Введение В процессах производства и отгрузки гранулированной серы, способной накапливать заряды статического электричества и склонной к возгоранию с выделением диоксида серы, использование методов по снижению интенсивности электризации частиц серы является чрезвычайно актуальной задачей. Соударение гранул серы и вибрация, сопровождающие технологические операции в процессе производства гранулированной серы, являются причиной образования серной мелочи и пыли, а трение частиц серы друг о друга приводит к накоплению статических электрических зарядов. Опасность статического электричества заключается в том, что сопровождающие его искровые разряды могут стать причиной пожара или взрыва. Удельное электрическое сопротивление серы составляет 3,93 ∙ 1013 Ом ∙ м, что позволяет относить её к диэлектрикам - веществам с низкой электропроводимостью и повышенной способностью накапливать электрические заряды [1-3]. Способность статического электричества провоцировать возгорание объясняется тем, что образующийся искровой разряд может обладать энергией, равной или большей минимальной энергии зажигания пылевоздушной смеси, состоящей из мелкодисперсной серы при условии Wp ≥ Wmin, где Wp - энергия разряда, Дж; Wmin - минимальная энергия зажигания, Дж (для серы Wmin = 15 мДж). Энергия искры рассчитывается по формуле , где q - электрический заряд, накопленный на диэлектрике; Dj - разность потенциалов двух точек, возникающая при перемещении заряда, В [4, 5]. Пожароопасные свойства серы характеризуются показателями пожарной опасности (ГОСТ 12.1.044), основными из которых являются температура вспышки (207 °С) и температура самовоспламенения серы (232 °С). Сера дисперсностью менее 74 мкм в виде аэрогеля имеет температуру самовоспламенения 220 °С, в форме аэровзвеси - 190 °С. Нижний концентрационный предел распространения пламени составляет 35 г/м3, максимальное давление при взрыве - 500 кПа. Ранее имели место многочисленные случаи возникновения пожаров при перевозке серы в полувагонах на ряде железных дорог России, в частности на Приволжской, Южно-Уральской, Куйбышевской, Московской. Например, в 2002 г. возгорание серы составило 0,2 % от её общей массы, транспортируемой железнодорожным транспортом. Возгорание серы опасно тем, что оно может вызвать отравление диоксидом серы персонала железных дорог, населения прилегающих территорий, вызвать возгорание других вагонов, в том числе и с опасными грузами. Диоксид серы (сернистый газ - SO2) - бесцветный ядовитый газ с характерным запахом, тяжелее воздуха. При воздействии на человека раздражает дыхательные пути, в больших концентрациях травмирует легкие. Летальная концентрация при экспозиции 10 минут составляет 8 г/м3. Каждая тонна сернистого газа, образующаяся при горении серы, способна создать летальную концентрацию в объеме 125 000 м3 окружающего воздуха. Предельно допустимая концентрация диоксида серы составляет 0,001 г/м3. Для тушения горящей серы привлекаются значительные людские и материальные ресурсы (пожарные поезда железных дорог, мобильные подразделения территориальных противопожарных служб). Таким образом, в процессах, связанных с производством, хранением, отгрузкой и транспортировкой серы, разработка мероприятий по предотвращению пыления и возникновения статических зарядов, а также по устранению уже образовавшихся зарядов статического электричества являются чрезвычайно актуальной задачей. Определение и исследование зон возникновения интенсивной электризации В ходе исследования нами выявлены основные проблемные зоны, на которых происходит образование статического электричества при погрузке гранулированной серы, полученной по методу сухой грануляции на Астраханском газоперерабатывающем заводе. На рисунке приведена упрощенная схема погрузки гранулированной серы. Общая схема хранения и отгрузки готовой продукции установки грануляции серы У-250/1 «Enersul»: I, III, VII - перегрузочные башни; II - загрузочные конвейеры; IV- штабелеукладочные агрегаты; V - участки складирования; VI - штабелеразгрузочные агрегаты; VIII - отгрузочные конвейеры; IX - разгрузочный бункер; X - конвейер подачи продукции в вагоны Поток сформованной серы, выходящий из грануляторов, направляется на перегрузочные башни I, III. Из перегрузочной башни сера поступает на загрузочные конвейеры II, которые, в свою очередь, подают продукт к штабелеукладчикам IV. Через штабелеукладочные агрегаты сера направляется на участки складирования V, где хранится до тех пор, пока не начнется её отгрузка штабелеразгрузчиками VI. Со штабелеразгрузочных агрегатов продукт доставляют на отгрузочные конвейеры VIII, которые загружают серу в комбинированный разгрузочный бункер IX. Далее происходит процесс загрузки серы в железнодорожный и автомобильный транспорт. Для оценки наэлектризованности гранулированной серы была измерена напряжённость электростатических полей, создаваемых вокруг заряженных частиц. Измерения проводились вдоль линии транспортировки серы на различных этапах погрузочно-разгрузочных работ. Средством измерения послужил измеритель напряженности электростатического поля СТ-01. Процедура измерения проводилась согласно руководству по эксплуатации прибора. Показания прибора, полученные на различных точках установки, а также относительная влажность воздуха и температура окружающей среды были зафиксированы и занесены в протокол (табл.). Результаты измерений напряженности на участке погрузки гранулированной серы Точка замера (номер позиции на рисунке) Температура окружающего воздуха, ° С Относительная влажность воздуха, % Напряжённость, кВ/м 1 5,5 50 1 2 1,2 6 0,6 2 3 38 0,8 3 0,6 4 1,2 5 0,2 6 0,6 7 80 8 120 9 5 35 0,6 10 0,6 11 5,5 12 1,1 13 0,6 14 20 По результатам исследований выделены следующие зоны возникновения интенсивной электризации гранулированной серы. 1. На пересыпных башнях. Возникновение здесь статического электричества объясняется тем, что поток сформованной серы интенсивно пересыпается в процессе его перегрузки на передаточный, штабелеукладочный и штабелеразгрузочный конвейеры. Результат данной операции - образование на поверхности гранул статических зарядов, проявляющихся в виде искровых разрядов. 