则可能发生刷形放电。故可将手推车考虑为搬运工人体的特殊延伸,此两种放电的危害机理被定义为人体-手推车模型。2.设计了多因素联合效应模拟试验系统,可用于模拟实际操作工况,进行动态作业过程中的静电电位检测和多因素联合效应的研究。该系统分为静电模拟实验室和信号采集系统两大部分。静电模拟实验室可以模拟危险品货场潜在的静电放电危害材料在不同因素水平组合下的摩擦起电情况。信号采集系统则负责进行波形显示和数据存储。在模拟实验研究方面,我们主要利用正交法分析摩擦力大小、摩擦次数、分离速度、环境的温湿度和包装材料,在动态作业过程中对静电瞬间电位的影响作用。具体地说,正交实验分两部分,首先通过三次不同的组合实验,分析实际作业过程中各因素的影响作用,并根据数据分析结果给出不同的静电防护建议;然后追加另外的正交实验,结合正交法的极值分析和方差分析,对各因素影响作用的主次排序和交互作用进行分析。3.通过一元线性回归分析法和MATLAB软件在定量的层面上对各因素的影响作用进行了分析。利用回归分析法,分析单因素实验数据,找出各单因素与静电瞬间电位相依赖的回归模型,再通过回归分析法的线性检验和MATLAB软件的模型曲线拟合两个方面对回归模型的拟合度进行检验,最后得出摩擦力、摩擦次数、分离速度和环境湿度四个单因素与静电瞬间电位的回归模型。4.提出了铁路危险品货场的静电防护物理设计方案和防护标准。在现场测量和模拟实验的基础上,从形成静电危害的基本条件着手,阐述了静电安全防护的基本原则和主要内容,重点说明了静电防护的主要措施;针对吉山货场进行了静电防护的物理设计;借鉴了GJB/Z 105– 98《电子产品防静电放电控制大纲》、GB 12158– 90《防止静电事故通用导则》、GJB 1649– 1993《电子产品防静电放电控制大纲》、GJB 3007– 1997《防静电工作区技术要求》、GB 4655-84《橡胶工业静电安全规程》和IEC 60364《建筑物电力设施的安装》,提出了铁路危险品货场防护静电放电的技术标准草案,规定了静电起电、静电放电类型与危害模型、静电危害的安全界限、静电放电防护措施、静电的管理防护、静电事故的分析与确认及静电事故的处理程序等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外静电研究的发展状况
• 1.3 论文的主要工作和内容安排
• 第二章 动态作业过程中的静电起电和静电放电
• 2.1 引言
• 2.2 动态作业过程中的静电起电机理
• 2.2.1 固体的静电起电机理
• 2.2.2 动态作业过程中静电起电的机理分析
• 2.3 动态作业过程中的静电起电方式
• 2.3.1 剥离起电
• 2.3.2 破裂起电
• 2.3.3 压电起电
• 2.3.4 电解起电
• 2.4 静电的消散
• 2.4.1 静电中和
• 2.4.2 静电泄漏
• 2.5 静电放电（ESD）
• 2.5.1 静电放电类型
• 2.5.2 静电放电模型
• 2.5.3 典型静电放电模型的放电波形
• 2.6 静电障害
• 2.7 本章小结
• 第三章 现场测量数据的分析与静电放电模型的建立
• 3.1 引言
• 3.2 静电参数的现场静态测量
• 3.2.1 测量参数的选择
• 3.2.2 测量概况
• 3.2.3 测量仪器与测量原理
• 3.2.4 测量数据的统计及说明
• 3.3 静电安全隐患的分析与评估
• 3.4 危险品货场ESD 模型的建立
• 3.4.1 危险品货场的工况描述
• 3.4.2 数学准备
• 3.4.3 “流动人体模型”的建立
• 3.4.4 “人体-手推车”静电放电模型的建立
• 3.4.5 危险品货场中静电放电模型的应用
• 3.5 本章小结
• 第四章 危险品动态作业静电模拟实验系统的建立
• 4.1 引言
• 4.2 模拟实验室的设计
• 4.2.1 模拟室的结构图
• 4.2.2 压力的估算
• 4.2.3 模拟室湿度的控制
• 4.3 测量系统设计
• 4.3.1 硬件部分
• 4.3.2 软件部分
• 4.4 模拟实验系统的集成与调试
• 4.5 实验材料的选择
• 4.6 模拟实验的测量方法
• 4.7 模拟实验的设计思路
• 4.7.1 单项因素实验设计
• 4.7.2 正交实验设计
• 4.8 本章小结
• 第五章 模拟实验数据分析与回归模型的建立
• 5.1 引言
• 5.2 单因素实验
• 5.3 多因素现场模拟实验
• 5.4 动态作业过程中静电起电的多因素综合研究
• 5.5 回归分析
• 5.5.1 一元线性回归分析
• 5.5.2 一元非线性回归分析
• 5.6 单因素回归模型的建立
• 5.7 本章小结
• 第六章 危险品货场静电安全防护设计
• 6.1 引言
• 6.2 静电安全防护设计
• 6.2.1 控制静电荷产生的一般原则
• 6.2.2 消除静电荷的主要措施
• 6.3 吉山货场防护静电放电危害的硬件设计
• 6.3.1 地坪整体静电泄漏能力的物理设计
• 6.3.2 手推车的静电危害防护设计
• 6.4 静电安全防护的检查与检测
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录1 静电放电模型的MATLAB 仿真程序
• 附录2 吉山货场防护静电放电的管理细则及操作规范
• 附录3 铁路危险品货场防护静电放电的技术标准 （草案）
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