НЕФТЬ-ГАЗ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
На главную >>


Теперь на нашем сайте можно за 5 минут создать свежий реферат или доклад

Скачать книгу целиком можно на сайте: www.nglib.ru.

Предложения в тексте с термином "Заряд"

Отсюда следует, что затраты энергии на образование электрического заряда весьма малы по еравнению с энергией, необходимой на перекачку нефтепродукта.

Если нефтепродукт, поступающий в емкость, несет электрический заряд, то заряд будет также распределен по всему объему.

Поэтому, если струя пара наэлектризована, электрический заряд будет распределен также по всему объему цилиндра.

Заряд в объеме нефтепродукта создает электрическое поле внутри резервуара или цистерны.

Проведем расчет электрического поля в цилиндрических' резервуарах и цистернах при заполнении электрическим зарядом всего внутреннего объема.

(3-1)' где у2 — оператор Лапласа; V — потенциал; р — плотность объемного заряда в рассматриваемой точке резервуара; s — относительная диэлектрическая проницаемость, ео — электрическая постоянная.

Электрический заряд примем симметрично располрженным относительно оси цилиндра.

в трубопроводе вместе с воздухом создается усиленная электризация, а при прохождении воздуха через слой нефтепродукта в резервуаре дополнительно образуются электрические заряды.

21) выражение потенциала внутри цилиндра, содержащего объемный заряд, будет иметь вид: IV.

Коэффициенты ряда Фурье — Бесселя (ап) при разложении функции распределения электрического заряда р (z, r) по функциям Бесселя нулевого порядка вычисляются по формуле: (3'23)

22) определяет величину потенциала внутри цилиндра для произвольного распределения электрического заряда.

В случае объемного заряда постоянной плотности коэффициент ряда Фурье — Бесселя ап =v j2?

28) были проведены расчеты величин потенциалов в цилиндрическом резервуаре (цистерне) при заполнении средой с некоторой объемной плотностью электрического заряда.

Объемная плотность электрического заряда принята постоянной.

Величину объемного заряда определяют на основании экспериментальных данных или расчетным путем.

объемного заряда г/а г/Н 0 0,2 .

Электрическое поле создается электрическим зарядом, распределенным в объеме нефтепродукта.

Потенциал и напряженность в газовом пространстве резервуаров зависят от их размеров, уровня нефтепродукта, величины и распределения электрического заряда по объему нефтепродукта, а также диэлектрической проницаемости нефтепродукта и газового пространства резервуара.

Будем рассматривать случай, когда электрический заряд распределен в объеме нефтепродукта симметрично относительно вертикальной' оси цилиндрического резервуара.

При осесимметричном распределении заряда производные потенциалов по углу равны нулю.

Накоплению электростатических зарядов способствовало то обстоятельство, что верхний трубопровод не имел спуска к днищу, и струя жидкости свободно падала в резервуар.

Рассмотрены условия образования электрических зарядов при движении нефтей и нефтепродуктов по трубопроводам, методы расчета электрических полей в резервуарах.

напряженность электрического поля в частично заполненном резервуаре' при равномерном распределении электрического заряда по объему нефтепродукта.

Приведенные результаты расчетов могут быть использованы для определения потенциала в газовом пространстве резервуара для любой известной величины электрического заряда.

При одной и той же величине, плотности электрического заряда потенциал на поверхности.

При незаземленной плавающей крыше потенциал на поверхности нефтепродукта, соприкасающегося с металлом крыши, зависит от уровня нефтепродукта и плотности1 объемного заряда, но поb.

Уделено внимание процессам накопления и утечке электрических зарядов в резервуарах.

Электрическое поле в объеме нефтепродукта, содержащем объемный электрический заряд, описывается уравнением Пуассона.

Изучение электризации нефтепродуктов выявляет механизм образования зарядов, их скопление и условия разряда.

Чтобы обеспечить эффективный отвод или нейтрализацию образованных электрических зарядов, заземление должно удовлетворять определенным требованиям.

ПРИ НАЛИЧИИ ПОВЕРХНОСТНОГО ЗАРЯДА

В процессе закачки наэлектризованного нефтепродукта в резервуар происходит утечка объемного заряда на металлические стенки.

В этих условиях возможно образование поверхностного заряда, который будет оказывать влияние на электрическое поле, в объеме нефтепродукта и в газовом пространстве резервуара.

Поверхностный заряд оказывает влияние на скорость утечки заряда в резервуаре и изменяет условия разряда.

Расчет электрического поля в цилиндрическом резервуаре с учетом поверхностного заряда рассмотрим с некоторыми упрощениями.

Изложены методы отвода зарядов из потока жидкости в трубопроводе и снижения плотности заряда в приповерхностном слое жидкости в резервуарах.

Объемный заряд примем равномерно распределенным по объему жидкости, а поверхностный заряд — равномерно распределенным по поверхности нефтепродукта.

Имеющиеся уравнения позволяют рассчитывать потенциалы и напряженности электрического поля в цилиндрических резервуарах при наличии на поверхности нефтепродукта электрического заряда.

Полученные при этом формулы необходимы для расчета утечки объемного заряда.

Для расчета утечки электрических зарядов в прямоугольных резервуарах необходимо найти распределение электрического поля.

Электрическое поле рассчитываем для равномерного распределения объемного заряда и наличия на поверхности нефтепродукта поверхностного заряда.

Полученные расчетные соотношения позволяют оценивать опасность статического электричества в прямоугольных резервуарах и отсеках танкеров и барж, рассчитывать скорость утечки объемных электрических зарядов в прямоугольных частично заполненых резервуарах.

120) пригодны также для анализа поведения электрических зарядов при движении наэлектризованных нефтепродуктов в прямоугольных лотках сливных устройств нефтебаз.

Если в расчетных формулах пренебречь влиянием поверхностного заряда (о = 0), то получается решение, совпадающее с резуль-Д.

НАКОПЛЕНИЕ И УТЕЧКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ В РЕЗЕРВУАРАХ

УРАВНЕНИЕ БАЛАНСА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА В РЕЗЕРВУАРАХ

Рассмотрим случай, когда в стальной заземленный резервуар Поступает нефтепродукт с некоторой объемной плотностью электрического заряда.

Одновременно из резервуара откачивается нефтепродукт, вместе с которым из резервуара уходит электрический заряд плотностью, равной объемной плотности заряда в резервуаре.

Б процессе наполнения нефтепродуктом и одновременной откачки происходит утечка электрического заряда на стенки резервуара.

Уравнение баланса электрического заряда составим при условии перемешивания нефтепродукта в объеме резервуара, что создает равномерное распределение заряда по всему объему.

Это условие позволяет принять среднюю плотность объемного заряда, •одинаковую по всему резервуару.

Общее изменение объемного заряда в резервуаре определяется изменением объемной плотности заряда где р — объемная, плотность электрического заряда в резервуаре в любой момент времени.

Изменение объемной плотности заряда вызывается утечкой его на стенки резервуара и поступлением электрического заряда с •нефтепродуктов.

Утечка заряда изменяет объемный заряд за элементарный про-мгжуток времени на величину где т — удельная электропроводность нефтепродукта; е — относительная диэлектрическая проницаемость нефтепродукта; BQ-— электрическая постоянная.

Закачка наэлектризованного нефтепродукта в резервуар вызывает изменение объемного заряда в резервуаре на величину:

9i (Pi — где'pi — объемная плотность электрического заряда закачиваемого нефтепродукта.

С учетом составляющих баланса объемного электрического заряда в резервуаре получим: (4.

2) является дифференциальным уравнением, которое описывает изменение объемной плотности электрического* заряда в резервуаре.

В левой части уравнения уменьшение электрического заряда в результате утечки учитывается слагаемым со-знаком «минус».

В правой части уравнения увеличение объемного* заряда под действием поступающего в резервуар нефтепродукта учитывается вторым слагаемым со знаком «минус».

Уменьшение объемного заряда в результате откачки нефтепродукта учитывается третьим членом со знаком «плюс».

В обычных условиях эксплуатации резервуаров и технологических операций плотность объемного заряда откачиваемого нефтепродукта равна плотности заряда в резервуаре:

С точки зрения явления электризации это уравнение описывает изменение плотности электрического заряда для наиболее важных «I опасных операций наполнения резервуаров.

В качестве начальных условий приведенных уравнений необходимо задать величину начального заряда: р(т = 0) = РО.

Таким образом, начальный объемный заряд может быть равным «улю.

УРАВНЕНИЕ БАЛАНСА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА В РЕЗЕРВУАРАХ ПРИ ВЕСЬМА МАЛЫХ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЯХ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Было установлено, что при удельной электропроводности нефтепродуктов менее Ю^ЧЭм-'-м-1 утечка электрических зарядов в.

Для этой области электропроводностей нефтепродуктов на основании экспериментальных исследований <было получено уравнение утечки объемного заряда в виде -- ^P2dt=dp, (4.

— коэффициент подвижности электрических зарядов в нефтепродуктах.

Дифференциальное уравнение, описывающее изменение объемной плотности электрического заряда в резервуаре при весьма малой электропроводности с учетом (4.

ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА В РЕЗЕРВУАРАХ ПРИ ЗАКАЧКЕ НАЭЛЕКТРИЗОВАННОГО НЕФТЕПРОДУКТА

Электрические поля, создаваемые наэлектризованными нефтепродуктами в резервуарах, зависят от плотности заряда, которая является функцией силы поступающего тока, электропроводности и времени.

Плотность электрического заряда в резервуаре любой формы определим из следующих условий.

Поступающая жидкость содержит объемный заряд плотностью pi.

Сила тока утечки определяется абсолютной величиной заряда и электропроводностью нефтепродукта.

Процесс поступления и утечки электрических зарядов в резервуаре любой формы и объема может быть описан дифференциальным уравнением:.

