CC BY
44
УДК 66.096.5:537.2
ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПСЕВДООЖИЖЕНИЯ НА ВЕРОЯТНОСТЬ ПОЯВЛЕНИЯ РАЗРЯДА СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА В АППАРАТЕ
А.В. Бояршинов, А.А. Дик, В.М. Дмитриев, В.Ф. Егоров, Е.А. Сергеева
Кафедра «Безопасность жизнедеятельности», ФГБОУВПО «ТГТУ»;
bgd@mail.nnn.tstu.ru
Представлена членом редколлегии профессором В. И. Коноваловым
Ключевые слова и фразы: воспламенение горючей среды; искровые заряды статического электричества; псевдоожиженный слой; статическое электричество.
Аннотация: Рассмотрены процессы появления разрядов статического электричества с псевдоожиженного материала на металлическую стенку заземленного оборудования. Исследованы факторы, определяющие вероятность появления разрядов.
Обозначения
d4 - диаметр частицы, м; Р(с/ > q*)t - вероятность появления в тече-
-Оап - диаметр аппарата, м; ние заданного времени t = 5000 ч разря-
W - число псевдоожижения; да, переносящего заряд q> q*.
Негативное влияние статической электризации на технологические процессы переработки диэлектрических материалов известно давно [1]. Особенно опасным ее проявлением являются искровые разряды, которые могут стать источником воспламенения горючей среды, сопутствующей технологическому процессу. В этом отношении большую опасность представляют процессы сушки диэлектрических дисперсных материалов от горючих растворителей в аппаратах с псевдо-ожиженным слоем.
В настоящее время в оценке опасности возникновения пожара доминирует вероятностный подход [2]. С этих позиций рассматривается опасность появления одного из трех независимых факторов пожара - искрового разряда статического электричества с псевдоожиженного слоя заряженных диэлектрических частиц на заземленную металлическую стенку аппарата. Вероятность появления такого разряда зависит от многих факторов. Наиболее существенными из них являются размер ожижаемых частиц и число псевдоожижения.
Влияние этих факторов на процесс формирования газовых искровых разрядов в аппарате с псевдоожиженным слоем изучалось на моделях аппарата из оргстекла диаметром 0,095; 0,14; 0,18; 0,22 и 0,25 м, стенка и перфорированная газораспределительная решетка которого футерованы изолированными друг от друга участками латунной фольги и могли соединяться с амплитудным анализатором или заземлением. Отверстия решеток имели диаметр 1 мм и располагались с шагом 5,5 мм, что обеспечивало живое сечение 2,5 %.
В качестве модельного материала использовали гранулы бисерного полистирола со средним диаметром 0,375; 1,5; 2,5; 3,5; 4,5 мм. Ожижающий агент (воздух) имел температуру (45 ± 2) оС при относительной влажности (30 ± 5) %.
Для регистрации газовых разрядов статического электричества в цепь заземления различных участков включался стоканальный амплитудный анализатор АИ-100-1. Параметры интегрирующей ^С-цепочки, на которой осциллографиро-вались импульсы напряжения, подбирались с учетом требований, изложенных в работе [1].
Как выяснилось в ходе экспериментов, наиболее интенсивно разрядные процессы идут на уровне неподвижного слоя. Поэтому влияние на величину вероятности Р(д > д* ){ параметров псевдоожижения исследовалось на участке стенки аппарата, соответствующем уровню неподвижного слоя.
Вычисление вероятности Р(д > д*)? производилось согласно модели, предложенной в работе [3], с учетом того обстоятельства, что случайная величина заряда, инициированного в аппаратах такого типа, хорошо описывается распределением Вейбулла.
При этом величина д* была взята равной 3,27-10 Кл. Это обусловливалось тем, что при д* > 3,27-10 10 Кл значение вероятности Р(д > д*)? становилось крайне малым при некоторых значениях параметров псевдоожижения и не позволяло провести сравнительный анализ их влияния во всем диапазоне изменения.
Как показали эксперименты, на величину вероятности Р(д > д*)? влияет диаметр аппарата. С увеличением диаметра аппарата при постоянстве других параметров псевдоожиженного слоя величина вероятности возрастает (рис. 1).
Существенное влияние на величину вероятности Р(д > д*)^ оказывает и скорость ожижающего агента. С увеличением числа псевдоожижения вероятность появления в течение заданного времени воспламеняющего разряда возрастает (рис. 2).
Следует отметить, что разряды обнаруживаются сразу после перехода слоя в псевдоожиженное состояние. Этот результат качественно подтверждает предложенную в работе [4] модель электропереноса. Эксперименты показали, что вероятность Р(д > д*)^ в значительной степени зависит от размера ожижаемых частиц. С увеличением размера частиц она увеличивается (рис. 3). При этом с псевдоожиженного слоя частиц полистирола, диаметром 0,375 мм, разрядов на заземленный корпус аппарата с помощью применяемых в эксперименте приборов обнаружено не было во всем исследовавшемся диапазоне значений чисел псевдоожижения (1,0 < Ж < 1,8).
