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(duì)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(jī)制、原理進(jìn)行分析,并根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)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(jìn)人料倉(cāng)的設(shè)備,聚烯烴等高聚物粉體或顆粒經(jīng)風(fēng)送進(jìn)入料倉(cāng)電現(xiàn)象。的過程中會(huì)產(chǎn)生大量靜電,往往會(huì)誘發(fā)料倉(cāng)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(jiǎn)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(cè)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(duì)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(shí)驗(yàn)研究已證實(shí)，在粉體顆粒料倉(cāng)點(diǎn)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(cāng)壁之間的線(1)靜電起電是一-種 表面作用的統(tǒng)計(jì)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(cāng)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(shí)驗(yàn)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(cāng)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(cāng)通風(fēng)不足(包括操電決定于單個(gè)粉體隨機(jī)沖撞起電的集合效果(2 ,這與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作失誤)等,料倉(cāng)中逸出的可燃?xì)怏w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(jí)可火能就會(huì)逐漸降低,當(dāng)混合物最小著火能小于錐形放電能量時(shí)，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(dāng)乙烯氣體濃度(3)管道內(nèi)壁附著層的厚度也會(huì)影響粉體起電現(xiàn)象。當(dāng)金≥0.5wt%時(shí)(約19%LEL),混合物最小著火能≤10MJ,料倉(cāng)中屬管線沒有粉體附著層時(shí),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(shí)料倉(cāng)中還存在其它放電的增加，起電逐漸減小,當(dāng)粉體附著層增加較多時(shí),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(guó)煤化工點(diǎn)分析(4)MHC N M H G起電,包括破碎起電、拉絲起電等,都屬簡(jiǎn)市電過程。做環(huán)起電雖然在宏觀上是- -對(duì)平衡風(fēng)送粉體靜電起電的機(jī)制比料倉(cāng)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(jiǎn)介:廖創(chuàng)鋒(19729-) ,男,工程師,畢業(yè)于成郴科技大學(xué)自動(dòng)控制專業(yè),現(xiàn)任儀控中心三車間生產(chǎn)運(yùn)行主管,從事化工儀表及控制系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)玉根登造mileferleon@ sina. com●244.廣州化工2010年38卷第5期電器時(shí), 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(dāng)采用DC型消除器時(shí)物料出現(xiàn)逆帶電,約為為了消除風(fēng)送粉體的靜電,國(guó)內(nèi)外推薦的消電器曾經(jīng)歷了0.6uC/kg,都達(dá)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(diǎn)和適宜場(chǎng)所,參見表1。顯而3.3.1 實(shí)驗(yàn)及結(jié)論易見,上述幾代技術(shù)均不能滿足粉體場(chǎng)所的消電要求。對(duì)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(duì)比影響粉體風(fēng)送起電的因素比較多,包括物料與牌號(hào),管壁的種類特點(diǎn)適合場(chǎng)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(qiáng),但對(duì)適合起電穩(wěn)定場(chǎng)所因此不同裝置,不同設(shè)備的起電現(xiàn)象有時(shí)難以預(yù)測(cè)它們的大小預(yù)置控制要求高與極性,應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)實(shí)施消電,也就是說，應(yīng)實(shí)現(xiàn)交流式制作簡(jiǎn)便,但消電效率低適合消電效率要求不高場(chǎng)所閉環(huán)控制。自動(dòng)調(diào)節(jié)功能,對(duì)消電適合物料運(yùn)動(dòng)速度ICC脈沖式環(huán)境要求苛刻及消電效率要求不高場(chǎng)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(bǔ)償功能幅值變化不大場(chǎng)所無消電器3.1 傳統(tǒng)AC式離子風(fēng)消電器電荷對(duì)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(fù)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(shí)驗(yàn)可以表明控制電壓對(duì)稱性對(duì)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(shí)驗(yàn)裝置上使用不同控制電包括幅值變化和極性變化。現(xiàn)場(chǎng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):不開消電器時(shí)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(duì)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(biāo)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(shí),剩余電荷只有的消電指標(biāo)，傳統(tǒng)離子風(fēng)消電器均難以達(dá)到。如國(guó)內(nèi)某公司0. 0042 ~0. 05μuC/kg。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí),現(xiàn)場(chǎng)采用適時(shí)調(diào)節(jié)的非平LDPE料倉(cāng)曾引進(jìn)過8臺(tái)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(guó)內(nèi)某試驗(yàn)裝置的雙極性消電器在不同消電器在1.5m直徑料倉(cāng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):沒開消電器時(shí)料倉(cāng)堆表面控制電壓下消電效果的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。