一言不合就“来电”,粉体生产中如何防范静电危害?

发布时间 | 2024-06-21 14:36 分类 | 粉体加工技术 点击量 | 201
导读:静电主要是由于物体之间的摩擦、接触和分离、电磁感应等因素,导致电荷的不平衡分而产生,尤其是对于一些绝缘体,由于其电子移动能力非常有限,与其他物体摩擦时,从其他材料转移到绝缘体上的电...

静电主要是由于物体之间的摩擦、接触和分离、电磁感应等因素,导致电荷的不平衡分而产生,尤其是对于一些绝缘体,由于其电子移动能力非常有限,与其他物体摩擦时,从其他材料转移到绝缘体上的电子不容易从一个原子或分子移动到另一个原子或分子,使得电荷无法快速平衡,而在物体表面大量积累,极易形成静电。


而在粉体工业中,很多情况下不可避免地需要生产、采用绝缘粉体原材料或使用固体绝缘材料作为生产设备的构件,当粉体颗粒与管道或粉体颗粒间摩擦、冲击产生静电时,轻则会导致颗粒的团聚,颗粒结在壁面上会造成管道堵塞或是造成原料性质的改变,影响使用性能,重则使累积的电荷产生足够大的电压而将空气击穿发生火花,继而引燃粉尘导致粉尘爆炸事故的发生。因此,在粉体生产过程中,为保障产品质量和生产安全,需要有针对性地提出防静电的举措。

一、减少静电的产生

1、应用抗静电剂

为了防止绝缘粉体带电,通常的做法是使用抗静电剂赋予其导电性,以释放静电。其作用机理一般有两种:

一种是添加炭黑等导电填料形成导电回路,这类导电填料本身的体积电阻率较低,将其直接混入绝缘粉体中,能够在复合材料中形成有效的导电网络。当这些网络贯穿整个材料时,它们可以作为电荷流动的路径,使积累的静电荷得以释放。不过为了保证导电网络有效形成,其添加量需为原料的20~30%,容易对材料性质造成较大影响。


而另一种则是利用低分子表面活性剂对粉体进行改性。利用表面活性剂的亲油基吸附于材料表面,而亲水基都向着空气一侧排列,通过吸收环境水分或利用氢键与空气中的水分相结合 , 形成一个单分子导电层 , 降低其表面电阻率,使产生的静电荷迅速泄漏而达到抗静电目的。通常,表面活性剂在少量时就有效,但它们的缺点是它们的导电能力取决于空气湿度,而且效果不可持续,其有效性会随着时间的推移而减弱。

抗静电剂原理(来源:宏达丹特)

2、通过静电序列选用材料

材料接触分离时,材料固有特性的不同极大地决定了其产生静电电荷的多少和带电极性。按照物质得失电子的难易,即可将材料按带电量多少由正到负排序,得到静电序列。在静电序列中,相隔较远的物质接触摩擦产生的静电电荷量较多,且列在前面的物质与后面的物质相互摩擦时,前者带正电,后者带负电。因此为了减少静电荷产生的概率,对于会产生接触起电的物质,应选择在静电序列中位置相近的几种物质。

两种典型的静电序列

例如:管道气力输送粉尘时,可以选用两种材质的管道共同组成气力输送管道,粉尘在输送过程中,与两种材质的管道接触分离之后产生相异电荷,两种电荷中和之后使粉体在整体上呈现较低电位,降低了静电积累量。而如果选择单一管道材质,则管道材质要与输送粉尘静电起电序列相近。

3、控制粉尘在管道中的流速

粉尘在管道内气力输送时,静电电荷量随着空气速度的增加而增加,空气速度越大,粉尘与管道之间以及粉尘粒子之间的摩擦越充分,产生并积累的静电荷量就越大,反之则越来越小。所以需要结合粉尘体积电阻率、粒径等因素控制空气流速,并采用合理的管道直径、长度、材质等,减少静电的产生和积累。此外,为避免静电引发粉尘燃烧爆炸,可将空气改为氮气输送,避免了粉尘与氧气直接接触,彻底消除粉尘因为静电积累、放电导致的燃烧爆炸事故, 从根源杜绝静电危害。

输送管道(来源;晋瑄智能

4、增加空气湿度

当空气相对湿度在 65%~70%以上时,空气中的水分颗粒会吸引并中和带电粒子,而充当导电介质,使粉尘体积电阻率大大降低,有效减少静电在物体表面的积聚。而对湿度小于 40%~50%时,粉尘体积电阻率不会降低很多,静电电荷容易产生并积累。

二、静电消散

尽管可以可以通过上述措施减少静电的发生,但只要有颗粒和壁面碰撞都会不可避免地,因此必要时,尤其对于点火能较小的粉体物料,还应采取措施尽可能加速静电消散。       

1、静电接地

静电接地是消除静电灾害最简单、最常用的办法。通过静电接地,可以为导体上的静电电荷提供向大地泄放的一条通道,从而避免静电电荷的积累,一般来说,接地线与大地之间的阻值越小,说明接地系统的效果越好,静电荷能够更快地被导入大地。但需要注意的是,带有静电的绝缘体如果经过导体直接接地,相当于把大地电位引向绝缘体,反而会增加火花放电的危险,故防静电接地的方法一般仅适用于导体材质,如用于绝缘体,则需通过阻值为1×106Ωm或稍大一些的电阻接地。

2、静电消除器

静电消除器通常由高压电源产生器和放电极(一般做成离子针)组成,通过尖端高压电源放电把空气电离为带大量正负离子的气团,可以将经过它的离子辐射区的物体上所带的电荷中和掉。当物体表面所带为负电荷时,它会吸引辐射区内的正电荷,物体表面所带为正电荷时,它会吸引辐射区内的负电荷,使物体表面上的静电被中和,达到消除静电的目的。

静电消除器原理


参考来源:

1、王世浩. 典型粉体颗粒静电起电特性研究[D].中国石油大学(华东).

2、高鑫,李亮亮,陶彬,等.气力输送化工粉体静电带电影响因素试验研究[J].安全、健康和环境.


粉体圈Corange整理

作者:Corange

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