автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Научные основы организации контроля и регулирования в системе экологической безопасности гражданской авиации

На правах рукописи

□03062274

НИКОЛАЙКИН Николай Иванович

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ В СИСТЕМЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

Специальность 05 02 22 - "Организация производства (транспорт)"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2006

003062274

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете гражданской авиации на кафедре "Безопасность полетов и жизнедеятельности "

Научный консультант - заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, доктор экономических наук, профессор

Барзилович Евгений Юрьевич

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор

- доктор технических наук, профессор

- доктор технических наук, профессор

Гонопольский Адам Михайлович, Мунин Анатолий Григорьевич, Прохоров Александр Валентинович

Ведущая организация - Федеральное государственное унитарное предприятие ТосНИИГА"

Защита состоится " 19 " апреля 2007 года в 15 2Й часов на заседании диссертационного совета Д 223 011 01 при Московском государственном техническом университете гражданской авиации по адресу 125993, г Москва, Кронштадтский бульвар, 20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан " 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета ---------

доктор технических наук, профессор С К Камзолов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы Осознание возникших в современном мире экологических проблем потребовало мобилизации сил, направленных на развитие соответствующих исследований Сегодня происходит пересмотр подходов к методам контроля, оценки и регулирования воздействия на окружающую среду любого необходимого обществу товара (как изделия, так и услуги), возникают новые концепции защиты окружающей среды от загрязнения и деградации

В наши дни среди основных проблем воздушного транспорта проблема экологически эффективного функционирования производственных процессов и систем на авиапредприятиях гражданской авиации занимает следующее место после безопасности полетов Впредь экологические требования, регламентирующие деятельность гражданской авиации (ГА), как и всей мировой экономики, будут только возрастать

В Федеральной целевой программе "Модернизация транспортной системы России" (утв постановлением Правительства РФ от 05 12 01 № 848) констатируется, что одной из целей является "реализация в предприятиях и организациях ГА системы мер по обеспечению экологической безопасности"

Эффективность практических мер, принимаемых в системе обеспечения экологической безопасности, в значительной мере зависит от совершенства контроля экологичности деятельности предприятий и правильности его использования для регулирования результатов производственных процессов Достижение высокого уровня экологической безопасности в деятельности авиапредприятий и организаций ГА по охране окружающей среды возможно только при правильной организации этой деятельности

Именно поэтому исследования, посвященные разработке научных основ организации контроля и регулирования экологической безопасности в сфере гражданской авиации, являются актуальными и имеют важное государственное и международное значение

Цель исследования. Повышение экологической безопасности гражданской авиации путем совершенствования контроля и регулирования результатов воздействия производственных процессов на окружающую среду

Основные задачи исследования. В диссертации для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи, решение которых и выносится на защиту

• выявить основные тенденции развития современной ГА, направления воздействия ее деятельности на окружающую среду и количественно оценить интенсивность такого воздействия в РФ,

• разработать модель полного ресурсного цикла процесса выполнения авиатранспортной работы, выявить структуру цикла и составляющие его стадии, производственные процессы и системы,

• создать математическую модель воздействия на окружающую среду результатов производственных процессов выполнения авиатранспортной работы,

• выбрать показатель экологической оценки для экспресс-контроля воздействия на окружающую среду в пределах ресурсного цикла процесса выполнения авиатранспортной работы,

• разработать комплексную математическую модель предупреждения негативных последствий от загрязнения окружающей среды по результатам контроля ее состояния в ходе выполнения авиатранспортной работы,

• создать локальные средства регулирования экологически значимых результатов производственных процессов, компактно встраиваемые в существующие системы удаления загрязняющих веществ,

• разработать математическую модель предупреждения аварийных выходов из строя наиболее изнашиваемых элементов локальных средств регулирования,

• обосновать и разработать концепцию системы обеспечения экологической безопасности выполнения авиаперевозок в гражданской авиации

Объект исследования. Негативное воздействие на окружающую среду, оказываемое результатами производственной деятельности гражданской авиации при выполнении авиатранспортной работы, формирование уровня экологической безопасности воздушного транспорта, практика контроля экологичности деятельности авиапредприятий и регулирования результатов воздействия производственных процессов на окружающую среду

Предмет исследования. Процесс контроля и регулирования аспектов деятельности авиапредприятий, влияющих на экологическую безопасность гражданской авиации

Методические и теоретические основы исследования. Основу методологии исследований, вошедших в диссертацию, составили принципы и приемы анализа, опирающиеся на научные труды известных ученых, посвященные проблемам теории организации (А А Богданова, И Пригожина, Г Хакена), организации производства на воздушном транспорте (Е Ю Барзиловича, Б В Зубкова, Л Н Елисова), технической эксплуатации и ремонта авиатехники (Н Н Смирнова, Ю М Чинючина, А А Ицковича, В П Фролова, Е А Коняева), безопасности полетов (В Г Воробьева, Р В Сакача, А В Майорова), физико-химических систем (В В Кафарова, И В Комара, О Г Воробьева), процессов и аппаратов защиты окружающей среды (НМ Жаворонкова, А Г Касаткина, А М Кутепова, А Н Плановского, О С Чехова, А И Родионова), устойчивого развития и комплексной экологической оценки производимых товаров и услуг (Н Н Моисеева, Н Ф. Реймерса, Г А Ягодина, Н П Тарасовой) и др

В становлении российской научной школы, занимающейся экологическими проблемами ГА, значительную роль сыграли работы В Е Квитки, Б Н Мельникова, Б Н. Карпина, С Э Демешкевича. Широко известны исследования в области авиационной акустики А Г Мунина, А Л Клячкина, В И Токарева, в области звукового удара воздушных судов -ЮН Кулагина, в области эмиссии газов авиадвигателей - А А Горбатко, А И Запорожца, В П Свинухова Большие успехи достигнуты в результате мер, предпринимаемых Комитетом по защите окружающей среды от загрязнения ( КАЕП ) Международной организации гражданской авиации (ИКАО)

Результаты многолетней работы в сфере обеспечения экологической безопасности ГА учтены при выполнении настоящей диссертации Тем не менее, проблема не была решена полностью и за последнее время даже усугубилась

Поэтому решение научной проблемы разработки и обоснования организационной структуры системы экологической безопасности узлов авиатранспортных предприятий и принципов ее реализации на основе современных достижений науки и техники имеет важное государственное и международное значение

Методы исследования, использованные в работе, — методы системного анализа, метод математического моделирования, методы вариационного исчисления, метод материальных и энергетических балансов, метод последовательного анализа (правила "оптимальной остановки наблюдений") Применительно к предмету исследования для решения поставленных задач использовались теория вероятностей (теория управляемых случайных процессов), теория сложных систем, основы организации производства, теория гидродинамических процессов, теория тепло- и массообмена, теория прикладной экологии и инженерной защиты биосферы

Информационная база исследования В качестве информационной и терминологической базы использованы

- научные источники в виде данных и сведений из книг, журнальных статей, научных докладов и отчетов, материалов научных конференций, семинаров,

- отечественные изобретения и патенты, а также патенты других стран,

- статистические источники в виде отечественных и зарубежных статистических материалов, включая данные ежегодных государственных аналитических докладов о состоянии и охране окружающей среды РФ, о влиянии на ее загрязнение отечественного транспортного комплекса, и в частности воздушного транспорта,

- статистические отчеты о результатах деятельности отрасли (воздушного транспорта) в целом и отдельных авиапредприятий,

- официальные документы в виде действующих кодексов, федеральных законов, постановлений правительства, международных конвенций и соглашений, документов ИКАО, а также нормативно-правовых актов транспортного комплекса РФ, включая гражданскую авиацию;

- отечественные стандарты в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, а также международные документы ИКАО и экологические стандарты Международной организации стандартизации (ИСО) серии 14 ООО,

- результаты собственных экспериментов и расчетов

Научная новизна исследования определяется следующими результатами, впервые полученными лично автором

- создана и апробирована математическая модель воздействия на окружающую среду результатов производственных процессов выполнения авиатранспортной работы,

- поставлена и исследована задача минимизации суммы средних финансовых затрат на обеспечение экологической безопасности путем оптимизации характеристик локальных очистных систем для отходящих технологических потоков,

- разработана математическая модель прогнозирования и предупреждения негативных последствий загрязнения окружающей среды в ресурсном цикле выполнения авиатранспортной работы ГА на основании результатов контроля состояния экосистем,

- обоснован выбор комплексного показателя экологического экспресс-контроля негативного воздействия на биосферу деятельности авиапредприятий по выполнению авиатранспортной работы и предложена методика его количественного расчета, учитывающая относительную негативность различных воздействий,

- предложены, исследованы и запатентованы новые локальные средства регулирования экологически значимых результатов производственных процессов гражданской авиации на базе новых высокоэффективных и компактных массообменных устройств локальных очистных систем, встраиваемых в существующие вентиляционные системы с целью обеспечения минимальных финансовых затрат,

- разработана с использованием метода вариационного исчисления математическая модель прогнозирования и предупреждения аварийных выходов из строя наиболее изнашиваемых элементов локальных средств регулирования,

- выявлены приоритетные направления природоохранной деятельности в гражданской авиации, обеспечивающие снижение средних удельных затрат на достижение и поддержание заданного уровня экологической безопасности

Практическая значимость исследования. Результаты выполненного исследования и выводы, сделанные в работе, позволяют

- прогнозировать и предотвращать катастрофическое разрушение экологических систем в зоне влияния узлов авиатранспортных предприятий с инфраструктурой, связанной с ними ресурсным циклом,

- снижать затраты авиапредприятий гражданской авиации на охрану окружающей среды в ресурсном цикле выполнения авиатранспортной работы,

- оснащать стационарные источники загрязнения атмосферы авиапредприятий ГА компактными (встраиваемыми непосредственно в вентиляционные системы) и высокоэффективными локальными очистными системами,

- разрабатывать нормативно-правовые и инструктивно-методические документы по организации системы обеспечения экологической безопасности деятельности гражданской авиации и других видов транспорта

Результаты исследования внедрены.

