Под статическим электричеством понимаются электрические заряды, находящиеся в состоянии относительного покоя, распределенные на поверхности или в объеме диэлектрика или на поверхности изолированного проводника.

Контактная разность потенциалов различна и зависит от диэлектрических свойств соприкасающихся материалов, их физического состояния, величины давления, с которым поверхности прижаты друг к другу, скорости перемещения, от влажности и температуры окружающей среды и др.

Электризация твердых тел возможна при движении ременных передач и конвейерных лент.

Как показывают проведенные исследования, интенсивная электризация наблюдается при соударении частиц о поверхности трубопроводов в процессе пневмотранспортировки пылевидных материалов, деформации, дроблении (разбрызгивании) веществ, относительном перемещении двух находящихся в контакте тел, слоев жидкости или сыпучих материалов, при интенсивном перемещении, перемешивании, кристаллизации и испарении веществ.

Кроме того, возможна электризация жидкостей, имеющих низкую электропроводность, в том числе при наливе, сливе и перекачке толуола, бензина и других нефтепродуктов из незаземленных резервуаров, цистерн, бочек; при перевозке жидкостей в незаземленных емкостях; при их фильтровании через пористые перегородки и сетки и т.п. Опасность статического электричества обусловлена главным образом возможностью искрового разряда, что может привести к взрыву, пожару и, следовательно, поражению людей.

Разряд статического электричества возникает тогда, когда напряженность электростатического поля достигает пробивной (критической) величины. Для воздуха пробивное напряжение составляет примерно 30 кВ/см.

Физиологическое действие статического электричества на организм человека зависит от величины, освобождающейся при разряде электрической энергии. Человек может испытать слабые, умеренные или сильные уколы или удары. Уколы и толчки не опасны для жизни, так как сила тока ничтожно мала. Однако возможны рефлекторные движения, приводящие к падению с высоты, соприкосновению с не огороженными вращающимися частями машин и т.п.

На железнодорожном транспорте из всего многообразия технологических процессов, приводящих к появлению статического электричества, основными являются транспортировка различных жидкостей в цистернах, перекачка нефтепродуктов на сливно-наливных эстакадах.

Рассмотрим процесс электризации жидкости. Механизм электризации жидкости, движущейся по трубе, объясняется механическим разрушением двойного электрического слоя, возникающего на границе с твердой фазой. Поскольку любая диэлектрическая жидкость всегда содержит в себе определенное количество носителей электрического заряда, на границе раздела жидкой и твердой фаз происходит образование двойного электрического слоя.

При этом заряды одного знака, оседающие на поверхности твердой стенки, нейтрализуются, а заряды противоположного знака, находящиеся в объеме жидкости, увлекаются потоком и попадают в приемный резервуар. Если в резервуаре над поверхностью жидкости имеется легковоспламеняющаяся паровоздушная смесь, то не исключена возможность взрыва и пожара вследствие разряда статического электричества между поверхностью наэлектризованной жидкости и стенками резервуара или другими заземленными элементами конструкции.

Образование зарядов статического электричества происходит также при заполнении резервуаров свободно падающей струей, с разбрызгиванием.

При этом мелкие и крупные капли приобретают заряды противоположных знаков. Образуется облако мелких капель, создающее над поверхностью жидкости электрическое поле с высоким градиентом. В результате этих явлений происходят электростатические разряды.

Основные факторы, определяющие интенсивность электризации нефтепродуктов, чистота нефтепродуктов и их электрическое сопротивление; скорость и характер движения (непрерывной струей или разбрызгиванием); материал металла трубопроводов, резервуаров и других приспособлений, по которым движутся нефтепродукты, а также состояние их внутренней поверхности. Особенно интенсивно электризуются нефтепродукты при их фильтрации.

Установлено, что бензин, протекая по трубам, заряжается отрицательно, а трубопровод положительно.

Величина полного заряда, передаваемого наэлектризованным продуктом приемному резервуару:

где: -- заряд продукта, к/л;

Количество перекаченного продукта, л.

Данные о минимальной энергии воспламенения паро и газовоздушных смесей (при давлении 0,1 МПа и температуре 200С) приведены в таблице 11.1

Таблица 11.1

Для предупреждения возможности возникновения опасных искровых разрядов с поверхности оборудования, перерабатываемых веществ, а также с тела человека предусматриваются (с учетом особенностей производства) следующие мероприятия, обеспечивающие стекание возникших зарядов статического электричества:

Отвод зарядов с помощью уменьшения удельных объемных и поверхностных электрических сопротивлений;

Нейтрализация зарядов с помощью использования индукционных нейтрализаторов и др.;

Отвод зарядов с помощью устройства заземления оборудования и коммуникаций.

Среди мероприятий по защите от статического электричества наиболее широкое применение для отвода электростатических зарядов получило заземление, которое применяется совместно с вышерассмотренными мерами. Заземлению подлежат наливные стояки эстакад для заполнения цистерн и рельсы в пределах фронта сливно-наливных операций. Заземляющие устройства для защиты от статического электричества объединяют с защитными или грозозащитными заземляющими устройствами. При этом предельно допустимое сопротивление заземляющего устройства, предназначенного исключительно для отвода статического электричества, должно быть не больше 100 Ом. Неметаллическое оборудование будет являться электрически заземленным, если сопротивление любой его точки относительно контура заземления не превышает 107 Ом.

При малой емкости С сопротивление растеканию тока заземляющего устройства может быть выше 107 Ом.

