Нейтрализация статического электричества при пневмотранспорте древесных частиц

Н. Ф. Тимербаев, Р. Г. Сафин, З. Г. Саттарова

НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА ПРИ ПНЕВМОТРАНСПОРТЕ ДРЕВЕСНЫХ ЧАСТИЦ

Ключевые слова: нейтрализатор статического электричества, искрообразование, пневмотрубопровод, напряженность электрического поля.

Исследован процесс нейтрализации статического электричества при пневмотранспорте древесного угля и целлюлозы. Показана динамика напряженности электрического поля, создаваемого при пневмотранспорте при использовании заземлителя и нейтрализатора.

Keywords: neutralizer of a static electricity, sparking, the pneumopipeline, intensity of electric

field.

Process of neutralisation of a static electricity is investigated at charcoal and cellulose pneumotransport. Dynamics of intensity of the electric field created at pneumotransport at use of a grounding conductor and neutralizer is shown.

В некоторых отраслях промышленного производства, связанных с обработкой диэлектрических материалов, нефтеперерабатывающей, текстильной, бумажной, и т.д. наблюдаются явления электризации тел.

Статическое электричество (СЭ) породило в промышленности ряд проблем, среди которых главными являются защита от пожаров и взрывов, защита от технологических помех и защита от физиологического воздействия на организм человека статического электричества.

Электризация материалов часто препятствует нормальному ходу технологических процессов производства, а также создает дополнительную пожарную опасность вследствие искрообразования при разрядах.

Электростатическая искробезопастность должна обеспечиваться путем устранения разрядов статического электричества, способных стать источником зажигания огнеопасных веществ

Возможность пожаров и взрывов, причиной которых является СЭ, возникает при следующих условиях: а) заряды СЭ создают напряженность электрического поля, при которой возможно искрообразование; б) среда, в которой возможно искрообразование является легковоспламеняющейся, при этом энергия разрядов СЭ соизмерима с минимальной энергией зажигания данной среды; в) среда, представляющая собой пылевоздушную смесь, имеет концентрацию, при которой возможно ее воспламенение искровыми разрядами [1].

В современном промышленном производстве, связанном с изготовлением, обработкой и транспортированием диспергированных материалов, широко применяются такие технологические операции, как просев, сушка в кипящем слое, пневмотранспорт и т.п. В этих процессах сыпучие материалы, обладающие низкой электропроводностью, способны сильно электризоваться, что в ряде случаев может нарушать ход технологических процессов, и при определенных условиях создает угрозу возникновения пожаров и взрывов [2].

Меры защиты от статического электричества направлены на предупреждение возникновения и накопления зарядов статического электричества, создание условий рассеивания зарядов и устранение опасности их вредного воздействия.

Одним из наиболее перспективных способов защиты от СЭ является нейтрализация зарядов на поверхности наэлектризованного материала при помощи нейтрализаторов статического электричества (НСЭ).

Принцип действия современных НСЭ сводится к тому, что они создают вблизи наэлектризованного материала положительные и отрицательные ионы. Ионы, имеющие полярность, противоположную полярности зарядов наэлектризованого материала, под действием электрического поля этих зарядов оседают на поверхности диэлектрика, нейтрализуя СЭ в нем.

Отвод электрического заряда посредством нейтрализаторов предотвращает слипание частиц сыпучих продуктов и прилипание их к транспортёрам, что облегчает технологический процесс.

Задачей исследования является оценка влияния статической электризации на ход технологических процессов и анализ эффективности нейтрализации СЭ с помощью НСЭ в сравнении с заземлителями, традиционно применяющимися для защиты от СЭ при пневмотранспорте взрывопожароопасных твердых материалов.

Установка, моделирующая процессы электризации при пневмотранспорте взрывопожароопасных твердых материалов, состоит из замкнутого пневмотрубопровода, бункера, вентилятора, измерительной аппаратуры и заземлителя (рис.1).

Рис. 1 - Установка: 1 - пневмотрубопровод, 2 - бункер, 3 - вентилятор, 4 - циклон, 5 -нейтрализатор сэ, 6 - электростатический вольтметр ИЭСМП-9М, 7 - фильтр, 8, 9 -шибер

Принцип работы установки заключается в следующем: воздух, нагнетаемый вентилятором 3 со скоростью 11 - 14 м/с проходит через пневмотрубопровод 1, увлекая за собой частицы испытуемого материала. Далее частицы попадают в циклон 4, где происходит

резкое изменение направления их движения. Избыток воздуха проходит через фильтр 7, очищается и обратно поступает в вентилятор. Тем самым образуется замкнутый цикл. Частицы материала вновь поступают в трубопровод. С помощью шибера 8, 9 регулируется направление движения частиц. В результате неоднократного прохождения но замкнутому циклу происходит электризация материалов. Материал выгружается через патрубок выгрузки.