2. На участках складирования. Штабелеукладочные и штабелеразгрузочные агрегаты, принимая с конвейера загрузки материала, направляют поток серы на участки складирования. Погрузка гранул на участки складирования осуществляется высыпанием продукта со штабелеукладчика на склады, в результате чего происходит перемешивание и трение частиц серы друг о друга. Следствием данного процесса является образование статического электричества на гранулах во время сползания серы с вершины образовавшейся насыпи к её подножию. При приближении серы к металлическим заземленным телам возникают небольшие искровые разряды, хорошо просматривающиеся в ночное время. 3. На разгрузочном бункере. Со штабелеукладочных конвейеров продукт подается в отгрузочный конвейер, который загружает его в комбинированный разгрузочный бункер. Предназначенная для отгрузки сера поступает в наивысшую точку бункера и сбрасывается вниз к лоткам для загрузки в автотранспорт и рукав - для загрузки в железнодорожные вагоны. Расстояние от места подачи серы в бункер до точки отгрузки составляет около 10 м. Гранулированная сера при нахождении в бункере подвергается интенсивному перемешиванию, трению и вибрациям. На указанном участке производства отмечались случаи возникновения небольших очагов возгорания серной пыли, являющиеся следствием искровых разрядов с поверхности частиц на металлоконструкции. Результаты измерений позволили определить значения напряженности электростатических полей в обозначенных точках (1-14) (рис.) и рассчитать энергию искры. Способы борьбы с электризацией гранулированной серы В настоящее время задача по предотвращению проявлений статического электричества на производстве решается несколькими способами: - увлажнением серы технической водой на перегрузочных башнях. Данную процедуру осуществляют путём орошения водой серы, транспортируемой на конвейерных лентах; - периодическими замывами перегрузочного бункера; - подачей раствора пылеподавителя в зону погрузки бункера. В качестве пылеподавителя используется реагент на основе метилового эфира дипропиленгликоля, этоксилированного спирта, алкиларилсульфоната калия и воды в массовом соотношении 1/1,5/3/8- 1/1,5/4/27, при этом содержание реагента в растворе пылеподавителя не превышает 1 % масс. Нанесение раствора на гранулы серы осуществляется распылением во вспененном виде непосредственно перед загрузкой продукции в транспорт. Вышеупомянутые способы борьбы с пылеобразованием и электризацией серы имеют существенные недостатки, например увлажнение серы технической водой и раствором пылеподавителя невозможно осуществлять в зимний период вследствие замерзания водных растворов. Кроме того, использование системы пылеподавления в пределах загрузочного бункера непосредственно перед загрузкой гранулированной серы в транспорт не предотвращает электризацию гранул на остальной территории площадки отгрузки - в пределах конвейеров и пересыпных точек. Для решения проблемы, связанной со смерзанием раствора пылеподавителя, целесообразно провести его замену на реагент, в состав которого могут входить аналоги используемых реагентов со свойствами, обеспечивающими устойчивость разработанной композиции к отрицательным значениям температуры [6-9]. Кроме подбора эффективного реагента для обработки гранулированной серы, нами предлагаются и другие варианты решения проблемы, например установка заземляющего приспособления, представляющего собой металлический отвод, закрепленный на металлоконструкциях транспортировочного оборудования. Такой заземлитель будет иметь постоянный контакт с потоком продукции, обеспечивая тем самым стекание накопленного заряда в землю. Сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 100 Ом, следовательно, отвод должен быть выполнен из материала с заданными пределами значений сопротивления. Достоинством такого способа борьбы со статическим электричеством является то, что его реализация не повлияет на физико-химические характеристики гранулированной серы. Интерес представляет и использование нейтрализаторов, которые по принципу действия делятся на индукционные, высоковольтные, лучевые и аэродинамические. Нейтрализация зарядов статического электричества должна осуществляться путем ионизации воздуха и направленного движения ионов к поверхности гранулированной серы. Заключение Исследования, проведенные нами на Астраханском газоперерабатывающем заводе, позволили нам выделить следующие зоны возникновения интенсивной электризации гранулированной серы, полученной по методу сухой грануляции: на пересыпных башнях, на участках складирования, на разгрузочном бункере. Результаты измерений позволили определить значения напряженности электростатических полей в определенных точках и рассчитать энергию искры. Отмечается, что наиболее эффективным способом решения задачи по предотвращению проявлений статического электричества на производстве будет комплексный подход, включающий в себя разработку эффективной композиции пылеподавителя круглогодичного применения, использование заземлителей, учитывающих конструкционные особенности оборудования, и нейтрализаторов. Такой подход позволит повысить безопасность процессов производства, хранения и отгрузки гранулированной серы на протяжении всего года, включая зимний период, когда использование воды и водных растворов для предотвращения пыления не представляется возможным.