Рассмотрим, в каком случае будет обеспечена безопасность от возможных разрядов статического электричества при наливе в изолированную цистерну вместимостью М = 1000 л. бензина со скоростью v = 100 л/мин. Скорость электризации бензина = 1,1·10-8 А·с/л.

Определим потенциал на цистерне к концу налива. Общий заряд, передаваемый электризованным бензином цистерне, составит.

Образование зарядов статического электричества свя-зано с тем, что нефть и нефтепродукты являются диэлек-триками, и поэтому при интенсивном трении их частиц друг о друга, а также о воздух имеет место электростати-ческая индукция.

Для обеспечения электростатической искробезопасности резервуаров необходимо:

• заземлить все их электропроводные узлы и детали;
• исключить процессы разбрызгивания и распыления нефти (нефтепродуктов), а также возможность искрообразования при отборах проб и замерах уровня жид-кости в резервуарах;
• ограничить скорости заполнения резервуаров, а так-же истечения нефти (нефтепродуктов) при размыве донных отложений.

Заземляющие устройства, применяемые для защиты от статического электричества, объединяют с аналогич-ными устройствами электрооборудования или молниеза-щиты. Сопротивление данных устройств не должно пре-вышать 100 Ом.

Железобетонный резервуар считается электростатиче-ски заземленным, если сопротивление в любой точке его внутренней и внешней поверхности относительно контура заземления не превышает 10 7 Ом. Во избежание искровых разрядов не допускается наличие в резервуарах на поверх-ности нефти (нефтепродуктов) незаземленных электропро-водных плавающих предметов (понтонов, плавающих крыш, поплавков уровнемеров и т.д.). Их заземление осуществля-ется путем присоединения к корпусу резервуара. Причем понтон или плавающая крыша соединяется с ним не менее чем двумя гибкими стальными перемычками.

Применение неэлектропроводных плавающих уст-ройств и предметов (в частности предназначенных для уменьшения потерь нефти и нефтепродуктов от испаре-ния) допускается только по согласованию со специализи-рованной организацией, занимающейся защитой от ста-тического электричества.

Технологические трубопроводы и оборудование, рас-положенные в резервуарном парке и на резервуарах, на всем протяжении должны представлять собой непрерыв-ную электрическую цепь и присоединяются к контуру заземления не менее чем в двух местах.

Во избежание разбрызгивания и распыления нефти (нефтепродуктов), приводящих к образованию зарядов статического электричества, заполнение резервуаров про-изводится только под уровень. Если же это невозможно (при заполнении резервуаров после дефектоскопии или ремонта), то скорость закачки нефти (нефтепродуктов) в него не должна превышать 1 м/с до момента затопле-ния приемо-раздаточного патрубка в резервуарах типа РВС и до всплытия понтона или плавающей крыши в резервуарах типов РВСП и РВСПК.

При ручном отборе проб или замере уровня нефти (нефтепродуктов) в резервуаре через замерный люк дан-ные операции необходимо выполнять не ранее чем че-рез 10 минут после прекращения операции закачки (от-качки).

• для жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением не более 10 5 Ом·м скорость закачки в резервуар должна быть не более 10 м/с;
• для жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением не более 10 9 Ом·м - до 5 м/с;
• для жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением более 10 9 Ом·м допустимые скорости транспортировки и истечения устанавливаются на основе специальных расчетов.

Для снижения скорости истечения нефтей (нефтепро-дуктов) с удельным объемным электрическим сопротив-лением выше 10 9 Ом·м в резервуары рекомендуется при-менять так называемые релаксационные емкости, пред-ставляющие собой горизонтальный участок трубопровода длиной L e и увеличенного диаметра D e , находящийся не-посредственно на входе в резервуар:

D e = D·√2 · W; L e = 2.2·10 -11 ·ε·ρ v ,

Где D - диаметр трубопровода; W - скорость жидкости в нем, м/с; ε — диэлектрическая постоянная нефти (неф-тепродукта); ρ v - удельное объемное электрическое сопротивление жидкости, Ом·м.

Согласно действующим правилам защиты от разрядов статического электричества должна осуществляться во взрывоопасных и пожароопасных производствах при наличие зон классов В-I, B-Ia, B-II, B-IIa, П-I и П-II, в которых применяются и вырабатываются вещества с удельным объёмным электрическим сопротивлением Ом∙м.

В остальных случаях защита осуществляется лишь тогда, когда статическое электричество предоставляет опасность для обслуживающего персонала, отрицательно влияет на технологический процесс или качество продукции.

Основными способами устранения опасности от статического электричества является (слайд):

1) заземление оборудования, коммуникаций, аппаратов и сосудов, а так же обеспечение постоянного электрического контакта с заземлением тела человека;

2) уменьшение удельного объемного и поверхностного электрического сопротивления путем повышения влажности воздуха или применения антистатических примесей;

3) ионизацией воздуха или среды, в частности, в нутрии аппарата, сосуда и т.д.

Кроме этих способов используют: предотвращение образования взрывоопасных концентрации, ограничение скорости движения жидкости, замену ЛВЖ на негорючие растворители и т.д. Практический способ устранения опасности от статического электричества выбирается с учётом эффективности и экономической целесообразности.

Остановимся более подробно на указанных выше способах устранения опасности от статического электричества.

