2010年38卷第5期廣州化工●243●聚烯烴粉體顆粒靜電原理及消除技術(shù)的應(yīng)用廖劍鋒(廣州石化儀控中心，廣東廣州510070)摘要:對聚烯烴裝 置中的粉體顆粒在風(fēng)送過程中產(chǎn)生靜電的種類、機制、原理進行分析,并根據(jù)相關(guān)實驗和統(tǒng)計數(shù)據(jù)闡述主要的靜電消除技術(shù),特別討論非平衡式離子風(fēng)靜電消除技術(shù)的優(yōu)越性及其應(yīng)用。關(guān)鍵詞:粉體顆粒;風(fēng)送;靜電;非平衡式;靜電消除技術(shù)Principle of Generation of Static in Polyolefin Powder/Pellet andApplication of Destaticizing TechnologyLIAO Jian -. feng .( Meter Control Center, GPC, Guangdong Guangzhou 510070, China)Abstract: The principle of generation of static in polyolefin powder and pellet was analyzed，while the application ofdestaticizing technology was introduced，, especially the superiority of the non - balanced ion - wind destaticizing technologywas discussed according to its operational principle and the data from related experimentation.Key words: powder and pellet; pneumatic conveying; non - balanced; static; destaticizing technology在石化企業(yè)聚合類裝置中，普遍配置風(fēng)送聚合物粉體顆?；颉捌扑?形式的“破壞起電”,粘壁料脫落的剝離起電等綜合起進人料倉的設(shè)備,聚烯烴等高聚物粉體或顆粒經(jīng)風(fēng)送進入料倉電現(xiàn)象。的過程中會產(chǎn)生大量靜電,往往會誘發(fā)料倉粉塵爆炸。這里,我普通摩擦形式的“接觸-分離”起電,應(yīng)用最多的是用不同們簡要分析- - 下聚烯烴粉體顆粒在風(fēng)送過程中靜電的產(chǎn)生原理物質(zhì)的位函數(shù) (中)來預(yù)測不同物質(zhì)接觸分離起電的大小和極和靜電消除技術(shù)的應(yīng)用。性。金屬與高分子固體接觸起電的面電荷密度公式為:6=eD,(φ - φ,) ,式中φ是金屬的位函數(shù),中。是高分子固體的位兩數(shù)，1聚烯 烴粉體顆粒靜電的基本分析D.是表面態(tài)密度1-2。對風(fēng)送粉體起電而言,因存在以下的特歐洲、日本等工業(yè)規(guī)模的實驗研究已證實，在粉體顆粒料倉點而增加了粉體起電的復(fù)雜性和不可預(yù)知性。內(nèi)可能存在著多種形式的放電,包括料堆表面與倉壁之間的線(1)靜電起電是一-種 表面作用的統(tǒng)計現(xiàn)象,粉體因其表面活狀或面狀放電(又稱錐形放電)、料堆表面與上方金屬突出物的性的增加而使表面作用更加敏感。以濕度影響為例,瑞士CIBA火花放電倉壁粘附料的剝離放電和傳播型刷型放電、金屬突出研究中心所做的實驗結(jié)果說明濕度變化可以使粉體起電發(fā)生幾倍,幾十倍的變化,包括極性的變化。物與粉塵云或散射料的雷狀放電等”。聚烯烴粉塵最小著火能通常在15 ~35MJ,倉內(nèi)頻繁出現(xiàn)的(2)工業(yè)風(fēng)送粉體作業(yè)的風(fēng)速大(通常在25 ~ 50m/s) ,管壁錐形放電-般不足以引燃聚烯烴粉塵。但如果反應(yīng)或脫揮單元打磨后風(fēng)送粉體的起電主要以跳躍式的沖撞起電為主,粉體起工作不正常,物料含揮量意外增多,或者料倉通風(fēng)不足(包括操電決定于單個粉體隨機沖撞起電的集合效果(2 ,這與現(xiàn)場設(shè)備作失誤)等,料倉中逸出的可燃氣體增多,與粉塵混合的最小著條件和風(fēng)送條件有關(guān),不同設(shè)備條件和風(fēng)送參數(shù),其起電量級可火能就會逐漸降低,當混合物最小著火能小于錐形放電能量時，能存在較大差異。