17), получим уравнение закона изменения плотности электрического заряда в резервуаре: (4Л8)

18) следует, что плотность электрического заряда в резервуаре изменяется во времени и зависит от величины начального объема нефтепродукта в резервуаре, начальной плотности электрического заряда в резервуаре, скорости закачки в резервуар, плотности заряда поступающей в резервуар жидкости и удельной электропроводности нефтепродукта.

Рассмотрим возможные частные случаи поведения электрических зарядов в резервуаре.

В случае, если начальный заряд отсутствует (т.

19) следует, что в начальный момент при т = 0 плотность электрического заряда равна нулю, поскольку обращается в нуль множитель в скобках.

электрических зарядов, находящихся в нефтепродуктах, применяют металлические проволочные сетки (экраны), которые помещают под уровень нефтепродуктов.

При бесконечном возрастании времени плотность электрического заряда также обращается в нуль, так как знаменатель стремится к бесконечности.

Время, когда устанавливается максимальное значение плотности электрического заряда, можно найти, если взять первую производную плотности заряда по времени и приравнять ее нулю.

20) можно определить время, которому соответствует максимальное значение плотности заряда.

Очевидно, при некотором сочетании условий максимальная плотность электрического заряда будет представлять наибольшую опасность.

уар (V0 == 0), то изменение плотности заряда из (4.

В этом случае плотность заряда в резервуаре не зависит от скорости закачки нефтепродукта и определяется только электрической проводимостью и плотностью электрического заряда, поступающего в резервуар с жидкостью.

21) также следует, что плотность заряда в резервуаре всегда меньше плотности поступающего заряда только при t = 0 и р = pi, в последующие моменты p

Если нефтепродукты обладают малой электропроводностью, такой, что утечкой электрических зарядов можно пренебречь (а = = 0), то из (4.

Если в начальном объеме электрические заряды отсутствуют (ро — 0), то из (4.

Здесь также при продолжительной закачке (при т->оо) плотность заряда в резервуаре будет стремиться к плотности поступающего заряда.

В любом случае, чем больше величина плотности электрического заряда в резервуаре, тем больше опасность возникновения электрического заряда.

Изменение плотности электрического заряда при наполнении нефтепродуктом /Т ' пустого резервуара la = — = ^j I//c

Заземление с помощью сеток и струн снижает опасность разряда скапливающегося в резервуаре электрического заряда.

В лабораторных условиях испытывали нейтрализацию электрических зарядов с помощью электродов в трубопроводе.

В поток нефтепродукта, который несет в своем объеме электрические заряды, вводили заостренный электрод, который обязательно надо заземлять.

Расчет плотности электрического заряда при закачке нефтепродуктов в резервуар

Исследования показали, что эффективность нейтрализации заряда больше, если электрод будет помещен в неметаллическую трубу.

Вычислим изменение плотности электрического заряда при заполнении резервуара объемом 5000 м3 и железнодорожной цистерны объемом 50, м3 наэлектризованным нефтепродуктом.

Изменение плотности электрического заряда при наполнении нефтепродуктом / Т 100 • частично заполненного резервуара 1й = ~ = -jj-f 1/с

Метод рассеивания зарядов

Электрический заряд, появившийся в нефтепродукте, стремится рассеяться.

Ток утечки зависит от величины начального заряда Q, относительной диэлектрической постоянной е и проводимости топлива f и может быть вычислен по формуле:.

б) изменения плотности электрических зарядов при заполнении резервуаров.

Кривые характеризуют изменение плотности электрического заряда при закачке наэлектризованного нефтепродукта в пустой -в -7 -8

(рафики изменения плотности электрических зарядов при наполнении резервуара объемом V = 50 м3: а — для полностью заполненного резервуара (V0 •= 0; fn = 1800 с); б — для частично заполнен.

Плотность объемного электрического заряда при закачке в пустой резервуар может быть на несколько порядков выше, чем при закачке в частично заполненный.

ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА В РЕЗЕРВУАРАХ ПРИ МАЛОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Таким образом, по омической теории можно вычислить изменение объемного заряда при закачке нефтепродуктов в резервуары.

Если при высоких удельных сопротивлениях в действительности за время 30 с электрический заряд уменьшается на 6 %, то при расчете по омической теории электрический заряд уменьшается всего на несколько процентов.

Изменение однородного заряда можно описать уравнением: ^ = Jlp2.

Допустим, что в резервуар поступает нефтепродукт с объемным зарядом pi.

С учетом поступающего нефтепродукта изменение электрического заряда в резервуаре можно описать дифференциальным уравнением: ——p2dt = dp — (pi — р) —.

В левой части уравнения учитывается утечка электрического заряда.

Первый член правой части выражает абсолютное изменение электрического заряда, а второй член — влияние поступающего с нефтепродуктом электрического заряда;

Приведенное выражение показывает, что заряд, поступающий в трубопровод, постепенно уменьшается в результате рассеивания.

При заданном диаметре длина отрезка трубы определяется расчетным путем из условия допустимого остаточного заряда.

Окончательно изменение плотности электрического заряда при закачке нефтепродукта в резервуар будет иметь вид: <4'39)

Изменение объемной плотности электрического заряда в резервуаре р <т) t, с 2 у ab т /i /0 - — 1, С 2 \fab т /j /0 PI

Проведем расчет изменения плотности электрического заряда в резервуаре-при закачке в него нефтепродукта, содержащего объемный электрический заряд,

Скопление электрического заряда при заполнении топливом баков самолета создает опасность электрического разряда.

Полученные формулы позволяют проводить расчет утечки электрического заряда в резервуарах для нефтепродуктов с весьма высоким удельным электрическим сопротивлением (РС> >1012Ом-м).

3 приведены значения относительного объемного заряда, т.

величины объемного заряда в резервуаре, отнесенной к объемной плотности поступающего заряда:

3, могут быть использованы для-оценки величины заряда в резервуаре, если известно значение входящего заряда.

РАСЧЕТ УТЕЧКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА В ЧАСТИЧНО ЗАПОЛНЕННОМ ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ РЕЗЕРВУАРЕ

В частично заполненном резервуаре может быть два случая утечки электрического заряда на стенки резервуара.

Установка рассеивающей емкости после фильтра значительно снижает величину заряда.

При интенсивном перемещений нефтепродукта образования поверхностного заряда не происходит.

В резервуаре, где нефтепродукт не перемешивается под действием поступающей струи и поверхность его находится в спокойном состоянии, возможно образование электрического заряда на свободной поверхности нефтепродукта.

Поверхностный заряд будет оказывать влияние на скорость утечки заряда из объема нефтепродукта.

В частично заполненном резервуаре электрический заряд будет стекать по стенке резервуара и днищу.

Активная площадь утечки электрического заряда равна площади стенки, омытой нефтепродуктом, и площади днища.

Через свободную поверхность нефтепродукта электрический заряд не стекает.

За время dr через днище резервуара уходит электрический заряд, величина которого -; *

За время d-c по стенке резервуара из нефтепродукта стечет электрический заряд величиной dpz =•—г?

Уравнение баланса электрического заряда в резервуаре можно записать так: яли = nb2hdp.

Изменение плотности электрического заряда в объеме нефтепродукта частично заполненного резервуара равно: ' р = рое~^СТ.

Таким образом, влияние частичного заполнения резервуара на утечку электрического заряда учитывается коэффициентом С, величина которого зависит от уровня нефтепродукта в резервуаре и от соотношения высоты резервуара и его диаметра.

Для приближенных расчетов утечки заряда в частично заполненном цилиндрическом резервуаре коэффициент С можно принимать равным единице.

РАСЧЕТ УТЕЧКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА В ПОЛНОСТЬЮ ЗАПОЛНЕННОМ ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ РЕЗЕРВУАРЕ

Найдем утечку электрического заряда в полностью заполненном резервуаре через его стенки и днища.

Заряд примем равномерно распределенным по всему объему.

Утечка электрического заряда через стенку резервуара н dp.

При подстановке значений напряженно-стей под интегралы знаки следует отбрасывать, так как в данном случае надо учитывать абсолютную величину утечки электрического заряда: n=l

Подставив значения зарядов в уравнение (4.

58) в пределах от ро до р и от 0 до т найдем изменение плотности электрического заряда от утечки его через стенку, днище и крышу резервуара: -cJU f =0oe ^0.

Если утечка электрического заряда происходит через часть внутренней поверхности, то коэффициент будет иметь меньшую величину (С<1).

В этом случае при высоких электроизоляционных свойствах покрытия скорость утеч-, ки электрического заряда снизится.

РАСЧЕТ УТЕЧКИ ОБЪЕМНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ , В НЕФТЕПРОДУКТАХ

При заполнении резервуаров, железнодорожных цистерн и других емкостей наэлектризованными нефтепродуктами в них возможно скопление электрического заряда.

Одновременно с поступлением электрического заряда в резервуар происходит утечка его на металлические стенки.

Считается, что снижение объемного заряда происходит для всех нефтепродуктов по экспоненциальному закону: -• _и '.

61) где ро — начальный объемный заряд; у —удельная электропроводность нефтепродукта; т — время; е -г- относительная диэлектрическая проницаемость; ей— электрическая постоянная.

Однако, как'установлено экспериментально, омическая теория не всегда правильно описывает изменение объемного заряда во времени.

С увеличением проводимости утечка электрического заряда возрастает.

При уменьшении электропроводности до некоторой величины скорость снижения электрического заряда падает в соответствии с приведенным экспоненциальным законом.

Вычисленная скорость уменьшения объемного заряда влияет значительно меньше, чем измеренная.

Для описания утечки или изменения объемного заряда во времени при удельном сопротивлении нефтепродуктов более 1012 Ом • м получена следующая формула:

Данные, полученные при расчете изменения 'объемного заряда по формуле (4-62), хорошо совпадают с данными экспериментов при весьма малой электропроводности.

Таким образом, имеются две области значений удельных проводимостей, в которых изменение объемного заряда описывается различными законами.

Необходимо установить границы применения рассмотренных двух законов утечки электрических зарядов из объема нефтепродукта.

Релаксацию объемного заряда определяем по дифференциальному уравнению fJ?

при т = 0) в объеме нефтепродукта распределен объемный заряд плотностью ро.

64) описывает изменение объемного заряда во времени при действии одновременно двух факторов • — омической проводимости и подвижности ионов.

Если в этой формуле пренебречь коэффициентом а\, приравняв его нулю, то получим экспоненциальный закон изменения плотности объемного электрического заряда, т.

62) для расчета снижения электрического заряда.

В начальный момент (при т = 0) в объеме нефтепродукта находится электрический заряд р0.

Спустя некоторое время окажется, что время т ->- оо и величина объемного заряда становится равной нулю.

Тогда объемная плотность электрического заряда в нефтепродуктах ' может быть выражена формулой по которой можно рассчитать изменение плотности электрического заряда в начальные моменты времени.

При малых удельных сопротивлениях нефтепродуктов утечка электрических зарядов происходит преимущественно за, счет электропроводности.

64), можно установить, что относительное влияние электропроводности и подвижности ионов на утечку электрических зарядов зависит от абсолютных величин удельного электрического сопротивления нефтепродукта, подвижности ионов и объемного заряда.

64) видно, что уменьшение объемного заряда за счет проводимости будет наблюдаться при ~ < 1 или при 7 > цро.

Если удельная проводимость много меньше произведения подвижности ионов на величину объемной плотности электрического заряда (уСр-Ро).

то в этой области утечка объемного заряда происходит в основном за счет подвижности ионов.

Преимущественное влияние электропроводности или подвижности ионов на время релаксации объемных зарядов можно определить путем сравнения удельной электропроводности нефтепродуктов и произведения подвижности ионов на начальную объемную плотность электрического заряда.

При наливе открытой струей может создаваться поток всплывающих воздушных пузырьков, образующих дополнительное количество электрического заряда в объеме нефтепродукта.

Содержащаяся в нефтепродукте вода будет осаждаться на дно резервуара и создавать дополнительный объемный заряд.

Свободная струя нефтепродукта, поступающая в резервуар с объемным электрическим зарядом, сама представляет серьезную опасность разряда статического электричества.

Во-первых, содержащийся в струе объемный заряд может распределяться по поверхности нефтепродукта в резервуаре, железнодорожной цистерне или другой емкости.

Электрический заряд, находящийся на поверхности, способен к более свободному разряду.

Во-вторых^ объемный заряд в струе создает вокруг нее электрическое поле иногда с высокой напряженностью.

При турбулентном движении нефтепродукта в трубопроводе происходит интенсивное перемешивание электрического заряда.

Поэтому для рассматриваемого случая примем равномерное распределение электрического заряда в объеме нефтепродукта по поперечному сечению струи.

66) ее„' где г — переменный радиус струи; U — потенциал в объеме струи; Р — объемная плотность электрического заряда.

Напряженность электрического поля в газовом пространстве на границе струи зависит не от диаметра цилиндрического резервуара и расположения струи относительно цилиндра, а только от диаметра струи и величины объемного заряда.

По м'ере падения струи электрический заряд будет перераспределяться и часть объемного заряда будет выходить на поверхность струи.

Доля поверхностного заряда зависит от электропроводности нефтепродукта и времени падения струи.

Плотность объемного заряда в струе изменяется по формуле '(4.

Остальная часть электрического заряда выходит на поверхность струи.

Из баланса заряда на единицу длины струи имеем: <ка?

Изменение относительной плотности поверхностного заряда в струе откуда плотность поверхностного заряда ' -р/ее.

Относительная доля поверхностного заряда характеризует скорость выхода его.

79) проведем расчет изменения относительной плотности поверхностного заряда в зависимости от времени.

4 построен график зависимости относительной доли поверхностного заряда от относительного времени (рис.

Рассмотрим относительное изменение поверхностного заряда для топлив с различной электропроводностью.

4,5, по данным которой построены графики зависимости поверхностного заряда от времени.

- л ш и тельной доли поверхностного заряда в электропроводности больше 1(Н» свободной струе нефтепродукта от от- Ом"1 • м~', значительная доля зак ряда в первые же секунды паденосительного времени - т r r J* "о ния струи выходит на ее поверх-104

Изменение относительной плотности поверхностного заряда в зависимости Ot времени падения струи т.

6 Изменение поверхностной плотности электрического заряда в струе (в Кл/м3).

Поверхностный заряд струи растекается по поверхности нефтепродукта в резервуаре, увеличивая опасность разряда статического электричества.

Найти напряженность электрического поля на поверхности струи в газовом пространстве, если объемная плотность электрического заряда р = = 300- Ю~6Кл/м3, а струя диаметром 2я = 0,15 м.

ОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ НА ПОВЕРХНОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ В РЕЗЕРВУАРАХ

При закачке наэлектризованного нефтепродукта в резервуар в его объеме, заполненном нефтепродуктом, накапливается электрический заряд.

В результате утечки объемного электрического1 заряда его величина, характеризуемая объемной плотностью,, непрерывно уменьшается во времени.

В процессе изменения объемного заряда на поверхности нефтепродукта образуется поверхностный электрический заряд, который влияет на электрическое поле в газовом пространстве резервуара и на время релаксации объемного заряда.

Из-за мгновенного протекания искрового разряда объемные заряды из жидкости не могут быстро выйти на поверхность за счет только одной проводимости.

Для выхода зарядов из 'объема требуется некоторое время, равное времени релаксации.

Рассмотрим последовательно вопросы образования поверхнос'т-ного заряда, влияние его на электрическое поле и на время релаксации объемного заряда в резервуаре.

Механизм образования поверхностного электрического заряда

Поверхностный электрический заряд образуется при наличии неоднородных диэлектриков, таких, как, например, слой нефтепродукта и слой газового пространства в частично заполненном резервуаре.

Если резервуар только что заполнен наэлектризованным нефтепродуктом, то в начальный момент электрического заряда на поверхности нефтепродукта нет, а объемный заряд распределен в нефтепродукте.

Из -последнего неравенства следует, что на поверхности раздела должно происходить накапливание электрического заряда.

В этом и заключается механизм образования поверхностного электрического заряда.

Накапливание электрического заряда на поверхности нефтепродукта продолжается до тех пор, пока нормальные составляющие соответствующих величин силы тока не станут равными, т.

Тогда где а — плотность поверхностного электрического заряда.

Присадки —наиболее эффективное средство против образования электрических зарядов в нефтепродуктах.

При установившемся поверхностном заряде сила тока в жидкости также равна нулю (in = 0).

Здесь электрическое поле, создаваемое объемным зарядом, компенсируется полем появившегося поверхностного заряда.

Введение присадок -увеличивает электропроводность нефтепродуктрв1 что ускоряет утечку электрических зарядов из жидкости.

Таким образом, когда поверхностные заряды установились, напряженность электрического поля над поверхностью нефтепродукта определяется величиной плотности поверхнрстного заряда.

Если замерить напряженность электрического поля, то можно определить величину поверхностного заряда.

Поверхностный заряд вызывается напряженностью электрического поля и косвенно зависит от плотности объемного заряда в нефтепродукте.

При закачке нефтепродукта в резервуар количество электрических зарядов будет увеличиваться.

Через некоторое время нарастание электрического заряда может прекратиться и сила тока электризации уравновесится током утечки.

Тогда установившийся в резервуаре заряд будет равен: v = гэ -тг~1 где ig — сила тока электризации или количество зарядов, поступающих в резервуар с нефтепродуктом.

Величина этого заряда включает только объемный заряд.

При установившейся величине объемного заряда появляется поверхностный заряд.

Поэтому общий заряд будет равен сумме объемного и поверхностного зарядов: <Зобщ = гэ-^- + а,, (4.

ОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ ПРИ ПЕРЕКАЧКЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ

82) где oi — поверхностный заряд на всей площади зеркала поверхности нефтепродукта.

82) следует, что частично заполненный резервуар собирает больший по величине электрический заряд по сравнению с полностью заполненным резервуаром.

Влияние поверхностного заряда на электрическое поле в газовом пространстве резервуара

Наличие электрического заряда приводит к увеличению потенциала в газовом пространстве резервуара.

Оценить влияние поверхностного заряда можно на примере одномерного уравнения.

Расчет электрического поля проведем для равномерно распределенного объемного заряда.

Физически равномерное распределение электрического заряда достигается, когда время перемешивания нефтепродукта в резервуаре будет меньше времени релаксации.

Образование электрических зарядов в нефтепродуктах при их движении называется электризацией.

Очевидно, что чем меньше объем резервуара и больше скорость закачки, тем равномернее распределяется электрический заряд в резервуаре.

В случае только объемного электрического заряда плотностью р напряженность поля в газовом пространстве резервуара выражается формулой:

Напряженность электрического поля в газовом пространстве резервуара при наличии поверхностного заряда равна г ~2e.

0(tf- ft)' где р' — плотность объемного заряда в жидкости, имеющей на поверхности электрический заряд.

Плотность объемного заряда р' отличается по величине от плотности р объемного заряда при условии, что поверхностные заряды отсутствуют.

Поскольку оба случая рассматриваются в установившемся состоянии, при котором предполагается, что токи, направленные к днищу резервуара, равны как при наличии поверхностного заряда, так и без него, то напряженности поля на днище резервуара в обоих случаях также равны между собой:

Электрические заряды, которые находятся в объеме или на поверхности нефтепродуктов, обычно называются электростатическими.

Найдем распределение потенциала и напряженности как функций высоты налива нефтепродукта в резервуаре при наличии в слое нефтепродукта и диэлектрика электростатических зарядов объемной плотностью соответственно pi и р2.

• Схема для расчета образования электрических зарядов на поверхности нефтепродуктов в резервуаре дана на рис.

Термин электростатический заряд (положительный или отрицательный) или статическое электричество принят для относительно неподвижных поверхностных или объемных электрических зарядов.

Находясь в диэлектрике, которым является нефтепродукт, электростатические (электрические) заряды могут долго сохраняться в нем, несмотря на воздействие собственного или внешнего электрического поля.

Электрические заряды в нефтепродуктах получаются в результате разделения зарядов (положительного с отрицательным) при перекачке по трубопроводам, перемешивании, распылении и т.

Относительная Отношение объемной плот- с' высота налива h/H ности зарядов Pi/P при относительной величине 0 5 | 10 0 —0,0565 —0,8178 —1,5590

Величина электрического заряда в объеме нефтепродуктов изменяется в зависимости от их физических свойств, примесей в них и режимов технологических операций.

/Я = 0,005; Я = 10 м; относительная высота налива (h/H) равна 0,25, 0,50 и 0,75; отношение' объемной плотности зарядов (р2/р) составляет 0, 10 и 100; относительная величина поверхностного заряда равна 0, 5 и 10; отношение

Накопление электрических зарядов в резервуарах определяется условиями утечки и величиной объемного заряда в нефтепродукте, а также скоростью закачки его в резервуар.

'' Яг поверхностного заряда ot/P^ 0,1384 0,1570 0,3330 2,0040 2,0170 2,1890 3,8190 3,8390 4,0060 0,5650 0,6410 1,3600 8,1780 8,2340 8,9360 15,5900 15,6700 16,3500 0,0930 0,1190 0,2940 1,9830 2,0020 2,1710 3,8730 3,8920 4,0610 0,2260 0,1880 0,5930 4,0450 4,0070 4,3860 7,8630 7,8250 8,2050 0,0280 0,0394 0,1570 1,1820 1,1940 1,2960 2,3370 2,3480 2,4510 0,0376 0,0529 0,2110 1,5870 1,6030 1,7400 3,1770 3,1520 3,2900

Полученные данные позволяют сделать следующие выводы: наличие слоя диэлектрика вызывает увеличение потенциала и напряженности поля в газовом пространстве резервуара; наиболее сильное влияние слоя диэлектрика на электрическое поле наблюдается при наибольшем заполнении резервуара; значения потенциала и напряженности в газовом пространстве резервуара при наличии поверхностного заряда резко возрастают.

При закачке наэлектризованного нефтепродукта в резервуар в его объеме, заполненном нефтепродуктом, распределяется электрический заряд.

Изменение плотности объемного заряда проист ходит за счет утечки электрических зарядов через днище и на поверхность диэлектриков.

На поверхности слоя диэлектрика и на границе раздела нефтепродукт — диэлектрик образуется поверхностный заряд плотностью о2 и OL Изменение плотности поверхностного заряда определяется системой уравнений: da2 = | Е |г = | Е2 |z=ft+Al | T2di — \ЕГ \^н+н, | ТгА.

93) будем решать при следующих допущениях: пренебрегая объемной плотностью заряда в слое диэлектрика (р2 = 0), проводимость газового пространства принимаем равной (уг = 0), поверхностная плотность заряда на границе жидкость — диэлектрик о2 = 0.

Стенка трубы оказывается заряженной электрическим зарядом одного знака, а нефтепродукт, непосредственно прилегающий к трубе, равным зарядом противоположного знака.

Из теории двойного электрического слоя известно, что заряд, находящийся в жидкости, можно рассматривать состоящим из двух частей.

Из анализа изменения плотности объемного и поверхностного зарядов следует, что плотность объемного заряда без слоя диэлектрика снижается довольно быстро.

При наличии слоя диэлектрика плотность поверхностного заряда увеличивается быстрее, в результате чего резко возрастают потенциал и напряженность в газовом пространстве.

НАКАПЛИВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА НА ПОВЕРХНОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ С ВЫСОКИМ УДЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ

При весьма высоких удельных сопротивлениях нефтепродуктов <рс > 10~1г Ом • м) электрическое поле, созданное распределенными х в объеме электрическими зарядами, будет способствовать образованию поверхностного заряда.

При этом электрический заряд •будет подводиться из объема нефтепродукта к его поверхности в результате перемещения ионов под действием электрического лоля.

Если расчет вести по омической теории, то скорость образования поверхностного заряда будет значительно меньше факти-•ческой скорости: - <, =-------?

101) тде ро — начальная объемная плотность электрического заряда.

Распределение электрического заряда в нижней области примем равномерным.

Скорость образования электрического заряда пропорциональ-«а напряженности электрического поля в нефтепродукте и на его поверхности.

Приращение поверхностного заряда за элементарный промежуток времени • ,

102) и объемной плотности электрического заряда из (4.

В процессе наполнения резервуара происходит перемешивание нефтепродукта и поверхностный заряд при этом не образуется.

В момент прекращения закачки устанавливается объемный заряд, и с этого момента электрический заряд в нефтепродукте рассеивается и образуется поверхностный заряд.

Электрический заряд рассеивается и в процессе наполнения резервуара нефтепродуктом.

В рассматриваемом случае отсчет ведем с момента начала образования поверхностного заряда.

Таким образом, в объеме жидкости появляются электрические заряды, которые будут накапливаться вместе с нефтепродуктом в резервуарах.

Выразив плотность поверхностного заряда через значения найденных функций, получим: т, + const Xе.

Электрические заряды образуются также при движении нефтепродуктов относительно твердой стенки в насосах, фильтрах, при перемешивании и т.

Если представить изменение поверхностного электрического заряда в относительных единицах, то получим:

Максимальные значения поверхночной плотности зарядов (ъа)тлу при

109) описывают изменение поверхностного заряда во времени.

В начальный момент времени (т = 0) поверхностный заряд равен нулю.

Через достаточно большой промежуток времени (т->оо) поверхностный заряд также становится равным нулю.

В этом случае объемный и поверхностный заряды рассеиваются.

Величина поверхностного \ , заряда в какой-то момент времени проходит через максимум.

Определяем производную поверхностного заряда по времени и приравниваем ее нулю: -----= 0.

Отсюда время, сэответствующее максимуму поверхностного заряда,.

109), получим значение максимального поверхностного заряда: '

9 представлены вычисленные значения максимального поверхностного заряда, а в табл.

10 — расчетные данные изменения относительной плотности поверхностных зарядов при весьма высоких удельных сопротивлениях нефтепродуктов.

10 Изменение относительной плотности поверхностного заряда при рс > 10~~12 Ом-м h/H "о 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

График изменения максимальной поверхностной плотности электрического заряда в зависимости от уровня нефтепродукта в резервуаре

График изменения относительной плотности поверхностного электрического заряда при р > 1013 Ом • м; •/ —А/Я = 0; 2-Й/Я = 0,2; 3 — Л/Я = hm = °'6: 5 ~ Н1Н =• °'8: s ~

20 и 21 представлены графики изменения максимального поверхностного электрического заряда в зависимости от уровня в резервуаре и изменения поверхностной плотности заряда от относительного времени.

Полученные соотношения позволяют определить скорость образования поверхностного заряда в резервуарах при закачке в них нефтепродуктов с весьма высоким удельным электрическим сопротивлением:

Приведенные графики и таблицы позволяют определить величину поверхностной плотности заряда, если известна начальная объемная плотность электрического заряда в нефтепродукте и подвижность ионов.

Если расчет плотности поверхностных электрических зарядов для нефтепродуктов проводимостью Ю-12 Ом-1 • м-1 вести по омической электропроводности, то получится заряд, значение которого ниже по сравнению со значением действительного поверхностного заряда.

Подвижность ионов в электрическом поле приводит к более быстрому образованию поверхностного электрического заряда, создавая большую опасность разряда статического электричества с поверхности нефтепродукта в резервуаре.

ОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ ПРИ ИСТЕЧЕНИИ ВОДЯНОГО ПАРА

Авторы провели эксперименты, в которых показали, что при истечении пара из шлангов возникают электрические заряды значительной величины.

Определить величину электрического заряда при истечении пара в цистерну не представляется возможным из-за трудностей измерения.

В связи с этим была собрана специальная установка, позволяющая определить величину электрического заряда в объеме водяного пара.

Схема установки для исследования электризации пара: , / — паропровод: 2 и И —вентили; 3 —манометр; 4 — рогаметр; '5 — бачок для воды; 6 — микроампер-мегр; 7 — электростатический вольтметр; 8 —стальной резервуар (V = '0,2 м3); 9 — стальная сетка; 10 — изоляторы; //— отборный козырек; 12 — металлическое сопло; 13 — резиновый шланг; 14 — подводящий трубопровод зервуар для измерения электрического заряда.

Заряд пара замеряли гальванометром и электростатическим вольтметром.

В струю сухого пара вводили разное количество воды и при этом измеряли соответствующие электрические заряды пара.

Максимальная сила тока в Экспериментах была 1,35 • 10~6 А, максимальная объемная плотность электрического заряда 1 • 10~6 Кл/м3, минимальная — 6,25 • 10~9 Кл/м3.

Так, при диаметре сопла 25,4 мм увеличение расхода воды с 2,2-10~5 до 6,8-Ю-6 м3/с вызывает увеличение силы тока электризации с 7,5 • 10~8 до 1,9 • 10~7 А, а объемной плотности электрического заряда с 2,96 • 10~7 до 7,69 • 10~7 Кл/м3.

В реальных условиях при использовании перегретого пара не исключено образование электрических зарядов.

Для снижения образования зарядов в шлангах в начальный момент пропаривания необходимо производить продувку шлангов для удаления образовавшегося конденсата.

Если заряды возникают на поверхности материала оболочки-вкладыша, то при достаточной величине этих зарядов в местах складок могут появиться электрические разряды и возможно воспламенение смеси паров нефтепродуктов с воздухом.

Определим напряженность электрического поля и энергию его, •считая электрический заряд равномерно распределенным по поверхности материала и зазор одинаковым по всей площади.