Заземление (18 мин) – наиболее часто применяемая мера защиты от статического электричества. Его целью является устранение опасности возникновения электрических разрядов с проводящих частей оборудования. Поэтому все проводящие части оборудования, и электропроводные неметаллические предметы подлежат обязательному заземлению, независимо от того, применяются ли другие способы защиты от статического электричества. Заземлять следует не только те части оборудования, которые участвуют в генерировании статического электричества, но и все другие указанного выше свойства, так как они могут зарядиться по закону электростатической индукции.

В случаях, когда оборудование выполнено из электропроводящих материалов, заземление является основным и почти всегда достаточным способом защиты.

Если же на внешней поверхности или внутренних стенках металлических аппаратов, резервуаров и трубопроводов образуются отложения непроводящих веществ (смолы, пленки, осадки), заземление становится неэффективным. Заземление не устраняет опасности и при использовании аппаратов с эмалированными и другими неэлектропроводящими покрытиями.

Неметаллическое оборудование считается электростатически заземленным, если сопротивление растеканию тока на землю с любых точек его внешней и внутренней поверхности Ом при относительной влажности. Такое сопротивление обеспечивает необходимое значение постоянной времени релаксации в пределах десятой доли секунды в невзрывоопасной и тысячные доли секунды во взрывоопасной среде. Постоянная времени релаксациисвязана с сопротивлениемR заземления аппарата или оборудования и его емкостью C соотношением τ = R ∙ C .

Трубопроводы наружных установок (на эстакадах или в каналах), оборудование и трубопроводы, расположенные в цехах, должны представлять на всем протяжении электрическую цепь и присоединяться к заземляющим устройствам. Считается, что электрическая проводимость фланцевых соединений трубопроводов и аппаратов, соединений крышек с корпусами аппаратов и т.п. достаточно высока, поэтому не требуется устанавливать специальных параллельных перемычек.

Каждая система аппаратов и трубопроводов в пределах цеха должна быть заземлена не менее, чем в двух местах. Все резервуары и емкости вместимостью более 50 м 3 и диаметром более 2,5 м заземляют не менее чем в двух противоположенных точках. На поверхности горючих жидкостей в резервуарах не должно быть плавающих предметов.

Наливные стояки эстакад для заполнения железнодорожных цистерн и рельсы железнодорожных путей в пределах сливоналивного фронта должны быть электрически соединены между собой и надежно заземлены. Автоцистерны, наливные суда, самолеты, находящиеся под наливом (сливом) горючих жидкостей и сжиженных газов, должны также заземляться. Контактные устройства (без средств взрывозащиты) для присоединения заземляющих проводников должны быть установлены за пределами взрывоопасной зоны (не менее 5м от места налива или слива, ПУЭ). При этом проводники вначале присоединяются к корпусу объекта заземления, а затем к заземляющему устройству.

Следует отметить, что применяемые до сих пор для заземления автоцистерн заземляющие проводники не обеспечивают требуемого уровня пожаровзрывобезопасности технологии налива или слива топлива и других ЛВЖ. Поэтому в настоящее время разработаны и серийно выпускаются специальные устройства заземления автоцистерн (УЗА) типов УЗА-2МИ, УЗА-2МК и УЗА-2МК-03, которые соответствуют требованиям ГОСТов и могут устанавливаться во взрывоопасных зонах класса В-Iг.

Если для защиты от статической электризации проводящего неметаллического оборудования с проводящей футеровкой применяется заземление, то 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.

Но заземление не решает задачу защиты от статического электричества резервуара, заполняемого наэлектризованной жидкостью, лишь исключает накопление заряда (натекающего из объема жидкости) 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 продуктами резервуаре в течении всего времени закачки жидкости и в течении времени, приблизительно равном, после ее окончания существует электрическое поле зарядов независимо от того, заполняется этот резервуар или нет. Именно в этот промежуток времени может существовать опасность воспламенения паровоздушной смеси нефтепродуктов в резервуаре разрядами статического электричества.

С учетом сказанного выше, значительную опасность представляет забор проб из резервуара сразу после его заполнения. Но через промежуток времени, примерно равный , после окончания заполнения заземленного резервуара заряды статического электричества в нем практически исчезают и проведение забора проб жидкости становится безопасным.

Для светлых нефтепродуктов, имеющих малую электропроводность (при Ом∙м), необходимое время выдержки после заполнения резервуара, обеспечивающее безопасность дальнейших операций, должно быть не менее 10 минут.

Заземление резервуара и выдержка необходимого времени после заполнения не дадут нужного эффекта безопасности, если в резервуаре имеются плавающие на поверхности жидкости изолированные предметы, которые могут приобрести заряд статического электричества при заполнении резервуара и сохранить его в течении времени, значительно превышающем . В этом случае при контакте плавающего предмета с заземленным проводящим телом может произойти опасное искрообразование.

Уменьшение объемного и поверхностного удельных электрических сопротивлений (8 мин).

При этом увеличивается электропроводность и обеспечивается 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).

А. Повышение относительной влажности воздуха.

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

Ускорение стекания электростатических зарядов с диэлектриков при высокой влажности объясняют 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.

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 (несмачиваемая: сера, парафин, масла и другие углеводороды) или скорость ее перемещения больше, чем скорость образования поверхностной пленки.

Увеличение влажности достигается распылением водяного пара или воды, циркуляцией влажного воздуха, а иногда свободным испарением с поверхности воды или охлаждением электризующей поверхности на 10 о С ниже температуры окружающей среды.

Б.Химическая обработка поверхности, электропроводные покрытия.

Уменьшение удельного поверхностного сопротивления полимерных материалов может быть достигнуто химической обработкой их поверхности кислотами (например серной или хлорсульфоновой). В результате этого поверхности полимера (полистирол, полиэтилен и полиэфирные пленки) окисляются или сульфируются и удельное сопротивление уменьшается до 10 6 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 нужный эффект достигается нанесением на диэлектрик поверхостной проводящей пленки, например, тонкой металлической, получаемый распылением, разбрызгиванием, испарением в вакууме или наклеиванием металлической фольги. Пленки на углеродной основе получают распылением углерода в жидкой среде или порошка с частицами меньше 1 мкм.

В. Применение антистатических веществ.

Большинство горючих и легковоспламеняющихся жидкостей характеризуются высоким удельным электрическим сопротивлением. Поэтому при некоторых операциях, например с нефтепродуктами, происходит накопление зарядов статического электричества, которое препятствует интенсификации технологических операций, а также служит источником взрывов и пожаров на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях.

Движение жидких углеводородов относительно твердой, жидкой или газообразной среды может привести к разделению электрических зарядов на поверхности соприкосновения. При движение жидкости по трубе слой зарядов находящихся на поверхности жидкости, уносится её потоком, а заряды противоположного знака остаются на контактирующей с жидкостью поверхностью трубы и если, металлическая труба заземлена, стекают в землю. Если же металлический трубопровод изолирован или изготовлен из диэлектрических материалов, то он приобретает положительный заряд, а жидкость - отрицательный.

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

Один из наиболее эффективных способов устранения электризации нефтепродуктов,- введение специальных антистатических веществ. Добавление их в тысячных или десятитысячных долях процента позволяет уменьшить удельное сопротивление нефтепродуктов на несколько порядков и обезопасить операции с ними. К таким антистатическим веществам относятся: олеаты и нафтенаты хрома и кобальта, соли хрома на основе синтетических жирных кислот, присадка «Сигбаль» и другие. Так, присадка на основе олеиновой кислоты олеат хрома уменьшает ρ v бензина Б-70 в 1,2 ∙ 10 4 раза. Широкое применение в операциях по промывке деталей нашли присадки «Анкор -1» и АСП-1.

Для получения «безопасной» электропроводности нефтепродуктов в любых условиях надо вводить 0,001÷0,005% присадок. На физико-химические свойства нефтепродуктов они обычно не влияют.

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, поскольку они обладают способностью увеличивать их ионную проводимость и тем самым снижать электрическое сопротивление волокон и получаемых из них материалов.

Для приготовления антистатических веществ, которые влияют на электрические свойства волокон применяют: углеводороды парафинового ряда, жиры, масла, гигроскопические вещества, поверхностно-активные вещества

Антистатические вещества используются 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 таких добавок применяют например ПАВ. При поверхностном нанесении ПАВ ρ s полимеров снижается на 5÷8 порядков, но срок эффективного действия мал

(до одного месяца). Введение ПАВ внутрь более перспективно т.к. антистатические свойства полимеров сохраняются несколько лет, полимеры становятся менее подверженными действию растворителей, истиранию и т.д. Для каждого диэлектрика оптимальные концентрации ПАВ различны и варьируются от 0,05 до 3,0%.

В настоящее время широко используются трубы, выполненные из полупроводящих полимерных композиций с наполнителями: ацетиленовой сажей, алюминиевой пудрой. графитом, цинковой пылью. Лучший наполнитель – ацетиленовая сажа, снижающая сопротивление на 10÷11 порядков даже при 20% от массы полимера. Её оптимальная массовая концентрация для создания электропроводящего полимера составляет 25%.

Для получения электропроводной или антистатической резины в неё вводят наполнители: порошковый графит, различные сажи, мелкодисперсные металлы. Удельное сопротивление ρ v такой резины достигает 5 ∙10 2 Ом∙м, а обычной до 10 6 Ом∙м.

Антистатическими резинами марки КР-388, КР-245 пользуются во взрывоопасных производствах, покрывают полы, рабочие столы, детали оборудования и колеса внутрицехового транспорта. Такое покрытие быстрее отводит возникающие заряды, снижает электризацию людей до безопасного уровня.

В последнее время разработана маслобензостойкая электропроводящая резина с использованием бутадиеннитральных и полихлоропреновых каучуков, которая широко используется для изготовления напорных рукавов и шлангов для перекачки ЛВЖ. Такие рукава значительно снижают опасность воспламенения при сливе и наливе ЛВЖ в авто- и железнодорожные цистерны и другие емкости, исключают применение специальных устройств для заземления заправочных воронок и наконечников.

Эффективное снижение потенциала ременных передач и ленточных транспортеров, изготовленных из материалов с ρ s =10 5 Ом∙м, достигается увеличением поверхностной проводимости ремня и обязательным заземлением установки. Для увеличения поверхностной проводимости ремня его внутренняя поверхность покрывается антистатической смазкой, возобновляемой не реже одного раза в неделю.

Ионизация воздуха (9 мин).

Сущность этого способа состоит в нейтрализации или компенсации поверхностных электрических зарядов ионами разного знака, которые создаются специальными приборами - нейтрализаторами. Ионы, имеющие полярность, противоположную полярности зарядов наэлектризованных материалов, под действием электрического поля, создаваемое зарядами таких материалов, оседают на их поверхностях и нейтрализуют заряды.

Ионизация воздуха электрическим полем высокой напряженности осуществляется с помощью нейтрализаторов двух типов: индукционных и высоковольтных.