1 В отраслевых документах ГА

- "Требования по обеспечению экологической безопасности при взаимодействии объектов ГА с окружающей средой", утвержденных Государственной службой гражданской авиации (ГСГА) Минтранса России 15 10 2002 г,

- Федеральных авиационных правилах "Организация охраны окружающей природной среды и экологической безопасности воздушного транспорта" (проект), согласованых ГСГА Минтранса России 17 09 2003 г,

- "Методическое руководство по организации деятельности авиапредприятий и организаций ГА в области охраны окружающей среды", утвержденном ГСГА Минтранса России 18 11 2003 г,

- Федеральных авиационных правилах "Ведомственный экологический контроль в гражданской авиации" (проект), 2004 г

При разработке перечисленных документов автор данной диссертации участвовал в качестве научного руководителя работ

2. При организации контрольной и надзорной деятельности Управления по надзору за поддержанием летной годности гражданских воздушных судов (Управления НПЛГ ГВС) Федеральной службы по надзору в сфере транспорта (ФСНСТ) Минтранса России

3. На ряде предприятий Российской Федерации в виде локальных очистных устройств технологического оборудования, в г Франкфурт-на-Майне (Германия) на предприятии ФЭБ Хальбляйтерверк, а также в организации природоохранной деятельности авиапредприятия ОАО «АВИАКОМПАНИЯ «ЮТэйр».

4 В учебном процессе, а именно

- в учебнике "Экология" (М . Дрофа, 2-е изд, 2003, 3-е изд, 2004,4-е изд 2005, 5-е изд. 2006) Учебник имеет гриф Министерства образования РФ и входит в перечень основной литературы, рекомендуемой Примерной программой по дисциплине "Экология" для вузов России,

- в учебном пособии "Промышленная экология Инженерная защита биосферы от воздействия воздушного транспорта" (-М. Академкнига, 2006) Пособие имеет гриф Министерства образования и науки РФ и гриф УМО вузов РФ по образованию в области эксплуатации авиационной и космической техники;

- при разработке тематики, структуры и содержания семинарских занятий и практических работ по дисциплинам "Экология", "Промышленная экология" в МГТУ ГА, по дисциплинам "Экология", "Промышленная экология", "Экологический аудит", "Процессы и аппараты защиты окружающей среды", "Инженерные коммуникации города" в Московском государственном университете инженерной экологии (МГУИЭ), а также при обучении, повышении квалификации и аттестации руководителей и специалистов эксплуатационных предприятий ГА в области охраны окружающей среды на курсах "Экологическая безопасность ГА" Центра переподготовки и повышения квалификации кадров воздушного транспорта (Центра ППКК ВТ) РФ МГТУ ГА.

Апробация результатов исследования. Основные результаты диссертации обсуждались и получили положительную оценку на- 20 международных конференциях, форумах и симпозиумах, в том числе 3-rd Conference on Applied Chemistry Unit Operations and Processes (Veszprem, Hungary, 1977), Международных НТК «Современные научно-технические проблемы ГА» (Москва, МГТУ ГА, 1994, 1996, 1999, 2003 и 2006), Международной конференции «Цивилизованный бизнес как фактор устойчивого развития России» (Москва, Неправительственный фонд им В И Вернадского, 1998), Международном форуме "Человек и город" в рамках Международной конференции "Эволюция инфосферы" (Москва, РАН, 1997,2001 и 2004), Международных конференциях "Инженерная защита окружающей среды" (Москва, МГУИЭ, 2001 и 2002), Международных научно-технических симпозиумах "Двигатели и экология" (Москва, ВВЦ, 1998, 2000, 2002, 2004 и 2006),

- 7 всесоюзных конференциях, совещаниях и семинарах, в том числе. V Всесоюзном совещании по росту кристаллов (Тбилиси, 1977), VIII Всесоюзной конференции по микроэлектронике (Зеленоград, 1978), П1 Всесоюзной научной конференции "ХИМТЕХНИКА - 83"» (Ташкент, 1983), ГП Всесоюзном совещании «Абсорбция газов» (Москва, 1987), Всесоюзной конференции «НТП и эксплуатация воздушного транспорта» (Москва, МИИГА, 1990),

- 7 межреспубликанских, российских, республиканских и отраслевых конференциях и семинарах, в том числе III НПК «Состояние и перспективы работ по охране окружающей среды в ГА» (Москва, ГосНИИ ГА, 1990), Республиканской НПК «Очистка газовых выбросов промышленных предприятий» (Тольятти, 1990), Российской НТК «Новые материалы и технолоши машиностроения» (Москва, МАТИ, 1992), Межреспубликанской НТК "Процессы-93" (Ташкент, 1993), I Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность полетов и государственное регулирование деятельности в ГА» (Санкт-Петербург, Академия ГА, 1995) ,

а также на 4 выставках

- Всесоюзной выставке научно-технического творчества молодежи - НТТМ-82 -Москва ВДНХ СССР, 1982,

- Международной специализированной выставке "ХИМИЯ-82" - Москва Красная Пресня, 1982,

- Национальной выставке СССР. - Западный Берлин, 1983,

- Международной выставке достижений молодых изобретателен "Болгария ЭКСПО'85". -Пловдив Болгария, ноябрь 1985

Экспонаты отечественных и международных выставок, выполненные на основе разработки и исследования оригинальных контактных массообменных устройств с участием автора, отмечены серебряными медалями ВДНХ (1982,1989 гт), дипломом и грамотой

Публикации результатов исследования. По материалам исследований, представленных в диссертации, написаны и опубликованы как самостоятельно, так и в соавторстве, 59 основных печатных работ 19 научных статей в 7 различных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования России для публикации научных результатов докторских диссертаций, 5 книг, включая монографию, 15 научных статей в иных журналах и изданиях, 11 авторских свидетельств на изобретения и на промышленные образцы, 9 иностранных патентов (Великобритания, Франция, Германия, Япония) Кроме того, опубликованы тезисы многочисленных докладов на конференциях, форумах, симпозиумах, выставках и т п

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов по работе, списка использованных источников и приложений. Основная часть работы изложена на 367 страницах машинописного текста и содержит 71 иллюстрацию, 42 таблицы, список литературы на 28 страницах, включающий 405 наименований Общий объем работы — 401 страница

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования, определены его цель и подлежавшие решению задачи, объект, предмет, методические и теоретические основы исследования, перечислены использованные методы и информационная база, охарактеризованы научная новизна и практическая значимость диссертационной работы

Общая структура защищаемой работы представлена на рис 1

В первом разделе диссертации выполнен аналитический обзор состояния объекта и предмета исследований Анализ данных о происходившем в гражданской авиации (ГА) РФ за последние 15 лет на фоне международных процессов позволил выявить современные особенности воздействия воздушного транспорта на окружающую среду (ОС)

Распространено мнение, что воздействие воздушного транспорта на ОС заключается в выбросах отработавших газов авиационных двигателей и в шуме, создаваемом воздушными судами (ВС), остальное несущественно и не требует внимания Однако и шум, и газы авиадвигателей характеризуют, прежде всего, уровень экологического совершенства продукции авиационной промышленности Эксплуатационные предприятия ГА могут только добиваться поддержания этих показателей в установленных пределах Они не могут улучшить до современного уровня авиатехнику, выпущенную десятилетия назад и соответствующую устаревшим требованиям На рубеже веков в РФ завершился период спада 1990-х годов и очевиден рост объемов выполнения авиатранспортной работы Объем негативного воздействия ГА на окружающую среду увеличивается практически пропорционально увеличению объемов перевозок Существующее снижение негативного воздействия вследствие перехода на экологически более совершенную технику незначительно из-за медленного обновления авиапарка

В диссертации показано, что за последние 15 лет в РФ резко (до четырех сотен) уменьшилось общее количество аэропортов, однако возросли международные авиаперевозки, в том числе до 70 увеличилось количество международных аэропортов Общий объем негативного воздействия, оказываемого воздушным транспортом на окружающую среду, предопределил требования, предъявляемые к экологической безопасности деятельности современной ГА, содержащиеся, кроме Федеральных законов, в специализированных экологических стандартах и в документах ИКАО, в малой степени - в отраслевых документах, таких как Федеральные авиационные правила (ФАЛ), Авиационные правила (АЛ) и др

В работе впервые получена обобщенная характеристика химического загрязнения биосферы авиацией на фоне других видов транспорта за последние годы, анализ которой показал, что передвижные транспортные средства гражданской авиации загрязняют атмосферу только на 1 % от соответствующих выбросов источников всех видов транспорта страны

Научная проблема

_ л .ПЮ Чо Зо н о ш с

5

Разработка и обоснование организационной структуры системы экологической безопасности узлов авиатранспортных предприятий и принципов её реализации на основе современных достижений науки и техники

I 1

5 ►

3"

га

со

со

Разработать показатель экологической оценки для экспресс-контроля воздействия на окружающую среду в ресурсном цикле (РЦ)

гг:

Нормирование комплексного воздействия на окружающую

среду Материальный баланс полного РЦ

Разработать математическую модель предупреждения негативных последствий загрязнения

Создать средства регулирования

воздействия в виде эффективных и компактных локальных очистных сооружений

=П1

Математическое моделирование с использованием метода последовательного анализа (правило оптимальной

остановки наблюдений)

Предложить математическую модель предупредительной замены быстро изнашиваемых элементов локальных средств регулирования

Создать

концепцию

системы

обеспеч

экологи-

ческой

безопас-

ности

_______п "1 г___^____

Деление потоков, использование пленочных зон контакта фаз и принципа продольно-поперечного секционирования

Вариационное исчисление

Методы теории организации и экологического менеджмента

ФАП

«Организаций охраны окружающей природной среды и экологической безопасности воздушного транспорта» (проект, 2003 г)

«Методическое руководство

по организации деятельности авиапредприятий и организаций ГА в области охраны окружающей среды» (2003 г).

