Статическое электричество. Причины образования и накопления зарядов статического электричества в жидких углеводородах.

Причиной многих аварий, сопровождающихся взрывами и пожарами, являются разряды статического электричества. При транспортировке жидких углеводородов по трубопроводам, при операциях смешения, фильтрации, слива, налива, очистки резервуаров зарегистрированы случаи взрывов по причине разрядов статического электричества.

В результате движения жидких углеводородов относительно другого вещества (материал трубы, резервуара) на границе раздела жидкой и твердой фаз образуется двойной электрический слой. При движении жидкостей двойной слой частично разрушается, и в жидкости накапливается избыточное количество ионов одного знака. В изолированных системах могут накапливаться значительные заряды, и при достижении сравнительно высокого потенциала происходит разряд в виде искры.

Присутствие в потоке нефтепродуктов воздуха или других нерастворимых газов, наличие небольшого количества воды, а также твердых коллоидных частиц значительно усиливают электризацию.

Применяемые в химической промышленности жидкости, в том числе жидкие углеводороды и углеводородные топлива в большинстве своем являются хорошими диэлектриками. Экспериментально установлено, что интенсивная электризация присуща жидкостям, обладающим удельным сопротивлением в пределах от 10⁸ до 10¹³ Ом м. В продуктах с высоким (выше 10¹³ Ом м) удельным сопротивлением генерирование статистических зарядов мало.

Удельное электрическое сопротивление жидких углеводородов и некоторых материалов, в Ом м.

Бензин - 10¹¹ - 10¹²

Реактивное топливо РТ – 10⁸-10¹¹

Дизельное топливо – 10⁸ - 3·10¹²

Масло трансформаторное -10¹¹

По величине удельных сопротивлений большинство нефтепро­дуктов находятся в области наивысшей электризации.

Известно, что электрические заряды в трубопроводах при перекачке нефтепродуктов образуются в случае, когда имеется некоторое количество примесей. А любая диэлектрическая жидкость, как бы хорошо она ни была очищена, всегда содержит в себе определенное количество носителей электрического заряда в виде ионов или миллионов примесей, от наличия которых и зависит удельное электрическое сопротивление.

Анализ многочисленных результатов показывает, что ток электризации в значительной мере зависит от скорости перекачки жидких углеводородов и в меньшей степени зависит от длины трубопровода.

С увеличением скорости перекачки, особенно при турбулентном режиме, статическая электризация резко возрастает на начальных участках трубопровода. Далее она практически не зависит от длины трубопровода. Таким образом, скорость перекачки является определяющим фактором статической электризации жидких углеводородов.

По мнению немецких специалистов максимально допустимая скорость перекачки нефтепродуктов определена следующей зависимостью.

V² d ≤ 0,64 м/с

где d - диаметр трубопровода, м.

однако практика работы показывает, что скорость перекачки жидких углеводородов может быть выше и достигать 5 м/с, но для этого необходимо надежное заземление трубопроводов по всей их длине. Трубопровод должен доходить до дна заполняемой емкости. Кроме того, перед заполнением емкости скорость перекачки необходимо уменьшить, путем замена труб на трубы большого диаметра или вводом расширительной вставки.

В реальных условиях эксплуатации, чтобы обеспечить безопасные условия движения жидкости по трубопроводам, необходимо учитывать зависимость тока электризации от температуры. По имеющимся данным, температура в значительной степени влияет на электризацию потока жидкости. С падением температуры на 20°С электропроводность топлив и других нефтепродуктов может уменьшаться более чем на 50%, особенно если при охлаждении его выделяется вода.

Молекула воды характеризуется значительным дипольным моментом и имеет большую способность к электризации, поэтому она вступает инициатором образования дополнительных электростатических зарядов в топливе.

В присутствии воды процесс электризации дополнительно осложняется еще тем, что многие имеющиеся в органических жидкостях растворимые примеси вымываются водой, так как растворимость их в воде выше. Электрическое сопротивление жидкости при этом увеличивается.

Все вышесказанное относится к среде, в которой разбрызгивание жидкости не происходит. Если же технологический процесс связан с разбрызгиванием жидкости, происходит значительная дополнительная электризация. В ходе распыления струи на отдельные капельки, мелкие и крупные капли приобретают заряды противоположных знаков. В резервуаре может возникнуть облако мелких капель, несущих подобно грозовому облаку значительный электрический заряд одного знака. При определенных условиях, когда этот заряд достаточно велик, возможен электрический разряд, который может привести к воспламенению паров жидкости. Отсюда возникает естественное требование избегать заполнения резервуаров легковоспламеняющимися и горючими жидкостями свободно подающей струей.