Понимание и смягчение статического электричества в промышленных условиях
Все мы сталкивались со статическим электричеством. Это невидимая сила, из-за которой наши волосы встают дыбом или наша одежда прилипает к нам. Хотя статическое электричество в этих случаях просто неприятно, оно также может повредить электронику и вызвать смертельные взрывы. Это особенно актуально в промышленных условиях, где обычные промышленные процессы, такие как наполнение и смешивание, могут создавать большие статические заряды и чрезвычайно опасные условия. Для защиты как людей, так и имущества крайне важно соблюдать применимые стандарты и процедуры безопасности.
Что такое статическое электричество?
Каждый объект состоит из атомов, которые обычно электрически нейтральны. Они содержат равное количество протонов (положительный заряд) внутри ядра и электронов (отрицательный заряд) вокруг ядра. Статическое электричество возникает при разделении положительных и отрицательных зарядов внутри или на поверхности материала или между материалами. Электроны могут переходить от одного объекта к другому, оставляя один объект с отрицательным зарядом, а другой с положительным. Когда объекты разделены, они сохраняют дисбаланс заряда.
Объекты, имеющие положительный или отрицательный заряд, попытаются снова стать нейтральными. Избыточный заряд перетечет на другой объект, известный как электростатический разряд. Разряд или искра могут быть чрезвычайно опасны, если они возникают вблизи взрывоопасных смесей. Особенно это актуально в промышленных условиях.
Причины статического электричества в промышленных условиях
Статическое электричество является естественным побочным продуктом обычных промышленных процессов. В этих условиях трение, контакт и разделение, а также быстрые изменения температуры могут вызвать накопление статического электричества и разрядку. Некоторые распространенные причины статического электричества в промышленных условиях включают:
- Заполнение
- разбрызгивание
- заливка
- Смешивание
- текущий
- Прогулки
Заполнение
Статическое электричество возникает, когда жидкость с низкой электропроводностью проходит через непроводящую трубу. Положительные заряды уносятся текущей жидкостью, а отрицательные заряды могут накапливаться на стенках трубы. Поскольку труба не проводит ток, статический заряд остается на стенках трубы. Эти состояния опасны по нескольким причинам. Во-первых, вблизи конца наливных труб в точке наполнения статический разряд может вызвать воспламенение легковоспламеняющегося воздуха.
Во-вторых, заряды в трубе также могут создавать электростатическое поле. Когда это происходит, предметы с опасным электростатическим потенциалом, находящиеся за пределами трубы, такие как прокладки и хомуты, могут попасть на любой проводящий объект, включая людей. Таким образом, надлежащее заземление от статического электричества для этих потенциально опасных объектов имеет решающее значение.
разбрызгивание
Электростатические заряды часто используются при распылении на поверхности краски, порошкового покрытия или прозрачного покрытия. Пистолет-распылитель, по сути, добавляет заряд веществу, когда оно выходит из пистолета. Окрашиваемая поверхность, например, металл или пластик, заземляется и притягивает заряженные частицы из пистолета. Если пистолет-распылитель и/или поверхность не заземлены должным образом, пистолет-распылитель может воспламениться и вызвать пламя.
Заливка и смешивание
И заливка, и смешивание могут взбалтывать жидкости и придавать заряд веществу или окружающим предметам. Взволнованное вещество может либо излучать статический разряд, либо воспламеняться при контакте с другим заряженным объектом.
текущий
Трение также вызывается протеканием жидкости или сухого вещества по трубе, шлангу или распылителю. Это может создать электрический заряд, который впоследствии разряжается при контакте с другим объектом. Этот процесс известен как электрификация потока.
Прогулки
Рабочие создают трение при ходьбе. Например, их руки трутся о них, а их обувь взаимодействует с полом. Это трение может привести к тому, что человеческое тело будет генерировать накопленный электрический заряд. Когда они перемещаются в непосредственной близости от другого человека, машины или вещества, накопленный заряд разряжается.
Статический разряд от человеческого тела не является незначительным. По мнению некоторых экспертов, люди могут высвобождать заряд до 50,000 500 вольт, который может создать искру с энергией 0.017 миллиджоулей (мДж). Для сравнения: всего 1 миллиджоулей могут воспламенить водород, а 50-XNUMX мДж могут воспламенить мелкую горючую пыль.
Способы контроля статического электричества в промышленных условиях
Учитывая распространенность и опасность накопления статического электричества в промышленных условиях, организации должны принимать адекватные меры для защиты людей и имущества. Для контроля статического электричества можно использовать несколько методов. Двумя наиболее часто используемыми являются соединение и заземление.
Склеивание статического электричества
Склеивание — это метод, при котором два или более проводящих материала соединяются проводником, например проводом. Проводник позволяет зарядам свободно течь между объектами, чтобы уравнять заряд между объектами и снизить вероятность статического разряда.
