Разработка способа снятия статического заряда с бункера с сыпучей смесью
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 7
1.1 Технологический процесс 8
1.2 Характеристика приемников электроэнергии цеха по
приготовлению премикса 12
1.3 Выбор проектируемого оборудования 15
1.4 Свойства применяемого сырья 18
2 ГЛАВА 2. ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 20
2.1 Нейтрализация зарядов статического электричества. Осовные
понятия 21
2.2 Рассмотрение причины появления разности электрических
потенциалов 22
2.3 Уравнивание и выравнивание потенциалов 22
2.4 Рассмотрение свойств объекта в котором расположен бункер
(114.20) 23
2.5 Система выравнивания потенциалов и защита от
электростатического разряда в DSM Rus 26
2.6 Опеределение эквипотенциального соединения 26
2.7 Защита от проникания токов 29
2.8 Система выравнивания потенциалов внутри современных
промышленных объектов и установка внутри завода DSM Rus 35
2.9 Анализ способов снятия статического разряда с бункера 36
3 ГЛАВА 3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 38
3.1 Определение проектного решения 39
3.2 Антистатический электрод 40
3.3 Основные конструктивные положения 44
3.3.1 Подбор трубчатых элементов антистатического электрода 46
3.3.2 Расчет давления в полностью наполненном бункере 46
3.3.3 Подбор труб держателей электрода 46
3.3.4 Подбор вертикальных труб электрода 46
3.3.5 Схема расположения заземляющего электрода в бункере 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 7
1.1 Технологический процесс 8
1.2 Характеристика приемников электроэнергии цеха по
приготовлению премикса 12
1.3 Выбор проектируемого оборудования 15
1.4 Свойства применяемого сырья 18
2 ГЛАВА 2. ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 20
2.1 Нейтрализация зарядов статического электричества. Осовные
понятия 21
2.2 Рассмотрение причины появления разности электрических
потенциалов 22
2.3 Уравнивание и выравнивание потенциалов 22
2.4 Рассмотрение свойств объекта в котором расположен бункер
(114.20) 23
2.5 Система выравнивания потенциалов и защита от
электростатического разряда в DSM Rus 26
2.6 Опеределение эквипотенциального соединения 26
2.7 Защита от проникания токов 29
2.8 Система выравнивания потенциалов внутри современных
промышленных объектов и установка внутри завода DSM Rus 35
2.9 Анализ способов снятия статического разряда с бункера 36
3 ГЛАВА 3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 38
3.1 Определение проектного решения 39
3.2 Антистатический электрод 40
3.3 Основные конструктивные положения 44
3.3.1 Подбор трубчатых элементов антистатического электрода 46
3.3.2 Расчет давления в полностью наполненном бункере 46
3.3.3 Подбор труб держателей электрода 46
3.3.4 Подбор вертикальных труб электрода 46
3.3.5 Схема расположения заземляющего электрода в бункере 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Во многих производственных процессах часто происходит непрерывное генерирование электростатического заряда, который образуется в момент образования облака пыли при разгрузке сыпучего сырья, например, кормового Метионина, мелкой фракции через загрузочный люк в приемный бункер, когда поток заряженного порошка поступает в металлическую емкость. В этом случае потенциал на проводнике - результат баланса между поступающим зарядом и скоростью его утечки. В нашем случае проблемой является накапливание электростатического заряда в взвешенной порошкообразной массе. Причиной появления этих зарядов являются эффекты электростатического взаимодействия, в результате которых между частицами возникают небольшие электрические разряды. Так как эти статические разряды могут привести к взрыву в приемном бункере, находящейся в нем взвешенной пылевой массы при определенной концентрации, а также воспламенению всей порошкообразной массы, необходимо отводить статический заряд от частиц данного сырья.
