EA003411B1 - Устройство для устранения электростатического заряда при загрузке, транспортировке и разгрузке горючих и взрывчатых материалов - Google Patents

Abstract

Устройство для устранения электростатического заряда при загрузке, транспортировке и разгрузке горючих и взрывчатых материалов, состоящее из двух электрических цепей, одна из которых соединена с объектом (12), энергетический заряд которого требует уравнивания, а другая - с заземленной пластиной (78). Первая электрическая цепь состоит из зажима (33), кабеля (44), диода D1, конденсаторов С1 и С2, а также газоразрядной неоновой лампы Т1. Вторая электрическая цепь состоит из заземленной пластины (78), кабеля (55), резисторов R3 и R1, конденсаторов С3 и С4, а также диода D2. Цепь для обмена энергетическими уровнями наведенного электростатического заряда состоит из конденсаторов С2 и С3, а также резистора R2. Работа устройства основана на выравнивании энергии двух систем в точках с разными накопленными уровнями электростатического заряда, в конкретном случае цистерны с нефтью и части грунта, на котором располагается цистерна.

Description

Область техники, к которой относится данное изобретение

Настоящее изобретение относится к устройствам для устранения электростатического заряда и, в соответствии с Международной патентной классификацией (МПК), может быть отнесено к классам В 65 Ό 90/46 и Н 05 Р.

Техническая проблема

Во время перемещения (загрузки/разгрузки) и транспортировки нефти и нефтепродуктов, горючих газов и жидкостей, взрывчатых материалов (взравчатки) или твердых горючих материалов, осуществляемых на загрузочных терминалах для транспортных средств, верфях с наливными терминалами для танкеров, на двигающихся тягачах или трейлерах, а также других подобных средствах, легковых автомобилях и подобных транспортных средствах возникает проблема устранения электростатического заряда, который образуется при осуществлении вышеперечисленных технологических операций.

До тех пор, пока такая проблема не решена, существует скрытая опасность возникновения пожара, взрыва, нарушения хода технологического процесса, а также воздействия накопленного заряда на био и электростатические поля (что приводит к нарушению психофизических условий работающих специалистов).

С помощью предлагаемого достаточно простого технического решения, описанного в данной заявке, которое является простым и надежным при установке, работе и хранении, можно избежать вышеприведенных скрытых опасностей, вызываемых статическим электричеством.

Уровень техники

Известными из уровня техники решениями для устранения заряда статического электричества в ходе упомянутых технологических операций, указанных в названии данного изобретения, являются:

- прямое заземление выбранного объекта;

- заземление с однополюсным распределительным валом рассматриваемого объекта (емкости);

- заземление с помощью детектора заземления рассматриваемого объекта (емкости);

- антистатическая лента (токопроводящая лента - для электрического соединения рассматриваемого объекта с Землей) на тягачах и трейлерах.

В целом, все существующие технические решения могут быть сведены к принципу заземления. Технические решения, использующие принцип заземления, описаны в обзоре современного уровня техники, включающем нижеприведенную патентную и непатентную литературу.

Патентная литература:

И8 4,345,297; ϋδ 4,319,303; ϋδ 3,893,004; И8 3,895,260; ϋδ 3,896,340; 8И 1535780 А1; ϋδ

3,893,003; СН 653 643 А5; Р-1302/75 (заявитель: Техасо Эсус1ортсп1 СотротаНои, США).

Непатентная литература:

(а) Устранение электростатических проблем в нефтеобрабатывающей промышленности, 1оитиа1 о£ Е1ес1то81аБс8, Уо1. 27 (1992) Ьу Н.Ь. ^а1тз1еу.

(б) XV. М. Ви81ш & XV. С. Оикек Электростатика в нефтеобрабатывающей промышленности, δоиίййатрΐоη, 1983.

(в) 1о8еГ М. Сго\\'1еу Основы прикладной электростатики, Ыете Уогк, 1986.

