Расчёт накопления вредных веществ в замкнутом объёме помещения обкатки машин в аварийной ситуации

Автор: Белушкина Галина Викторовна, Булыгин Юрий Игоревич, Деундяк Дмитрий Владимирович

Журнал: Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu

Рубрика: Технические науки

Статья в выпуске: 3 (46) т.10, 2010 года.

Бесплатный доступ

Улучшение условий труда при воздействии вредных веществ на работников машиностроительных предприятий является актуальной задачей. Для правильного расчета вентиляции на участках обкатки сельхозмашин требуются надёжные данные о технологическом процессе. Существующие методики ориентированы на укрупнённые (годовые) выбросы, основанные на приближённых удельных показателях выбросов, определяемых для абстрактных источников загрязнения без учета их индивидуальных свойств и режимов работы. В работе предлагается уточненная методика прогнозирования состояния качества рабочей зоны в штатных и аварийных ситуациях, основанная на разработанных ранее авторами моделях, описывающих процессы образования и выделения выбросов от источника загрязнения.

Еще

Вредные вещества, показатели выбросов, источник загрязнения, рабочая зона, прогнозирование качества воздуха, расчет воздухообмена, промышленная вентиляция

Короткий адрес: https://sciup.org/14249372

IDR: 14249372

Текст научной статьи Расчёт накопления вредных веществ в замкнутом объёме помещения обкатки машин в аварийной ситуации

Статья посвящена расчетам накопления вредных веществ в замкнутом объеме помещения обкатки машин в штатном режиме работы и в аварийной ситуации. Эти расчеты проводились на примере обкаточного участка сборочного цеха ООО «КЗ «Ростсельмаш». На обкаточном участке предприятия расположены пять стендов, на которых обкатка производится в номинальном режиме, близком к максимальной мощности. Стенды снабжены местными системами вытяжной вентиляции (отсосами), а также системой общей вентиляции. После обкатки на стенде машина самоходом перемещается на пост заправки и проверки кондиционера. Эти посты не оборудованы местными отсосами. По техническому регламенту испытания сборочной единицы занимают от 45 минут и до нескольких рабочих смен в том случае, если обнаружены неисправности и несоответствия требованиям нормативов и стандартов.

Утонченная методика расчетов штатной ситуации . Для участка обкатки комбайнов ОАО “КЗ “Ростсельмаш” в соответствии с работой [4] максимально разовый выброс i-го вредного вещества Gi определяется только на нагрузочном режиме. Расчет производится по формуле

G _ M    " t cp " АД ( 1 Ф ог )

, г/c,

i          3600

где M cpiД - мощность выброса при обкатке на средней мощности комбайна, г/с; t cp - время обкатки, с.; А Д - количество одновременно работающих стендов обкатки машин; ϕ ОГ - эффективность отсоса.

Формула (1) для определения максимально разового выброса i-го вредного вещества Gi по разработанным моделям токсичности имеет вид

Q пГС С . t Лп ( 1 - ф. г) срОГ cpi cp Д       ОГ

G i =-------------------------

, г/c ,

где Q ср ОГ - объёмный расход ОГ двигателя комбайна при средней мощности обкатки, м3/с;

cpi - концентрация i -го вредного вещества в отработанных газах двигателя машины при обкатке на средней мощности.

Концентрации для бенз(а)пирена и оксидов азота вычислялись по математическим моделям [1] и [3]. Эффективность местного отсоса ϕ ОГ у обкаточного стенда в расчётах принимается

95%. Мощность выброса при обкатке, соответствующей средней мощности комбайна M cpiД , выбирается из таблиц методики [4]. Максимально разовые выбросы вредных веществ в рабочей зоне помещения обкатки комбайнов ACROS 530 с двигателями ЯМЗ-238ДК-1 согласно формуле (1):

G CO

Мсрсод - t cp - Ад ( 1 - Ф ог ) = 0.43 - 60 - 45 - 5 - ( 1 - 0.95 )

M

G C 20 H 12

cpc 20 н 12 д " tcp " Ад ( 1 Ф ог ) = 0.65 - 10 '

= 0.0806 г/с;

6 - 60 - 45 - 5 - ( 1 - 0.95 )

= 0.1219 - 10 - 6 г/с.