для реализации нормативного документа

«Требования по обеспечению экологической безопасности при взаимодействии объектов ГА с окружающей средой» (2002 г)

ФАП

«Ведомственный экологический

контроль в гражданской

авиации» (проект, 2004 г)

Рис 1 Общая структура работы

Все стационарные источники авиапредприятий ГА химически загрязняют атмосферу на 4 % от суммарного показателя транспортного комплекса при явном лидировании таких отраслей, как «дорожный комплекс» и «железнодорожный промышленный» На газоочистку поступает только ~ 15 % выбросов стационарных источников ГА Доля ГА в объеме сточных вод и их загрязненности нефтепродуктами составляет 5 %, при этом очень мала оснащенность авиапредприятий ГА системами очистки сточных вод - на уровне всего 18 % Твердые отходы воздушного транспорта составляют около 2 % от общей массы, образующейся в транспортном комплексе

Относительно нова концепция учета всех видов воздействия на ОС в полном ресурсном цикле существования продукции, под которым подразумевается сумма взаимосвязанных стадий от разработки природных ресурсов до утилизации всех образующихся отходов - "концепция «ресурсного цикла» продукции", или, по терминологии международных экологических стандартов ИСО серии 14 ООО, - концепция «жизненного цикла» продукции (услуги) В "Экологической доктрине Российской Федерации" (2002 г) сформулирована задача "введения ответственности производителя за произведенный продукт в течение всего цикла его существования от получения сырья и производства до утилизации" Поэтому в диссертации автором проанализировано существующее положение и выявлено, что помимо воздействия выбросов отработавших газов авиационных двигателей и шума, создаваемого воздушными судами, существует еще ряд значительных экологических факторов, ибо гражданская авиация представляет собой сложную технико-экономическую систему, объединяющую, не только сферы собственной деятельности, а также другие области хозяйствования человека Все это увеличивает негативное воздействие на ОС при выполнении необходимой обществу авиатранспортной работы

В сфере количественного контроля техногенных воздействий результатов производственных процессов на окружающую среду известны три основные группы методик

1 Методики, в основе которых лежит выделение укрупненных показателей, требующих впоследствии экспертной оценки

2 Методики расчета "экоиндикаторов"

3 Методики, ориентированные на расчет экономического ущерба, причиненного окружающей среде деятельностью человека

Эти методики оценки, несмотря на относительную простоту применения, не учитывают ряд существенных факторов, а именно миграцию загрязняющих веществ в биосфере, их накопление в организмах, образование вторичных загрязнений и т д

В диссертации показано, что современная система производственно-хозяйственного нормирования допустимого воздействия на ОС, ориентированная на санитарно-гигиенические нормативы предельно-допустимых концентраций (ПДК) имеет недостатки Существующая система служит базой для современной природоохранной деятельности всех отраслей экономики, но не ориентиро-

вана на учет геохимических и геофизических экологических особенностей конкретной местности, окружающей контролируемый техногенный объект

Природоохранная деятельность эксплуатационных предприятий ГА формировалась и совершенствовалась в соответствии с развитием отечественного экологического законодательства. В частности, с принятием Федерального закона от 10 01 02 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» значительно изменилось понимание роли мониторинга состояния окружающей среды Так, если ранее мониторинг (наблюдение) за процессами, происходящими в окружающей природной среде, организовывался просто для обеспечения заинтересованных организаций и населения информацией об этих изменениях, то, в соответствии со статьей 63 нового закона, информацию, полученную при осуществлении госэкомониторинга, органы государственной власти должны использовать для принятия соответствующих решений и разработки мероприятий по охране ОС

Система экомониторинга позволяет получить комплексную оценку не только всех особенностей воздействия различных химических веществ, но и воздействия физических факторов - авиационного шума, электромагнитных излучений, радиации и прочего антропогенного воздействия на природные системы, что важно для контроля процесса выполнения авиатранспортной работы во всем ресурсном цикле

В заключение первого раздела диссертации сформулирована научная проблема, которую предстояло решить, а именно разработать и обосновать организационную структуру системы экологической безопасности узлов авиатранспортных предприятий и принципы ее реализации на основе современных достижений науки и техники

Второй раздел диссертации посвящен разработке теоретических основ контроля экологической безопасности в гражданской авиации (ГА) Прежде всего в работе выявлены особенности формирования геотехнических систем вокруг узлов авиатранспортных предприятий

В существующих условиях хозяйствования практически любой аэропорт, отстоящий от обслуживаемого им крупного промышленного центра или города, фактически представляет собой конгломерат из нескольких авиапредприятий ГА с инфрастуктурой организаций, связанных с ними ресурсным циклом процесса выполнения авиатранспортной работы Это аэровокзал, авиационно-техническая база (АТБ), топливозаправочная компания, А1Б крупных авиакомпаний, ремонтные организации вплоть до авиаремонтных заводов, а также это гостиничный комплекс, охраняемые и неорганизованные стоянки прибывающего автотранспорта, магазины

В работе показано, что все перечисленное образует характерный для гражданской авиации узел авиатранспортных предприятий (УАТП), хотя многие организации принадлежат к различным отраслям экономики

Авиапредприятия и организации узла самостоятельны и финансово независимы, тем не менее, они взаимосвязано нацелены на выполнение единой авиатранспортной работы При формировании экологической ситуации в регионе

УАТП играет роль концентрированного источника антропогенного воздействия на окружающую среду (ОС) Вокруг общей границы авиапредприятий и организаций узла существует санитарно-защитная зона и более широкая "зона влияния", в пределы которых попадают как естественные, так и антропогенно измененные экологические системы, а зачастую (с нарушением действующих санитарных правил) и жилые дома

Разделить между отдельными субъектами хозяйствования ответственность за негативное воздействие на экосистемы, приведшее к их разрушению, - задача сложная В диссертации показано, что эффективно регулировать воздействие на ОС каждой организации отдельно, без учета общности выполняемой работы и их совместного воздействия на природу, - принципиально невозможно Поэтому для дальнейшего экологического анализа воздействия авиации на ОС обосновано применение теории физико-химических систем (ФХС) и теории геотехнических систем (ГТС)

Геотехническая система, по определению, - это открытая система, в которой антропогенный (транспортный, промышленный или иной) объект обменивается массой и энергией с окружающей его средой В ГТС процессы передачи массы, энергии и информации подчиняются тем же общим закономерностям, что и в искусственно созданных ФХС Природную подсистему в ГТС можно считать химическим реактором с распределенными параметрами, в котором протекают процессы, направленные на уменьшение материальной и энергетической техногенной нагрузки

В диссертации разработана классификация физико-химических и геотехнических систем в ГА, приведенная в табл 1 Показано, что узлы авиатранспортных предприятий относятся к физико-химическим системам 4-го уровня, в работе они рассмотрены наиболее подробно

Для эффективной природоохранной деятельности предприятий необходим комплексный показатель экологического контроля, по которому можно было бы количественно оценить уровень воздействия на биосферу

В работе впервые предложено и обосновано применение нового единого комплексного показателя экологического экспресс-контроля негативного химического воздействия на ОС Показатель предложено измерять в относительных единицах - единицах негативного воздействия (ЕНВ) За 1 ЕНВ принята величина ущерба ОС, равная ущербу, наносимому 1 тонной монооксида углерода, выброшенного в атмосферу

Для описания воздействия авиатранспортной работы на среду, окружающую УАТП, в работе предлагается использовать метод материальных балансов Исходными данными при использовании предлагаемого метода служат общепринятые статистические сведения о работе авиапредприятий и организаций

В работе предложено комплексный показатель экологического экспресс-контроля воздействия ГА на ОС (/ га ) в результате выполнения авиатранспортной работы рассчитывать как сумму негативного воздействия по видам воздействия, а именно

