SUPORT CURS GRUPA IICERlNŢE DE SECURlTATE

PENTRU CONDUCTE ŞI ClSTERNE PENTRU COMBUSTlBILI LICHIZI

ing. Florin Adrian Păun drd. ing. Leonard Lupu

GeneralităţiVaporii combustibili degajaţi în atmosferă de către combustibilii lichizi pot forma un

amestec exploziv. Sistemele de conducte ce vehiculează combustibili lichizi trebuie să corespundă cerinţelor esenţiale de securitate referitoare la pericolul de explozii. Aceste cerinţe vizează pe de o parte prevenirea formării atmosferei explozive în jurul lor prin prevenirea scurgerilor la îmbinări sau datorită deteriorării conductei propriu-zise, iar pe de altă parte prevenirea (evitarea) surselor intrinseci de aprindere a atmosferei explozive cum sunt, de exemplu, cele de natură electrostatică.

O problemă de securitate în acest domeniu a apărut odată cu dezvoltarea sistemelor de conducte din materiale nemetalice cu performanţe superioare celor metalice. Coroziunea conductelor metalice precum şi riscul curenţilor vagabonzi (de dispersie, de fugă) sunt două argumente esenţiale în favoarea utilizării de conducte nemetalice (materiale plastice şi cauciuc) în instalaţii de vehiculare şi depozitare a produselor petroliere din industria petrochimică, din staţiile de distribuţie a carburanţilor şi din alte sectoare industriale.

Astfel se utilizează frecvent sisteme de conducte subterane care fac legătura între rezervoarele subterane şi pompele de distribuţie din cadrul staţiilor de alimentare a populaţiei. Aceste sisteme sunt realizate de obicei din conducte continui ale căror îmbinări se fac în cadrul chesoanelor de distribuţie (guri de vizitare, şampuri) şi care sunt accesibile de la suprafaţă pentru inspecţiile de rutină şi întreţinerea ulterioară. Aceste sisteme sunt formate din conducte, elemente de îmbinare, garnituri de etanşare, chesoane de distribuţie si dispozitive de detectarea pierderilor.

Pentru prevenirea riscului de aprindere a atmosferei potenţial explozive la utilizarea conductelor nemetalice este necesar ca acestea să fie concepute, realizate, instalate şi întreţinute astfel încât să corespundă cerinţelor de securitate pentru prevenirea formării atmosferei explozive şi evitarea surselor de aprindere.

Prevenirea formării atmosferei explozive

Toate instalaţiile de conducte (conductele propriu-zise şi elementele de îmbinare) trebuie să satisfacă următoarele cerinţe esenţiale:

- să reziste la regimurile de presiune previzibile;- să-şi poată îndeplini funcţia fără a li se modifica semnificativ proprietăţile sub

acţiunea combustibilului vehiculat (să fie compatibile cu combustibilul). Producătorii trebuie să furnizeze toate detaliile privind influenţele diferiţilor combustibili asupra materialelor care ar putea afecta integritatea instalaţiei;

- să ofere o rezistentă adecvată la pătrunderea combustibililor prin material pentru a limita cantitatea de vapori care se transferă mediului înconjurător. Trebuie efectuate încercări de permeabilitate a combustibililor petrolieri pentru a se asigura că nu se depăşesc limitele admisibile;

- să poată suporta toate solicitările la care sunt supuse în timpul depozitării, transportului, instalării şi funcţionării sistemului. Încercările semnificative vor include tracţiunea, strivirea, torsiunea, impactul şi îndoirea;

De asemenea prevenirea apariţiei unei atmosfere inflamabile şi în acelaşi timp a pericolelor de aprindere se poate face prin:

1

- evitarea unor spaţii fără lichid într-un sistem;- inertizarea spaţiului respectiv (de exemplu ulajul unei cisterne) folosind gaze inerte

cum ar fi azotul, CO2, sau gaze de fum purificateConductele îngropate (subterane) trebuie să poată funcţiona în condiţiile specifice

solului. În cazul expunerii la substanţe alcaline, acide, săruri apoase şi hidrocarburi, dacă se constată o predispoziţie inerentă a conductei la degradare trebuie asigurată o protecţie adecvată. Trebuie furnizate instrucţiuni pentru instalarea corectă a conductelor în pământ ţinându-se cont de toţi factorii care pot compromite integritatea sistemului, cum sunt: mişcările pământului, susţinerile conductelor, umplerea, dilatarea, raze de îndoire permise etc.

Conductele montate la suprafaţă trebuie să răspundă cerinţelor specifice de performanţă privind deteriorările fizice şi rezistenţa la foc. Toate materialele plastice şi polimerice trebuie să fie stabile la expunerea la radiaţiile ultraviolete de la soare pe o perioadă previzibilă.

În situaţiile în care nu este posibilă evitarea unei atmosfere explozive riscul de aprindere se poate reduce prin limitarea acumulării sarcinilor. Cel mai eficient mod de a realiza acest lucru într-un lichid în vrac este acela de a creşte gradul de disipare al sarcinilor în lichid.

Acest lucru se poate realiza prin folosirea aditivilor disipativi disponibili în comerţ şi care dacă sunt adăugaţi într-un lichid în concentraţii foarte mici pot creşte conductivitatea la peste 50 pS/m. Acest nivel în mod normal previne acumularea sarcinilor la niveluri periculoase.

