Материал: Пожарная безопасность электроустановок. учебное пособие. Сушко Е.А., Бакаева Г.А

Если для защиты от статической электризации проводящего неметаллического оборудования с проводящей футеровкой применяется заземление, к нему применяются те же требования, что и к заземлению металлического оборудования. Например, заземление трубопровода из диэлектрического материала, но с проводящим покрытием (краска, лак) может выполняться присоединением его к заземляющему контуру с помощью металлических хомутов и проводников через 20-30 м.

Таблица 5.18

Технические характеристики уза

Заземление не всегда решает проблему защиты от статического электричества. Так, заземление резервуара, заполняемого наэлектризованной жидкостью, лишь исключает накопление заряда (натекающего из объема жидкости) и на его стенках, но не ускоряет процесс рассеяния заряда в жидкости. Это объясняется тем, что скорость релаксации зарядов статического электричества в объеме диэлектрической жидкости нефтепродуктов определяется постоянной времени релаксации . Следовательно, в заполняемом наэлектризованными нефтепродуктами резервуаре в течение всего времени закачки жидкости и в течение времени, приблизительно равном 3, после ее окончания существует электрическое поле зарядов независимо от того, заземлен этот резервуар или нет. Именно в этот промежуток времени может существовать опасность воспламенения паровоздушной смеси нефтепродуктов в резервуаре разрядами статического электричества.

Особую опасность, в свете указанного, представляет собой забор проб из резервуара сразу после его заполнения. Однако через промежуток времени, примерно равный 3, после окончания заполнения заземленного резервуара заряды статического электричества в нем практически полностью релаксируют, электрическое поле исчезает и проведение каких-либо манипуляций по забору проб жидкости становится безопасным. Поэтому в целях исключения разрядов при заполнении стационарных резервуаров или железнодорожных цистерн на пробоотборник при отборе проб через люк из резервуара или на наливную трубу в процессе ее извлечения из цистерны необходимо выдержать промежуток времени, равный [8]

Т = 3К, (5.32)

где  - постоянная времени релаксации нефтепродукта, с; К – коэффициент, учитывающий увеличение времени релаксации за счет поверхностного заряда нефтепродукта.

Для светлых нефтепродуктов, имеющих низкий уровень электропроводности (при _v  10¹¹ Омм), необходимое время выдержки Т, обеспечивающее безопасность дальнейших операций, должно быть не менее 10 мин после успокоения жидкости. Заземление резервуара и выдержка необходимого времени после заполнения не дадут нужного эффекта безопасности в случаях, когда в резервуаре имеются плавающие на поверхности жидкости изолированные предметы, которые могут приобрести заряд статического электричества в ходе заполнения резервуара и сохранять его в течение времени, значительно превышающем 3. В этом случае приближение к плавающему предмету заземленного проводящего тела может сопровождаться опасным искрообразованием.

Уменьшение объемного и поверхностного удельных электрических сопротивлений

Снижением объемного и поверхностного сопротивлений обеспечивается соответствующая электропроводность и способность диэлектрика отводить заряды статического электричества. Устранение опасности статической электризации диэлектриков этим способом является весьма эффективным и может быть достигнуто повышением влажности воздуха, химической обработкой поверхности, применением электропроводных покрытий и антистатических веществ (присадок).

Повышение относительной влажности воздуха. Большинство пожаров от искр статического электричества происходит обычно зимой, когда относительная влажность воздуха низка. При относительной влажности воздуха выше 65-70 %, как показывают исследования и практика, число вспышек и загораний становится незначительным.

Ускорение стекания электростатических зарядов с диэлектриков при высокой влажности воздуха связывают с тем, что на поверхности гидрофильных диэлектриков адсорбируется тонкая пленка влаги, содержащая обычно большое количество ионов из загрязнений и растворенного вещества, за счет которых обеспечивается достаточная поверхностная электропроводность электролитического характера. Электропроводность адсорбированной пленки влаги при прочих равных условиях определяется ее толщиной и в связи с этим в значительной степени зависит от относительной влажности воздуха. Чем она выше, тем толще пленка. Водные пленки толщиной 10^-5 см визуально нельзя обнаружить, однако они увеличивают поверхностную электропроводность диэлектрика и способствуют утечке зарядов. Поэтому поверхностное сопротивление диэлектрика уменьшается. Однако если материал находится при более высокой температуре, чем та, при которой пленка может удерживаться на поверхности, указанная поверхность не может стать проводящей даже при очень высокой влажности воздуха. Эффект также не будет достигнут, если заряженная поверхность диэлектрика гидрофобна (сера, парафин, масла и другие углеводороды) или скорость ее перемещения больше, чем скорость образования поверхностной пленки. Таким образом, способ увлажнения воздуха не всегда эффективен.

Увеличение влажности воздуха достигается распылением водяного пара или воды, циркуляцией влажного воздуха, а иногда свободным испарением с поверхности воды.

В некоторых случаях желаемый эффект достигается местным увлажнением паров или охлаждением электризующейся поверхности до температуры на 10^оС ниже температуры окружающей среды.

Химическая обработка поверхности, электропроводные покрытия. Снижение удельного поверхностного сопротивления полимерных материалов может быть достигнуто химической обработкой поверхности кислотами (например, серной или хлорсульфоновой). В результате этого поверхности полимера (полистирол, полиэтиленовые и полиэфирные пленки) окисляются или сульфируются. При этом удельное поверхностное сопротивление снижается до 10⁶ Ом при относительной влажности воздуха 75 %.

Положительный эффект достигается и при обработке изделий из полистирола и полиолефинов погружением образцов в петролейный эфир при одновременном воздействии ультразвуком. Методы химической обработки эффективны, но требуют точного соблюдения технологических условий.

