12.4. Способы и средства защиты от статического электричества

Основными мерами уменьшения напряженности ЭСП в рабочей зоне являются: экранирование источника поля или рабочего места; применение нейтрализаторов статического электричества; применение антистатических препаратов или увлажнение электризующихся ма­териалов; замена, по возможности, легкоэлектризующихся материалов и изделий на неэлектризующиеся; подбор контактирующих поверхно­стей, исходя из условий наименьшей электризации; уменьшение ско­рости переработки и транспортировки материалов; поддержание оп­тимальной относительной влажности (не ниже 60%) ионного состава воздуха рабочих помещений; удаление зон пребывания обслуживаю­щего персонала от источников электростатических полей.

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.

Все накопленные к настоящему времени сведения по спосо­бам защиты от статического электричества обобщены в Правилах защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности и ГОСТ 12.4.124—83 ССБТ «Средства защиты от статического электри­чества. Общие технические требования».

Выбор наиболее эффективных мер защиты от ЭСП определяет­ся с учетом реальных условий конкретного производства.

Защита от статического электричества ведется преимуществен­но по двум направлениям: уменьшением интенсивности генерации электрических зарядов и устранением уже образовавшихся зарядов.

Уменьшение интенсивности генерации электрических зарядов при разработке технологических процессов достигается использова­нием слабоэлектризующихся или неэлектризующихся материалов. Правильный подбор конструкционных материалов для изготовления или облицовки производственного оборудования позволяет значи­тельно уменьшить или вообще исключить опасную электризацию.

По электризационным свойствам вещества располагают в элек­тростатические ряды в такой последовательности, что любое из них приобретает отрицательный заряд при соприкосновении с материалом, расположенным до него, и положительный — при контакте с материалом, расположенным за ним. Например, один из таких рядов имеет следую­щий состав: этшщеллюлоза, казеин, эбонит, ацетилцеллюлоза, стекло, металлы, полистирол, полиэтилен, фторопласт, нитроцеллюлоза.

С увеличением расстояния между материалами в ряду растет электрический заряд, образующийся между ними, поэтому целесооб­разно использовать в качестве конструкционных материалов те же материалы, что и перерабатываемый, или близко расположенные к нему в электростатическом ряду. Например, при пневмотранспорти-ровании порошкообразного полиэтилена предпочтительнее приме­нять полиэтиленовые трубопроводы.

Другим способом нейтрализации зарядов является смешивание материалов, которые при взаимодействии с элементами технологиче­ского оборудования заряжаются разноименно. Например, при трении материала, состоящего из 40% нейлона и 60% дакрона, о хромирован­ную поверхность электролизации не наблюдается.

Уменьшение силы трения и площади контакта, шероховатости взаимодействующих поверхностей, их хромирование или никелиро­вание снижают величину электростатических зарядов.

Ограничение скоростей переработки или транспортирования ма­териалов позволяет уменьшить генерацию электрических зарядов, но при этом снижается производительность технологических процессов.

Поэтому этот метод используют в тех случаях, когда неприме­нимы другие способы защиты.

Налив жидкости в резервуары свободно падающей струей не допускается. Расстояние от конца загрузочной трубы до дна сосуда не должно превышать 200 мм, а если это невозможно, то струю направ­ляют вдоль стенки. Не допускается разбрызгивание, распыление или быстрое перемешивание жидкости.

Устранение зарядов статического электричества достигается прежде всего заземлением электропроводных частей технологического оборудования. Оно выполняется независимо от других средств защиты.

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.

Заземляющие устройства, предназначенные для отвода стати­ческого электричества, обычно объединяются с защитными заземляющими устройствами для электрооборудования. Они выполняются в со­ответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ). Если заземление предназначено только для защиты от статического электричества, то его сопротивление допускается до 100 Ом.

Неметаллическое оборудование может считаться электростати­чески заземленным, если сопротивление растеканию тока в земле с любых точек его внешней и внутренней поверхности не превышает 10⁷ Ом (при относительной влажности воздуха не выше 60%).

