125

Лабораторная работа № 9

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ И МЕР

ЗАЩИТЫ ОТ ЕЕ ПРОЯВЛЕНИЙ

Цель работы: исследовать электростатическую искроопасность про­цесса пневмотранспорта диэлектрических материалов, определить чувствительность исследуемого объекта к зажигающему воздействию раз­ряда статического электричества и оценить эффективность применяе­мых мер защиты.

1. Теоретическая часть

Совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме

диэлектриков или на изолированных проводниках называ­ется статическим электричеством (ГОСТ 12.1.018-86 "ССБТ. Пожарная безопасность. Электростатическая искробезопасность. Общие требо­вания").

При контакте двух разнородных материалов, жидкостей или газов на их поверхностях вследствие действия внутриатомных сил образует­ся двойной электрический слой. На поверхности одного материала в месте контакта преобладают отрицательные заряды, на поверхности другого - положительные. При сохранении контакта суммарный заряд контактирующих материалов будет равен нулю. При механическом разделении поверхностей контактирующих материалов происходит также и разделение зарядов.

Величина остаточного заряда на поверхностях контакта после раз­деления определяется процессами рекомбинации зарядов. Рекомбинация происходит за счет утечки зарядов через омическое сопротивление по­верхностей и за счет ионных процессов в разрядном промежутке. Вели­чина заряда, Кл,

, (1)

где U – потенциал или пробивное напряжение, В; С - электричес­кая емкость заряженных материалов или разрядной цепи, Ф.

По мере разделения поверхностей увеличивается разность потенци­алов между двумя разноименно заряженными поверхностями, и если на­пряженность электрического поля превысит электрическую прочность среды (для воздуха эта величина равна 3000 кВ/м), то происходит разряд статического электричества. Последний может стать причиной взрывов и пожаров, нарушения технологического процесса, брака про­дукции и неблагоприятного воздействия на работающих.

Согласно Правилам^* материалы делятся на электропроводящие с уде­льным сопротивлением  10⁵ Омм, антистатические (10⁵...10⁸ Омм) и диэлектрические ( > 10⁸ Омм). С электропроводящих поверхностей заряды при их разделении стекают. Условно принято, что переработка материалов с удельным электрическим сопротивлением менее 10⁵ Омм не сопровождается электризацией. На антистатических и тем более диэлектрических поверхностях за­ряды будут сохраняться. Величина заряда определяется природой мате­риала (зарядами двойного слоя, электрическим сопротивлением) и ско­ростью отрыва поверхностей (интенсивностью технологического проце­сса).

Основная опасность накопления зарядов статического электричест­ва связана с возможностью разряда и воспламенения горючих (взрыво­опасных) смесей, при условии, что энергия, выделяемая в искровом разряде, (W) будет больше минимальной энергии зажигания (W_MIN) данной горючей смеси. W_MIN - это наименьшее значение энергии иск­рового электрического разряда, способного воспламенить наиболее легковоспламеняемую смесь газа, пара или пыли с воздухом при норма­льных условиях.

Энергия разряда с заряженной диэлектрической поверхности может быть определена только экспериментально, и величина ее обычно ниже энергии разряда с заряженной проводящей поверхности. Энергию, выде­ляемую в искровом разряде с заряженной проводящей поверхности, Дж, рассчитывают по формуле

. (2)

Состояние объекта, при котором исключается возможность пожара или взрыва от разряда статического электричества, характеризует электростатическую искробезопасность (ЭСИБ). Для обеспечения ЭСИБ объекта в нормальных и аварийных режимах необходимо снизить элект­ростатическую искроопасность объекта и его чувствительность, а так­же чувствительность окружающей и проникающей в него среды, к зажи­гающему воздействию разряда статического электричества. ГОСТ 12.1.018-66 подразделяет объекты по степени ЭСИБ на три класса: Э1 - отсутствует возможность возникновения зарядов статического элект­ричества, способных зажечь среду с W_MIN > 10^-4 Дж; Э2 - имеется возможность возникновения разрядов, способных зажечь среду с W_MIN от 10^-4 до 10^-1 Дж; Э3 - имеется возможность возникновения раз­рядов, способных зажечь среду с W_MIN > 10^-1 Дж. ЭСИБ объекта дости­гается при выполнении соотношения

, (3)

где к - коэффициент безопасности, выбираемый из условий допус­тимой (безопасной) вероятности зажигания (при невозможности опре­деления вероятности принимают равным 0,4).

ЭСИБ объекта обеспечивается снижением электростатической искроопасности объекта (т.е. снижением W), а также снижением чувс­твительности объекта, окружающей и проникающей в них среды к зажи­гающему воздействию зарядов статического электричества (т.е. уве­личением W_MIN). При этом снижение W достигается применением средств защиты от статического электричества в соответствии с ГОСТ 12.4.124-83 «ССБТ. Средства защиты от статического электричества. Общие технические требования». Последние должны исключать возникновение искровых разрядов статического электричества с энергией, превышающей 40% W_MIN окружающей среды.