Таблица 1

Классификация физико-химических и геотехнических систем

Общие классификационные признаки Характерные примеры в ГА

1-й иерархический уровень

Технологическое устройство - аппарат или машина, предназначенные для реализации одного или нескольких параллельно протекающих физико-химических процессов (при одинаковых параметрах в рабочей зоне) по переработке природного материала (в том числе вторичных ресурсов) либо для производства, или преобразования (утилизации) энергии Двигатель на углеводородном топливе реактивный (для маршевого двигателя самолёта), газотурбинный (для вспомогательной силовой установки самолёта), внутреннего сгорания (для спецавтотранспорта)

2-й иерархический уровень

Технологическая линия - последовательность взаимосвязанных материальными (энергетическими) потоками ФХС 1 -го уровня, предназначенная для осуществления ряда последовательных физико-химических процессов с целью превращения сырьевых материалов и топлива в целевой продукт (услугу) Транспортное средство, обеспечивающее перевозку людей (удовлетворяющее потребности в перемещении самого человека и/или его груза) воздушное судно, автомобиль

3-й иерархический уровень

Авиатранспортное или иное предприятие и окружающая его среда - совокупность технологических линий, основных и вспомогательных процессов, обеспечивающих выпуск одного или нескольких целевых продуктов (либо оказание услуг), с использованием дополнительных ресурсов окружающих экосистем (атмосферы, водоемов, территории) Авиакомпания, аэропорт, автотранспортная организация

1 4-й иерархический уровень

Транспортный (промышленный) узел и окружающая его среда - геотехническая ФХС, состоящая из нескольких ФХС 3-го уровня, связанных технологией производства единой продукции (услуги или | предмета потребления, необходимых человеку) и объединенных взаимосвязанной инфраструктурой источники энергии, транспортная сеть, бытовые и социально-культурные предприятия, учреждения здравоохранения Узел АТП вокруг аэродрома-аэропорта с несколькими авиакомпаниями, топливо-заправочным комплексом, автозаправочными станциями, аэровокзалом, грузовым терминалом, стоянками личного и общественного автотранспорта, станцией железной дороги, предприятиями общественного питания, другими организациями

5-й иерархический уровень

Территориально-производственный транспортный комплекс - геотехническая ФХС, объединяющая на определенной территории несколько ФХС 4-го уровня с целью полного использования комплексного ресурсного потенциала региона по принципу ресурсных и производственно- (транспортно-) технологических циклов для удовлетворения потребностей людей Крупный населённый пункт, мегаполис, в котором потребности людей в перевозке обеспечиваются воздушными судами на большие и сверхбольшие [ расстояния, поездами - на средние, автомобилями - на малые расстояния

/га = 2 Ъ. П)

к

где ¥ - количество негативного воздействия, £ - индекс вида негативного воздействия

Для оценки химического воздействия в работе предложено использовать расчетные зависимости, включающие количество поступающего в ОС вещества, численную характеристику его негативности относительно выброса монооксида углерода и ряд коэффициентов из законодательно установленных норм и правил природоохранной деятельности отечественных организаций

Разработанный метод оценки, опирающийся на предложенный комплексный показатель, учитывает особенности негативного химического воздействия загрязнений на экосистемы в зависимости от индивидуальных свойств загрязняющих веществ (отходов), а также от особенностей экологической ситуации, состояния и значимости разных экономических районов, бассейнов рек и территорий РФ, характеристики плотности населения, фонового загрязнения и природоохранного статуса территории в местах, где происходит соответствующее загрязнение

Для теоретического обоснования принципов управления деятельностью У ЛТП по данным контроля состояния природных экологических систем в геотехнической системе соответствующего узла АТП в диссертации разработана математическая модель системы обеспечения экологической безопасности В ней сумма средних финансовых затрат на обеспечение экологической безо-

пасности контролируемой экосистемы имеет вид

^сум(0=н»Л1ф(0 + уЛпр(/) + «|Лза1Ц(/), (2)

где Ои Лпр( £ ) — интенсивность (количество за единицу времени) соответственно катастрофических и предупредительных восстановлений экосистемы в момент времени Г, /?защ( /) — интенсивность защитных процедур, уменьшающих воздействие на экосистемы, в момент времени г,

'Ю, V, и — средние затраты на одно критическое (аварийное), на одно предупредительное восстановление свойств экосистемы и на одну защитную процедуру соответственно В случае отсутствия защитных систем регулирования ( лзащ (г) = 0 ) интенсивность катастрофических "регулировок" может быть представлена в виде

' Лм/ > эну ' био/

где а, Р, у — весовые коэффициенты,

См ( / ) — расход 1-го вещества, поступающего в экосистему без очистки в момент времени Г,

(7 (I) — мощность потока энергииу-го вида, поступающей в экосистему без ее поглоще-

ЭН J

ния (ослабления) системами регулирования в момент времени t, Обио ^ (() — расход организмов /-го вида, интродуцированых в экосистему воздушными

судами с экипажем, грузами и пассажирами без их обезвреживания санитарно-эпидемиологическими устройствами регулирования в момент времени I,

. Кбио1 — хозяйственная (или биологическая) емкость экосистемы для

поступления в нее г-го вещества, энергииу-го вида или случайного интрод>цирова-ния не распространенных в ней особей /-го вида живого соответственно

В результате постановки и исследования вариационной задачи в работе показано, что только введение защитных сооружений позволяет минимизировать средние затраты по обеспечению экологической безопасности Ранее считалось, что строительство очистных сооружений всегда только удорожает систему, но, как следует из выполненного анализа, именно наличие очистных сооружений дает возможность минимизировать затраты в целом

В третьем разделе диссертации решаются задачи повышения экологической безопасности в гражданской авиации (ГА) путем специально организованного контроля и регулирования воздействия на экологические системы, а именно за счет оптимального упреждающего управления состоянием систем, обеспечивающего минимальные средние эксплуатационные затраты в процессе управления и высокое качество экологически безопасного функционирования этих систем. Полученные результаты позволили автору выявить особенности управления состоянием экологических систем, окружающих узел авиатранспортных предприятий с инфраструктурой

Предложенный алгоритм основывается на специально организованном моделировании и количественных измерениях зависимых и изменяющихся случайным образом экологических параметров В теории и практике природоохранной деятельности для этих параметров установлены допустимые (критические) пределы изменения

Критерии оптимизации при упреждении аварийных экологических ситуаций включают в себя, во-первых, потери (штрафы) вследствие выхода контролируемых экологических параметров за установленные критические границы, а во-вторых, затраты на измерение этих параметров и на упреждающие «регулировки» экосистемы В работе под "регулировкой" понимается восстановление утраченных природных свойств экосистемы, то есть восполнение ее хозяйственной (биологической) емкости После "регулировок" экосистема ведет себя как исходная и пригодна для дальнейшего использования в прежнем качестве

Предложенный в диссертации многомерный алгоритм оптимального упреждения аварийных экологических ситуаций принципиально не опирается на аналитические решения На основе этого алгоритма проведен численный эксперимент, основанный на использовании имеющихся результатов многолетних (более 15 лет) регулярных измерений нескольких экологических параметров (показателей) состояния экологической системы - искусственно созданного водоема (пруда-охладителя) системы оборотного водоохлаждения теплоэнергетического узла химического комбината В водоеме происходит охлаждение воды, используемой для отвода тепла от узлов опоры и корпусов турбин Экологическими параметрами являлись показатели прозрачности, кислотности, содержания железа, общей жесткости, биологического потребления кислорода

В работе сначала рассмотрен случай управления состоянием экологической системы при наличие информации об одном монотонно меняющемся обобщенном экологическом параметре, или, что то же самое, о комплексном параметре экспресс-контроля (рис 2)

S(tH)

| Зона упреждающего I • регулирования

' Вреду* 1

ТелЬ- ' < ИЫЙ yppnou.

Рис 2 Иллюстрация принятия оптимального управляющего решения по результатам контроля комплексного параметра состояния экологической системы

Функция удельных потерь при деградации экосистемы имеет вид

y{Q =

с

*п

С+А

если tn < tz,

если/,, >tz,

(4)

где tz- случайный момент выхода экологического параметра S (t п ) за уровень L, С- средние потери на профилактическое восстановление экологической системы, А — "штраф" за выход параметров системы выше уровня L В данном случае задача заключалась в отыскании такого правила "регулировок" R*, при котором обеспечивается minM[y{tn)]

R*

Правило R* имеет вид R* = min (t fz), где t „_] определяется из

следующего стохастического неравенства

1 -Р{ АХп < L-S(t„ ,)} <—-— (5)

х « n-V > А(п-\)

Кривая оптимального упреждающего допуска

£(?„_,) < ¿-/г-'О--^—) = <р(,„) (6)

А(п-1)

В диссертации также рассмотрен случай управления состоянием экосистемы при наблюдении за набором ее меняющихся экологических параметров и предложена модель оптимального векторного управления состоянием экосистемы, суть которого сводится к следующему

Пусть состояние некоторой экосистемы в момент времени I > 0 описывается значениями г определяющих экологических параметров, образующих случайный вектор

* (о =(*,«, ,хгт (7)

а случайная функция х,{г) описывает изменение с течением времени значения 1-го параметра, 1=1, , г, векторная случайная функция Х(() описывает изменение с течением времени состояния экологической системы в целом

