Опасность образования статического электричества

С внедрением во все отрасли хозяйства диэлектрических материалов с большой остротой встала проблема защиты от вредных и опасных проявлений статического электричества и в первую очередь от наиболее опасных-взрывов, пожаров из-за разрядов статического электричества.

Авиационные топлива и спец. жидкости обладают способностью электризоваться, накапливать и сохранять электрический заряд. И если при этом над поверхностью жидкости образуется взрывоопасная смесь, то разряд статического электричества способен вызвать пожар или взрыв в резервуаре. Пожары, причиной которых являются разряды статического электричества, наблюдаются при самых разнообразных механических процессах с диэлектрическими жидкостями.

Взрывы и пожары возникают при наливе танков наливных судов, при скоростной заправке самолетов и ТЗ авиационными топливами. Это происходит, как правило, вскоре после начала заправки или налива. Наиболее часто взрывы и пожары возникают при заполнении автоцистерн. По статистике нефтяного института США- 71% аварий, причиной которых был разряд статического электричества, произошел при наполнении и сливе автоцистерн. Известны случаи, когда взрыв происходил при появлении в потоке н/п воздуха или воды (при заполнении резервуара керосином взрыв возник тогда, когда начался подсос воздуха в поток керосина). Наличие воды в топливах способствует более интенсивному образованию статического электричества при перемешивании авиационного топлива, содержащего воду, вызвал взрыв.

Повышенная электризация жидкости возникает при равномерном распределении воды в мелкодисперсном состоянии и последующем ее оседании, причем чем меньше капельки воды, тем дольше процесс ее оседания. Этим объясняется взрывы резервуаров с авиационным топливом примерно через 40 минут после перемешивания в них топлива. Очень сильно электризуются авиационные топлива при фильтрации, истечении через щели, разбрызгивания (мойка двигателей бензином с помощью распылителя) и кавитации.

Пожары и взрывы возникают и при наполнении н/п стеклянных бутылей, ведер через металлическую сетку.

Воспламенение горючих смесей может происходить в металлических емкостях (ведрах, бидонах, бочках), находящихся на токопроводящих телах,от разряда статического электричества с тела человека, одежды на заземленную металлическую емкость. Например, возник пожар резервуара с горючей жидкостью, из которого рабочий намеревался отобрать пробу, используя черпак. Взрывы ЖДЦ, из которых сливали бензин наблюдались при опускании через верхний люк в них полиэтиленовых или резиновых шлангов и при вытаскивании их после слива. При применении заземленных металлических наконечников (труб) взрывы не происходили.

Заряды статического электричества интенсивно образуются при перекачке ГСМ по металлическим и резино-тканевым трубопроводам, смешивании топив и спец. жидкостей, наполнении автоцистерн через верх свободно-падающей струей, переливании из одного сосуда в другой, а также при перевозке топлива в цистернах, когда она болтается. Воспламенение бензина может произойти при стирке в нем спецодежды из-за разряда статического электричества между жидкостью и тканью, что приводит иногда к тяжелым ожогам и травмам. Случаи искрообразования наблюдались при мытье рук в авиатопливах, а также при вытаскивании воронки из емкости, куда наливался бензин, дизельное топливо и другие н/п. Все это свидетельствует о том, что статическое электричество представляет чрезвычайно большую опасность, если не сохранять мер устраняющих возможность его накопления и разряда.

Разряд статического электричества является источником воспламенения только при следующих условиях:

- Наличия источника образования статических зарядов жидкости с низкой проводимостью движущихся по трубопроводам или хранящихся в резервуарах и емкостях

- Накопление зарядов на технологическом оборудовании до напряжений, при которых происходит искровой разряд

- Существование горючей среды в местах возможного разряда статического электричества

Способы защиты опасных проявлений искровых разрядов статического электричества состоят в ликвидации хотя бы одного из внешних названных условий

Электростатическая безопасность (ЭСИБ) – состояние объекта, при которой исключается возможность взрыва и пожара от статического электричества. Она обеспечивается устранением разрядов статического электричества (С.Э), которые могут стать источником зажигания огнеопасных веществ, газовых смесей, паров. Все производственные процессы и оборудование по ЭСИБ в зависимости от характера и условий возникновения разрядов СЭ и по характеристикам огнеопасных веществ и материалов распределяются на 3 класса:

- Безыскровый электризации;

- Слабой электризации;

- Сильной электризации

Для определения класса объекта по ЭСИБ установлены основные показатели. К этим показателям относится:

-Электростатические свойства материалов –удельное объемное электрическое сопротивление или удельная объемная электропроводимость;

- удельное поверхностное электрическое сопротивление или удельная поверхностная электропроводимость, постоянная времени релаксации (время в истечении, которого заряд статического электричества умещается в “e” раз);

-относительная диэлектрическая проницаемость;

-электропрочностные свойства материалов напряжения, электрическая прочность, плотность электрического заряда относительно заземленных электропроводных поверхностей, конфигурации и форма объекта, толщина покрытий, пленок или неметаллических стенок, например, покрытия емкостей и резервуаров;

- электростатические нагрузки, возникающие в процессах электризации;

-чувствительность к зажигающему или инициирующему взрыв воздействию разрядов с э-минимальные энергии зажигания, заряд зажигания, линейка плотность энергии зажигания.

