专家专栏 | 深度：到底什么样的过滤器才需要静电接地？

关于过滤器的接地问题，相信很多企业和专家都不会陌生，尤其是在隐患排查的过程中，大多数企业的过滤器都会或多或少存在没有静电接地的所谓“安全隐患”，基本上依据的标准是出自《GB 50160-2018 石油化工企业设计防火标准》第9.3.3条：

很多专家和企业在面对这一条款的要求时，都是不分青红皂白，一股脑地将企业厂区内的所有过滤器一律强制进行静电接地，很多企业也是不加思考，稀里糊涂地就接受了整改意见。毕竟对于企业来说，静电接地可以说是最容易解决的安全隐患了。相比那些防火间距之类的隐患，可以说容易到家了。但是安全首先是要讲科学的，要讲道理的，和整改的难易程度是没有关系的。今天呢，我就带着大家深挖一下过滤器的静电接地问题，主要分为两个主题叙述吧，第一个问题，过滤器为什么要进行静电接地？第二个问题，到底什么类型的过滤器需要静电接地。

在没有正式对上述两个问题进行论述之前，我准备要花大量篇幅来介绍过滤器的原理和设计选型，只要弄懂了过滤器的原理和选型，那么上述的两个问题，相信大家也就迎刃而解了。

过滤器顾名思义就是用来过滤掉一些介质中不想要或不能有的东西，相对于工艺介质而言，我们将这些不想要或不能有的东西统称为杂质，也就是说过滤器就是为了筛除这些杂质而设计的。那么了解了过滤器的目的之后，我们就需要更进一步了解，过滤器到底是怎么把杂质过滤出去的，这就是过滤器的工作原理。

石油化工行业用到的大量过滤器从原理上来讲，我可以归纳为两种类型，第一，网状过滤，第二，芯状过滤。我们先说网状过滤，网状过滤顾名思义就是采用过滤网来滤除杂质，这些杂质颗粒有大有小，为了过滤掉不同大小的杂质，我们就会选择不同网孔直径的滤网，这里的不同网孔直径，专业术语叫“目数”，其定义为“每英寸长度上（25.4mm）的网孔数”，例如常用的某过滤器，规格为30目，就是说该过滤网在长25.4mm宽25.4mm的正方形区域内有30个网孔，网孔的目数规格示例如下图：

根据图示可知，目数越大，网眼孔径越小，孔径越小其过滤的杂质粒径越小，也就是过滤精度越高。网状过滤器一般用来过滤掉颗粒杂质，避免这些颗粒杂质被带入到机泵设备内，进而对机泵的内件造成磨损。所以一般网状过滤器安装位置都位于各种机泵的入口侧。当然也有一些基于工艺上的要求（确保物料的纯度或排除固体颗粒等），而采用了独立的管道过滤器，其滤芯也是采用网状过滤器的。

网状过滤器在设计选型中除了目数是一个重要参数之外，还有有效流通面积，这个有效流通面积就是液体接触网孔的全部面积之和。为什么要有这个要求呢？主要是为了保证介质的流量需求。因为网状过滤器在管道流体输送过程中，不仅起到了过滤作用，而且客观上也起到了限流的作用，类似于孔板的功能，差别只在于孔多少的问题。但是即使目数再大，如果做成圆盘形状插到管道中间的话，还是会限流的。那么怎么去解决这个问题呢？只能改变滤网的形状了。例如把圆盘状改成筒形或者锥形，或者喇叭形等等。如下图：

改变后的这些滤网，总孔径面积显著增大了，这样就可以满足流量的要求了。但是带来了另外一个问题，就是安装问题。一般过滤器是安装在管道中的，所以为了和管道安装尺寸相匹配，这些过滤网被装在各种不同型式的管件内，并且被专业制造厂家做成标准成品件供应。我们常见的各种Y形过滤器，T形过滤器，篮式过滤器等等。

网状过滤器的尺寸和规格是根据滤网面积来选定的，如果管道直径很粗，那么自然过滤器的尺寸就会相应增大，特别是对于T型过滤器和篮式过滤器来说，圆筒形的外壳必须做的更大，才能容纳如此大的过滤网。那么问题就来了，滤网虽然很轻，但是筒体外壳却很重，如果和管道连接悬空的话，很容易产生重力弯矩，管道就会发生变形。所以这个时候，就需要对过滤器设置独立的支座或基础，以支撑起自身的重量。这就是某些过滤器需要设置独立基础的由来。