該實(shí)驗(yàn)也表明，非平衡式雙場(chǎng)強(qiáng)為-2. 5kV/cm ,開啟消電器時(shí)場(chǎng)強(qiáng)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(guó)~t ON2負(fù)荷1(th)時(shí)間/min圈3 不同控制電壓下消除器消電效果的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖1 AC 式離子風(fēng)靜電消除器實(shí)驗(yàn)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(fù)側(cè)控制電壓不對(duì)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(cāng)消電的苛刻要求,先進(jìn)的非平衡式離子風(fēng)靜電消除技術(shù)應(yīng)用時(shí)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(guó)煤化工場(chǎng)實(shí)際情況預(yù)先設(shè)置和實(shí)圖2國(guó)外某研究所靜電消除器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)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(dāng)儀表風(fēng)沿實(shí)驗(yàn)證實(shí),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(shí),通過“吸附”或得更高的消電效率,但該結(jié)論只是在實(shí)驗(yàn)室有監(jiān)測(cè)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(dāng),不但達(dá)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(dá)到電中和“逆帶電”現(xiàn)象。圖氣是國(guó)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(cāng)的監(jiān)測(cè)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(jī),各倉(cāng)上安裝的消電器應(yīng)在進(jìn)工業(yè)風(fēng)-料前5min開機(jī),停止進(jìn)料5min后關(guān)機(jī),監(jiān)測(cè)器應(yīng)在需要檢測(cè)時(shí)再開機(jī)。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(fù)”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(hù)電路,現(xiàn)場(chǎng)處理應(yīng)注意密封;料倉(cāng)(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(hù)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(dá)到料倉(cāng)所需要的安全指標(biāo)( <0. 3μC/kg)(6)定期檢查現(xiàn)場(chǎng)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(jī)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(shí)間要小于物料的穿越時(shí)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(jī)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(cè)時(shí)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(shí)間。在管線上處理高起電、高負(fù)荷物料時(shí),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(shí)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(cè)器和正負(fù)商子流隨機(jī)調(diào)節(jié)器，也- 一個(gè)單獨(dú)的特殊設(shè)備。以當(dāng)前的應(yīng)用技術(shù),采用PLC作為控制就是靜電的監(jiān)測(cè)和控制手段。監(jiān)測(cè)器通過氣動(dòng)式法拉第簡(jiǎn)電荷器的顆粒粉體消電系統(tǒng)完全可以作為- -套完 整獨(dú)立的控制系統(tǒng)采集器,實(shí)現(xiàn)管線物料單位質(zhì)量電荷量的在線測(cè)量,以配合控制來運(yùn)行,當(dāng)車間的工藝發(fā)生變化時(shí),系統(tǒng)操作人員應(yīng)可以根據(jù)工器正負(fù)電壓合理預(yù)置的需要。測(cè)量值反饋回到控制器后可以構(gòu)藝流程的變化,在人機(jī)界面進(jìn)行操作來選擇與之相適應(yīng)的消電成閉環(huán)控制,按需實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)正負(fù)離子風(fēng)噴電量,保證粉體靜電達(dá)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(biāo)。消電器和監(jiān)測(cè)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(gè)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(chǎng)) 8-8-20mA本體自動(dòng)地跟隨粉體顆粒的輸送工藝流程和不同電荷特性來進(jìn)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(qiáng)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(yùn)行監(jiān)測(cè)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(cè)器電氣原理示意圖件,對(duì)靜電消除系統(tǒng)做定期的巡檢。其目的首先在于檢測(cè)靜電消除設(shè)備的運(yùn)行狀況,設(shè)備運(yùn)行是否正常,其次，還可以檢測(cè)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(shí)相關(guān)的操作及數(shù)據(jù)是否正確,并實(shí)現(xiàn)適時(shí)指導(dǎo)和修正設(shè)備的運(yùn)行條件,從而大大提高靜電消除系統(tǒng)的維護(hù)性能。用、維護(hù)與設(shè)想?yún)⒖嘉墨I(xiàn)4.1應(yīng)用維護(hù)[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(guó)內(nèi)技術(shù)較成熟的DQJ-1A型-一體化產(chǎn)品為例,系京:中國(guó)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(hù)[ M].北京:北京郵電大學(xué)出版社，測(cè)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(hù)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(shí)踐[M].蘭州:蘭州大學(xué)點(diǎn)。出版社,2001.中國(guó)煤化工,慶?！稄V州化工》第1YH EMH會(huì)成立