Снижение пожарной опасности процессов пневмотранспорта и диспергирования твердых материалов путем нейтрализации статического электричества тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Иванов, Алексей Владимирович

• Иванов, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Иванов, Алексей Владимирович

Условные обозначения.

Введение.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1 Виды диэлектриков и их строение.

1.2. Физика электризации твердых диэлектриков.

1.3. Пожарная опасность статического электричества.

1.4. Обзор и анализ способов защиты от статического электричества.

1.5. Установки пневмотранспорта и диспергирования, применяемые на производствах.

1.6. Выводы по литературному обзору.

1.7. Цель и задачи исследования.

2. Оборудование и методики экспериментального исследования.

2.1. Обоснование и выбор лабораторных установок.

2.2. Оборудование лабораторной установки, моделирующей процессы электризации при пневмотранспорте взрывопожароопасных твердых материалов.

2.3. Методика проведения эксперимента, моделирующего процессы электризации при пневмотранспорте взрывопожароопасных твердых материалов.

2.4. Оборудование лабораторной установки, моделирующей процессы электризации при диспергировании взрывопожароопасных твердых материалов.

2.5. Методика проведения эксперимента, моделирующего процессы электризации при диспергировании взрывопожароопасных твердых материалов.

2.6. Оборудование лабораторной установки для определения угла естественного откоса сыпучих материалов.

2.7. Методика проведения эксперимента определения угла естественного откоса сыпучих материалов.

2.8. Методика математической обработки результатов.

3. Экспериментальное исследование процесса электризации различных твердых материалов.

3.1. Результаты экспериментов на лабораторной установке, моделирующей процессы электризации при пневмотранспорте взрывопожароопасных твердых материалов.

3.2. Результаты экспериментов на лабораторной установке, моделирующей процессы электризации при диспергировании взрывопожароопасных твердых материалов.

3.3. Результаты экспериментов на лабораторной установке, определяющей угол естественного откоса.

3.4. Оценка возможности разряда статического электричества при пневмотранспорте взрывопожароопасных твердых материалов.

4. Многофакторный анализ сравнительной эффективности электрофизического метода нейтрализации статического электричества.

4.1. Основные положения регрессионного анализа.

4.2. Построение регрессионной модели, описывающей сравнительную эффективность применения электрофизического метода при пневмотранспорте взрывопожароопасных твердых веществ.

4.3. Физическое обоснование регрессионной модели сравнительной эффективности электрофизического метода.

5. Разработка принципиальной схемы нейтрализатора статического электричества, применяемого в технологических процессах, связанных с пневмотранспортом и диспергированием взрывопожароопасных твердых материалов.

5.1. Описание и порядок использования нейтрализатора статического электричества.

5.2. Рекомендации по использованию нейтрализатора статического электричества.

5.3. Результаты внедрения нейтрализатора статического электричества на промышленных предприятиях.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение пожарной опасности процессов пневмотранспорта и диспергирования твердых материалов путем нейтрализации статического электричества»

Статическим электричеством (СЭ) называют электрические заряды, находящиеся в состоянии относительного покоя и распределенные на поверхности или в объеме диэлектрика или на изолированном проводнике [36]. Перемещение зарядов СЭ в пространстве происходит, как правило, в результате перемещения самих заряженных тел.

Электронасыщенность современного производства формирует электрическую опасность, источником которой могут быть электрические сети, электрифицированное оборудование и инструмент, вычислительная и организационная техника, работающая на электричестве, а также технологическое оборудование, которое в процессе работы накапливает заряд СЭ [49]. Там, где могут образовываться воспламеняющиеся смеси газа, пара и пыли с воздухом, всегда существует опасность пожара в случае, если освобождаемая электроэнергия будет соответствовать минимальной энергии зажигания смеси [43]. Наибольшая опасность заключается в возможности образования искровых разрядов, способных вызвать взрывы или загорание смесей. Кроме того, при поляризации диэлектриков ведет к повышению энергопотребления технологического оборудования, что также может привести к аварийным ситуациям на производственных объектах [52].

