IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Для промышленных предприятий характерно наличие электропомещений, как правило, имеющих небольшую высоту (Н = 4¸8 м). Технологическое оборудование имеет высоту 2-2,4 м, равномерно распределено по периметру и занимает не более 30% площади пола. Практически постоянные тепловыделения от оборудования и освещения не превышают 30 Вт/м3. Технологический процесс существенно зависит от равномерности распределения параметров воздуха помещения.

Согласно нормативным документам [1, 2] электропомещения, расположенные на территории химических предприятий, должны иметь гарантированный подпор воздуха для предотвращения поступления внутрь этих помещений взрывоопасных веществ и пыли. Подпор воздуха обеспечивается приточной вентиляцией в комплексе со строительными мероприятиями. Отопление этих помещений, как правило, совмещено с вентиляцией.

Концентрации взрывопожароопасных веществ на промплощадках химических предприятий в результате экстремальных неблагоприятных метеоусловий (штиль, туман, осадки), а так же в следствии залповых и аварийных выбросов, могут в несколько раз превышать предельно допустимые [3, 4, 5], достигая нижнего предела взрываемости [5,7]. Большая разность концентраций между наружным и внутренним воздухом помещений при наличии пор, щелей, неплотностей в ограждающих конструкциях является, как показали результаты натурных исследований и опыты [6], причиной попадания вредностей в воздух помещений даже при создании в нем избыточного давления (подпора).

Воздухообмен в электропомещениях химических производств осуществляется следующим образом: приточный воздух (SGn) в помещение подается системой приточной механической вентиляции, а удаляется неорганизованно через поры, щели и неплотности в ограждающих конструкциях (SGв), при этом выполняется следующее условие

SG_n - SG_в  >0.  (1)

где - общее количество воздуха, поступающего в помещение за счет принудительной вентиляции, кг/ч; - общее количество воздуха, удаляемого неорганизованно через неплотности ограждений, кг/ч.

Определим, какие концентрации возникают в потоке воздуха, направленном из помещения наружу, т.е. к источнику выделения взрывопожароопасных веществ (промплощадке или цеху химического предприятия).

Рассмотрим случай плоскопараллельного потока (рис. 1).

Рис. 1. - Схема для определения концентраций взрывопожароопасных веществ  во встречном плоскопараллельном потоке, возникающем в ограждающей конструкции:  С₀ -концентрация взрывопожароопасного вещества на промплощадке, мг/м³ ( концентрация С₀ при аварийны и залповых выбросах, а так же во время ремонта и профилактического осмотра технологического оборудования на химических предприятиях стремится к бесконечности); Р₀- атмосферное давление, Па; Р_П- давление в помещении, создаваемое системами приточной вентиляции, Па; ∆Р - подпор воздуха в помещении, Па; С - концентрация взрывопожароопасного вещества в помещении, мг/м³ (концентрация в помещении стремится к нулю- назначение вентиляции) U- скорость воздушного потока, уходящего через неплотности ограждения за счет разности давлений, м/с (так как подпор воздуха в момент времени величина постоянная, то U=const);h- толщина ограждения, м.

Пусть в 0-нулевом сечении (рис.1) - концентрации примесей газа к воздуху будут равна Со. В этом случае концентрации в сечениях, на расстоянии х в направлении навстречу потока, могут быть определены исходя из системы дифференциальных уравнений

где С₁, С₂ - концентрации примеси газа к воздуху, мг/м3; U - скорость потока, м/с ( за положительное направление скорости принято направления, противоположное оси Х); D, Dп - коэффициенты обмена в перегородке и в помещении соответственно, м²/с (при ламинарном потоке - это коэффициент молекулярной диффузии, при турбулентном - это коэффициент турбулентной диффузии); e - пористость ограждения (перегородки); t - время, с.

Уравнение (2) - это уравнение диффузии в фильтрующей перегородке с учетом конвективного переноса. После математических преобразований получаем

где а² - коэффициент, а² = D/ε.

При начальных условиях:

решением уравнения (2) будет функция

где Ф- интеграл (вероятность) ошибок, определяемый по математическим таблицам; все остальные обозначения изложены ранее.

Зависимости (6) указывает на то, что в потоке воздуха через ограждающую конструкцию навстречу его движению создается поле взрывопожароопасных концентраций. Таким образом, условие создания избыточного давления является необходимым, но не достаточным при аварийных выбросах и неблагоприятных метеоусловиях, чтобы предотвратить проникновение взрывопожароопасных веществ с промплощадки.

