автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Повышение эффективности аварийной вентиляции производственного помещения для обеспечения взрывобезопасности при выбросах химических веществ

На правах рукописи

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВАРИЙНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПОМЕЩЕНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫБРОСАХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Специальность 05.23.03 — Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Воронеж — 2006

Работа выполнена на кафедре «Отопление и вентиляция» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Воронежского государственного архитектурно — строительного университета (ГОУ ВПО ВГАСУ).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Скрыпник Алексей Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ряжских Виктор Иванович

кандидат технических наук,

технический директор

ОАО «Семилукский огнеупорный

Ведущая организация:

Анжеуров Николай Михайлович

Ростовский государственный строительный университет

Защита диссертации состоится 7 декабря 2006 г. в 13°° часов на заседании совета Д 212.033.02 при ГОУ ВПО Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, ауд. 3220, тел/факс (4732) 71-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (ГОУ ВПО ВГАСУ).

Автореферат разослан «_£>_» ноября 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Колодяжный С. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Анализ случаев аварийных ситуаций с выбросом в атмосферу вредных веществ, произошедших на предприятиях Российской Федерации, свидетельствует о необходимости разработки технических и санитарно-гигиенических мер, выводящих качество воздуха рабочей зоны помещения и на границе санитарно-защитной зоны'на уровень нормативных показателей.

Аварийный выброс вредного вещества является внезапным и кратковременным. Существующие схемные решения устройства аварийной вентиляции заключаются в удалении воздуха из зон максимальных концентраций вредных веществ, где могут образовываться взрывоопасные смеси. Не исследованы схемы аварийной вентиляции с естественным и частичным механическим притоком воздуха. Их применение в значительной мере позволило бы сократить затраты на энергию и приобретение вентиляционного оборудования.

Возникновение аварийного выброса на химическом предприятии носит вероятностный характер. В настоящее время вопрос его прогнозирования недостаточно изучен. Методика количественной оценки аварийного выброса вредных веществ требует совершенствования.

В связи с выше изложенным тема диссертационной работы является актуальной.

Диссертация выполнена в развитие научно-исследовательской работы «Комплексная методика прогноза экологического риска и предотвращения потенциальной угрозы на химически опасных объектах» по заданию экологической инспекции Воронежской области, № гос. регистрации 29П от 18.05.2005. Результаты научно-исследовательской работы ориентированы на их использование при разработке декларации о промышленной безопасности предприятий химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Цель работы: разработать методы повышения эффективности аварийной вентиляции производственного помещения для обеспечения взрывобезопасно-сти при выбросах вредных химических веществ путем создания дополнительных систем притока и равномерного удаления воздуха из всего объема помещения.

Задачи исследования:

— определить аналитическую зависимость величины кратности воздухообмена от концентрации вредных химических веществ и нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям при аварийном выбросе в производственном помещении;

- определить условия повышения эффективности аварийной вентиляции, исключающие образование застойных зон и обеспечивающие нормируемые концентрационные пределы распространения пламени по газовоздушным смесям в помещении;

- уточнить математическую модель изменения концентрации химических веществ в зависимости от их удельного выделения, времени вентилирования помещения при условии обеспечения 10% нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям и соблюдения равенства концентрации вредного вещества в рабочей зоне и в уходящем воздухе;

— установить на основании натурных экспериментальных исследований эмпирические зависимости определения параметров работы дополнительных устройств аварийной вентиляции, при которой обеспечивается равномерный приток воздуха, допустимая концентрация не выше нормируемого значения предела распространения пламени по газовоздушным смесям;

- установить и обосновать эмпирические зависимости определения площадей и пространственных координат расположения приточных и вытяжных отверстий аварийной системы вентиляции с естественным или частично механическим притоком, обеспечивающей равномерное удаление воздуха из всего объема производственного помещения в зависимости от расположения технологического оборудования;

- провести количественную оценку удаляемых вредных веществ из производственного помещения при работе аварийной вентиляции в зависимости от отношения молярных весов вредного вещества и воздуха для определения требуемых аэродинамических характеристик вентиляционного оборудования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложены и обоснованы условия повышения эффективности аварийной вентиляции за счет создания дополнительных объемно-ориентированных приточно-вытяжных систем для равномерного удаления воздуха из всего объема производственного помещения для исключения образования застойных зон и обеспечения взрывобезопасности при выбросах вредных химических веществ;

- уточнена математическая модель изменения концентрации вредных химических веществ в зависимости от их удельного выделения, времени вентилирования помещения при условии обеспечения 10% нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям и соблюдения равенства концентрации вредного вещества в рабочей зоне и в уходящем воздухе; адекватность полученной математической модели подтверждена на основании численного экспериментального исследования с учетом полученных данных величин кратности воздухообмена и времени работы аварийной вентиляции, при которой обеспечивается взрывобезопасность производственных помещений;

- предложены новые конструктивные элементы аварийной системы вентиляции в виде створок с переменной аэродинамической характеристикой для организации естественного притока воздуха; установлены эмпирические зависимости определения величины разрежения в помещении для раскрытия створки заданной массы в приточном отверстии на угол, при котором обеспечивается поступление наружного воздуха со скоростью не менее 0,2 м/с и исключается образование застойных зон; предложены граничные условия применения схем аварийной вентиляции с естественным или частично механическим притоком воздуха, учитывающие влияние ветрового давления и не допускающие температуру воздуха в помещении ниже +5°С;

- предложены и экспериментально обоснованы расчетные зависимости определения площадей вытяжных отверстий при соблюдении соотношения площадей воздухоприемников и воздуховодов аварийной вентиляции не более 0,5, площадей приточных отверстий, их пространственных координат расположения в зависимости от количества и местонахождения технологического оборудования в производственном помещении;

- определены требуемые аэродинамические характеристики вентиляционного оборудования в зависимости от количества удаляемых вредных веществ, риска образования их концентрации выше 10% нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям, дифференциации способов очистки с учетом отношения молярных весов вредного вещества и воздуха.