Электростатическая искробезопасность должна обеспечиваться за счет создания условий, предупреждающих возникновение разрядов статического электричества, способных стать источником зажигания объектов защиты [1].

Одним из способов защиты от СЭ является нейтрализация зарядов на поверхности наэлектризованного диэлектрика при помощи нейтрализаторов статического электричества (НСЭ).

Принцип действия современных НСЭ сводится к тому, что они создают вблизи наэлектризованного диэлектрика положительные и отрицательные ионы. Ионы, имеющие полярность, противоположную полярности зарядов наэлектризованного материала, под действием электрического поля этих зарядов оседают на поверхности диэлектрика, нейтрализуя его. Зачастую область применения НСЭ ограничивается спецификой технологического процесса (ТП), невозможностью эффективного использования из-за конструкционных особенностей технологических установок и аппаратов [41]. Поэтому в настоящее время существует необходимость создания НСЭ с новыми принципами работы.

Объектом исследования является электрофизический метод нейтрализации СЭ, образующегося при пневмотранспорте и диспергировании взрывопожароопасных твердых материалов.

Предметом исследования электрофизические и физические свойства твердых материалов.

Методы исследования. Анализ эффективности электрофизического метода нейтрализации СЭ в сравнении с заземлителями, традиционно применяющимися для защиты от СЭ, при пневмотранспорте и диспергировании взрывопожароопасных твердых материалов. Оценка влияния испытуемого нейтрализатора СЭ на изменение угла естественного откоса сыпучих материалов. Оценка достоверности результатов экспериментов на основе распределения Стьюдента. Многофакторное исследование сравнительной эффективности работы исследуемого нейтрализатора СЭ на основе регрессионного анализа с помощью компьютерной программы REGRAN.

Научная новизна:

- Экспериментально доказана возможность электрофизического управления напряженностью электрического поля, возникающего при пневмотранспорте и диспергировании твердых материалов, которая может использоваться для обеспечения взрывопожаробезопасности ТП.

- Произведена оценка возможности разряда СЭ в установках пневмотранспорта, применяемых в современных ТП.

- Обоснована физическая модель дополнительной проводимости диэлектрического слоя при воздействии на него переменных электрических полей. Выдвинута гипотеза, что при использовании электрофизического метода нейтрализации СЭ поляризация молекул диэлектриков происходит медленнее вследствие «молекулярного трения», инициированного нейтрализатором СЭ, которое преобразует энергию электрического поля в тепловую.

Разработана регрессионная модель сравнительной эффективности применения электрофизического метода при пневмотранспорте взрывопожаро-опасных твердых материалов.

Практическая ценность и реализация результатов работы: Разработана методика определения сравнительной эффективности электрофизического метода нейтрализации СЭ процессах пневмотранспорта взрывопожароопасных твердых материалов в зависимости от параметров ТП.

- Осуществлена модернизация электрической схемы промышленного нейтрализатора СЭ, повышающая надежность отдельных элементов прибора. Переработана инструкция по эксплуатации нейтрализатора СЭ с учетом применения во взрывопожароопасных ТП.

- Предложены принципиальные схемы использования нейтрализатора СЭ для различных ТП (производство пирокарбона, пестицидов и инсектицидов, мукомольное производство, производство пенополистирола, технологии микрокапсулирования).

- Разработанный электрофизический метод нейтрализации СЭ для обеспечения взрывопожаробезопасности процессов диспергирования и пневмотранспорта взрывопожароопасных твердых материалов прошел успешные испытания на предприятиях ЗАО «Опытный завод МБПО» (Ленинградская область), ООО «Интер-Технология» (г. Санкт-Петербург).

