聚烯烃粉体颗粒静电原理及消除技术的应用

2010年38卷第5期广州化工●243●聚烯烃粉体颗粒静电原理及消除技术的应用廖剑锋(广州石化仪控中心，广东广州510070)摘要:对聚烯烃装 置中的粉体颗粒在风送过程中产生静电的种类、机制、原理进行分析,并根据相关实验和统计数据阐述主要的静电消除技术,特别讨论非平衡式离子风静电消除技术的优越性及其应用。关键词:粉体颗粒;风送;静电;非平衡式;静电消除技术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在石化企业聚合类装置中，普遍配置风送聚合物粉体颗粒或“破碎"形式的“破坏起电”,粘壁料脱落的剥离起电等综合起进人料仓的设备,聚烯烃等高聚物粉体或颗粒经风送进入料仓电现象。的过程中会产生大量静电,往往会诱发料仓粉尘爆炸。这里,我普通摩擦形式的“接触-分离”起电,应用最多的是用不同们简要分析- - 下聚烯烃粉体颗粒在风送过程中静电的产生原理物质的位函数 (中)来预测不同物质接触分离起电的大小和极和静电消除技术的应用。性。金属与高分子固体接触起电的面电荷密度公式为:6=eD,(φ - φ,) ,式中φ是金属的位函数,中。是高分子固体的位兩数，1聚烯 烃粉体颗粒静电的基本分析D.是表面态密度1-2。对风送粉体起电而言,因存在以下的特欧洲、日本等工业规模的实验研究已证实，在粉体颗粒料仓点而增加了粉体起电的复杂性和不可预知性。内可能存在着多种形式的放电,包括料堆表面与仓壁之间的线(1)静电起电是一-种 表面作用的统计现象,粉体因其表面活状或面状放电(又称锥形放电)、料堆表面与上方金属突出物的性的增加而使表面作用更加敏感。以湿度影响为例,瑞士CIBA火花放电仓壁粘附料的剥离放电和传播型刷型放电、金属突出研究中心所做的实验结果说明湿度变化可以使粉体起电发生几倍,几十倍的变化,包括极性的变化。物与粉尘云或散射料的雷状放电等”。聚烯烃粉尘最小着火能通常在15 ~35MJ,仓内频繁出现的(2)工业风送粉体作业的风速大(通常在25 ~ 50m/s) ,管壁锥形放电-般不足以引燃聚烯烃粉尘。但如果反应或脱挥单元打磨后风送粉体的起电主要以跳跃式的冲撞起电为主,粉体起工作不正常,物料含挥量意外增多,或者料仓通风不足(包括操电决定于单个粉体随机冲撞起电的集合效果(2 ,这与现场设备作失误)等,料仓中逸出的可燃气体增多,与粉尘混合的最小着条件和风送条件有关,不同设备条件和风送参数,其起电量级可火能就会逐渐降低,当混合物最小着火能小于锥形放电能量时，能存在较大差异。就可能出现引燃和爆炸事故。以聚乙烯为例,当乙烯气体浓度(3)管道内壁附着层的厚度也会影响粉体起电现象。当金≥0.5wt%时(约19%LEL),混合物最小着火能≤10MJ,料仓中属管线没有粉体附着层时,粉体起电为正极性,随着粉体附着层的锥形放电已存在引燃几率,如果此时料仓中还存在其它放电的增加，起电逐渐减小,当粉体附着层增加较多时,出现反极性现象则引燃几率更高。起电。该现象显然与管线中接触界面的物性变化有关:由“金属一固体粉体”接触模型变为“粉体附着层一固体粉体” 接触模2聚烯烃风送粉体颗粒静电的起电原理及特 型1中国煤化工点分析(4)MHC N M H G起电,包括破碎起电、拉丝起电等,都属简市电过程。做环起电虽然在宏观上是- -对平衡风送粉体静电起电的机制比料仓静态粉体静电更加复杂，电荷,但在多相流迁移中因“差速"现象而增加了粉体起电的不不但包括“冲撞'形式的“接触-分离”起电,还可能存在“拉丝”均均性和连续性(2]。作者简介:廖创锋(19729-) ,男,工程师,毕业于成郴科技大学自动控制专业,现任仪控中心三车间生产运行主管,从事化工仪表及控制系统的运行维护玉根登造mileferleon@ sina. com●244.广州化工2010年38卷第5期电器时, PP颗粒带电为- 8μC/kg,开启AC式消电器后物料带电3粉体颗粒静电消除技术降到-0.7μC/kg;当采用DC型消除器时物料出现逆带电,约为为了消除风送粉体的静电,国内外推荐的消电器曾经历了0.6uC/kg,都达不到预期要求。