(г) Τδ. М1118 & КС. О1й11ат Оценка и предотвращение электростатических проблем при операциях с нефтеналивными танкерами, Ыете Уогк, 1983.

(д) Научно-технический проект Исследование феномена статического электричества в условиях эксплуатации, обработки, транспортировки, слива и хранения нефти и нефтепродуктов на примере нефтеперегонки, Энергоинвест, δΙΖ пайке В1Н, факультет электроники, Босанский Брод, Сараево, 1987.

(е) Научно-технический проект УКЕЬОδδΝΟ-δΡΚΙ, Белград и факультета электроники, Сараево, Сараево-Белград, 1981.

Все эти решения имеют много недостатков, которые могут быть сведены к тому, что они не полностью устраняют электростатический заряд и, таким образом, создают опасность нарушения рабочего и технологического процесса, а также каждодневную опасность жизни в ходе описываемых технологических процессов.

Результатом этих недостатков является скрытая опасность, вызываемая статическим электричеством, и проявляющаяся в возгораниях и взрывах, которая также приводит к нарушению технологических процессов и воздействию накопленного заряда на био и электростатические поля работающих специалистов.

Существующие технические решения устранения и разряда статического электричества сводятся к одному решению, а именно, к заземлению различными способами. Таким образом, было сделано заключение о том, что вполне достаточно и необходимо заземлить вышеупомянутые емкости, используемые в технологических процессах во время перемещения (загрузки/разгрузки) и транспортировки нефти и нефтепродуктов, горючих газов и жидкостей, взрывчатых материалов (взравчатки) или твердых горючих материалов, и таким образом разрядить и устранить электростатический заряд.

Появление электростатического заряда является естественным процессом, т.е. стохастическим процессом как результатом технологического прогресса, так и повседневной жизни и, поэтому, необходимы обсуждение и выработка концепции решения существующей проблемы в результате ее анализа и изучения. Статическое электричество, по существу, является результа том взаимодействия двух слоев (проще говоря, результатом трения).

Каждый технологический процесс или действие характеризуются определенными параметрами и возможными результатами. Упомянутый технологический процесс или результат указанных технологических операций (как указано в названии изобретения) характеризуются наличием концентраций взрывчатых компонентов. Эти компоненты могут воспламеняться от искры с минимальной энергией загорания. Если заземление рассматриваемых емкостей обеспечено, то оно осуществит мгновенное выравнивание энергии посредством разряда между точками накопленной электростатической энергии, которые распределены по всему корпусу рассматриваемой емкости (в конкретном случае это топливное транспортное средство) и Землей (система заземления как точка отсчета). Земля как конфигурация или тело обладает наибольшим энергетическим уровнем по отношению ко всем другим телам (емкостям), размещенным и работающим на Земле.

Это приводит к неожиданному разряду накопленной энергии (посредством разрядного импульса или искры) между упомянутыми точками накопленной электростатической энергии заряда определенного знака, так что можно считать, что рассматриваемый объект изолирован и выравнен по отношению к другой системе. Если на рассматриваемом объекте (при проведении обсуждаемого технологического процесса - операции) проводятся рассматриваемые технологические операции, и если рассматриваемый объект трактуется как изолированная электростатическая система, то можно попробовать принудительно соединить её с некоторой другой заданной электростатической системой (в конкретном случае это топливное транспортное средство, непосредственно подсоединенное к заземленной пластине заземления посредством ленты) и это вызовет принудительное выравнивание накопленной электростатической энергии между упомянутыми точками.

В результате, рассматриваемый процесс технологической операции является потенциально опасным, проявляемым в возгорании взрывоопасной смеси (в рассматриваемом случае нефть и нефтепродукты соединяются с воздухом, образуя концентрации взрывоопасной смеси), что приводит к пожару и взрыву.

Возникает вопрос, что произойдет, если рассматриваемая емкость (нефтеналивная цистерна) остается постоянно заземленной, и к чему это может привести.