Агрегаты, входящие в состав технологической линии, должны иметь между собой надежную электрическую связь, а линию в преде­лах цеха необходимо присоединять к заземлителю не менее чем в двух местах. Металлические вентиляционные воздуховоды в преде­лах цеха заземляют через каждые 40...50 м.

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.

Для заземления неметаллических объектов на них предваритель­но наносят электропроводное покрытие, которое затем электрически со­единяют с заземлителем или с заземленной металлической арматурой. В качестве покрытия используют металлическую фольгу или электропро­водные эмали. Электропроводность материалов повышают с помощью пропитки растворами поверхностно-активных веществ. Например, тка­невые рукавные фильтры, пропитанные этим раствором, могут быть за­землены креплением к заземленному металлическому корпусу установки.

При использовании ременных передач все их металлические части и ограждение заземляют, а ремни изготовляют из материалов с объемным сопротивлением p_v < 10⁵ Ом • м. Для обеспечения заземле­ния вращающихся частей применяют электропроводную смазку.

Автоцистерны, передвижные аппараты и сосуды, предназначен­ные для транспортирования огнеопасных жидкостей, заземляют на время их наполнения и опорожнения. Для перекачки нефтепродуктов используют шланги из электропроводной резины. Заземление пере­движных объектов осуществляют посредством колес из электропровод­ных материалов или с помощью специальных заземляющих устройств (металлических цепочек или ленточек из электропроводной резины).

Заземление работающих обеспечивается применением антиста­тических заземляющих браслетов, антистатической одежды (халаты, перчатки) и обуви.

Заземляющий браслет соединяется с заземлением через резистор сопротивлением 1 МОм (для обеспечения электробезопасности) гибким многожильным проводом (сечением не менее 1 мм²). Общее сопротив­ление цепи «тело человека — земля» не должно превышать 10⁷ Ом.

Для обеспечения непрерывного отвода зарядов статического электричества в землю полы во взрывоопасных помещениях выпол­няют из бетона, антистатического линолеума и т.п.

Кроме заземления для защиты от статического электричества принимают меры, основанные на уменьшении удельного поверхно­стного p_s и объемного ру электрического сопротивления перераба­тываемых материалов. Увеличение относительной влажности воздуха до 65...70% вызывает значительное снижение p_s, что позволяет прак­тически полностью исключить электризацию гидрофильных материа­лов (древесины, бумаги, хлопчатобумажной ткани и т.п.). С этой целью применяют общее или местное увлажнение воздуха в помещении.

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, а удель­ного поверхностного электрического сопротивления — до 10⁹ Ом • м.

Эффективным способом снижения электризации на производ­стве является применение нейтрализаторов статического электриче­ства, создающих вблизи наэлектризованного диэлектрического объек­та положительные и отрицательные ионы.

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.

Ионы, несущие заряд, противоположный заряду диэлектрика, притягиваются к нему, нейтрализуя заряд объекта.

По принципу действия нейтрализаторы разделяют на следую­щие типы: коронного разряда (индукционные и высоковольтные), ра­диоизотопные, комбинированные и аэродинамические.

Индукционные нейтрализаторы состоят из несущей конструк­ции, на которой укреплены заземленные иглы. Под действием электрического поля, образованного зарядами наэлектризованного мате­риала, около острия игл возникает ударная ионизация воздуха. Ин­дукционные нейтрализаторы просты и дешевы в изготовлении. Од­нако они применимы в тех случаях, когда иглы можно приблизить к наэлектризованному материалу достаточно близко (на 20 мм и ме­нее). Кроме того, индукционные нейтрализаторы не ликвидируют за­ряд полностью; остаточная плотность заряда на материале может дос­тигать 5 • Ю-⁶ Кл/м².

Во взрывоопасных помещениях применяют радиоизотопные нейтрализаторы, действие которых основано на ионизации воздуха сс-излучением плутония-239 и р-излучением прометия-147. Прони­кающая способность ос-частиц в воздухе составляет несколько санти­метров, поэтому применение а-источника безопасно для персонала.

Аэродинамический нейтрализатор представляет собой камеру, в которой с помощью ионизирующего излучения или коронного разряда генерируются ионы, которые затем воздушным потоком подаются к месту образования зарядов статического электричества. Эти устройства обладают большим радиусом действия и при соответствующем конст­руктивном исполнении применимы во взрывоопасных производствах.

