Причины опасностей статического электричества

20.1.1 Общие положения

Со статическим электричеством связана угроза возникновения пожара и взрыва во время перегрузки нефтепродуктов, причем ее не следует исключать и при эксплуатации танкера в море. Некоторые виды работ могут способствовать накоплению статического заряда, который может неожиданно высвободиться в виде разрядов статического электричества с образованием энергии, достаточной для зажигания воспламеняющихся смесей углеводородного газа с воздухом; воспламенение, естественно, не произойдет, если в атмосфере нет воспламеняющейся смеси. Существуют три основных этапа, последовательно приводящих к опасному накоплению статического электричества, а именно: разделение заряда, накопление заряда и разряд статического электричества. Все три этапа являются необходимым условием воспламенения смеси в результате действия статического электричества.

20.1.2 Разделение заряда

Всякий раз, когда в контакт входят два разнородных материала, на поверхности, разделяющей эти материалы, имеет место разделение заряда. Эта поверхность может разделять два твердых тела, твердое тело и жидкость или две несмешивающиеся жидкости. На поверхности раздела заряд одного знака, например, положительного, перемещается от материала А к материалу В таким образом, что материалы А и В становятся соответственно отрицательно и положительно заряженными. Пока эти материалы контактируют и неподвижны относительно друг друга, заряды находятся чрезвычайно близко друг к другу. В этом случае незначительная разность потенциалов между зарядами противоположного знака не представляет какой-либо угрозы.

Интенсивное разделение зарядов может происходить в результате большого разнообразия действий, таких, как:

• прохождение потока жидкости (например, нефтепродукта или смеси нефтепродукта с водой) через трубы или мелкоячеистые фильтры;

• осаждение частиц твердого тела или несмешивающейся жидкости через другую жидкость (например, ржавчины или воды через нефтепродукты);

• выброс мелких частиц или капель из сопла, (например, при обработке паром);

• всплескивание или взбалтывание жидкости при ее соприкосновении с твердой поверхностью (например, при мойке водой или на начальных стадиях заполнения танка нефтью);

• сильное трение друг о друга некоторых синтетических полимеров с последующим их разъединением (например, при скольжении полипропиленового каната в руках, одетых в перчатки из ПХВ).

Когда заряды разделяются, между ними возникает большая разность потенциалов. Во всем соседнем пространстве также происходит распределение разности потенциалов и это явление известно как образование электростатического поля. В качестве примера можно привести следующее:

заряд на заряженном жидком нефтепродукте в танке образует электростатическое поле во всем танке как в пространстве заполненном жидкостью, так и над ним; заряд водного тумана во время мойки танка создает поле во всем пространстве танка.

Если в электростатическом поле находится незаряженный проводник, то он имеет приблизительно такой же потенциал, как и пространство в котором он находится. Более того, поле приводит в движение заряд внутри проводника; заряд одного знака притягивается этим полем к концу проводника, на другом конце которого остается равный по величине заряд противоположного знака. Заряды, разделенные таким образом, известны как индуцированные заряды, и пока их разделяет присутствующее поле, они могут способствовать образованию заряда статического электричества.

20.1.3 Накопление заряда

Ранее разделенные заряды стремятся вновь соединиться и нейтрализовать друг друга. Этот процесс известен как релаксация заряда. Если один из разъединенных материалов или оба эти материала, несущие заряд, обладают очень низкой электропроводностью, то повторное соединение зарядов затруднено и данный материал сохраняет или аккумулирует заряд на себе. Период времени, в течение которого сохраняется заряд, характеризуется временем релаксации этого материала, которое соотносится с его проводимостью; чем меньше проводимость, тем больше период релаксации.

Если проводимость материала сравнительно высока, то заряды соединяются очень быстро тем самым препятствуя процессу их разделения, в результате чего на материале аккумулируется очень мало статического электричества или оно не аккумулируется совсем. Материал с такой высокой проводимостью может сохранять или аккумулировать заряд только в том случае, если он изолирован диэлектриком, и тогда скорость потери заряда будет зависеть от времени релаксации этого диэлектрика, имеющего более низкую проводимость.

Таким образом, важными факторами, влияющими на релаксацию, являются электропроводимости разъединенных материалов и любых дополнительных материалов, которые могут быть вставлены между ними после разъединения.

20.1.4 Разряды статического электричества

Электрический пробой между любыми двумя точками, приводящий к разряду, зависит от напряженности электрического поля в пространстве между этими точками. Напряженность поля или градиент потенциала приближенно определяется путем деления разности потенциалов между данными точками на расстояние между ними. Напряженности поля около 3000 киловольт на метр достаточно для пробоя воздуха или нефтяных газов

Напряженность поля в пространстве, окружающем выступающие части больше, чем общая напряженность поля в этом пространстве, и поэтому разряды, как правило, происходят у выступов. Разряд может возникнуть между выступом и окружающим его пространством без контакта с другим объектом. От этих одиночных электродных разрядов зажигание происходит редко, если оно вообще происходит при нормальной эксплуатации танкера.

Существует вероятность разряда между двумя электродами, примыкающими друг к другу. Например:

• между аппаратурой для отбора проб, опускаемой в танк, и поверхностью заряженного жидкого нефтепродукта;

• между незаземленным объектом, плавающим на поверхности заряженной жидкости, и находящимся поблизости набором танка;

• между незаземленным оборудованием, подвешенным в танке, и находящимся поблизости набором танка.