Рассматриваемая электростатическая система будет характеризоваться наличием точек накопленной электростатической энергии, и представлять собой уже не изолированную и выровненную систему, но она будет вызывать необходимость электростатического выравнивания между точками накопленной электроста тической энергии, расположенными внутри и на поверхности рассматриваемой емкости. Это будет ускорять создание условий для разряда накопленной энергии (импульсного или искрового разряда), обладающего, по существу, минимальной энергией поджига, необходимой для возгорания взрывчатой смеси. В действительности, таким образом, создается скрытая потенциальная угроза, вызываемая статическим электричеством во время проведения технологических операций и приводящая к пожарам и взрывам.

Таким образом, заземление представляет собой частный случай устранения статического электричества, но не может служить в качестве основной меры устранения статического электричества, особенно при проведении технологических процессов или операций, которые здесь рассматриваются, а именно во время перемещения (загрузки/разгрузки) и транспортировки нефти и нефтепродуктов, горючих газов и жидкостей, взрывчатых материалов (взрывчатки) или твердых горючих материалов, так как они могут вызвать пожар и взрыв. Здесь нет необходимости обсуждать разряд статического электричества в Землю.

Целью настоящего изобретения является создание устройства для устранения электростатического заряда без внешнего источника питания, которое создает энергетический баланс между упомянутыми точками накопленной электростатической энергии (на нефтеналивной цистерне и Землей, где расположена заземленная пластина) так, чтобы не производить разряд накопленной энергии посредством импульса или искры (как уже говорилось выше, импульсного или искрового разряда с энергией, достаточной для поджига концентрации взрывчатой смеси).

Описание существа изобретения

Устройство для устранения электростатического заряда, согласно данному изобретению, содержит кожух, в который заключен энергетический модуль, луженую пластину для закрепления корпуса, подставку, на которой размещены с одной стороны кожух со схемой, а с другой стороны три опоры, которые размещаются в земле, два кабеля, один из которых служит для соединения устройства с рассматриваемой емкостью (нефтеналивная цистерна), а другой служит для соединения данного устройства с заземленной пластиной, зажимы типа крокодил, которые служат для соединения кабелей с рассматриваемой емкостью (объектом), цепь для соединения указанного устройства с заземленной пластиной и вилку для намотки кабеля с зажимами (намотка кабеля может быть также осуществлена посредством автоматического сматывателя). Устройство может быть также установлено без подставки, если это вызывается обстоятельствами технологического или операционного характера.

Принцип работы настоящего устройства заключается в уравнивании энергии между упомянутыми точками, накопленного электростатического заряда рассматриваемой емкости (например, нефтеналивная цистерна) и заземлении с Землей, без использования во время его работы внешнего источника питания, и, таким образом, оно относится к группе устройств пассивного типа. Питание этого устройства обеспечивается имеющимися источниками накопленной электростатической энергии в точках двух рассматриваемых электростатических систем. Устройство отличается простотой в управлении, работе и хранении.

Устройство для устранения электростатического разряда показано на нижеприведенных чертежах.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - общий схематический вид устройства; фиг. 2 - электрическая схема контура;

фиг. 3 - способ крепления устройства к топливному транспортному средству.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 схематически показано устройство, содержащее следующие элементы: кожух (11), имеющий форму, соответствующую условиям работы для каждого отдельного назначения, в котором на специальной крепежной панели, закрепленной болтами внутри кожуха, размещен контур (22), луженую пластину (99), закрепленную болтами на колонне (77), которая удерживает луженую пластину и кожух, первый кабель (44), который заканчивается зажимом (33) типа крокодил, второй кабель (55), подсоединяющий данное устройство в колодке (66), которая закреплена болтами на колонне (77) вместе с заземленной пластиной (78).

К колонне (77) приварена вилка (121), которая служит для намотки и хранения первого кабеля (44) после окончания процесса устранения электростатического заряда. На конце колонны (77) приварены три опоры (100), которые служат для фиксации колонны (77) в бетонной подставке (88).