Индукционные нейтрализаторы бывают с остриями (рис.2,а) и проволочными (рис. 2,б) У нейтрализатора с остриями в деревянном или металлическом стержне укреплены заземленные острия, тонкие проволочки или фольга. У проволочного нейтрализатора применена тонкая стальная проволочка, натянутая поперек движущегося заряженного материала. Работают они следующим образом. Под действием сильного электрического поля наэлектризованного тела вблизи острия или проволоки происходит ударная ионизация, в результате которой образуются ионы обоих знаков. Для повышения эффективности действия нейтрализаторов стремятся к сокращению расстояния между кончиками игл или проволокой и нейтрализуемой поверхностью до 5÷20 мм. Такие нейтрализаторы обладают высокой ионизационной способностью, особенно нейтрализаторы с остриями.

Рис. 2. Схема индукционного нейтрализатора (слайд):

а- с остриями; б- проволочного; 1- острия; 1"- проволока; 2- заряженная поверхность.

Недостатками их являются то, что они действуют, если потенциал наэлектризованного тела достигает несколько кВ.

Их достоинства: простота конструкции, низкая стоимость, малые эксплуатационные затраты, не требуют источника питания.

Высоковольтные нейтрализаторы (рис.3) работают на переменном, постоянном и токе высокой частоты. Они состоят из трансформатора с высоким выходным напряжением и игольчатого разрядника. В нейтрализатор на постоянном токе входит и высоковольтный выпрямитель. Принцип действия их основан на ионизации воздуха высоким напряжением. Максимальное расстояние между разрядным электродом и нейтрализуемым материалом, при нейтрализатор ещё эффективен, у таких нейтрализаторов может достигать 600 мм, но обычно рабочее расстояние принимается равным 200÷300 мм. Достоинство высоковольтных нейтрализаторов- достаточное ионизирующее действие и при низком потенциале наэлектризованного диэлектрического материала. Недостатком их является большая энергия возникающих искр, способных воспламенять любые взрывоопасные смеси, поэтому для взрывоопасных зон они могут применяться только во взрывозащищенном исполнении.

Рис.3 Схема высоковольтного нейтрализатора (слайд).

Для защиты обслуживающего персонала от высокого напряжения в высоковольтную цепь их включаются защитные сопротивления, которые ограничивают ток до величины в 50÷100 раз меньше тока, опасного для жизни.

Радиоизотопные нейтрализаторы очень просты по устройству, не требуют источника питания. достаточно эффективны и безопасны при использовании во взрывоопасных средах. Они широко применяются в различных отраслях промышленности. При использовании таких нейтрализаторов необходимо предусматривать надежную защиту людей, оборудования и выпускаемой продукции от вредного воздействия радиоактивного излучения.

Радиоизотопные нейтрализаторы чаще всего имеют вид длинных пластинок или маленьких дисков. Одна сторона содержит радиоактивное вещество, создающее радиоактивное излучение, ионизирующее воздух. Чтобы не загрязнять воздух, продукцию и оборудование, радиоактивное вещество покрывают тонким защитным слоем и специальной эмали и ли фольги. Для защиты от механических повреждений ионизатор помещают в металлический кожух, который одновременно создает нужное направление ионизированного воздуха. В таблице 3 приведены данные по применяемым в радиоизотопных нейтрализаторах радиоактивным веществам.

Данные по радиоактивным веществам радиоизотопных нейтрализаторов (слайд).

Таблица 3

Наиболее эффективны и безопасны радиоактивные вещества с α-частицами. Проникающая способность α-частиц в воздухе до 10см, а в более плотных средах значительно меньше. Например, лист обычной чистой бумаги ее полностью поглощает.

Нейтрализаторы с таким излучением пригодны для локальной ионизации воздуха и нейтрализации зарядов в месте их образования. Для нейтрализации электрических зарядов в аппаратах с большим объемом используют β-излучатели.

Радиоактивное вещество с γ-изучением из-за высокой проникающей способности и опасности для людей в нейтрализаторах не применяются.

Основным недостатком радиоизотопных нейтрализаторов является малый ионизационный ток по сравнению с другими нейтрализаторами.

Для нейтрализации электрических зарядов могут использоваться комбинированные нейтрализаторы, например, радиоактивно-индукционный. Подобные нейтрализаторы выпускаются промышленностью и имеют улучшенные рабочие характеристики. Рабочие характеристики выражают зависимость разряжающего ионизационного тока от величины потенциала заряженного тела.

Дополнительные способы уменьшения опасности от статической электризации (3 мин, слайд № 13).

Опасность статической электризации ЛВЖ и горючих жидкостей может быть значительно снижена или даже устранена уменьшением скорости потока v . Поэтому рекомендуется следующая скорость v диэлектрических жидкостей:

При ρ ≤ 10 5 Ом∙м принимают v ≤ 10 м/с;

При ρ > 10 5 Ом∙м принимают v ≤ 5 м/с.

Для жидкостей с ρ > 10 9 Ом∙м скорость транспортировки и истечения устанавливается отдельно для каждой жидкости. Безопасной для таких жидкостей обычно является скорость движения или истечения 1,2 м/с.

Для транспортировки жидкостей с ρ > 10 11 -10 12 Ом∙м со скоростью v ≥ 1,5 м/с рекомендуется применять релаксаторы (например, горизонтальные участки трубы увеличенного диаметра) непосредственно у входа в приёмный резервуар. Необходимый диаметр Д р ,м этого участка определяется по формуле

Д р =1.4 Д т ∙ . (7)

Длина релаксатора L p определяется по формуле

L p ≥ 2.2 ∙ 10 -11 ξρ, (8)

где ξ – относительная диэлектрическая проницаемость жидкости;

ρ – удельное объемное сопротивление жидкости Ом∙м.

