«Химические технологии энергонасыщенных материалов и изделий» (стр. 27 из 31)
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 | ||||||
| Показатели | Емкость С, 1×10-12 Ф | |||||
| 50 | 100 | 150 | 300 | 400 | 500 | |
| Напряжение, В | 15000 | 9300 | 8100 | 5000 | 4300 | 3000 |
| Энергия разряда, 1×10-5 Дж | 560 | 430 | 490 | 375 | 460 | 225 |
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
W0 £ KWмин, (5.13)
где W0 – накопленная энергия при электризации, мДж;
К – коэффициент безопасности;
Wмин – 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 | |||||||
| Показатели | Гранулиты | Зерногранулит 79/12 | Граммонал А-8 | ||||
| Дисперсность, 1×10-3м | - | 0,1 | - | 0,16 | 0,05-0,063 | 0,25-0,4 | |
| НКП, мг/м3 | 142 | 139 | 129 | 134 | 1,49 | 5,83 | |
| ВКП, мг/м3 | 274 | 296 | 203 | 297 | 713 | 378 | |
| Энергия, мДж | 3,1 | 3,02 | 2,97 | 2,93 | 1,05 | 1,32 | |
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.
5.4.2 Влияние технологических факторов пневмозаряжания
на процесс электризации
Наиболее полно проведено изучение электростатических явлений, сопровождающих пневмозаряжание россыпных ВВ в СКГМИ на экспериментальном стенде (рисунок 5.12), который состоит из заряжающего устройства 1, магистрали 2 в виде шланга длиной 60 м и диаметром от 32 до 50 мм, взрывной камеры 3 (конструкции МакНИИ), системы регистрирующих устройств (отметчик времени 4, гальванометры 5, фотодатчик 6, потенциалосъемник 7) и измерительной аппаратуры (электростатический вольтметр 8). В качестве заряжающих устройств использовались пневмозарядчики «Курама-5», «Вахш-4». Вся пневмосистема была тщательно изолирована и позволяла осуществлять движение потока ВВ по разомкнутому (свободный выброс в отдельный бункер) и замкнутому контурам. В процессе опытов изучалось влияние на процесс электризации материала шлангов и влажности воздуха, скорости движения смеси по шлангу, гранулометрического состава ВВ, радиуса закругления и длины магистрали.
 |
| Рисунок 5.12 - Схема экспериментального стенда для исследования электрических явлений в пневмозаряжающих системах (СКГМИ) |
При определении влияния электрического сопротивления шлангов на процесс электризации использовались шланги из различных материалов с внутренним диаметром от 32 до 36 мм. Испытания на установке проводились с аммиачной селитрой влажностью от 0,30 до
0,45 % по замкнутому циклу при скорости потока от 18 до 20 м/с. Относительная влажность воздуха была в пределах 45‑50 %. По результатам исследований можно сделать вывод, что электризуемость шлангов сильно зависит от электрического сопротивления (таблица 5.12).
Таблица 5.12 – Результаты исследования электризации шлангов
из различных материалов
| Материал шланга | Электрическое сопротивление rV, Ом×см | Максимальный потенциал электризации, В |
| Полиэтилен низкого давления | 2,1×1010 | 8000 |
| Полиэтилен высокого | 1,4×1010 | 7250 |
| Полупроводящий полиэтилен | 2,7×106 | 100 |
| Полихлорвинил (ПХВ) | 2,9×1011 | 11500 |
| Резина | 1,6×108 | 2100 |
Необходимо отметить, что при сопротивлении rV=2,7×104 Ом×м полупроводящего материала на нем все же отмечен незначительный потенциал электризации (U=100 В), при этом скорость стекания электростатических зарядов соизмерима со скоростью накопления их при движении пневмопотока ВВ со скоростью от 18 до 20 м/с. При проведении аналогичных полигонных испытаний на Никитовском руднике [44] с электропроводящим шлангом из полиэтилена П2ЭС Олайнинского завода при механизированном заряжании скважин зерногранулитом 79/21 у шлангов, имеющих сопротивление rV£104 Ом×м, и в скважинах электризации обнаружено не было (таблица 5.13).
| Таблица 5.13 – Результаты испытаний на электризацию | ||||
| Объёмное сопротивление шлангов П2ЭС-8, Ом×м | Общая длина шлангов, м | Измеряемое расстояние точки замера от зарядной машины, м | Количество ВВ, заряжаемое в смену, кг | Потенциал электризации, В |
| 1,6×103 | 100 | 10; 50; 95 | 2500 | 0 |
| 1,2×103 | 100 | 10; 50; 95 | 2500 | 0 |
| 3×102 | 100 | 10; 50; 95 | 1800 | 0 |
| 4×102 | 100 | 10; 50; 95 | 2200 | 0 |
При увеличении относительной влажности воздуха электризация при транспортировании аммиачной селитры с размером кристаллов от 0,1 до 0,3 мм по резиновым и полиэтиленовым шлангам резко снижается (таблица 5.14). Следовательно, высокая влажность воздуха, характерная для шахтных условий, будет снижать электризацию ВВ и повышать электростатическую безопасность.
| Таблица 5.14 – Результаты испытаний шлангов на электризацию | ||||||||
| Заданные параметры | Материал шланга | |||||||
| полиэтилен | резина | |||||||
| Относительная влажность воздуха, % | 50 | 60 | 70 | 80 | 50 | 60 | 70 | 80 |
| Максимальный потенциал, кВ | 9,5 | 8,2 | 6,0 | 0,1 | 4,5 | 2,3 | 1,1 | 0,3 |
Влияние скорости транспортирования на электризацию изучалось с использованием аммиачной селитры, гранулита АС-8 и игданита, которые транспортировались по полиэтиленовому и резиновому шлангам диаметром 36 мм при относительной влажности воздуха от 45 до 50 %, влажности ВВ от 0,3 до 0,5 % (таблица 5.15). Концентрация ВВ в шланге находилась в пределах 8…10 кг на 1 м3 воздуха. Из данных таблицы 5.15 видно, что происходит интенсивный рост электризации в интервале скоростей от 5 до 25 м/с. Хотя в некоторых работах [44] отмечается, что максимальная электризация ВВ наблюдается при предельной скорости от 50 до 55 м/с, а при скорости транспортирования от 1 до 2 м/с электризация практически прекращается.
Таблица 5.15 – Результаты испытаний шлангов на электризацию
в зависимости от скорости транспортируемого ВВ
| Материал шланга | Транспортируемое ВВ | Величина потенциала (кВ) при скорости транспортирования, м/с | ||||
| 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | ||
| Полиэтилен | Аммиачная селитра | 2,7 | 5,3 | 7,6 | 8,8 | 9,4 |
| Гранулит АС-8 | 2,2 | 4,5 | 6,4 | 7,3 | 8,0 | |
| Игданит | 0,6 | 1,3 | 2,0 | 2,6 | 2,8 | |
| Резина | Аммиачная селитра | 1,1 | 2,0 | 3,0 | 4,2 | 4,7 |
| Гранулит АС-8 | 0,9 | 1,5 | 2,4 | 3,1 | 3,5 | |
| Игданит | 1,2 | 2,7 | 3,6 | 4,7 | 5,5 | |
Полученные результаты согласуются с выражением константы генерирования æ, по величине которой проводят количественное сравнение электризуемости трубопроводов [29]: