粉体静电

粉体静电中国石油天然气股份有限公司安全技术研究所第一节国内外粉尘爆炸的事故背景1人们接触最早的粉尘爆炸1878年意大利（TURIN）面包房的爆炸。粮食粉尘典型爆炸事例：美国路易斯安娜州某粮库爆炸，死亡36人，一次摧毁48个粮仓。2各国粉尘爆炸的统计（1）美国：1900～1956年，发生1083次粉尘爆炸（不含煤尘），死亡640人，损失1亿美元；1977年，发生21次粉尘爆炸，死亡65人，损失5亿美元。（2）英国：1958～1967年，发生247次粉尘爆炸，死亡333人；（3）日本：1952～1979年，发生209次粉尘爆炸，死亡86人，伤460人；3静电引起的粉尘爆炸事故统计例（1）日本：1972～2001年，由静电引起的粉体爆炸事故共735例，其中72～81年335例，82～91年258例，92～01年142例。（2）中国：1985～2004年，据互联网公布，由静电引起的粉体爆炸事故共70例，其中料仓事故54例，包装事故10例，其它6例。4各国规定的“防静电规程”（1）英国：BS5958-1991“防静电通用规程”（2）日本：“静电安全指南”（1988）（3）美国：NFPA77“静电作业规范”第二节石化企业的粉体静电与事故一、概述改革开放二十多年来，我国石油化工企业聚烯烃粉体生产规模迅速扩大，1982年全国年生产量不足100万吨，1989年则突破200万吨大关，1996年年产量达到320万吨，近几年来年产量仍然以20%增长。与此同时，由粉体而引起的爆炸和燃烧事故也迅速增多。根据国内外粉体爆炸事故统计，由静电而引起的事故占据第二位。从我国石油化工行业近几年来68起聚烯烃粉体料仓燃爆事故和辽化HDPE装置大爆炸事故统计资料可知，燃爆事故的点火源是粉体静电放电所造成的。聚烯烃粉体绝缘程度高，生产过程中可能的起电量可达0.1～100μC/kg，静电泄漏缓慢，生产过程中的粉体往往会积聚很高的电荷。这种静电的积聚会给粉体带来两类危害。1、第一类是带电粉体粒子之间，粒子与管壁、容器之间的静电力作用，给生产带来各种障碍与危害。这类粉体静电危害事故常见的表现形式有；气体输送管道的堵塞，特别容易出现在管道弯头或气体、粉体的分离区域；带电介质粒子对筛网孔的粘附，从而改变筛子的有效孔径，容易造成网孔堵塞；细微粒子会在管道壁和仓壁上停留，造成粘附层现象；影响粉体介质的有效混合，降低产品质量。例一，聚苯乙烯粒料相互吸附现象。某石化分公司聚苯乙烯装置的聚苯乙烯粒料，筛分后出现细粒料与中大粒料粘结，影响产品质量。通过模拟试验和现场实际情况察看，可以断定聚苯乙烯粒料粘结的原因是由于静电吸附而引起的。通过聚苯乙烯物化特性可知，聚苯乙烯属高绝缘粉体。它的起电特性与其它的聚烯烃粉体起电特性基本相同。公司聚苯乙烯粒料干燥过程是在直径约600mm、长约40m金属管内进行的，风量为17000m3/h—22000m3/h，其输送速度约为16.7m/s—21.62m/s。此种工艺条件决定了聚苯乙烯粒料在管内与管壁或料粒的相互接触摩擦、碰撞，使其带电。决定聚苯乙烯粒料起电因素有以下几点：（1）聚苯乙烯体电阻率高（1017~1019Ω.cm）。一般情况下粉体起电与材料的电阻率大体成正比关系，当电阻率＜108Ω.cm，一般不起电；当108Ω.cm＜ρ＜1012Ω.cm，起电较小；当ρ＞1012Ω.cm，起电较高。（2）与粉体粒径尺寸有关。一般情况下粒径越小，起电就越高。通过试验装置进行的模拟试验可明显观测到，聚苯乙烯中大粒料的起电量小于细粒料的起电量。（3）与风速有关。粉体起电与粉体风送速度关系较大，速度越高，起电越高。而公司的聚苯乙烯输送速度为16.7m/s—21.62m/s，属高速度输送，所以起电高。（4）与质量转移率有关。粉体起电与质量转移率（或负荷）成反比关系，风送粉体质量流量越高，起电荷质比越小。而公司的聚苯乙烯物料输送量为1.3kg/s（4.68t/h），属于疏相输送，所以起电量高。