На защиту выносятся:

- аналитическая зависимость величины кратности воздухообмена от концентрации вредных химических веществ и нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям при аварийном выбросе;

- условия повышения эффективности аварийной вентиляции, исключающие образование застойных зон и обеспечивающие взрывобезопасность в помещении;

- уточненная математическая модель изменения концентрации химических веществ при условии обеспечения 10% нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям и соблюдения равенства концентрации вредного вещества в рабочей зоне и в уходящем воздухе;

- эмпирические зависимости определения параметров работы дополнительных устройств аварийной вентиляции, при которой обеспечивается равномерный приток воздуха;

- эмпирические зависимости определения площадей и пространственных координат расположения приточных и вытяжных отверстий аварийной системы вентиляции в зависимости от расположения технологического оборудования;

- определение аэродинамических характеристик вентиляционного оборудования на основе количественной оценки удаляемых вредных при работе аварийной вентиляции в зависимости от отношения молярных весов вредного вещества и воздуха.

Обоснованность и достоверность научных результатов. содержащихся в работе, подтверждается использованием основных фундаментальных законов аэрогазодинамики, математического аппарата теории обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных, численных методов, математического аппарата теории вероятности, положений системного подхода к исследованию процессов возникновения аварийных ситуаций и защиты от них.

Практическое значение работы. Апробированы и внедрены новые методики и соответствующее программное обеспечение по предотвращению образования в помещении зон с концентрацией вредных веществ выше 10% нижнего предела распространения пламени по газовоздушной смеси, метод дифференциации способов очистки аварийных выбросов с учетом отношения молярных весов вредного вещества и воздуха.

Реализация результатов работы. Разработана методика расчета: «Определение режимов работы аварийной вентиляции при исключении образования пожаровзрывоопасных смесей», внедренная в производство ДОАО «Газпроек-тинжиниринг», г. Воронеж. Акт внедрения приложен в диссертации.

Кроме того, результаты диссертации используются в процессе обучения студентов по дисциплинам: «Вентиляция», «Урбоэкология», «Охрана воздушного бассейна», «Технические средства и методы защиты окружающей среды» и при дипломном проектировании на факультете инженерных систем и сооружений ГОУ ВПО Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Акт внедрения приложен в диссертации.

Личное участие автора состоит в разработке математических моделей, математических зависимостей, алгоритмов, проведении численных и экспериментальных исследований, внедрении методики количественной оценки аварийных выбросов вредных веществ, методов повышения эффективности аварийной вентиляции производственного помещения при массовых выбросах химических веществ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на международной научной конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» - Пенза, 2003; на международных научно-практических конференциях «Высокие технологии в экологии» — Воронеж, Воронежское отделение Российской экологической академии, 2004 г.; «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» — Белгород, 2004;

на международной научно-технической конференции «Теоретические основы теп-логазоснабжения и вентиляции» — Москва, Московский государственный строительный университет (МГСУ) и Российское научно-техническое общество строителей, 2005; на 58, 59, 60 научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов ГОУ ВПО Воронежского государственного архитектурно-строительного университета с участием представителей исследовательских, проектно-конструкторских, строительных и общественных организаций по кафедре отопления и вентиляции — Воронеж, 2003, 2004, 2005.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 3 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ. Общий объём публикаций 46 страниц, из них лично автором 36 страниц.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы из 140 наименований. Общий объём работы — 166 страниц: 131 страница машинописного текста, 67 рисунков, 25 таблиц, 35 страниц приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введение обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, поставлены задачи исследования; указаны научная новизна, положения, выносимые на защиту, практическая значимость, апробация и число публикаций; дана краткая аннотация работы.

В первой главе содержится обоснование необходимости исследования вопросов по повышения эффективности аварийной вентиляции производственного помещения для обеспечения взрывобезопасности при аварийных выбросах вредных химических веществ. Состояние вопроса вентиляции химических производств рассматривается с учётом работ Эльтермана В.М., Батурина В.В., Бромлея М.Ф. и др. Показана необходимость установления режима равномерного удаления воздуха из всего объема помещения. Следует сопоставить варианты схемных решений устройства аварийной вентиляции и определить параметры ее работы, исключающие образование взрывоопасных смесей в объеме вентилируемого помещения.

Во второй главе представлен новый подход к организации воздухообмена аварийной вентиляцией с удалением воздуха равномерно из всего объема производственного помещения при исключении образования взрывоопасных смесей и естественным или частично механическим притоком.