Из Приведенных соотношений можно определить предельную* плотность поверхностного заряда, при котором произойдет пробой зазора между обкладками конденсатора, \ где qi — предельная плотность поверхностного заряда, Et — пробивная напряженность электрического поля.

Для воздушного зазора, что соответствует условиям в резервуарах е = 1 и EI = 3 • 10б В/м, предельная величина поверхностного заряда <7i = 3.

Если принять зазор между пластинами рассматриваемого конденсатора равным 1 мм, то удельная энергия, соответствующая предельному заряду, будет

ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРА УТЕЧКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА

Для уменьшения электрического заряда в трубопроводе рекомендуется применять заземленный электрод, расположенный по оси трубопровода.

Заземленный электрод предназначается для снижения заряда, образованного в фильтре, насосах и других установках.

Если заряд после фильтра значительно больше заряда, образующегося в трубопроводе, последним можно пренебречь при анализе влияния заземленного электрода.

•Электрический заряд после фильтра обозначим через ро.

Изменение электрического заряда по длине трубопровода без стержня описывается формулой: т* р = р0е ш"<>.

Влияние коаксиального заземленного стержня можно охарактеризовать относительным избытком заряда: i* °г ар = ^!

3) определяет, насколько больше заряд в трубопроводе с внутренним цилиндром по сравнению с зарядом в простом трубопроводе.

Таким образом, применение заземленного цилиндра не способствует увеличению утечки электрического заряда, а снижает ее.

ВЛИЯНИЕ ЗАЗЕМЛЕННОЙ СЕТКИ НА УТЕЧКУ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА В ТРУБОПРОВОДЕ

Для отвода зарядов статического электричества из объема нефтепродуктов при -перекачке по трубопроводам предлагается установка заземленных металлических сеток.

При перекачке нефтепродукта, содержащего объемный элек -трический заряд, в трубопроводе создается электрическое поле, направленное по радиусу трубы.

В результате появления этого поля "происходит утечка электрического заряда на стенку трубы.

Создается утечка электрического заряда на металлическую сетку.

Рассматривая участок трубы до сетки как полубесконечный цилиндр, выпишем выражение для напряженности электрического поля на стенке при равномерном распределении электрического заряда.

Величина напряженности определяет интенсивность утечки этого заряда.

26, Схема для расчета пределение электрического поля завиеит влияния заземленной сетки от наличия заземленной металлической на утечку заряда в трубо- сетки.

На небольшой длине трубопровода можно принять электрический заряд с постоянной объемной плотностью.

При постоянной плотности объемного электрического заряда для полубесконечного цилиндра электрическое поле на сетке будет равно: v /'V \ где J0(-~-r\ и Ji(Vn) — функции Бесселя первого рода соответственно нулевого и первого порядка.

Утечку электрического заряда на сетку по всему поперечному сечению трубы найдем путем интегрирования выражения: где dp — изменение объемной плотности заряда.

Проинтегрируем последнее выражение соответственно в пределах от р до pi (левая часть) и от 0 до Дг (правая часть) и найдем значение плотности электрического заряда за сеткой: откуда следует, что на сетке плотность электрического заряда при прохождении нефтепродукта снижается скачком.

Для оценки эффективности снижения электрического заряда на заземленной металлической сетке сравним утечки заряда на сетку и на стенку трубы.

По длине трубопровода плотность электрического заряда изменяется по закону: __!

На сетке "заряд уменьшится на величину: _ Q 326— _ \

В трубопроводе на участке Дя заряд снизится на величину: • (5.

Плотности объемных зарядов перед сеткой и в начале рассматриваемого участка трубы примем равными |р = р0|.

Снижение объемных зарядов будет одинаковым при следующем равенстве:

Из этого соотношения следует, что утечка электрического заряда на сетку эквивалентна утечке электрического заряда на длине трубы, равной 0,16 О.

СНИЖЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ В РЕЗЕРВУАРАХ

Закачка нефтепродуктов, содержащих в своем объеме электрические заряды, в резервуары может привести к искровому разряду, а иногда и к взрыву.

Чтобы исключить разряд статического электричества в паровом пространстве резервуара, необходимо снизить объемную плотность электрического заряда в нефтепродуктах до безопасной величины.

Рассмотрим эффективность метода снижения плотности электрического заряда в резервуарах, применяемого за рубежом.

Для ускорения утечки электрических зарядов из объема нефтепродукта приемо-раздаточные патрубки внутри резервуара оборудуют специальным устройством, состоящим из стального каркаса размером 2,0X1,0X0,7 м, обтянутого латунной сеткой с отверстиями диаметром примерно 0,7 мм.

Из объема нефтепродукта, окруженного , заземленной сеткой, некоторая часть электрического заряда стекает на землю.

Эффективность рассматриваемого устройства численно можно оценить отношением плотности заряда, выходящего из сетки в резервуар, к плотности заряда, поступающего вместе с нефтепродуктом в замкнутый объем сетки.

Можно принять, что внутри сетки электрический заряд распределен равномерно.

Для полностью заполненного объема утечка электрического заряда не зависит от формы емкости и определяется электропроводностью нефтепродукта и плотностью электрического заряда.

Если плотность электрического заряда, поступающего в объем сетки, равна pi, то баланс электрического заряда в сетке для принятых условий запишется в виде: где VQ — объем, образуемый заземленной сеткой; р — плотность электрического заряда в объеме сетки; q\ — объемный расход нефтепродукта, закачиваемого в резервуар.

При достаточно мелкой сетке можно считать, что утечка электрического заряда происходит как и в случае сплошной металлической стенки.

Рассмотрение утечки электрического заряда начнем с начала закачки нефтепродукта после продолжительного периода хранения.

Это позволяет считать, что заряд в резервуаре перед началом закачки отсутствовал.

13) будем интегрировать в пределах от 0 д:> произвольного заряда р и от 0 до т (в правой части):

15) выражает изменение плотности электрического заряда, выходящего через сетку в объем резервуара в процессе закачки.

В начальный период времени плотность электрического заряда растет от нуля до некоторого предельного значения.

Отсюда относительное снижение электрического заряда

При малых электропроводностях нефтепродуктов утечка электрического заряда на сетку незначительна.

Найдем относительное снижение электрического заряда в устрой--стве, применяемом за рубежом.

Таким образом, при этих условиях стекает около 80% заряда в объеме сетки.

В этом случае на сетку стекает всего 40% заряда, поступающего в резервуар вместе с нефтепродуктом.

составит (10~13 Ом-' -м-1), то электрический заряд практически уменьшаться не будет.

В конкретных условиях технологических операций необходимо знать плотность безопасного р2 и поступающего pi заряда.

Величина q\ определяется удельной электропроводностью неф-" тепродукта, объемом сетки и отношением зарядов на входе и выходе из объема сетки.

Приведенные расчетные формулы позволяют определять снижение электрического заряда на заземленной сетке, допустимую пропускную способность трубопровода и необходимый объем сетки.

Эффективность установки в резервуаре заземленной сетки можно оценить относительной величиной электрического заряда, отводимого в объем заземленной сетки.

схго заряда, которая отводится на землю в объеме сетки, Др==р1_р2.

1 трических зарядов обычно заме

Относительную утечку заряда можно выразить также через силу тока:

Раскрывая значения отношения зарядов Ра/Р'„ получим выражение для оценки эффективности заземленной сетки в виде: ^жение •я _ Др _ Д/ _ ' I (5,19)

Pi

ЧТ° в опРеЛеленном случае при полном отводе электрический заряд не отводится при еМОЙ ^ У „ПЛ3 РИС> 2?

"Риведен график зависимости относительной доли удаленного в сетке заряда от комплексного параметра ее0а,/гТ

Из графика следует, что область эффективного снижения электрического заряда находится в пределах значений от 0 до 4 параметра seo^i/yVV Дальнейшее повышение этого параметра дает весьма малый эффект.

Определить необходимый объем заземленной «клетки», если известно, что для обеспечения безопасности проведения закачки нефтепродуктов в резервуар достаточно снизить заряд на 50 %.

27, находим, что снижению заряда на 50 % (5Р =0,5) соответствует значение параметра

Скорость накопления и утечки электрических зарядов в резервуарах зависит от характера и интенсивности проведения технологических операций на нефтебазах, заправочных установках и трубопроводах.

Однако как изменится при этом скорость образования электрических зарядов в процессе различных технологических операций, определить расчетным путем невозможно.

Поэтому для обеспечения безопасности технологических операций следует исходить из определения наибольшего электрического заряда, который может образоваться в трубопроводе (после фильтра, насоса и т.

Определив наибольшую величину электрического заряда по известной электропроводности, можно вычислить плотность заряда перед входом жидкости в, резервуар, затем рассчитать изменение плотности электрического заряда в резервуаре в процессе закачки в него наэлектризованной жидкости.

В работе [5] рассмотрены основные вопросы статического электричества в нефтяной промышленности: образование электрических зарядов, накопление и разряды статического электричества, расчет электрических полей в резервуарах простой формы, применение присадок и методы борьбы против появления статического электричества.

В зависимости от плотности электрического заряда в резервуаре и уровня нефтепродукта в нем определяют напряженность электрического поля, которая не должна превышать допустимой величины, а энергия возможного электрического заряда не должна быть выше минимальной энергии воспламенения паровоздушной смеси.

Для протяженных трубопроводов наибольший электрический заряд равен предельному электрическому заряду в трубопроводе РОО.

В коротких нефтебазовых трубопроводах наибольший электрический заряд после фильтра и насоса будет определяться предельной пробивной напряженностью электрического поля в трубе определенного диаметра.

Сопротивления утечки статических зарядов при сливе (наливе) и пропаривании железнодорожных цистерн

Как известно, одним из основных условий борьбы со статическим электричеством является заземление емкостей, в которых накапливается электрический заряд.

Но даже при наличии надежного заземления весь электрический заряд мгновенно не уходит в землю, так как для его выхода из объема нефтепродукта или пара требуется определенное время (время релаксации заряда).

