Методы предотвращения накопления электростатических зарядов.

Для предупреждения возможности возникновения искровых разрядов с поверхности оборудования, перерабатываемых веществ, а также с тела человека, в основном, на практике предусматриваются следующие меры, обеспечивающие стекание образующихся зарядов:

-заземление оборудования и коммуникаций и обеспечение постоянного контакта тела человека с заземлением.

-нейтрализацию зарядов, с использованием для этого радиоизотопных индукционных и других нейтрализаторов.

-использование инертного газа для заполнения аппаратов с легковоспламеняющимися жидкостями и продувка аппаратов.

-использование экранов для защиты от влияния электростатических полей.

Наиболее простым и доступным способом защиты от опасного проявления зарядов статического электричества является заземление. Оно является средством предотвращения накопления электростатических зарядов за счет отвода их со стенок технологических аппаратов резервуаров, ленточных транспортёров, трубопроводов, устройств и приспособлений для слива и перекачки жидкостей и т.д.

Другое назначение защитного заземления - устранение поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т.е. при «замыкании на корпус».

Защитное заземление состоит из группы заземлителей и соединительной полосы, помещенных непосредственно в земле, а также магистральной полосы.

Электрические машины и аппарат, подлежащие заземлению присоединяются параллельно к магистрали заземления ответвляющими проводами.

В качестве естественных заземлителей могут быть использованы водопроводные трубы, свинцовые оболочки кабелей и другие металлические сооружения, имеющие надежное соединение с землей.

Не разрешается использовать в качестве естественных заземлителей трубопроводы для горючих жидкостей, взрывоопасных газов и трубопроводы, покрытые антикоррозионной изоляцией.

Естественные заземлители должны быть присоединены к магистрали заземления не менее, чем двумя проводниками в разных местах. При невозможности использования естественных заземлителей устраиваются искусственные заземлители (стальные полосы, непригодные к использованию газопроводные стальные трубы, которые забиваются в землю на глубину 0,8 м).

Заземлению подлежат все металлические и электропроводящие части технологического оборудования. Требования к выполнению заземления приведены в ПУЭ и «Правилах защиты от статического электричества».

Согласно указанным правилам, оборудование считается заземленным, если сопротивление растекания тока на землю с любых точек его внутренней и внешней поверхности не превышает 10⁷ Ом при относительной влажности воздуха не выше 60%.

Последовательное подключение нескольких аппаратов к контуру заземления не допускается. Для создания электрического контакта диэлектрического оборудования, например, ременных передач, резинотканевых рукавов, предусматривают помимо общего заземления установки, специальные электропроводящие покрытия. В качестве такого покрытия может служит смазка, состоящая из 100 г глицерина и 40 г сажи.

Электропроводящими покрытиями могут служить металлические пленки, наносимые на диэлектрические поверхности путем разбрызгивания, распыления или испарения металлов в вакууме.

Необходимо иметь в виду, что заземление только частично обеспечивает безопасность различных операций, связанных с возникновением зарядов статического электричества. Оно в основном предотвращает наружные разряды. В практике же часто на поверхности и внутренних стенках металлических аппаратов, резервуаров и трубопроводов образуются отложения из неэлектропроводящих веществ (осадка смолы и т.д.), то заземление становится неэффективным, а при наличии его создается ложное впечатление о надежности и безопасности. В связи с этим одновременно с заземлением необходимы и другие средства для устранения зарядов статического электричества.

Наиболее эффективной мерой является установка релаксационных емкостей непосредственно перед входом нефтепродукта в резервуар или емкость. Релаксационная емкость представляет собой участок трубопровода диаметр, которого в 2-3 раза превосходит диаметр остального трубопровода, с коническими переходами на входе и выходе и смонтированный непосредственно у ввода трубопровода в резервуар.

Если нефтепродукт требуется транспортировать по трубопроводу со скоростью V₀, превосходящей безопасную не более, чем вдвое, диаметр релаксационной емкости может быть выбран двукратным по отношению к диаметру трубопровода, а длина (м) может быть рассчитана по формуле:

L_p= 3,1·10^-12V₀ ρ_v

ρ_v- - удельное объемное электрическое сопротивление нефтепродукта, Ом м.

При невозможности использования простых средств защиты от статического электричества рекомендуется нейтрализовать заряды ионизацией воздуха в местах их возникновения или накопления.

Устройства, ионизирующие воздух, называют нейтрализаторами статических зарядов. Принцип работы нейтрализаторов сводится к тому, что они создают вблизи поверхности заряженного материала положительные и отрицательные ионы. Ионы, имеющие полярность, противоположную полярности заряженного наэлектризованного материала, под действием электрического поля оседают на поверхности диэлектрика, нейтрализуя его.

В зависимости от принципа действия различают индукционные, радиоизотопные и комбинированные нейтрализаторы.

Основу конструкции индукционного нейтрализатора составляет толстостенная труба из диэлектрика, имеющей поверхностное удельное электрическое сопротивление не менее 10¹⁴ Ом с установленными на ней заземленными игольчатыми электродами. У острий заземленных игл концентрируется электрическое поле, созданное электростатическими зарядами. У электродов поле значительно усиливается в результате адсорбции ионов на диэлектрических стенах нейтрализатора. Благодаря этому напряженность поля у острий возрастает до 30 кв/м, что приводит к увеличению электропроводности жидких диэлектриков.