В теории возникновение статического заряда может быть выполнено простой электрической схемой: C - выполняет функцию конденсатора, который накапливает заряд, как батарея. Поверхность корпуса бункера или загружаемого сухого сырья в бункер. R - сопротивление, способное ослабить заряд материала/бункера (обычно при слабой циркуляции тока). Если бункер является проводником, заряд стекает на землю и не создает проблем. Если же бункер является изолятором, заряд не сможет стекать, и возникают сложности. Искровой разряд возникает в том случае, когда напряжение накопленного заряда достигает предельного порога. Токовая нагрузка — заряд, сгенерированный, например, в процессе загрузки сырья в приемный бункер. Ток заряда заряжает конденсатор (объект) и повышает его напряжение U. В то время как напряжение повышается, ток течет через сопротивление R. Баланс будет достигнут в момент, когда ток заряда станет равен току, циркулирующему по замкнутому контуру сопротивления. (Закон Ома: U = I х R).
«Устранение зарядов статического электричества достигается прежде всего заземлением корпусов оборудования. Заземление для отвода статического электричества можно объединять с защитным заземлением электрооборудования. Если заземление используется только для снятия статического электричества, то его электрическое сопротивление может быть существенно больше, чем для защитного сопротивления электрооборудования (до 100 Ом). Достаточно даже тонкого провода, чтобы электрические заряды постоянно стекали в землю».
Статическое электричество — это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ, материалов, изделий или на изолированных проводниках.
Возникновение зарядов статического электричества происходит при деформации, дроблении веществ, относительном перемещении двух находящихся в контакте тел, слоев жидких и сыпучих материалов, при интенсивном перемешивании, кристаллизации, а также вследствие индукции.
Наиболее чувствительны к электростатическим полям нервная, сердечно-сосудистая, нейрогуморальная и другие системы организма. Это вызывает необходимость гигиенического нормирования предельно допустимой интенсивности электростатического поля.
Электростатическое поле характеризуется напряженностью,
определяемой отношением силы, действующей в поле на точечный электрический заряд, к величине этого заряда. Единицей измерения напряженности является вольт на метр. Допустимый уровень напряженности электростатических полей — 60 кВ/м. в случае, если напряженность поля превышает это значение, должны применяться соответствующие средства защиты.
Настоящий дипломный проект представляет собой Проектирование устройства заземляющего штыря для загрузки оперативного бункера на предприятии. Проектирование защитного заземления проведено с условием безопасной эксплуатации оборудования в соответствии с ПУЭ. В данном дипломном проекте были рассмотрены, цех для приготовления минерально-витаминных смесей (премиксов) для комбикормов, здание производственной башни - восьмиэтажное, прямоугольное в плане, размеры 19,0х18,0м, высота - 48,0м до низа покрытия, схемы электроснабжения, расположения отдельных её элементов.
В теории возникновение статического заряда может быть выполнено простой электрической схемой: C - выполняет функцию конденсатора, который накапливает заряд, как батарея. Поверхность корпуса бункера или загружаемого сухого сырья в бункер. R - сопротивление, способное ослабить заряд материала/бункера (обычно при слабой циркуляции тока). Если бункер является проводником, заряд стекает на землю и не создает проблем. Если же бункер является изолятором, заряд не сможет стекать, и возникают сложности. Искровой разряд возникает в том случае, когда напряжение накопленного заряда достигает предельного порога. Токовая нагрузка — заряд, сгенерированный, например, в процессе загрузки сырья в приемный бункер. Ток заряда заряжает конденсатор (объект) и повышает его напряжение U. В то время как напряжение повышается, ток течет через сопротивление R. Баланс будет достигнут в момент, когда ток заряда станет равен току, циркулирующему по замкнутому контуру сопротивления. (Закон Ома: U = I х R).
«Устранение зарядов статического электричества достигается прежде всего заземлением корпусов оборудования. Заземление для отвода статического электричества можно объединять с защитным заземлением электрооборудования. Если заземление используется только для снятия статического электричества, то его электрическое сопротивление может быть существенно больше, чем для защитного сопротивления электрооборудования (до 100 Ом). Достаточно даже тонкого провода, чтобы электрические заряды постоянно стекали в землю».
