IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Антропогенное загрязнение воздушной среды внутри производственных  объемов, а также приземного слоя атмосферы обуславливает необходимость решения задачи объективного выбора систем защиты воздушного бассейна (СЗВБ).

Под СБЗВ подразумеваются связанные друг с другом и образующие целостность элементы (подсистемы, узлы, агрегаты и т.п.), имеющие самостоятельное функциональное значение, при совместном действии которых формируются выходные технологические и санитарно-гигиенические параметры системы. Объективность выбора СБВЗ обеспечивается автоматизированной поликритериальной процедурой оценки ценности вариантов входящих в нее технических решений.

Обобщенное понятие «техническое решение СБЗВ» нами определено как целесообразное для данных производственно-технологических условий решение технической проблемы в форме материального воплощения способа, метода и конструкции, степень детализации которой зависит от конкретно поставленной задачи.

Ценность вариантов технических решений СБЗВ определяется рядом функционально-технологических, технических и экономических требований-критериев, многообразие которых представлено как минимум тремя группами: эффективностью, экономичностью и надежностью. В выделенной последовательности групп критериев наиболее широко применяемыми на практике при принятии решений по СБЗВ являются критерии эффективности и экономичности. В то же время группа критериев надежности не используется совсем.

Теория надежности базируется на систематизации сведений о надежности СБЗВ, как свойстве технических решений сохранять во времени и в заданных пределах свои технологические показатели, соответствовать заданным режимам и условиям эксплуатации.

В основу теории надежности СБЗВ положен системный анализ группы соответствующих критериев, базирующихся на классификационной схеме, а также их математическом описании.

Отказ стоит первым в логической цепочке показателей, характеризующих надежность СБЗВ. При появлении отказа система перестает выполнять свое прямое функциональное назначение - обеспечивать необходимые санитарно-гигиенические и экологические условия. Именно поэтому в качестве основной характеристики надежности СБЗВ для дальнейшего рассмотрения принят отказ. Проведенный нами анализ отказов позволил определить, что они могут различаться по времени возникновения, причинам и методам устранения, скорости процессов разрушения и взаимодействию элементов в системе.

В рамках второго уровня систематизации выделены и разработаны два основных расчетных критерия:

1. Технологический отказ, как вероятность утраты технической работоспособности СБЗВ.

Технологический отказ описывает схему возникновения физических повреждений технических устройств, которые могут иметь различные причины.

Если технологический отказ не зависит от технологического уровня самого устройства, а является следствием его внутренних (заводских) дефектов или пиковых внешних нагрузок, не свойственных нормальным условиям эксплуатации, то он относится к разряду внезапных (мгновенных) отказов. Поскольку они наблюдаются в начальный (гарантийный) момент времени эксплуатации устройства, то и обозначены технологическими отказами в период гарантии. Вероятность их возникновения подчиняется экспоненциальному закону распределения случайной величины.

2. Экологический отказ как вероятность утраты функциональной работоспособности СБЗВ.

Санитарно-гигиенический (экологический) отказ описывает схему постепенного износа устройства, при котором его основная функция качества - эффективность достигает некоторого нижнего предельного состояния. При этом дальнейшее снижение значения эффективности невозможно в силу невыполнения устройством своего основного функционального назначения. Поскольку санитарно-гигиенический отказ описывает постепенный износ, то вероятность его возникновения подчиняется нормальному или логарифмически нормальному закону распределения случайной величины.

Так как в последнее время практически не оценивается экологический отказ по вероятности его возникновения, необходимо для более объективной оценки загрязнения региона (микрорайона) обязательно учитывать эффект суммации загрязняющих веществ после их выброса в атмосферу и определить факторы, влияющие на распределение концентрации. Установлено, что при расчете народно-хозяйственного ущерба при учете эффекта суммации, ущерб составляет в два раза больше в денежном выражении для оплаты предприятием выбросов ущербообразующих загрязняющих веществ.

Оценка загрязнения атмосферы должна проводиться отдельно для каждого вещества и каждой комбинации вещества с суммирующимся (однонаправленным) вредным действием.

На рис. 1 показан типичный для случая наличия нескольких источников выбросов характер зависимости расчетной суммарной концентрации С (в условных единицах) в фиксированной расчетной точке (координаты x₁, y₁) при заданной расчетной скорости ветра u  и  от расчетного направления ветра β.

На рис. 2 представлены результаты расчета поля суммарной концентрации Ć (в условных единицах) от комплекса металлургических и химических предприятий, ТЭС и ТЭЦ с помощью программы УРПЗА-ГГО-ВАМИ-1 в режиме, когда для каждой точки местности определялась максимальная из концентраций,  соответствующих перебиравшимся направлениям и скоростям ветра. Стрелками на этом рисунке показаны опасные направления ветра, при которых наблюдаются максимальные концентрации на данном участке местности. Очевидно, что анализ поля опасных направлений ветра позволяет выявить зоны преобладающего вклада тех или иных предприятий.