К классу ЭСИБ безыскровой электризации относятся процессы и объекты с заземленным электропроводящим оборудованием, в которых применяются вещества и материалы с удельным объемным эл-ким сопротивлением не более 10⁵ Ом*м и отсутствуют разбрызгивание и распыление веществ. На складах ГСМ – это оборудование систем сигнализации, управления технологическими процессами и пожаротушения.

К классу ЭСИБ слабой электризации относятся процессы и объекты с заземленным электропроводящим оборудованием, в которых применяются вещества и материалы с удельным электрическим сопротивлением не более 10⁸ Ом*м и отсутствуют процессы разбрызгивания и распыления веществ. На складах ГСМ к этому классу относится оборудование и технологические процессы, которые связаны с приемом, хранением и отпуском авиатоплив.

К классу ЭСИБ сильной электризации относятся технологические процессы, оборудования (в котором применяются) и объекты с заземленным электропроводным оборудованием, в котором применяются вещества и материалы с удельным электрическим сопротивлением не более 10⁸ Ом*м.

 

Требования класса ЭСИБ слабой электризации контролирующий путем сравнения с допустимыми значениями следующих параметров:

-плотности заряда;

-плотности тока электризации;

-электропроводности материала;

-длительности операций и временного интервала между операциями;

-геометрических характеристик по ГОСТ 12.1.018

Соблюдение перечисленных требований обеспечивает безопасность работы с пожароопасными веществами с минимальной энергией зажигания не менее 10^-4 Дж.

Зажигающая способность – это свойство источника зажигания, проявляющееся в зажигании или инициировании взрыва вещества, материалов или конденсированных систем. Снижение зажигающей способности разряда СЭ обеспечивается благодаря применению антистатических средств, нейтрализаторов и релаксационных емкостей, регламентированию параметров производственных процессов (ограничение скорости заправки, перекачки, наполнения ТЗ).

Минимальная энергия зажигателя- это наименьшее значение энергии электрического заряда, способного воспламенять наиболее легко воспламеняющуюся смесь газа, пара или пыли с воздухом.

Линейной плотностью энергии зажигания называют отношение энергии, выделяемой в накале разряда к длине разрядного промежутка.

Исследования показали, что на воспламенение горючей смеси искровым разрядом затрачивается меньше тепла, чем при воспламенении от других источников. Разряд- самый экономичный из всех источников воспламенения по затрачиваемой энергии на зажигание, поэтому он является самым опасным из источников возникновения пожаров и взрывов.

Безопасность искрового разряда статического электричества в горючей среде может быть достигнута при условии

W_L≤ 0,4 W_{L min}

Где W_L – линейная плотность энергии зажигания искрового разряда СЭ заряженного предмета, Дж/м;

W_{L min} – минимальная линейная плотность энергии зажигания для воспламенения горячей смеси которая зависит от свойств горючей жидкости и характеризуют ее способность к воспламенению, Дж/м.

Под влиянием сильного электрического поля ха счет ионизационных процессов у поверхности разрядных электродов возникают дополнительные носители электрического заряда обоих знаков, повышая электропроводимость топлива. За счет электрических сил и сил механического движения заряды топлива стекают на электроды и стенки камеры, а возникающие возле электродов заряды противоположного знака движутся в обратном направлении и выносятся из камеры нейтрализатора.

Эффективность работы по Kэ %

Kэ = *100%, работа удовлетворительная если при ⍴_вых ≥ 200 мк K1/м³, Кэ ≥ 75%

Интенсивность электризации авиационных топлив и спец. жидкостей зависит от скорости движения жидкости, ее проводимости, шероховатости трубопровода, площади контакта, наличия в жидкости твердых частиц, воды, воздуха и других факторов.

Шероховатость стенок трубопровода увеличивает электризацию жидкостей в 1,5-5 раз. Электризация в авиационных топливных фильтрах в 10-200 раз большая, чем в трубопроводах. Она наиболее сильна в многократно использованных фильтрах вследствие того, что на их элементах адсорбированы примеси топлив. Ток электризации нарастает до тех пор, пока напряженность поля в резервуаре или трубопроводе не достигнет электрической прочности нефтепродукта или паровоздушной смеси и в ней не произойдет искровой разряд, приводящий к взрывам, пожарам. Наиболее часто взрывы и пожары возникают при наполнении автоцистерн.