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Иванов, Алексей Владимирович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

2. В результате лабораторных испытаний эффективности нейтрализации СЭ при пневмотранспорте и диспергировании взрывопожароопасных твердых материалов электрофизический метод оказался в 1,5 - 3,7 раза эффективнее заземлителей, традиционно применяемых в ТП. Исследовано воздействие нейтрализатора СЭ на свойство сыпучих материалов - угол естественного откоса ф. Угол естественного откоса уменьшается на 10 - 14%, что свидетельствует о снижении электризации сыпучих материалов.

3. Разработанная регрессионная модель сравнительной эффективности электрофизического метода нейтрализации СЭ позволяет прогнозировать эффективность использования нейтрализатора СЭ в различных ТП.

4. Обоснована физическая модель дополнительной проводимости диэлектрического слоя при использовании электрофизического метода нейтрализации СЭ. Выдвинута гипотеза, что при использовании электрофизического метода нейтрализации СЭ поляризация молекул диэлектриков происходит медленнее вследствие «молекулярного трения», инициированного нейтрализатором СЭ, которое преобразует энергию электрического поля в тепловую.

5. Электрофизический метод нейтрализации СЭ прошел успешную апробацию на пожароопасных предприятиях: заводу по производству пищевых добавок ООО «Интер-Технология» (г. Санкт-Петербург), заводу по переработке бытовых отходов ЗАО «Опытный завод ИБО» (Ленинградская область). В ходе испытаний выявлено снижение напряженности электрических полей и повышение производительности технологических установок.

6. Помимо устройства для обеспечения пожаровзрывобезопасности ТП, НСЭ может использоваться в качестве оборудования для повышения качества продукции и снижения энергозатрат. На предприятии по производству цемента «Nesher Israel Cement Ltd.» (Израиль) с помощью электрофизического метода было достигнуто снижение энергозатрат на 20%. На заводе по переработке циркония «Namyeung Со» (Ю.Корея) снижение энергозатрат составило 15%. Данное результаты позволяют говорить о более выгодном внедрении НСЭ на производственные объекты.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В результате проведенного исследования разработана методика определения сравнительной эффективности электрофизического метода нейтрализации СЭ процессах пневмотранспорта взрывопожароопасных твердых материалов в зависимости от параметров ТП.

Осуществлена модернизация электрической схемы промышленного нейтрализатора СЭ, повышающая надежность отдельных элементов прибора. Переработана инструкция по эксплуатации нейтрализатора СЭ с учетом применения во взрывопожароопасных ТП. Предложены принципиальные схемы использования нейтрализатора СЭ для различных ТП (производство пирокарбона, пестицидов и инсектицидов, мукомольное производство, производство пенополистирола, технологии микрокапсулирования).

Разработанный электрофизический метод нейтрализации СЭ для обеспечения взрывопожаробезопасности процессов диспергирования и пневмотранспорта взрывопожароопасных твердых материалов прошел успешные испытания на предприятиях России, Израиля и Южной Кореи.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Иванов, Алексей Владимирович, 2006 год

1. ГОСТ 12.1.018-93 ССБТ. Пожаровзрывобезопасность статического электричества. Общие требования.

2. ГОСТ 17.1.018-79. Статическое электричество. Искробезопасность.

3. ГОСТ Р 12.3.047-98. ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля.

4. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность.Общие требования.

5. ГОСТ Р 22.0.05-94. Государственный стандарт Российской Федерации. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации.

6. ГОСТ 16263-70. Метрология. Основные термины и определения.

7. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократным наблюдением. Методы обработки результатов наблюдений.

8. РСН 51-84. Инженерные изыскания для строительства. Производство лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов.

9. СТ СЭВ 543-77. Числа. Правила записи и округления.

10. МИ 1552-86. Оценивание погрешностей результатов измерений.

11. МИ 1317-86. ГСИ. Результаты и характеристики погрешности измерения. Формы представления.

12. МИ 2247-93. Метрология. Основные термины и определения.

13. Р.50.1.040 2002. Статистические методы. Планирование экспериментов. Термины и определения.

