Исследование опасности воспламенения горючих смесей разрядами статического электричества. Методические указания

Минимальную энергию зажигания указывают в стандартах и технических условиях на вещества и материалы (см. прил. 1 и 2).

Защита от статического электричества

Искры статического электричества обычно характеризуются незначительной силой тока (тысячные доли миллиампера), но весьма высокими напряжениями (тысячи и десятки тысяч вольт), поэтому они способны воспламенять многие горючие смеси. Так, при движении химически чистого бензола по стальным трубам напряжение электрического поля (разность потенциалов) достигает 3,6 кВ. в то время как для воспламенения паров бензола достаточно искры, образующейся при разности потенциалов 0,3 кВ. При вынимании шерстяной одежды из бензина разность потенциалов достигает 5 кВ, при хождении людей по шерстяном ковру - 14 кВ. Электростатический разряд, образующийся при разности потенциалов 3 кВ, может воспламенить почти все горючие газы, а при 5 кВ – большую часть горючих пылей.

Для обеспечения безопасности необходимо исключать возникновение искровых разрядов статического электричества с энергией, превышающей 40 % от минимальной энергии зажигания окружающей среды, или с величиной заряда в импульсе, превышающей 40 % от воспламеняющего значения заряда в импульсе для окружающей среды.

Электростатическая искробезопасность объекта защиты достигается при выполнении условия безопасности:

W ≤ k∙Wmin , (1)

где W энергия разряда, который может возникнуть внутри объекта или с его поверхности Дж; k - коэффициент безопасности выбираемый из условий допустимой (безопасной) по ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010 вероятности зажигания или принимаемый равным 0 4; Wmin - минимальная энергия зажигания Дж [3].

Существуют средства коллективной, индивидуальной, а также комбинированной защиты от статического электричества.

Средства коллективной защиты от статического электричества по принципу действия делятся на следующие виды [4]:

-заземляющие устройства; -нейтрализаторы; -увлажняющие устройства;

-антиэлектростатические вещества; -экранирующие устройства.

11

Заземление является основным условием обеспечения соответствия электропроводящих изделий требованиям электростатической искробезопасности. Сопротивление заземляющего устройства, предназначенного исключительно для защиты от статического электричества, допускается до 100 Ом. Также допускается объединять заземляющие устройства для защиты от статического электричества с заземляющими устройствами электрооборудования, но при этом следует исключить использование в заземляющих устройствах токонесущих проводов. Однако не допускается объединять заземляющие устройства для защиты от статического электричества с заземляющими устройствами отдельно стоящих молниеотводов [5].

Нейтрализаторы по принципу ионизации делятся на:

-индукционные; -высоковольтные; -лучевые; -аэродинамические.

Увлажняющие устройства по характеру действия делятся на:

-испарительные; -распылительные.

Антиэлектростатические вещества по способу применения делятся на:

-вводимые в объем; -наносимые на поверхность.

Антиэлектростатические вещества должны обеспечивать снижение удельного электрического сопротивления материала до величины 105 Ом м.

Средства индивидуальной защиты в зависимости от назначения делятся на:

-специальную одежду антиэлектростатическую; -специальную обувь антиэлектростатическую; -предохранительные приспособления; -антиэлектростатические (кольца и браслеты); -средства защиты рук антиэлектростатические.

На средства индивидуальной защиты от статического электричества наносятся обозначения по ГОСТ 12.4.103-80 [6].

В тех случаях, когда заземление оборудования не предотвращает накопления опасных количеств статического электричества, следует принимать меры для уменьшения удельного объемного или

12

поверхностного электрического сопротивления перерабатываемых материалов.

Для уменьшения удельного поверхностного электрического сопротивления диэлектриков рекомендуется повышать относительную влажность воздуха до 65-70% (если это допустимо по условиям производства). Для этой цели следует применять общее или местное увлажнение воздуха в помещении при постоянном контроле относительной влажности воздуха. Метод уменьшения удельного поверхностного электрического сопротивления путем повышения относительной влажности воздуха и создания тем самым адсорбированного слоя влаги на поверхности материала не эффективен в случаях:

а) когда электризующийся материал гидрофобен; б) когда температура электризующегося материала выше

температуры окружающей среды.

