Чувствительность ВВ к разрядам статического электричества - Использование взрывчатых веществ

Многие производственные процессы, особенно с применением диэлектрических материалов, сопровождаются образованием и накоплением электростатических зарядов. Статическая электризация чаще всего наблюдается при трении или скольжении поверхностей диэлектриков друг относительно друга или по поверхности металлов, при механическом разрушении диэлектриков, отрыве поверхностей одна от другой, распылении твердых и жидких аэрозолей, движении частиц в газовом потоке и пр. [29, 30, 31].

Пневматическое транспортирование промышленных ВВ и заряжание ими взрывных полостей сопровождаются электризацией. Уровень электризации в основном определяется состоянием контактирующих поверхностей и зависит от многочисленных факторов, в том числе от состава, дисперсности и влажности ВВ, скорости пневмотранспортирования, материала и электрического сопротивления трубопровода, влажности воздуха и т. п. Возникающие электростатические разряды при этом могут стать источниками воспламенения пылевоздушных смесей (ПВС), особенно при пневмозаряжании, когда образование пылевоздушных смесей возможно и вне трубопроводов. Наибольшей чувствительностью к искровым разрядам отличаются пылевоздушные смеси ВВ, они же отличаются и высокой электризуемостью, особенно пыли диэлектриков. Поэтому критерий чувствительности ВВ к электрической искре является основополагающим критерием с точки зрения электростатической безопасности, по которому можно оценить степень опасности воспламенения и разработать соответствующие меры.

Определение минимальной энергии зажигания пылевоздушных смесей проводится в основном по методу подачи заданной энергии искрового разряда в известный объем концентрации порошка. Один из вариантов установки определения чувствительности к искровому разряду представлен на рисунке 4.8.

Установка состоит из камеры 1, в которой распыляется и поджигается пылевоздушная смесь; киловольтметра 2; блока зарядки рабочего конденсатора 3; блока управления 4, с помощью которого автоматически синхронизируется работа распылителя 5 и искрообразующего устройства; счетного механизма 6, предназначенного для регистрации числа искровых разрядов. Дозатор (распылитель) 5 предназначен для создания и поддержания заданной концентрации ПВС исследуемого вещества до образования в ней искрового разряда. Искровой разряд образуется в момент выхода заслонки 7 из межэлектродного пространства под действием электромагнита 8. Искровой разряд формируется в межэлектродном промежутке (высоковольтный электрод 9 - заземленный электрод 10) с конденсатораС через индуктивность L от блока заданного напряжения 3.

Минимальная энергия воспламенения WМин (Дж) рассчитывается из уравнения

, (4.14)

Где С - емкость разрядной цепи, Ф;

U 1 и U 2 - напряжение на разрядной емкости соответственно до и после пробоя искрового промежутка, В.

Минимальная энергия зажигания пылевоздушных смесей может быть также рассчитана аналитически по формуле, полученной на основе обработки экспериментальных данных:

, (4.15)

Где U (м/с)- скорость распространения пламени, определяемая как

, (4.16)

Где SУд - удельная поверхность дисперсной фазы, мм2 /г;

К - параметр, определяемый теплофизическими свойствами горючей ПВС.

Зависимость (4.16) качественно подтверждается экспериментально.

Поскольку чувствительность ВВ к искровому разряду зависит от их физического состояния и может колебаться в широких пределах при изменении влажности, плотности, дисперсности порошков, то ее принято определять для наиболее опасной аэровзвеси. Значения минимальных энергий воспламенения аэровзвесей некоторых взрывчатых веществ в зависимости от дисперсности приведены в таблице 4.8 [32].

Таблица 4.8 - Значения минимальных энергий воспламенения аэровзвесей ВВ в зависимости от дисперсности

Вещество

Дисперсность, мкм

Минимальная энергия воспламенения, мДж

Гексоген

150

3

Тротил

100-300

2,8-3

Алюминиевая пудра

50-100

9,6-60

Аммонит 6ЖВ

125

1500

Гранулит АС-8

200-300

1600

Игданит

200-300

1900

Аммиачная селитра

100-300

2000

Из компонентов промышленных ВВ наибольшей чувствительностью характеризуется гексоген, тротил и алюминиевая пудра.