Двухэлектродный разряд может привести к воспламенению при возникновении различных условий, а именно:

• искровой промежуток достаточно мал для того, чтобы мог возникнуть разряд при наличии разности потенциалов, но не настолько, чтобы воспрепятствовать распространению возникшего пламени;

• электрической энергии достаточно для обеспечения минимального количества энергии, необходимой для инициации горения;

• практически мгновенное освобождение этой энергии в искровой промежуток.

Реальность последнего условия в большей степени зависит от проводимости упомянутых выше электродов. В дальнейшем необходимо разделить твердые и жидкие материалы на три основные группы.

Первая группа - это проводники. К твердым материалам относятся металлы, а к жидким - целый диапазон водных растворов, включая морскую воду. Человеческое тело, состоящее приблизительно из 60% воды, фактически является жидким проводником. К важным свойствам жидких проводников относится не только их неспособность удерживать заряд, если они не изолированы, но также и то, что, когда они изолированы и существует возможность электрического разряда, весь имеющийся в них заряд почти мгновенно разряжается.

Очень часто разряды между двумя проводниками происходят в виде искр и они гораздо более подвижны и потенциально опасны, чем разряды, возникающие между двумя объектами, один из которых диэлектрик. В последнем случае, т.е. когда разряды часто более рассеяны и гораздо менее опасны, их лучше называть не искровыми, а коронными или кистевыми.

Вторая группа - это диэлектрики, которые имеют такую низкую проводимость, что после получения заряда они сохраняют его очень долго. В результате альтернативного действия они могут предотвратить потерю заряда проводниками, выступая в качестве изоляторов. Первостепенного внимания заслуживают заряженные диэлектрики, потому что они могут переносить заряд на соседние изолированные проводники или индуцировать его в них, которые затем, возможно, вызовут искрение. Чрезвычайно сильно заряженные диэлектрики могут непосредственно инициировать воспламеняющие искры.

Жидкости рассматриваются как диэлектрики, если их проводимость менее 50 пикоСименсов/ метр (пСм/м) с периодами релаксации более 0,35 секунд; их часто называют аккумуляторами статического электричества. При классификации нефтепродуктов чистые нефти (дистилляты) часто попадают в эту категорию. Антистатическая добавка - это вещество, которое намеренно добавляется в очищенные нефтепродукты для обеспечения их проводимости свыше 50 пСм/м.

Твердые диэлектрики - это материалы с высокими изоляционными свойствами, такие, как полипропилен, полихлорвинил, нейлон и многие виды резины. Проводимость этих материалов увеличивается по мере загрязнения или увлажнения их поверхностей.

Третья группа представляет собой ряд жидкостей и твердых материалов с промежуточной проводимостью по отношению к материалам первых двух групп. Жидкости, имеющие проводимость свыше 50 пСм/м, часто называют жидкостями не аккумулирующими статическое электричество. Примерами являются темные нефти (нефти, содержащие осадочные вещества) и сырые нефти, проводимость которых обычно изменяется в пределах 10.000 - 100.000 пСм/м. Некоторые химикаты, например спирты, также относятся к жидкостям не аккумулирующим статическое электричество.

К твердым телам, включаемым в промежуточную группу, относятся такие материалы, как древесина, пробка, сизаль и, как правило, природные органические вещества. Проводимость этих материалов является результатом быстрого поглощения ими воды, причем проводимость возрастает по мере увлажнения и загрязнения их поверхностей. В некоторых случаях тщательная очистка и сушка может снизить проводимость этих материалов до значений, достаточных для того, чтобы их можно было отнести к диэлектрикам.

Если материалы с промежуточной проводимостью не изолированы от земли, то их проводимость, как правило, является достаточно высокой для предотвращения накопления электростатического заряда. В то же время, их проводимость, обычно, достаточно низка для того, чтобы можно было исключить процесс образования искр.

Поскольку воспламенение от разряда с материала, имеющего промежуточную проводимость, зависит не только от проводимости, но и от большого числа других факторов, обобщение данных помимо изложенных весьма затруднительно, и необходимо полагаться на практический опыт при определении сферы надлежащего применения такого материала.

В нормальных условиях газы являются надежной изоляцией, что непосредственно относится к туманам и, особенно, взвесям твердых частиц в воздухе и других газах. Заряженный туман образуется во время выпуска влажного пара из сопла в процессе использования машинок для мойки танка, а также во время мойки сырой нефтью. Хотя жидкость, например вода, может иметь очень высокую проводимость, релаксации заряда на каплях препятствует газ, обладающий изолирующими свойствами. Часто заряжаются мелкие частицы, присутствующие в инертном топочном газе или образуемые в процессе выпуска жидкой углекислоты. Постепенная релаксация заряда, образующегося при любых условиях, происходит в результате осаждения этих частиц или капель, а также, если напряженность поля высокая, то и в результате образования на выступах коронного разряда, который обеспечивает возникновение нейтрализующего заряда противоположной полярности.

В итоге, электростатические разряды могут возникать в результате аккумуляции заряда:

• жидкими или твердыми диэлектриками, например, нефтепродуктами, аккумулирующими статическое электричество (такими, как керосин) и закаченными в танк, или полипропиленовым канатом;

• жидкими или твердыми проводниками, изолированными от электричества, например, туманом, капельной взвесью или особыми суспензиями в воздухе, либо металлическим стержнем, подвешенным на конце каната из синтетических волокон.

В отношении материалов с промежуточной проводимостью угроза электростатического разряда невелика, особенно, если придерживаться существующей практики, причем вероятность того, что они вызовут воспламенение еще менее вероятна.

Дата добавления: 2015-10-28