Контрольные вопросы

1. Что называется взрывоопасной зоной?

2. Какое оборудование разрешается применять во взрывоопасных зонах?

3. Какой фактор вероятности взрыва исключается при применении электрооборудования во взрывонепроницаемом исполнении?

4. Где используется принцип тушения пламени в зазоре?

5. Между какими частями конструкции электрооборудования устраивается щелевой зазор?

6. Какие условия (факторы) необходимы и достаточны для возникновения взрыва?

7. Что называется стехиометрической горючей смесью?

8. Чем определяется необходимый объем горючей жидкости?

9. При оценке пожаровзрывоопасности как подразделяются вещества по агрегатному состоянию?

10. При каком агрегатном состоянии идет реакция горения любых горючих веществ?

11. К какому агрегатному состоянию относятся ацетон, бензол, этиловый спирт?

12. За счет чего происходит тушение пламени в зазоре?

13. Влияет ли материал щели на эффективность тушения?

14. Влияет ли длина щели на эффективность тушения?

15. Чем определяется величина тушащего зазора?

16. Что такое БЭМЗ?

Исследование условий воспламенения горючих веществ от статического электричества

Цель работы – исследовать влияние режима пневмотранспортирования диэлектрического материала на интенсивность процесса электризации, экспериментально определить воспламеняющую способность искровых разрядов статического электричества.

1. Общие сведения

Интенсификация технологических процессов, увеличение скоростей транспортирования и переработки твердых, жидких и газообразных материалов приводит к появлению электрических зарядов на перерабатываемом материале и поверхности стенок аппаратов. Такие заряды в определенных условиях представляют опасность как источники зажигания горючих смесей.

Электризацией сопровождается транспортирование углеводородного топлива и растворителей, перемещение сыпучих сред в пневмотранспорте, пере-работка полимерных материалов, деформация, дробление веществ, интенсивное перемешивание.

Образование электростатических зарядов часто вызывает техноло-гические трудности, приводит к порче перерабатываемых материалов, создает опасные условия работы, оказывает физиологическое воздействие на людей, представляет пожарную опасность при возникновении искровых разрядов с поверхности наэлектризованного материала.

Вследствие этого вопросам защиты от разрядов статического электричества необходимо уделять большое внимание.

2. Условия возникновения зарядов статического электричества

Под статическим электричеством понимают совокупность явлений, связанных с возникновением свободного электрического заряда на поверхности, или в объеме диэлектриков, или на изолированных проводниках. Во-первых, должен произойти контакт поверхностей, в результате которого образуется двойной электрический слой. Возникновение двойного электрического слоя объясняется переходом электронов в элементарных донорно-акцепторных актах на поверхности контакта; неодинаковое сродство материала поверхностей к электрону определяет знак заряда. Во-вторых, хотя бы одна из контактирующих поверхностей должна быть из диэлектрического материала. Заряды будут оставаться на поверхностях после их разделения только в том случае, если время разрушения контакта меньше времени релаксации зарядов. Последнее в значительной степени определяет величину зарядов на разделенных поверхностях.

Двойной электрический слой – это пространственное распределение электрических зарядов на границе соприкосновения двух фаз. Такое распреде-ление зарядов наблюдается на границе металл – металл, металл – вакуум, металл – газ, металл – полупроводник, металл – диэлектрик, диэлектрик – диэлектрик, жидкость – твердое тело и т.п. Толщина двойного диэлектрического слоя на границе раздела фаз соответствует диаметру иона (10^-10 м).

В зависимости от природы образования двойного электрического слоя различают электролитическую, адсорбционную, контактную, пьезоэлектри-ческую и индуктивную электризацию. В реальных условиях формирования двойного электрического слоя нередко обусловлено одновременным действием нескольких механизмов.

Рассмотрим упрощенную физическую модель электризации поверхностей контакта двух твердых тел.

При контакте двух тел из разнородных материалов на их поверхностях вследствие внутриатомных электрических сил образуется двойной электрический слой. При механическом разделении (разрушении) поверхностей контакта происходит разделение зарядов двойного электрического слоя (рис. 1).

Между разделенными поверхностями, несущими электрический заряд, образуется разность потенциалов и возникает электрическое поле. По мере увеличения расстояния между поверхностями увеличивается разность потенциалов Δφ, и при достижении порогового значения, определяемого электрической прочностью газовой среды, происходит искровой разряд. Образующиеся в разряде ионы газа частично нейтрализуют электрический разряд на разделен-ных поверхностях.

Рис. 1. Схема электризации твердых материалов при разделении:

V – скорость разделения поверхностей; I₀ – ток, обусловленный омической проводимостью разделяющих поверхностей; I_u – ток ионизации в зазоре между разделяющимися поверхностями

Основная величина, характеризующая способность к электризации, – удельное электрическое сопротивление поверхностей контактирующих материалов (ρ). Если контактирующие поверхности имеют низкое сопротивление, то при разделении заряды с них стекают и разделенные поверхности несут незначительный заряд. Если же сопротивление высокое или велика скорость отрыва поверхностей, то заряды будут сохраняться. Экспериментально установлено, что чем интенсивнее ведется процесс, тем больший заряд остается на поверхности.

Условно принято, что при удельном сопротивлении диэлектрических материалов менее 10⁵ Ом·м заряды не сохраняются и материалы не электри-зуются. Понятия проводника и непроводника, принятые в электростатике, отличаются от понятий, принятых в электротехнике. Так, в электротехнике хорошими проводниками считаются тела, удельное сопротивление которых составляет доли ома, а в электростатике – вещества с удельным сопротивлением 1–10⁴ Ом·м. Границей между проводниками и непроводниками принято считать удельное сопротивление ρ = 10⁴ Ом·м.

Кроме того, заряд в значительной степени зависит от электрической емкости материала, на котором он возникает. Наибольшей емкостью по отношению к земле обладают изолированные проводящие объекты, и энергия искрового разряда с них на заземленную поверхность бывает вполне достаточной для воспламенения большинства парогазовых и пылевоздушных смесей, а электрические разряды с диэлектрических поверхностей, вследствие отсутствия проводимости, обладают малой энергией.