聚烯烴粉體顆粒靜電原理及消除技術(shù)的應用

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(guò)程中產(chǎn)生靜電的種類(lèi)、機制、原理進(jìn)行分析,并根據相關(guān)實(shí)驗和統計數據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(lèi)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)人料倉的設備,聚烯烴等高聚物粉體或顆粒經(jīng)風(fēng)送進(jìn)入料倉電現象。的過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量靜電,往往會(huì )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(guò)程中靜電的產(chǎn)生原理物質(zhì)的位函數 (中)來(lái)預測不同物質(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,中。是高分子固體的位兩數，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)規模的實(shí)驗研究已證實(shí)，在粉體顆粒料倉點(diǎn)而增加了粉體起電的復雜性和不可預知性。內可能存在著(zhù)多種形式的放電,包括料堆表面與倉壁之間的線(xiàn)(1)靜電起電是一-種 表面作用的統計現象,粉體因其表面活狀或面狀放電(又稱(chēng)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(shí)驗結果說(shuō)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(zhù)火能通常在15 ~35MJ,倉內頻繁出現的(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(gè)粉體隨機沖撞起電的集合效果(2 ,這與現場(chǎng)設備作失誤)等,料倉中逸出的可燃氣體增多,與粉塵混合的最小著(zhù)條件和風(fēng)送條件有關(guān),不同設備條件和風(fēng)送參數,其起電量級可火能就會(huì )逐漸降低,當混合物最小著(zhù)火能小于錐形放電能量時(shí)，能存在較大差異。就可能出現引燃和爆炸事故。以聚乙烯為例,當乙烯氣體濃度(3)管道內壁附著(zhù)層的厚度也會(huì )影響粉體起電現象。當金≥0.5wt%時(shí)(約19%LEL),混合物最小著(zhù)火能≤10MJ,料倉中屬管線(xiàn)沒(méi)有粉體附著(zhù)層時(shí),粉體起電為正極性,隨著(zhù)粉體附著(zhù)層的錐形放電已存在引燃幾率,如果此時(shí)料倉中還存在其它放電的增加，起電逐漸減小,當粉體附著(zhù)層增加較多時(shí),出現反極性現象則引燃幾率更高。起電。該現象顯然與管線(xiàn)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(zhù)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(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(guò)程。做環(huán)起電雖然在宏觀(guān)上是- -對平衡風(fēng)送粉體靜電起電的機制比料倉靜態(tài)粉體靜電更加復雜，電荷,但在多相流遷移中因“差速"現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(zhuān)業(yè),現任儀控中心三車(chē)間生產(chǎn)運行主管,從事化工儀表及控制系統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(shí), PP顆粒帶電為- 8μC/kg,開(kāi)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(shí)物料出現逆帶電,約為為了消除風(fēng)送粉體的靜電,國內外推薦的消電器曾經(jīng)歷了0.6uC/kg,都達不到預期要求。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(jiàn)表1。顯而3.3.1 實(shí)驗及結論易見(jiàn),上述幾代技術(shù)均不能滿(mǎn)足粉體場(chǎng)所的消電要求。對于粉體靜電及其消除技術(shù),通過(guò)之前的分析可以得出如下結論: .表1幾種傳統消 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(lèi)特點(diǎn)適合場(chǎng)所粗糙度與附著(zhù)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,但對適合起電穩定場(chǎng)所因此不同裝置,不同設備的起電現象有時(shí)難以預測它們的大小預置控制要求高與極性,應以現場(chǎng)實(shí)測數據為依據實(shí)施消電,也就是說(shuō)，應實(shí)現交流式制作簡(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)調節功能,對消電適合物料運動(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 下粉體消電數據(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(chǎng)所無(wú)消電器3.1 傳統AC式離子風(fēng)消電器電荷對稱(chēng)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,還受管壁附著(zhù)層的厚度和氣體濕度等不確定因素的另一組實(shí)驗可以表明控制電壓對稱(chēng)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較大差異，表2是日本產(chǎn)業(yè)安全研究所在模擬實(shí)驗裝置上使用不同控制電包括幅值變化和極性變化?，F場(chǎng)調查表明,顆粒粉體靜電起電壓的靜電消除技術(shù)得到的實(shí)驗數據:不開(kāi)消電器時(shí)系統帶電約分布在士10μC/kg的大范圍內，以+(1 ~5) μC/kg為多。而為0. 7μC/kg,采用對稱(chēng)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(shí),剩余電荷只有的消電指標，傳統離子風(fēng)消電器均難以達到。如國內某公司0. 0042 ~0. 05μuC/kg。