Evitarea surselor de aprindere

Întrucât evitarea atmosferei explozive nu poate fi asigurată în totalitate este necesar să se aplice măsuri adecvate pentru prevenirea surselor de aprindere. Aceste măsuri se vor stabili în funcţie de zona clasificată Ex conform SR EN 60079-10.

Dintre sursele de natură intrinsecă ale sistemelor de conducte nemetalice se indentifică electricitatea statică, precum şi scânteile de impact şi fricţiune la elementele metalice de asamblare.

Riscul electricităţii statice

Generarea electricităţii staticeAtunci când un lichid curge într-o conductă se produce o separare de sarcini între

lichid şi suprafaţa interioară a conductei producându-se sarcini electrostatice de polaritate opusă pe lichid şi peretele interior al conductei. Măsura în care sunt reţinute sarcinile depinde de rezistivitatea materialului conductei şi de conductivitatea lichidului. În plus, componentele metalice, care ar putea fi izolate din cauza materialului neconductiv al conductei, pot acumula sarcini, iar suprafaţa exterioară a conductei poate fi de asemenea încărcată, de exemplu prin frecare.

Riscuri de aprindere pot să apară atât în interiorul conductei, dacă funcţionează goală la manipularea unui lichid inflamabil cu punct de aprindere scăzut, cât şi în exterior, datorită atmosferei înconjurătoare.

Operaţiile tehnologice de vehiculare a combustibililor lichizi din centrele de depozitare şi desfacere a produselor petroliere din rafinăriile de petrol, operaţiile de alimentare a avioanelor şi autovehiculelor, sunt însoţite de formarea de sarcini electrostatice în volumul produsului vehiculat precum şi pe suprafaţa conductelor sau rezervoarelor. Electricitatea statică se produce ca rezultat al separării sarcinilor în timpul pompării combustibilului lichid prin conducte, la amestecare, pulverizare ş.a.

Principalii factori care determină nivelul de potenţial electrostatic generat în timpul curgerii combustibilului prin conducte sunt :

2

- conductibilitatea electrică a combustibilului; - viteza de curgere;- materialul din care este realizată conducta;- existenţa unor particule sau faze imiscibile cum este de exemplu apa.De asemenea existenţa unor strangulări, a unor filtre pe traseu, poate influenţa

nivelul de încărcare electrostatică.Conductibilitatea electrică a combustibilului este un parametru cheie în generarea electricităţii statice. Pentru evaluarea pericolului şi mijloacelor de prevenire, conductivităţile lichidelor au fost clasificate astfel:

- conductivităţi mari, peste 1000 pS/m; . - conductivităţi medii, între 50p5/m şi 1000 pS/m; - conductivităţi mici, sub 50 pS/m.

În tabelul 1 sunt date exemple de conductivităţi pentru mai multe lichide combustibile.

Lichidul ConductivitatepSm-1

Conductivitate joasăParafine înalt purificate 10-2

Parafine tipice 10-1 - 10Compuşi aromatici purificaţi (toluen, xilen) 10-1 - 10Compuşi aromatici tipici 5 - 50Gazolină 10-1 - 102

Kerosen 10-1 - 50Motorină 1 - 102

Uleiuri de parafină 10-1 - 102

Uleiuri de lubrifiere 10-2 - 103

Eteri 10-1 - 102

Amestecuri de solvenţi aromatici 1 - 103

Condensat de gaz natural fără inhibitor de coroziune

10 - 102

Conductivitate medieCombustibili şi uleiuri (petrol) conţinând aditivi disipativi

50 - 103

Reziduuri petroliere grele (păcură) 50 - 105

Esteri 102 - 106

Conductivitate înaltăŢiţei 103

Condensat de gaz natural cu inhibitor de coroziune

103

Alcooluri 106 - 108

Cetone 105 - 108

Apă 108

3

În figura1 este dată curba de electrizare funcţie de rezistivitatea (inversul conductivităţii) lichidului.

Din figură se observă că la aceeaşi rezistivitate electrizarea poate fi diferită. Aceasta dovedeşte că asupra electrizării influenţează şi alţi factori legaţi de regimul operaţiilor tehnologice (viteza curgerii, natura curgerii - laminară sau turbulentă), caracteristicile sistemului de conducte (dimensiuni, structuri, materiale de confecţionare), cantitatea şi proprietăţile impurităţilor etc.

Din analiza reprezentării grafice a datelor experimentale se poate observa că electrizarea maximă se situează în domeniul 1010 m - 1012 m (1-100 pS/m). Maximul electrizării poate fi atribuit convenţional valorii de 1011 m (10 pS/m).

Descărcarea sarcinilor electrostaticeSarcinile electrostatice aflate în dielectric - produsul petrolier, pot fi păstrate timp

îndelungat. În cazul vehiculării produselor prin conducte nemetalice conductoare sau metalice, are loc o scurgere a sarcinii, prin conducţie electrică şi prin difuziune spre peretele conductei conectate la pământ. Astfel cantităţile mari de sarcini formate în volumul produsului după pompe sau filtre pot fi disipate complet în conducte lungi .

