Каждый год на производственных объектах фиксируются тысячи возгораний и взрывов, причём значительная их часть спровоцирована электростатическими разрядами. В процессе трения о волосы или внутренние элементы защитной амуниции создаётся опасный потенциал, способный поджечь горючие газы, испарения или взвешенную пыль. Чтобы противодействовать этой угрозе, сегодня выпускают антистатическую рабочую одежду. Однако для защитных касок аналогичных решений почти не существует: основные усилия разработчиков направлены лишь на ударную прочность и удобство использования.
Екатерина Григорьева
Фото сгенерировано ИИ
Инновационная разработка пермских учёных
Специалисты Пермского политехнического университета впервые предложили инновационный метод, позволяющий изменить электростатические свойства защитной каски. Опыты показали, что такой подход обнуляет опасное накопление заряда за две секунды этого хватает, чтобы избежать искры и полностью исключить вероятность взрыва. Соответствующая публикация размещена в журнале «Безопасность труда в промышленности».
Масштаб промышленных аварий. В мире ежегодно регистрируются десятки тысяч крупных аварий и пожаров на промышленных площадках. Они возникают по многим причинам: короткие замыкания, перегрев машин, искры от ударов и трения, самопроизвольное воспламенение материалов. Всё это способно привести к гибели людей, ранениям, разрушению инфраструктуры и колоссальным финансовым потерям, исчисляемым миллиардами.
Электростатический разряд скрытая угроза. Одним из наиболее опасных и плохо поддающихся контролю факторов возгорания считается электростатический разряд. Когда непроводящие электричество материалы трутся друг о друга или перемещаются, на их поверхностях скапливается статическое электричество. При достижении критического уровня возникает искра, способная воспламенить горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости или пылевые взвеси. Подобная угроза присутствует на нефтеперерабатывающих и химических заводах, угольных разрезах, металлургических комбинатах, деревообрабатывающих цехах и фармацевтических предприятиях.
Как накапливается заряд на защитном снаряжении. Статический заряд особенно активно накапливается на элементах рабочей одежды и защитного снаряжения, изготовленных из синтетики и полимеров. Куртки, комбинезоны, перчатки, ботинки в процессе движения, соприкосновения с телом и окружающими предметами они генерируют электростатическое напряжение.
Одним из уязвимых узлов защитного оснащения является каска. Когда её надевают или снимают, при контакте с волосами и внутренней частью головного убора собирается статический заряд. В результате при приближении сотрудника к оборудованию или соприкосновении с другим работником может произойти разряд, достаточный для воспламенения множества взрывчатых и пожароопасных веществ.
Почему обычные антистатические каски неэффективны
Для борьбы с этим явлением разрабатываются специальные антистатические ткани, обувь и одежда. Однако в отношении защитных касок основные исследовательские и конструкторские усилия сосредоточены на механических характеристиках: ударопрочности, устойчивости к деформациям, снижению массы, улучшению эргономики.
Сейчас на рынке встречаются отдельные модели антистатических касок, в материал которых добавляют токопроводящие наполнители. Но для удаления заряда необходимо заземление, которое в обычных касках не предусмотрено. Это означает, что заряду некуда уйти, он продолжает накапливаться на поверхности, и риск искрового разряда сохраняется.
Как работает новая технология: металлическая фольга и заземление
Учёные Пермского Политеха впервые предложили новый метод, позволяющий улучшить электростатические показатели защитной каски. Такое решение даёт возможность безопасно отводить опасный потенциал и тем самым предотвращать взрывы на предприятиях, где обращаются с горючими газами и легковоспламеняющимися жидкостями.
Для проведения опытов исследователи остановили выбор на алюминиевой и медной фольге. Эти материалы лёгкие, хорошо гнутся, отлично проводят электричество, широко применяются в электротехнике и практически не добавляют веса оснащению. Кроме того, они недороги и легкодоступны, что важно для будущего масштабного внедрения технологии.
На внутреннюю часть каски нанесли слой металлической фольги, подключили её к системе заземления и с помощью измерительного прибора фиксировали, как быстро падает потенциал. Заряд создавали простым способом: тёрли париком из натуральных волос о детали экипировки, имитируя процесс надевания и снятия.
Результаты эксперимента: заряд уходит за секунды Опыты показали, что медная фольга работает эффективнее: заряд обнулился всего за две секунды. Такого интервала достаточно, чтобы предотвратить искру. Алюминию на то же самое потребовалось на несколько секунд больше. Мы также установили, что скорость отвода заряда прямо связана с площадью заземлённого покрытия: чем больше участок каски, обработанный фольгой, тем быстрее заряд уходит. Эти данные подтвердили, что предложенный метод работает и может быть использован для взрывозащиты на производстве, рассказал Константин Черный, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности» ПНИПУ, доктор технических наук.
Главное отличие от существующих аналогов
Главное отличие новой разработки от имеющихся антистатических касок заключается в том, что учёные не просто добавили токопроводящие материалы, а организовали полноценный маршрут для вывода заряда через заземление. Если такой отвод отсутствует, опасное напряжение всё равно нарастает, и риск искры остаётся. При новом подходе заряд непрерывно уходит в землю и не накапливается ни на каске, ни на человеке, что делает этот элемент экипировки более безопасным во взрывоопасной обстановке.
Математическая модель для внедрения технологии
Необходимо подчеркнуть, что проведённый эксперимент лишь подтвердил работоспособность принципа заземления. Для дальнейшего внедрения учёные создали математическую модель, учитывающую начальное напряжение, площадь заземлённого участка и тип материала. Таким образом, зная, например, удельное электрическое сопротивление выбранного покрытия, специалист может с помощью этой модели рассчитать, через сколько секунд заряд снизится до безопасного уровня. Её могут применять как сами промышленные предприятия для доработки уже приобретённых защитных касок, так и изготовители средств индивидуальной защиты при выпуске новой продукции, добавил Константин Черный.
Фото: Константин Черный: доктор технических наук, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности» ПНИПУ. Источник: ПНИПУ
Перспективы применения
Кроме того, исходя из конкретных задач, инженеры способны использовать модель для оценки других видов покрытий, например токопроводящих сеток или напыляемых составов, а также различных способов заземления, подбирая оптимальный вариант без лишних испытаний.
Результаты исследования открывают путь к дальнейшему усовершенствованию антистатической защитной экипировки. Это особенно актуально для предприятий нефтехимической, газовой, фармацевтической и горнорудной отраслей, где работа персонала связана со взрывчатыми и пожароопасными веществами.
Кстати, ранее журнал «Химагрегаты» рассказывал о современных методах огнезащиты строительных конструкций промышленных объектов нефте- и газопереработки.