В начальный момент времени ? = 0 система "отрегулирована" таким образом, что значения ^[(0), хг(0) равны заданным значениям и0.., и°г соответственно С течением времени имеется тенденция отклонения параметров от установленных значений, причем по каждому из определяющих экологических параметров может проявляться тенденция увеличения значения параметра с увеличением времени, прошедшего с момента "регулировки" Кроме того, для каждого параметра известен критический уровень, при достижении и превышении которого система "штрафуется" и подлежит срочному восстановлению ("регулировке")

Пусть икр, (нкр; > и0,) - критический уровень для 1-го параметра, I =1, , г Тогда, если в некоторый момент времени / = /0 > 0, хотя бы одно из значений х | (?о), , дсг('о) превышает соответствующий критический уровень или равно ему, так что выполняется соотношение

КО - 1 >

(8)

то экосистема подвергается срочному регулированию , в результате которого значения всех г определяющих экологических параметров возвращаются к исходным установленным значениям и0], , Каждое такое "регулирование" имеет стоимость, равную а > 0 Эта стоимость складывается из "штрафа" за превышение, хотя бы одним из экологических параметров критического уровня, и стоимости самого регулирования

Для предупреждения попадания системы в критическое состояние в диссертации предложено проводить предупредительные "регулировки" экосистемы, осуществляемые при выходе отдельных экологических параметров за соответствующие предупредительные уровни Пусть г-му параметру сопоставляется предупредительный уровень нпр( (и^ < ипр1 < мкР(), (=1, , г

Если в некоторый момент времени /0 > 0 хотя бы одно из значений Х|(70), . , хг((0) превышает соответствующий предупредительный уровень или равно ему так, что выполняется соотношение

шах-^>1, (9)

но не выполняется соотношение ( 8 ), то систему предложено подвергать предупредительному "регулированию", которое (так же как и срочное "регулирование") возвращает значения всех г определяющих экологических параметров к установленным значениям и°1; , и°г Предупредительное "регулирование" требует существенно меньших затрат Ь > 0, причем Ь < а

Каждое измерение имеет стоимость с > 0, поэтому получаем общие затраты на измерения и "регулировки" экосистемы при наблюдении к моменту времени I

СсУм ( ' ) = а %( О + * %( О + с иизм( /), (10)

где V«' %(') и "иэмЮ _ количество срочных, предупредительных "регулировок" экосистемы и произведенных измерений к моменту времени Г соответственно В этом случае задача состоит в отыскании такого набора значений /г, ипр,, , «прг, при котором минимизируются средние удельные издержки, а именно

С = Нт а "кр (0 + ^ "пр(0 + с"изм (0 _ М[С] СР /->со , Л/ [Г]'

где М [С] — математическое ожидание затрат в период "регенерации" (интервал времени между соседними возвращениями экосистемы в исходное состояние - "регенерациями" экосистемы), М[Т\ —математическое ожидание периода "регенерации" экосистемы Задача минимизации решается моделированием по набору реализаций составляющих вектора X (/) методом целенаправленного перебора с использованием свойства эргодичности исследуемого векторного процесса

Использование разработанного алгоритма проиллюстрировано схемой на рис 3 В этом случае возможно по минимуму математического ожидания функционала качества определить упреждающие допуски для контролируемых экологических параметров, моменты измерения (шаг наблюдения) и моменты начала измерения каждого параметра

Мониторинг объекта природы динамические данные по выбранным экологическим параметрам

►

Многомерный алгоритм поиска оптимальных упреждений, момента начала и шага наблюдений (продемонстрирован на примере реальных данных)

►

Реализация оптимальных решений по упреждению аварийных ситуаций на реальном объекте в автоматическом режиме

Рис 3 Последовательность выбора параметров наблюдения за состоянием экологических систем и оптимальных упреждающих управлений

Рис 4 Схема выбора оптимальных упреждающих управляющих действий по обеспечению высокой экологической безопасности деятельности узлов авиатранспортных предприятий ГТС - геотехническая система, УАТП - узел авиатранспортных предприятий

Адаптивная схема поиска и реализации оптимального решения представлена на рис 4

По мере сбора и накопления информации об экологических параметрах наблюдения и управления по статистически идентичным объектам (которыми в целом и являются ГТС узлов авиатранспортных предприятий, расположенных в одной климатической зоне) расчетным путем могут уточняться значения параметров управления (управляющих допусков, момента начала и шага наблюдений) Предложенная в работе реализация решения задачи в автоматическом режиме управления показана в виде блок-схемы на рис 5

Рис 5 Автоматизированное упреждающее управление состоянием природного объекта

В четвертом разделе диссертации приведены оригинальные результаты разработки и исследования принципиально новых локальных технических средств регулирования экологически значимых результатов производственных процессов выполнения авиатранспортной работы на базе контактных массооб-менных устройств для локальных очистных сооружений

Поскольку ограничение объемов перевозок может входить в компетенцию экологической службы авиатранспортных предприятий только в чрезвычайных экологических ситуациях, то очистка отходящих технологических потоков от загрязняющих веществ является единственным реально возможным путем регулирования экологически значимых результатов производственных процессов Из всех видов образующихся отходов наиболее трудно произвести очистку газов, которые нельзя собрать и перевезти в другой регион

В работе на основании проведенных исследований показано, какие конструкции контактных массообменных устройств следует использовать для очистки выбросов в аппаратах, встраиваемых в вентиляционные системы стационарных источников загрязнения атмосферы авиапредприятий для локального регулирования экологически значимых результатов производственных процессов

Основными требованиям к конструкции локальных средств регулирования являются

1 Работоспособность при больших скоростях газа - для компактности, встраиваемости в существующие системы вентиляции без увеличения производственных площадей, а также для меньшей материалоемкости

2 Малое гидравлическое сопротивление - для снижения затрат энергии

3 Допустимость низкой плотности орошения - для повышения концентрации уловленных загрязняющих веществ в жидкости и снижения затрат энергии на перекачку жидкости

4 Возможность достоверного масштабного перехода от лабораторных моделей к реальным размерам аппаратов без снижения эффективности улавливания загрязняющих веществ

В работе показано, что перечисленным требованиям в наибольшей степени отвечают контактные массообменные устройства с пленочной зоной контакта фаз, один из вариантов конструкции которого приведен на рис 6

Сравнение по обобщенному показателю техноэкономической эффективности контактных массообменных устройств, включающему такие показатели, как эффективность массообмена (очистки), гидравлические затраты на процесс, а также экономические затраты на изготовление и эксплуатацию, выполненное автором для ряда широко распространенных конструкций, показывает (рис 7), что пленочные устройства обладают наибольшей эффективностью и предпочтительным диапазоном равномерной работы (на рис 7 границы равномерной работы "тарелок" отмечены кружками)

Однако рабочие скорости газа в поперечном сечении названных конструкций, достигающие 2,5 м/сек, недостаточны для решения поставленной задачи создания "встраиваемых" локальных средств регулирования Значительного повышения допустимых скоростей газа в сечении аппарата (до 7 м/сек) и таким образом уменьшения габаритных размеров удалось достичь путем разработки предложенного автором диссертации нового способа организации потоков в массообменном аппарате

Рис 6 Схема одноэлементного пленочного контактного устройства тарельчатого типа, снабженного жалюзи, рекомендуемого в качестве рабочей зоны локальных средств регулирования экологически значимых результатов производственных процессов

В соответствии с новым способом при противоточном контактировании потоков газа (пара) и жидкости (зернистого материала) поток газа делят на равные части, каждая из которых поочередно взаимодействует с потоком жидкости, после чего части потока газа объединяют в общий поток Оригинальный способ послужил основой для создания автором диссертации серии новых контактных массообменных конструкций тарельчатого типа, и, прежде всего, пленочной "тарелки" с делением потока газа (ПТДП) Новый способ и реализующие его конструкции защищены авторскими свидетельствами

В диссертации по результатам проведенных автором экспериментальных исследований получены зависимости, необходимые для расчета основных рабочих характеристик ПТДП

Гидравлическое сопротивление АРС (Па) сухой ПТДП потоку газа в аппарате определяют по эмпирической формуле

АРС = 5,1 • 2 = 100 и>г°2 [ / (28) ] рг, (12)

где ^ = ц>г & - ^-фактор, кг0-5 / (м°5 с), ну - скорость газа в сечении аппарата, м/с, ускорение свободного падения, м/с 2, рг - плотность газа, кг!м1 Критические скорости потока газа, при которых происходит смена гидравлических режимов работы ПТДП, зависят о г нагрузки по жидкости и размера кольцевых устройств для распределения жидкости по сечению аппарата (переливных патрубков)

в, дел. ей. ьг

о,в

ол

о г г з

Рис 7 Зависимость показателя техноэкономической эффективности в от скорости воздуха (газа) в сечении аппарата для различных видов "тарелок" 1 - колпачковая, 2 - дырчатая,

3 - решетчатая, 4 — ситчатая, 5-е двумя зонами контакта фаз, б - обычная пленочная, 7 — пленочная, имеющая жалюзи

Экспериментально получены зависимости для определения этих скоростей газа через величину ^-фактора

^кр,=0,67/£5(/?дГ, (13)

^крг=0,66/£2(О°5' (14)

^0КРЗ=4,5(ГУДГ\ (15)

где Ищ — высота кольцевой щели центрального пленочного распределителя жидкости (переливного патрубка), мм, ¿уД п - удельная нагрузка по жидкости на единицу длины кольцевой щели распределителя, м3/м -ч

