Rizika v chemických výrobách spojená s akumulací a uvolněním náboje statické elektřiny

Statická elektřina

Rizika v chemických výrobách spojená s akumulací a uvolněním náboje statické elektřiny

Rizika statického náboje Obvyklý zdroj vznícení v chemickém průmyslu Obtížně postižitelná příčina havárií – přes značné prevenční úsilí stále dochází k havarijním situacím způsobeným statickým nábojem

Základní charakterizace problému – pochopení základních jevů spojených s akumulací a uvolněním statického náboje – zabránění akumulace náboje – v případě nevyhnutelné akumulace náboje zamezit nežádoucím následkům výboje • např. inertní atmosféra Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Základní info o vzniku statického náboje Elektrický náboj se akumuluje na povrchu

tuhých materiálů Vznik náboje statické elektřiny – Kontakt dvou materiálů – Migrace elektronů – Přerušení kontaktu – opačně nabité povrchy

Vliv dielektrických vlastností materiálů – 2 dobré vodiče • elektrony velmi mobilní – malý náboj

– alespoň 1 špatný vodič • elektrony málo mobilní – velký náboj Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Příklady Domácnost – čištění bot na rohožce – česání vlasů – svlékání svetru

Průmysl – – – –

čerpání nevodivé kapaliny trubkou míchání emulzí doprava sypkých látek tryskání páry na neuzemněný vodič

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Kdy je náboj nebezpečný Nebezpečný potenciální zdroj vznícení – oblaky par VOC – prachové oblaky

Průmyslová mez nebezpečnosti – napětí > 350 V – energie > 0,1 mJ

Pro představu – chůze po koberci dokáže akumulovat statický náboj schopný výboje o energii až 20 mJ a napětí 1000 V


Orientační data pro elektrostatické výpočty Napětí vyvolá jiskření mezi hroty 12 mm vzdálenými Jiskření mezi deskami 0,01 mm vzdálenými

14000 V 350 V

Minimální energie pro vznícení (MIE) Páry

0,1 mJ

Mlhy

1 mJ

Prachy

10 mJ

Zeta potenciál Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

0,01-0,1 V

Vznik náboje prouděním + ++++ - - -+ +++

-

Nerovná distribuce elektronů na rozhraní trubky a

tekutiny Vzniká elektroforetický proud fρv 2 ε r ε 0ζ Is = 2 µ

Zastavení/zpomalení proudění – disipace náboje – relaxační doba


ε rε0 τ = γc

Napětí vzniklé prouděním Vznik elektrického

proudu prouděním v trubce

skleněná trubka

2

+ ++

1

kovová trubka

Přenos náboje do

zásobníku

I s = I (f , Re, v , ε r )

+ + + + + + ++ + skleněná nádoba


Vytvoření napětí mezi

konci skleněné trubky U = Is R L R= γCA

Procesní zařízení jako kondenzátor Kondenzátor – paralelně orientované povrchy které nejsou propojeny vodičem a nejsou uzemněné – mohou uchovávat značně velký náboj


Kapacita průmyslových „kondenzátorů“ Q V

Objekt

Kapacita F ×1012

Nářadí, pivní plechovka

5

Barel

20

500 l nádrž

100

Plošná geometrie

Člověk

200

QL ε rε0 A

Automobil

500

Cisternový vůz

1000

C =

Sférická geometrie V =

1

Q 4πε 0 ε r r

C = 4πε r ε 0 r

V =

C =

εrε0 A L


Energie nabitého kondenzátoru Nabíjení kondenzátoru dW =U dQ

– dW práce potřebná ke zvětšení uloženého náboje o dQ – potřebná k překonání rozdílu potenciálů

Při vybití kondenzátoru se práce (energie)

uvolní Q2 W = 2C

CU 2 W = 2


QU W = 2

Q⎞ ⎛ ⎜C = ⎟ V⎠ ⎝

Vliv režimu proudění Hadice l=6m d = 5 cm

Laminární proudění – – – –

100 l/s Re ~ 103 U = 0.05 V E = 10-8 J


Turbulentní proudění – – – –

5*102 l/s Re ~ 3*105 U = 500 V E = 5 mJ

Vliv vodivosti kapaliny

Nevodivá nádoba – Případ A • U = 20 V • E = 10-5 mJ

– Případ B • U = 2 kV • E = 0,2 mJ

Vodivá nádoba – „samoizolační efekt“ nevodivé kapaliny Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Havarijní scénář


Potlačování rizik statické elektřiny Nevýbušná atmosféra – práce pod spodní mezí výbušnosti a pod bodem vzplanutí

Prevence akumulace náboje a jiskření – – – –

Relaxace Nulování a zemnění Ponorné trubky Zvyšování vodivosti aditivy


Relaxace Přivádění kapaliny do zásobníku shora – náhlé oddělení rychle tekoucí kapaliny od stěny – ukládání velkého náboje

Rozšíření trubky před vstupem do zásobníku – zpomalení proudění – dostatek času pro disipaci náboje

Empiricky – doba zdržení v rozšíření má být 2x větší než relaxační doba pro danou kapalinu


Nulování a zemnění Napětí mezi dvěma vodivými materiály se nuluje

jejich vodivým propojením Větší celky lze převést na nulový potenciál

zemněním


Nulování a zemnění


Ponorné trubice Prodloužená trubice

zabraňuje akumulaci náboje, ke které by došlo při volném pádu kapaliny Nebezpečí – Zpětné nasátí kapaliny


Zvyšování vodivosti aditivy Antistatická aditiva – alkohol – voda – polární kapaliny

Zvyšují vodivost kapaliny – neizolovaná nádoba – snižuje odpor stěny – izolovaná nádoba – zvyšuje rychlost akumulace náboje

Musí být mísitelná s kapalinou


Rizika v chemických výrobách spojená s akumulací a uvolněním náboje statické elektřiny

Recommend Documents