Statická elektřinaStatická elektřina

Rizika v chemických výrobách spojená s akumulací a uvolněním náboje statické elektřiny

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Rizika statického nábojeRizika statického nábojeObvyklý zdroj vznícení v chemickém průmysluObtížně 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

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Základní info o vzniku statického nábojeZákladní info o vzniku statického nábojeElektrický náboj se akumuluje na povrchu

tuhých materiálůVznik 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

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

PříkladyPříkladyDomácnost

– čištění bot na rohožce– česání vlasů– svlékání svetru

Průmysl– čerpání nevodivé kapaliny trubkou– míchání emulzí– doprava sypkých látek– tryskání páry na neuzemněný vodič

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Kdy je náboj nebezpečnýKdy je náboj nebezpečnýNebezpečný 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

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Orientační dOrientační data pro elektrostatickata pro elektrostatické výpočtyé výpočtyNapětí 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

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Vznik nVznik náboje prouděnímáboje prouděním

Nerovná distribuce elektronů na rozhraní trubky a tekutiny

Vzniká elektroforetický proud

Zastavení/zpomalení proudění– disipace náboje– relaxační doba

+

+ + + + +

+ + +

-- ----

0

2

2r

svfI

c

r

0

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Napětí vzniklé prouděnímNapětí vzniklé prouděním Vznik elektrického

proudu prouděním v trubce

Přenos náboje do zásobníku

Vytvoření napětí mezi konci skleněné trubky

++++ + +

++

+

+ ++

1

2

kovová trubka

skleněná trubka

skleněná nádoba

rs vfII ,Re,,

RIU s

ALRC

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Procesní zařízení jako kondenzátorProcesní zařízení jako kondenzátorKondenzátor

– paralelně orientované povrchy které nejsou propojeny vodičem a nejsou uzemněné

– mohou uchovávat značně velký náboj

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Kapacita průmyslových „kondenzátorů“Kapacita průmyslových „kondenzátorů“

Sférická geometrie

Plošná geometrie

VQC

rQVr04

1

rC r 04

AQLVr 0

LAC r 0

Objekt KapacitaF 1012

Nářadí, pivní plechovka 5

Barel 20

500 l nádrž 100

Člověk 200

Automobil 500

Cisternový vůz 1000

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Energie nabitého kondenzátoruEnergie nabitého kondenzátoruNabíjení kondenzátoru

– dW práce potřebná ke zvětšení uloženého náboje o dQ– potřebná k překonání rozdílu potenciálů

Při vybití kondenzátoru se práce (energie) uvolní

UdQdW

CQW 2

2 2

2CUW 2QUW

VQC

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Vliv režimu prouděníVliv režimu proudění

Laminární proudění– 100 l/s– Re ~ 103

– U = 0.05 V– E = 10-8 J

Turbulentní proudění– 5*102 l/s– Re ~ 3*105

– U = 500 V– E = 5 mJ

Hadice l = 6 md = 5 cm

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Havarijní scénářHavarijní scénář

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Potlačování rizik statické elektřinyPotlačování rizik statické elektřinyNevýbušná atmosféra

– práce pod spodní mezí výbušnosti a pod bodem vzplanutí

Prevence akumulace náboje a jiskření– Relaxace– Nulování a zemnění– Ponorné trubky– Zvyšování vodivosti aditivy

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

RelaxaceRelaxacePřivádění 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

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Nulování a zemněníNulování a zemněníNapětí mezi dvěma vodivými materiály se nuluje

jejich vodivým propojenímVětší celky lze převést na nulový potenciál

zemněním

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Nulování a zemněníNulování a zemnění

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Ponorné trubicePonorné trubiceProdloužená trubice

zabraňuje akumulaci náboje, ke které by došlo při volném pádu kapaliny

Nebezpečí– Zpětné nasátí kapaliny

Bezpečnost chemických výrob – Statická elektřina

Zvyšování vodivosti aditivyZvyšování vodivosti aditivyAntistatická aditiva

– alkohol– voda– polární kapaliny

Zvyšují vodivost kapaliny– neizolovaná nádoba – snižuje odpor stěny– izolovaná nádoba – zvyšuje rychlost akumulace náboje

Musí být mísitelná s kapalinou