Статическое электричество — это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ, материалов, изделий или на изолированных проводниках.
Возникновение зарядов статического электричества происходит при деформации, дроблении веществ, относительном перемещении двух находящихся в контакте тел, слоев жидких и сыпучих материалов, при интенсивном перемешивании, кристаллизации, а также вследствие индукции.
Наиболее чувствительны к электростатическим полям нервная, сердечно-сосудистая, нейрогуморальная и другие системы организма. Это вызывает необходимость гигиенического нормирования предельно допустимой интенсивности электростатического поля.
Электростатическое поле характеризуется напряженностью,
определяемой отношением силы, действующей в поле на точечный электрический заряд, к величине этого заряда. Единицей измерения напряженности является вольт на метр. Допустимый уровень напряженности электростатических полей — 60 кВ/м. в случае, если напряженность поля превышает это значение, должны применяться соответствующие средства защиты.
Настоящий дипломный проект представляет собой Проектирование устройства заземляющего штыря для загрузки оперативного бункера на предприятии. Проектирование защитного заземления проведено с условием безопасной эксплуатации оборудования в соответствии с ПУЭ. В данном дипломном проекте были рассмотрены, цех для приготовления минерально-витаминных смесей (премиксов) для комбикормов, здание производственной башни - восьмиэтажное, прямоугольное в плане, размеры 19,0х18,0м, высота - 48,0м до низа покрытия, схемы электроснабжения, расположения отдельных её элементов.
«Устранение зарядов статического электричества достигается прежде всего заземлением корпусов оборудования. Заземление для отвода статического электричества можно объединять с защитным заземлением электрооборудования. Если заземление используется только для снятия статического электричества, то его электрическое сопротивление может быть существенно больше, чем для защитно—го сопротивления электрооборудования (до 100 Ом). Достаточно даже тонкого провода, чтобы электрические заряды постоянно стекали в землю».
Исходя из информации рассматриваемой выше касаемый вопроса по снижению статического разряда с бункера было предложено несколько вариантов путей решения проблемы с образованием, накоплением статических зарядов как внутри так и снаружи оперативного бункера Б24 (114.20), такие как:
1) Разработка конструкции антистатического электрода - установка для отвода электростатических разрядов с объема существующего бункера предназначенного для хранения метионина, задачей которого является предотвращение возможного воспламенения смеси пыли с воздухом из-за конусного разряда, является метод предложенный в частности институтом Swiss Institute for the Promotion of Safety and Security основан на разделении внутреннего объема бункера на пространства, которые не способны скапливать энергию достаточную для развития конусного разряда и привести к воспламенению смеси пыли порошка метионина с воздухом при загрузке станцией мешком типа БигБег весом до 1000кг.
2) В помещении для загрузки метионина было предложено установить отвод электростатических зарядов с наружной поверхности пола с применением эквипотенциальной сетки с использованием комплектов: комплекта заземления Sikafloor® и Sikafloor Kupferleitband.
3) Изготовить бункер, диаметром, который не даст превысить нижний предел энергии воспламенения метионина внутри бункера в момент образования конусного разряда.
Решение по отводу статических напряжений с поверхности пола будет дополнительным заземляющим элементом в общем контуре и будет выполнять отвод статических напряжений (зарядов) со станции загрузки бигбегов, антистатических полимерных полов, верхней части оперативного бункера. Но данное решение не способно снизить высвобождающуеся энергию разряда Wr способная привести к воспламенению в условиях взрывоопасной среды внутри бункера.
Рассматриваемый бункер 6м3 №114.20 находится в башне приготовления премиксов и является составной частью производственной линии.
