Statická elektřina Rizika v chemických výrobách spojená s akumulací a uvolněním náboje statické elektřiny
Rizika statického nábojen 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
Základní info o vzniku statického nábojen 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
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
Kdy je náboj n nebezpečný ný 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 14000 V Jiskření mezi deskami 0,01 mm vzdálenými 350 V Minimální energie pro vznícení (MIE) Páry 0,1 mj Mlhy 1 mj Prachy 10 mj Zeta potenciál 0,01-0,1 V
Vznik náboje prouděním + + + + + - - - - - + + + + Nerovná distribuce elektronů na rozhraní trubky a tekutiny Vzniká elektroforetický proud f I = Zastavení/zpomalení proudění disipace náboje relaxační doba s ε rε ζ µ 2 ρv 0 2 = ε ε γ r 0 τ c
Napětí vzniklé prouděním skleněná trubka + + + 2 1 + + + + + + ++ + skleněná nádoba kovová trubka Vznik elektrického proudu prouděním v trubce Přenos náboje do zásobníku I s = I ( f,re, v, ε ) Vytvoření napětí mezi konci skleněné trubky U R = = I s γ C R L A r
Procesní zařízen zení jako kondenzátor Kondenzátor paralelně orientované povrchy které nejsou propojeny vodičem a nejsou uzemněné mohou uchovávat značně velký náboj
Kapacita průmyslových kondenzátorů C = Q V Sférická geometrie Objekt Kapacita F 10 12 Nářadí, pivní plechovka 5 V = 1 4πε 0 Q r ε r Barel 20 C = 4πε r rε0 Plošná geometrie V = QL ε ε A r 0 ε rε0 C = A L 500 l nádrž 100 Člověk 200 Automobil 500 Cisternový vůz 1000
Energie nabitého kondenzátoru Nabíjení kondenzátoru dw = dq U dw práce potřebná ke zvětšení uloženého náboje o dq potřebná k překonání rozdílu potenciálů Při vybití kondenzátoru se práce (energie) uvolní 2 Q W = 2 C W = 2 CU 2 W = QU 2 C Q = V
Vliv režimu proudění Hadice l = 6 m d = 5 cm Laminární proudění 10 0 l/s Re ~ 10 3 U = 0.05 V E = 10-8 J Turbulentní proudění 5*10 2 l/s Re ~ 3*10 5 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
Havarijní scénář
Potlačov ování 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
Zvyšov ování 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