Для поиска минимальных пределов воспламенения от электростатических разрядов при разбавлении ПВС инертными газами или при разрежении среды используют установку, позволяющую проводить исследование зависимости чувствительности к искре в замкнутом пространстве (рисунок 4.9).

В этой установке, в отличие от установки, представленной на рисунке 4.8, где концентрация пылевоздушной смеси (ПВС) создается при свободном падении частиц, заданная концентрация достигается за счет взвешивания.

принципиальная схема установки определения чувствительности к электрическому разряду в зависимости от различных факторов

Рисунок 4.9 - Принципиальная схема установки определения чувствительности к электрическому разряду в зависимости от различных факторов

ПВС создается в известном объеме (4 см3 ) в диэлектрической сборке 1, которая установлена на якоре электромагнита 2, управляемого источником питания G 2 . Электростатическая энергия от конденсатора СК поступает в межэлектродное пространство с помощью вакуумного выключателя ВВ-20 от высоковольтного источника G 1 через ограничительное сопротивление R . Полное смешивание газовой смеси с частицами достигается при помощи вентилятора 3 через крышку сборки из мелкоячеистого капронового сита. Сборка 1, электромагнит 2 и вентилятор 3 размещены в герметичной стальной испытательной камере 4, из которой воздух откачивается вакуумным насосом 5.

Результаты испытаний на данной установке порошкообразного циркония, используемого как один из компонентов для инициирующих составов, приведены на рисунках 4.10 и 4.11.

Нижним пределом содержания кислорода в среде азота является 10 % при оптимальной для воспламенения концентрации порошка в смеси 50 кг/м3 , при других концентрациях порошка такая смесь не воспламеняется (см. рисунок 4.10). При снижении остаточного давления в камере от значения атмосферного до 400 мм. рт. ст. (при содержании кислорода 21 %) минимальная энергия зажигания циркония увеличивается на несколько порядков, что снижает чувствительность циркония при использовании. Результаты испытаний порошкообразного циркония на данной установке позволили разработать рекомендации по безопасной технологии переработки порошка в производстве (см. рисунок 4.11).

чувствительность к искре пвс циркония в зависимости от концентрации к (кг/м3 ) и остаточного давления р (мм. рт. ст.)

Рисунок 4.10 - Чувствительность к искре ПВС циркония в зависимости от концентрации К (кг/м3 ) и остаточного давления Р (мм. рт. ст.)

возможность воспламенения циркония в зависимости от содержания кислорода в среде азота и массовой концентрации порошка в смеси газов

Рисунок 4.11 - Возможность воспламенения циркония в зависимости от содержания кислорода в среде азота и массовой концентрации порошка в смеси газов

Для пастообразных взрывчатых веществ, например, гексопласта, или литых твердых образцов сборка для испытаний представляет несколько иную конструкцию, изображенную на рисунке 4.12. Устройство позволяет определить чувствительность к сканирующему разряду за счет вращения подложки 1 с образцом 2 относительно подвижного высоковольтного электрода 3. Кроме того, за счет смещения осевого центра заземленного электрода 4 относительно центра вращающейся подложки, одновременно можно выявить оптимальную величину разрядного промежутка L (мм) при воспламенении образцов.

1 - подложка; 2 - ВВ; 3 - высоковольтный электрод; 4 - заземленный электрод; 5 - генератор высоковольтного напряжения; 6 - блоксинхронизации

Рисунок 4.12 - Устройство определения чувствительности к сканирующему разряду

Для оценки электризуемости ВВ наиболее важными характеристиками являются их удельное объемное (rV , ОмЧм) и поверхностное (rS , Ом) электрические сопротивления, которые определяются в соответствии с ГОСТ 6433.2-81 по схеме измерения (рисунок 4.13). В качестве измерительного прибора используется тераомметр типа ЕК6-7.