Заземление статического электричества
Заземление статического электричества включает соединение проводящего материала непосредственно с землей с помощью проводника, такого как медь, сталь или заземляющий стержень. Проводник обеспечивает путь к земле для отвода статического заряда по мере его возникновения.
Хотя заземление и соединение являются схожими методами контроля статического электричества, между ними есть некоторые важные отличия. Во-первых, соединение включает в себя соединение двух проводящих материалов для выравнивания их зарядов, а заземление включает в себя соединение одного или нескольких объектов непосредственно с землей. Во-вторых, соединение не устраняет статический заряд. Скорее, он выравнивает заряд, что снижает вероятность возникновения искры. Однако правильное заземление от статического электричества устраняет заряд. Но обратите внимание, что соединение с заземленным объектом устраняет статический заряд, если заземленный объект также является проводящим или полупроводящим.
Другие методы контроля статического электричества
В дополнение к соединению и заземлению некоторые дополнительные методы могут помочь контролировать статическое электричество.
Влажность
Сама рабочая среда также играет решающую роль в потенциальной опасности статического разряда. Влажные условия помогают удалить разряды из-за влаги в воздухе, в то время как более сухие условия более склонны к накоплению статического электричества. Целесообразно поддерживать уровень влажности выше 60% за счет использования промышленных увлажнителей. Однако это не всегда осуществимо.
Добавки
Антистатические добавки к определенным типам жидкостей могут помочь увеличить проводимость и уменьшить образование электростатического заряда.
Одежда и материалы
Специальная одежда и материалы, такие как напольное покрытие, могут помочь уменьшить накопление статического заряда при движении рабочих.
Контролируемое заполнение
Уменьшение скорости жидкостей снижает образование статических зарядов. В зависимости от типа жидкости время релаксации более минуты может помочь рассеять статические заряды.
Важные стандарты контроля статического электричества в легковоспламеняющихся и горючих средах
NFPA 77: Рекомендуемые методы защиты от статического электричества
Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA) — это глобальная некоммерческая организация, которая предоставляет информацию и знания посредством более чем 300 кодексов и стандартов. NFPA 77 содержит руководство по «выявлению, оценке и контролю опасностей статического электричества с целью предотвращения пожаров и взрывов».
Американский нефтяной институт API RP 2003
RP 2003 «представляет современное состояние знаний и технологий в области статического электричества и блуждающих токов, применимых для предотвращения воспламенения углеводородов в нефтяной промышленности…».
CENELEC CLC/TR: 50404
Европейский комитет по электротехнической стандартизации (CENELEC) вместе с ETSI формирует европейские системы технической стандартизации. CLC/TR 50404 устанавливает свод правил по предотвращению опасностей, связанных со статическим электричеством.
Как заземлить статическое электричество в грузовых и железнодорожных вагонах
Когда грузовики и поезда загружают и разгружают жидкости и сухие материалы, трение может вызвать накопление статического электричества. Танкеры, перевозящие пропан, газ или другие легковоспламеняющиеся жидкости, могут накапливать достаточно статического электричества, чтобы излучать 2,250 мДж. Для воспламенения паров бензина требуется всего 24 мДж, а для воспламенения пропана — 26 мДж.
Заземление цистерн и прицепов
И NFPA 77, и API RP 2003 содержат стандарты заземления автоцистерн. Соответствующие требования гласят, что:
- Все соединения и заземление должны быть выполнены до начала работы.
- Индикаторы заземления, часто сблокированные с системой заполнения, часто используются для проверки наличия соединения.
- Если система соединения или заземления полностью металлическая, сопротивление в непрерывных цепях обычно должно быть менее 10 Ом.
Использование правильной системы заземления грузовика может помочь обеспечить соблюдение операторами применимых стандартов безопасности. В системе должны быть предусмотрены цепи, препятствующие передаче топлива, если не выполнено заземление. Такое решение, как система заземления Earth-Rite от Newson Gale с системой распознавания автоцистерн (RTR), не только обеспечивает соединение, но и гарантирует, что сопротивление конструкции наливной рампы грузовика относительно земли будет достаточно низким, чтобы безопасно передавать статические заряды с автоцистерны на Земля. Кроме того, решение обеспечивает сопротивление между автоцистерной и точкой заземления не более 10 Ом.
Заземление вагона
Железнодорожные вагоны отличаются от бортовых прицепов и цистерн наличием собственной системы заземления. Колесные узлы вагона имеют металлические контакты, которые всегда заземлены. Тем не менее, многие железнодорожные вагоны имеют непроводящие подшипники колес, в результате чего остальная часть узла вагона электрически изолирована. Кроме того, износные накладки на литой каретке также изолируют узел от бака и фитинга.
По этой причине цистерна должна быть заземлена на погрузочно-разгрузочные рампы во время пересадок. Система заземления железнодорожного вагона позволяет операторам безопасно снимать статическое электричество. Убедитесь, что вы используете систему, которая отключает перекачку топлива, если соединение с землей потеряно, чтобы избежать потенциально смертельного взрыва.
