流體在流動、攪拌、沉降、過濾、搖晃、噴射、飛濺、沖刷、灌注等過程中都可能產(chǎn)生靜電。這種靜電常常能引起易燃液體和可燃液體的火災(zāi)和爆炸。因此，研究液體的靜電是非常重要的。
1.在液體介質(zhì)中產(chǎn)生靜電的幾種形式
（1）流動帶電 液體在流動中的摩擦帶電是工業(yè)生產(chǎn)中
頗為常見的一種靜電帶電形式。如汽油、航空煤油等低電導(dǎo)率的輕質(zhì)油品在管線中輸送時，又如苯通過有濾網(wǎng)的漏斗倒入試瓶時，甚至在用蘸有汽油的棉紗洗滌金屬或衣物時都有靜電發(fā)生。
（2）噴射帶電 當(dāng)液體從管口噴出后在與空氣接觸時，它將被分散成許許多多的小液滴。較大的液滴很快地沉降，而另外一些微小的液滴停滯在空氣中形成霧狀的小液滴云，帶有大量的電荷。例如水或甲醇在高壓噴出后形成的霧狀小液滴就帶大量電荷而形成電荷云。
（3）沖擊帶電 當(dāng)液體從管口噴出后遇到器壁或擋板的阻礙時，飛濺起的小液滴同樣會在空間形成電荷云。例如汽油經(jīng)過頂部管口注入到儲油或罐或油槽車的過程中，油柱下落時對器壁發(fā)生沖擊，引起飛沫、霧滴而帶電。
（4）沉降帶電 當(dāng)在絕緣液體中，例如在輕質(zhì)油品中含有固體顆粒雜質(zhì)或水分，且這些顆?；蚰鄢傻拇笏蜗蛳鲁两禃r，也有靜電產(chǎn)生。
2.液體介質(zhì)靜電起電機理
（1）液體與固體界面偶電層的形成 液體與固體界面處偶電層的形成是一個相當(dāng)復(fù)雜的化學(xué)過程。形成偶電層的直接原因是正、負(fù)離子的轉(zhuǎn)移。偶電層上的電位差通常稱為電動電位或 ζ 電位。一般認(rèn)為，液體在固體表面的電荷層由兩部分組成：一部分是緊貼在固體表面的電荷層稱為緊密層，該層厚度只相當(dāng)于一個分子直徑的數(shù)量級，其所帶電荷與界面上固體一側(cè)的電荷符號相反；另一部分的電荷與緊密層電荷符號相反，其厚度則為分子直徑的幾十倍至幾百倍，稱為擴散層。
如圖 1所示為液體在管道內(nèi)流動時靜電荷的分布情況。固體界面上是一層正電荷，在液體中緊密層內(nèi)是負(fù)電荷，而在擴散層內(nèi)也是正電荷。如圖所示，正電荷隨著液體流動形成液流電流（或沖流電流）。沖流電流的大小在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)通過管道橫截面的電量。在圖 1所示的情況下，沖流電流與液體的流動方向相同。如果管道是接地，在沖流電流流動過程中，接地的途徑上也有相應(yīng)的電流流過。如果管道是由絕緣材料制成或者是對地絕緣，則在管道上會積累大量的靜電。
圖1 液體在管道內(nèi)流動時靜電荷的分布情況
進一步研究表明：在液體層內(nèi)除按電荷分布情況可將液體層分為緊密層和擴散層外，還可根據(jù)液體層的流速分布情況將其劃分為固定層及流動液層兩部分，如圖 2所示。
圖2 偶電層的模型
上述的偶電層所形成的電場方向是由固體表面指向擴散層。從固體表面至擴散層末端的電位差在化學(xué)中稱為熱力學(xué)電位，用 φi表示φi= ε + ζ
式中 ε———固定層電位；
ζ———流動液層電位。
偶電層電位變化曲線如圖 3所示。
圖3 偶電層電位變化曲線
（2）液體-氣體界面的起電 水和其他液體在噴霧和發(fā)泡時能產(chǎn)生大量的靜電和較高的電動電位。它的起電原理和液體在管道中流動產(chǎn)生的靜電不完全一樣。
① 液、氣間的偶電層都位于接近氣體的液體表面之下。