В настоящем дипломном проекте было представлено Проектирование устройства заземляющего штыря для загрузки оперативного бункера на предприятии. Проектирование защитного заземления проведено с условием безопасной эксплуатации оборудования в соответствии с ПУЭ. В данном дипломном проекте были рассмотрены, цех для приготовления минеральновитаминных смесей (премиксов) для комбикормов, здание производственной башни - восьмиэтажное, прямоугольное в плане, размеры 19,0х18,0м, высота - 48,0м до низа покрытия, схемы электроснабжения, расположения отдельных её элементов. В рассматриваемом объекте бункера относятся в основном к процессу гравитационного транспорта порошков, когда мелкие частицы материала сталкиваются и трутся друг о друга, а также со стенками транспортирующего трубопровода, что приводит к электризации частиц и вызывает накопление электростатического заряда. В результате накопленный разряд становится причиной:
- электростатических искровых разрядов внутри трубопровода,
- скользящих разрядов вдоль поверхности трубопровода,
- искрового пробоя между компонентами производственной линии,
- конусного разряда на поверхности порошкообразного материала, хранимого в бункерах,
- поражения электрическим током обслуживающего персонала.
Предметом проектных работ является разработка Рабочего Проекта антистатического электрода - установка для отвода электростатических разрядов, задачей которого является предотвращение возможного
воспламенения смеси пыли с воздухом в бункере №114.20 из-за конусного разряда предназначенным для хранения метионина в Цехе Приготовления Премиксов.
Для оценки энергии конусного разряда, происходящего в бункерах диаметром 0,5^3 м загруженных порошками с размером частиц в диапазоне 0,1^3 мм было применено эмпирическое выражение:
Wr = 5,22 х D3,36 х d1,46 [мДж], где:
D - диаметр бункера, конструкция которого выполненного из проводника [м]; d - медиана гранулометрического состава частиц, образующих конус из порошка в бункере [мм].
Из вышеуказанной формулы следует, что:
- конусные разряды, возникающие в порошке с крупными частицами, обладают значительно большей энергией, чем разряды, формируемые порошком с мелкими частицами,
- увеличение диаметра бункера приводит к быстрому росту энергии этих разрядов.
Результаты расчетов показали, что в рассматриваемом пространстве конструкции бункера №114.20 с внутренним диаметром Dw = 1,092 м может скапливаться энергия статического разряда, превышающая минимальную энергию воспламенения метионина уже от значения медианы размера частиц метионина d = 559 мкм, что является причиной существенной угрозы взрыва.
Исходя из расчетов было принято решение по установке заземленного электрода путем прикрепления его на верху бункера к стенке в просверленном отверствии, а в нижней части бункера будет опираться на 3-и трубчатых держателей на конусной стенке бункера. К вертикальным стенам бункера будет приварено 8 монтажных элементов, к которым прикручивается 8 трубчатых держателей.
Эффективность внедрения заземленного электрода сокращает в 10 раз энергию конусного разряда в бункере диаметром D’ наполненным метионином, для которого медиана гранулометрического состава частиц d = 0,800 мм
Решение по внедрению конструкции антистатического электрода в существующий бункер существенно снизит риск образования конусных разрядов внутри бункера и даст возможность безопасно проводить разгрузочные работы на уровне 8 (+42,000м).
Исходя из информации рассматриваемой выше касаемый вопроса по снижению статического разряда с бункера было предложено несколько вариантов путей решения проблемы с образованием, накоплением статических зарядов как внутри так и снаружи оперативного бункера Б24 (114.20), такие как:
1) Разработка конструкции антистатического электрода - установка для отвода электростатических разрядов с объема существующего бункера предназначенного для хранения метионина, задачей которого является предотвращение возможного воспламенения смеси пыли с воздухом из-за конусного разряда, является метод предложенный в частности институтом Swiss Institute for the Promotion of Safety and Security основан на разделении внутреннего объема бункера на пространства, которые не способны скапливать энергию достаточную для развития конусного разряда и привести к воспламенению смеси пыли порошка метионина с воздухом при загрузке станцией мешком типа БигБег весом до 1000кг.
2) В помещении для загрузки метионина было предложено установить отвод электростатических зарядов с наружной поверхности пола с применением эквипотенциальной сетки с использованием комплектов: комплекта заземления Sikafloor® и Sikafloor Kupferleitband.
