Statická elektřina

1. Statická elektřina Rizika v chemických výrobách spojená s akumulací a uvolněním náboje statické elektřiny

2. Rizika statického náboje • 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

3. Základní info o vzniku statického náboje • 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

4. 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

5. Kdy je náboj nebezpečný • 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

6. Orientační data pro elektrostatické výpočty

7. Vznik náboje prouděním + + • Nerovná distribuce elektronů na rozhraní trubky a tekutiny • Vzniká elektroforetický proud • Zastavení/zpomalení proudění • disipace náboje • relaxační doba + + + - - - - - - + + + +

8. Napětí vzniklé prouděním • Vznik elektrického proudu prouděním v trubce • Přenos náboje do zásobníku • Vytvoření napětí mezi konci skleněné trubky skleněná trubka 1 kovová trubka + + + 2 + + + + + + + + + skleněná nádoba

9. Procesní zařízení jako kondenzátor • Kondenzátor • paralelně orientované povrchy které nejsou propojeny vodičem a nejsou uzemněné • mohou uchovávat značně velký náboj

10. Kapacita průmyslových „kondenzátorů“ • Sférická geometrie • Plošná geometrie

11. Energie nabitého kondenzátoru • Nabíjení kondenzátoru • dW práce potřebná ke zvětšení uloženého náboje o dQ • potřebná k překonání rozdílu potenciálů • Při vybití kondenzátoru se práce (energie) uvolní

12. 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 Vliv režimu proudění Hadice l = 6 m d = 5 cm

13. Havarijní scénář

14. Potlačování 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

15. 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

16. Nulování a zemnění • Napětí mezi dvěma vodivými materiály se nuluje jejich vodivým propojením • Větší celky lze převést na nulový potenciál zemněním

17. Nulování a zemnění

18. Ponorné trubice • Prodloužená trubice zabraňuje akumulaci náboje, ke které by došlo při volném pádu kapaliny • Nebezpečí • Zpětné nasátí kapaliny

19. Zvyšování 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