При заполнении резервуара жидкостью с ρ >10 5 Ом∙м до момента затопления загрузочной трубы рекомендуется подавать жидкости со скоростью v ≤ 1 м/с, а затем с указанной скоростью v ≤ 5 м/с.

Иногда требуется увеличивать скорость жидкостей в трубопроводе до 4÷5 м/с.

Диаметр релаксатора, рассчитанный по формуле (7), оказывается в этом случае непомерно большим. Поэтому для увеличения эффективности релаксатора рекомендуется применять их со струнами или иглами. В первом случае внутри релаксатора и вдоль его оси натягиваются заземленные струны что более чем на 50% уменьшает ток электризации а во втором в поток жидкости вводят заземлённые иглы, чтобы отводить заряды от потока жидкости.

Максимально допустимые и безопасные (в отношении возможности воспламенения паров жидкости в промышленном резервуаре) режимы транспортировки нефтепродуктов по длинным трубам диаметром 100÷250 мм могут быть оценены по соотношению

v т 2 Д т ≤ 0.64 , (9)

где v т – линейная скорость жидкости в трубе м/с, Д т – диаметр трубы, м.

При операциях с сыпучими и мелко дисперсными материалами снижение опасности от статической электризации можно достичь следующими мерами: при их пневмотранспортировке использовать трубы из полиэтилена или из того же материала (или близкому по составу к транспортируемому веществу); относительная влажность воздуха на выходе из пневмотранспорта должна быть не менее 65% (если это неприемлемо, то рекомендуется ионизировать воздух или применять инертный газ).

Следует избегать возникновения пылевоздушных горючих смесей, не допускать падение пыли, её всклубления или завихрения. Необходимо очищать оборудование и конструкции здания от осевшей пыли.

При операциях с горючими газами необходимо следить за их чистотой, отсутствием на путях их движения незаземлённых частей оборудования или приборов.

Хороший эффект по условиям пожаро - и взрывобезопасности от искр статического электричества и всех других источников зажигания достигается заменой органических растворителей и ЛВЖ на негорючие если такая замена не нарушает хода технологического процесса и экономически целесообразна.

3.3. Молниезащита и защита

от статического электричества

3.3.1. Технологическое оборудование, здания и сооружения в зависимости от назначения, класса взрывоопасных и пожароопасных зон должны быть оборудованы молниезащитой, защитой от статического электричества и вторичных проявлений молний в соответствии с требованиями нормативных документов по проектированию и устройству молниезащиты зданий и сооружений и защите от статического электричества.

3.3.2. Устройства и мероприятия, отвечающие требованиям молниезащиты зданий и сооружений, должны быть заложены в проект и график строительства или реконструкции нефтебазы (отдельных технологических объектов, резервуарного парка) таким образом, чтобы выполнение молниезащиты происходило одновременно с основными строительно-монтажными работами.

3.3.3. Отдельно стоящими молниеотводами должны быть защищены резервуарные парки с ЛВЖ и ГЖ общей вместимостью 100 тыс. м3 и более, а также резервуарные парки нефтебаз, расположенных на селитебных территориях.

3.3.4. Резервуарные парки общей вместимостью менее 100 тыс. м3 должны быть защищены от прямых ударов молнии следующим образом:

Корпуса резервуаров при толщине металла крыши менее 4 мм - отдельно стоящими молниеотводами или установленными на самом резервуаре;

Корпуса резервуаров при толщине 4 мм и более, а также отдельные резервуары единичной емкостью менее 200 м3 независимо от толщины металла крыши - присоединены к заземлителям.

3.3.5. Дыхательная арматура резервуаров с ЛВЖ и пространство над ней, а также пространство над срезом горловины цистерн с ЛВЖ, ограниченное зоной высотой 2,5 м с диаметром 3 м должна быть защищена от прямых ударов молнии.

3.3.6. Защита от вторичных проявлений молнии обеспечивается за счет следующих мероприятий:

Металлические конструкции и корпуса всего оборудования и аппаратов, находящихся в защищаемом здании, должны быть присоединены к заземляющему устройству электроустановок или к железобетонному фундаменту здания при условии обеспечения непрерывной электрической связи по их арматуре и присоединения к закладным деталям с помощью сварки;

В соединениях элементов трубопроводов или других протяженных металлических предметов должны быть обеспечены переходные сопротивления не более 0,03 Ом на каждый контакт.

3.3.7. Заземленное металлическое оборудование, покрытое лакокрасочными материалами, считается электростатически заземленным, если сопротивление любой точки его внутренней и внешней поверхности относительно магистрали заземления не превышает 10 Ом. Измерения этого сопротивления должны проводиться при относительной влажности окружающего воздуха не выше 60%, причем площадь соприкосновения измерительного электрода с поверхностью оборудования не должна превышать 20 см2, а при измерениях электрод должен располагаться в точках поверхности оборудования, наиболее удаленных от точек контакта этой поверхности с заземленными металлическими элементами, деталями, арматурой.

3.3.8. Соединения молниеприемников с токоотводами и токоотводов с заземлителями должны выполняться, как правило, сваркой, а при недопустимости огневых работ разрешается выполнение болтовых соединений с переходным сопротивлением не более 0,05 Ом при обязательном ежегодном контроле последнего перед началом грозового сезона.