上述各种因素决定了聚苯乙烯粒料在输送过程中起电，并且起电量很高。例二，LLDPE装置流化床爆聚现象。0102030405060708090第一季度第二季度第三季度第四季度东部西部北部LLDPE装置流化床反应器内粉体在气相悬浮状态下进行反应，这样流化床反应器内粉料必然产生静电，这样粉末会被吸附到反应器内壁上，内壁上的粉末与催化剂反应后，就形成了结片。当结片增达到一定程度时就脱落到反应器内和反应器下部的分布板上，此时脱落的结片由于反应会迅速增大，使分布板形成堆积状态，且分布扳会造成堵塞状态。由此会造成反应器爆聚事故。反映器内的静电检测系统检测的反应器内电压值超过2kV时，就容易形成结片。特别是膨胀段部分。0102030405060708090第一季度第二季度第三季度第四季度东部西部北部2、第二类是电荷积累能够产生很强的静电场，从而导致各种类型的静电放电发生，或引起火灾和爆炸事故，或引起人体电击。..\料仓爆炸图片.ppt这类事故主要有粉体料仓燃爆事故，粉体装置爆炸事故，下料口闪爆事故，各种聚烯烃包装时人体电击现象等。●某石化公司1PE装置料仓事故（1）1982年、1987年：集尘系统发生爆炸；（2）1988～1993年：抽气料仓发生5次爆炸；（3）1994年：称量计上储槽发生3次爆炸；（4）1994年：包装上储槽2次发生爆炸；（5）1996年：外品储槽2次闪爆；（6）1997—1998年：不合格品料仓发生2次爆炸；（7）2000年：不合格仓闪爆；（8）2004年5月31日上储槽闪爆；（9）2004年12月21日抽气料仓闪爆。●某石化公司2PE装置料仓事故（1）1992年“9.18”：操作工误关了正在进料中的V503A仓的净化风机（B508A），约2小时后发现错误，但料仓已冒烟，通17分钟氮气后又开B508A风机，火更大，上部烧穿；（2）1994年“9.15”：开车前未将V503E仓风机改遥测，当V503E仓进料时反吹净化风未开，4小时后发现错误，但仓内已燃爆；（3）1997年“11.13”：三通阀DV561失灵，当由A仓切向F仓时，大部分物料漏向C仓，但C仓风机未启动，1.5小时后发现问题，但C仓已燃爆、着火。●某石化公司PP装置料仓燃爆事故（1）1989年“9.2”：KV505C/B仓掺合中发生爆炸着火；（2）1991年“7.23”、“7.26”、“7.30”、“8.17”、“8.20”、“8.21”、“8.24”、“12.29”：A/B、C/B、D/B、C/A、B/B、A/A仓爆炸着火；（3）1993年“7.22”：料仓掺合中发生爆炸；（4）1994年“1.27”、“2.3”：A/B、C/B仓爆炸着火。●某石化公司HDPE粉料仓事故（1）1989年“2.12”：当日，出料控制阀关不死，操作工在紧急处理物料时B仓发生爆炸并使A、C、E、F、G仓防爆板破坏，过滤袋烧毁；（2）1990年“2.2”：当日空分停车，N2不足，在停车处理物料时H仓爆炸，并使C、D、F、G仓防爆板破坏；（3）1991年“11.16”：当日反应不正常，A2线料进D仓3～5t没关阀，E仓准备进A1线料时D仓爆炸，防爆板和过滤器破坏、烧毁；（4）1997年“4.16”：当日发现控制阀内漏，在处理出料仓物料时，因下料阀门卡住，在向E仓送料时发生爆炸。●某石化公司HDPE粉料仓事故（1）1999年“5.24”：由于料仓倒不开，事故前在G仓48t位置连续进行了75h的边进边出作业，当日13:00料仓爆炸着火，并使C仓也受损，损坏率分别为60%、30%；（2）2002年“5.5”：C仓在5月2日至5日连续3天进行不放空进料操作（约80t料位处）。例二、下料口的静电危害小本体法聚丙烯下料口静电闪爆事故；聚乙烯下料口、聚酯下料口的静电电击现象。●1988年11月21日某石化公司小本体聚丙烯装置下料口静电闪爆事故。●1998年3月17日某石化公司小本体聚丙烯装置下料口静电闪爆事故。●2005年3月26日某石化公司小本体聚丙烯装置下料口静电闪爆事故。