На фиг. 2 показана подробная электрическая схема контура (22), который герметически установлен в корпусе (23), специально выполненным для установки и использования в возможных взрывоопасных зонах. Корпус (23) специально выполнен, обработан и заполнен особой массой и затем помещен на специальной плате, закрепленной болтами внутри кожуха (11). Кожух (11) выполнен с возможностью склеивания его с платой корпуса (23). Контур имеет две внешние точки соединения, первая 1 из которых с помощью зажимов (33) типа крокодил и первого кабеля (44) соединяется с объектом (12), электростатическая энергия которого должна быть уравнена, а вторая точка 8 соединяется с указанным кожухом (11) и посредством второго кабеля (55) с заземленной пластиной (78). Точка 9 является точкой соедине ния кожуха (11) со второй внешней точкой 8 соединения.

Заземленная пластина (78) принимается за точку отсчета и не всегда должна изображаться, как показано на фиг. 2 (заземление), а другой точкой отсчета может быть выбрана другая точка накопления электростатической энергии.

Указанный контур содержит в первой цепи между указанными первой 1 и второй 8 внешними точками соединения ряд элементов, включающий первый диод Ό1, первый резистор К2, второй диод Ό2, соединенные в первой точке 7 совместного соединения с параллельно включенными вторым резистором К.3 и первым конденсатором С4. Указанный контур также содержит ряд элементов, включающий второй С2 и третий С3 конденсаторы, образующих вторую точку 3 совместного соединения. Кроме того, контур включает параллельное соединение четвертого конденсатора С1 и газоразрядной неоновой лампы Т1, соединенных между первой внешней точкой 1 и второй точкой 3 совместного соединения. Контур также включает третий резистор К1, соединенный между указанными первой 7 и второй 3 точками совместного соединения.

Элементы, расположенные между точками 4, 6 и 3, т.е. конденсаторы С2, С3 и резистор К2, являются элементами цепи обмена между энергетическими уровнями выработанной электростатической энергии.

На фиг. 3 показан способ соединения устройства (11) с нефтеналивной цистерной (12). Здесь следует отметить, что способ соединения является одинаковым для всех типов емкостей. Кроме того, вместо изолированных зажимов типа крокодил возможно использование изолированных зажимов другого типа.

Устройство для устранения электростатического заряда используется при перемещении (загрузке/разгрузке) и транспортировке нефти и нефтепродуктов, горючих газов, топлив и подобных материалов (как это определено в названии изобретения), а его работа основана на уравнивании энергетических потенциалов между точками накопленной электростатической энергии, определяемых постоянными времени электрического поля (омического и емкостного сопротивления) с тем, чтобы не происходил разряд (разрядный импульс или искра) электростатического заряда.

Существуют две отдельные системы электростатической энергии (которые характеризуются точками накопленной электростатической энергии), чьи энергетические уровни должны быть уравнены, причем одна является поверхностью Земли, куда помещена заземленная пластина заземления (78), а другая является непосредственно нефтеналивной цистерной, электростатическая энергия которой должна быть уравнена с первой системой (так как она всегда

Ί неизменно обладает более высоким энергетическим потенциалом).

В качестве точки отсчета для уравнивания энергии между точками накопленной электростатической энергии этих двух систем выбрана точка заземленной пластины (78).

Путем управления уравниванием энергетических уровней указанных двух систем устраняется возможность импульсного разряда не только на поверхности, но и внутри рассматриваемой емкости (в конкретном случае нефтеналивной цистерны), что является существенным и необходимым для достижения этого.

В этом случае, заправленная нефтеналивная цистерна (или другая рассматриваемая емкость) является первой энергетической цепью для энергетического выравнивания электростатических зарядов, составляющие элементы которой обозначены соответственно (33), (44), С1, Т1, С2, Ό1, а заземленная пластина является другой энергетической цепью для электрического выравнивания, составляющие элементы которой, обозначены соответственно (78), (55), К.3, С4, Ό2, К1, С3. Цепь с элементами С2, С3 и К.2, соединенными между точками 3, 4 и 6, является цепью для обмена между энергетическими уровнями накопленной электростатической энергии первой и второй цепей (двух энергетических систем и вышеописанных систем).