Иногда необходимый эффект достигается нанесением на диэлектрик поверхностной хорошо проводящей пленки. Например, металлические тонкие пленки получают распылением, разбрызгиванием или испарением в вакууме или наклеиванием металлической фольги. Пленки на углеродной основе получают распылением углерода в жидкой среде или порошка (частицы меньше 1 мкм).

Применение антистатических веществ. Большинство горючих и легковоспламеняющихся жидкостей характеризуется высоким удельным электрическим сопротивлением. Поэтому при некоторых операциях, например с нефтепродуктами, происходит накопление зарядов статического электричества, которое не только препятствует интенсификации технологических операций, но и служит источником многочисленных взрывов и пожаров на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях.

Движение жидких углеводородов относительно твердого, жидкого или газообразного тела может привести к разделению электрических зарядов на поверхности соприкосновения. При движении жидкости по трубе слой находящихся на поверхности жидкости зарядов уносится ее потоком, а заряды противоположного знака остаются в трубе и, если металлическая труба заземлена, стекают в землю. Если металлический трубопровод изолирован или изготовлен из диэлектрических материалов, он приобретает положительный заряд, а жидкость – отрицательный.

Степень электризации нефтепродуктов зависит от состава и концентрации содержащихся в них активных примесей, физико-химического состава нефтепродуктов, состояния внутренней поверхности трубопровода (коррозии и т.д.) или технологического аппарата, диэлектрических свойств, вязкости и плотности жидкости, а также от скорости движения жидкости, диаметра и длины трубопровода. Так, присутствие 0,001 % механических примесей превращает инертное углеводородное топливо в электризуемое до опасных пределов.

Один из наиболее эффективных методов, позволяющих устранить электризацию нефтепродуктов, - введение специальных антистатических веществ. Добавление присадок в тысячных и десятитысячных долях процента позволяет на несколько порядков уменьшить удельное сопротивление нефтепродуктов и обезопасить операции с ними. Электрическую проводимость углеводородов и нефтепродуктов наиболее эффективно повышают олеаты и нафтенаты хрома и кобальта, соли хрома синтетических жирных кислот, присадка «Сигбаль» и другие вещества. Так, присадка на основе олеиновой кислоты олеат хрома повышает электропроводность бензина Б-70 в 1,210⁴ раза. Широкое применение в операциях по промывке деталей нашли присадки «Аккор-1» (10-15 г присадки на 100 л жидкости) и АСП-1.

Для получения «безопасной» электропроводности нефтепродуктов в любых условиях необходимо вводить 0,001-0,005 % присадок. Они обычно не влияют на физико-химические свойства нефтепродуктов.

Для получения проводящих растворов полимеров (клеев) также применяют антистатические присадки, растворимые в них, например соли металлов переменной валентности высших карбоновых и синтетических кислот.

Положительные результаты достигаются при использовании антистатических веществ на предприятиях по переработке синтетических волокон. Наиболее важным свойством антистатических веществ является способность увеличивать ионную проводимость и тем самым снижать электрическое сопротивление волокнистых материалов. Обработку волокнистых материалов антистатическими веществами производят до процесса либо непосредственно в процессе их изготовления.

Есть несколько главных групп химических препаратов, применяемых для приготовления антистатических материалов, которые влияют на электрические свойства волокон: углеводороды парафинового ряда, жиры, масла, гигроскопические вещества, поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Углеводороды парафинового ряда, жиры и масла влияют на электрический контакт между волокнами и частями машин, способствуя образованию проводящих масляных пленок между ними. Гигроскопические вещества образуют на поверхности волокон пленку влаги, снижая таким образом трение. При наличии влаги и веществ, обладающих свойствами электролитов, образуются ионы. Поверхностно-активные вещества при добавлении в воду снижают ее поверхностное натяжение, в результате улучшается смачивание, пенообразующие, моющие и другие важные для текстильной промышленности свойства воды.

Эффективность антистатических веществ используют в промышленности полимеров, например при обработке полистирола и полиметилметакрилата. Обработка полимеров антистатическими добавками производится как поверхностным нанесением, так и введением в расплавленную массу. В качестве антистатических добавок применяют, например, некоторые образцы ионогенных поверхностно-активных веществ. При поверхностном нанесении ПАВ обладают хорошим антистатическим эффектом. Удельное поверхностное сопротивление полимеров при этом снижается на 5-8 порядков, но срок эффективного действия незначителен (до одного месяца). Введение антистатических добавок внутрь более перспективно, так как антистатические свойства полимеров стабильны во времени (несколько лет), менее подвержены действию растворителей, истиранию и т.д. Для каждого диэлектрика оптимальные концентрации ПАВ различны: например, для полиэтилена низкого давления 0,05-0,1 %, полиэтилена высокого давления 0,2-0,3 %, полипропилена 0,5 %, поливинилхлорида твердого 0,5-1,5 %, полиакрила 2-3 %, полистирола 1,5-2,5 %.

Широкое применение труб для пневмотранспорта, продуктопроводов и других устройств из полимеров (например, полиэтилена низкой и высокой плотности) привело к созданию полупроводящих полимерных композиций путем введения наполнителей (ацетиленовой сажи, алюминиевой пудры, графита, цинковой пыли).

Лучший наполнитель – ацетиленовая сажа, хорошо распределяемая в полимере и снижающая сопротивление на 10-11 порядков даже при 20 % от массы полимера. Оптимальная массовая концентрация ацетиленовой сажи для создания электропроводящего полимера составляет 25 %. Для пневмотранспорта могут быть рекомендованы неметаллические трубы из проводящей полиэтиленовой композиции.