חשמל סטטי הוא תופעה שכיחה שעלולה לגרום לפריקות חשמל ולגרום לשריפות ופיצוצים במקומות מסוכנים. השאלה מתי נוצץ אלקטרוסטטי באווירה דליקה היא האם האנרגיה המשתחררת תביא להצתה או לא.
איור 1. מיקומים מסוכנים, כמו מפעלים פטרוכימיים, רגישים להצתה של חשמל סטטי ויש להקדיש תשומת לב מיוחדת.
הגישה מבוססת ה- MIE להערכת סכנת הצטברות המטענים
עניין ההצתה האלקטרוסטטית מורכב, ואין תיאוריה מקובלת לחלוטין. גישה משווה את האנרגיה הקיבולית הזמינה לאנרגיית ההצתה המינימלית (MIE) של התערובת הדליקה. ה- MIE היא האנרגיה הקטנה ביותר המסוגלת להצית אווירה דליקה בריכוזיה הניתנת להדליק בקלות.
איור 2. השלבים המובילים להצתה של אווירה שעלולה להתפוצץ במטענים ופריקות אלקטרוסטטיות.
הפוטנציאל המתפתח בגוף הוא היחס בין המטען לקיבול שלו:
שם:
V = פוטנציאל, בוולט
ש = מטען המופקד על הגוף, בקולומבים
C = קיבול בין הגוף לסביבה, בפרדות
הגוף גדל באנרגיה כאשר מטענו עולה מאפס לערך Q - שווה לעבודה שנעשתה במהלך התהליך - המיוצג כ:
אם:
סביר להניח שהצתה.
NFPA 497, "פרקטיקה מומלצת לסיווג נוזלים דליקים, גזים או אדי ומיקומים מסוכנים (מסווגים) להתקנות חשמל באזורי תהליכים כימיים", מפרטת חומרים דליקים נבחרים עם מאפיינים פיזיקליים רלוונטיים - כגון מגבלת דליקות נמוכה יותר (LFL) , מגבלת הדליקות העליונה (UFL) ו- MIE.
טבלה 1. MIE לכימיקלים נפוצים.
עבור אדים דליקים, "כלל האצבע" של MIE הוא 0.025 mJ. האנרגיה שמשחררת מטבע קטן - כ -2.3 גרם משקל - שנשמטה מגובה 25 מ"מ היא 0.25 mJ.
פריקה סטטית מאדם עשויה להגיע ל- 60 mJ ומעלה. אמצעי בטיחות הוא להתחשב בגוף האדם המסוגל להצית אדים דליקים עם MIE השווה ל- 100 mJ ומטה. ניצוץ הנתפס למגע יש בסביבות 20 mJ.
נוזלים דליקים הם נדיפים מאוד, והאדים הדליקים שנוצרו יכולים להתפזר בכל מתקן שלם. אם הריכוז מגיע לטווח הדליקות בנוכחות מקור הצתה, עלולה להתרחש שריפה או פיצוץ. אך אם האדים והאוויר אינם מעורבבים במידה מספקת או שהתערובת רזה מדי או עשירה מדי, לא תהיה שום הצתה.
הצטברות ופריקה
תהליך הפרדת המטען, הצטברותו ופריקתו נותן את הסיכון הכרוך במטענים סטטיים על נוזלים דליקים ודליקים.
מוצרי מוליכים טובים הם הגנרטורים האלקטרוסטטיים הטובים ביותר, אך מאפיין זה מאפשר להם לפרוק במהירות.
נוזלים עם מוליכות נמוכה אינם יכולים להיפטר במהירות והם צוברים מטענים אלקטרוסטטיים, מה שהופך אותם למצטברים סטטיים (לשם שמם). מוצרי המוליכות הנמוכה הם המסוכנים ביותר.
חפצים מוליכים לא מוקפים - כמו טנקי משאיות על צמיגי גומי המקבלים מוצרים טעונים - ונוזלים של מוצרים מעודנים הם בדרך כלל מצברים סטטיים.
עלייה בפוטנציאל הסטטי מלווה הצטברות מטענים, שמולידה שדה חשמלי. הסכנה הגדולה ביותר קיימת כאשר עוצמת השדה החשמלי גבוהה בשלב האדים מכיוון שהוא עשוי להגיע ל -3 קילו-וולט / מ"מ, שזה בערך חוזק דיאלקטרי של אוויר, וניצוצות עלולים להתרחש עקב התמוטטות דיאלקטרית. למרבה המזל, פיזור מטענים מתרחש בהתנגדות גבוהה יחסית לקרקע, מה שמקטין את הסיכוי לפריקה שעלולה להצית אווירה דליקה נתונה.
זמני הרפיה קצרים אינם מאפשרים הצטברות של פוטנציאלים סטטיים עצומים. גנרטורים נמוכים - בדרך כלל מוצרים נקיים יותר - יכולים לייצר פוטנציאלים סטטיים משמעותיים בשל זמני ההרפיה הארוכים שלהם.
לסיכום, המטען האלקטרוסטטי שנוצר ומצטבר עשוי להצית תערובת דליקה אם כמות האנרגיה מספיקה כדי לייצר ניצוץ תבערה, ויש פער ניצוצות. נקיטת פעולות כדי למנוע קיום של תנאים אלה היא חובה.
על חשמל סטטי כמקור הצתה במקומות מסוכנים
פריקות אלקטרוסטטיות מסוגלות להצית את האטמוספירות הדליקות המטופלות במקומות מסוכנים.
פריקות ניצוצות מתרחשות כאשר משחררים את החשמל הסטטי המצטבר דרך פער ניצוצות באווירה דליקה.
היכולת של ניצוץ להצית אווירה דליקה תלויה באנרגיה ובמשך. אם אנרגיית הניצוץ חורגת מאנרגיית ההצתה המינימלית (MIE) של תערובת דליקה, ככל הנראה התוצאה תהיה שריפה או פיצוץ.