Разработана математическую зависимость кратности воздухообмена при работе аварийной вентиляции от концентрации вредных веществ при допустимой их концентрации не более нормируемого нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям в объеме помещения, представленная в формуле:

-. О)

у- 2>,со|9<?>й

у-1 0

где М(0 — масса выбросов вредных веществ при выходе из строя технологического оборудования, кг/ч; V— объём помещения, м3; п(1) — количество аппаратов (узлов), отказавших за отрезок времени от ¡-01/2) до ¡+(/¡1/2)', Л — рассматриваемый отрезок времени, ч; / — номер причины отказа; / — номер аппарата (узла), отказавшего за промежуток времени от 0 до <7(0 - удельная концентрация вредного вещества, кг/(м' ч), <?(/) 210%Я/<ГЯ; НКП — нижний концентрационный предел распространения пламени по газовоздушным смесям.

Установлена адекватность математической зависимости, представленной в формуле (1), на основании обработки статистических данных ранее выполненных исследований потери герметичности технологического оборудования по формуле:

3,7-Ю -*-P-V„-y,

{г

М,

(2)

/С'. + 273>г,

где Р — технологическое давление в системе, Па; Vni - объём парогазовой фазы в аппарате, м3; у, - мольная доля i-ro вещества в парогазовой фазе; ц, — молекулярная масса i-го вещества, кг/клюль; t„ — технологическая температура в системе, принимаемая равной температуре продукта, "С; z, - коэффициент сжимаемости i-го вещества в парогазовой фазе.

Для определения режима работа аварийной вентиляции, при котором исключается образование взрывоопасных смесей, исследовано изменение концентрации вредных веществ в трех временных периодах (рисунок 1):

где 1-е момента начала аварии до включения отключающих устройств технологического оборудован!« продолжительностью //, с; II — с момента включения отключающих устройств технологического оборудования до включения аварийной вентиляции продолжительностью 1ц, с; III - снижение концентрации вредного вещества до

«г

- ----

I I I 1 I 1 I I I im. I I I

ш

II

то

IM» IKM1 iti

1400 iw>

-тГ-V

-Л

Рисунок I — Изменение концентрации вредных веществ во время аварии и действии аварийной вентиляции: представлено в виде кривых 1, 2, 3, при этом 1,2-в пределах цр,и 10%НКЛ, 3-выше 10%НКП, 4 —не превышено 10%НКП (исследуемая область). предельно-допустимого значения продолжительностью 1т, с; ВКП - верхний концентрационный предел распространения пламени по газовоздушным смесям, цр, — концентрация вредного вещества, равная предельно-допустимому значению в рабочей зоне, мг/м3; КРи — кратность воздухообмена при нормальной работе вентиляции, 1/ч\ Сн,Са-— удельные выделения вредного вещества при нормальном технологическом режиме и при аварии, соответственно, мг/(м3ч); 10 — время начала аварии, с; — время включения отключающих устройств технологического оборудования, с; /г — время включение аварийной вентиляции, с; /з — момент времени, когда концентрация вредного вещества снижена до с.

Исследовано изменение концентрации вредных веществ qt, qn, qm в I, II и III периоде и определено время, tm, в течение которого их концентрации после включения аварийной вентиляции будут снижены до qрз, с, представлено в формуле:

10 •/• НКП г Ч ,

10 % НКП 2

10 % НКП г о .

fr)-

]

(3)

,где

а.

к,

£j

к,

В результате численного экспериментального исследования по математической зависимости (1) на основе ранее выполненных исследований подтверждена адекватность математической модели (3).

Поле концентраций во всем объеме помещения при работе аварийной вентиляции с заданным воздухообменом характеризуется избыточной концентрацией, Л?,., , определяемой по формулам: если цР1<ц„кп- если цр1>днкп-

__I (4) /^--оЛк

" --(5)

При заданном воздухообмене в помещении в случае возникновения аварийного выброса вредных веществ концентрации не должны превысить избыточной величины выше взрывоопасных значений. График зависимости избыточной концентрации по объему помещения от времени работы аварийной вентиляции представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - График зависимости избыточной концентрации по объему помещения от времени работы аварийной вентиляции.

Установлены условия работы аварийной вентиляции, исключающие образования концентраций выше 10% нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям в объеме помещения:

1 условие. Концентрация вредных веществ в аварийном выбросе, равна максимальному значению, дта1, и должна определяться исходя из того, что:

<?„.<?..><Яж <0,1-днхп\ (6) ФЛ-Янкл <<?..)= Л (7)

2 условие. Концентрация вредных веществ в уходящем из производственного помещения воздухе при работе аварийной вентиляции должна быть равна: при дрз < днкп, д„=0,1 дНкп, при дрз > днкп, д^дрз.

3 условие. Для того, чтобы концентрации вредных веществ в объеме производственного помещения не превысила дрз, необходимо, чтобы:

где £70 - аварийный расход вредного вещества, кг/ч; I - расход воздуха, который необходимо обеспечить в производственном помещении при аварийном выбросе вредных веществ, м3/ч.

4 условие. Скорость воздушного потока в производственном помещении при работе аварийной вентиляции должна быть более 0,2 м/с, то есть иг>0,2 м/с.

5 условие. Для обеспечения равномерного удаления воздуха из помещения площадь всасывающих отверстий должна быть не более 50% площади воздуховода аварийной вентиляции.

Рассмотрены устройства аварийной вентиляции (рисунок 3): 1 — вытяжная общеобменная с механическим притоком; 2 — вытяжная общеобменная с частичным механическим и естественным притоком; 3 - вытяжная общеобменная с естественным притоком.

