Исследование опасности электростатических разрядов в пневмозаряжающих устройствах

В процессе пневмотранспорта сыпучих ВВ за счет накопления зарядов могут возникать следующие электрические разряды.

• 1. Искровые разряды, при которых возможен электростатический пробой диэлектрической стенки шланга. В этом случае условие пробоя материала шланга будет [29, 47]
• s Ј eeо Епр, (5.10)

где s — максимальная плотность электростатических зарядов на поверхности материала, мкКл/см2 ;

e, eо — диэлектрическая проницаемость материала и вакуума соответственно;

Епр — пробивная напряженность материала (электрическая прочность), кВ/см.

• 2. Разряды, имеющие место при резком нарушении механической целостности пневмотранспортирующей магистрали. Пробой возможен с наэлектризованного материала на заземленные части оборудования. Тогда в выражении (5.10) значение пробивной напряженности Епропределяется свойствами газа (воздуха), в котором транспортируется ВВ. Максимальное значение пробивной напряженности для воздуха равно Епр =3Ч106 В/м.
• 3. Искровые разряды с проводящих элементов (металлические соединительные муфты) магистральных шлангов на заземленные элементы оборудования. Энергия электростатических зарядов, накапливаемых на проводящих элементах, определяется как энергия заряженного конденсатора

(5.11).

где С — электрическая емкость металлических элементов, относительно земли, пФ;

U — потенциал на элементе, В.

• 4. Разряды с внутренней поверхности шланга на заземленные предметы. Условием отсутствия скользящих разрядов в соответствии с ГОСТ 12.1.018 [46] является
• s Ј 0,4ЧК Чsпр, (5.12)

где s — плотность зарядов на поверхности шланга, мкКл/см2 ;

К — коэффициент безопасности;

sпр — плотность зарядов, соответствующая диэлектрической прочности материала шланга, мкКл/см2 .

5. Электрические разряды, происходящие внутри шланга. Например, между разнополярными объёмами концентраций взвешенных частиц.

Наиболее опасными являются последние три вида разрядов, так как в этих случаях искра имеет непосредственный контакт с пылевоздушной смесью ВВ. Среди электростатических разрядов внутри шланга следует выделить разряды, скользящие по внутренней поверхности шланга, и разряды, происходящие в потоке транспортируемого материала.

На рисунке 5.11 схематично показаны искровые разряды (1, 2, 3, 4, 5), возможные при пневмотранспортировании сыпучих ВВ, а также приведена схема исследований условий образования искр с проводящих элементов пневмотранспортирующих шлангов.

Рисунок 5.11 — Схема образования и измерения электростатических разрядов при транспортировании россыпных ВВ по диэлектрическим шлангам Полученные осциллограммы искровых разрядов с проводящих элементов наэлектризованных поверхностей показывают, что эти разряды происходят с интервалом 0,12…0,3 с. Указанная частота разрядов получена с емкости порядка 100 пФ, заряженной относительно земли до 10 кВ, при транспортировании аммиачной селитры с влажностью 0,1% по диэлектрическому полиэтиленовому шлангу. Величина энергии, накопленной на различных металлических элементах шланга (хомутах, фланцах), с учётом их емкости приведена в таблице 5.10.

Таблица 5.10 — Электростатическая энергия на элементах шланга.

Электрическая емкость элементов шахтного оборудования не превышает 500 пФ. Это значение емкости принято рядом стран как максимально возможная величина емкости в шахтных условиях. В пневмозаряжающих системах маловероятно, чтобы изолированные металлические поверхности, с которых возможен разряд на заземленные предметы, имели большую емкость. Поэтому для оценки опасности этого вида искровых разрядов при подсчете энергии за емкостной параметр была принята величина 500 пФ [29].

В таблице 5.10 включены максимальные значения потенциалов, при которых наблюдались электрические разряды с проводящих элементов различной емкости.

Для оценки электростатической безопасности необходимо знать чувствительность аммиачно-селитровых ВВ к искровому разряду, при котором они воспламеняются, исходя из условий безопасности.

W 0 Ј KW мин, (5.13).

где W 0 — накопленная энергия при электризации, мДж;

К — коэффициент безопасности;

W мин — чувствительность ВВ к электрическому разряду, мДж.

В таблице 5.11 приведены данные, полученные в лаборатории Северокавказского горно-металлургического института, по минимальной энергии воспламенения аэровзвесей нижнего (НКП) и верхнего (ВКП) концентрационных пределов некоторых гранулированных ВВ при влажности до 1%.

Таблица 5.11 — Минимальная энергия зажигания некоторых ВВ.

Наиболее эффективным средством, предупреждающим искрообразование, является заземление проводящих элементов пневмозаряжающего оборудования. Искровые разряды по внутренней поверхности полиэтиленовых шлангов происходили при пневмотранспортировании аммиачной селитры влажностью не более 0,2%. Длина наблюдаемых искровых разрядов не превышала 0,1 м, а разность потенциалов составляла 1 кВ. После прокладки внутрь шланга электропроводящей жилы, электростатические разряды исчезали ввиду стекания зарядов на землю по токопроводящей жиле.