Aplicarea unor acoperiri de protecţie izolante pe interiorul conductelor metalice (anticorozive) modifică caracterul disipării sarcinilor în lungimea conductei. În plus , la conductele confecţionate parţial sau integral din materiale nemetalice dielectrice există riscul formării sarcinilor pe acestea atât datorită frecărilor cu combustibilul din interiorul lor cât şi datorită unor frecări pe suprafeţele exterioare. Sarcinile acumulate pe conducta dielectrică sau pe elementele conductoare izolate faţă de pământ pot fi descărcate cu energii suficient de mari încât să aprindă atmosfera explozivă de vapori care se formează dacă există scurgeri sau o atmosferă explozivă formată de alte surse exterioare.

Conducte şi furtunuri pentru lichideConducte realizate din material disipativDin punct de vedere al electricităţii statice conductele realizate din materiale

disipative pot fi tratate ca şi conductele realizate din materiale conductive.

Conducte conductive cu căptuşeli neconductive

4

La folosirea unei conducte conductive cu o căptuşeală neconductivă pentru a transfera un lichid cu conductivitate joasă sau medie sarcinile electrostatice se pot acumula pe suprafaţa interioară a căptuşelii şi pot produce descărcări prin căptuşeală la peretele conductiv al conductei. Teoria arată că potenţialul de pe suprafaţa unei căptuşeli creşte de obicei proporţional cu grosimea căptuşelii. De aceea la căptuşeli mai groase cum ar fi manşoanele de material plastic, probabilitatea apariţiei descărcărilor periculoase este mai mare decât la căptuşelile subţiri cum ar fi învelişurile epoxidice.

Chiar şi în condiţii nefavorabile (densitatea mare a sarcinilor în lichid, diametrul mare al conductei, căptuşeală grosă) apariţia descărcărilor este puţin probabilă atunci când rezistivitatea de volum a căptuşelii este mai mică decât 108 Ωm. În condiţii tipice (densitatea sarcinilor mai mică decât 103 µC/m3, diametrul conductei de aproximativ 100 mm, grosimea căptuşelii sub 5 mm) descărcările nu se vor produce decât dacă rezistivitatea de volum depăşeşte 1011 Ωm.

Folosirea conductelor conductive cu căptuşeli groase şi/sau mai puţin conductive ar putea fi totuşi acceptabilă pentru multe aplicaţii de manipulare a lichidelor cu condiţia ca toate secţiunile conductive ale conductei să fie fiabil puse la pământ iar conducta să rămână plină pe durata operaţiunilor. Cea din urmă cerinţă asigură inexistenţa unei atmosfere explozive în interiorul conductei când conducta este plină cu lichid.

În cazul în care poate fi prezentă o atmosferă înflamabilă conductele cu căptuşeli groase şi mai puţin conductive trebuie umplute şi golite lent. În general viteza suprafeţei de separaţie dintre lichid/aer să nu depăşească 1m/s. În aval de microfiltre ar putea fi necesare viteze mai mici. Nu există pericol electrostatic dacă conducta rămâne plină cu lichid, dar o străpungere electrică poate perfora o căptuşelă puternic neconductivă.

În cazul în care este esenţial să se evite acest lucru (de exemplu la prevenirea coroziunii), se poate preveni prin folosirea unei căptuşeli cu o rezistivitate de volum joasă. De obicei este adecvată o valoare mai mică decât 1011 Ωm deşi la debite mari de generare de sarcini ar putea fi necesară o valoare mai mică decât 108 Ωm.

Conductele conductive cu căptuşeli neconductive sunt permise pentru transferarea lichidelor dar ele nu trebuie folosite la transferul pneumatic al pulberilor. Aceasta deoarece la pulberi ar putea exista o atmosferă explozivă în interiorul conductei iar mecanismele de generare puternică de sarcini ar putea duce la propagarea de descărcări în evantai.

Conducte neconductiveCurgerea lichidelor de joasă conductivitate în conductele neconductive poate

produce densităţi foarte mari de sarcini de suprafaţă pe suprafaţa interioară a peretelui conductei. Câmpul electric de valoare mare din afara conductei produs de sarcinile respective ar putea duce la descărcări în evantai incendive. El ar putea chiar duce la descărcări de scântei de la obiecte metalice izolate de lângă conductă, încărcate prin inducţie electrostatică.

Sarcinile de suprafaţă mari ar putea chiar duce la străpungerea electrică şi perforarea peretelui conductei. Acestea ar putea duce la o scurgere a lichidului care ar putea fi periculoasă şi nocivă din punct de vedere ecologic. Din punct de vedere al asigurării securităţii în interiorul conductei aceasta trebuie să fie în permanenţă umplută cu lichid sau inertizată în condiţiile prevenirii unei atmosfere inflamabile în interiorul conductei.

Măsurile de precauţie pentru exteriorul conductei sunt date mai jos.

Conducte neconductive aflate deasupra soluluiÎn ariile periculoase conductele neconductive:a) să nu se folosească pentru trecerea lichidelor cu o conductivitate sub 50 ρS/m;b) pot fi folosite pentru lichide cu conductivitate medie în circumstanţe sigure. Pot

să apară pericolele electrostatice şi perforarea peretelui conductei, iar acest lucru cere aşadar analize amănunţite de aplicare (viteza de curgere, tensiunea la care are loc străpungerea peretelui conductei, conductivitatea lichidului);

5

c) pot fi folosite pentru lichide cu conductivitate mare dacă lichidul este în contact direct cu o componentă conducătoare cum ar fi o supapă sau recipient în capătul din amonte al conductei şi dacă viteza de curgere nu depăşeşte 1m/s. Aceste viteze de curgere joase se aplică în special lichidelor cum ar fi acetatele. Viteze de curgere ridicate pot fi acceptate după o analiză corectă a riscului.