Рисунок 3 — Схема аварийной вентиляции с удалением вредных веществ га всего объема помещения: 1 -отверстия для естественного притока воздуха, оборудованные створками; 2 — технологическое оборудование; 3 - воздухоприемные отверстия; 4 - воздуховоды аварийной вентиляции; 5-устройство для очистки воздуха; 6 - вентиляционный агрегат; 7 -труба выброса вредного вещества в атмосферу; 8 - воздуховоды механической приточной общеобменной вентиляции; Я, - высота помещения, м, Ьц-ширина помещения, м, /ч - длина

помещения, м.

Схема устройство аварийной вентиляции с механическим притоком воздуха ранее предложена Эльтерманом В.М.

На основе натурного эксперимента исследовано естественное поступление воздуха в помещение через приточные отверстия, оборудованные створками, и механическое удаление загрязненного воздуха из всего объема помещения. Установлена приемлемость данного способа.

Исследования аэродинамических характеристик, создаваемых потоком воздуха в приточном отверстии, проводились на экспериментальном стенде, который включал помещение с системой вентиляции, позволяющей регулировать величину кратности воздухообмена. Установка для определения аэродинамических характеристик показана на рисунке 4.

7 5

'12 3 4 .....тт->.,.,г-7,..... .,,, 6

Рисунок 4 — Установка для определения аэродинамических характеристик приточного отверстия: 1 — вентилятор; 2 — выпускные окна; 3 — крыльчатка; 4 —регулируемые впускные окна; 5 — створка, изготовленная из листовой стали, обшитая с внутренней стороны помещения утеплителем; 6 — всасывающий патрубок; 7 — технологическое оборудование; 8

— микроманометр.

Динамическое давление у при- k точного отверстия, оборудованного створкой, Ргуин, Па, при работе аварийной вентиляции определяется по полученной формуле:

Р<>ин = 0,143 ■ Г ■ k-v\m¡¡ • eos2 а, (8) где а — угол раскрытия створки; 0,143 — экспериментальный коэффициент; vcm, — скорость воздуха в приточном отверстии, м/с; к - экспериментальный коэффициент, зависящий от способа закрепления створки в приточном отверстии и от ее массы. Значения коэффициента к представлены на рисунке 5. РисУН0К 5 ~ ГРаФик определения коэффициента А в

зависимости от способа закрепления створки в приточном отверстии, где НСт — высота створки, мм,Нств2 — длина от оси створки до нижней кромки створки, м; Нет — длина от оси створки до верхней кромки створки, м.

Статическое давление в помещении, необходимое для открытия створки при работе аварийной вентиляции, Рст, Па, определяется по формуле:

(9)

р _ тст.

где тст, — масса створки, кг; Fcm, - площадь створки, м .

Значения статического давления в помещении, необходимого для раскрытия створки в зависимости от ее массы, представлены на рисунке б.

Рст, Па

Шо™, кг

- График определения статического давления в помещении, необходимого для раскрытия створки различной массы. Для обеспечения равномерного поступления воздуха в производственное помещение определено количество приточных отверстий по его высоте, ппов, и ширине, п,юг, определяемое по формулам:

(10) . '. . (11)

0,33 Я -Я„

К ■ d„,

где с1„р — эквивалентный диаметр приточного отверстия, м\ ксР — экспериментальный коэффициент, зависящий от угла раскрытия створки, равный: при угле раскрытия 45° - 12,53, при 50° - 7,51, при 15° - 5,1.

Расстояние между центрами приточных отверстий по ширине, 1ср, м, и по высоте, Нр„ м, помещения определяется по формулам:

КР=КР-с1пр, (12) (13)

где ^-экспериментальный коэффициент, зависящий от угла раскрытия приточного отверстия, равный: при угле раскрытия 45"—25,1, при 3(Г-8,71, при 15°—2,73.

Общая площадь приточных отверстий, £Гств, м2, определяется по формуле:

(14)

К. ■V

— ¡АР'

где ¡лст, - коэффициент расхода воздуха при раскрытии створки под определенным углом; АР — разность давлений внутри и снаружи производственного помещения, кг/м2; р— плотность воздуха, кг/м3.

Установлены ограничения применения схемы аварийной вентиляции с естественным или частично механическим притоком воздуха в зависимости от

влияния на створку ветрового давления при нормальном технологическом режиме. Высота раскрытия створки под действием ветра, Ьст„ м, определяется по формуле:

где - масса воздуха, давящая на створку при действии ветра, кг; и„ — скорость наружного воздуха, м/с.

Время работы аварийной вентиляции с естественным или частично механическим притоком воздуха, в течение которого температура внутреннего воздуха и>5"С, Г»,с, при ////</ определяется по формуле:

' 3603-(О ~^>ст,УК =—5:,/ > (16)

где 3603 — расчетный коэффициент.

Для обеспечения равномерного удаления воздуха определено количество вытяжных отверстий, их площадь и расстояния между ними по высоте и ширине помещения. Количество вытяжных отверстий по ширине, Пщ, и по высоте, Пщ, помещения определяется по формулам:

» К

<=1ГГ' <17>

щ "ее

где 4м — диаметр воздуховодов аварийной вентиляции, м;кщ— экспериментальный коэффициент, зависящий от угла раскрытия вытяжного отверстия, равный: при угле раскрытия 45° -12,51, при 30° - 7,52, при 15° - 5,12;

н 1! .

< = к :а • ^ хщ о*

где ^-экспериментальный коэффициент, зависящий от угла раскрытия вытяжного отверстия, равный: при угле раскрытия 45°—25,3, при 30°-8,72, при 15°—2,71.

