ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные механизмы воспламенения от статического электричества из "Новейшие достижения нефтехимии и нефтепереработки том 7-8" Статическое электричество известно человечеству давно, значительно раньше, чем гальваническое электричество и электромагнетизм, но внимание ему начали уделять лишь в последние годы в связи с опасностью загораний и взрывов при осуществлении некоторых процессов нефтеперерабатывающей и химической промышленности. [c.148] Вследствие громадного опыта и изобретательности, которые лежат в основе проектирования и эксплуатации оборудования в этих отраслях промышленности, практически полностью исключается возможность на первый взгляд необъяснимых катастроф и несчастных случаев. Химик-технолог уже не может оставлять без должного внимания проблемы, связанные со статическим электричеством. [c.148] Положение чрезвычайно усложняется и тем, что образование зарядов статического электричества, или электризация, представляет собой весьма часто встречающееся явление, возникающее при совершенно различных на первый взгляд операциях. Для выявления и оценки размеров потенциальной опасности статического электричества необходимо рассмотреть общие для всех этих операций явления. [c.148] Подобное феноменологическое изучение неизбежно является чисто качественным. Однако следующим шагом должна быть количественная оценка цепи явлений, ведущих к воспламенению. Качественно правильные меры безопасности следует применять только после количественной оценки их необходимости и экономического анализа. В противном случае они могут привести только к ненужной затрате средств. Примером такой ненужной затраты средств может служить чрезмерное уменьшение скорости перекачки жидкостей по трубам. [c.148] Однако количественные исследования сильно тормозились тем обстоятельством, что способность углеводородного продукта к электризации не является свойством, присущим самим углеводородам, а обусловлена присутствием крайне малых следов (порядка десятимиллионных долей процента) примесей обычно неизвестной природы, не связанных с характеристиками, регламентируемыми стандартами. Качественный и количественный состав этих примесей нередко изменяется в широких пределах даже в одном и том же продукте или фракпии, в то время как в лабораторных условиях неизбежно приходится ограничиваться лишь применением известного вещества, моделирующего эти примеси. [c.148] Поскольку проблемы статического электричества рассматриваются здесь применительно к нефтехимии и нефтепереработке, особое внимание уделяется процессам, в которых имеют место электризация или разряд жидкостей и газов. Вопросы электризации ременных передач, резиновых шин и т. п. здесь не рассматриваются. [c.149] Наиболее полно вопросы статической электризации в нефтяной промышленности изложены в монографии [53]. В ней приводятся исчерпывающие данные о экспериментальных работах, проведенных фирмой Шелл . В данной главе рассматриваются лишь дополнительные экспериментальные материалы, полученные за последующие годы, и кратко излагается содержание докладов, опубликованных различными фирмами нефтяной промышленности. Таким образом, настоящую главу следует рассматривать как дополнение к ранее выпущенной монографии. [c.149] Статическая электризация, возникающая при операциях заправки самолетов, рассматривается в работе [93] тем не менее здесь неизбежны некоторые повторения. Поскольку в указанных выше литературных источниках работы последнего периода, посвященные, например, вопросам времен релаксации, эффективности релаксационных емкостей различного размера при различных расходах и электропроводности топлива, изложены весьма подробно, здесь можно ограничиться лишь кратким их рассмотрением. [c.149] Вспышке или продолжительному пожару, вызываемому статическим электричеством, всегда предшествует [57] а) контакт между разнородными материалами б) относительное движение этих материалов в) наличие изоляционной прослойки, препятствующей взаимной нейтрализации противоположных зарядов г) накопление зарядов д) образование большой разности потенциалов е) разряд ж) воспламенение. Перед тем как перейти к более детальному рассмотрению всех этих явлений, следует кратко объяснить их. [c.149] Вблизи поверхности, разделяющей неоднородные материалы (поверхность раздела фаз), всегда возможно неравномерное распределение электрических зарядов. [c.149] На поверхности раздела находится избыток носителей заряда (ионов) одного знака заряды противоположного знака, притягиваемые первыми, находятся в диффузном слое, смежном с поверхностью раздела. Такой электрически нейтральный двойной слой , который может сохраняться неограниченно долгое время, находится в состоянии равновесия. Кулонов-ские силы притяжения зарядов противоположного знака в двойном слое уравновешивают процессы диффузии. Теория двойного слоя впервые сформулирована Гельмгольцем [43]. [c.149] Был выдвинут и противоположный взгляд [24], что заряды образуются вследствие диссоциации нейтральных молекул на стенке емкости с образованием адсорбированных и свободных ионов. Такой механизм вполне возможен при контакте сравнительно чистой жидкости с несколько загрязненной стенкой, например при течении чистого авиационного топлива через загрязненный фильтр. Действительно, в подобных случаях проводимость повышалась [87]. Происходит ли образование статических зарядов по указанному выше механизму [24] или в результате десорбции молекул, диссоциации и повторной адсорбции ионов, очевидно, не существенно. [c.150] Двойной слой никогда не может образоваться в газовой фазе. Поскольку время релаксации статических зарядов в газе обычно 10 —10 сгк, а коэффициент диффузии для ионов 3-10 м /сек, толщина двойного слоя в газе была бы так велика, что ионы газа просто диффундировали бы от поверхности раздела. [c.150] Водяные пары, например, избирательно конденсируются на отрицательных ионах поэтому при последующем выпадении отрицательных капелек образуются положительно заряженные облака. Этот механизм играет весьма важную роль в образовании зарядов грозовых туч. Иногда задают вопрос, не может ли конденсация углеводородных паров в резервуаре вызывать аналогичное явление Однако число ионных пар в воздухе при нормальных условиях достигает около 10 в 1 л следовательно, полное удаление ионов одного знака создает объемный заряд, равный всего 1,6-10 к/ж , что недостаточно для образования в резервуаре сильного электрического поля. [c.150] Заряды двойного слоя могут быть разделены в результате механического действия, например трения, если речь идет о двух твердых телах, или процесса течения или отстаивания, если по крайней мере один из материалов представляет собой жидкость. [c.150] В отсутствие какого-либо механического действия заряды статического электричества образоваться не могут. После прекращения механического действия заряд будет рассеиваться. Необходимо учитывать, что рассеяние или утечка заряда требуют некоторого времени, а механическое действие может остаться незамеченным (например, отстаивание в резервуаре). [c.150] Для того чтобы заряды после их разделения не могли сразу вновь соединиться, весьма важно, чтобы по крайней мере ионы одного знака находились в среде с высоким электрическим сопротивлением. Установившееся состояние достигается, когда процессы разделения зарядов уравновешены их утечкой. Чем выше электрическое сопротивление, тем больше будет сопутствующая разность потенциалов. [c.151] Статическое электричество, например объемный заряд в среде, может представлять серьезную опасность как в случаях разряда непосредственно с наэлектризованного материала, так и с емкостей, на которых заряд может накапливаться. [c.151] Это утверждение можно пояснить рядом примеров, позволяющих в то же время охарактеризовать некоторые принципиально различные с электрической точки зрения условия, четкое понимание которых имеет важное значение для дальнейшего изучения вопроса. [c.151] На рис. 1, а и б генератор 1 создает ток /. Жидкость 2 и стенка 3 резервуара образуют конденсатор с утечкой, т. е. сочетание емкости С и сопротивления R. При прохождении тока / в этом конденсаторе образуется заряд д ЩС = /т, где т — время релаксации конденсатора. Если Я выражено в омах, а С в фарадах, то т выражено в секундах. [c.151] Вернуться к основной статье