Bộ lọc chống tĩnh điện là gì và nó ngăn ngừa vụ nổ bụi như thế nào?

Vấn đề tĩnh điện ẩn trong bộ thu bụi

Ống lọc chống tĩnh điện được thiết kế để thực hiện một việc mà vật liệu lọc thông thường không thể làm tốt: dẫn điện tích tĩnh ra khỏi bề mặt lọc trước khi điện tích này tích tụ đủ mạnh để tạo tia lửa. Trong bộ thu bụi xử lý bột dễ cháy, bộ lọc không phải là một thành phần thụ động. Các hạt khô cọ xát vào vật liệu lọc, các nếp gấp và khung kim loại trong quá trình làm sạch bằng xung. Sự cọ xát này làm phát sinh điện tích. Nếu vật liệu lọc là chất cách điện, điện tích sẽ không có lối thoát. Nó tồn tại trên bề mặt, trên lớp bụi lắng hoặc trên đầu các nếp gấp. Khi điện tích tìm được đường dẫn xuống đất qua một bộ phận kim loại, nó có thể phóng điện dưới dạng tia lửa. Nếu tia lửa đó xuất hiện trong đám mây bụi với nồng độ và năng lượng phù hợp, kết quả có thể là một vụ nổ. Ống lọc chống tĩnh điện phá vỡ chuỗi nguy cơ này bằng cách cung cấp cho điện tích một đường dẫn kiểm soát được tới mặt đất với năng lượng thấp.

Điều gì khiến một ống lọc trở thành loại chống tĩnh điện

Tính chất chống tĩnh điện bắt nguồn từ vật liệu và cấu tạo, chứ không phải từ nhãn dán. Vật liệu lọc thường chứa sợi dẫn điện, lớp tải carbon hoặc lớp phủ tiêu tán điện. Khung lõi và nắp đầu đều có tính dẫn điện hoặc tiêu tán điện. Lõi lọc có điểm nối đất, ví dụ như dây thoát điện, gioăng dẫn điện hoặc nắp đầu kim loại tiếp xúc với vỏ bọc. Vỏ bọc sau đó được nối đất vào hệ thống tiếp địa của nhà máy. Mỗi bộ phận đều quan trọng. Một lõi lọc có vật liệu tiêu tán điện nhưng đặt trong khung nhựa không có điểm nối đất thì trên thực tế không phải là lõi lọc chống tĩnh điện. Điện trở bề mặt của vật liệu lọc thường nằm trong dải tiêu tán điện, khoảng 10^4 đến 10^9 ôm — đủ thấp để xả điện tích nhưng đủ cao để không gây ngắn mạch trực tiếp. Các bộ phận dẫn điện có điện trở nằm dưới dải này. Tiêu chuẩn NFPA 77 coi việc nối đất và tiếp địa là một hệ thống các đường dẫn điện, trong đó lõi lọc là một mắt xích trong hệ thống đó.

Chuỗi nổ và vị trí bộ lọc ngăn chặn chuỗi đó

Một vụ nổ bụi cần có nhiên liệu, oxy, sự phân tán, sự giam hãm và nguồn gây cháy. Bộ lọc không thể loại bỏ nhiên liệu hay oxy. Nó cũng không thể đảm bảo sự phân tán hay giam hãm. Điều mà bộ lọc có thể làm là giảm một nguồn gây cháy: phóng điện tĩnh. Chuỗi này thường bắt đầu bằng việc phát sinh điện tích, sau đó là tích tụ điện tích, rồi đến sự kiện phóng điện. Bộ lọc chống tĩnh điện ngăn chặn quá trình tích tụ. Điện tích di chuyển từ vật liệu lọc sang khung lọc, từ khung lọc sang vỏ lọc và từ vỏ lọc xuống đất. Nếu xảy ra phóng điện, thì đó sẽ là hiện tượng rò rỉ năng lượng thấp thay vì tia lửa tập trung. Đó là lý do vì sao bộ lọc phải được lắp đặt như một phần của hệ thống nối đẳng thế. Một bộ lọc có dây dẫn xả bị gấp dưới gioăng, hoặc một khung lọc đặt trên mép sơn phủ, có thể khiến vật liệu lọc bị cách ly. Khi đó, chuỗi nổ vẫn còn nguyên vẹn.