② 帶電是由于從表面剝出的微小液滴而產(chǎn)生的，這些帶電粒子產(chǎn)生于很薄的表面層里。
③ 當(dāng)水滴破碎時，大小不等的水滴相比較，小水滴帶負(fù)電，大水滴帶正電。
④ 利用噴霧法得到半徑數(shù)量級大約為微米級的小液滴，對這些小液滴進行測量后發(fā)現(xiàn)：同樣大小的液滴帶正電和帶負(fù)電的數(shù)目，就平均而言是相等的，即所謂的小液滴對稱帶電。對小液滴的對稱帶電可以這樣解釋：最初，離子均勻地分布在液體中，如果液體分裂成無規(guī)則的小液滴而進到氣體中后，就形成了具有相同數(shù)目的正、負(fù)離子。表 1給出了使水溶液噴霧所得到的正、負(fù)總電荷量。
表 1 使水溶液噴霧所得到的正、負(fù)總電荷量
單位：相對量
蒸餾水
kcl1 ×10-5mol
kcl1 ×10-4mol
kcl1 ×10-2mol
kcl1mol
-38
-40
-42
-11
-2
+38
+40
+43
+11
+2
在生產(chǎn)過程中，因液體噴霧造成重大事故的案例是很多的。如由于針形閥開度較小，汽油就曾因噴霧而發(fā)生過引燃事故。液體在高壓下由噴嘴噴出時，靜電不僅會產(chǎn)生在噴嘴處的固-液偶電層上，同時也會由于分裂液體而產(chǎn)生在汽油霧中。另外如用高壓水沖洗油輪油艙時，在國外曾發(fā)生過多起油輪爆炸事故。在這些事例中，將因液體與固體快速接觸、分離而產(chǎn)生靜電外，液體在與容器壁碰撞而使其分裂、霧化過程中產(chǎn)生的靜電也是重要原因之一。
3.影響液體靜電產(chǎn)生的幾個因素
（1）液體所含雜質(zhì)對靜電產(chǎn)生量的影響 實驗結(jié)果表明，非常純凈的高度精煉的石油產(chǎn)品在管道內(nèi)流動時是不容易帶電的。這是因為液體之所以帶電是因為在液體內(nèi)存在著已離解的正、負(fù)離子，而一般的石油輕油制品的分子是無極分子，因此，這類分子一般都不能直接電離。液體中的離子主要來源于
其中所含的雜質(zhì)，當(dāng)這些雜質(zhì)離解時就產(chǎn)生了正、負(fù)離子。如果在輕油中存在膠體雜質(zhì)，例如水分子，它就可以吸附自由離子而成為帶電質(zhì)點。在生產(chǎn)中常見到這樣的現(xiàn)象，當(dāng)油品中含有少量水時，水在沉降過程中很容易帶電，甚至能引起靜電事故。由表2中可以看出，往 jp-5燃油中加入不同量的瀝青雜質(zhì)會明顯改變其帶電狀態(tài)。
表 2 加入瀝青雜質(zhì)對帶電的影響
jp-5燃 油
電導(dǎo)率 /（s/cm）
放電次數(shù)
無增加物
0.011 ×10-12
4
加 0.005% 瀝青
0.5 ×10-12
130
加 0.0005% 溶于石油精的瀝青
1.6 ×10-12
131
加 0.0005% 不溶于石油精的瀝青
1.2 ×10-12
112
通過實驗還發(fā)現(xiàn)在液體中加入雜質(zhì)過多時，液體也不容易產(chǎn)生靜電，這是由于隨著雜質(zhì)的增多，液體電導(dǎo)率較大，靜電容易泄漏的緣故。雜質(zhì)除可改變液體的帶電程度外，有時甚至可以改變帶電的極性，如有時在往油槽車裝油的過程中會發(fā)現(xiàn)數(shù)次靜電極性的改變。