14. Алексеев М.В. Пожарная профилактика технологических процессов производств: Учебник для вузов МВД СССР., М.: ВИПТШ, 1986. 370 с.

15. Афанасьев А.Г. Микрокапсулирование и некоторые области его применения. М.: Знание, 1982. - 64 с.

16. Баратов А.Н. Горение пожар - взрыв - безопасность. М, ВНИИПО, 2003. - 363 с.

17. Баратов А.Н., Корольченко А .Я. и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средство их тушения: Справ, изд.: в 2 книгах. М. Химия, 1990г.

18. Браславская М.М., ред. Справочник по пожарной безопасности и противопожарной защите на предприятиях химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М. «Химия», 1975 456 с.

19. Богородицкий Н.П. и др. Электротехнические материалы: Учебник для электротехн. и энерг. спец. вузов. Л., Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985-304 с.

20. Большее Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М. Наука, 1983-416 с.

21. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Изд.5-е, стереотипное. М. Наука, 1988.- 480 с.

22. Веревкин В. Н. Электростатическая искробезопасность при обращении с горючими жидкостями. М.: ВНИИПО, 1982. - 25 с.

23. Веревкин В. Н. Определяющие размеры горючих смесей. М. : ВНИИПО, 1981. - 42 с.

24. Губкин А.Н. Физика диэлектриков. Теория диэлектрической поляризации в постоянном и переменном электрическом поле. Учебное пособие для студентов вузов. Tl. М., «Высшая школа», 1971 272 с.

25. Добров Г.М. Экспертные оценки в научно-техническом прогнозировании. К., «Наукова думка», 1974 160 с.

26. Егоров Г.А. Технология переработки зерна. М., «Колос», 1977 375 с.

27. Жигилей B.C. Основы теории планирования многофакторных испытаний. JL, Воен. инженер, акад. им. А.Ф. Можайского, 1982 50 с.

28. Звонов B.C., Иванов А.Н., Поляков А.С. Физика. Физические измерения: Учебно-методическое пособие. СПб. СПб ИГПС МЧС России, 2004 81 с.

29. Иванов А.В. Защита персонала, обслуживающего технологический процесс, от разрядов статического электричества. // Новые технологии и их применение. №1.2005, СПб., Изд-во Менделеев, 2005. 0,2 п.л.

30. Иванов А.В., Анашечкин А.Д., Хорошилов О.А. Перспективный метод нейтрализации статического электричества. // Вестник Санкт-Петербургского института Государственной противопожарной службы МЧС России №2(9)-2005, СПб., 2005. 0,5 п.л.

31. Кикоин И.К. Таблицы физических величин. Справочник. М., Атомиздат. 1976- 1006 с.

32. Клубань B.C. Пожарная безопасность предприятий промышленности и агропромышленного комплекса: Учеб. для курсантов и слушателей пожар-но-техн. уч-щ. М., Стройиздат, 1987. 476, 1. с.

33. Киселев Я.С. Физические модели горения в системе предупреждения пожаров. СПб, Санкт-Петербургский университет МВД России, 2000 264 с.

34. Колмаков Ю.В., Зелова J1.A., Капис В.И. и др. Технология производства муки, крупы, макарон и хлеба на предприятиях разной мощности : Учеб. пособие. Мин. сел. хоз-ва Рос. Федерации, Ом. гос. аграр. ун-т и др. Омск : Изд-во ОмГАУ, 2001 - 151 с.

35. Кораблев В.П. Электробезопасность на химических предприятиях. Справочник. М., Химия, 1991 237, 1. с.

36. Корицкий Ю.В. и др. Справочник по электротехническим материалам: в 3-х т. М. Энергоатомиздат, Том 1., 1986 - 368 с, Том 2., 1987 - 464 е., Том 3., 1988-728 с.

37. Коробейников С.М. Диэлектрические материалы: Учебное пособие. Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2000 66 с.