Trebuie luate măsuri pentru a se asigura ca peretele conductei să nu poată fi încărcat periculos de către surse din exterior cum ar fi lovirea de către aburi sau frecarea. Este esenţial ca toate componentele conductive cum ar fi flanşele sau valvale să fie puse la pământ dacă capacitatea lor electrică nu este mai mică decât 3 pF.

Conducte neconductive îngropateAtunci când o conductă neconductivă este îngropată, întreaga ei suprafaţă este în

contact cu pământul şi nu este necesară punerea suplimentară la pământ a componentelor conductive sau disipative.

Conductele neconductive pot fi folosite pentru trecerea lichidelor cu o conductivitate ce depăşeşte 1000 ρS/m cu condiţia ca:

a) lichidul să fie într-un anumit punct în contact cu un obiect metalic pus la pământ, de exemplu o valvă şi

b) este prevenită perforarea peretelui conductei prin descărcări (de exemplu tensiunea electrică de străpungere ridicată sau viteză de curgere scăzută) şi

c) bornele prizelor de sudură electrică trebuie să fie legate la pământ sau prizele lor închise cu capace din plastic.

De asemenea pot fi folosite conducte neconductive pentru trecerea lichidelor cu o conductivitate mai mică decât 1000 ρS/m dacă se aplică măsurile de prevenire a perforării peretelui conductei (de exemplu viteză de curgere scăzută, creşterea rezistenţei dielectrice a materialului conductei).

Excavarea unei secţiuni a unei conducte poate expune componentele conductive sau disipative. Dacă există posibilitatea prezenţei unei atmosfere explozive, acestea şi toate obiectele conductive din apropiere care ar putea fi încărcate prin inducţie electrostatică, trebuie puse la pământ. Este periculos totuşi să se facă o conexiune de pământare într-o atmosferă potenţial explozivă.

RECOMANDĂRI PRIVIND CERINŢELE DE SECURITATE PENTRU FURTUNURI

Există trei tipuri de furtunuri :a) Furtunuri semiconductive.

Un furtun semiconductiv are o rezistenţă intermediară care este suficient de joasă pentru a putea disipa sarcinile electrostatice, dar suficient de mare pentru a limita curenţii vagabonzi la limite sigure. De obicei stratul exterior al furtunului este făcut din materiale disipative şi asigură rezistenţa mică a furtunului atunci când stratul este in contact cu armăturile terminale metalice. Rezistenţa pe unitate de lungime a furtunului semiconductiv trebuie să fie în domeniul 103 m-1 - 106 m-1.

Construcţia furtunurilor semiconductive este adesea astfel încât continuitatea electrică să nu poate fi pierdută până când furtunul rămâne utilizabil. Această continuitate electrică, inerentă pentru construcţia furtunului, înseamnă că verificările periodice ale continuităţii sunt inutile. Rezistenţa furtunurilor care nu sunt construite astfel trebuie verificată periodic .

b) Furtunuri conductive. Un furtun are elemente conducătoare şi o rezistenţă electrică pe unitate de lungime,

determinată prin măsurători de rezistenţă de la un capăt la altul, de sub 103 m-1. Ele sunt proiectate pentru a preveni descărcările în evantai din exterior. În mod normal, furtunurile conductive sunt făcute din materiale neconductive iar continuitatea electrică este asigurată

6

prin întărirea sau conectarea sârmelor care sunt conectate electric la armăturile terminale metalice. Acest tip de furtun are o rezistenţă suficient de mică pentru a disipa sarcinile electrostatice, dar din cauza rezistentei sale mici, el poate conduce curenţi vagabonzi care ar putea crea un risc de aprindere la întreruperea lor.

Dacă nu există curenţi vagabonzi, furtunurile conductive bine întreţinute şi adecvat construite nu reprezintă un risc de aprindere electrostatică. Totuşi dacă sârmele de conectare se rup sau construcţia este defectuoasă, este posibil ca una sau mai multe componente conductive ale furtunurilor (de exemplu cuplajele terminale, serpentinele de întărire şi manşoanele) să devină izolate din punct de vedere electric. Dacă în aceste momente trece un lichid de joasă conductivitate prin furtun, aceste componente ar putea acumula sarcini electrostatice care să ducă la scântei incendive. De aceea, continuitatea electrică a furtunurilor trebuie verificată sistematic. Trebuie atenţie ca să se asigure că toate inserţiile metalice interioare să fie conectate la cuplajul terminal.

c) Furtunuri neconductive. Acest tip de furtun este făcut din material neconductiv. Nu încorporează sârmă sau toron conducător şi nu poate disipa sarcini electrostatice. De aceea, sarcinile electrostatice se pot acumula pe materialul furtunului sau pe părţile conductive izolate (de exemplu cuplajele metalice, petele umede de pe furtun) , putând duce la descărcări în evantai incendive sau chiar scântei .

La majoritatea aplicaţiilor se preferă furtunurile semiconductive fată de cele conductive întrucât ele asigură protecţie împotriva acumulării sarcinilor electrostatice pe furtun ca şi împotriva scânteilor din cauza întreruperii curenţilor vagabonzi.

Furtunurile conductive sunt de asemenea acceptabile, dar, în cazuri speciale, trebuie să se introducă o flanşă neconductivă pentru a asigura protecţie împotriva scânteilor. În acest caz armăturile furtunului la ambele capete trebuie puse separat la pământ. În plus, furtunurile conductive necesită verificări de continuitate periodice.

Furtunurile neconductive nu sunt recomandate dacă poate fi prezentă o atmosferă explozivă.

RECOMANDĂRI PRIVIND CERINŢELE DE SECURITATE PENTRU CISTERNE

Cisterne metalice de depozitare mariCisterne cu acoperiş fixÎn general operaţiile care dau naştere la pericole electrostatice în interiorul unei

cisterne includ umplerea, circularea lichidului, agitarea, amestecarea, calibrarea (măsurarea) şi curăţarea. În situaţiile în care poate să existe o atmosferă inflamabilă în interiorul unei cisterne atunci când se execută aceste operaţii trebuie luate în considerare măsurile de precauţie de mai jos.

Indiferent de conductivitatea lichidului trebuie să se ia următoarele măsuri generale de precauţie:

a) se leagă la pământ cisterna şi toate structurile asociate cum ar fi : conductele, pompele, carcasele filtrelor, etc.;

b) se asigură ca persoanele să nu se încarce ;c) să se evite umplerea prin stropire folosindu-se orificii de intrare aflate la fundul

cisternei sau folosindu-se un tub de umplere care să ajungă aproape de fundul cisternei;d) se inspectează cisterna regulat ca să nu fie obiecte metalice libere, de exemplu

bidoane, care ar putea acţiona ca conductoare izolate plutitoare .Pentru lichide de conductivitate joasă sunt necesare următoarele precauţii suplimentare :

i) orificiul de intrare trebuie să fie astfel proiectat încât să reducă la minim turbulenţa şi agitarea lichidelor imiscibile mai grele sau sedimentelor de pe fundul cisternei. Acest lucru se poate realiza prin, de exemplu: folosirea unei conducte de intrare cu o secţiune transversală în creştere progresivă pentru a se reduce viteza la intrarea în cisternă.

7

Evitarea turbulenţelor mari are avantajul suplimentar că lichidul încărcat puternic, care intră, este ţinut în special la fundul cisternei şi se împiedică ajungerea lui la suprafaţa lichidului ;

ii) nu trebuie să se încarce un lichid de densitate joasă într-o cisternă care conţine un lichid cu o densitate substanţial mai mare, întrucât efectul de turbulenţă care rezultă ar purta lichidul care intră foarte încărcat la suprafaţa lichidului, ducând la un potenţial mai mare în ulajul cisternei. Din aceleaşi motive trebuie evitată antrenarea aerului sau a altor gaze în lichidul care intră;

iii) dacă în conducta de alimentare a cisternei există elemente de generare de sarcini mari cum ar fi microfiltrele, trebuie să se prevadă un timp de rezidenţă adecvat între elementele de generare a sarcinilor şi orificiul de intrare în cisternă, pentru a permite ca sarcinile să se relaxeze înainte de a intra în cisternă.

Pe lângă recomandările deja date sunt necesare anumite limitări ale vitezei de umplere pentru ca operaţiunea de umplere să fie sigură. Limita vitezei de umplere depinde dacă lichidul este contaminat sau dacă acesta este curat. În acest context lichidul este considerat curat dacă conţine sub 0,5 % volum de apă în stare liberă sau alt lichid în stare imiscibilă şi sub 10 mg/l de solide în suspensie.

Din cauza generării de sarcini mari la curgerea în două faze, viteza de umplere a lichidului contaminat trebuie limitată la 1 m/s în timpul întregii perioade de umplere. În cazul unui lichid curat viteza de umplere trebuie să fie limitată la 1 m/s numai pentru o perioadă iniţială de umplere. Perioada iniţială de umplere durează până când:

a) conducta de umplere şi alte structuri aflate la baza cisternei s-au scufundat la de două ori diametrul conductei de umplere;

b) apa colectată în sistemul de conducte s-a curăţat.

Cisterne cu acoperişuri plutitoare sau capace interioare plutitoareÎn cazul cisternelor cu un acoperiş plutitor sau cu un capac interior plutitor

atmosfera inflamabilă este ecranată de potenţialele care se dezvoltă în timpul umplerii de către acoperişul sau capacul plutitor. Având în vedere acest lucru după o perioadă iniţială de umplere, când acoperişul sau capacul sunt în plutire pe lichid, nu este necesară limitarea vitezei de umplere, cu menţiunea că în timpul acelei perioade iniţiale de umplere viteza trebuie să fie limitată la 1 m/s.

Pentru a asigura efectul de ecranare dorit este necesar ca acoperişul sau capacul interior, plutitoare pe suprafaţa lichidului, să fie realizate din materiale conductive şi să fie legate la pământ în mod adecvat.

Uneori în recipiente se folosesc sfere sau mingi plutitoare pentru a reduce evaporarea lichidului. Aceste sfere sau mingi plutitoare nu trebuie însă folosite în cazul lichidelor cu conductivitatea mai mică de 50 pS/m, deoarece o minge sau un grup de mingi ar putea deveni izolate faţă de pământ, creăndu-se posibilitatea producerii de scântei. Este esenţial ca mingile sau sferele să fie realizate din materiale conductive sau disipative.