Расстояние между всасывающими отверстиями по ширине, 1щр, м, и по высоте, Нрщ, м, помещения определяется по формулам:

09) ^ (20)

Отношение площади щели воздухоприемных отверстий к площади воздуховода определяется по формуле:

К „Д. Ьч ...А»" ,9П

г г к -а к а ' 1 >

Ув щ хщ Ч*

где/щ — площадь щели, м2;/, - площадь воздуховода аварийной вентиляции, м2.

Для обеспечения равномерности скорости воздуха по длине всасывающего отверстия требуется соблюдение условий: если а,=15-К30, то К/=1,2+2,7; если а1=30+45, то К/=4,1+6,4, где а| — угол раскрытия вытяжного отверстия.

Скорость воздуха на расстоянии х, м, от вытяжного отверстия, V» м/с, определяется по формуле:

2 /х+0 а,

где иае — средняя скорость воздуха в воздуховоде, м/с, х -коэффициент, определяемый по формуле:

л = */Л, (23)

где К — радиус воздуховода аварийной вентиляции, м.

Для определения скорости в центре вытяжного отверстия, и„, м/с, при ориентировочных расчетах составлена номограмма и показана на рисунке 7.

Ух45 м/с

А„= 0,02 м.

20 18 161112118 6 « 2 О 50 Ю0 ТВ 200 гл Ьш Рисунок 7 - Номограмма для определения скорости воздуха во всасывающем отверстии щелевого воздухопри-емника. Где Ьщ — ширина щели, м.

Общая площадь щелей воздухоприемников определяется по формуле:

0 + 0,ОЬу.^

щ 6,844 • и0 ' к '

где Ь — расход воздуха, м3/с; грасч — экспериментальный коэффициент, грасч=9,51; 6,844 — расчетный коэффициент.

- Третья глава посвящена определению аэродинамических характеристик вентиляционного оборудования на основе количественной оценки удаляемых вредных при работе аварийной вентиляции в зависимости от отношения молярных весов вредного вещества и воздуха.

Выполнены исследования процесса рассеивания вредного вещества в окружающей среде в случае аварии при высоте источника выброса в атмосферу: на 6 -5- 7 л» выше кровли здания и от 30 до 40 м от уровня поверхности земли для отдельно стоящей трубы. В развитие зависимости по расчету рассеивания вредных веществ, согласно ОНД-86, учитывается допустимость в приземном слое атмосферы и определено количество загрязняющего вещества в аварийном выбросе для заданной высоты трубы, М', кг, по формуле:

А/'=<7 -103

Н1

■АТ

(25)

Л-Р-т]

где Н— высота источника выброса, м\ т)~ эффективность очистки, ЛТ — разность между температурами газовоздушной смеси и атмосферного воздуха, "С; тп, п, Г — 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, с2/3мг'град /}/г\ Угя - расход газовоздушной смеси, м}/с\ 1вы6 - время аварийного выброса вредного вещества, равное (,ыб = + 1П + , с.

Количество удаляемого вредного вещества из помещения за время аварии при работе системы вентиляции, Ми кг, определяется по формуле:

■5»

J=|

где Ъ — доля приведённой массы парогазовых веществ в аварийном выбросе.

При М[>М', М1=Ма+М', где Ма — количество вредного вещества, поступающего на очистку для достижения предельной концентрации, не выше нормируемой величины, кг, определяемое по формуле:_

сЖ-к,я/кГт: * А-1

(27)

Величина риска образования взрывоопасных смесей веществ в объеме производственного помещения в зависимости от установленной кратности воздухообмена аварийной вентиляции, На<шрии, рассчитывается по формуле:

~сярэ.-кг.1кг.И

ТУ _ р1

* аварии

г-у- 1п

С1 Р'-

м

М'

(28)

где Сц - суммарные затраты на предотвращение образования взрывоопасной смеси в помещении при аварийном выбросе вредных веществ при}-ом варианте его развития; Сц — суммарные затраты на 1-ом источнике опасности при ]-ом' варианте развития аварийного выброса; Р' — частота возникновения причин аварии, определяемая в зависимости от интенсивности отказа элементов, частоты технологических операций, уровня организации обеспечения безопасности.

Выполнена дифференциация способов очистки вредных веществ в зависимости от кратности воздухообмена аварийной вентиляции, Кра, высоты трубы выброса, Н, и отношения молярных весов газа, ¡лг, и воздуха, ¡л, и представлена на рисунке 8.

Термосорбционный АЗсорбционный Термический Абсорбционный На ионигпах Кра=8-40 1/ч Кра=8-20 1/ч Кра=8-4-0 1/ч Кра=8-40 1/ч Кро=8 1/ч и=15-25 м/с ^<0,5 м/с и=15-25 м/с и=3.2 м/с и=0.2 м/с

50

^ 1

о.з-з.о 0.3-^.0 аз-з.о ~ о.ов-о.зг 0001-0.35

Рисунок 8 — Области применения способов очистки аварийных вентиляционных выбросов газообразных вредных веществ в интервале ц/дрз от 1 до 500: - область применения способов очистки при отношении /г/^„=0.5-И).95;

- область применения способов очистки при отношении¡л/ц,=\,01-5-5; ЕГО) - область применения способов очистки галогенов и серосодержащих веществ —■—~ - рабочий диапазон способа очистки при превышении концентрации вредного вещества в аварийном выбросе над дрз с заданной эффективностью, за его пределами эффективность снижается. Четвёртая глава посвящена определению варианта устройства аварийной вентиляции при наименьших энергетических и материальных затратах.

