V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

На современных промышленных и общественных строительных объектах при эксплуатации компрессорного оборудования, в аварийных ситуациях, возможно временное увеличение концентрации вредных и взрывопожароопасных загрязняющих веществ выше уровня ПДК. Для снижения концентрации до уровня ПДК применяется аварийная вентиляция, кратность которой устанавливается в зависимости от количества вредного вещества, и времени, которое по санитарно-гигиеническим требованиям может быть допущено для снижения концентраций вредных веществ до предельно допустимых значений. При повышении количества выделяющихся вредных газов или паров во время аварии, если не будет обеспечен дополнительный воздухообмен, потребуется бесконечно большой промежуток времени для снижения концентрации до уровня ПДК. Поэтому при значительном увеличении газовыделений рекомендуется организация аварийной вентиляции [1].

В настоящее время наибольшее распространение получили схемы устройства аварийной вентиляции, исследованные учеными Эльтерманом В.М. и Бромлеем М.Ф.. В основе этих схем лежит рекомендация по удалению воздуха из зон максимальной концентрации вредных веществ, где могут образовываться взрывоопасные смеси [2]. Однако в этом случае возможно формирование застойных зон, что может привести к образованию взрывоопасных концентраций. Этого можно избежать путем создания новых схем воздухообмена с дополнительным притоком и равномерным удалением воздуха из всего объема помещения [1].

Примером подобного способа организации аварийной вентиляции может служить схема, предложенная в работе [3], которая приведена на рис. 1.

Рис. 1 - Схема аварийной вентиляции с удалением вредных веществ из всего объёма помещения: 1 – отверстия для естественного притока воздуха, оборудованные створками; 2 – технологическое оборудование; 3 – воздухоприёмные отверстия; 4 – воздуховоды аварийной вентиляции; 5 – устройство для очистки воздуха; 6 – вентиляционный агрегат; 7 – труба выброса загрязненного воздуха в атмосферу; 8 – воздуховоды механической приточной общеобменной вентиляции; Н_ц – высота помещения; b_ц – ширина помещения; l_ц – длина помещения

Следует помнить, что в данном случае аварийная вытяжная вентиляция не компенсируется подогретым в зимний период притоком. Вследствие этого, возможно резкое снижение температуры в рабочей зоне, что может привести к дополнительным нарушениям работы оборудования, а также помешать быстрой ликвидации аварии [2].

При организации аварийной вентиляции по выше приведенной схеме, необходимо предусматривать систему очистки выброса для предотвращения локального образования взрывопожароопасных областей в близлежащих областях. Аварийные выбросы носят вероятностный характер, поэтому структура очистного оборудования и условия его эксплуатации должны иметь отличия от структуры и условий при очистке только технологических выбросов, очистное оборудование должно быть способным обезвредить большие массовые расходы выбросов за короткий промежуток времени [4]. Для обоснования целесообразности использования вышеприведенной схемы был выполнен технико-экономический расчет [1], который показал, что для уменьшения затрат на устройство аварийной вентиляции рекомендуется предусматривать:

- при кратности воздухообмена ≤ 20 1/ч – схему вытяжной общеобменной вентиляции с естественным притоком;

- при кратности больше 20 и равном 50 1/ч – схему вытяжной общеобменной вентиляции с естественным и механическим притоком;

- при кратности более 50 1/ч – схему вытяжной общеобменной вентиляции с механическим притоком.

Следует так же отметить, что традиционные устройства очистки очень громоздки, что уменьшает коэффициент полезного использования площадей объектов. Кроме того, из-за повышенного местного сопротивления очистных аппаратов, необходимы более мощные вентиляторы, что влияет на эксплуатационные и амортизационные затраты при работе оборудования.

Подобная проблема рассматривалась ранее в работах [5-6], на примере снижения концентрации загрязняющих веществ в выбросах пищевой промышленности (рис. 2).

Рис. 2 - Устройство для уменьшения выброса загрязняющих веществ: 1-вентиляционная шахта; 2 и 3-датчики определяющие запыленность вентилируемого воздуха; 4-сопло факельного выброса; 5-вентиляционный агрегат; 6-виброоснование; 7-воздуходов с подмешиваемым воздухом; 8-выходной завихритель

Основное отличие предлагаемого в этой статье способа уменьшения концентрации загрязняющего вещества, в методе определения необходимого количества подмешиваемого воздуха. В данном случае нужно исходить из требования поддержания концентрации вредного вещества в выбросе ниже ПДК, в случае веществ, не являющихся взрывопожароопасными, если же вредные вещества являются взрывопожароопасными, согласно [4], максимально допустимая концентрация в выбросе не должна превышать величину М для заданной высоты выброса, которая определяется по формуле:

(1)

где Н – высота источника выброса, м;  – эффективность очистки, %; ΔΤ – разность между температурами газовоздушной смеси и атмосферного воздуха, ^оС; m, n, F – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода вредных веществ из устья источника, скорость их оседания в атмосферном воздухе; А – коэффициент температурной стратификации атмосферы в районе размещения предприятия, с^2/3.мг^.град^1/3/г; V_гв – расход газовоздушной смеси, м³/с; t_выб – время аварийного выброса вредного вещества,

Для определения требуемого расхода подмешиваемого воздуха необходимо решить уравнение (2) с учетом условий приведенных выше.