К пневмотрубопроводу присоединен нейтрализатор статического электричества 5 и заземлитель. В соответствии с методикой проведения эксперимента возможно отключение заземлителя и нейтрализатора.

С помощью электростатического вольтметра ИЭСП-9М 6, установленного на расстоянии 1см от поверхности бункера, проводится замер напряженности электрического поля внутри бункера.

Эксперимент, моделирующий процессы электризации при пневмотранспорте, проходил в 5 этапов. Для экспериментов использовались древесный уголь и целлюлоза.

На первом этапе производиться подготовка измельченной целлюлозы и древесного

угля.

На втором этапе образцы засыпаются в бункер в количестве, необходимом для беспрепятственного продвижения по пневмотрубопроводу.

На третьем этапе проводится замер уровня статического электричества в трубопроводе с включенным заземлителем.

На четвертом этапе проводится замер уровня статического электричества в трубопроводе с включенным нейтрализатором.

На пятом этапе производиться выгрузка образцов, разборка, промывка и сушка узлов установки.

Электризация отдельных частиц диспергированных материалов происходит при их соударениях между собой и со стенками технологических аппаратов. При этом значение заряда СЭ, приобретаемого частицами, зависит от их дисперсности, электропроводности частиц и стенок технологических аппаратов, интенсивности взаимодействий, площади контактов при соударениях, влажности окружающего воздуха и температуры. Чем меньше частицы, ниже электропроводность частиц и стенок технологического оборудования, интенсивнее взаимодействие, больше площади контактов при соударениях и меньше относительная влажность, тем интенсивнее электризация обрабатываемого продукта [3]. При соударениях со стенкой, например при пневмотранспорте по металлическим, стеклянным или пластмассовым трубам, частица может приобретать от стенки или отдавать ей электрический заряд. В ходе витания по трубопроводу заряды частиц в результате соударений возрастают.

В приемном бункере или циклоне, куда поступает транспортируемый продукт, скапливается масса материала, несущая избыточный заряд преимущественно одного знака. Возникает электрическое поле, которое при больших зарядах приводит к искрообразова-нию. Заряд массы наэлектризованных частиц может сохраняться длительное время.[4]

Из графика (рис.2) видно, что напряженность электрического поля при пневмотранспорте древесного угля с использованием заземлителя была снижена на 37%, а при использовании нейтрализатора на 78%.

Анализ кривых графика показывает, что эффективность использования нейтрализаторов в 2,6 раза выше ,чем эффективность заземлителей.

Рис. 2 - Динамика напряженности электрического поля, создаваемого при пневмотранспорте древесного угля, при использовании заземлителя и нейтрализатора

Е[В/м ]

Рис. З - Динамика напряженности электрического поля, создаваемого при пневмотранспорте целлюлозы при использовании заземлителя и нейтрализатора

Из графика (рис.3) видно, что напряженность электрического поля при пневмотранспорте целлюлозы с использованием заземлителя была снижена на 23%, а при использовании нейтрализатора на 83%.

Анализ кривых графика показывает, что эффективность использования нейтрализаторов в 3,4 раза выше чем эффективность заземлителей.

Таким образом, в рамках данной работы видно, что применение НСЭ позволяет в значительной степени снизить напряженность электрических полей, и тем самым снизить вероятность искрообразования при пневмотранспорте взрывопожароопасных материалов.

Литература

1. Баратов, А.Н. Горение - пожар - взрыв - безопасность / А.Н. Баратов. - М.: ВНИИПО, 2003. -363с.

2. Клубань, В. С. Пожарная безопасность предприятий промышленности и агропромышленного комплекса: учеб. для курсантов и слушателей пожарно-техн. училищ / В.С. Клубань. - М.: Стройиздат, 1987. - 476с.

3. Фатхуллин, А.А. Распределение токов в системах протекторной защиты трубопроводов с электроизолирующими соединениями / А.А. Фатхуллин, Р.А. Кайдриков, Б.Л. Журавлев, С.С Виноградова // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2009. - №4. - 404с.

4. Кукин, П.П., Безопасность технологических процессов и производств. Охрана труда: учеб. пособие для вузов / П. П. Кукин, В. Л. Лапин. - М.: «Высшая школа», 1999. - 317 с.

© Н. Ф. Тимербаев - канд. техн. наук, доц. каф. переработки древесных материалов КГТУ, tnail@rambler.ru; Р. Г. Сафин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. переработки древесных материалов КГТУ, safin_rg@kstu.ru; З. Г. Сатарова - магистр КГТУ, sattarova@list.ru.