При введении растворов, которые увеличивают проводимость жидкостей, образуется заряд, скорость образования которого увеличивается с повышением проводи

Для надежного отвода статических зарядов в землю сопротивление заземлителя должно быть не более 100 Ом.

При определенной величине электропроводности скорость образования заряда достигает максимума, а затем уменьшается.

Химический состав раствора может незначительно влиять на скорость образования зарядов.

Скорость образования зарядов зависит от скорости потока.

При ламинарном течении скорость образования зарядов сравнительно мала, а при турбулентном течении она больше.

Скорость образования зарядов в коротких трубах зависит от длины трубы, а в длинных трубах — не зависит от длины.

Электрический заряд при движении жидкости в трубопроводах образуется непрерывно.

Величина потенциала определяется величиной электрического заряда в цистерне и электрической емкостью цистерны относительно земли.

Часть электрического заряда будет уходить в землю через имеющийся контакт.

При перекачке нефтепродуктов по трубопроводам через насосы и фильтры в жидкости образуются электрические заряды.

Трубопровод, по которому перекачивается нефтепродукт и в котором образуются электрические заряды, является источником тока.

где Q — общая величина электрического заряда в цистерне; С — электрическая емкость железнодорожной цистерны относительно земли.

Для определения потенциала необходимо знать величину полного электрического заряда в цистерне, который будет зависеть от силы тока электризации и утечки.

Уравнение баланса заряда запишем в виде: «ли где / — сила тока электризации; R — сопротивление контактов котел—земля; t — время.

Экспериментально было установлено, что в жидкостях с про-видимостью около 1СН2 Ом-1— см-1 заряды распространяются далеко от стенки трубы, так что при перекачке жидкости на нее влияет турбулентность потока.

Предельный заряд на цистерне

Предельная энергия электрического заряда на цистерне T2D7r О2 О U тп77 __ 1 f\ ь __ ^-т __ ^-т т w ~ 2 ~~ 2С ~~ 2 •

Теоретически величина предельного заряда будет достигнута через бесконечно большое время.

Практически можно считать электрический заряд установившимся, если он достигает величины, равной 0,01 от предельного электрического заряда.

Тогда время достижения предельного электрического заряда

Величина предельного электрического заряда, который здесь определяется, не связана с величиной электрического заряда в объеме нефтепродукта.

Предельный электрический заряд может быть равен нулю в то время, когда в объеме нефтепродукта будет находиться значительный электрический заряд.

Величина электрического заряда в объеме нефтепродукта определяется его электропроводностью и не зависит от сопротивления заземления цистерны.

Величина суммарного электрического заряда в цистерне не зависит от электропроводности нефтепродукта и целиком определяется электрическим сопротивлением заземления цистерны.

Проведем расчеты потенциалов, электрических зарядов и энергии железнодорожных цистерн по данным выполненных измерений.

Определим наибольшую величину электрического заряда.

Примем величину электрической емкости железнодорожной цистерны для оценки величины электрического заряда равной 2000 пФ.

Энергия электрического заряда w /2j?

Это позволяет утверждать, что естественный контакт цистерны с землей оказывается достаточным, чтобы отводить электрический заряд от цистерны в землю.

Если расчет вести по величине переходного сопротивления котел цистерны — земля для заземленных рельсов, то потенциал и энергия электрического заряда оказываются еще меньшими.

Заполнение резервуаров, танкеров, железнодорожных цистерн и заправка самолетов сопровождаются накоплением в емкостях электрических зарядов, которые создают в газовом пространстве резервуаров электрические поля высокого напряжения.

Электрометры электронные: ПК-2-ЗА , Потенциал поверхности 100—500 000В; поверхностный заряд 0,2—20 мКл/м2 Ю14 1,5 Обычное

потока зарядов, которые поступают в жидкость от стенки.

Ток стенки, постоянный по длине трубы, создает объемный заряд.

К нему с помощью экранированного кабеля подключен электрометр для измерения величины электрического заряда.

Кроме того, для измерения величины электрического заряда может быть применен также электростатический вольтметр с пределами измерения 0—150 В.

По данным измерения потенциала резервуара относительно земли вольтметром вычисляют заряд, возникающий при электризации.

Для расчета емкости резервуар заряжают с помощью батареи постоянного тока высокого напряжения и затем производят разряд этого заряда резервуара на сопротивление 10й—1012 Ом.

Ток утечки будет увеличиваться с увеличением плотности зарядов по течению.

Заряд, образующийся в резервуаре, рассчитывают по формуле: «7-СС/,.

Для определения склонности топлива к образованию электрических зарядов, а также к способности проводить электрические заряды разработан прибор, который одновременно оценивает скорость образования электрических зарядов и их утечку,

Образование электрических зарядов происходит при вращении диска в нефтепродукте.

Наличие объемного заряда в резервуаре приводит к образованию электрического поля.

Таким образом, рассмотренная установка позволяет оценивать одновременно скорость образования и утечки электрических зарядов в широких пределах изменения гидравлического режима.

При этом наблюдались значительная электризация и небольшая утечка электрических зарядов.

Таким образом, с помощью прибора можно оценить способность топлива к электризации и определить относительную скорость электризации различных топлив, а также скорость утечкв зарядов в резервуарах.

Джевиса рассмотрена теория образования зарядов в трубах при турбулентном течении, которая хорошо согласуется с ранее опубликованными наблюдениями.

Теория, разработанная в этих работах, основана на уравнениях переноса зарядов ионов, первоначально присутствующих как растворенные примеси в нефтепродуктах, путем диффузии, проводимости и конвекции.

В жидкостях, проводимость которых КН1 Ом-1-см-1 или ниже, заряд в двойном слое занимает большее пространство.

В этом заключается отличие жидких диэлектриков от водных растворов с проводимостью 10~8 Ом~' • см~' и больше, в которых заряд распределяется на расстояние, равное размеру молекулы.

Избыточный заряд в объеме жидкости создает электрическое поле, которое приводит к образованию тока утечки зарядов на стенку трубы.

Электрический заряд, распределенный в объеме жидкости, будет вынесен потоком в приемный резервуар.

Если принять, что электрический заряд равномерно распределен по сечению трубы, а линейная скорость на любом расстоянии от оси трубы равна средней скорости, то дифференциальное урав-"нение образования заряда представится в виде: d ' aDF(C0-cs) /• «^•STPi----Тп-----+ -2^=°' (U> где а — радиус трубы; w — средняя скорость потока в трубе; d — эффективная толщина диффузионного слоя; х — расстояние от начала трубы; р — объемная плотность электрического заряда в данном сечении трубы; D—коэффициент диффузии; F, — число Фара-дея; С0—концентрация ионов в объеме жидкости; Cs — концентрация ионов на стенке трубы; п — число переноса ионов; т — время релаксации (т = ее0/т); е — относительная диэлектрическая проницаемость; е'о — электрическая постоянная; -у — электропроводность.

Образование электрических зарядов при перекачке нефтепродуктов.

Образование электрических зарядов при движении нефтепродуктов по трубопроводам.

Вывод дифференциального уравнения образования электрических зарядов при движении жидкостей в трубопроводах.

Образование электрических зарядов в трубопроводах на нефтебазах.

25 Образование электрических зарядов в трубопроводах при весьма малой электропроводности нефтепродуктов.

Образование электрических зарядов при течении жидкости в трубопроводе с заземленным коаксиальным цилиндром.

Определение наибольшей величины электрического заряда в трубопроводах о-.

Влияние внутренних изоляционных покрытий трубопроводов на утечку \ электрических зарядов.

Расчет электрического поля в вертикальном цилиндрическом резервуаре при наличии поверхностного заряда.

Накопление и утечка электрических зарядов в резервуарах.

Уравнение баланеа электрического заряда в резервуарах.

Уравнение баланса электрического заряда в резервуарах при весьма малых электропроводностях нефтепродуктов.

Изменение плотно:ти электрического заряда в резервуарах при закачке наэлектризованного нефтепродукта.

Изменение плотности электрического заряда в резервуарах при малой электропроводности нефтепродуктов.

Расчет утечки электрического заряда в частично заполненном цилиндричееком резервуаре.

Расчет утечки электрического заряда в полностью заполненном цилиндрическом резервуаре.

В результате решения дифференциального уравнения получена формула, описывающая изменение объемного заряда по длине трубопровода,

Расчет утечки объемных электрических зарядов в нефтепродуктах.

Образование электрических зарядов на поверхности нефтепродуктов в резервуарах.

Накапливание электрического заряда на поверхности нефтепродуктов с вы- \1': соким удельным сопротивлением.

Образование электрических зарядов при истечении водяного пара.

Изменение характера утечки электрического заряда в трубопроводе с за- ^ земленным коаксиальным цилиндром.

Влияние заземленной сетки на утечку электрического заряда в трубопроводе.

Снижение плотности электрических зарядов в резервуарах.

Как показывает опыт эксплуатации нефтебазы, танкеров, систем заправки самолетов, энергия электрического заряда бывает достаточной для воспламенения смеси паров нефтепродуктов с воздухом.

Некоторыми исследователями были выполнены эксперименты по электризации углеводородов, в результате которых установлено влияние различных факторов на образование электростатических зарядов.

Джевиса сила тока электризации при равномерном распределении зарядов в трубопроводе пропорциональна следующему множителю, т.

Эксперименты позволили качественно установить влияние "шероховатости на образование электрических зарядов в трубопроводах, причем шероховатость оказывает большее влияние на величину заряда, чем на коэффициент трения.

ОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ ПРИ ДВИЖЕНИИ НЕФТЕПРОДУКТОВ ПО ТРУБОПРОВОДАМ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ

Применение внутренних покрытий емкостей и технологических установок сдерживается необходимостью тщательного выяснения их влияния на утечку электрических зарядов.

Джевиса приведено дифференциальное уравнение, описывающее образование электрического заряда при движении по трубопроводам жидкостей с небольшой электропроводностью.

