Statische Elektrizität ist ein häufiges Phänomen, das zu elektrischen Entladungen führen und an explosionsgefährdeten Orten Brände und Explosionen verursachen kann. Die Frage, wenn ein elektrostatischer Funke in einer brennbaren Atmosphäre auftritt, ist, ob die freigesetzte Energie eine Zündung bewirkt oder nicht.
Abbildung 1. Gefährliche Standorte wie petrochemische Anlagen sind anfällig für statische Elektrizität und müssen besonders beachtet werden.
Der MIE-basierte Ansatz zur Bewertung der Gefahr der Ladungsakkumulation
Die Frage der elektrostatischen Zündung ist kompliziert, und es gibt keine vollständig akzeptierte Theorie. Ein Ansatz vergleicht die verfügbare kapazitive Energie mit der minimalen Zündenergie (MIE) des brennbaren Gemisches. Das MIE ist die kleinste Energie, die eine brennbare Atmosphäre in ihrer am leichtesten entzündbaren Konzentration entzünden kann.
Abbildung 2. Die Schritte, die zur Entzündung einer potenziell explosiven Atmosphäre für elektrostatische Ladungen und Entladungen führen.
Das an einem Körper entwickelte Potential ist das Verhältnis seiner Ladung zu seiner Kapazität:
wo:
V = Potential in Volt
Q = Ladung, die in Coulomb auf dem Körper abgelagert ist
C = Kapazität zwischen Körper und Umgebung in Farad
Der Körper nimmt an Energie zu, wenn seine Ladung von Null auf den Wert Q ansteigt - gleich der während des Prozesses geleisteten Arbeit - dargestellt als:
If:
Eine Zündung ist dann wahrscheinlich.
In NFPA 497, „Empfohlene Vorgehensweise für die Klassifizierung brennbarer Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe und gefährlicher (klassifizierter) Standorte für elektrische Anlagen in chemischen Prozessbereichen“, sind ausgewählte brennbare Materialien mit relevanten physikalischen Eigenschaften aufgeführt, z. B. die untere Entflammbarkeitsgrenze (LFL). , Obere Entflammbarkeitsgrenze (UFL) und MIE.
Tabelle 1. MIE für gängige Chemikalien.
Für brennbare Dämpfe beträgt die MIE-Faustregel 0.025 mJ. Die Energie, die von einer kleinen Münze mit einem Gewicht von etwa 2.3 g aus einer Höhe von 25 mm freigesetzt wird, beträgt 0.25 mJ.
Eine statische Entladung eines Menschen kann 60 mJ oder mehr erreichen. Eine Sicherheitsvorkehrung besteht darin, den menschlichen Körper als in der Lage zu betrachten, brennbare Dämpfe mit einem MIE von 100 mJ oder weniger zu entzünden. Ein bei Berührung wahrnehmbarer Funke hat etwa 20 mJ.
Entzündbare Flüssigkeiten sind sehr flüchtig und der entstehende brennbare Dampf kann in der gesamten Anlage diffundieren. Wenn die Konzentration bei Vorhandensein einer Zündquelle den Entflammbarkeitsbereich erreicht, kann es zu einem Brand oder einer Explosion kommen. Wenn jedoch Dampf und Luft nicht ausreichend gemischt werden oder die Mischung entweder zu mager oder zu fett ist, erfolgt keine Zündung.
Akkumulation und Entladung
Der Prozess der Ladungstrennung, -akkumulation und -entladung birgt das Risiko statischer Ladungen auf brennbaren und brennbaren Flüssigkeiten.
Gute Leiterprodukte sind die besten elektrostatischen Generatoren, aber diese Eigenschaft ermöglicht es ihnen, sich schnell zu entladen.
Flüssigkeiten mit niedriger Leitfähigkeit können sich nicht schnell entladen und akkumulieren elektrostatische Ladungen, wodurch sie (treffend genannt) statische Akkumulatoren werden. Die Produkte mit niedriger Leitfähigkeit sind am gefährlichsten.
Nicht geerdete leitfähige Gegenstände - wie LKW-Tanks auf Gummireifen, die geladene Produkte aufnehmen - und Flüssigkeiten hochraffinierter Produkte sind typischerweise statische Akkumulatoren.
Ein Anstieg des statischen Potentials geht mit der Ansammlung von Ladungen einher, wodurch ein elektrisches Feld entsteht. Die größte Gefahr besteht, wenn die Intensität des elektrischen Feldes in der Dampfphase hoch ist, da sie 3 kV / mm-Werte erreichen kann, was etwa der Durchschlagfestigkeit von Luft entspricht, und Funken aufgrund des dielektrischen Durchbruchs auftreten können. Glücklicherweise tritt eine Ladungsableitung bei relativ hohen Erdwiderständen auf, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Entladung verringert wird, die eine bestimmte brennbare Atmosphäre entzünden kann.
Kurze Relaxationszeiten erlauben keine Akkumulation enormer statischer Potentiale. Niedrige Generatoren - typischerweise die saubereren Produkte - können aufgrund ihrer langen Relaxationszeiten erhebliche statische Potentiale erzeugen.
Zusammenfassend kann die erzeugte und akkumulierte elektrostatische Ladung ein brennbares Gemisch entzünden, wenn die Energiemenge ausreicht, um einen Brandfunken zu erzeugen, und es eine Funkenstrecke gibt. Es ist ein Muss, Maßnahmen zu ergreifen, um das Nebeneinanderbestehen dieser Bedingungen zu verhindern.
Über statische Elektrizität als Zündquelle in explosionsgefährdeten Bereichen
Elektrostatische Entladungen können die brennbaren Atmosphären entzünden, die an explosionsgefährdeten Orten gehandhabt werden.
Funkenentladungen treten auf, wenn die angesammelte statische Elektrizität durch eine Funkenstrecke in einer brennbaren Atmosphäre freigesetzt wird.
Die Fähigkeit eines Funkens, eine brennbare Atmosphäre zu entzünden, hängt von seiner Energie und Dauer ab. Wenn die Energie des Funkens die minimale Zündenergie (MIE) eines brennbaren Gemisches überschreitet, ist das Ergebnis wahrscheinlich ein Brand oder eine Explosion.