Достоинствами индукционных нейтрализаторов являются простота конструкции, низкая стоимость, малые эксплуатационные затраты и отсутствие источников питания. Эффективность индукционных нейтрализаторов со стержневыми электродами зависит от числа электродов, длины рабочей части иглы, радиуса наклона электродов, расстояния между электродами.

Однако загрязнение электродов (игл) в индукционных нейтрализаторах или их повреждение приводит к ухудшению нейтрализации статических зарядов. Кроме того такие нейтрализаторы не могут применяться при повышенных давлениях и температурах.

Во взрывоопасных производствах химической промышленности, где недопустимо применение высоковольтных источников и можно ограничиться небольшими токами нейтрализации все более широкое распространение находят радиоактивные нейтрализаторы.

Для нейтрализации электростатических зарядов используются в основном нейтрализаторы α и β – излучения.

Для нейтрализации электростатических зарядов используются в основном нейтрализаторы α и β - излучения. Пробег α - частиц в воздухе обычно не превышает 50-70 мм, и на этом пути каждая α - частица создает около 20000 пар ионов, что делает применение этого вида излучения безопасным для обслуживающего персонала.

Указанные нейтрализаторы не требуют источников питания и довольно просты в конструктивном отношении. Выполняются они чаще всего в виде плоских длинных пластинок или маленьких дисков, одна сторона которых покрыта радиоактивным материалом, вызывающим ионизацию воздуха.

При сильной электризации веществ допускается применение комбинированных нейтрализаторов, представляющих собой сочетание радиоизотопного и индукционного нейтрализаторов.

В тех случаях, когда нельзя ликвидировать опасность накопления статического электричества с заряженной поверхности используют методы противопожарной и противовзрывной защиты, например, наибольшая вероятность возникновения пожаров наблюдается при очистке танкеров, цистерн. Воспламенение углеводородов возможно в присутствии кислорода до 11%.

Одним из основных мероприятий по предотвращению образования взрывоопасных смесей является инертизация (дегазация) рабочей атмосферы танкеров, цистерн и т.п.

Процесс дегазации представляет собой замещение взрывоопасных концентраций паров нефтепродуктов смесью содержащей СО₂, водяной пар, инертный газ или смесью газообразных продуктов, состава: кислород (% об.) 2,5 - 4,5, азот - 79, углекислый газ 12-14, сернистый ангидрид -0,02 - 0,03. остальная часть - водяные пары.

Человеческое тело - хороший проводник, легко отводит возникающие в нем статические заряды в землю. Однако, если изолировать тело человека от земли, например, резиновой обувью или одеть его в спецодежду из синтетической ткани, то она может зарядиться до значительных величин и тогда может возникнуть пожарная опасность, т.к. искра разрядов статического электричества может служить источником зажигания, например, горючих газов, пыли и других веществ.

Кроме того, разряд через тело человека способен вызвать непроизвольное сокращение мышц и резкие движения, последствия которых нельзя предусмотреть.

Величины электростатических потенциалов, которые вырабатываются в различных условиях при относительной влажности воздуха 15 - 36% составляют следующие максимальные величины:

Человек, идущий по ковру - 39000 В

Человек, идущий по виниловому покрытию - 13000 В

Человек, работающий у верстака - 3000В

В связи с этим снятие зарядов с человека приобретает весьма важное значение.

Наилучшим решением проблемы, по мнению некоторых специалистов, является добавление в ткани рабочей одежды волокон из нержавеющей стали, в количестве ≈ 1%. Последнее снижает удельное поверхностное электрическое сопротивление на 3-4 порядка.

 

Антистатические присадки.

Как установлено, наиболее эффективным средством снижения удельного электрического сопротивления жидкости является добавление к нефтепродуктам антистатических присадок. В настоящее время антистатические присадки используются достаточно широко, а именно в растворителях, применяемых для промывки различных узлов, деталей машин, требующих повышенной чистоты, в моторных топливах, композициях, предназначенных для изготовления резинотканевых изделий, полимерных материалах. В спецификациях на нефтепродукты ряда зарубежных стран, предусмотрено применение антистатической присадки АSА-3 (фирмы «Shell») и установлена норма электропроводности в пределах 50 - 300 пСм/м, за единицу электропроводности принята величина равная:

1 пСм/м = 1- 10^-12 Ом^-1м^-1

Нижний предел электропроводности должен обеспечивать быструю релаксацию образовавшихся зарядов, верхний предел нельзя превышать вследствие того, что чрезмерная высокая электропроводность может оказать отрицательное влияние на точность показаний топливомеров емкостного типа, устанавливаемых на резервуарах.

Присадку АSА-3 рекомендуют добавлять в нефтепродукты в концентрации около 0,0001% масс. В странах СНГ находят применение присадки АСП-1, АКОР и Сигбол.

Применение антистатических присадок имеет ряд следующих преимуществ:

1. Антистатические присадки используются в небольших количествах.

2. Введение присадки не требует сложного оборудования.

3. При длительном хранении материал с антистатической присадкой не теряет своей электропроводности, что позволяет при дальнейшем использовании полностью отводить электрические заряды через заземляющие устройства.

4. Разовое добавление антистатической присадки придает электропроводность диэлектрикам и тем самым обеспечивает безопасность всех дальнейших технологических операцией.