Tabelul 2: Măsuri de precauţie pentru umplerea recipientelor mari de metal cu lichide de joasă conductivitate (conductivitate 50 pS/m).

Măsuri de precauţie Aplicabilitate la recipientCu acoperiş plutitor sau capac

interior plutitorCu acoperiş fix, fără capac

plutitorSe menţin viteze de curgere

sub 1 m/sEsenţiale până când acoperişul

sau capacul plutescEsenţiale pe durata perioadei

iniţiale de umplere sau la încărcarea unui lichid

contaminatSe menţin viteze de curgere

sub 7 m/sNu sunt necesare când

capacul sau acoperişul plutescEsenţiale în toate cazurile în care nu se aplică limita de 1

m/s

8

Măsuri de precauţie Aplicabilitate la recipientCu acoperiş plutitor sau capac

interior plutitorCu acoperiş fix, fără capac

plutitorSe asigură un timp de rezidenţă adecvat între

generatoarele puternice de sarcini (filtre) şi recipient

Esenţiale până când capacul sau acoperişul plutesc

NOTĂ: timpul de rezidenţă poate fi calculat folosindu-se o

viteză de 1 m/s

Esenţiale

Se evită tulburarea apei de la fundul recipientului cu produsele care intră

Esenţiale până când capacul sau acoperişul plutesc

Esenţiale

Se evită încărcarea lichidelor de densitate mică în

recipiente care conţin lichide de densitate mare datorită

efectelor de vârtej

Nu sunt necesare Recomandate

Măsuri de precauţie generale pentru autocisterne şi vagoane

Indiferent de conductivitatea lichidului, măsurile de precauţie generale date la punctele a), b) şi d) trebuie luate împreună cu următoarele :

- conductele şi furtunurile trebuie să fie din materiale disipative;- să se evite umplerea prin stropire folosindu-se orificii de intrare aflate la fundul

cisternei cu o placă de deflecţie pentru a evita un jet de lichid direcţionat în sus (umplere de la fund) sau folosindu-se o conductă de umplere care să ajungă până aproape de fundul cisternei (umplere de sus);

- să se evite ca în lichidul care intră să fie antrenat aer sau alte gaze, să nu se cureţe conductele cu aer sau alte gaze la funcţionare aproape de vitezele de curgere maxim admisibile.

Limitarea vitezei de umplere

La lichide cu conductivitate joasă viteza de umplere trebuie să fie limitată la o valoare sigură şi aceasta depinde de dimensiunea şi forma cisternei, de metoda de umplere (de sus sau de la fund), diametrul conductei care duce la cisternă şi de conductivitatea lichidului. Cea mai critică dimensiune şi formă de cisternă este cea a cisternei cubice (sferice) cu un volum de aproximativ 5 m3, adică aproximativ de dimensiunile şi forma unui compartiment de autocisternă. Cisternele mai mari şi mai mici şi cele care nu au formă cubică, adică acelea la care una din dimensiunile cisternei este semnificativ mai mare decât celelalte dimensiuni sunt mai puţin critice.

La încărcarea de sus conducta de umplere acţionează ca un conductor central. Aceasta coboară potenţialul maxim din recipient şi se poate accepta o viteză de umplere mai ridicată. De aceea viteza de umplere trebuie să fie cu 25% mai mică decât cea de la umplerea de sus dacă un compartiment de autocisternă cu încărcare de jos nu are un conductor central. Pentru curgerea în două faze sau dacă apa de la fund poate fi agitată în recipient, viteza de umplere trebuie limitată la 1 m/s.

Viteza de umplere maximă pentru lichide de o fază, de exemplu lichide de hidrocarburi saturate care nu conţin apă în stare liberă este dată de următoarele ecuaţii:

v·d = 0,50·N m2/s - pentru încărcare de sus sau încărcare de jos cu un conductor central;

v·d = 0,38·N m2/s - pentru încărcare de jos fără conductor central.unde:

9

v - este viteza de curgere liniară în conductă, în [m/s];d - diametrul în [m] al conductei cu diametrul mai mic în amonte de recipientul sau

compartimentul care se umple; N - este un factor care descrie dependenţa de lungimea L a compartimentului care

se încarcă; (de exemplu pentru L 2 m, N = 1; pentru lungimi de compartiment între 2 m şi 4,6 m N trebuie luat ca N = (L/2)1/2, iar pentru L 4,6 m, N trebuie luat ca 1,5).

Aceste limite superioare pentru viteza de umplere sunt considerate ca fiind sigure pentru întregul domeniu de conductivităţi ale lichidelor care apar în practică. Având în vedere experienţa limitată care există nu trebuie să se depăşească o viteză de umplere de 7 m/s chiar dacă ecuaţiile ar permite acest lucru. Totuşi dacă conductivitatea lichidului creşte peste 50 ρS/m (de exemplu folosind aditivi disipativi) nu este nevoie să se limiteze viteza de umplere sub limita generală de 7 m/s.