Определены условия для установления режима удаления вредных веществ из объема помещения при наименьших энергетических и материальных затратах в результате сравнения затрат на электроэнергию и вентиляционное оборудование, представленного на рисунке 9. вооо

>.

I вооо

I

| 7000

I 6000

о

5000

4000

3000

2000

1000

10 20 30 40 50 ви

Рисунок 9 — Сравнительный анализ затрат на электроэнергию и вентиляционное оборудование: 1 — при схеме аварийной вентиляции с естественным притоком воздуха, 2 — при схеме аварийной вентиляции с естественным и механическим притоком воздуха, где |Ш|§| — область рационального применения схемы аварийной вентиляции с естественным притоком воздуха; У////Л — область рационального применения схемы аварийной вентиляции с естественным и механическим притоком воздуха; \ I— область рационального применения схемы аварийной вентиляции с механическим притоком воздуха.

С целью уменьшения затрат на устройство аварийной вентиляции рекомендуется предусматривать: при Кра<2(г/, - схему вытяжной общеобменной вентиляции с естественным притоком; при 20<Кра<50 V, — схему вытяжной общеобменной вентиляции с естественным и механическим притоком (общеобменная приточная вентиляция включена); при Кра>50 V, — схему вытяжной общеобменной вентиляции с механическим притоком.

Экономические затраты включают финансовые издержки, возникающие в результате предотвращения образования взрывоопасных смесей в помещении при аварийном выбросе вредных веществ, Яжон,руб., определяются по формуле:

Ч„-Нг-\1У-ДГ

г-к-ьп

с.1ан-к!к

М

(29)

где I" — источник выброса вредного вещества; а — величина дисперсии загрязнений; Е — величина экспозиции загрязнений на людей и промышленные объекты; К- демографический фактор; Б — стоимостный эквивалент события,руб./т.

Материальные затраты включают материальные потери, возникающие при разрушении технологического оборудования или его элементов при аварийном выбросе вредных веществ, Ямат, руб., определяются по формуле:

(30)

где с1(Х)у — удельные материальные затраты, наносимые единице)-ого технологического оборудования при концентрации, выше црз, Х1 составляющего ¡-го вредного вещества; Л/ — число единиц ]-ого технологического оборудования (руб. основных фондов); К, — коэффициент, учитывающий особенности региона, где находится химическое предприятие.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлена аналитическая зависимость, определяющая влияние количества и концентрации выбрасываемых вредных веществ на кратность воздухообмена аварийной вентиляции при условии 10% ограничения нижнего предела распространения пламени по газовоздушной смеси. Установлена ее адекватность на основании обработки статистических данных ранее выполненных исследований потери герметичности технологического оборудования.

2. Определены и обоснованы условия повышения эффективности аварийной вентиляции для обеспечения взрывобезопасности производственных помещений за счет создания дополнительных объемно-ориентированных систем естественного или частично механического притока и равномерного механического удаления воздуха из всего объема помещения для исключения образования застойных зон.

3. Уточнена математическая модель изменения концентрации вредных химических веществ в зависимости от их удельного выделения, времени вентилирования помещения при условии обеспечения 10% нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям и соблюдения равенства концентраций вредного вещества в рабочей зоне и в уходящем воздухе. Адекватность математической модели подтверждена численным экспериментом, выполненным с учетом полученных данных по величинам кратности воздухообмена и времени работы аварийной вентиляции, при которых обеспечивается взрывобе-зопасность производственных помещений.

4. Предложены новые конструктивные элементы аварийной системы вентиляции для организации естественного притока воздуха в виде створок с переменной аэродинамической характеристикой. На основании натурных экспериментальных исследований установлены эмпирические зависимости, определяющие влияние величины создаваемого разряжения в производственном помещении от работы аварийной вытяжной вентиляции на угол раскрытия створки в приточном отверстии заданной массы для обеспечения расхода наружного воздуха при его скорости не менее 0,2 м/с. Определены граничные условия применения схем аварийной вентиляции с естественным или частично механиче-

ским притоком воздуха, учитывающие влияние ветрового давления и не допускающие падение температуры воздуха в помещении ниже +5°С.

5. Установлены и экспериментально обоснованы расчетные зависимости определения площадей приточных отверстий, площадей вытяжных отверстий при соблюдении соотношения площадей воздухоприемников и воздуховодов аварийной вентиляции не более 0,5, их пространственных координат расположения в зависимости от количества и местонахождения технологического оборудования в помещении.

6. Определены требуемые аэродинамические характеристики вентиляционного оборудования в зависимости от количества удаляемых вредных веществ, риска образования их концентрации выше нормируемого предела распространения пламени по газовоздушным смесям, дифференциации способов очистки с учетом отношения молярных весов вредного вещества и воздуха.

Основное содержание диссертации представлено в публикациях:

1. Жерлыкина, М.Н. Расчётная модель определения наиболее вероятной величины вентиляционного выброса химических веществ при аварийной ситуации / М.Н. Жерлыкина, А.И. Скрыпник // Известие ВУЗов. Строительство-Новосибирск, 2004. — Вып.5. — с.72 - 75. Лично автором выполнено 3 с.

