Защита от разрядов статического электричества

Общие сведения. Понятия

В производствах, связанных с применением легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, газов, пылей и волокон, искровые разряды статического электричества могут вызвать взрывы, пожары. Статическое электричество вызывает также брак в работе и может вызвать травмы у людей. Ряд производственных процессов с. участием твердых, жидких или газообразных диэлектрических сред сопровождается статической электризацией, т. е. возникновением и разделением положительных и отрицательных зарядов.

Установлено, что из двух трущихся веществ положительно заряжается то, у которого диэлектрическая проницаемость больше.

Основная величина, характеризующая способность к электризации - удельное электрическое сопротивление (ρ) поверхностей контактируемых материалов.

Установлено, чем интенсивнее ведется процесс (скорость), тем больший заряд остается на поверхности.

Чем выше величина удельного электрического сопротивления материалов, тем больше величина заряда накапливающегося на материале в результате процесса электризации. На электропроводящем материале заряды не сохраняются.

В табл. 8.1 приведены данные об удельном электрическом сопротивлении ρ некоторых веществ.

Таблица 8.1

Наименование материала	Удельное электрическое сопротивление ρ, Омм		Наименование материала	Удельное электрическое сопротивление ρ, Омм
Полистирол	10^16		Графит	8,0-1,4·10^6
Парафин	10^16		Почва	6-5·10^3
Стекло	10^11-10^14		Электропроводящая резина	2·10^6
Жидкие углеводороды	10^8-10^16		Дистиллированная вода	10^4
Синтетические волокна	10^10-10^14		Разбавленная серная кислота	1,0-10^-2
Натуральный каучук	10^12-10^13		Железо	1·10^-7
Сухое дерево	10^8-10^14		Серебро	1,5·10^-8
Синтетические смолы	10^7-10^12		Медь	1,55·10^-8
Натуральные волокна	10^4-10^8		Алюминий	2,41·10^-8

 

Токи при статической электризации составляют обычно несколько микроампер (1-10 мкА).

Реальная воспламеняющая способность электрической искры зависит от концентрации, температуры и давления взрывоопасной смеси. Условием воспламенения (взрыва) такой смеси от искры статического электричества является следующее:

W_и≥W_мин, (8.1)

где W_b - энергия разряда статического электричества (зависит от свойств материала, конструкции аппарата, технологического процесса и др.), Дж;

W_mиh - минимальная энергия зажигания горючей смеси, образование которой возможно в данном технологическом процессе (зависит только от свойства горючей смеси и является характеристикой чувствительности ее к воспламенению), определяется экспериментально, Дж.

Статическое электричество может вызвать воспламенение взрывоопасной смеси при совокупности следующих условий:

1) Наличии источника статических электрических зарядов;

2) Накоплении значительных зарядов на контактирующих поверхностях;

3) Достаточной разности потенциалов для электрического пробоя среды. Пробой воздушного промежутка возможен при напряжении электрического поля более 30 кВ/м;

4) Наличии достаточной запасенной электрической энергии;

5) Возможности возникновения электрических разрядов.

Отсутствие любого из условий исключает пожаро- и взрывоопасные последствия статического электричества.

Электростатическая искробезопасность объекта достигается при выполнении условия безопасности:

W_и<k·W_мин, (8.2)

где k - коэффициент безопасности выбирается из условий допустимой (безопасной) вероятности зажигания (k<1,0).

Энергия (в Дж), выделяемая в искровом разряде с заряженной проводящей поверхности, определяется по формуле:

W_и = 0,5С·φ², (8.3)

где С - электрическая емкость проводящего объекта относительно земли, Ф.

φ - потенциал заряженной поверхности, относительно земли, В. В табл. 8.2 приведены минимальные энергии зажигания W_мин (в МДж) для некоторых паро- и газовоздушных смесей, а в табл. 7.3 - пылевоздушных смесей.

Таблица 8.2

Минимальная энергия, W_мин, необходимая для воспламенения некоторых паро- и газовоздушных смесей, МДж