直流高压消电器、交流高压消电器、脉冲式交流消电器、双极性3.3 非平衡式双极性离子风静电消除技术直流消电器等技术。它们的优缺点和适宜场所,参见表1。显而3.3.1 实验及结论易见,上述几代技术均不能满足粉体场所的消电要求。对于粉体静电及其消除技术,通过之前的分析可以得出如下结论: .表1几种传统消 电技术对比影响粉体风送起电的因素比较多,包括物料与牌号,管壁的种类特点适合场所粗糙度与附着层厚度、风送速度与气固比、以及空气的湿度等，直流式消电能力强,但对适合起电稳定场所因此不同装置,不同设备的起电现象有时难以预测它们的大小预置控制要求高与极性,应以现场实测数据为依据实施消电,也就是说，应实现交流式制作简便,但消电效率低适合消电效率要求不高场所闭环控制。自动调节功能,对消电适合物料运动速度ICC脉冲式环境要求苛刻及消电效率要求不高场所表2不同控制电压 下粉体消电数据(单位:μuC/kg)适合起电极性和控制电压/V0+8土+10 +8.-10 +9.-10 .双极性式有一定自补偿功能幅值变化不大场所无消电器3.1 传统AC式离子风消电器电荷对称式消电器0.18 0.152 0. 186非平衡式消电器0. 0040.05所有的研究都表明,风送粉体的静电不但是物料负荷和速度的函数,还受管壁附着层的厚度和气体湿度等不确定因素的另一组实验可以表明控制电压对称性对消电效果的影响,影响。粉体静电起电随各种因素的变化有可能出现较大差异，表2是日本产业安全研究所在模拟实验装置上使用不同控制电包括幅值变化和极性变化。现场调查表明,颗粒粉体静电起电压的静电消除技术得到的实验数据:不开消电器时系统带电约分布在士10μC/kg的大范围内，以+(1 ~5) μC/kg为多。而为0. 7μC/kg,采用对称控制的离子风消电器,剩余电荷约为0.15~防止粉尘爆炸,通常推荐的控制指标是<0.3μC/kg。如此苛刻0. 18μC/kg。采取非平衡控制的离子风消电器时,剩余电荷只有的消电指标，传统离子风消电器均难以达到。如国内某公司0. 0042 ~0. 05μuC/kg。这个实验证实,现场采用适时调节的非平LDPE料仓曾引进过8台AC式离子风静电消除器,消电效率不衡式离子风消电器,可以获得更理想的消电效果。足60% ,而且.使用不到一-年 就相继损坏,可靠性不好。图1是该另外,图3显示了国内某试验装置的双极性消电器在不同消电器在1.5m直径料仓的实验数据:没开消电器时料仓堆表面控制电压下消电效果的实验数据。该实验也表明，非平衡式双场强为-2. 5kV/cm ,开启消电器时场强降到- 1.5kV/cm满足不极性消电器有更高的消电效率。了< +1 kV/cm的安全要求。0.05日501. SITpP.15日国~t ON2负荷1(th)时间/min圈3 不同控制电压下消除器消电效果的实验数据图1 AC 式离子风静电消除器实验数据基于以上结论,非平衡式双极性离子风静电消除技术,也就_DCSkV是正负侧控制电压不对等的肉子风静电消除技术,就成为目前应用效果最理想的一-种静电消除技术。另外,由于不同粉体装AG7hV置风送起电量差异较大,为了适应不同料仓消电的苛刻要求,先进的非平衡式离子风静电消除技术应用时还应满足以下要求:(1)应具备大输出电压范围,以适应静电宽范围变化和高消26流量1( kg/min)电效率的潜在要求。“ 中国煤化工场实际情况预先设置和实图2国外某研究所静电消除器实验数据时闭环监3.3.2MHCNMHG除技术的原理3.2传统DC型离子风静电消电器双极性离子风消电器的消电原理如图4所示。当仪表风沿实验证实,DC型离子风静电消电器比AC型消电器可以获管壁相间布置的“+”、“-”高压放电针喷出时,通过“吸附”或得更高的消电效率,但该结论只是在实验室有监测条件下使用“电离”方式使空气离子化。这些集束式“+”、“-”离子风根据才可以得到，如果监控不当,不但达不到预期效率,甚至会出现物料荷电极性和大小,有选择的捕集物料电荷,从而达到电中和“逆带电”现象。