, (2)

где L₁, C₁ – расход воздуха и концентрация до смешения; L₂, C₂ – расход и концентрация подмешиваемого воздуха; L_см, C_см – расход воздуха и концентрация после смешения.

Примем наихудший случай, когда С_см=ПДК и С_см= М, тогда, для первого случая уравнение (2) примет вид:

(3)

где ПДК – предельно допустимая концентрация мг/м³.

Для второго случая необходимое количество воздуха определяется по формуле:

(4)

Как указывалось в работе [4], решение внутренней и внешней задачи вентиляции необходимо осуществлять с оценкой риска возникновения взрывоопасных смесей при аварийных выбросах вредных веществ. Важно учесть, что высота трубы аварийного выброса зависит от концентрации химически вредного вещества.

Принцип работа установки (рис. 2) заключается в следующем. После включения аварийной системы вентиляции включается датчик 2 и 3, которые регистрируют значения концентрации загрязнителя в вентиляционном выбросе. При достижении концентрации критического значения, датчики подают сигнал на пульт управления вентилятором подмешиваемого воздуха, мощность которого регулируется в зависимости от превышения концентрации вредного вещества над предельным значением.

Для наглядности рассчитаем необходимое количество подмешиваемого воздуха для фреона R 502, ПДК которого составляет 0,4 кг/м³.

Примем L₁=8000 м³/ч, С₁=0,5 кг/м³, С₁=0. Так как, хладагент R 502 не взрывоопасен в рассматриваемых условиях, воспользуемся первой формулой. В результате получим:

Таким образом, при превышении ПДК на 25%, расход подмешиваемого воздуха так же должен составлять 25% от первоначально значения.

Согласно [5], экономически целесообразный интервал скоростей для предлагаемой схемы выброса определяется по формулам:

(5)

(6)

где, L₂^max и L₂^min – максимальный и минимальный расходы подмешиваемого воздуха, при которых возможно применение предлагаемой схемы, м³/с; D – диаметр трубы, м.

На рис. 3 представлен график зависимости требуемого количества подмешиваемого воздуха L₂ от начальной концентрации C₁.

Рис. 3 - Зависимость количества подмешиваемого воздуха L₁ от превышения концентрации С₁ над ПДК

Для проверки теоретических результатов исследования была сконструирована лабораторная установка, приведенная на рис. 4.

Рис. 4 - Лабораторная установка для определения коэффициента смешения воздушных потоков

различной концентрации

Лабораторная установка состоит из осевого вентилятора, приточной установки, электрического воздухонагревателя, рабочей камеры, блока управления для вентиляционного оборудования и фильтра. Замеры концентраций загрязняющих веществ производились до и после смешения.

Предложена схема разбавления вредных веществ в вентиляционном выбросе, отвечающая требованиям, предъявляемым к аварийной вентиляции. Для возможного внедрения рассмотренной схемы в производство необходимо подтвердить данные, полученные теоретическим обоснованием, дополнительными экспериментальными исследованиями. Следует также помнить о требованиях, предъявляемых к вентиляционному оборудованию при организации аварийной вентиляции. Все устройства и механизмы должны отвечать противопожарным требованиям.

Библиографический список

1. Чуйкин, С.В. Аварийная вентиляция химических производств / С.В. Чуйкин, М.Н. Жерлыкина // Научный вестник «Студент и наука». – 2009. - №5. – С. 163-165.

2. Эльтерман, В.М. Вентиляция химических производств / В.М. Эльтерман. – М.: «Химия», 1971. – 240 с.

3. Жерлыкина, М.Н.Повышение эффективности аварийной вентиляции производственного помещения для обеспечения взрывобезопасности при выбросах химических веществ: дис..канд. техн. наук/ М.Н. Жерлыкина. – Воронеж, 2006. – 166 с.

4. Жерлыкина, М.Н. Дифференциация способов очистки воздуха при выбросах вредных веществ химических производств /М. Н. Жерлыкина, С. В. Чуйкин, С. А. Соловьев, А. В. Потапов // Инженерные системы и сооружения. – 2010. – № 1 (2). – С. 264–268.

5. Полосин, И.И. Эффективные конструктивные решения по снижению концентрации загрязняющих веществ в выбросах предприятий пищевой промышленности / И.И. Полосин, М.Н. Жерлыкина, С.В. Чуйкин // Экология и промышленность России. – 2011. – №9. – С. 8-9.

6. Чуйкин, С.В. Вариантные решения организации вентиляционного выброса вредных веществ промышленных производств при неблагоприятных метеорологических условиях / С.В. Чуйкин, М.Н. Жерлыкина // Высокие технологии в экологии: материалы 14-й межрегионал. науч.практ. конф. – Воронеж, 2011. – С. 108–114.

Код для цитирования: Скопировать