Autocisterne În afara precauţiunilor şi recomandărilor date trebuie luate următoarele precauţiuni :a) rezistenţa de conectare între şasiu, cisternă şi conductele şi garniturile asociate

de pe camion trebuie să fie < 106 , (fig.2);

b) înainte de efectuarea vreunei operaţiuni (de exemplu deschiderea capacelor de către oameni, conectarea conductelor de umplere) trebuie să se conecteze un alt cablu de pământare la golire autocisternă. Acesta va asigura o rezistenţă de conectare mai mică de 106 între cisternă şi centură, şi nu trebuie îndepărtat până la încheierea tuturor operaţiunilor. Se recomandă să se asigure dispozitive de interblocare pentru a preveni încărcarea atunci când cablul de pământare nu este conectat;

c) dacă în acelaşi punct de încărcare urmează să se încarce autocisterne cu lungimi de compartimente diferite, atunci pentru evitarea confuziilor , trebuie să se folosească viteza de umplere relevantă pentru cea mai mică lungime de compartiment (L = 2 m);

d) în cazul în care se pot manipula lichide de joasă conductivitate, viteza de umplere v trebuie limitată la :

vd = 0,5 m2/s - pentru încărcare de sus sau încărcare de jos cu un conductor central; sau

vd = 0,38 m2/s - pentru încărcare de jos fără conductor central.

10

e) la încărcarea de sus braţul de încărcare trebuie introdus până la fundul cisternei înainte de a începe curgerea lichidului;

f) dacă există posibilitatea descărcărilor meteo-electrice, cisternele aflate sub cerul liber şi nu sub baldachin să nu se umple cu un lichid care ar putea da naştere unei atmosfere inflamabile.

Dacă conductivitatea lichidului este mai mare de 50 pS/m viteza de umplere nu este limitată la sub limita generală de 7 m/s.

Cisterne de cale ferată

Pe lângă precauţiunile şi recomandările date trebuie luate următoarele precauţiuni :a) şinele de cale ferată trebuie conectate unele de altele şi de centură cu o

rezistenţă de conectare mai mică de 106 ;b) rezistenţa de conectare dintre roţi, cisternă şi restul vehiculului trebuie să fie de

106 Ω. Nu este necesară conectarea independentă a vehiculului cisternei de calea ferată deoarece aceasta este asigurată de şine;

c) se poate instala o flanşă neconductivă în linia de umplere pentru a preveni curenţii vagabonzi. În acest caz ajutajul de umplere trebuie conectat cu vehiculul de cale ferată înainte de începerea umplerii;

d) linia de garare folosită pentru umplerea vehiculului cisternă trebuie să fie izolată de restul şinei de cale ferată pentru evitarea curenţilor vagabonzi.

Această izolaţie nu trebuie să fie scurt-circuitată de echipamentele de cale ferată sau vehiculele de cale ferată.

e) la încărcarea lichidelor de joasă conductivitate, indiferent de lungimea compartimentului, viteza de umplere trebuie să satisfacă cerinţele :

v·d = 0,75 m2/s - pentru încărcare de sus sau încărcare de jos cu un conductor central; sau

v·d = 0,56 m2/s - pentru încărcare de jos fără conductor central.f) la încărcarea de sus braţul de încărcare trebuie introdus până la fundul cisternei

înainte ca lichidul să înceapă să curgă;g) dacă conductivitatea lichidului creşte peste 50 pS/m viteza de umplere nu trebuie

limitată la sub limita generală de 7 m/s.

În tabelul 3 sunt date vitezele maxime de umplere pentru încărcarea lichidelor de joasă conductivitate altele decât produsele petroliere în cisterne de şosea.

Cisternă de şoseaDiametrul * Încărcare de sus Încărcare de jos

conductei de umplere

v·d = 0,50 m2/s v·d = 0,38 m2/s

mm Viteză de umplere

m/s

Debitul de umplerem3/min

Viteză de umplere

m/s

Debitul de umplerem3/min

50 7,0 0,83 7,0 0,8380 6,3 1,90 4,7 1,40

100 5,0 2,40 3,8 1,80150 3,3 3,50 2,5 2,70200 2,5 4,70 1,9 3,50

11

În tabelul 4 sunt date vitezele de umplere şi limitele acestor viteze pentru încărcarea lichidelor nepetroliere în cisterne de cale ferată.

Cisternă de cale feratăDiametrul * Încărcare de sus Încărcare de jos

conductei de umplere

v·d = 0,75 m2/s v·d = 0,56 m2/s

mm Viteză de umplere

m/s

Debitul de umplerem3/min

Viteză de umplere

m/s

Debitul de umplerem3/min

100 7,0 3,3 5,6 2,6150 5,0 5,3 3,7 4,0200 3,8 7,1 2,8 5,3250 3,0 8,8 2,2 6,6300 2,5 10,6 1,9 7,9

* - sau diametrul secţiunii critice a conductei liniei de alimentare

Cisterne realizate din materiale conductive sau disipative cu învelişuri interioare neconductive

La aceste cisterne pot să apară pericole în plus cauzate de încărcarea învelişului interior prin frecare (de exemplu curăţare) sau de contactul cu lichidul încărcat. Dacă învelişul interior neconductiv are grosimea mai mică de 2 mm (de exemplu învelişuri de vopsea sau răşină epoxidică) nu există riscuri suplimentare decât dacă au loc umpleri rapide repetate.

În cazul unor umpleri rapide repetate se pot acumula densităţi mari de sarcini pe acest înveliş neconductiv care pot duce la descărcări în evantai propagatoare incendive. Acestea pot fi evitate dacă puterea de străpungere a învelişului este sub 4 kV.