Путем определения постоянных времени для омического и емкостного сопротивления электростатического разряда выбираются номиналы конденсаторов С1, С2, С3 и С4, резисторов К1, К2, К3 и диодов Ό1 и Ό2, а также газоразрядной неоновой лампы Т1 (которая служит для определения критического напряжения пробоя или энергии светового разряда в рассматриваемом случае).

Обмен энергетическими уровнями между точками накопленной электростатической энергии двух вышеупомянутых систем происходит посредством светового разряда, определяемого постоянной времени и не представляет опасности для рассматриваемых технологических операций (указанных в названии изобретения). Продолжительность обмена электростатической энергией между двумя энергетическими уровнями двух вышеописанных систем до их выравнивания определяется постоянными времени для омического и емкостного сопротивления, расчитанного и определенного вышеописанным способом.

Схема контура, который выполняет функцию устранения электростатического заряда способом обмена энергией между энергетическими уровнями (способ уравнивания) между точками накопленной электростатической энергии двух вышеупомянутых неизолированных систем, состоит из элементов, показанных на фиг. 2. Выбор данных элементов происходит в зависимости от вида выбранного материала, характеризуемого омическим, поверхностным и емкостным сопротивлением.

Число циклов обмена энергией между энергетическими уровнями рассматриваемых точек накопленной электростатической энергии также зависит от типа рассматриваемого опасного вещества.

Каждое опасное вещество характеризуется омическим, поверхностным и емкостным сопротивлением и на этой основе можно определить временные координаты (время затухания, вызванного контактом двойного слоя) и, зная значение постоянной времени, можно рассчитать и выбрать электрические компоненты, которые обеспечат работу контура.

Можно также осуществить выбор электрических компонентов контура, вид, длину и конфигурацию удлинителя с разъемом и запасом кабеля (44) и (55) на транспортной нефтеналивной цистерне (12) и заземленной пластины (78), работающих на принципе энергетического обмена между точками накопленной электростатической энергии.

Так как возникновение статического электричества есть результат контакта двойного слоя, т.е. естественного процесса, было обнаружено, что знак плюс + или минус - , предшествующий заряду в точке накопленной электростатической энергии (нефтеналивная цистерна (12)) может быть изменен в единицу времени (это также относится и к заземленной пластине (78)).

Таким образом, для описания работы контура (22), а также устройства в целом, согласно данному изобретению, необходимо рассмотреть все возможные сочетания знаков, предшествующих заряду в точке накопленной электростатической энергии. В конкретном случае была определена возможная комбинация: на нефтеналивной цистерне (12) знаки зарядов были следующими: + - + -, а потенциал на заземленной пластине (78) относительно предыдущих знаков был следующим: - + + -.

В данном описании рассмотрим случай, когда знак, предшествующий заряду в точках накопленной электростатической энергии на нефтеналивной цистерне (12) является +, и знак на заземленной пластине также является +. Уравнивающий ток течет от нефтеналивной цистерны (12) через зажим (33), кабель (44), точку 5, диод Ό1, точку 4, конденсатор С2, точку 3, резистор К1, точку 7, конденсатор С4, кабель (55), ведущий к заземленной пластине (78), и с течением времени будет равен нулю. В течение этого процесса протекания тока уравнивания будет происходить заряд конденсаторов С1, С2 и С4.

С другой стороны, т.к. знак заряда на рассматриваемых точках накопленной электростатической энергии заземленной пластины заземления (78) имеет знак +, электрический ток уравнивания потечет через резистор К3, точку 7, диод Ό2, точку 6, конденсатор С3, точку 1, кабель (44) и зажим (33) типа крокодил к цистерне (12), и также с течением времени 1 будет равен нулю.