這個(gè)實(shí)驗證實(shí),現場(chǎng)采用適時(shí)調節的非平LDPE料倉曾引進(jìn)過(guò)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(shí)驗數據:沒(méi)開(kāi)消電器時(shí)料倉堆表面控制電壓下消電效果的實(shí)驗數據。該實(shí)驗也表明，非平衡式雙場(chǎng)強為-2. 5kV/cm ,開(kāi)啟消電器時(shí)場(chǎng)強降到- 1.5kV/cm滿(mǎn)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(shí)間/min圈3 不同控制電壓下消除器消電效果的實(shí)驗數據圖1 AC 式離子風(fēng)靜電消除器實(shí)驗數據基于以上結論,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,為了適應不同料倉消電的苛刻要求,先進(jìn)的非平衡式離子風(fēng)靜電消除技術(shù)應用時(shí)還應滿(mǎn)足以下要求:(1)應具備大輸出電壓范圍,以適應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(chǎng)實(shí)際情況預先設置和實(shí)圖2國外某研究所靜電消除器實(shí)驗數據時(shí)閉環(huán)監3.3.2MHCNMHG除技術(shù)的原理3.2傳統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(shí)驗證實(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(guò)“吸附”或得更高的消電效率,但該結論只是在實(shí)驗室有監測條件下使用“電離”方式使空氣離子化。這些集束式“+”、“-”離子風(fēng)根據才可以得到，如果監控不當,不但達不到預期效率,甚至會(huì )出現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”現象。圖氣是國外某研究所最新研究資料:沒(méi)開(kāi)啟消的目的”。2010年38卷第5期廣州化工●245●物料(1)消電器控制電壓應根據距該消電器最近倉的監測器顯示最低數據來(lái)調整;消電器控制器(2)總管線(xiàn)消電器應全天開(kāi)機,各倉上安裝的消電器應在進(jìn)工業(yè)風(fēng)-料前5min開(kāi)機,停止進(jìn)料5min后關(guān)機,監測器應在需要檢測時(shí)再開(kāi)機。若停產(chǎn)檢修,應在投料前30min開(kāi)消電器;(3)消電器正壓通風(fēng)腔內置“正”“負”離子發(fā)生器和電暈放電針等,需維持通風(fēng)腔內設定的壓力,故消電控制器設有失壓斷電保護電路,現場(chǎng)處理應注意密封;料倉(4)如發(fā)現消電效率下降或失效,應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(guò)程中有“自?xún)瓤赡艽嬖诘纳⒙浞蹓m;調"的功能,但如果要達到料倉所需要的安全指標( <0. 3μC/kg)(6)定期檢查現場(chǎng)儀表風(fēng)供壓力,不得低于0.3MPa。還必須滿(mǎn)足以下條件:由放電針和送風(fēng)機構建立的“等離子區”4. 2結論及靜電消除技術(shù)應用方面的設想弛豫時(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)生雖然機理比較復雜,涉及大于穿越區物料的電荷量;物料穿越檢測時(shí)間要大于離子流中的因素較多 ,但還是有規律可循的,非平衡式雙極性離子風(fēng)靜電和時(shí)間。在管線(xiàn)上處理高起電、高負荷物料時(shí),以上條件尤為重消除技術(shù)就是目前效果最好的一-種應用。要。要滿(mǎn)足上述要求,僅僅靠離子流的“自調”作用是不夠的，不過(guò),目前實(shí)際投用顆粒粉體消電系統絕大多數仍被視作還必須配置剩余電荷在線(xiàn)監測器和正負商子流隨機調節器，也- 一個(gè)單獨的特殊設備。以當前的應用技術(shù),采用PLC作為控制就是靜電的監測和控制手段。監測器通過(guò)氣動(dòng)式法拉第簡(jiǎn)電荷器的顆粒粉體消電系統完全可以作為- -套完 整獨立的控制系統采集器,實(shí)現管線(xiàn)物料單位質(zhì)量電荷量的在線(xiàn)測量,以配合控制來(lái)運行,當車(chē)間的工藝發(fā)生變化時(shí),系統操作人員應可以根據工器正負電壓合理預置的需要。測量值反饋回到控制器后可以構藝流程的變化,在人機界面進(jìn)行操作來(lái)選擇與之相適應的消電成閉環(huán)控制,按需實(shí)時(shí)調節正負離子風(fēng)噴電量,保證粉體靜電達流程。系統還可以通過(guò)RS -232、RS -422或RS485端口與DCS到<0. 3μC/kg的安全指標。消電器和監測器原理參見(jiàn)圖5。系統相連接,DCS系統可以把靜電消除系統作為-一個(gè)本身的設備來(lái)管理,通過(guò)合理的編程組態(tài)后,就可以使粉體靜電消除系統LC(控制室); (現場(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(lái)進(jìn)行相分控箱應靈活的消電操作。HDC15V由于采用了PLC作為粉體靜電消除系統的核心，因此系統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,所以還可以設想建立同類(lèi)系統的設備運行監測體系,通過(guò)網(wǎng)絡(luò )及開(kāi)發(fā)相應的在線(xiàn)通訊及診斷軟圖5消電器 和監測器電氣原理示意圖件,對靜電消除系統做定期的巡檢。其目的首先在于檢測靜電消除設備的運行狀況,設備運行是否正常,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)的應戶(hù)使用時(shí)相關(guān)的操作及數據是否正確,并實(shí)現適時(shí)指導和修正設備的運行條件,從而大大提高靜電消除系統的維護性能。用、維護與設想參考文獻4.1應用維護[1] 趙擇卿,陳小立。高分子材料導電和抗靜電技術(shù)及應用[M].北以目前國內技術(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(xiàn)監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(xiàn)上也安裝使2004.用了同系列的設備。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.中國煤化工,慶?！稄V州化工》第1YH EMH會(huì )成立