Trebuie luate următoarele măsuri de precauţie:a) învelişul trebuie să aibă un contact bun cu peretele principal al cisternei (adică

fără separare sau delimitare);b) chiar dacă cisterna este umplută sau nu cu un lichid conductiv sau neconductiv,

trebuie să existe un traseu conductiv între lichid şi pământ. Acesta poate fi un tub de imersare conductiv legat la pământ, robinet de fund sau placă metalică la baza cisternei.

c) la cisternele în care poate intra o persoană (de exemplu pentru curăţare) trebuie luate măsuri de precauţie pentru a se preveni încărcarea persoanei.

Criterii pentru disiparea electricităţii statice

Consideraţii de bazăCea mai eficientă metodă de a evita pericolele datorate electricităţii statice este

aceea de a lega toţi conductorii (elemente conductoare) între ei şi apoi la pământ. Astfel se va evita problema cea mai frecvent întâlnită şi anume aceea de acumulare de sarcină pe un element conductor şi apoi de eliberare a întregii sarcini stocate sub forma unei singure scântei la pământ sau către un alt element conductor.

De asemenea rezistenţele căilor electrice trebuie să fie suficient de mici pentru a permite relaxarea sarcinilor şi pentru a preveni încărcarea elementului conductor până la un nivel periculos de potenţial. Dacă notăm acest potenţial cu V, valoarea maximă permisă a rezistenţei R depinde de valoarea sarcinii elementului conductor, de exemplu de curentul de încărcare I.

12

Atât în cazul legării la pământ cât şi a elementelor componente între ele, se aplică aceleaşi criterii şi în ambele cazuri rezistenţa totală de legare la pământ nu trebuie să depăşească un maxim acceptabil dat de relaţia: V = IR.

Spre exemplu o descărcare de tip incendiar are loc atunci când sunt îndeplinite două condiţii:

- rezistenţa câmpului datorată potenţialului elementului conductor depăşeşte rezistenţa de străpungere a atmosferei; şi

- energia eliberată sub formă de scânteie depăşeşte energia minimă de aprindere a oricărui material inflamabil prezent.

Cu puţine excepţii legarea la pământ ar trebui să prevină toate descărcările de tip incendiar. Pentru a putea realiza acest lucru este necesar să se asigure că elementul conductor nu atinge potenţialul necesar pentru a iniţia o descărcare de tip incendiar. Pentru operaţiile industriale tipice acest potenţial este de 300 V. Utilizând însă valoarea de 100 V ca valoare limită pentru o disipare în condiţii de siguranţă a electricităţii statice, poate fi calculată valoarea lui R, rezistenţa totală de legare la pământ.

Atunci când se specifică cerinţele de legare la pământ pentru fiecare situaţie în parte, de exemplu fiecare valoare individuală a curentului de încărcare I, aceste cerinţe trebuie luate în considerare. Deoarece se ştie că curenţii de încărcare se situează pe o plajă cuprinsă între 10-11 A şi 10-4 A, valorile corespunzătoare ale lui R sunt cuprinse între 1013 şi 106 .

Pentru o valoare maximă a lui I, o rezistenţă de legare la pământ de 106 va asigura o disipare în condiţii sigure a electricităţii statice în toate condiţiile. Totuşi în majoritatea situaţiilor I nu depăşeşte 10-6 A, o rezistenţă de legare la pământ fiind adecvată, în special atunci când capacitatea elementului conductor nu depăşeşte 100 pF.

Trebuie însă să se facă o distincţie clară între valoarea aleasă şi valoarea de 10 6 care reprezintă limita superioară a rezistenţei de legare la pământ a unui element conductor în toate situaţiile.

BIBLIOGRAFIE

1. XXX HG 752/14.05.2004 privind stabilirea condiţiilor pentru introducerea pe piaţă a echipamentelor şi sistemelor protectoare destinate utilizării în atmosfere potenţial explozive - Anexa 2

2. XXX Performancespecification for underground pipeworksystems at petrol filling stations - The Institute of petroleum. Nov.1995

3. XXX L'electricite statique. Risque -Mesures de prevention. ED 507 INRS.

4. SR EN 60079-10:2004 „Aparatură electrică pentru atmosfere explozive gazoase. Partea 10: Clasificarea ariilor periculoase”.

5. S.A.Bobrovschi, Protecţia împotriva electricităţii statice în industria petrolului. E. I. lacovlev Moscova, NEDRA 1983

6. BS 5958:Part 1:1991 „Code of practice for Control of undesirabile static electricity General considerations”.

7. BS 5958:Part 2:1991 „Code of practice for Control of undesirabile static electricity Recommendations for particular industrial situations”.

13

8. SR EN 14125:2005 “Conducte din materiale termoplastice îngropate şi conducte metalice flexibile pentru staţiile de combustibil”.

9. CENELEC TC 31 (sec)388, iunie 2003: CLC/TR 50404 Electrostatics. Code of Practice for the avoidance of hazards due to static electricity.

10. SR EN 13463-1:2003 „Echipamente neelectrice pentru atmosfere potenţial explozive Partea 1 : Metodă şi cerinţe de bază”.

11. SR EN 1127-1:2003 „Atmosfere explozive. Prevenirea şi protecţia la explozii. Partea 1. Concepte fundamentale şi metodologie”.

12. SR EN 1360:2005 “Furtunuri şi furtunuri cu racorduri la capete şi materiale plastice pentru sistemele de dozare a carburanţilor la distribuire. Specificaţie”.

14