3.3.9. Заземлители, токоотводы подвергаются периодическому контролю один раз в пять лет. Ежегодно 20% общего количества заземлителей и токоотводов подлежит вскрытию и проверке на поражение их коррозией. Если поражено более 25% площади поперечного сечения, то такие заземлители заменяются.

Результаты проведенных проверок и осмотров заносятся в паспорт молниезащитного устройства и журнал учета состояния молниезащитных устройств.

3.3.10. Здания и сооружения, где могут образоваться взрывоопасные или пожароопасные концентрации паров нефтепродуктов, подлежат защите от накопления статического электричества.

3.3.11. Для предупреждения опасных проявлений статического электричества необходимо устранение возможности накопления зарядов статического электричества на оборудовании и нефтепродукте путем заземления металлического оборудования и трубопроводов, снижения скорости движения нефтепродуктов в трубопроводе и предотвращения разбрызгивания нефтепродукта или снижения концентрации паров нефтепродуктов до безопасных пределов.

3.3.12. В целях защиты от проявлений статического электричества заземлению подлежат:

Наземные резервуары для ЛВЖ и ГЖ и других жидкостей, являющихся диэлектриками и способные при испарении создавать взрывоопасные смеси паров с воздухом;

Наземные трубопроводы через каждые 200 м и дополнительно на каждом ответвлении с присоединением каждого ответвления к заземлителю;

Металлические оголовки и патрубки рукавов;

Передвижные средства заправки и перекачки горючего - во время их работы;

Железнодорожные рельсы сливоналивных участков, электрически соединенные между собой, а также металлические конструкции сливоналивных эстакад с двух сторон по длине;

Металлические конструкции автоналивных устройств;

Все механизмы и оборудование насосных станций для перекачки нефтепродуктов;

Металлические конструкции морских и речных причалов в местах производства слива (налива) нефтепродуктов;

Металлические воздуховоды и кожухи термоизоляции во взрывоопасных помещениях через каждые 40 - 50 м.

3.3.13. Заземляющее устройство для защиты от статического электричества следует, как правило, объединять с заземляющими устройствами для защиты электрооборудования и молниезащиты. Сопротивление заземляющего устройства, предназначенного только для защиты от статического электричества, должно быть не более 100 Ом.

3.3.14. Все металлические и электропроводные неметаллические части технологического оборудования должны быть заземлены независимо от применения других мер защиты от статического электричества.

3.3.15. Соединение между собой неподвижных металлических конструкций (резервуары, трубопроводы и т.д.), а также присоединение их к заземлителям производится с помощью полосовой стали сечением не менее 48 мм2 или круглой стали диаметром более 6 мм на сварке или с помощью болтов.

3.3.16. Резинотканевые рукава спиральные (РБС) заземляются путем присоединения (пайкой) медного многожильного провода сечением более 6 мм2 к ершу и металлической обмотке, а гладкие рукава (РБГ) - путем пропуска внутри рукава такого же провода с присоединением его к ершам.

3.3.17. Защита от электростатической индукции должна обеспечиваться присоединением всего оборудования и аппаратов, находящихся в зданиях, сооружениях и установках, к защитному заземлению.

3.3.18. Здания должны защищаться от электростатической индукции путем наложения на неметаллическую кровлю сетки из стальной проволоки диаметром 6 - 8 мм, со стороной ячеек не более 10 см, узелки сетки должны быть проварены. Токоотводы от стенки должны быть проложены по наружным стенам сооружения (с расстоянием между ними не более 25 м) и присоединены к заземлителю. К указанному заземлителю должны быть также присоединены металлические конструкции здания, корпуса оборудования и аппаратов.

3.3.19. Для защиты от электромагнитной индукции между трубопроводами и другими протяженными металлическими предметами (каркас сооружения, оболочки кабелей), проложенными внутри здания и сооружения, в местах их взаимного сближения на расстоянии 10 см и менее через каждые 20 м длины необходимо приваривать или припаивать металлические перемычки, чтобы не допускать образование замкнутых контуров. В соединениях между собой элементов трубопроводов и других протяженных металлических предметов, расположенных в защищаемом сооружении, необходимо устраивать перемычки из стальной проволоки диаметром не менее 5 мм или стальной ленты сечением не менее 24 мм2.

3.3.20. Для защиты от заносов высоких потенциалов по подземным металлическим коммуникациям (трубопроводам, кабелям, в том числе проложенным в каналах и тоннелях) необходимо при вводе в сооружение присоединить коммуникации к заземлителям защиты от электростатической индукции или к защитному заземлению оборудования.

3.3.21. Все мероприятия по защите зданий и сооружений от вторичных проявлений грозового разряда совпадают с мероприятиями по защите от статического электричества. Поэтому устройства, предназначенные для вторичных проявлений вторичного грозового разряда, должны быть использованы для защиты зданий и сооружений от статического электричества.

4.4.1. Для предупреждения возникновения искровых разрядов с поверхности оборудования, нефти и нефтепродуктов, а также с тела человека необходимо предусматривать, с учетом особенностей производства, следующие меры, обеспечивающие стекание возникающего заряда статического электричества:

• снижение интенсивности генерации заряда статического электричества;
• устройство заземления оборудования резервуаров и коммуникаций, а также обеспечение постоянного контакта тела человека с заземлением;
• уменьшение удельного объемного и поверхностного электрического сопротивления;
• использование радиоизотопных, индукционных и других нейтрализаторов.