Для местного увеличения относительной влажности воздуха в зоне, где происходит электризация материалов, рекомендуется:

а) подача в эту зону водяного пара; при этом находящиеся в этой зоне электропроводные предметы должны быть заземлены;

б) охлаждение электризующихся поверхностей до температуры на 10°С ниже температуры окружающей среды.

Для уменьшения удельного поверхностного электрического сопротивления в случаях, когда повышение относительной влажности окружающей среды не эффективно, можно дополнительно применять:

а) для химических волокон – обработку растворами поверхностно-активных веществ;

б) для полимерных материалов:

-нанесение растворов поверхностно-активных веществ на изделие погружением, пропиткой или распылением с последующей сушкой;

-введение поверхностно-активных веществ при вальцевании, экструзии или смешении в смесителях.

В случае, когда нельзя достигнуть отвода зарядов статического электричества с помощью более простых средств, рекомендуется осуществлять нейтрализацию зарядов путем ионизации воздуха в непосредственной близости от поверхности заряженного материала.

Для нейтрализации зарядов статического электричества во взрывоопасных помещениях всех классов можно применять

13

радиоизотопные нейтрализаторы. Действие их основано на ионизации воздуха -излучением плутония-239 и -излучением прометия-147.

Если в трубопроводах и технологической аппаратуре исключена возможность образования взрывоопасных концентраций паровоздушных смесей, скорости транспортировки жидкостей по трубопроводам и истечения их в аппараты не ограничиваются.

В остальных случаях скорость движения жидкостей по трубопроводам и истечения их в аппараты необходимо ограничивать таким образом, чтобы заряд, приносимый в приемную емкость (аппарат)

спотоком жидкости, не мог вызвать с ее поверхности искрового разряда

сэнергией, достаточной для воспламенения окружающей среды:

а) для жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением не более 105 Ом·м - до 10 м/сек;

б) для жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением не более 109 Ом·м - до 5 м/сек;

в) для жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением более 109 Ом·м допустимые скорости транспортировки и истечения устанавливаются для каждой жидкости отдельно; в качестве предельно допустимой устанавливается скорость, при которой (при данном диаметре трубопровода) потенциал на поверхности жидкости в приемной емкости не превосходит предельно допустимого; заведомо безопасной скоростью движения и истечения этих жидкостей является 1,2 м/с при диаметрах трубопроводов до 200 мм.

Для снижения скорости истечения жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением выше 109 Ом·м в емкости (резервуары) можно применять релаксационные емкости, представляющие собой горизонтальный участок трубопровода увеличенного диаметра, находящийся непосредственно у входа в приемную емкость [2].

Описание экспериментальной установки

Эксперименты проводятся на установке пневмотранспорта сыпучего диэлектрического материала, работающей по замкнутому циклу движения твердой фазы (рис. 3).

Воздух, проходя через заборник 1, захватывает транспортируемый материал и по трубе 2 подает его в циклон 5, где происходит сепарация (разделение) твердой фазы и фазы носителя. Из циклона транспортируемый материал через переточную трубу 6 вновь попадает в заборник 1, а воздух выбрасывается в помещение. Наружная

14

поверхность цилиндрической части циклона футерована медной фольгой. Потенциал на футеровке циклона измеряется электростатическим киловольтметром 8. Количество транспортируемого материала регулируется шибером 3, расход воздуха – путем изменения рабочего напряжения на клеммах двигателя вентилятора.

6-смотровое окно; 7-конденсатор; 8-электростатический киловольметр

Расход сыпучего материала определяется по скорости перемещения диэлектрической частицы, произвольно выделенной из общего потока, в трубе 6 вдоль измерительной линейки. Для этого визуально фиксируют частицу (гранулу) в потоке и деление шкалы линейки, против которого в данный момент находиться эта гранула, и включают секундомер. Визуально наблюдают за перемещением частицы в перетоке вдоль мерной линейки. В процессе замера фиксируются время t, с перемещения частицы и путь Н, пройденный ею за это время, м.