38. Кошманов В.В.Основные физические величины : Справ, пособие / Крас-нояр. Гос. Техн. Ун-т. Красноярск: КГТУ, 1996 - 32 с.

39. Круг Т.К. Статистические методы в инженерных исследованиях. Лабораторный практикум. М. Высш. школа, 1983 216 с.

40. Кручинин М.И. и др. Механические процессы: Учебное пособие. Иваново, 2004.

41. Кузин Ф.А. Кандидатская диссертация. Методика написания, правила оформления и порядок защиты. Практическое пособие для аспирантов и соискателей ученой степени. М.: «Ось-89», 1997 208 с.

42. Кукин П.П., Лапин B.JI. Безопасность технологических процессов и производств. Охрана труда: Учебное пособие для вузов. М., «Высшая школа» 1999.-317, 1.с.

43. Кукин П. П., Лапин В. Л., Пономарев Н. Л., Сердюк Н. И. Безопасность жизнедеятельности. Производственная безопасность и охрана труда : Учеб. пособие для сред. проф. учеб. заведений . М. : Высш. шк. : Academia, 2001. -430,1. с.

44. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений. Изд. 2-е. М., «Наука», 1962 349 с.

45. Малинин В.Р., Коробейникова Е.Г. Под ред. Артамонова B.C. Категори-рование помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности: примеры решений практических задач. СПб.: Санкт-Петербургский университет МВД России, 2002 82 с.

46. Максимов Б.К., Обух А.А. Статическое электричество в промышленности и зашита от него. М., Энергоатомиздат, 2000 93 с.

47. Мельник А.К. Разработка инструментальных методов оценки и предотвращения взрывоопасности окрасочных производств. Дис. на соиск. учен, степ. к.т.н. СПб, СПбГТИ (ТУ), 2000 162 с.

48. Меренбах Я.Ф. Электрофизические свойства сыпучих материалов как объекты разработки устройств контроля производственных процессов: Авто-реф. дис. на соиск. учен. степ, к.т.н. Киев, Укр. с-х акад., 1983 18 с.

49. Мозберг Р.К. Материаловедение: Материаловедение: Учеб. пособие. М. Высш. шк., 1991 -448 с.

50. Наедин А.А., Абраменков Э.А., Шабанов Р.Ш. Пневмотранспорт сыпучих материалов. Учебное пособие. Новосибирск, 1999.

51. Пинегин А.В. Механика грунтов //Методические указания к выполнению лабораторных работ. Иркутск, 2004.

52. Попов Б.Г., Веревкин В.Н. Статическое электричество в химической промышленности. Л., Химия, Ленинградское отделение, 1977 238 с.

53. Прохоров A.M. Физическая энциклопедия. М., Большая Рос. энцикл.,1998,-704 с.

54. Савельев И.В. Курс общей физики. Том 2. Электричество и магнетизм. М, «Наука», 1978-480 с.

55. Слышалов В. К. Разработка основ нейтрализации электрических зарядов на движущихся технологических материалах : Автореф. дис. на соиск. учен, степ, д-ра техн. наук : (05.14.12) / Моск. энерг. ин-т. М., 1991. - 32 с.

56. Солдатенков А.Т. Средства защиты, лечения и регуляции роста животных и растений : основы органической химии. М., Химия, 2004. 261, 1. с.

57. Стоцкий JI.P. Физические величины и их единицы : Метод. Рекомендации. М.:ВЕМЦ Госпрофобра СССР, 1984 - 68 с.

58. Соколов В.Н. Машины и аппараты химических производств. СПб., 1992.

59. Сукманов А.В. Электрофизический метод снижения энергопотребления и аспирационных выбросов при измельчении неорганических материалов: Автореф. дис. на соиск. учен. степ, к.т.н. СПб, С.-Петерб. гос. технол. ин-т (техн. ун-т) СПб., 1999. - 20 с.

60. Таранцев А.А. Основы высокоинформативного контроля работоспособности технических средств./ Докт. Диссертация. М., Моск. Ин-т пожар, безоп. МВД России, 1997.