Аналогично получаем:

G NOx = 0.06375 г/с, GC = 0.01344 г/с, GCnHm = 0.003375 г/с,

G Rx COH = 0.0008625 г/с, G SOx = 0.006356 г/с, GДT = 0.00639 г/с.

Время обкатки при средней нагрузке работающего комбайна в течение одного часа: Т р” = А д - t cp = 5 - 45 - 60 = 13500 c.

Расчёт часового максимально разового выделения вредных веществ в рабочую зону при обкатке производится по формуле Gi™ = G i • Т рЗб , г/ч.

G CO = G CO • Т Рб = 0.0806 - 13500 = 1088.1 г/ч,

G C20Н 12 = G c 20 н 12 - Т рРЗб = 0.1219 - 10 6 - 13500 = 0.001645 г/ч.

Аналогично рассчитываются:

G™ x = 0.06375 - 13500 = 860.6 г/ч,   G4CancHm = 0.003375 - 13500 = 45.56 г/ч,

G Cac = 0.01344 - 13500 = 181.44 г/ч,    G R-OH = 0.0008625 - 13500 = 11.64 г/ч,

G SOX = 0.006356 - 13500 = 85.8 г/ч, G ^C = 0.00639 - 13500 = 86.26 г/ч.

Потребные расходы воздуха на общеобменную вентиляцию помещения обкатки определим из уравнения материального баланса:

t            1000 - G"           ,

.‘- =---------------------i-------------, м3/ч общ ПДКрз,- 0.3 - ПДКрз, где ПДКРЗi - ПДК i-го вредных веществ в воздухе, удаляемом из рабочей зоны (например, для C20H12 составляет 0,00015 мг/м3); 0.3 ПДКРЗi – ПДК i-го вредного вщества в приточном воздухе (считается, что прилегающая к участку воздушная среда территории загрязнена на 30%), м3/ч.

L С 20 Н 12 общ

1000 - G

час

С 20 Н 12

ПДК рз, - 0.3 - ПДК рз,

103 - 0.001645

0.00015 - 0.3 - 0.00015

= 15667 м3/ч,

Аналогично рассчитываются: LNOOX =10—860.6 = 245885.7 м3/ч,   Lc = 64800м3/ч, о щ 5 - 0.3 - 5                           щ

L CH = 216.9 м3/ч, L RxCOH = 33257.1 м3/ч, L ^O^ = 12257.1 м3/ч, L ДбЩ = 410.76 м3/ч.

Суммарный потребный воздухообмен на общеобменную вентиляцию помещения обкатки при том, что все рассматриваемые вредные вещества обладают эффектом суммации, будет:

S '       СО CnHm NOx SOx C      RxCOH ДТ     C 20 H 12                  3

Lобщ Lобщ + Lобщ + Lобщ + Lобщ + Lобщ + Lобщ + Lобщ + Lобщ 449805.2 I I /ч.

В соответствии с нормативными документами по расчету вентиляции эффекту суммации подлежат только оксиды углерода, азота и альдегиды:

S '        СО NOx RxCOH                  3

Lобщ - Lобщ + Lобщ + Lобщ    - 356864 .2 м /ч.

Как видно из результатов расчёта (рис.1,2), наибольшая скорость накопления в воздухе рабочей зоны при обкатке комбайнов под нагрузкой относится к оксидам азота, что позволяет выбирать тип датчиков загазованности.

Рис.1. Изменение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны в штатном режиме при обкатке комбайнов на полной нагрузке

Рис.2. Потребные воздухообмены для участка обкатки комбайнов по i-му вредному веществу, выделяемому в воздухе рабочей зоны в штатном режиме работы

Методика расчетов в аварийной ситуации . Теперь рассмотрим случай, когда в «холодный» период года практически при отсутствии естественной вентиляции выходит из строя общеобменная вентиляция участка обкатки. Стенды обкатки загружены полностью, местная вентиляция функционирует.