В контрольных опытах с эмульсионным полипропиленом (й?ч < 0,4 мм), который по физическим свойствам сходен с полистиролом, разрядов также не было обнаружено, тогда как при псевдоожижении гранул полипропилена {с1ч = 4,6 мм) разряды уверенно регистрировались. Аналогично, с поли-
0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 Dan, м
Рис. 1. Зависимость вероятности появления в течение заданного времени разряда, переносящего заряд q > q*, от размера аппарата (q* = 3,27•lO- Кл; t = 3,0-105 мин; W = 1,44; H0 = 0,086 м)
Рис. 2. Зависимость вероятности появления в течение заданного времени разряда, переносящего заряд q > q*, от числа псевдоожижения (д* = 3Д7Т0 10 Кл; t= 3,0-105 мин; <^ч = 3,5Т0 3 м; Дшп= 0,14 м; Н0 = 0,086 м)
Рис. 3. Зависимость вероятности появления в течение заданного времени разряда, переносящего заряд q > q*, от размера ожижаемых частиц (д* = 3,2710 10 Кл; t = 3,0Т05 мин; Ж = 1,44; Н0 = 0,086 м)
дисперсного псевдоожиженного слоя микрокапсул витамина Е (ёч < 0,4 мм) разрядов обнаружено не было.
Полученные результаты интересны с точки зрения пожаровзрывобезопас-ности. Они доказывают практическую невозможность появления в аппаратах исследованных размеров (0,095 м < Баи < 0,248 м), перерабатывающих диэлектрические дисперсные материалы, разряда статического электричества с псевдоожиженного слоя на заземленный проводящий корпус, способного воспламенить пылевоздушную смесь, так как, во-первых, при диаметре частиц йч < 0,4 мм разряды практически не обнаруживаются; во-вторых, в интервале 0,4 мм < йч < 0,7 мм вероятность появления воспламеняющих разрядов крайне мала (Р ^ 10-6 в год);
в-третьих, при йч > 0,7 мм распространение пламени в пылевоздушных смесях не наблюдается [1, 5].
Список литературы
1. Статическое электричество в химической промышленности / под ред. Б.И. Сажина. - Л. : Химия, 1977. - 238 с.
2. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности : федер. закон от 22.07.2009 г. № 123-ФЗ // Рос. газ. - 2008. - 1 авг. - С. 18-23.
3. Моделирование процесса образования разрядов статического электричества в аппаратах с псевдоожиженным слоем диэлектрика / А.В. Бояршинов [и др.] // Вестн. Тамб. гос. техн. ун-та. - 2006. - Т. 12, № 4. - С. 1024-1029.
4. Бояршинов, А.В. Оценка опасности электризации микрокапсул витамина Е при сушке в псевдоожиженном слое / А.В. Бояршинов [и др.] // Вестн. Тамб. гос. техн. ун-та. - 2011. - Т. 17, № 4. - С. 959-962.
5. Корольченко, А.Я. Пожаро взрывоопасность промышленной пыли / А.Я. Ко-рольченко. - М. : Химия, 1986. - 234 с.
The Impact of Basic Parameters of Fluidization on the Probability of Occurrence of Static Electricity in the Device
A.V. Boyarshinov, A.A. Dick, V.M. Dmitriev, V.F. Egorov, E.A. Sergeyeva
Department “Life Safety”, TSTU; bgd@mail.nnn.tstu.ru
Key words and phrases: fluidized bed; inflammation of combustible environment; spark charges; static electricity.
Abstract: The paper discusses the processes of emergence of static discharges with a fluidized material on the metal wall of the grounded equipment. The factors determining the probability of discharges have been examined.
Einwirkung der Hauptparameter der Fluidisation auf die Wahrscheinlichkeit des Entstehens der Entladung der statischen Elektrizitat im Apparat
Zusammenfassung: Es sind die Prozesse des Entstehens der Entladungen der statischen Elektrizitat vom fluidisierenden Stoff auf die Metallwand der geerdeten Ausrustung betrachtet. Es sind die Faktoren, die die Wahrscheinlichkeit des Entstehens der Entladungen bestimmen, untersucht.
Influence des parametres essentiels de pseudoliquidation sur la probability de l’apparition de la charge de l’electricite statique dans un appareil
Resume: Sont examines les processus de l’apparition de la charge de l’electricite statique a partir du materiel pseudoliquifie sur un mur metallique de l’equipement mis a la terre. Sont etudies les facteurs definissant la probabilite de l’apparition de la charge.
Авторы: Бояршинов Анатолий Владимирович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности»; Дик Антон Артурович -кандидат исторических наук, старший преподаватель кафедры «Безопасность жизнедеятельности»; Дмитриев Вячеслав Михайлович - доктор технических наук, профессор кафедры «Безопасность жизнедеятельности»; Егоров Василий Федорович - кандидат военных наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности»; Сергеева Елена Анатольевна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности», ФГБОУ ВПО «ТГТУ».
Рецензент: Ярцев Виктор Петрович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Конструкции зданий и сооружений», ФГБОУ ВПО «ТГТУ».