Важной характеристикой работы пленочных "тарелок" является ДРЖ -сопротивление, оказываемое пленкой и каплями жидкости газовому потоку В процессе экспериментов подтверждено, что сопротивление ПТДП зависит от тех же параметров, что и для обычных пленочных "тарелок", а именно от скорости газа, нагрузки по жидкости и высоты кольцевой щели Получено, что АРЖ пленочных "тарелок" с делением потока газа рассчитывается по зависимостям

/ 5 V _ Л в

V

/ ^ / # ¿(^ л

г* /7 >

и г* 1

/

- для пленочного режима

АРЖ =0,0125 (16)

- для переходного пленочного режима

држ=0,011/Г4/дад),8> (17)

- для переходного капельного режима

ДРж=0,02^!^5(^д)'25, (18)

- для капельного режима

држ=о,1 (19)

Зависимость для расчета нижней границы диапазона устойчивой работы по жидкости для ПТДП, включая влияние диаметра переливного патрубка, следующая

(Отт^^Н75)^'-3'3 (2°)

При расчетах по зависимостям ( 12 ) ( 20 ) ошибка не превышает ±10 % В диссертации приведены также экспериментально полученные автором зависимости для расчета массообменных характеристик работы ПТДП

Из полученных в работе данных следует, что ПТДП работоспособны при больших скоростях газа, чем пленочные (в 2 раза) и ситчатые (в 2,5 раза) "тарелки", и имеют меньшее гидравлическое сопротивление, чем ситчатые "тарелки", при меньшей материалоемкости Аппарат, в случае применения ПТДП, имеет рабочий объем в 4,4 раза меньше, чем при традиционных пленочных тарельчатых устройствах

Предложенная, исследованная в диссертации и запатентованная конструкция "тарелки" позволяет реализовать новый способ организации потоков в массообменном аппарате и получить характерные для него преимущества возможность работы при значительно повышенных скоростях потока газа (до скорости, соответствующей Го = 5,0 кг0* / м05с) и снижение границы диапазона устойчивой работы "тарелки" по жидкости (до ~ 1,2 м3/м2 ч)

"Тарелка" обладает малой материалоемкостью, проста и не имеет узлов, легко забиваемых частицами уловленной пыли или возможным осадком В диапазоне скоростей 3 5 м/с "тарелка" обладает существенно меньшим гидравлическим сопротивлением «теоретической тарелки» по сравнению со всеми известными контактными массообменными устройствами Результаты исследований ПТДП, выполненных в диссертации, позволили использовать контактные массообменные устройства тарельчатого типа с делением потоков при создании компактных аппаратов, встраиваемых в системы вентиляции для регулирования экологически значимых результатов производственных процессов

Исследования и анализ работы массообменных устройств тарельчатого типа с пленочной зоной контакта фаз и с делением потоков позволили разработать в диссертации методику их расчета

На новый способ и новую конструкцию пленочной тарелки с делением газового потока на две части, имеющую характерное для пленочных тарелок низкое гидравлическое сопротивление, получены авторские свидетельства и 9 патентов в Великобритании, Франции, Германии и Японии Новый способ организации потоков реализован в целом ряде других устройств тарельчатого типа, на конструкцию которых получено еще 7 авторских свидетельств

В пятом разделе приведены полученные в диссертации результаты разработки концепции экологической безопасности выполнения авиатранспортной работы в гражданской авиации (ГА) Предлагаемая в соответствии с полученными в работе результатами и сделанными выводами схема организации природоохранной деятельности в отрасли приведена на рис 8, а структура отраслевой системы экологической безопасности ГА - на рис 9

Важнейшими составляющими разработанной системы экологического управления авиапредприятий и организаций ГА являются

- проведение производственного экологического контроля,

- осуществление мониторинга состояния окружающей среды,

- обеспечение строительства и эксплуатации локальных систем регулирования воздействия на окружающую среду (ОС), в качестве которых выступают очистные сооружения,

- проведение предупредительного регулирования воздействия узлов авиатранспортных предприятий на окружающую среду по результатам контроля состояния экосистем (экомониторинга),

- переход на экологически более совершенные оборудование и технологии (новые воздушные суда и новые авиадвигатели)

Деятельность отраслевых экологических служб по обеспечению экологической безопасности, как показано в работе, основывается на результатах мониторинга природных и природно-антропогенных объектов, входящих в геотехнические системы узлов авиатранспортных предприятий

Предложенная система экомониторинга позволяет получить комплексную оценку не только всех особенностей воздействия различных химических веществ, но и воздействия физических факторов - авиационного шума, электромагнитных излучений, радиации, а также иных видов антропогенного воздействия узлов авиатранспортных предприятий на окружающие экосистемы

Одной из важнейших характеристик отечественной отраслевой сети управления системой экологической безопасности в ГА будет являться гетерогенность, т.е способность обеспечивать обмен информацией в сети компьютеров, имеющих различную коммуникационную и аппаратную конфигурацию, а также различное программное обеспечение Кроме того, на скорость передачи информации будет влиять выбор маршрута от отправителя к получателю, что, как известно, является «узким» местом в современных отечественных сетях из-за их малой скорости передачи информации и низкого качества Для достижения пункта назначения передаваемой информации может потребоваться преодолеть несколько транзитных участков между маршрутизаторами

Ф

Узел АТПс инфраструктурой

Эксплуатация ^

локальных средств регулирования воздействия на ОС

Переход на экологически более

совершенное оборудование и технологии

Деятельность по обеспечению экологической безопасности каждого авиапредприятия и -организаций инфраструктуры

Координация • Информация о

деятельности : состоянии ОС .......*..... '

N

Жизнеобеспечение людей, утилизация отходов

Деятельность по обеспечению экологической

безопасности узла АТП --^-^

- Распределение международных п межотраслевых квот, координация деятельности узловАТП

Иные отрасли образование, культура

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГА РФ

Распределение международных и отечественных кваШежцуотргкя»-ми »территориями, координа деятельнбсга отраслей РФ

Смежные отрасли экономики РФ Роспром (в т ч авиац пром-сть), топливно-энергетические отрасли

Рис 8 Схема организации системы обеспечения экологической безопасности ГА АТП - авиационно-транспортное предприятие, ВС - воздушное судно, ОС - окружающая среда, ТО и Р - техническое обслуживание и ремонт

Узел авиатранспортных предприятий (АТП) с инфрастуктурой

Отдел I

АТП

Центральный сервер

| Коммутатор

Л

еЗ

ю г 5

О-Ф С

Маршрутизатор п—^

>х 1 к

>демнь пул <—р- и

£ 1 1 £

Модем-эвм «

1: I:

л

(

4 4 4; 4;

Терминальные получатели информации

исполнительные элементы ..........

I

(

Центры ^ I информационных | ! технологий системы !

I

экомониторинга на территории

Государствен система азракосми-' ческога мониторинга эколбгияесмй ситуа^ ЦиЦ региона

Региональные отделения гвсударственного органа исполнительной власти,

ответственного за врздшный транспорт

Государственный орган исполнительной власти, ' .дтвеуственный за

Грсуявйютренныи «ргФЯ исполни тельной власти, ответственный за охрану офуЖа^Ц^й ср$ДЫ, его территориальные отделения

Центры информации > международных и национальных экологических организаций. ,

Рис 9 Структура отраслевой сети управления системой обеспечения экологической безопасности гражданской авиации

В диссертации предложено координацию деятельности экологических служб отдельных предприятий и организаций, а также распределение квот на допустимое воздействие на ОС геотехнической системы узла поручить его координационному экологическому центру, который будет выполнять расчеты по алгоритму векторного управления с упреждением неблагоприятных экологических ситуаций

Федеральный орган исполнительной власти, ответственный в сфере ГА, будет проводить ведомственный экологический контроль, распределять международные и межотраслевые квоты на допустимое загрязнение ОС, координировать деятельность основных узлов авиатранспортных предприятий, обеспечивать надзор и контроль за соответствием поставляемой авиатехники действующим экологическим требованиям и нормам, решать вопросы экологической сертификации Он же, от имени отрасли, взаимодействует с Минприродой РФ, органами государственного экологического контроля, смежными отраслями экономики страны, международными организациями, представляет в установленном порядке сведения государственной статистической отчетности гражданской авиации

В работе показано, что очистные сооружения, используемые в качестве локальных средств регулирования экологической безопасности, являются управляемыми техническими комплексами длительного применения Ряд заменяемых или полностью восстанавливаемых элементов таких сооружений (фильтры, фильтрующая загрузка, адсорбент, ионообменные смолы и т п) имеют возрастающую во времени функцию интенсивностей отказов X (t), X' (t) > О Задача определения оптимальных интервалов предупредительных замен быстроизнашивающихся элементов (узлов, агрегатов) локальных средств регулирования воздействия на окружающую среду (например, локальных очистных сооружений) в диссертации решена методами вариационного исчисления по критерию максимальной готовности к работе Этапы решения задачи следующие

Этап 1 Введение функционала готовности Р = { F(t),G(t) } ( 21 )

Этап 2 Нахождение класса функций распределения G (i), в котором необходимо искать экстремум введенного функционала готовности Обозначим его через G 0

Этап 3 Доказательство того, что класс G 0 является вырожденным классом функций распределения G (t) с единичным скачком

Этап 4 Определение класса функции F(t), в котором будет производиться поиск оптимального интервала предупредительной замены элемента Обозначим этот класс через F 0