（2）液體電阻率對靜電產(chǎn)生量的影響 在一定范圍內(nèi)靜電產(chǎn)生量隨電阻率的增加而增大，但達到某一數(shù)值后，它又隨著電阻率值的增加而減小，實驗結(jié)果指出，電阻率為 1011ω·m 的液體最容易產(chǎn)生靜電；而電阻率小到 108ω·m 的液體由于其靜電泄漏較強，因此不容易積累靜電；若電阻率大到超過1013ω·m 時，又由于所含離子少，所以帶電也很難。由于石油制品和苯的電阻率多數(shù)在 1010～ 1012ω·m 之間，故其靜電危險性很大。從圖 4可以清楚地看出電阻率對油品帶電的影響。
圖4 電阻率對油品帶電的影響
如果在石油成品中加入化學(xué)藥劑，則可改變其電阻率，并測得電阻率對在管道中流動的油品的沖流電流值也有明顯的影響。如圖 5所示為在噴氣燃料 jp-4中加入藥劑后測得的電阻率與沖流電流的函數(shù)關(guān)系曲線。
（3）管道材料和管道內(nèi)壁狀況對液流電流的影響 管線材質(zhì)對管線中流動的液體所產(chǎn)生的液流電流的影響是不可忽略的。實驗指出，同種液體流過金、銀、鈀、硼酸玻璃、玻璃鋼等管道時，其靜電的產(chǎn)生量僅有微小差別，但由于上述材質(zhì)的電阻率差異很大，因此對其靜電的消散卻有顯著的影響，從而
圖5 電阻率與沖流電流的函數(shù)關(guān)系曲線
圖6 管線材質(zhì)與電流關(guān)系
明顯影響液流電流的大小。圖 6給出了某液體流經(jīng)不同材質(zhì)管道時所產(chǎn)生的液流電流情況。除管道材質(zhì)的影響外，管道內(nèi)壁的粗糙程度對液流電流也有影響。實驗結(jié)果表明，內(nèi)壁越粗糙，靜電產(chǎn)生量越大。
（4）水分的影響 如前所述，當(dāng)高阻的油品中含有水分時，水雖然不會與油品直接作用使靜電增加，但是會與油品中的雜質(zhì)起作用從而間接影響油品的帶電量。
實驗結(jié)果表明，當(dāng)油品中混入水分在 1% ～ 5% 時，其靜電產(chǎn)生量最多，靜電危險性也越大。
（5）管路幾何形狀及容器尺寸的影響 注油管（鶴管）管口形狀對靜電產(chǎn)生有很大影響。例如，45°斜口圓筒管頭比平圓筒管頭產(chǎn)生的靜電量要少得多。這主要是因為液體流經(jīng)平圓筒管頭處時，同斜口管頭相比，液體被分散的程度要強烈得多。容器的尺寸對靜電產(chǎn)生量也有影響。一般說來，在其他條件相同的情況下，大容器的液面靜電電壓較高。
（6）過濾器的影響 過濾器會大大增加接觸和分離的強度，更換不同的過濾器，可使液體靜電的電壓增加十幾倍甚至近百倍，有時還可以改變靜電電荷的極性。
（7）流速和管徑的影響 流速和管徑對液體靜電有很大影響。飽和的液流電流 i∞ 可寫成如下形式i∞=kvαdβ
式中 k———決定于液體及管道性質(zhì)的系數(shù)；
v———液體流速；
d———管道內(nèi)徑；
α———流速影響系數(shù)；
β———管徑影響系數(shù)。
其中 α、β 之值不是常量，它是與管徑大小，流體材質(zhì)等
多種因素有關(guān)的量。
（8）流體流動狀態(tài)的影響 實驗指出，流動的液體由層流變?yōu)橥牧鲿r，其帶電量會有顯著的增加。其理由是，當(dāng)液體
圖7 不同流動狀態(tài)下流速的分布
處于湍流狀態(tài)時，一方面是由于增大了液體分子熱運動和相互碰撞，可能產(chǎn)生新的空間電荷；另一方面因速度梯度的變化，使得在偶電層的擴散層處流速變大，因此會使液流中帶有更多的電量。層流與湍流的液體在管道內(nèi)的速度分布規(guī)律有著明顯的差別，如圖 7所示。層流時速度分布曲線呈拋物線形；湍流時管線中靠近管壁處有較大的速度梯度。