61. Таранцев А.А. Подход к оценке возможности функционирования аппаратуры в экстремальных условиях. Автоматика и телемеханика, №12,1994.

62. Таубкин С.И. Пожар и взрыв, особенности их экспертизы. М. : Б.и.,1999. 599 с.

63. Трисвятский JI.A. Хранение и технология сельскохозяйственных продуктов. Учеб. для агр. и экон. спец. М., Агропромиздат, 1991. 414 с.

64. Тугеев К.С. Электрофизические свойства текстильных волокон: Автореф. дис. на соиск. учен. степ, д-ра техн. наук: (05.19.01) JI. Ленингр. ин-т текстил. и лег. пром-сти им. С.М. Кирова, 1982 - 40 с.

65. Устюгов И.И. Физические величины: (Метод. Рекомендации для техникумов) Краснодар : Б.и. 1988 - 111 с.

66. Хорват, Т. Нейтрализация статического электричества / Перевод с англ. А.В. Орлова. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 102, 2. с.

67. Хиппель А.Р. Диэлектрики и волны. Пер. с английского под ред. проф. Дроздова Н.Г. М. Изд. иностр. лит., 1960 438 с.

68. Хиппель А.Р. Диэлектрики и их применение. Пер. с английского под ред. Дроздова Н.Г. М. Изд. иностр. лит., 1959 332 с.

69. Цветков В.Н. Математическая теория эксперимента (пассивный эксперимент). Днепропетровск, 1979.

70. Цитович Н.А. Механика грунтов. М., Высшая школа, 1983 58 с.

71. Чаповский Е.Г. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов. М. 1975.

72. Черкасов В.Н. Пожарная профилактика электроустановок : Учеб. для вузов МВД СССР. / Высш. пожар.-техн. шк. 3-е изд., перераб. И доп. - М. : ВИПТШ, 1987.-318, 1. с.

73. Черкасов В.Н. Пожарно-техническая экспертиза электрической части проекта. М. : Стройиздат, 1987. - 103 с.

74. Черкасов В. Н. Защита взрывоопасных сооружений от молнии и статического электричества. 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Стройиздат, 1984. -1.,81с.

75. Чертов А. Г. Физические величины: (Терминология, определения, обозначения, размерности, единицы). М. Высш. школа, 1990. 334 с.

76. Usman Khan, Mohammed Asfar. Identification and detection of biological/ chemical threats using dispersive fourier transform spectroscopy. Tufts University. 2005.

77. Технологический регламент по изготовлению теплоизоляционных плит из полистирольного пенопласта: Утв. Правл. об-ния Росагропромстрой 24.07.87. М.: ЦНИИЭПсельстрой, 1987. - 39 с.

78. Номенклатура радиоизотопных приборов и нейтрализаторов статического электричества, поставляемых отделениями в/о "Изотоп". М. Б. и., 1986- 12 с.

79. Нейтрализаторы статического элекричества : Отрасл. кат. / Гос. ком. по использ. атом, энергии СССР, Всесоюз. об-ние «Изотоп». М. : ВНИИЦ лес-ресурс, 1989. - 10 с.

80. Проблемы экологии и экономики в химической промышленности: сборник научных трудов Г.К. Ивахнюк, д.х.н. (отв. ред.). СПб: Изд-во Санкт-Петербургского университета, 2000. - 146 с.

81. Электрофизические свойства полупроводниковых и диэлектрических материалов: Сб. ст.. Tallinn: ТТУ, 1990 - 124 с.

82. Электрофизические свойства диэлектриков: Темат. Сб. (Труды Московского энергетического института; Вып. 565), М., МЭИ, 1982 78 с.

83. Патент Российской Федерации на изобретение №2137548 от 20.09.1999 г. «Устройство и способ интенсификации процессов физической, химической и / или физико-химической природы». Авторы: Г.К. Ивахнюк, Шевченко А.О., Бардаш М.