Полученные уравнения довольно полно отражают физику явления электризации нефтепродуктов и хорошо описывают поведение электрического заряда в трубопроводах.

Однако приведенная теория не пригодна для описания поведения электрических зарядов в предельных случаях, когда перекачиваемая жидкость обладает весьма малой электропроводностью.

Уравнение образования заряда в трубе имеет вид: ^-^'w-(rw) + i-°' (2.

i) где w — средняя линейная скорость движения нефтепродукта в трубопроводе; ц — объемная плотность электрического заряда; х — расстояние от начала трубопровода; D — коэффициент диффузии; г — переменный радиус трубы; т — время релаксации заряда (т = —]; s—относительная диэлектрическая проницаемость нефтепродукта; е0— электрическая постоянная; -у— удельная электропроводность.

Первый член уравнения характеризует изменение электрического заряда по длине трубопровода, второй член — образование заряда и третий член — утечку заряда на стенку трубы.

В этом случае с удалением от начала трубопровода электрический заряд непрерывно увеличивается и при х-*~оо электрический заряд возрастает до бесконечности.

Однако даже в таком идеализированном предельном случае увеличение электрического заряда до бесконечности невозможно.

Применение пластмассовых понтонов и микрошариков для сокращения потерь от испарения также требует исследования их влияния на накопление электрических зарядов.

Если нефтепродукт не обладает электропроводностью, утечка электрического заряда будет осуществляться в результате диффузии.

Поэтому образование электрического заряда на некотором расстоянии от начала трубопровода должно уравновеситься его диффузией (утечкой) на стенку.

Рассмотрим случай, когда электропроводность жидкости равна нулю и заряд в трубопроводе не образуется.

Жидкость, поступающая в трубопровод, вносит объемный заряд, плотность которого q0.

1) заряд по длине трубопровода будет оставаться постоянным.

В действительности электрический заряд в трубопроводе не может оставаться неизменным.

Несмотря на нулевую электропроводность электрический заряд будет стекать на стенку трубы в результате диффузии.

Таким образом, чтобы полностью описать характер явления электризации, необходимо учесть в дифференциальном уравнении дополнительную утечку заряда в результате диффузии избыточного объемного заряда на стенку трубы.

Она будет зависеть от величины избыточного заряда в объеме нефтепродукта.

Дифференциальное уравнение, описывающее образование и утечку электрического заряда на <ггенку в результате электропроводности и диффузии, будет иметь вид: или

Утечка электрического заряда в результате диффузии для обычных нефтепродуктов мала по сравнению с утечкой, обусловленной электропроводностью.

Для нефтебазовых операций характерно образование электрических зарядов в насосах, фильтрах и т.

Поэтому при входе жидкости в трубопровод в ней может содержаться начальный объемный заряд q0, наличие которого может повлиять на распределение плотности электрического заряда по длине трубопровода.

Для решения задачи необходимо также задать условия образования электрического заряда на стенке трубопровода.

При этом также образуются электрические заряды.

4) описывает образование и утечку электрического заряда в трубопроводе.

2) следует, что для нефтепродуктов с предельной нулевой электропроводностью начальный заряд в трубопроводе не остается постоянным, а снижается в результате диффузии на стенку трубы.

При нулевой электропроводности образующийся заряд не будет расти до бесконечности и удаляться от начала трубопровода.

Величина заряда будет экспоненциально приближаться к предельному заряду, при котором скорость образования уравновешивается скоростью утечки заряда в результате диффузии.

ОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ В ТРУБОПРОВОДАХ НА НЕФТЕБАЗАХ

Известно, что электрические заряды в трубопроводах при перекачке нефтепродуктов образуются в случае, когда имеется некоторое количество примесей электролитов.

При хранении нефтепродуктов в резервуарах избыточный заряд какого-либо знака равен нулю.

В трубопроводах после насосов электрические заряды дополнительно образуются в насосах, а также в фильтрах.

Таким образом, нефтепродукт, поступающий из насоса или фильтра в трубопровод, содержит начальный объемный заряд, который чаще всего представляет большую опасность, чем заряд, образующийся в трубопроводе.

Наличие начального объемного заряда изменяет характер распределения электрических зарядов по длине трубопровода.

При оценке опасности статического электричества необходимо учитывать заряды, образующиеся в трубопроводах, насосах, фильтрах и др.

Необходимо дополнительно ограничить функции распределения заряда q(r,-x) на оси трубы (г = 0).

Поскольку бесконечно большой заряд при г = 0 исключается, то С4 = 0:

40) определяет закон изменения объемной плотности электрического заряда по длине трубопровода и по радиусу трубы.

Если диффузией избыточного заряда на стенку трубы можно пренебречь (—>^г)> то из (2.

ОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ В ТРУБОПРОВОДАХ ПРИ ВЕСЬМА МАЛОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ

При весьма малой электропроводности нефтепродуктов (менее 10~12 Ом-'-м"1) утечка электрических зарядов из объема жидкости.

обусловлена подвижностью ионов в электрическом поле и зависит от квадрата плотности заряда.

При весьма малой электропроводности жидкости закон Ома или расчет утечки объемных электрических зарядов не применим (Рис.

Джевисом составлено дифференциальное уравнение, описывающее образование электрических зарядов при движении жидкостей в трубопроводах в случае электропроводностей более 10~12 Ом~'.

м~', по этому уравнению нельзя рассчитать процесс образования электрических зарядов.

Для жидкостей с весьма малой удельной электропроводностью процесс образования электрических зарядов может быть описан следующим дифференциальным уравнением:

50) получено на основании рассмотрения баланса электрического заряда в трубопроводе.

График снижения заряда по \ \ \ \ N, Ч \ омической (/-) и новой (2) теории в топливе удельной электропроводностью 1014 Ом • м

Из последнего выражения найдем переменную плотность электрического заряда: = 1/А.

54), описывающих изменение объемной плотности электрического заряда по длине трубопровода, следует, что при х = 0 р = ро, а при к -»• со

Последняя формула определяет величину электрического заряда, который установится на большом удалении от начала трубопровода.

Величина этого заряда может быть больше или меньше величины начального заряда ро.

Электрический заряд при х -*• со обозначим через р„.

С учетом последнего выражения изменение плотности электрического заряда по длине трубопровода можно представить в виде;

50) значение объемного заряда из (2.

Так же как и для плотности электрического заряда, силу тока электризации можно представить в виде:

ОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ

Одним из практических мероприятий, которые рекомендованы для отвода электрических зарядов из объема нефтепродуктов, движущихся по трубопроводу, является установка по оси трубы заземленного стержня [7].

Для определения эффективности установки заземленного стержня необходимо рассмотреть явления образования и утечки электрических зарядов при течении нефтепродуктов в пространстве между заземленными коаксиальными цилиндрами.

В работе проблема статического электричества при нефтебазо-вых операциях рассматривается в последовательности, определяемой технологией производства: образование и утечка электрических зарядов в трубопроводах; расчет электрических полей в резервуарах; накопление и утечка электрических зарядов в резервуарах; методы устранения опасности статического электричества.

В случае установки внутреннего заземленного цилиндра должны измениться также и условия утечки электрических зарядов.

Распределение электрического заряда по кольцевому сечению между коаксиальными цилиндрами примем равномерным и равным р (объемная плотность заряда).

Количество электрического заряда, которое образуется в единицу времени на единице длины трубопровода, соответственно на внешнем и внутреннем цилиндре равно:

С учетом всех факторов, влияющих на изменение электрического заряда, получим дифференциальное уравнение, которое характеризует баланс электрического заряда: (Ср — С,.

Нефтепродукт, поступающий в трубопровод, несет начальный заряд плотностью ро.

Технологические операции на нефтебазах, нефтепроводах, нефтеперерабатывающих заводах, операции заправки самолетов и автомашин сопровождаются образованием электрических зарядов в нефтепродуктах.

73) первый член в правой части характеризует утечку по длине трубопровода начального заряда.

Для обычных топлив утечкой электрического заряда на стенку трубы за счет диффузии можно пренебречь по сравнению с утечкой,.

Во многих случаях создаются благоприятные условия для накопления большого количества зарядов в нефтепродуктах, поступающих в резервуары или топливные баки.

74) виден характер влияния внутреннего заземленного цилиндра на утечку и образование электрического заряда* в трубе.

Если можно пренебречь образованием заряда в трубопроводе, то утечка заряда, поступившего в трубопровод, будет характеризоваться равенством l (\ ^L Р=5р0е~^ *4.

76) следует, что предельный заряд (при *-»-оо), образующийся в трубопроводе с коаксиальным внутренним заземленным цилиндром, будет больше, чем в случае простого трубопровода без внутреннего цилиндра.

Предельный заряд в трубопроводе с внутренним заземленным цилиндром достигается на большем расстоянии от начала трубопровода, чем в случае простого трубопровода.

Из проведенного анализа можно сделать вывод, что наличие в трубопроводе заземленного электрода, расположенного по оси трубы, увеличивает электризацию и снижает утечку заряда.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИБОЛЬШЕЙ ВЕЛИЧИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА В ТРУБОПРОВОДАХ

При движении нефтепродуктов по трубопроводам, насосам, фильтрам и другим элементам образуется объемный электрический заряд, величина которого зависит от скорости течения, электрических свойств жидкости, влажности и др.

Действие всех факторов при расчете величины объемного электрического заряда учесть трудно.

Опасность статического электричества при электризации нефтепродуктов в трубопроводах можно оценить, зная величину электрического заряда.

Значительную опасность представляют случаи, когда образуются заряды большой величины.

Объемные заряды, по-видимому, могут увеличиваться до некоторого предельного значения, при котором получается электрический пробой диэлектрика (нефтепродукта) в трубопроводе.

Изменение электрического заряда в трубопроводе при наличии заземленного коаксиального цилиндра

Во многих случаях энергия электрического заряда превышает минимальную энергию воспламенения паров (до 0,2 МДж).