Решения SafeRack для заземления, переполнения и мониторинга
Статическое электричество является естественным побочным продуктом многих распространенных промышленных процессов. Соединение и заземление статического электричества являются наиболее часто используемыми методами смягчения последствий. Самые передовые решения, такие как системы заземления железнодорожных и грузовых автомобилей SafeRack, предлагают дополнительные функции безопасности, которые обеспечивают адекватное заземление для повышения безопасности и производительности. Специализированная команда SafeRack также может помочь вам выбрать и установить оборудование, подходящее для эксплуатации вашего железнодорожного вагона и цистерны.
Статическое электричество и облицованные трубы
Есть два ключевых аспекта, которые следует учитывать при контроле накопления статического электричества в трубопроводах с покрытием из ПТФЭ/ПФА:
Накопление заряда
Во-первых, предотвращается накопление заряда на поверхностях из ПТФЭ в канале трубопровода. Это следует учитывать, если жидкость, протекающая по трубопроводу, имеет низкую электропроводность и/или легко воспламеняется, например, растворители. Чтобы облегчить проблемы, связанные с этим, вы можете использовать рассеивающие статический заряд CRP, или иногда известные как трубы с антистатической футеровкой. Футеровка по-прежнему имеет относительно высокое электрическое сопротивление, но все же позволяет любому накоплению статического электричества в отверстии трубы мигрировать через стенку футеровки к внешним стальным корпусам.
Заземление металлических компонентов трубопровода
Вторым аспектом контроля статического электричества в системе трубопроводов с футеровкой из ПТФЭ/ПФА является заземление или соединение стальной наружной части или корпусов трубопроводов с футеровкой из ПТФЭ. Это относится не только к футерованным трубопроводам, но и ко всем металлическим трубопроводам, для которых рекомендуется заземление для защиты от накопления статического электричества, создающего искру, которая может воспламенить взрывоопасную среду, защитить оборудование и защитить персонал от поражения электрическим током. Целью системы заземления является обеспечение пути от любого источника накопления электрического заряда до земли/земли сопротивлением не более 10 Ом.
CRP может предложить приваренные заземляющие шпильки или наконечники на наших трубопроводах и фитингах, к которым можно напрямую подключить заземляющие звенья. Мы также разработали собственную систему заземления с использованием нашей шайбы непрерывности заземления Spikey, которую наши клиенты считают простой и быстрой в установке и которая представляет собой аккуратное и надежное решение без проблем.
В то время как приклеивание или заземление внешней части трубопровода может выполняться отдельно от использования рассеивающих статическое электричество вкладышей, т. е. приклеивания трубопровода с футеровкой из первичного ПТФЭ к земле. Этого нельзя сказать об использовании футеровок, рассеивающих статическое электричество, электрическое сопротивление этих футеровок относительно велико, и внешняя часть металлических трубопроводов также должна быть должным образом заземлена. Поэтому всегда следите за тем, чтобы стальная внешняя часть трубопровода, рассеивающего статическое электричество, была отшлифована.
Нормативно-правовая база – Директивы Atex
1 июля 2003 года вступили в силу две новые директивы ЕС, известные как директивы ATEX. В Великобритании также вступили в силу «Правила по опасным веществам и взрывоопасным средам 2002 года» (DSEAR). В этих правилах реализованы аспекты безопасности «Директивы о химических веществах (98/24/EC)», известной как CAD, и «Директивы о взрывоопасных средах (99/92/EC)», известной как ATEX 137. Требования этих правил основан на части 1 «Закона о здоровье и безопасности на рабочем месте 1974 года».
DSEAR требует, чтобы работодатель продемонстрировал, что он принял все технические и/или организационные меры для снижения риска от опасных веществ, насколько это практически возможно. Если характер деятельности не позволяет устранить риск, работодатель должен устранить исходные события, такие как источники возгорания, и установить оборудование для смягчения пагубных последствий взрыва или другого энергетического события. При необходимости эти меры следует комбинировать и/или дополнять мерами по предотвращению распространения взрывов. В то время как вышеизложенное обеспечивает правовую основу для борьбы с опасностями, возникающими в результате накопления электрических зарядов на технологическом оборудовании, «BS5958 Часть 1 (1991) Свод правил по контролю нежелательного статического электричества — общие соображения. Раздел 4 — Заземление и соединение» содержит практические рекомендации для оператора предприятия по наилучшему заземлению трубопроводов и других конструкций. Короче говоря, стандарт предполагает, что максимальное сопротивление от любой точки установки до земли не должно превышать 10 Ом.
Для получения дополнительной информации по интересной теме статического электричества и труб с тефлоновым покрытием загрузите копию нашего 16-страничного руководства здесь.