图气是国外某研究所最新研究资料:没开启消的目的”。2010年38卷第5期广州化工●245●物料(1)消电器控制电压应根据距该消电器最近仓的监测器显示最低数据来调整;消电器控制器(2)总管线消电器应全天开机,各仓上安装的消电器应在进工业风-料前5min开机,停止进料5min后关机,监测器应在需要检测时再开机。若停产检修,应在投料前30min开消电器;(3)消电器正压通风腔内置“正”“负”离子发生器和电晕放电针等,需维持通风腔内设定的压力,故消电控制器设有失压断电保护电路,现场处理应注意密封;料仓(4)如发现消电效率下降或失效,应断电检查放电针通风孔是否堵塞及送风压力是否正常;图4消电器消电原理图(5)为保护使用的可靠性,可在大修期间检查和清除通风腔双极性离子风消电器在选择和中和物料电荷过程中有“自内可能存在的散落粉尘;调"的功能,但如果要达到料仓所需要的安全指标( <0. 3μC/kg)(6)定期检查现场仪表风供压力,不得低于0.3MPa。还必须满足以下条件:由放电针和送风机构建立的“等离子区”4. 2结论及静电消除技术应用方面的设想弛豫时间要小于物料的穿越时间;放电针提供的“脉冲”电量要聚烯烃装置粉体颗粒静电的产生虽然机理比较复杂,涉及大于穿越区物料的电荷量;物料穿越检测时间要大于离子流中的因素较多 ,但还是有规律可循的,非平衡式双极性离子风静电和时间。在管线上处理高起电、高负荷物料时,以上条件尤为重消除技术就是目前效果最好的一-种应用。要。要满足上述要求,仅仅靠离子流的“自调”作用是不够的，不过,目前实际投用颗粒粉体消电系统绝大多数仍被视作还必须配置剩余电荷在线监测器和正负商子流随机调节器，也- 一个单独的特殊设备。以当前的应用技术,采用PLC作为控制就是静电的监测和控制手段。监测器通过气动式法拉第简电荷器的颗粒粉体消电系统完全可以作为- -套完 整独立的控制系统采集器,实现管线物料单位质量电荷量的在线测量,以配合控制来运行,当车间的工艺发生变化时,系统操作人员应可以根据工器正负电压合理预置的需要。测量值反馈回到控制器后可以构艺流程的变化,在人机界面进行操作来选择与之相适应的消电成闭环控制,按需实时调节正负离子风喷电量,保证粉体静电达流程。系统还可以通过RS -232、RS -422或RS485端口与DCS到<0. 3μC/kg的安全指标。消电器和监测器原理参见图5。系统相连接,DCS系统可以把静电消除系统作为-一个本身的设备来管理,通过合理的编程组态后,就可以使粉体静电消除系统LC(控制室); (现场) 8-8-20mA本体自动地跟随粉体颗粒的输送工艺流程和不同电荷特性来进行相分控箱应灵活的消电操作。HDC15V由于采用了PLC作为粉体静电消除系统的核心，因此系统AC220VtB-15 rDC24VJ控制柜仪表风---===+A--==具备了较强的网络通讯功能,所以还可以设想建立同类系统的设备运行监测体系,通过网络及开发相应的在线通讯及诊断软图5消电器 和监测器电气原理示意图件,对静电消除系统做定期的巡检。其目的首先在于检测静电消除设备的运行状况,设备运行是否正常,其次，还可以检测用4非平衡式双极性离子风静电消除技术的应户使用时相关的操作及数据是否正确,并实现适时指导和修正设备的运行条件,从而大大提高静电消除系统的维护性能。用、维护与设想参考文献4.1应用维护[1] 赵择卿,陈小立。高分子材料导电和抗静电技术及应用[M].北以目前国内技术较成熟的DQJ-1A型-一体化产品为例,系京:中国纺织出版社,2006.统主要由非平衡式双极性离子风静电消除器和粉体静电在线监2]刘尚合 静电放电及危害防护[ M].北京:北京邮电大学出版社，测器等组成。广州石化聚乙烯装置在造粒风送管线上也安装使2004.用了同系列的设备。下 面主要从维护的角度阐述一- 些注意要[3] 李思渊. 静电感应器件一物理 .工艺与实践[M].兰州:兰州大学点。出版社,2001.中国煤化工,庆祝《广州化工》第1YH EMH会成立