就可能出現(xiàn)引燃和爆炸事故。以聚乙烯為例,當乙烯氣體濃度(3)管道內(nèi)壁附著層的厚度也會影響粉體起電現(xiàn)象。當金≥0.5wt%時(約19%LEL),混合物最小著火能≤10MJ,料倉中屬管線沒有粉體附著層時,粉體起電為正極性,隨著粉體附著層的錐形放電已存在引燃幾率,如果此時料倉中還存在其它放電的增加，起電逐漸減小,當粉體附著層增加較多時,出現(xiàn)反極性現(xiàn)象則引燃幾率更高。起電。該現(xiàn)象顯然與管線中接觸界面的物性變化有關(guān):由“金屬一固體粉體”接觸模型變?yōu)椤胺垠w附著層一固體粉體” 接觸模2聚烯烴風(fēng)送粉體顆粒靜電的起電原理及特 型1中國煤化工點分析(4)MHC N M H G起電,包括破碎起電、拉絲起電等,都屬簡市電過程。做環(huán)起電雖然在宏觀上是- -對平衡風(fēng)送粉體靜電起電的機制比料倉靜態(tài)粉體靜電更加復(fù)雜，電荷,但在多相流遷移中因“差速"現(xiàn)象而增加了粉體起電的不不但包括“沖撞'形式的“接觸-分離”起電,還可能存在“拉絲”均均性和連續(xù)性(2]。作者簡介:廖創(chuàng)鋒(19729-) ,男,工程師,畢業(yè)于成郴科技大學(xué)自動控制專業(yè),現(xiàn)任儀控中心三車間生產(chǎn)運行主管,從事化工儀表及控制系統(tǒng)的運行維護玉根登造mileferleon@ sina. com●244.廣州化工2010年38卷第5期電器時, PP顆粒帶電為- 8μC/kg,開啟AC式消電器后物料帶電3粉體顆粒靜電消除技術(shù)降到-0.7μC/kg;當采用DC型消除器時物料出現(xiàn)逆帶電,約為為了消除風(fēng)送粉體的靜電,國內(nèi)外推薦的消電器曾經(jīng)歷了0.6uC/kg,都達不到預(yù)期要求。直流高壓消電器、交流高壓消電器、脈沖式交流消電器、雙極性3.3 非平衡式雙極性離子風(fēng)靜電消除技術(shù)直流消電器等技術(shù)。它們的優(yōu)缺點和適宜場所,參見表1。顯而3.3.1 實驗及結(jié)論易見,上述幾代技術(shù)均不能滿足粉體場所的消電要求。對于粉體靜電及其消除技術(shù),通過之前的分析可以得出如下結(jié)論: .表1幾種傳統(tǒng)消 電技術(shù)對比影響粉體風(fēng)送起電的因素比較多,包括物料與牌號,管壁的種類特點適合場所粗糙度與附著層厚度、風(fēng)送速度與氣固比、以及空氣的濕度等，直流式消電能力強,但對適合起電穩(wěn)定場所因此不同裝置,不同設(shè)備的起電現(xiàn)象有時難以預(yù)測它們的大小預(yù)置控制要求高與極性,應(yīng)以現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)為依據(jù)實施消電,也就是說，應(yīng)實現(xiàn)交流式制作簡便,但消電效率低適合消電效率要求不高場所閉環(huán)控制。自動調(diào)節(jié)功能,對消電適合物料運動速度ICC脈沖式環(huán)境要求苛刻及消電效率要求不高場所表2不同控制電壓 下粉體消電數(shù)據(jù)(單位:μuC/kg)適合起電極性和控制電壓/V0+8土+10 +8.-10 +9.-10 .雙極性式有一定自補償功能幅值變化不大場所無消電器3.1 傳統(tǒng)AC式離子風(fēng)消電器電荷對稱式消電器0.18 0.152 0. 186非平衡式消電器0. 0040.05所有的研究都表明,風(fēng)送粉體的靜電不但是物料負荷和速度的函數(shù),還受管壁附著層的厚度和氣體濕度等不確定因素的另一組實驗可以表明控制電壓對稱性對消電效果的影響,影響。粉體靜電起電隨各種因素的變化有可能出現(xiàn)較大差異，表2是日本產(chǎn)業(yè)安全研究所在模擬實驗裝置上使用不同控制電包括幅值變化和極性變化?