3) Изготовить бункер, диаметром, который не даст превысить нижний предел энергии воспламенения метионина внутри бункера в момент образования конусного разряда.
Решение по отводу статических напряжений с поверхности пола будет дополнительным заземляющим элементом в общем контуре и будет выполнять отвод статических напряжений (зарядов) со станции загрузки бигбегов, антистатических полимерных полов, верхней части оперативного бункера. Но данное решение не способно снизить высвобождающуеся энергию разряда Wr способная привести к воспламенению в условиях взрывоопасной среды внутри бункера.
Рассматриваемый бункер 6м3 №114.20 находится в башне приготовления премиксов и является составной частью производственной линии.
В настоящем дипломном проекте было представлено Проектирование устройства заземляющего штыря для загрузки оперативного бункера на предприятии. Проектирование защитного заземления проведено с условием безопасной эксплуатации оборудования в соответствии с ПУЭ. В данном дипломном проекте были рассмотрены, цех для приготовления минеральновитаминных смесей (премиксов) для комбикормов, здание производственной башни - восьмиэтажное, прямоугольное в плане, размеры 19,0х18,0м, высота - 48,0м до низа покрытия, схемы электроснабжения, расположения отдельных её элементов. В рассматриваемом объекте бункера относятся в основном к процессу гравитационного транспорта порошков, когда мелкие частицы материала сталкиваются и трутся друг о друга, а также со стенками транспортирующего трубопровода, что приводит к электризации частиц и вызывает накопление электростатического заряда. В результате накопленный разряд становится причиной:
- электростатических искровых разрядов внутри трубопровода,
- скользящих разрядов вдоль поверхности трубопровода,
- искрового пробоя между компонентами производственной линии,
- конусного разряда на поверхности порошкообразного материала, хранимого в бункерах,
- поражения электрическим током обслуживающего персонала.
Предметом проектных работ является разработка Рабочего Проекта антистатического электрода - установка для отвода электростатических разрядов, задачей которого является предотвращение возможного
воспламенения смеси пыли с воздухом в бункере №114.20 из-за конусного разряда предназначенным для хранения метионина в Цехе Приготовления Премиксов.
Для оценки энергии конусного разряда, происходящего в бункерах диаметром 0,5^3 м загруженных порошками с размером частиц в диапазоне 0,1^3 мм было применено эмпирическое выражение:
Wr = 5,22 х D3,36 х d1,46 [мДж], где:
D - диаметр бункера, конструкция которого выполненного из проводника [м]; d - медиана гранулометрического состава частиц, образующих конус из порошка в бункере [мм].
Из вышеуказанной формулы следует, что:
- конусные разряды, возникающие в порошке с крупными частицами, обладают значительно большей энергией, чем разряды, формируемые порошком с мелкими частицами,
- увеличение диаметра бункера приводит к быстрому росту энергии этих разрядов.
Результаты расчетов показали, что в рассматриваемом пространстве конструкции бункера №114.20 с внутренним диаметром Dw = 1,092 м может скапливаться энергия статического разряда, превышающая минимальную энергию воспламенения метионина уже от значения медианы размера частиц метионина d = 559 мкм, что является причиной существенной угрозы взрыва.
Исходя из расчетов было принято решение по установке заземленного электрода путем прикрепления его на верху бункера к стенке в просверленном отверствии, а в нижней части бункера будет опираться на 3-и трубчатых держателей на конусной стенке бункера. К вертикальным стенам бункера будет приварено 8 монтажных элементов, к которым прикручивается 8 трубчатых держателей.
Эффективность внедрения заземленного электрода сокращает в 10 раз энергию конусного разряда в бункере диаметром D’ наполненным метионином, для которого медиана гранулометрического состава частиц d = 0,800 мм
Решение по внедрению конструкции антистатического электрода в существующий бункер существенно снизит риск образования конусных разрядов внутри бункера и даст возможность безопасно проводить разгрузочные работы на уровне 8 (+42,000м).