Một vụ việc thực tế tại nhà máy tinh bột

Tại một nhà máy chế biến tinh bột ở miền Nam, bộ lọc dạng ống (cartridge collector) từng thường xuyên gây ra hiện tượng phóng tĩnh điện từ vỏ thiết bị trong quá trình làm sạch xung. Các ống lọc (cartridge) sử dụng là loại tiêu chuẩn và lớp phủ trên khung đỡ (cage coating) đã bị mài mòn tại một số vị trí. Đo điện áp bề mặt sau mỗi xung cho kết quả lên tới vài kilovolt. Nhà máy đã thay thế các ống lọc bằng loại ống lọc chống tĩnh điện có khung dẫn điện, vật liệu lọc phân tán điện tích và dây nối đất được gắn chắc vào tấm phân phối (tube sheet). Việc nối đất vỏ thiết bị được làm sạch kỹ và kiểm tra lại. Điện áp bề mặt sau mỗi xung giảm xuống mức thấp và hiện tượng phóng tĩnh điện chấm dứt. Ngoài ra, cơ sở cũng cập nhật quy trình kiểm tra nối đất, bởi vì chỉ riêng việc thay ống lọc sẽ không giải quyết triệt để vấn đề nếu như mối nối đất của vỏ thiết bị vẫn lỏng lẻo. Trường hợp này cho thấy ống lọc chống tĩnh điện là yếu tố cần thiết nhưng chưa đủ.

Các chi tiết lắp đặt quyết định sự hình thành hoặc gián đoạn đường dẫn tĩnh điện

Đường dẫn tĩnh phụ thuộc vào cách lắp đặt. Dây thoát điện hoặc gioăng dẫn điện phải tiếp xúc trực tiếp với kim loại trần. Lớp sơn bột, gỉ sắt và bụi sẽ làm gián đoạn đường dẫn. Cartridge phải được đặt vuông vắn để điểm nối luôn duy trì tiếp xúc. Gioăng quá dày có thể làm nâng nắp cuối lên khỏi bề mặt nối. Việc nối vỏ thiết bị phải dẫn tới điểm nối đất đã được xác minh, chứ không được nối tới ống gần đó. Sau khi bảo trì, cần kiểm tra lại đường dẫn vì gioăng mới hoặc lô cartridge khác có thể làm thay đổi tiếp xúc. Chỉ phép đo giá trị điện trở từ môi trường tới đất mới chứng minh được đường dẫn hoạt động hiệu quả; kiểm tra bằng mắt thường là chưa đủ.

Giới hạn và phần còn lại của kế hoạch bảo vệ chống nổ

Một bộ lọc chống tĩnh điện làm giảm nguy cơ đánh lửa do tĩnh điện, nhưng không khiến thiết bị thu bụi trở thành loại chống nổ. Thiết bị thu bụi vẫn cần được trang bị hệ thống xả áp nổ, cách ly hoặc dập tắt nổ phù hợp tại những vị trí mà đánh giá rủi ro yêu cầu. Bộ lọc này không khắc phục được tình trạng vỏ thiết bị rò rỉ bụi, quạt quá nhiệt hoặc quy trình sản xuất tạo tia lửa ở phía thượng nguồn. Ngoài ra, bộ lọc còn phụ thuộc vào nguồn khí xung sạch và khô, cũng như quy trình bảo trì đảm bảo các điểm nối luôn chặt chẽ. Khi sử dụng đúng cách, bộ lọc này loại bỏ một con đường gây cháy nổ. Tuy nhiên, nếu dùng thay thế cho toàn bộ kế hoạch bảo vệ, nó sẽ tạo cảm giác an toàn sai lầm.

Renhe hỗ trợ cung cấp bộ lọc chống tĩnh điện thông qua kiểm soát sản xuất, kiểm tra vật liệu đầu vào và lập kế hoạch chuỗi cung ứng nhằm duy trì độ chính xác về kích thước khung dẫn điện, chi tiết điểm nối và đặc tính vật liệu lọc ở mọi lô sản xuất. Các linh kiện đồng nhất giúp việc kiểm chứng và bảo trì đường dẫn tĩnh điện trở nên dễ dàng hơn.