一、静电的概念
　　
　　静电是存在于物体表面的电荷,对于观察者是相对静止的。静电可以由物体的分离与接触、附着带电微粒、静电感应和介质极化等过程产生,生产和储运过程中,在物料、设备、人体、管道和构筑物上产生并积累。图1示出了几种起电的方式。
　　
　　静电安全指的是在生产和环境中,不发生因静电放电导致人员伤害、引燃可燃物质、损坏电子设备等造成经济损失的状态和条件。带静电物体上的静电量是静电产生量与消散量动态平衡的相对稳定值,通常只要静电起电的速率小于静电消散的速率,就不会出现静电积聚,为静电安全状态;物体之间保持导电状态可以均衡电荷,避免相互静电放电,为静电安全状态。
　　
　　静电对半导体器件的的危害很大,数据中心工作人员的工作服如果是化纤的材料就可能在接触电路板时摩擦静电电压将场效应管击穿,鞋底与地板摩擦静电电压,握手静电电压也可以将附近电路损坏…,图2示出了经典的损害情况。所以数据中心规定地板和工作服都不允许产生静电的材料,电路板生产线上的工人都要佩戴接地手环。数据中心柴油发电机供油管道连接处更不应该产生静电,防静电等电位连接是必要的。
　　
　　二、静电接地电阻的要求
　　
　　电荷在物体上或物体之间的移动并不需要很低的电阻。为了释放物体上的电荷,通常采用接地的方式,借助于大地的均衡电位,避免静电放电。实验证明物体表面电阻小于1MΩ就可以使电荷移动,所以物体的静电接地电阻小于1MΩ就能对地释放静电。有关标准规范规定物体静电接地电阻不大于100Ω,在山区等土壤电阻率较高的地区,接地电阻值可以放宽到1KΩ,这对于静电释放来说是很宽裕的。
　　
　　通常情况下,静电释放电阻不大于1MΩ时,静电消散的速率大于静电起电的速率,或者可以释放积聚的静电,起到消除静电的作用。
　　
　　三、金属管道法兰连接处的等电位连接
　　
　　属管道法兰连接处的导电连接实现了等电位,目的是静电防护和雷电防护。
　　
　　导电连接不同于静电接地,静电接地是为了借助于大地释放静电,取得物体的静电平衡,避免物体的静电积聚。金属管道法兰连接处的等电位连接是为了避免金属管道法兰面间的电荷不均衡,形成电位差,避免因电位差产生静电间隙放电或雷电间隙放电。金属管道法兰连接处的等电位连接应关注连接电阻和电荷导通载流能力两个方面。图3示出了多根金属管线和数据中心机房等电位连接的方式。
　　
　　四、相关标准的规定
　　
　　对于金属管道法兰对的等电位连接,不同的标准要求不尽相同,以下为相关标准要求的一些摘录:
　　
　　4.1 GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》[1]中第4.2.2条规定:对于第一类防雷建筑物的防闪电感应,当长金属物的阀门、法兰盘、弯头等连接处的过渡电阻值大于0.03Ω时,应采用金属导线跨接。不少于5根螺栓连接的法兰在非腐蚀环境下可以不跨接。第二类和第三类防雷建筑物防闪电感应没有以上要求。
　　
　　4.2 SH/T3097-2017《石油化工静电接地设计规范》[2]中第5.3.4条规定：当金属法兰采用金属螺栓紧固时，通常可不另设静电跨接连接线，但应保证至少有2个金属螺栓具有良好的导电接触面。
　　
　　4.3 HG/T20675-1990《化工企业静电接地设计规程》[3]中第2.7.5条规定:金属法兰使用金属螺栓紧固时,可不另设静电跨接线。在腐蚀条件下,安装前应有不少于2个螺栓的接触面去锈和除油污,并应加装防松螺帽。从实践经验来看,金属螺栓连接的金属法兰之间,单是螺栓相连,已经有足够的静电导通性。在腐蚀条件下的安装要求,目的是保证导通性。
　　
　　4.4 GB501056-2021《汽车加油加气加氢站技术标准》[5]中第13.2.12条规定：在爆炸性环境内的工艺管道法兰两端连接处，应采用金属线跨接。
　　
　　法兰连接螺栓大于等于5根时,在非腐蚀环境下可不跨接。在爆炸性环境内的油品、液化天然气(LNG)、压缩天然气(CNG)和液化石油气(LPG)管道上的胶管和法兰两端的连接处应设置金属导线跨接,目的是为了防止胶管和法兰两端的连接处因接触连接不良(电阻大于0.03Ω)而发生静电及雷电火花,从而发生火灾或者爆炸事故。连接螺栓不少于5根的法兰,在非腐蚀环境下可不跨接。
　　
　　五、法兰盘导电跨接的2种方式
　　
　　5.1 通过螺栓或垫片导电跨接法兰配套的金属螺栓及垫片是良好导体,可实现导电跨接。该方式需要考虑环境对法兰、螺栓材质的腐蚀影响。
　　
　　对于很多现场环境都会采取防腐措施,例如:涂刷防锈漆、镀锌、表面处理等。应评估防腐措施对于导电的影响。不建议采用去除防腐措施的方法提高导电性能,因为在腐蚀环境中如果没有良好的防腐措施,当螺栓和螺母出现腐蚀现象时,将影响法兰的预紧力,垫片腐蚀将影响密封面,形成安全隐患。可以通过螺栓实现导电跨接的场合有以下几方面:
　　
　　5.1.1非腐蚀环境。例如:干旱的内陆地区。
　　
　　5.1.2耐腐蚀材料的法兰、螺栓。例如:耐工艺介质腐蚀的不锈钢。
　　
　　5.2通过螺母压接接地片实现等电位连接通过法兰配套的螺栓螺母压接金属连接片,连接片压接跨接导线实现导电跨接。该方式需要注意连接片的材质与法兰螺栓螺母材质的腐蚀配置不当产生的腐蚀,以免影响法兰螺栓的连接性能。应采用防腐蚀的金属配置或与法兰螺栓材质相同的连接片,否则可能存在腐蚀。
　　
　　六、对标准规范规定的连接电阻的质疑
　　
　　如上文所述,电荷在物体上或物体之间的移动并不需要很低的电阻,为了释放物体上的电荷,接地电阻小于1MΩ即可。规范规定的接地电阻为不大于100Ω,已经很宽裕。为什么静电跨接需要小于0.03Ω?
　　
　　爆炸性环境中的管道等金属体进行静电接地是为了避免出现可能引起火花的间隙放电,既然100Ω的导电连接足以均衡法兰之间的电荷及电位,那么并不需要小于0.03Ω的连接电阻。
　　
　　规范中的“防闪电感应”,实际上也是为了避免由于闪电感应引起的电涌在法兰盘间隙产生火花,同样不需要小于0.03Ω的连接电阻。另外一点,电火花不会产生在非气体的介质中。
　　
　　作者简介
　　
　　岳东:对于暖通专业设计、施工、运行管理从事多年、积累多项专利,对于公司管理具有丰富经验。
　　
　　编辑：Harris