Известные в настоящее время методы и средства защиты, большинство из которых можно использовать в химической промышленности, по принципу работы делятся на методы:
- не влияющие на сам процесс электризации, но ликвидирующие или снижающие возможность возникновения искровых разрядов;
- уменьшающие электризацию веществ и материалов;
- обеспечивающие рассеяние или отвод возникающих электростатических зарядов.
Все современные средства и методы защиты можно сгруппировать по схеме, показанной на рис. 6.3.
Рис. 6.3. Основные методы и средства защиты от статического электричества
К числу основных методов защиты первой группы относится заземление технологического оборудования, тела человека, являющееся наиболее простым, но необходимым средством, поскольку энергия искрового разряда с проводящих незаземленных элементов технологического оборудования во много раз (иногда в сотни) выше энергии разряда с диэлектриков.
Независимо от применения других мер антистатической защиты заземляться должны все электропроводящие части и элементы оборудования, на которых возможно накопление зарядов. Следует также заземлять металлические вентиляционные короба и кожухи термоизоляции трубопроводов и аппаратов, поскольку при движении запыленного воздуха и электризации теплоизоляционного материала (стекловаты) за счет вибрации их потенциал относительно земли может достигать 3…4 кВ. Электросопротивление всей цепи заземления должно быть не более 100 Ом.
Непроводящее оборудование, согласно "Правилам", считается электростатически заземленным, если в любой его точке в самых неблагоприятных условиях сопротивление по отношению к земле не превышает 107 Ом. Однако в соответствии с проведенными в последние годы в нашей стране исследованиями в области электростатической искробезопасности эта величина может быть увеличена до 5*109 Ом.
Особое внимание необходимо уделять заземлению передвижных объектов или вращающихся элементов оборудования, не имеющих постоянного контакта с землей. Так, различные передвижные емкости, в которые наливают или засыпают электризующиеся материалы, должны быть перед заполнением установлены на специальное заземленное основание или присоединены к заземлителю специальным проводником до того, как будет открыт люк.
Весьма серьезное внимание, особенно во взрывоопасных производствах, необходимо уделять заземлению человека, поскольку разряд с его тела вследствие накопления на нем в зависимости от способа заряжения (контактного или индукционного) больших потенциалов (7… 12 кВ) и значительной емкости (до 300 пФ и более) очень часто является причиной пожаров и взрывов.
Для этих целей используюг специальную антистатическую обувь, антистатические браслеты, халаты. К антистатической относится также обувь с кожаной подошвой. Чтобы обеспечить непрерывный отвод зарядов статического электричества с тела человека или передвижных емкостей, полы в таких помещениях должны быть обязательно электропроводящими, т. е. иметь рv не более 106 Ом*м.
С точки зрения антистатической искробезопасности к таким покрытиям для пола относятся бетон, керамическая плитка, ксилолит, антистатический линолеум.
В отдельных случаях целесообразной является защита оборудования с помощью разрядников, расположенных вне взрывоопасных зон. Регулированием разрядного промежутка можно установить допустимое напряжение пробоя Unp, безопасное для применяемого горючего вещества. Оно может быть рассчитано по формуле
где С — емкость изолированного участка, Ф
Весьма эффективным методом, исключающим образование искровых разрядов или резко уменьшающим их энергию, является метод изменения распределенной емкости, который может быть использован для бункеров-накопителей, содержащих порошкообразные диэлектрические материалы (рис. 6.4).
Рис. 6.4. Устройство антистатической защиты бункера-накопителя: 1 — бункер; 2 — верхняя решетка, 3 — омедненные тросы; 4 — нижняя решетка, 5 — пружины
Размеры ячеек верхней и нижней решеток, которые заземлены так же, как и корпус бункера и тросы, выбирают расчетным методом так, чтобы Wразр была меньше вещества, которым заполняется бункер.
Известно, что процесс образования зарядов статического электричества зависит в основном от градиента скоростей контактирующих материалов, поэтому, уменьшив скорость транспортирования жидкостей, порошкообразных материалов, гранул, а также скорость переработки полимерных материалов, особенно пленочных, можно добиться снижения уровня электризации до безопасных величин. Однако такой способ приводит к значительному ухудшению параметров технологических процессов и оборудования, т.е. к резкому снижению производительности.
Вследствие этого ограничение скоростей применяют только тогда, когда невозможно обеспечить надежную антистатическую защиту другими методами. Это в первую очередь относится к процессам транспортирования мономеров, углеводородных жидкостей, нефтепродуктов. В соответствии с "Правилами", жидкости с pv < 10s Ом*м можно перекачивать со скоростью до 10 м/с, с pv до 109 — до 5 м/с, а при pv >109 допустимая скорость транспортирования не должна превышать 1,2 м/с. Однако эта скорость может быть увеличена с помощью специальных расчетов, методика которых изложена в РТМ 6-28-007-78 "Допустимые скорости движения жидкостей по трубопроводам и истечения в емкости".
Для увеличения производительности технологического оборудования скорость ограничивают не на всех стадиях процесса, а только перед заполнением приемных емкостей, бункеров и резервуаров. Слив осуществляют в релаксационные емкости, представляющие собой заземленные участки трубопровода увеличенного диаметра и находящиеся у входа в приемную емкость.
Для сильно электризующихся жидкостей перед релаксационной емкостью могут быть установлены специальные нейтрализаторы статического электричества (НСЭ) игольчатого или струнного типа. Такие нейтрализаторы могут быть использованы и отдельно.