4.4.2. Заземляющие устройства для защиты от статического электричества следует, как правило, объединять с заземляющими устройствами для электрооборудования. Такие заземляющие устройства должны быть выполнены в соответствии с требованиями ПУЭ-85, ГОСТ 21130—75 СН 102—76, Инструкцией по устройству сетей заземления. Сопротивление заземляющего устройства, предназначенного исключительно для защиты от статического электричества, допускается не выше 100 Ом.

Все металлические и электропроводящие неметаллические части оборудования резервуаров должны быть заземлены независимо от того, применяются ли другие меры защиты от статического электричества.

Лакокрасочное покрытие, нанесенное на заземленное металлическое оборудование, внутренние и наружные стены резервуаров, считаются электростатическим заземлением, если сопротивление наружной поверхности покрытия относительно заземленного оборудования не превышает 10 Ом.

4.4.3 Резервуары вместимостью более 50 м 3 (за исключением вертикальных диаметров до 2,5 м) должны быть присоединены к заземлителям с помощью не менее двух заземляющих проводников в диаметрально противоположных точках.

4.4.4. Нефтепродукты должны закачиваться в резервуары без разбрызгивания, распыления или бурного перемешивания. Налив нефтепродуктов свободно падающей струей не допускается.

Расстояние от конца загрузочной трубы до дна резервуара не должно превышать 200 мм, а если это возможно, то струя должна быть направлена вдоль стенки. При этом форма конца трубы и скорость подачи нефтепродукта должны быть выбраны таким образом, чтобы исключить разбрызгивание.

4.4.5. Скорость движения нефтепродуктов по трубопроводам необходимо ограничивать таким образом, чтобы заряд, приносимый в резервуар с потоком нефтепродукта, не мог вызвать с его поверхности искрового разряда, энергия которого достаточна для воспламенения окружающей среды. Допустимые скорости движения жидкости по трубопроводам и истечения их в резервуары зависят от следующих условий, влияющих на релаксацию зарядов: вида налива, свойств нефтепродукта, содержания и размера нерастворимых примесей, свойств материала стенок трубопровода, резервуара.

4.4.6. Для нефтепродуктов с удельным объемным электрическим сопротивлением не более 10 9 Ом. м скорости движения и истечения допускаются до 5 м/с.

Для нефтепродуктов с удельным объемным электрическим сопротивлением более 10 9 Ом.м допустимые скорости транспортирования и истечения устанавливаются для каждого нефтепродукта отдельно.

Для снижения до безопасного значения плотности заряда в потоке жидкости, имеющей удельное объемное электрическое сопротивление более 10 9 Ом.м, при необходимости транспортирования их по трубопроводам со скоростью, превосходящей безопасную, следует применять специальные устройства для отвода зарядов.

Устройство для отвода зарядов из жидкого продукта должно устанавливаться на загрузочном трубопроводе непосредственно у входа в заполняемый резервуар так, чтобы при максимальной из используемых скоростей транспортирования время движения продукта по загрузочному патрубку после выхода из устройства до истечения в аппарат не превосходило 0,1 постоянной времени релаксации заряда в жидкости.

Если это условие конструктивно не может быть исполнено, то отвод возникающего в загрузочном патрубке заряда должен быть обеспечен внутри заполняемого резервуара до выхода заряженного потока на поверхность имеющейся в резервуаре жидкости.

Примечания . В качестве устройств для отвода заряда из жидкого продукта могут использоваться нейтрализаторы со струнами, правила выбора, конструирования, монтажа и эксплуатации которых изложены в РТМ 6.28-008—78 Устройства отвода заряда из потока жидкости с протяженными разрядными электродами (нейтрализаторы со струнами).

В качестве устройств для отвода заряда внутри заполняемого резервуара могут применяться клетки из заземленной металлической сетки, охватывающие некоторый объем у конца загрузочного патрубка таким образом, чтобы заряженный поток из патрубка поступал внутрь клетки. При этом объем клетки должен быть не менее V = Q τ /3600, где V — объем клетки, м 3 ; Q — скорость перекачки нефтепродукта, м 3 /ч; τ — постоянная времени релаксации заряда в нефтепродукте, с.

4.4.7. Данные по электрическим параметрам светлых нефтепродуктов и номограммы по определению допустимых скоростей перекачки приведены в Рекомендациях по предотвращению опасной электризации нефтепродуктов при наливе в вертикальные и горизонтальные резервуары, автомобильные и железнодорожные цистерны, утвержденных 12/XI.85 г. Госкомнефтепродуктом РСФСР.

4.4.8. Нефтепродукты должны поступать в резервуар ниже уровня находящегося в нем остатка нефтепродукта.

При заполнении порожнего резервуара нефтепродукты должны подаваться в него со скоростью не более 1 м/с до момента затопления конца приемно-раздаточного патрубка.

При дальнейшем заполнении скорость следует выбирать с учетом требований п. 4.4.6.

4.4.9. Для предотвращения опасности возникновения искровых разрядов на поверхности нефтепродуктов не должно быть незаземленных электропроводящих плавающих предметов.

4.4.10. Понтоны из электропроводящих материалов, предназначенные для уменьшения потерь нефтепродуктов от испарения, должны быть заземлены с помощью не менее двух гибких заземляющих проводников площадью сечения не менее 6 мм 2 , присоединенных к понтону в диаметрально противоположных точках.

4.4.11. Понтоны из неэлектропроводящих материалов должны иметь электростатическую защиту.

4.4.12. Ручной отбор проб нефтепродуктов из резервуаров допускается не ранее, чем через 10 мин после прекращения движения нефтепродукта.