2. Жерлыкина, М.Н. Вариантные решения подхода к способам прогнозирования процесса выброса в атмосферу вредных веществ в случае возникновения аварийной ситуации на промышленном объекте / М.Н. Жерлыкина, Л.И. Скрыпник // Известия Тульского государственного университета. Строительство, архитектура, реставрация. - Тула, 2005. -Вып.8.—с.185 - 191. Лично автором выполнено 5 с.

3. Жерлыкина, М.Н. Очистка выбросов вредных веществ при возникновении аварийной ситуации на промышленном объекте / М.Н. Жерлыкина, А.И. Скрыпник// Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции: Сборник материалов Международной научно-технической конференции. — Москва: Московский государственный строительный университет, 2005. - с. 164 -169. Лично автором выполнено 4 с.

4. Жерлыкина, М.Н. Вариантные решения подхода к способам оценки вероятности возникновения аварийной ситуации на опасном промышленном объекте с выбросом в атмосферу вредного вещества // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова: Материалы II Международной научно — практической конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье». - Белгород, 2004. - Часть IV. - с. 51 - 53. Лично автором выполнено 3 с.

5. Жерлыкина, М.Н. Разработка математической модели оценки вероятности возникновения аварийной ситуации на предприятии стройиндустрии с выбросом в атмосферу вредных веществ вентиляционными системами // Труды 7-ой международной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии». — Воронеж: Воронежское отделение Российской экологической академии, 2004. — с. 100 - 104. Лично автором выполнено 5 с.

6. Жерлыкина, М.Н. Пути достижения нормативной величины приземной концентрации вредных веществ при аварийном выбросе / М.Н. Жерлыкина, А.И. Скрыпник // Научно-технические проблемы систем теплогазоснабжения, вентиляции, водоснабжения и водоотведения: Сборник статей. — Воронеж: ВГАСУ, 2003. — Вып.1. - с. 156 - 159. Лично автором выполнено 3 с.

7. Жерлыкина, М.Н. Выбор рационального решения очистки вентиляционных выбросов при аварийной ситуации / М.Н. Жерлыкина, А.И. Скрыпник //

Научно-технические проблемы систем теплогазоснабжения, вентиляции, водоснабжения и водоотведения: Сборник статей. — Воронеж: ВГАСУ, 2003. — Вып.1. — с. 59 — 62. Лично автором выполнено 2 с.

8.Жерлыкина, М.Н. Разработка математической модели расчёта количества вредных веществ в выбросах вентиляционных систем предприятий строительной индустрии в атмосферу при аварийной ситуации // Научно-технические проблемы систем теплогазоснабжения, вентиляции, водоснабжения и водоотведения: Сборник статей. — Воронеж: ВГАСУ, 2005. — Вып.2. - с. 60 — 63. Лично автором выполнено 4 с.

9. Жерлыкина, М.Н. Разработка математической модели оценки экологического риска при воздействии выбросов предприятий строительной индустрии на окружающую среду при возникновении аварийной ситуации / М.Н. Жерлыкина, И.С. Суровцев, А.И. Скрыпник // Научно-технические проблемы систем теплогазоснабжения, вентиляции, водоснабжения и водоотведения: Сборник статей. - Воронеж: ВГАСУ, 2005. —Вып.2, —с. 121 - 126. Лично автором выполнено 4 с.

10. Жерлыкина, М.Н. Вариантные решения подхода к способам расчёта рассеивания аварийных химических выбросов с обеспечением качества атмо-сферы//Экология и безопасность жизнедеятельности: Сборник материалов III Международной научной конференции. - Пенза, 2003. - с. 74 - 76. Лично автором выполнено 3 с.

ЖЕРЛЫКИНА МАРИЯ НИКОЛАЕВНА

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВАРИЙНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПОМЕЩЕНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫБРОСАХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

Подписано в печать 2.Ц.2006 г. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Уч.-изд. л. — 1,0. Усл.-печ. л. — 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №581. Отпечатано в отделе оперативной полграфии ГОУ ВПО Воронежского государственного архитектурно-строительного университета, 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84.

1S

Введение.

1 АНАЛИЗ РАБОТЫ АВАРИЙНОЙ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ.

1.1 Статистическая оценка аварийных выбросов вредных веществ на химических производствах.

1.2 Существующие подходы к оценке последствий аварийных выбросов.

1.3 Анализ существующих схемных решений систем аварийной вентиляции.

1.4 Анализ сценариев работы аварийной вентиляции с учётом динамики изменения концентрации вредностей.

Выводы по главе 1.

2 ДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ АВАРИЙНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ.

2.1 Назначение работы аварийной вентиляции химических предприятий.

2.2 Определение зависимости воздухообмена от интенсивности поступления вредных веществ в помещение при аварийных ситуациях.

2.3 Изменение концентрации вредных веществ в производственном помещении.

2.4 Определение неравномерности поля концентраций вредностей в объеме вентилируемого производственного помещения.

2.5 Расчет аварийной вентиляции.

2.5.1 Основные положения для расчета аварийной вентиляции.

2.5.2 Экспериментальное исследование воздухообмена при работе аварийной вентиляции с естественным притоком воздуха в производственное помещение.

2.5.3 Поступление воздуха через створки приточных отверстий при работе аварийной вентиляции с естественным и частично механическим притоком воздуха.

2.5.3.1 Расчет поступления воздуха через приточные отверстия.