Снижение чувствительности объектов, окружающей и проникающей в них среды к зажигающему воздействию разрядов статического электри­чества следует обеспечивать: регламентированием параметров производственных процессов (влагосодержания и дисперсности аэровзвесей, давления, температуры среды и др.), влияющих на W, и флегматизацию горючих сред.

Защита от статического электричества обязательно должна быть во всех взрыво- и пожароопасных помещениях и зонах открытых установок, отнесенных Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) к классам:

В-I, В-Iа, В-Iб, В-Iг, В-II, В-IIа, П-I и П-II.

Наиболее распространенным, надежным и основным способом защиты от статического электричества является заземление. Оно должно при­меняться во всех электропроводных элементах технологического обо­рудования и других объектов, на которых возможно возникновение или накопление статического электричества. Величина сопротивления зазе­мляющего устройства, предназначенного исключительно для защиты от статического электричества, должна быть не выше 100 Ом согласно ГОСТ 12.4.124-83. При объединении этих устройств с заземляющими устрой­ствами, предназначенными для защиты человека, электрооборудования или для защиты объекта от вторичных проявлений молнии, сопротивле­ние заземления принимают в соответствии с действующими для этих целей нормами.

Для полной гарантии надежности заземления сопротивление заземляющего устройства, предназначенного исключительно для защиты от статического электричества, должно быть не выше 100 Ом.

Неметаллическое оборудование считается электростатически заземленным, если сопротивление растеканию тока на землю с любых точек его внутренней и внешней поверхности не превышает 10⁷ Ом при относительной влажности воздуха не более 60 %.

В то же время заземление является неэффективной мерой защиты, если аппаратура эмалирована, футерована резиной или другими непро­водящими материалами или в процессе образуются диэлектрические про­дукты, покрывающие внутренние поверхности аппаратов в виде пленок. В этих случаях необходимо уменьшить или полностью устранить элек­тризацию, ограничивая скорости движения материалов, избегая разб­рызгивания струй жидкостей, тщательно очищая стенки оборудования от отложений или проводя процесс в токе инертного газа.

Для снижения удельного электрического сопротивления твердых и жидких материалов применяют антиэлектростатические вещества в виде покрытия, пропитки или добавки, если это возможно по условиям тех­нологического процесса. Они снижают удельное объемное электричес­кое сопротивление материала до 10⁷ Омм, а удельное поверхностное электрическое сопротивление до 10⁹ Ом. В качестве таких веществ широко используют аламин 17, сульфонат А, синтанол, олеаты хрома, магния, кобальта, сажу, графит, полигликоли и т.п.

Поддержание относительной влажности воздуха 75% и выше способствует снижению величины зарядов, особенно для веществ хорошо ад­сорбирующих влагу. Для этого используют испарительные или распыли­тельные увлажняющие устройства. Однако увеличение влажности не вли­яет на удельное электрическое сопротивление негигроскопичных (не адсорбирующих влагу) веществ, к которым относятся все виды пласт­масс, синтетические и химические волокна.

Одним из эффективных средств защиты от статического электриче­ства является применение нейтрализаторов, вызывающих ионизацию во­здуха. Ионизированный воздух содержит положительные и отрицатель­ные ионы кислорода и азота, которые под действием электростатичес­кого поля приобретают направленное движение и нейтрализуют заряды на перерабатываемых материалах и веществах.

В зависимости от способа получения ионизированного воздуха раз­личают нейтрализаторы пассивные, использующие энергию образуемого электростатического поля; нейтрализаторы коронного разряда, испо­льзующие энергию электрического поля высокого напряжения, и радио­изотопные нейтрализаторы, использующие для ионизации воздуха альфа-излучения плутония-239 и бетта-излучения прометия–147.

Примером высоковольтного нейтрализатора коронного разряда (ис­пользуемого в данной работе) может служить низкочастотный иониза­тор (ИН-5), использующий энергию электрического поля высокого нап­ряжения. Нейтрализатор этого типа можно использовать при скоростях движения наэлектризованного материала до = 6...6,5 м/с.

Действие статического электричества смертельной опасности для человека не представляет. Искровой разряд статического электричес­тва человек ощущает как укол, толчок, судорогу. При внезапном уко­ле может возникнуть испуг и вследствие рефлекторных движений чело­век может непроизвольно сделать движения, приводящие к падению с высоты, попаданию в опасную зону машин и. др.

К средствам индивидуальной защиты человека от действия электро­статического заряда относятся антиэлектростатическая спецодежда, спецобувь и предохранительные приспособления (кольца, браслеты), которые подлежат заземлению. Электрическое сопротивление между такой одеждой (обувью) и землей обеспечивается в пределах 10⁶ ... 10⁸ Ом, а колец и браслетов - в пределах 10⁶ ... 10⁷ Ом.