Защита от статического электричества в производственных условиях

За последние годы в связи с получением и использованием в больших количествах веществ с выраженными диэлектрическими свойствами (синтетические смолы, синтетические волокна, спирты, резины, пластмассы и др.) разряды статического электричества нередко являлись причинами пожаров и взрывов. В ряде производств статическое электричество препятствует нормальному проведению технологического процесса, приводит к порче продукции, снижению производительности труда.

Возникновение зарядов статического электричества происходит при деформации, дроблении (разбрызгивании) веществ, относительном перемещении сплошных тел или слоев жидких и сыпучих материалов, находящихся в контакте друг с другом, при движении воздуха (или других газов) по трубопроводам, а также при интенсивном перемешивании, кристаллизации и испарении веществ. На практике наибольшую опасность электризации представляют процессы слива из цистерн и других емкостей и налива в них нефтепродуктов, пневмотранспортирование и сушка пылевидных материалов, изготовление и эксплуатация полимерных материалов и изделий на их основе.

Возможность накопления опасных электростатических зарядов определяется как интенсивностью возникновения (генерации), так и условиями стекания (рассеяния) зарядов.

Наиболее опасным проявлением статического электричества в промышленности являются искровые разряды, энергия которых может превышать минимальную энергию зажигания горючих сред.

В условиях взрывоопасных производств реальную опасность представляет воспламенение горючих сред искрами, возникающими при соприкосновении человека с заземленным оборудованием. На теле человека может накапливаться статическое электричество при пользовании обувью с непроводящими электричество подошвами, одеждой и бельем из шерсти, шелка и искусственных волокон, при передвижении по непроводящему покрытию пола и при выполнении ряда ручных операций с веществами-диэлектриками. Потенциал изолированного от земли человеческого тела может достигать 7000 В и более, а максимальная энергия, освобождающаяся при искровом разряде — 2,5...7,5 мДж. Такой энергии достаточно для поджигания многих газо-, паро- и даже пылевоздушных смесей.

По современным данным, разряды статического электричества не опасны для здоровья человека. Однако они могут вызвать неприятные ощущения, а при определенных условиях (при разряде с тела человека или через тело человека на землю или заземленное оборудование) привести к непроизвольному резкому движению, которое может явиться причиной травмы (особенно при падении с высоты).

Защита от накопления и опасных проявлений статического электричества основана на следующих принципах:

• уменьшение процесса генерации электростатических зарядов (ограничение скорости переработки и транспортирования материалов, соответствующий подбор контактирующих пар и др.);

• исключение опасных разрядов статического электричества (заземление проводящих объектов, изменение распределенной емкости наэлектризованных диэлектриков и др.);

• рассеяние возникающих электростатических зарядов (увеличение проводимости самих материалов и окружающей среды).

В отдельную группу можно выделить способы, которые не предотвращают образования и накопления зарядов статического электричества, а направлены на то, чтобы возникший искровой разряд статического электричества не вызвал воспламенения горючей смеси.

Уменьшение скоростей переработки и транспортирования материалов является реальным средством снижения уровня электризации материалов. Чтобы не ухудшать параметры технологических процессов, целесообразно ограничивать скорость только на определенных участках транспортировки жидкостей и сыпучих материалов (например, перед сливом в резервуары и над бункерами) путем применения релаксационных емкостей, где большая часть зарядов рассеивается за время нахождения наэлектризованной среды в этой емкости.

Для снижения электризуемости материала не допускают сильного разбрызгивания, перемешивания (барботирования); тщательно очищают газы и жидкости от посторонних примесей, особенно если последние имеют электропроводность, отличающуюся от основного вещества.

Немаловажное значение имеет правильный подбор контактирующих пар в соответствии с экспериментально установленными электростатическими рядами. Правильно подобрав контактирующие пары, можно значительно уменьшить и даже предотвратить образование электростатических зарядов.

По принципу действия средства коллективной защиты от статического электричества подразделяются на: заземляющие устройства, антиэлектростатические вещества, увлажняющие устройства, нейтрализаторы, экранирующие вещества (ГОСТ 12.4.124).