Расчет расхода твердой фазы R производится по формуле:

t

где S - площадь поперечного сечения трубы равная 4·10-3 м2.

15

Порядок выполнения работы

1.Подключить установку к сети питания.

2.С помощью перемещения шибера 3 достичь максимально возможной, но обеспечивающей устойчивую работу установки производительность по твердой фазе.

3.Произвести измерения времени t за которое произвольная частица проходит заданное расстояние Н, после чего по формуле (2) рассчитать расход твердой фазы.

4.Определить по максимальным показаниям киловольтметра среднюю величину пробивного напряжения Uпр между электродами разрядника и частоту разрядов К. Для этого в момент разряда, когда показания киловольтметра падают до нуля, включают секундомер и для десяти последовательных разрядов, замеряют время t, в течение которого они произошли, и величину напряжения, при котором произошел i- й

где Uпр – среднее пробивное напряжение, В; Сразр - емкость разрядника, Ф; в режиме 1 Сразр=1·10-9 Ф; в режиме 2 Сразр= 5,8·10-9 Ф.

6.Повторить эксперимент для нескольких (не менее трех) значений расхода твердой фазы. Расход твердой фазы регулируется перемещением заслонки 4 в заборнике 1.

7.Рассчитать ток электризации для каждого значения расхода твердой фазы по формуле:

где Q-величина заряда, Кл.

8. Построить график зависимости тока электризации от расхода твердой фазы Iэ = f(Qтв).

16

9. Рассчитать энергию разряда с циклона для максимального значения тока электризации по уравнению:

Wразр= 0,5·Сразр·U2пр, Дж. (7)

10. Результаты расчета внести в таблицу экспериментальных данных:

11. По условию (1) оценить опасность воспламенения горючей смеси согласно своего варианта разрядами статического электричества.

Техника безопасности

1.Приступать к выполнению работы нужно только после того, как приборы и схема собраны и проверены.

2.После проведения работы установку обесточить.

3.Обо всех замеченных неисправностях установки сообщать преподавателю или учебному мастеру.

17

Варианты заданий

18

Контрольные вопросы

1.Какой материал считается диэлектриком?

2.Перечислите основные факторы воздействия статического электричества на человека, оборудование и технологические процессы?

3.Основные методы борьбы со статическим электричеством?

4.В чем заключается основное условие электростатической искробезопасности объекта?

5.При контакте каких поверхностей образуются заряды статического электричества?

6.Перечислите условия накопления зарядов статического электричества?

7.Что такое релаксация зарядов?

8.Изложите кратко основы теории контактной электризации?

9.Перечислите и дайте характеристику средствам индивидуальной и коллективной защиты от разрядов статического электричества?

10.Что понимается под минимальной энергией зажигания?

19

Литература

1.Максимов, Б.К. Статическое электричество в промышленности

изащита от него/ Б.К. Максимов, А.А. Обух. -М.: Энергия, 1978. -80 с.

2.Бобровский, С.А. Защита от статического электричества в нефтяной промышленности/ С.А. Бобровский, Е.И. Яковлев. -М.: Недра, 1983. -224 с.

3.ГОСТ 12.1.018-93 Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывобезопасность статического электричества. Общие требования. Издание официальное. -М.: Стандартинформ, 2007. -5 с.

4.ГОСТ 12.4.124-83 Система стандартов безопасности труда. Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования. Издание официальное. -М.: Госстандарт, 1983. -6 с.

5.ГОСТ Р 52274-2004 Электростатическая искробезопасность. Общие технические требования и методы испытаний. Издание официальное.-М.: ИПК Издательство стандартов, 2005. -15 с.

6.ГОСТ 12.4.103-83 Система стандартов безопасности труда. Одежда специальная защитная, средства индивидуальной защиты ног и рук. Классификация. Издание официальное. -М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. -6 с.

7.Правила защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. М.: Министерство химической промышленности. -1972. -40 с.

20