说完网状过滤，我们继续说芯状过滤。所谓的芯状过滤就是过滤部件采用的是棒状的滤芯，一般为棉状或絮状，类似于鱼缸用到的过滤棉。这些棉絮状的滤芯是呈棒状一根一根竖直安装在筒体内的，如下图所示：

芯状过滤和网状过滤的主要区别就是过滤精度更高，这种高精度的过滤级别一般是出于工艺运行的需要，降低介质中的杂志，或提高产品的纯度等。由于芯状过滤的缝隙更低，甚至达到微米级，所以为了满足工艺流量上的需要，所需要配置的滤芯数量就较多，这些成百上千的滤芯布置在一个密闭的圆筒壳体内，客观上就要求圆筒外壳的直径要足够大，才能容纳如此数量众多的滤芯。所以化工企业现场配置的芯状过滤器一般都类似于立式压力容器（实际上就是立式压力容器），所以自然就需要配置独立的基础或支座。

以上内容就是叙述了两种不同类型过滤器的结构和原理，说了这么多，我们要回归正题了，就是过滤器静电接地的问题。

我们知道，静电的产生来源于介质物料在设备管道中流动所产生的高速摩擦起电，在正常管道流动过程中，所产生的静电基本上能被金属本体和静电接地线及时地传导出去，但是在遇到类似于过滤器这样的设施，尤其是上述提到的大流量的网状过滤器和芯状过滤器，那么产生的静电能否被迅速引流出去就很难保证了。因为大量流体在经过滤网和滤芯时，流动状态会被严重破坏，由层流状态急剧变成杂乱无章的湍流状态，且与过滤部件发生大面积的正向摩擦（介质在管道中流动，与管壁是侧向摩擦），那么自然产生的静电就会大大增加。那么到底增加了多少呢？有没有量的概念呢？

我查阅了相关的国内规范，涉及到这方面的文献比较少。再查阅了国外的规范后，有两个标准有所提及，分别是《NFPA-77 Recommended Practice on Static Electricity》和《API RP 2003 Rrotection Against Ignitions Arising Out of Static, Lightning, and Stray Currents》，其中在API RP 2003标准中，第4.6.3章节，描述如下：

“Charge generation greatly increases if a filter is placed in a piping system. A filter can produce from 10 to 200 times more charge than is produced in the same system without filtration. in some cases, wire screens can also enhance charge generation. There is no danger from this excessive charge as long as the liquid is contained inthe pipe; ”

翻译过来就是，当流体通过一个过滤器时，其产生的静电量大概是其在管道中产生的静电量的10~200倍，这里的倍数之所以从10到200不等，是根据介质和过滤部件的接触面积不同而不同的，也就是说，滤网面积越大，滤芯越多，其产生静电量的倍数也就越大，最高能达到200倍。可以想象一下，静电量一下子升高到200倍左右，会是什么概念。所以我们要求过滤器需要做单独的静电接地，也就不难理解了吧。

那么我们继续深入探讨，是不是所有的过滤器都应当进行静电接地呢，当然不是了，只有那些接触面积较大的网状过滤和芯状过滤器才需要单独的静电接地，至于普通的Y型过滤器、T型过滤器等就不需要再进行单独的接地。那么针对这个问题，化工企业或者设计院在工程实践中，到底该如何把握这个尺度呢？有没有可以参照的依据呢？

基于此，解铃还须系铃人，既然是GB50160第9.3.3条提出的要求，那么该石化规的标准管理组还是比较负责任的，根据网传的一份2015年6月29日落款为《石油化工企业设计防火规范》国家标准管理组对中海壳牌石油化工有限公司的答复信笺中，专门对此条作了进一步的解释：

其内容原话为：“管道泵及泵入口永久过滤器、缓冲器等”均指有工艺要求、PID中有正式设备编号且有独立基础的小型设备，如其仅作为管道附件的型式存在可不设静电接地设施。”

干过化工设计的人员都知道，标准管理组的答复是从一个设计专业的角度来解释的，这里的“工艺要求”，指的是过滤器的各项工艺指标（包括目数，过滤精度，压差，流量，设计温度/操作温度，设计压力/操作压力等）；这里的“PID中有正式设备编号且有独立基础的”，指的是在PID（工艺及仪表流程图）图纸中有位号标识，且在安装过程中设计有独立的基础或支座。这里的“小型设备”，意思就是该过滤器是作为一个设备来定位的，这就把一些作为管道附件的过滤器给排除在外了。

总结：

过滤器的静电接地与否一定要根据过滤器自身的结构，以及其实际产生静电量的大小、自身导除静电的能力来综合考虑。最终目的只有一个，就是消除其产生的静电积累，实现本质安全。