Кроме того, во время протекания электрического тока уравнивания будет происходить заряд конденсаторов С3 и С1. Все это происходит за сравнительно короткий промежуток времени без разряда накопленного заряда.

Электростатическая энергия возмещается конденсаторами и, поэтому, конденсатор С1 передает свою электростатическую энергию газоразрядной неоновой лампе Т1, а конденсаторы С2 и С3 взаимно передают электростатическую энергию один другому через резистор К2 (путем правильного подбора номиналов С2 и С3 как функции числа циклов обмена энергией среди энергетических уровней рассматриваемой накопленной электростатической энергии, которая в свою очередь зависит от типа рассматриваемого опасного материала). Рабочая область контура (22), а также всего устройства находится в диапазоне емкостного сопротивления.

Все другие описанные случаи со знаками заряда рассматриваемых точек накопленной электростатической энергии рассматриваются таким же образом и могут быть исследованы в импульсном или каком-либо другом режиме.

Любой анализ сводится к тому, что решение позволяет избежать и предотвратить разряд (разрядный импульс или искра), что и является целью настоящего устройства. Эта цель достигается данным устройством, обладающим преимуществом, заключающимся в том, что оно приводится в действие без внешнего источника питания, что очень важно для его применения в зонах повышенной пожаро- и взрывоопасности.

Техническое решение описанного устройства, согласно настоящему изобретению, основано на совершенно новом подходе к устранению электростатического заряда (как описано в данной заявке). В отличие от решений, известных из уровня техники, данное устройство не направляет ток разряда в Землю, а только осуществляет выравнивание энергетических уровней между точками накопленной электростатической энергии в двух системах. Предлагаемое устройство представляет собой новое техническое решение в области устройств такого типа и обеспечивает полную безопасность и надежность выполнения вышеописанных технологических операций в условиях опасностей, вызываемых статическим электричеством. Данное устройство испытано и изучено в реальных ус ловиях работы, и контролировалось при транспортировке, загрузке/разгрузке 816 потенциально опасных материалов. Для каждого из вышеупомянутых материалов необходимо провести соответствующий подбор номиналов электрических компонентов в энергетическом модуле, в зависимости от электрических свойств применяемого материала (омическое, поверхностное и емкостное сопротивление).

Claims (2)

1. Устройство для устранения электростатического заряда при загрузке, транспортировке и разгрузке горючих и взрывчатых материалов путем выравнивания энергии в точках с разными накопленными уровнями электростатического заряда, содержащее герметично размещенный в кожухе (11) контур (22), имеющий первую точку (1), соединенную посредством кабеля (44) и зажима (33) с объектом (12), и вторую точку (8), соединенную с кожухом (11) и посредством второго кабеля (55) с заземленной пластиной (78), при этом цепь указанного контура (22) между первой (1) и второй (8) точками содержит последовательно соединенные первый диод (Ό1), первый резистор (К.2), второй диод (Ό2) и второй резистор (К3), параллельно которому включен первый конденсатор (С4), указанная цепь также содержит последовательно соединенные второй (С2) и третий (С3) конденсаторы, включенные параллельно первому резистору (К2), общая точка (3) соединения которых через третий резистор (К 1) соединена с точкой (7) соединения второго диода (02) и второго резистора (К3), а через параллельно включенные четвертый конденсатор (С1) и газоразрядную неоновую лампу (Т1) соединена с первой точкой (1) контура (22).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кожух (11) установлен на луженой пластине (99), которая закреплена с помощью болтового соединения на колонне (77), на конце которой приварены три опоры (100), которые совместно с концевой частью колонны (77) помещены в бетонную подставку (88), причем на одной стороне указанной колонны (77) приварена вилка (121), служащая для размещения первого кабеля (44), а на другой стороне указанной колонны посредством болтов закреплена колодка (66), служащая для соединения второго кабеля (55) с заземленной пластиной (78).