聚烯烃装置静电事故类型聚烯烃装置静电事故.ppt第三节工业粉体静电起电特点粉体在生产、储运和运输过程中，要经过搅拌、筛分、气力输送等不同的工艺流程。这样粉体颗粒与容器壁、管道内壁以及筛网等器具之间的接触分离、碰撞、摩擦、剥离等现象而产生静电。大量的试验和实际生产中的数据统计分析表明，粉体起电有着特有的规律和特点。1、粉体起电与其电阻率有关。ρ＜108Ω.m时，可不考虑粉体静电。108＜ρ＜1012Ω.m时，起电小，要求接地。ρ＞1012Ω.m时，易起电，要求专门的防护措施。2、粉体起电与其粒径有关。粉体起电（q）与粉体比表面成线性关系，粒径越小，起电荷质比越高。-2-4-6-8-10-12-140.20.40.60.81.01.21.41.61.8q(μC/kg)d(mm)质量流速:0.1kg/s载荷量:8.5kg/m3粒子流速:60m/s湿度:22%RH3、粉体起电与湿度有关。湿度对粉体起电影响比较明显。对粗颗粒，粉体起电总的趋势是随湿度的增加而减少。而对细粒料，湿度的影响比较复杂：干燥条件和湿条件都可以产生较高的起电，只是极性相反而已。-10-20-30-40-50-6020406080100q(μC/kg)%RH质量流速:0.1kg/s载荷量:8.5kg/m3粒子流速:60m/s10204风速:16m3/min质量流量:22kg/min粒子中值尺寸:0.6～0.8mm013I(μA)%RH2-8-7-6-5-4-3-2-13040506070804、管道表面状态。管道表面沉积的细粉末，对粉体起电有一定影响。随着沉积层厚度的增加，起电逐渐下降，沉积层进一步增加，起电极性则可能出现反转现象。例如：PS粒子在2.1cm直径铝管中输送，在新管线中起电为正极性，随流速的增加成指数率增加；当管线中有部分粉尘附着时，起电明显减小，而如果管线附着物进一步增加，例如全部附着时，粉体起电极性反转，而数量绝对值与新管线起电量级相当。-40284610-24×1046×1048×1041052×105ⅠⅩⅣⅨⅦj(10-5安/米2)ReⅩ：纯净表面Ⅰ、Ⅳ：有部分敷层，铝管Φ0.0275米聚笨乙烯颗粒Ⅶ、Ⅸ：有全部敷层5、冲撞速度粉体起电随冲撞速度的增加，起电呈指数增加。6、送料量。通常，粉体起电荷质比随送料量增加而减少。我们试验的结果：辽化HDPE细粉料367.2kg/h————-110μC/kg800kg/h————-26μC/kg-20-40-60-80246810q(μC/kg)曲线1:8.5kg/m3粒径:1.35mmV(m/s)12曲线2:20kg/m3湿度:22%RH7、与作业方式有关。不同的作业方式，起电差异较大。作业名称带电量C/kg筛分10-11～10-9倾倒、搅拌10-9～10-7螺旋进料器10-8～10-6磨碎10-7～10-6精细粉碎10-7～10-4风力输送10-6～10-48、粉体起电饱和值一般粉体的荷质比在10-7～10-4C/kg范围内。但要注意的是粉体表面所能积累的电荷密度是有限的，在正常情况下不会超过27μC/m2。这是因为若粒子带电表面电荷密度超过此值，其表面的电场强度也相应增高到可以使周围的空气发生击穿，从而导致放电的异号电荷中和粉体粒子上的带电。我们进行的饱和长度试验：（1）三段管（26.1m）测试数据表4风量（m3/h）150280200240300电流（μA）2.002.703.254.505.20（2）五段管(60.5m)测试数据表5风量（m3/h）150280200240300电流（μA）1.952.903.374.305.70结论：从上述数据可看出：同样工艺操作条件下五段管与三段管粉体带电能很好地吻合。即粉体流动电流在数值上是非常接近的，所以可以认为本试验装置输送管线在工艺条件下超过流动电流饱和长度。另外，从两表的数据还可看出，随输送风量的增大，粉体带电也随之增加。9、风送粉体大料仓中聚烯烃粉体的起电情况，通过大量的实测数据统计与对比分析，得出