Рассмотрим два случая, когда происходит разрыв одного местного отсоса при номинальном и среднем режиме нагрузки. На рис.3 представлено изменение концентрации вредных веществ в аварийной ситуации при обкатке комбайнов на номинальном режиме, на рис.4 – тот же аварийный сценарий, но при обкатке на среднем режиме. Расчеты проводились по формулам (2) и (3).

Разрыв одного местного отсоса,

Рис.3. Изменение концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны в аварийной ситуации при обкатке комбайнов на максимальном режиме

Рис.4. Изменение концентрации вредного вещества в воздухе рабочей зоны в аварийной ситуации при обкатке комбайнов на среднем режиме

В первом случае до момента отключения поврежденного оборудования (см.рис.3) в течение времени т1 a =[100;300] секунд в воздухе рабочей зоны происходит накопление вредных ве- ществ (заштрихованная зона) и наблюдается значительное превышение ПДКрз по оксидам азота. Учитывая, что расчет накопления вредных веществ в рабочей зоне проведен без учета имеющихся фоновых концентраций на момент аварии, то загазованность по NOx еще более значительна.

Для прогноза изменения концентраций вредного вещеста в воздухе рабочей зоны при включении общеобменной (или аварийной) вентиляции использовалась модель рассеивания А.Н. Селиверстова [5]:

С ( т ) М в^ + C npi -

L пр

f М + С

( L np nPi

-

Coi

e

Lпр τ

Vп ,

где Ct ( т ) - текущая концентрация i-го вредного вещества в воздухе рабочей зоны; C oi и C npi -

начальная концентрация i-го вредного вещества воздухе рабочей зоны и концентрация i-го вредного вещества приточном воздухе; L np – потребный воздухообмен на приточную вентиляцию; М вр – выброс вредного вещества в единицу времени в рабочей зоне; V n – свободный объем помещения.

Расчеты показали, что во втором случае (при средних режимах обкатки) превышения ПДК не наблюдается (см.рис.4).

Заключение. Таким образом, разработанные модели [1] и [3] позволяют прогнозировать качество воздуха рабочей зоны для участков обкатки машиностроительных предприятий, на основе этих моделей уточняются значения потребных воздухообменов для проектирования систем общеобменной вентиляции. Разработанная уточненная методика позволяет дать рекомендации к выбору типа датчиков загазованности для различных помещений, учитывающие особенности технологического процесса. Выявлено, что для участка обкатки комбайнов необходимо использовать датчики загазованности по диоксиду азота.

Список литературы Расчёт накопления вредных веществ в замкнутом объёме помещения обкатки машин в аварийной ситуации

  • Белушкина Г.В. Об особенностях построения и исследования математической модели образования и сгорания бенз(а)пирена в двигателях тепловых машин/Г.В. Белушкина, Ю.И. Булыгин, Д.В. Деундяк//Интегро-дифференциальные операторы и их приложения: сб. науч. тр./ДГТУ. -Ростов н/Д, 2008. Вып. 8. -С. 13-18.
  • Деундяк Д.В. Об исследовании математической модели образования и сгорания бенз(а)пирена для дизельных двигателей/Д.В. Деундяк//Интегро-дифференциальные операторы и их приложения: сб. науч. тр./ДГТУ. -Ростов н/Д, 2008. Вып. 8. -С. 50-60.
  • Белушкина Г.В. Об уточненной математической модели образования и сгорания оксидов азота в дизелях тепловых машин/Г.В. Белушкина, Д.В. Деундяк//Материалы Международного Российско-Абхазского симпозиума «Уравнения смешанного типа и родственные проблемы анализа и информатики», 17-22 мая, Нальчик-Эльбрус. КБНЦ РАН, 2009. -С.164-165.
  • Удельные показатели выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для ремонтно-обслуживающих предприятий и машиностроительных заводов агропромышленного комплекса.-М.: Машиностроение, 1992.
  • Селиверстов А.Н. Вентиляция фабрично-заводских помещений. Т.1. НКТП СССР, ОНТИ. -М.: Госстройиздат, 1934.
Еще
Статья научная