Этап 5 Доказательство того, что класс F 0 является классом «стареющих»

распределений с У (t) > 0, где X (t) = ^^

1 -F(t)

Этап 6 Нахождение max max P{F(0,G(r)} (22)

путем гладкой оптимизации преобразованного функционала этапа 1 по Т 3 опт в классе С "(рис 10)

Рис 10 Вырожденный вид функции б (/) со скачком в точке Тъ опт Этап 7 Нахождение экстремума преобразованного функционала этапа 1,

получение следующего интегрального уравнения-Т 1

Ь. = 1 ---1--

т,

1 -Р(Т3) + Х(Т]) |[1 -/*(<»)]¿со

(23)

где

Т\ и Т2 - среднее время предупредительной замены и срочной замены элемента соответственно;

7з - оптимизируемое время предупредительной замены быстроизнашивающегося элемента

Решая уравнение ( 23 ), получаем оптимальный интервал предупредительной замены элемента Т3 опт, обеспечивающий максимальное значение коэффициента готовности В работе показано, что необходимыми и достаточными условиями, обеспечивающими единственное решение уравнения ( 23 ), являются Г) > 0 и Т% > Т] Эти условия в задачах замены быстроизнашивающихся элементов локальных технических средств регулирования воздействия на экосистемы практически всегда выполняются

В диссертации далее показано, что разработанные контактные массообмен-ные устройства с делением потоков позволяют создавать средства регулирования производственных процессов и их экологически значимых результатов методом встраивания этих средств в вентиляционные системы в виде локальных очистных сооружений. Рассмотрены два характерных примера использования новых локальных средств регулирования на авиапредприятиях применительно к авиаремонтным процессам ЗАО "Московский авиаремонтный завод РОСТО" Так, для регулирования воздействия на ОС экологически значимых результатов производственных процессов нанесения гальванических покрытий газовоздушную смесь (из бортовых отсосов гальванических ванн) перед выбросом в атмосферу следует очищать методом абсорбции в аппаратах новой конструкции

Наибольшее количество загрязняющих веществ от участка окраски и эмали-тового отделения представляют собой пары органических растворителей 3-го и 4-го классов опасности Рекуперация органических растворителей помимо экологического имеет еще и определенное экономическое значение Для регулирования воздействия на атмосферу паров органических растворителей методом адсорбции в работе обосновано использование в локальных средствах регулирования в качестве сорбентов активированных углей марок "АР-3" или "СКТ-3"

В работе показано, что для ежегодного снижения выбросов в атмосферу и исключения последующего попадания в почву и водоемы (экологических систем района расположения завода) на 18 кг загрязняющих веществ 1-го класса опасности, на 120 кг - 2-го класса опасности и на 4000 кг - 3 и 4-го классов опасности необходимо вентиляционную систему гальванического участка и четыре системы участка окраски изделий и эмалитового отделения завода оснастить системами регулирования выбросов, каждая с тремя-четырьмя контактными устройствами, реализующими запатентованный способ деления газового потока.

Общие выводы по работе

1 Решена крупная научная проблема разработки и обоснования организационной структуры системы экологической безопасности узлов авиатранспортных предприятий и принципов её реализации на основе современных достижений науки и техники

2 Выявлено, что в гражданской авиации на современном этапе ее развития следует повышать экологическую безопасность выполнения авиатранспортной работы, прежде всего за счет

- воздействия на функционирование производственных систем узла авиатранспортных предприятий с инфраструктурой окружающих его организаций,

- контроля состояния окружающей среды узлов авиатранспортных предприятий, с обязательным использованием методов биоиндикации и биотестирования,

- регулирования негативного воздействия узла авиатранспортных предприятий на окружающую среду через систему экологического управления на основе данных контроля состояния экосистем.

3. Предложен единый алгоритм векторного управления для математического обеспечения экологического регулирования воздействия на окружающую среду узлов авиатранспортных предприятий с инфраструктурой, связанной с ними ресурсным циклом выполнения авиатранспортной работы, что имеет важное значение для выполнения международных экологических требований

4. Разработана методика предупредительного регулирования воздействия узлов авиатранспортных предприятий гражданской авиации на окружающую среду по результатам контроля состояния экосистем, позволяющая удешевить выполнение авиатранспортной работы, повысить их экологическую безопасность, а также выбирать-

- упреждающие допуски для каждого из контролируемых экологических параметров,

- единый шаг измеряемых наблюдений за изменением контролируемых экологических параметров,

- моменты начала измерения каждого из контролируемых экологических параметров

5 Научно обоснован выбор показателя экспресс-контроля негативного воздействия на окружающую среду экологически значимых результатов производственных процессов, учитывающего относительную негативность воздействия разнообразных веществ, и разработана методика его количественной оценки, использующая метод материальных балансов в полном ресурсном цикле процесса выполнения авиатранспортной работы, которая позволяет, в частности, осуществлять количественную экспресс-оценку природоохранных мероприятий при установлении очередности их финансирования и реализации.

6 Установлено, что только при применении локальных средств регулирования в виде систем очистки отходящих технологических потоков возможно снижать суммарные затраты на обеспечение экологической безопасности гражданской авиации

7 Созданы, экспериментально исследованы и запатентованы (9 патентов в 4 странах) новые компактные средства регулирования экологически значимых результатов производственных процессов выполнения авиатранспортной работы на эксплуатационных предприятиях гражданской авиации

8 Предложена методика выбора оптимального календарного интервала предупредительных замен элементов, наиболее изнашиваемых в процессе длительной эксплуатации локальных средств регулирования (фильтров, фильтрующей загрузки, адсорбента, ионообменных смол и т п )

9 Доказано, что приоритетными (на современном этапе развития) направлениями повышения экологической безопасности гражданской авиации являются

- создание систем контроля состояния экосистем (экомониторинга), окружающих узлы авиатранспортных предприятий,

- оснащение стационарных источников загрязнения встраиваемыми локальными устройствами регулирования (очистки) отходящих потоков

10 Полученные результаты можно использовать в природоохранной деятельности других видов транспорта, авиации МЧС и экспериментальной авиации, а также военно-воздушных сил в мирное время

Публикации по теме диссертационной работы

Результаты исследований, представленные в диссертационной работе, опубликованы в следующих основных печатных работах автора

Статьи в ведущих научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования России для публикации основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук

1 Николайкин Н И Экологическая оценка полного жизненного цикла деятельности эксплуатационных авиапредприятий гражданской авиации // Научный вестник МГТУ ГА -№108 2006

2 Николайкин Н И, Смирнова Ю В Загрязнение атмосферы в результате деятельности современного воздушного транспорта // Научный вестник МГТУ ГА - № 108 2006

3 Николайкин Н И Анализ модели воздействия результатов производственных процессов гражданской авиации на окружающую среду // Научный вестник МГТУ ГА - № 100 2006

4 Николайкин Н И, Смирнова Ю В , Матягина AMO методе оценки экологической эффективности авиатехники с учетом относительной негативности ингредиентов загрязнения // Научный вестник МГТУ ГА -№100 2006

5 Николайкин Н И, Барзилович Е Ю, Николайкина Н Е Оптимальное управление воздействием промышленно-транспортных узлов на окружающую среду // Химическое и нефтегазовое машиностроение -2006, №6

6 Николайкин Н И, Матягина А М, Смирнова Ю В Анализ и оценка интенсивности химического загрязнения окружающей среды в Российской Федерации предприятиями гражданской авиации // Экология промышленного производства - 2004 - № 1

7 Николайкин Н И, Матягина А М, Зубков Б В Оценка экологической эффективности деятельности гражданской авиации на основе концепции жизненного цикла // Экология промышленного производства. - 2003 -№1

8 Матягина А М , Николайкин Н И , Зубков Б В Экологическая безопасность хозяйственной деятельности гражданской авиации как важная составляющая безопасности России // Вестник Российской академии естественных наук - 2003 Т 3 - № 2

9 Николайкин Н И, Матягина А М Жизненный цикл авиатранспортной услуги // Научный вестник МГТУ ГА - № 66 2003

10 Николайкин Н И, Матягина А М Проблемы организации системы управления экологической безопасностью ГА // Научный вестник МГТУ ГА -№ 40 2001

11 Тарасова Н П, Ягодин Г А, Николайкин Н И, Николайкина Н Е Образование как фактор устойчивого развития // Экология и промышленность России -2000 -№10

12 Николайкин Н И Проблемы охраны окружающей среды в гражданской авиации // Экология промышленного производства. - 1999 -№3

13 Николайкин НИ Методология оценки экологических затрат на удовлетворение потребностей общества//Научный вестник МГТУ ГА -№ 7 1998

14 Николайкин Н й Аппарат для очистки отходящих технологических газов // Химическое и нефтяное машиностроение -1988 -№10

15 Николайкин НИ Гидродинамика плёночной тарелки с делением газового потока // Теоретические основы химической технологии -1988 Г XXII -№ 1

16 Николайкин Н И , Чехов О С , Жаворонков Н М, Кутепов А М Плёночная тарелка с делением газового потока//Теоретические основы химической технологии -1982 Т XVI -№6

17 Чехов ОС, Кутепов AM, Николайкин НИ Исследование высокоэффективного многощелевого пленочного распределителя-конденсатора // Теоретические основы химической технологии - 1978 Т XII - № 4