，F(xiàn)場調(diào)查表明,顆粒粉體靜電起電壓的靜電消除技術(shù)得到的實驗數(shù)據(jù):不開消電器時系統(tǒng)帶電約分布在士10μC/kg的大范圍內(nèi)，以+(1 ~5) μC/kg為多。而為0. 7μC/kg,采用對稱控制的離子風(fēng)消電器,剩余電荷約為0.15~防止粉塵爆炸,通常推薦的控制指標是<0.3μC/kg。如此苛刻0. 18μC/kg。采取非平衡控制的離子風(fēng)消電器時,剩余電荷只有的消電指標，傳統(tǒng)離子風(fēng)消電器均難以達到。如國內(nèi)某公司0. 0042 ~0. 05μuC/kg。這個實驗證實,現(xiàn)場采用適時調(diào)節(jié)的非平LDPE料倉曾引進過8臺AC式離子風(fēng)靜電消除器,消電效率不衡式離子風(fēng)消電器,可以獲得更理想的消電效果。足60% ,而且.使用不到一-年 就相繼損壞,可靠性不好。圖1是該另外,圖3顯示了國內(nèi)某試驗裝置的雙極性消電器在不同消電器在1.5m直徑料倉的實驗數(shù)據(jù):沒開消電器時料倉堆表面控制電壓下消電效果的實驗數(shù)據(jù)。該實驗也表明，非平衡式雙場強為-2. 5kV/cm ,開啟消電器時場強降到- 1.5kV/cm滿足不極性消電器有更高的消電效率。了< +1 kV/cm的安全要求。0.05日501. SITpP.15日國~t ON2負荷1(th)時間/min圈3 不同控制電壓下消除器消電效果的實驗數(shù)據(jù)圖1 AC 式離子風(fēng)靜電消除器實驗數(shù)據(jù)基于以上結(jié)論,非平衡式雙極性離子風(fēng)靜電消除技術(shù),也就_DCSkV是正負側(cè)控制電壓不對等的肉子風(fēng)靜電消除技術(shù),就成為目前應(yīng)用效果最理想的一-種靜電消除技術(shù)。另外,由于不同粉體裝AG7hV置風(fēng)送起電量差異較大,為了適應(yīng)不同料倉消電的苛刻要求,先進的非平衡式離子風(fēng)靜電消除技術(shù)應(yīng)用時還應(yīng)滿足以下要求:(1)應(yīng)具備大輸出電壓范圍,以適應(yīng)靜電寬范圍變化和高消26流量1( kg/min)電效率的潛在要求?！?中國煤化工場實際情況預(yù)先設(shè)置和實圖2國外某研究所靜電消除器實驗數(shù)據(jù)時閉環(huán)監(jiān)3.3.2MHCNMHG除技術(shù)的原理3.2傳統(tǒng)DC型離子風(fēng)靜電消電器雙極性離子風(fēng)消電器的消電原理如圖4所示。當儀表風(fēng)沿實驗證實,DC型離子風(fēng)靜電消電器比AC型消電器可以獲管壁相間布置的“+”、“-”高壓放電針噴出時,通過“吸附”或得更高的消電效率,但該結(jié)論只是在實驗室有監(jiān)測條件下使用“電離”方式使空氣離子化。這些集束式“+”、“-”離子風(fēng)根據(jù)才可以得到，如果監(jiān)控不當,不但達不到預(yù)期效率,甚至?xí)霈F(xiàn)物料荷電極性和大小,有選擇的捕集物料電荷,從而達到電中和“逆帶電”現(xiàn)象。圖氣是國外某研究所最新研究資料:沒開啟消的目的”。2010年38卷第5期廣州化工●245●物料(1)消電器控制電壓應(yīng)根據(jù)距該消電器最近倉的監(jiān)測器顯示最低數(shù)據(jù)來調(diào)整;消電器控制器(2)總管線消電器應(yīng)全天開機,各倉上安裝的消電器應(yīng)在進工業(yè)風(fēng)-料前5min開機,停止進料5min后關(guān)機,監(jiān)測器應(yīng)在需要檢測時再開機。若停產(chǎn)檢修,應(yīng)在投料前30min開消電器;(3)消電器正壓通風(fēng)腔內(nèi)置“正”“負”離子發(fā)生器和電暈放電針等,需維持通風(fēng)腔內(nèi)設(shè)定的壓力,故消電控制器設(shè)有失壓斷電保護電路,現(xiàn)場處理應(yīng)注意密封;料倉(4)如發(fā)現(xiàn)消電效率下降或失效,應(yīng)斷電檢查放電針通風(fēng)孔是否堵塞及送風(fēng)壓力是否正常;圖4消電器消電原理圖(5)為保護使用的可靠性,可在大修期間檢查和清除通風(fēng)腔雙極性離子風(fēng)消電器在選擇和中和物料電荷過程中有“自內(nèi)可能存在的散落粉塵;調(diào)"的功能,但如果要達到料倉所需要的安全指標( <0. 