Расчетные температуры воздуха Т_b в соответствии с п. 2.4 СН 369-94, как правило, принимаются близкими к максимально возможным в данной местности. Это позволяет использовать при расчетах загрязнения атмосферы начальные перегревы выбрасываемой газовоздушной смеси, близкие к минимальным, и, соответственно, получить оценку максимальных концентраций. Температуры, относящиеся к холодному полугодию, допускается использовать только при расчетах для объектов типа ТЭЦ и котельных, работающих по так называемому тепловому графику, т.е. прекращающих или существенно снижающих выбросы в теплое полугодие.

В некоторых случаях, главным образом для ТЭС, в ПСД включаются результаты расчета загрязнения атмосферы при температурах холодного и теплого полугодия. Как правило, это делается для того, чтобы добиться согласования ПСД  для объектов, концентрации от которых, рассчитанные на условия летнего времени, превышают ПДК.

В ГОСТ 17.2.3.02-78 и СН 369-74 предусмотрено использование только согласованных в едином для всей страны порядке унифицированных программ расчета загрязнения атмосферы (УПРЗА). Это вызвано многими обстоятельствами. Во-первых, расчеты загрязнения атмосферы проводятся в стране в таких масштабах, что рациональность затрат машинного времени имеет важное народнохозяйственное значение. Сейчас уже достаточно часто при разработке ПСД для одного предприятия на расчеты загрязнения атмосферы затрачивается десятки и сотни часов машинного времени в связи с учетом весьма большого числа источников выброса по многим ингридиентам. При этом в поисках оптимального варианта прорабатывается значительное количество возможных вариантов комплекса мероприятий по охране атмосферы от загрязнения, т. е. проводится так называемое вариантное проектирование. Во-вторых, рациональность алгоритма программ должна сочетаться с достаточной точностью определения поля максимальных концентраций. Использование программ с ошибками может привести к очень серьезным просчетам при проектировании мероприятий по охране атмосферы. В-третьих, учитывая широкий круг специалистов, использующих результаты расчета загрязнения атмосферы, в том числе для экспертизы ПСД, следует унифицировать выходную информацию; должны быть выведены данные о параметрах и координатах источников выброса, результаты расчета концентрации, информация о вкладах источников в суммарное загрязнение атмосферы, опасных скоростях и направлениях ветра.

Анализ распечатанных материалов дает большие возможности для выявления ошибок как случайного характера, так и преднамеренных. Так, в некоторых случаях, выявляется, что суммарные концентрации Ć от всех источников меньше максимальных концентраций С_м от отдельных источников. Особенно очевидно наличие ошибок тогда, когда для указанных отдельных источников велики расстояния x_м (500-1000м и более), где достигаются максимальные концентрации, так как при больших значениях x_м концентрации с расстоянием убывают медленно. Подобные ошибки имеют место в первую очередь при выборе таких расчетных областей, когда они не захватывают участков местности с максимальными расчетными концентрациями.

Наиболее точным способом контроля включенных в ПСД результатов расчета загрязнения атмосферы, выполнявшихся как вручную, так и на ЭВМ, являются выборочные повторные расчеты в организации, проводящей экспертизу и согласование. Такие контрольные расчеты в первую очередь проводятся для основных вредных веществ, лимитирующих мощность предприятия.

Выводы

Объективность выбора СБВЗ обеспечивается автоматизированной поликритериальной процедурой оценки ценности вариантов входящих в нее технических решений. В выделенной последовательности групп критериев наиболее широко применяемыми на практике при принятии решений по СБЗВ являются критерии эффективности и экономичности. В то же время группа критериев надежности не используется совсем. Теория надежности базируется на систематизации сведений о надежности СБЗВ, как свойстве технических решений сохранять во времени и в заданных пределах свои технологические показатели, соответствовать заданным режимам и условиям эксплуатации. В работе рассмотрены результаты расчета поля суммарной концентрации Ć (в условных единицах) от комплекса металлургических и химических предприятий, ТЭС и ТЭЦ с помощью программы УРПЗА-ГГО-ВАМИ-1 в режиме, когда для каждой точки местности определялась максимальная из концентраций,  соответствующих перебиравшимся направлениям и скоростям ветра. Установлено, что при расчете народно-хозяйственного ущерба при учете эффекта суммации, ущерб составляет в два раза больше в денежном выражении для оплаты предприятием выбросов ущербообразующих загрязняющих веществ.

Библиографический список

1. Кузнецов, Р.Н.  Сборник законодательных нормативных и методических документов для экспертизы воздухоохранных мероприятий/ Р.Н. Кузнецов, Н.С. Филимонова, А.М. Шишкин. - Ленинград:  Гидрометеоиздат, 1986. - 212 с.
2. СН 369-74. Указания  по  расчету  рассеивания  вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий /Под ред. М.Е. Берлянла.- М.: Стройиздат, 1975.- 44с.

Код для цитирования: Скопировать