18 Чехов О С , Сулейменов М К , Николайкин Н И Интенсификация процесса массо-обмена на пленочной тарелке и оценка ее эффективности // Теоретические основы химической технологии -1978 Т XII -№6

19 Чехов О С , Николайкин Н И, Кутепов AMO перспективности использования конденсаторов смешения с многощелевым пленочным распределителем // Известия высших учебных заведений Химия и химическая технология -1977 Т XX -Вып 7

Книги и монографии

20 Барзилович Е Ю , Лончаков Ю В , Николайкин Н И Оптимальное управление состоянием систем на основе решений, упреждающих неблагоприятные ситуации Монография-М МГУ, 2006

21 Николайкина Н Е, Николайкин НИ, Матягина А М Промышленная экология Инженерная защита биосферы от воздействия воздушного транспорта. - М Академкнига, 2006

22 Николайкин Н И , Николайкина Н Е , Мелехова О П Экология 2-е 5-е изд - М Дрофа, 2003 2006

23 Николайкина Н Е, Николайкин Н И, Чехов О С Основы экологии - М МГАХМ, 1994

24 Николайкин Н И , Николайкина Н Е Основы экологии - М МИИ ГА, 1990

Статьи и работы в иных журналах и изданиях

25 Николайюш НИ Факторы среды, экология популяций и сообществ, экологические системы//Экология-М МГУИЭ,2000

26 Николайкин Н И, Матягина А М, Карпин Б Н Комплексная экологическая оценка деятельности авиапредприятий//Безопасность в техносфере -2006 -№ 1

27 Николайкин Н И, Смирнова Ю В, Карпин Б Н Промышленная экология Расчет выбросов загрязняющих веществ двигателями гражданских воздушных судов - М МГТУ ГА, 2006

28 Смирнова Ю В , Матягина А М, Николайкин Н И Загрязнение окружающей среды гражданской авиацией в мегаполисах // Пора перемен Материалы IV сессии постоянно действующей Международной конференции «Эволюция инфосферы», проведенной РФФИ, ЮНЕСКО, РАН в 2004 - М МГВП КОКС, проект РФФИ № 02-06-87086 - 2005 Том 2

29 Николайкин Н И Развитие воздушного транспорта в современной России и проблемы обеспечения его экологической безопасности // Труды Межд форума по проблемам науки, техники и образования 6 10 декабря 2004 -М Академия наук о Земле-2004 Том 2

30 Николайкин Н И, Матягина А М, Смирнова Ю В Загрязнете биосферы предприятиями отечественной гражданской авиации // Труды Межд. Форума по проблемам науки, техники и образования 6 10 декабря 2004 -М Академия наук о Земле - 2004 ТомЗ

31 Николайкин НИ Обеспечение экологической безопасности аэропортов, расположенных вблизи и в черте городов и мегаполисов // Связь времен Материалы III сессии постоянно действующей Международной конференции «Эволюция инфосферы», проведенной РФФИ, ЮНЕСКО, РАН в 2001 -М МГВП КОКС, проект РФФИ №00-06-87108 - 2002 Том2

32 Воробьев О Г , Николайкин Н И , Шешевилов Д В Экологическая оценка промышленной продукции // Мониторинг, безопасность жизнедеятельности - 1997 -№ 2

33 Николайкин Н И, Фоминых М Б Экологическая оценка технологических процессов нанесения гальванических покрытий деталей авиационной техники в условиях авиаремонтных предприятий ГА - М МИИ ГА, 1993

34 Николайкин Н И, Кубринская М Э Охрана окружающей среды - М МИИ ГА, 1991

35 Рыбкин В Ф , Николайкин Н И Диффузионная металлизация как способ повышения экологической и технической эффективности производства II Проблемы совершенствования ремонта авиационной техники - М МИИ ГА, 1990

36 Михайлов Ю А, Николайкин Н И, Ткачева В Н Адаптивное управление от микропроцессора электрофизическими параметрами слоев кремния Н Электронная промышленность -1984 Выл 8

37 Николайкин Н И, Хусаинов К Б, Чехов О С Колонная аппаратура, отвечающая требованиям промышленной экологии // Рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды - Л ЛПИ им МИ Калинина, 1977

38 Chekhov О S , Kutepov А М, Nikolaykm NI, Ribmsky A G On the Perspecüvity of Using of Film Plates m the Modern Masstransfer Apparatus // In the Proceedings of the 3"1 Conference in Applied Chemistry Unit Operations and Processes -Veszprem, Hungary 1977

39 Чехов О С , Рыбинский А Г, Николайкин Н И Современная тарельчатая массообмен-ная аппаратура//Химическая промышленность за рубежом -1976 -№б

Патенты, авторские свидетельства на изобретения и свидетельства на промышленные образцы

40 Авторское свидетельство СССР № 486522 Способ организации потоков в массообменном аппарате /ОС Чехов, H МЖаворонков, H И Николайкин (СССР) 1975

41 Патент ГДР № 137142 Verfahren zur Bildung von Strömen in Warme- und Stoffaustauschapparaten / О S Chekhov, N M Zhavoronkov, NI Nikolaykm (UdSSR) 1979

42 Патент Франции № 2427117 Procede de formation de courant dans les appareils d'échangé de masse et de chaleur / О S Chekhov, N M Zhavoronkov, NI Nikolaykm (USSR) 1980

43 Патент Великобритании № 1591935 Method of forming flows in heat- and massexchange apparatus /OS Chekhov, N M Zhavoronkov, NI Nikolaykm (USSR) 1981

44 Патент ФРГ № 2821220 Verfahren zur Erzeugung von Strömen m Vornchtungen Zum Stoff -und Wärmeaustausch / О S Chekhov, N M Zhavoronkov, NI Nikolaykm (UdSSR) 1981

45 Авторское свидетельство СССР № 762906 Контактное устройство для тепло-массообменных аппаратов /ОС Чехов, H M Жаворонков, H И Николайкин, A M Кутепов, Э Ф Шургальский (СССР) 1980

46 Патент ГДР № 137187 Kontarteirchtung fur Warme -und Stofiaustauschkolonnen / О S Cecov, N M.Zhavoronkov, N I.Nikolaykm, A.M Kutepov, E F Shurgalsky (UdSSR) 1979

47 Патент Франции № 2437856 Dispositif de contact pour appareils echangeurs de chaleur et de masse / О S Cekhov, NM Zhavoronkov, NINikolaykin, A M Kutepov, E F Shurgalsky (USSR) 1980

48 Патент Великобритании № 2024036 Contact Device for heat-and mass-transfer apparatus / О S Cekhov, N M.Zhavoronkov, NI Nikolaykm, A.M Kutepov, E F Shurgalsky (USSR) 1982

49 Патент ФРГ № 2828389 Kontarteirchtung fur Warme -und Stoí&ustauschkolonnen / О S Cecov, NMZhavoronkov, NI Nikolaykm, A.M Kutepov, E J Shurgalsky (UdSSR) 1982

50 Патент Японии X» 1191240 Contact Device for heat-and mass-transfer apparatus / О S Cekhov, N M-Zhavoronkov, N J Nikolaykm, A M Kutepov, E F Shurgalsky (USSR) 1984

51 Авторское свидетельство СССР № 590877. Тепло-массообменный аппарат / А Г Рыбинский, О С Чехов, H И Николайкин, H H Буканова (СССР) 1977

52 Авторское свидетельство СССР № 599390 Колонна для тепло-массообменных процессов ! О С Чехов, H И Николайкин, АГ.Рыбинский и др (СССР) 1977

53 Авторское свидетельство СССР № 601014 Контактное устройство массообменной колонны /ОС Чехов, H И Николайкин, А Г Рыбинский, H H Буканова (СССР) 1977

54 Авторское свидетельство СССР № 627614 Аппарат для тепло-массообменных процессов /ОС Чехов, H И Николайкин, H Е Николайкина (СССР) 1978

55 Авторское свидетельство СССР № 637990 Контактное устройство для тепло-массо-обменных колонн /ОС Чехов, H И Николайкин, А Г Рыбинский и др (СССР) 1978

56 Свидетельство СССР на промышленный образец № 9849 Высокопроизводительная автоматизированная установка осаждения кремниевых слоев из газовой фазы / ЭБСигалов, НИНиколайкин, ААОвечкинидр (СССР) 1979

57 Свидетельство СССР на промышленный образец № 10259 Станция управления осаждением слоев из газовой фазы / Э Б Сигалов, Н.И Николайкин, В И Иванов и др (СССР) 1980

58 Авторское свидетельство СССР №740267 Аппарат для сжигания и очистки газов / H И Николайкин, Э Б Сигалов, О С Чехов и др (СССР) 1980

59 Авторское свидетельство СССР № 1053346 Аппарат для сжигания и очистки газов / H И Николайкин, Э Б Сигалов, H С Волков и др (СССР) 1983

Николайкин H И

Подписано в печать 09 01 07 г Печать офсетная Формат 60x84/16 2,09уч-издл 2,25 уел печ л_Заказ № 310/_Тираж ЮОэкз

Московский государственный технический университет ГА 125993 Москва, Кронштадтский бульвар, д 20 Редакционно-издатепьский отдел 125493 Москва, ул Пулковская, д 6а

О Московский государственный технический университет ГА, 2007