1000 3,478 3,707 13,077 326,602 зи с этим максимальное значение объемного заряда в трубопроводе можно определить из условия электрического пробоя.

Если в практических условиях мероприятия против статического электричества проводить в расчете на максимальное значение объемного заряда, то в случае образования заряда меньше максимального опасность статического электричества будет значительно снижена или ликвидирована.

Рассмотрим трубопровод, заполненный нефтепродуктом с постоянной объемной плотностью электрических зарядов.

Известно, что потенциал внутри заземленного трубопровода постоянной плотностью электрического заряда по радиусу трубы изменяется по формуле: а напряженность электрического поля Е = 4г-г, где р — объемная плотность электрического заряда; R — радиуо трубы; е — относительная диэлектрическая проницаемость; ЕО — электрическая постоянная; г — расстояние от оси трубы до рассматриваемой точки.

При увеличении плотности электрического заряда в трубопроводе напряженность поля может достигнуть такой величины, при которой произойдет электрический пробой.

Величина электрического заряда, соответствующая пробою диэлектрика, будет предельной.

Больше этой величины плотность электрического заряда в трубопроводе быть не может.

Наибольшая напряженность электрического поля в трубопроводе будет при наибольшей величине плотности электрического заряда и при r=R:

79) где Ет — наибольшее значение напряженности электрического поля в трубопроводе; рт — наибольшая объемная плотность электрического заряда в трубопроводе.

79) можно определить предельное (наибольшее) значение объемного заряда, который может образоваться при интенсивной электризации нефтепродуктов: где D — диаметр трубопровода.

80) следует, что предельная величина электрического заряда пропорциональна относительной диэлектрической проницаемости перекачиваемого нефтепродукта, пробивной напряженности электрического поля и обратно пропорциональна диаметру трубопровода.

Расчетные значения величины электрического заряда в зависимости от диаметра трубопровода

По этим данным можно оценить величину предельного электрического заряда в трубопроводе.

Определить величину предельного объемного заряда в трубопроводе, по которому перекачивается наэлектризованный бензин.

По литературным данным известно, что при электризации нефтепродуктов наблюдались случаи, при которых объемная плотность электрического заряда достигала 0,75-Ю-3 Кл/м3.

После прохождения бензина через фильтры бензозаправщика плотность электрического заряда достигала 10~2 Кл/м3.

График зависимости предельной объемной плотности электрического заряда рт от диаметра трубопровода D делены величины предельных объемных зарядов в зависимости от диаметра трубопровода.

По данным расчета построен график зависимости наибольшей плотности электрического заряда в зависимости от диаметра трубопровода (рис.

Полученные данные позволяют определить наибольший возможный электрический заряд в трубе и силу тока электризации в начальном сечении трубопровода:

По величине начального заряда и силы тока электризации определяют величину электрического заряда, поступающего в резервуар или железнодорожную цистерну при их заполнении нефтепродуктом.

ВЛИЯНИЕ ВНУТРЕННИХ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ ТРУБОПРОВОДОВ НА УТЕЧКУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ

Перекачка нефтепродуктов по трубопроводам нефтеперерабатывающих заводов, нефтебаз, и бензозаправочных станций сопровождается образованием электрических зарядов, которые распределяются в нефтепродуктах.

Электрические заряды в нефтепродуктах появляются при протекании их через фильтры, насосы и трубопроводы.

При относительно коротких трубопроводах электрические заряды представляют наибольшую опасность.

В длинных трубопроводах заряды, образованные в насосах и фильтрах, полностью рассеиваются и не оказывают влияния при наливе нефтепродуктов в емкости.

В длинных трубопроводах нефтепродукты несут только те электрические заряды, которые образуются в трубе.

Наличие внутреннего изоляционного покрытия в трубопроводах изменяет характер рассеивания электрических зарядов по длине.

Рассмотрим влияние покрытия внутренней поверхности трубы на утечку объемного электрического заряда, образованного в насосах, фильтрах и других элементах.

Движение нефтепродукта по трубопроводу сопровождается перемешиванием, поэтому электрический заряд можно считать равномерно распределенным по объему нефтепродукта.

10 представлена схема трубопровода с внутренним изоляционным покрытием, по которому перекачивается нефтепродукт с объемным электрическим зарядом р.

Утечка электрического заряда из объема нефтепродукта зависит от величины электропроводности и от напряженности электрического поля на границе жидкости:

Баланс электрического заряда на элементарном участке трубопровода ' _?

Относительная диэлектрическая проницаемость слоя внутреннего покрытия 8i и его удельная электропроводность у могут быть такими, что заряд, вытекающий из объема нефтепродукта, не будет успевать протекать через слой изоляционного покрытия.

В этом случае часть электрического заряда должна оставаться на внутренней поверхности трубы, т.

Движение жидкости по трубе и ее перемешивание будут препятствовать образованию электрического заряда на поверхности, и он будет распределяться в объеме нефтепродукта.

Баланс электрического заряда для этого случая запишется так:

82) найдем относительное ние электрического заряда по длине трубопровода —

Ро где РО — объемная плотность электрического заряда, поступающего в.

83) выражает изменение объемной плотности электрического заряда по длине стального трубопровода без внутреннего изоляционного покрытия.

По этой формуле определяют изменение электрического заряда в трубопроводе со слоем изоляционного покрытия, когда оно не оказывает влияния на скорость утечки заряда на заземленную стенку трубы.

84) определяют изменение объемного электрического заряда по длине трубопровода, когда утечка заряда определяется слоем изоляционного покрытия.

84) следует, что характер утечки электрических зарядов из нефтепродукта на трубу зависит от соотношения величин т/е и TI/?

При (Y/S) < (TI/EI) изоляционное покрытие не оказывает влияния на утечку электрических зарядов из объема нефтепродукта на стальную трубу.

При (т/г) > (YI/SI) утечка электрического заряда определяется слоем изоляционного покрытия внутренней поверхности трубопровода.

Скорость утечки электрического заряда на стенку трубопровода зависит не только от удельной электропроводности нефтепродукта и слоя изоляционного покрытия, но и от их относительной диэлектрической проницаемости (е и еа).

Чем больше величина относительной диэлектрической проницаемости, тем меньше напряженность электрического поля при заданной плотности электрического заряда.

84) следует также, что толщина слоя внутреннего изоляционного покрытия не оказывает влияния на скорость снижения объемного электрического заряда в нефтепродукте по длине трубопровода.

В этом случае утечка электрического заряда будет задерживаться слоем изоляционного покрытия и заряд будет" сохраняться в объеме нефтепродукта на большой длине трубопровода.

В этом случае отношение т/е в 25 раз больше величины Здесь также утечка электрического заряда будет зависеть от слоя эмали.

Внутреннее изоляционное покрытие в трубопроводах уменьшает утечку электрического заряда при движении наэлектризованного нефтепродукта в случае, когда выполняется соотношение (y/s) > (YI/EI), т.

Обнаружилось, что в момент перемешивания нефти на теле оператора происходило накопление электрических зарядов.

При (-у/г) < (YJ/EI) внутреннее изоляционное покрытие трубопровода не оказывает влияния на скорость утечки электрического заряда из объема перекачиваемого нефтепродукта.

Скорость утечки электрического заряда не зависит от толщины слоя внутреннего изоляционного покрытия и определяется только скоростью движения нефтепродукта, удельным электрическим сопротивлением и относительной диэлектрической проницаемостью слоя покрытия.

Электрический заряд, созданный при движении жидкости в трубе, вместе с жидкостью поступает затем в резервуар.

Появление электрического заряда в объеме нефтепродукта может быть использовано с целью измерения технологических параметров или для очистки нефтепродуктов или другой среды в электрическом поле.

В связи с этим работу образования электрического заряда, который затем поступает в резервуар вместе с нефтепродуктом, следует отнести к эффективной работе.

Наличие объемного электрического заряда в трубопроводе приводит к образованию электрического поля.

Поэтому по мере продвижения жидкости по трубе происходит утечка электрического заряда.

В потоке жидкости производится работа образования электрического заряда для компенсации заряда утечки.

В связи с этим эту часть работы образования электрического заряда следует отнести к необратимым превращениям работы.

Работа образования компенсирующего заряда превращается в тепло, которое передается в объем жидкости.

Таким образом, при движении электризующихся нефтепродуктов и других жидкостей в трубопроводах необратимые превращения работы являются суммой работ трения и образования электрического заряда (компенсирующего утечку заряда).

Количество тепла внутреннего теплообмена представляет сумму количества теплоты трения и теплоты, образующейся при утечке электрического заряда.

86) где V — объем; р — давление; 8Lp — эффективная работа образования электрического заряда, поступающего из трубопровода в резервуар; g — истинное ускорение земного притяжения; z—геодезическая отметка рассматриваемой точки трубопровода; 8L** — работа трения; 8L] — работа утечки электрического заряда в электрическом поле внутри трубы.

Для трубопровода с равномерно распределенным по сечению объемным электрическим зарядом эффективная работа на элементарном участке трубы к

При равномерном по сечению трубы распределении электрического заряда потенциал равен:

Работа, необходимая для образования электрического заряда на всем участке трубопровода, ' 2г>4

Находим работу образования компенсирующего заряда:

92) где р' — заряд утечки

Подставив значение электрического заряда утечки из (2.

Удельная необратимая работа образования заряда утечки.

Полная работа образования электрического заряда в трубопроводе представляет собой сумму эффективной и необратимой работ образования заряда:

Дополнительный перепад давления, который надо создать на концах трубопровода для образования электрического заряда,

Определить перепад давления, необходимый для образования электрического заряда в трубопроводе, имеющим D = 0,4 м, р=10~4 Кл/м3| Т = 10~12 Ом"1 • ы~\ е = 2, w = 1 м/с.




Главный редактор проекта: Мавлютов Р.Р.
oglib@mail.ru