Общие требования искробезопасности от разрядов статического электричества в целях обеспечения пожаро- и взрывобезопасности ус­тановлены ГОСТ 12.1.018—93. По характеру и условиям возникнове­ния разрядов статического электричества и по характеристикам огне­опасных веществ или изделий объекты подразделяются на три класса электростатической искробезопасности (ЭСИБ): безыскровой электри­зации; слабой электризации; сильной электризации.

Под электростатической искробезопасностью понимается такое состояние объекта, при котором исключается возможность взрыва и пожара от статического электричества.

Отнесение объекта к тому или иному классу ЭСИБ производит­ся на основе данных об электростатических и электропрочностных свойствах материалов; о геометрических параметрах объекта; об элек­тростатической нагрузке, возникающей в процессе электризации; о чувствительности к зажигающему или инициирующему взрыв воз­действию разрядов статического электричества.

В ГОСТ 12.1.018—93 приведены предельно допустимые пара­метры для классов ЭСИБ и условия отнесения объектов к тому или иному классу. Например, одним из условий отнесения объекта к клас­су ЭСИБ безискровой электризации является наличие заземленного электропроводящего оборудования, в котором исключено применение веществ и материалов с удельным электрическим сопротивлением более 10⁴ Ом • м и отсутствуют процессы разбрызгивания, распыления, измельчения и диспергирования. Если удельное электрическое сопротивление веществ и материалов превышает 10⁸ Ом • м, то по этому условию объект относят к классу ЭСИБ слабой электризации.

Для класса ЭСИБ сильной электризации допустимы разряды с линейной плотностью энергии, не превышающей 40% от минималь­ной линейной плотности энергии зажигания.

Для снижения напряженности электростатического поля в ра­бочей зоне применяют стационарные или переносные экраны из ме­таллической сетки с ячейкой 4...8 см².

Для устранения взрывоопасных концентраций мелкодисперс­ной пыли необходимо устройство эффективной вытяжной вентиляции непосредственно с места контакта электризующихся материалов. При этом в системе вытяжной вентиляции должны устанавливаться эф­фективные индукционные нейтрализаторы.

Для снижения возможности возникновения статического элек­тричества при транспортировке жидкостей по трубопроводам реко­мендуются скорости течения, указанные в табл. 12.2 в зависимости от диаметра трубопровода.

Таблица 12.2

Рекомендуемые максимальные скорости течения жидкостей по трубопроводам в зависимости от диаметра трубопровода

Внутренний диаметр трубопровода, мм	10	25	50	100	200	400	600
Скорость течения, м/с	8,0	4,9	3,5	2,5	1,8	1,3	1,0

Уменьшить образование электростатических зарядов при зали­вании жидкостей в резервуар можно также путем снижения скорости заливания (< 1 м/с).

По принципу действия средства коллективной защиты от ста­тического электричества подразделяются на заземляющие устройст­ва, антиэлектростатические вещества, увлажняющие устройства, ней­трализаторы, экранирующие вещества (ГОСТ 12.4.124—83).

Для отвода в 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 100 до 108 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.

В качестве индивидуальных средств защиты следует применять антистатические обувь, халаты и другие средства, обеспечивающие заземление тела человека.

В качестве основного средства индивидуальной защиты во взры­воопасных помещениях с электропроводными полами используют обувь с кожаной подошвой или подошвой из электропроводной резины.

При выполнении работ сидя применяют антистатические хала­ты в сочетании с электропроводной подушкой стула или электропро­водные браслеты, соединенные с заземляющим устройством через со­противление 10⁵...10⁷ Ом.

Степень наэлектризованности какого-либо объекта определяют количеством электрического заряда и его распределением на поверх­ности или в объеме тела. Эти характеристики обычно определяют косвенным путем по величине потенциалов и напряженности элек­трического поля, создаваемого заряженным телом. При непрерывном образовании зарядов, например в процессе транспортирования мате­риалов, степень электризации определяют по величине силы тока, протекающего по цепи заземления технологического оборудования.