Акрилонитрил	0,16	Диизопропиловый эфир	1,14*	Метиловый спирт (при60°С)	0,14
Акролеин	0,175	2,2-диметилбутан	0,25
Аммиак	6,8	Диметиловый эфир	0,45*	Метил формиат	0,62*
Ацетальдегид	0,376	Димстил сульфид	0,76*	Метилциклогексан	0,27
Ацетилен	0,011	цис-1,2-димстилцикло Пропан	0,23	Нефтяной газ	0,26
Ацетон	0,25	Окись пропилена	0,14
Бензин Б-76	0,15	Диметилтоксиметан	0,42*	Окись углерода	8,0
Бензол	0,2	Диоксан (окись	0,9	Окись этилена	0,06
1,3-бутадисн (дивинил)	0,125	диэтилена)		Пентан	0,18
н-Бутан	0,25	2,2-диметилпропан	1,57*	Перекись ди-трет-бутила	0,65*
Бутанол	0,5	Диэтиловый эфир	0,19
Бутанон (метилэтилкетон)	0,28	Изооктан (2,2,4- триметилпентан)	0,28	Петролейный эфир	0,18
Бутилен	0,24	Пропан	0,26
Винилацетат	1.2*	Изооктиловый спирт	0,21	Пропилен	0,17
Водород	0,011	Изопропиламин	2,0*	(0,28*)
1,5-гексадиен	0,23	Изопропилмеркаптан	0,87*	Пропиональдегит	0,49*
Гексан	0,23	Изопропиловый спирт	0,65*	Сероводород	0,077
Гептан	0,24	Керосин	0,48	Сероуглерод	0,009
1 -гептин	0,93	Метан	0,28
Дигидропиран	0,56*	2-метилбутан(изопентан)	0,21
* - Энергия воспламенения при стехиометрической концентрации смеси.

Таблица 8.3

Минимальная энергия, W_mиb, необходимая для воспламенения некоторых пылевоздушных смесей, МДж

Аллилоспиртовая смола		Поливиниловый спирт	5,6
Алюминий		Полиметилкрилат
Ацетилцеллюлозная пресс-масса		Полипропилен эмульсионный	3,4
Бакелит		Полистирол эмульсионный	1,8
Гексаметилентетрамин		Полиформальдегид	7,5
Древесная мука		Полихлорвиниловая смола
Казеин		Полиэтилен
Канифоль		Пресс-порошок К-19-2	3,9
Карбамидная смола		Пропионат целлюлозы
Карбамид прессованный		Резина
Каучук искусственный		Сера
Крахмал		Смолы на основе кумарона и индена
Кумарон		Смолы на основе лигнина
Магний		Стеарат алюминия
Метилакрилат		Уголь
Метилцеллюлоза		Фенацетин	3,3
Мука пшеничная	11,5	Фенольные пресс-материалы
Мыло		Фенольные смолы
Оксибензальдегид		Ферромарганец
Параоксибензальдегид		Фталевый ангидрид	2,3
Пентаэритрит		Хлопковый пух
Поливинилбутираль	1,8	Цинк

 

В табл. 7.4 даются ориентировочные значения разности потенциалов (Δφ, кВ), возникающей при электризации диэлектриков в некоторых технологических процессах.

Таблица 8.4

Ориентировочные значения разности потенциалов (Δφ, кВ), возникающей при электризации диэлектриков в некоторых технологических процессах

Наименование процесса	Δφ=U, кВ
Протекание химически чистого бензола по стальным трубам	3,6
Обработка каучука в вакуум-смесителе
Обработка каучука в пластикационных каландрах
Выпуск из баллона ацетилена, увлажненного ацетоном
Выпуск диоксида углерода из баллона
Выпуск диоксида углерода по резиновым шлангам
Завихрение угольной пыли
Разбрызгивание краски	5-10
Движение машин с резиновыми шипами по бетонной дороге	3-40
Движение резиновой ленты конвейера со скоростью 4 м/с (с сыпучими грузами)
Движение кожаного приводного ремня со скоростью 15 м/с
Кинофотопленочная промышленность	10 и выше
Резиновая промышленность	10-15
Производство искусственной кожи	10-15
Производства, связанные с размолом	10-15
Фильтрование смеси бензина с асфальтом через шелк
Трение одежды из полимеров о тело человека	7-45

 

Заряды статического электричества могут накапливаться и на людях. Электризация тела человека происходит при работе с наэлектризованными предметами и материалами. Человек может подвергаться электризации при контактировании с материалами и предметами, выполненными из материалов с высокими диэлектрическими свойствами (полы, непроводящая обувь, диэлектрическая перчатка, одежда и т. п.).

В жарких, сухих помещениях, с диэлектрическими полами (линолеум) человек может заряжаться до напряжений 10-45 кВ. Особенно, если он имеет обувь с диэлектрической подошвой (резиновую) и одежду, имеющую в своем составе искусственные волокна.

Количество накопившегося на людях электричества может быть вполне достаточно для искрового разряда при контакте с заземленным оборудованием. Считается, что энергия разряда с тела человека достаточна для зажигания практически всех газовоздушных и некоторых пылевоздушных горючих смесей.

Кроме того, статическое электричество оказывает и отрицательное физиологическое действие на человека.

Таблица 8.5