3μC/kg)(6)定期檢查現(xiàn)場儀表風(fēng)供壓力,不得低于0.3MPa。還必須滿足以下條件:由放電針和送風(fēng)機構(gòu)建立的“等離子區(qū)”4. 2結(jié)論及靜電消除技術(shù)應(yīng)用方面的設(shè)想弛豫時間要小于物料的穿越時間;放電針提供的“脈沖”電量要聚烯烴裝置粉體顆粒靜電的產(chǎn)生雖然機理比較復(fù)雜,涉及大于穿越區(qū)物料的電荷量;物料穿越檢測時間要大于離子流中的因素較多 ,但還是有規(guī)律可循的,非平衡式雙極性離子風(fēng)靜電和時間。在管線上處理高起電、高負荷物料時,以上條件尤為重消除技術(shù)就是目前效果最好的一-種應(yīng)用。要。要滿足上述要求,僅僅靠離子流的“自調(diào)”作用是不夠的，不過,目前實際投用顆粒粉體消電系統(tǒng)絕大多數(shù)仍被視作還必須配置剩余電荷在線監(jiān)測器和正負商子流隨機調(diào)節(jié)器，也- 一個單獨的特殊設(shè)備。以當前的應(yīng)用技術(shù),采用PLC作為控制就是靜電的監(jiān)測和控制手段。監(jiān)測器通過氣動式法拉第簡電荷器的顆粒粉體消電系統(tǒng)完全可以作為- -套完 整獨立的控制系統(tǒng)采集器,實現(xiàn)管線物料單位質(zhì)量電荷量的在線測量,以配合控制來運行,當車間的工藝發(fā)生變化時,系統(tǒng)操作人員應(yīng)可以根據(jù)工器正負電壓合理預(yù)置的需要。測量值反饋回到控制器后可以構(gòu)藝流程的變化,在人機界面進行操作來選擇與之相適應(yīng)的消電成閉環(huán)控制,按需實時調(diào)節(jié)正負離子風(fēng)噴電量,保證粉體靜電達流程。系統(tǒng)還可以通過RS -232、RS -422或RS485端口與DCS到<0. 3μC/kg的安全指標。消電器和監(jiān)測器原理參見圖5。系統(tǒng)相連接,DCS系統(tǒng)可以把靜電消除系統(tǒng)作為-一個本身的設(shè)備來管理,通過合理的編程組態(tài)后,就可以使粉體靜電消除系統(tǒng)LC(控制室); (現(xiàn)場) 8-8-20mA本體自動地跟隨粉體顆粒的輸送工藝流程和不同電荷特性來進行相分控箱應(yīng)靈活的消電操作。HDC15V由于采用了PLC作為粉體靜電消除系統(tǒng)的核心，因此系統(tǒng)AC220VtB-15 rDC24VJ控制柜儀表風(fēng)---===+A--==具備了較強的網(wǎng)絡(luò)通訊功能,所以還可以設(shè)想建立同類系統(tǒng)的設(shè)備運行監(jiān)測體系,通過網(wǎng)絡(luò)及開發(fā)相應(yīng)的在線通訊及診斷軟圖5消電器 和監(jiān)測器電氣原理示意圖件,對靜電消除系統(tǒng)做定期的巡檢。其目的首先在于檢測靜電消除設(shè)備的運行狀況,設(shè)備運行是否正常,其次，還可以檢測用4非平衡式雙極性離子風(fēng)靜電消除技術(shù)的應(yīng)戶使用時相關(guān)的操作及數(shù)據(jù)是否正確,并實現(xiàn)適時指導(dǎo)和修正設(shè)備的運行條件,從而大大提高靜電消除系統(tǒng)的維護性能。用、維護與設(shè)想?yún)⒖嘉墨I4.1應(yīng)用維護[1] 趙擇卿,陳小立。高分子材料導(dǎo)電和抗靜電技術(shù)及應(yīng)用[M].北以目前國內(nèi)技術(shù)較成熟的DQJ-1A型-一體化產(chǎn)品為例,系京:中國紡織出版社,2006.統(tǒng)主要由非平衡式雙極性離子風(fēng)靜電消除器和粉體靜電在線監(jiān)2]劉尚合 靜電放電及危害防護[ M].北京:北京郵電大學(xué)出版社，測器等組成。廣州石化聚乙烯裝置在造粒風(fēng)送管線上也安裝使2004.用了同系列的設(shè)備。下 面主要從維護的角度闡述一- 些注意要[3] 李思淵. 靜電感應(yīng)器件一物理 .工藝與實踐[M].蘭州:蘭州大學(xué)點。出版社,2001.中國煤化工,慶?！稄V州化工》第1YH EMH會成立