Заземление оборудования устраняет возможность накопления зарядов на проводниках и в некоторых случаях способствует процессу релаксации заряда с поверхности диэлектрика в землю. Заземление является обязательной мерой защиты от статического электричества, но на процесс накопления электростатических зарядов в диэлектриках оно практически не влияет. Величина сопротивления заземляющего устройства, предназначенного только для защиты от статического электричества, не должна превышать 100 Ом.

Особое внимание должно уделяться заземлению различных передвижных объектов или вращающихся элементов оборудования, которые не могут иметь постоянного контакта с землей, а также рукавов и шлангов, используемых для слива и налива горючих жидкостей, различной тары и т. п. Заземлять следует не только те части оборудования, которые участвуют в генерировании зарядов, но и все другие изолированные проводники, которые могут зарядиться от индукции. Оборудование считается электростатически заземленным, если сопротивление в любой его точке при самых неблагоприятных условиях не превышает 10⁶ Ом. Заземление диэлектрического оборудования может быть осуществлено нанесением на его поверхность проводящих покрытий (пленок).

Для отвода на землю зарядов статического электричества с человека применяется антиэлектростатическая обувь с электропроводящей подошвой, антиэлектростатическая спецодежда и предусматривается устройство электропроводящих полов. Электрическое сопротивление между токопроводящими элементами антиэлектростатической спецодежды должно быть от 10⁶ до 10 ⁸ Ом.

Обувь считается электропроводящей, если электрическое сопротивление между подпятником и ходовой стороной подошвы не превышает 10⁸ Ом • м. Такой является обувь на кожаной подошве, обувь из токопроводящей резины или обувь, пробитая токопроводящими и не искрящими при ударах и трении заклепками. Покрытие пола считается электропроводящим, если удельное электрическое сопротивление утечки между установленным на полу электродом и землей не превышает 10⁴ Ом • м. Проводящими покрытиями являются специальный бетон и пенобетон, настил из резины с пониженным сопротивлением, специальные плиты, наливные полы и др.

Эффективным способом устранения опасной электризации является антиэлектростатическая обработка, вызывающая увеличение объемной или поверхностной проводимости вещества. Наиболее просто это достигается увлажнением поверхности материалов, причем гидрофильные материалы сами адсорбируют влагу, а в гидрофобные полимеры вводят внутрь или наносят на их поверхность различные антиэлектростатические вещества, способствующие адсорбции влаги и повышению тем самым поверхностной проводимости.

Объемную электропроводность веществ можно увеличить путем введения в них антиэлектростатических присадок. Этот способ нашел наибольшее распространение при получении и использовании нефтепродуктов. Вводимые в тысячных и десятитысячных долях процента, такие присадки способны на несколько порядков снизить удельное электростатическое сопротивление нефтепродукта. В качестве присадок применяют олеат и диолеат хрома, хромистые соли синтетических жирных кислот и некоторые другие вещества.

Антиэлектростатические вещества должны обеспечивать снижение удельного объемного электрического сопротивления материала до величины 10⁷ Ом • м, а удельного поверхностного электрического сопротивления — до 10⁹ Ом • м.

В производственных условиях широко применяются нейтрализаторы статического электричества, способствующие увеличению электропроводности воздуха путем его ионизации. Наибольшее распространение получили индукционные, высоковольтные и радиоактивные нейтрализаторы. Существуют также лучевые и аэродинамические нейтрализаторы.

Уменьшить электризацию можно изменением технологического процесса; релаксацией (ослаблением) электростатического заряда; устранением побочных источников генерирования зарядов, сопутствующих основному. Обеспечить безопасность технологических процессов при возникновении разрядов статического электричества можно заменой горючих сред негорючими, осуществлением технологических процессов при концентрациях горючих смесей, находящихся вне пределов воспламенения, разбавлением горючих смесей инертными газами, транспортировкой электризующихся материалов в потоке азота или другого негорючего газа и т. п.