В области x h, когда DР=Рп-Рп=0, т.е. U = 0, уравнение (3) примет вид

При стационарных условиях уравнения (2) и (3) примут вид

Для граничных условий

где С₀ - концентрация  взрывопожароопасного вещества на промплощадке (см. рис.1),мг/м³; h - фактическая толщина перегородки, м; С - концентрация взрывопожарпоопасного вещества на границе ограждающей конструкции и помещения, мг/м³;

при установившемся режиме (D=const, Dп= const, e=1),  в области x=h совместное решение уравнений (8) и (9) даст следующую зависимость

обозначим 

Полученная зависимость (11) так же указывает на то, что в потоке воздуха навстречу его движению создается поле концентрации. Таким образом, существующее мнение, что достаточно в помещении создать подпор воздуха, чтобы избежать попадания внутрь помещения взрывопожароопасных веществ и пыли, является неверным.

Рассмотрим показатель d, выделенный в формуле (12). Данный показатель характеризует взаимодействие наружного воздуха и воздуха помещения на внутренней границе   ограждающей   конструкции   (перегородки),  поэтому его можно назвать показателем взаимодействия наружного и внутреннего воздуха.

Коэффициент обмена согласно [6] можно определить как

где  - количество кинетической энергии, затухающей в единицу времени в единице массы, м²/сек³; L - линейный размер, характеризующий объем, в котором исследуется процесс обмена, м.;

тогда  

где      - энергия приточных струй помещения, отнесенная к единице массы воздуха помещения и к единице времени, м²/сек3;  - энергия потока воздуха, возникающая в порах и отверстиях ограждающей конструкции, отнесенная к единице массы воздуха, проходящего через ограждающую конструкцию и к единице времени, м2/сек3.

На рис. 2, 3  приведены ряд кривых распределения концентраций в порах и отверстиях ограждающей конструкции во встречном потоке для разных значений показателя d. На оси ординат графиков отложены значения отношения текущей концентрации и предельно допустимой, Сi/СПДК (т.е. величины концентраций в долях от предельно допустимых), а по оси абсцисс отложены значения отношения расстояния от источника (промплощадки или цеха) к толщине ограждения, х/h.

На графиках нанесены кривые для различных отношений скорости потока к коэффициенту обмена D. Отношение  принято на графике в пределах от 1 до 20, что соответствует обычно имеющим место в заводских помещениях с подпором величинам скоростей воздуха и значением коэффициента обмена D.

Из графиков (рис. 2, 3) видно, что, чем больше расстояние х/h от источника, тем меньше концентрация вредностей. Если расстояние х (длина канала перегородки или ограждающей конструкции) очень мало, то даже при больших скоростях (т.е. величине подпора) потока воздуха в отверстие не предоставляется возможным добиться значительного снижения концентрации в помещении с подпором.

Рис. 2. -  Кривые концентраций взрывопожароопасных веществ в пористом ограждении при d=0, h=0,6 м

Рис. 3. -  Кривые концентраций взрывопожароопасных веществ в пористом ограждении при d=10, h=0,6 м

Выводы

Таким образом, при аварийных и залповых выбросах, а так же во время ремонта и профилактического осмотра технологического оборудования на химических предприятиях, возможно резкое увеличение концентрации взрывопожароопасных вредных веществ на промплощадках, которое в несколько раз превышает предельно допустимые значения (ПДК). В результате этого загрязненный воздух с промплощадки вследствие большой разности концентрации проникает в «чистые» помещения через неплотности в ограждающих конструкциях. Защитой данных помещений является создание в них избыточного давления (подпора воздуха). В нашей работе установлено, что подпор воздуха является необходимым, но недостаточным условием защиты помещений от проникновения взрывопожароопасных веществ.

Библиографический список

1. Ведомственные указания по противопожарному проектированию предприятий, зданий  и сооружений нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. (ВУПП - 88) - М.: МНХП, 1989. - 79 с.
2. Инструкция по проектированию отопления и вентиляции нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий (ВСН 21 - 77). - М.: МНХП - СССР, 1990. - 43 с.
3. Бретшнайдер, И. Охрана воздушного бассейна от загрязнений/ И. Бретшнайдер, И. Курфюрст. - Л.: Химия,1989. - 288 с.
4. Константинова, З.И. Защита воздушного бассейна от промышленных выбросов/ З.И. Константинова. - М.: Стройиздат, 1981. - 104 с.
5. Лейкин, И.Н. Рассеивание вентиляционных выбросов химических предприятий/ И.Н. Лейкин. - М.: Химия, 1982. - 223 с.
6. Мусерская, А.Н. Принципы исследования вентиляции в производственных цехах предприятий нефтехимической промышленности/ А.Н. Мусерская. - Уфа, 1971. - 56 с.
7. Полосин, И.И. Натурные исследования подпора и чистоты воздуха электропомещений и помещений управления технологическими процессами размещенных на территории химических производств/ И.И. Полосин, Н.А. Старцева. Изв. вузов. Строительство. - Новосибирск, 1998. - №9. - С. 72 - 74.
8. Эльтерман, В.М. Вентиляция химических производств/ В.М. Эльтерман.- М.: Химия, 1980. - 284 с.

Код для цитирования: Скопировать