Удельные сопротивления веществ определяются по следующим формулам:

, , (4.17)

Где RV и RS - соответственно измеренное объемное и поверхностное сопротивление материала, Ом;

D 0 - диаметр измерительного электрода, м;

H - толщина исследуемого образца, м;

D - зазор между измерительным и охранным электродами, м.

    1 - охранный электрод; 2 - исследуемый материал; 3, 4 - измерительные электроды

Рисунок 4.13 - Схема измерения удельных электрических сопротивлений ВВ

Установлено, что материалы и продукты способны электризоваться в том случае, если удельное объемное сопротивление их превышает 106 ОмЧм. При оценке сравнительной электризации различных ВВ обычно используют установки [7], основанные на принципе образования электростатических зарядов при ударе частиц пылегазовоздушной струи о наклонную преграду, выполненную из различных конструкционных материалов.

Электризуемость выражают потенциалом (В) или удельным зарядом вещества (Кл/кг), находящегося в металлической емкости, после ссыпания в него контактируемых частиц порошка. Электрические характеристики и сравнительная способность к электризации некоторых ВВ приведены в таблице 4.9 [7].

Таблица 4.9 - Электростатические характеристики некоторых ВВ

Вещество

Влажность,

J, %

Электрические

Характеристики

Электризуемость при ударе о пластину, В

RV , ОмЧм

RS , Ом

Латунь

Алюминий

Гексоген

0,01

1015

1016

5000-7000

-

Тротил

0,01

2Ч1013

1011

4000

-

Аммонит 6ЖВ

0,04

5,7Ч1010

7,5Ч1010

650

1000

0,03

9,6Ч105

2,1Ч107

900

1500

Аммонал

0,16

1,2Ч106

108

900

1100

0,47

1,5Ч105

2Ч107

500

800

Аммонит скальный №1

0,05

1,7Ч107

1,5Ч107

2000

1900

Гранулит АС-8

0,33

3,5Ч108

2,7Ч108

50

50

0,77

2,8Ч107

1,6Ч107

0

0

Гранулит М

0,08

2,1Ч107

1,5Ч107

90

-

0,50

1,1Ч105

1,3Ч106

0

-

Наиболее высокую электризуемость имеют гексоген и тротил. Существенно меньше электризуется аммиачная селитра, особенно в гранулированном виде. Диэлектрические свойства и соответственно электризуемость промышленных ВВ, основным компонентом которых является гигроскопичная аммиачная селитра, как правило, снижаются при повышении их влажности и увеличении размеров частиц. На электризуемость ВВ влияют следующие факторы: относительная влажность воздуха, концентрация ВВ и скорость его перемещения в пневмопотоке, профиль пневмотранспортной линии (число поворотов и крутизна) и материал ее внутренней поверхности.

Интенсивность электризации в пневмотранспортных магистралях пропорциональна скорости потока в степени 1,8 и определяется как [29]:

J = жpDL mu1,8 ,

Где J - ток электризации, мкА;

Ж - коэффициент электризации, мкКлЧс0,8 /м3,8 ;

M - массовая концентрация транспортируемого материала в потоке, кг/кг;

U - средняя по сечению скорость транспортируемого воздуха, м/с;

D и L - диаметр проходного сечения и длина трубы, м.

Большие электростатические заряды могут образовываться в потоке ВВ, поступающего из пневмопровода в приемный бункер или зарядную полость, а также в облаке пыли, выходящем с отработанным воздухом из устья шпура или скважины. Поэтому при оценке электростатической безопасности процессов транспортирования ВВ необходимо иметь данные по параметрам электризации, полученные на производственных установках или приближенных к ним.

Похожие статьи




Чувствительность ВВ к разрядам статического электричества - Использование взрывчатых веществ

Предыдущая | Следующая