2.5.3.2 Расчет потерь теплоты через приточные отверстия.

2.5.3.2.1 Расчет потерь теплоты через поверхность приточных отверстий.

2.5.3.2.2 Расчет потерь теплоты через щели приточных отверстий за счет инфильтрации наружного воздуха.

2.5.3.3 Поступление приточного воздуха в производственное помещение через створки под действием ветра.

2.5.4 Определение аэродинамических характеристик производственного помещения при работе аварийной вентиляции с естественным и частично механическим притоком воздуха.

2.5.5 Определение аэродинамических характеристик системы аварийной вытяжной вентиляции.

2.5.5.1 Расположение вытяжных отверстий аварийной вентиляции.

2.5.5.2 Аэродинамический расчет воздуховодов аварийной вентиляции.

2.5.6 Выбор и расчет вентиляционного оборудования аварийной вентиляции.

Выводы по главе 2.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ОГРАНИЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ.

3.1 Математическое моделирование прогнозирования аварийных вентиляционных выбросов в атмосферу.

3.1.1 Количественная оценка величины выброса и включения в работу аварийной вентиляции.

3.1.2 Прогнозная оценка риска при превышении концентрации вредных веществ над нормируемым его значением.

3.2 Границы и условия достижения нормативной величины приземной концентрации вредных веществ в выбросах систем аварийной вентиляции.

3.3 Исследование способов очистки аварийных вентиляционных выбросов.

3.3.1 Обоснованность выбора способов очистки аварийных вентиляционных выбросов вредных веществ.

3.3.2 Абсорбционный способ очистки аварийных вентиляционных выбросов.

3.3.3 Ионитный способ очистки аварийных вентиляционных выбросов.

3.3.4 Термический способ очистки аварийных вентиляционных выбросов.

3.3.5 Адсорбционный способ очистки аварийных вентиляционных выбросов.

3.3.5.1 Характеристика адсорбентов как поглотителей загрязняющих веществ.

3.3.5.2 Очистка выбросов вредных веществ адсорбционным способом.

3.3.6 Определение рационального способа очистки аварийных выбросов вредных веществ.

Выводы по главе 3.

4 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ ПРИ АВАРИЙНЫХ ВЫБРОСАХ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ.

4.1 Определение варианта устройства аварийной вентиляции при наименьших энергетических и материальных затратах.

4.2 Установление технико-экономических показателей.

4.2.1 Оценка возможных затрат при аварийных выбросах вредных химических веществ.

4.2.2 Метод оценки социального риска при аварийном вентиляционном выбросе вредных веществ.

4.3 Практическое применение результатов работы по определению экономических и материальных затрат и оценке риска возникновения аварийных выбросов вредностей.

Выводы по главе 4.

Актуальность темы. Анализ случаев аварийных ситуаций с выбросом в атмосферу вредных веществ, произошедших на предприятиях Российской Федерации, свидетельствует о необходимости разработки технических и санитарно-гигиенических мер, выводящих качество воздуха рабочей зоны помещения и на границе санитарно-защитной зоны на уровень нормативных показателей.

Аварийный выброс вредного вещества является внезапным и кратковременным. Существующие схемные решения устройства аварийной вентиляции заключаются в удалении воздуха из зон максимальных концентраций вредных веществ, где могут образовываться взрывоопасные смеси. Не исследованы схемы аварийной вентиляции с естественным и частичным механическим притоком воздуха. Их применение в значительной мере позволило бы сократить затраты на энергию и приобретение вентиляционного оборудования.

Возникновение аварийного выброса на химическом предприятии носит вероятностный характер. В настоящее время вопрос его прогнозирования недостаточно изучен. Методика количественной оценки аварийного выброса вредных веществ требует совершенствования.

В связи с выше изложенным тема диссертационной работы является актуальной.

Диссертация выполнена в развитие научно-исследовательской работы «Комплексная методика прогноза экологического риска и предотвращения потенциальной угрозы на химически опасных объектах» по заданию экологической инспекции Воронежской области, № гос. регистрации 29П от 18.05.2005. Результаты научно-исследовательской работы ориентированы на их использование при разработке декларации о промышленной безопасности предприятий химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Цель работы: разработать методы повышения эффективности аварийной вентиляции производственного помещения для обеспечения взрывобезопасно-сти при выбросах вредных химических веществ путем создания дополнительных систем притока и равномерного удаления воздуха из всего объема помещения.

Задачи исследования:

- определить аналитическую зависимость величины кратности воздухообмена от концентрации вредных химических веществ и нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям при аварийном выбросе в производственном помещении;

- определить условия повышения эффективности аварийной вентиляции, исключающие образование застойных зон и обеспечивающие нормируемые концентрационные пределы распространения пламени по газовоздушным смесям в помещении;

- уточнить математическую модель изменения концентрации химических веществ в зависимости от их удельного выделения, времени вентилирования помещения при условии обеспечения 10% нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям и соблюдения равенства концентрации вредного вещества в рабочей зоне и в уходящем воздухе;

- установить на основании натурных экспериментальных исследований эмпирические зависимости определения параметров работы дополнительных устройств аварийной вентиляции, при которой обеспечивается равномерный приток воздуха, допустимая концентрация не выше нормируемого значения предела распространения пламени по газовоздушным смесям;

- установить и обосновать эмпирические зависимости определения площадей и пространственных координат расположения приточных и вытяжных отверстий аварийной системы вентиляции с естественным или частично механическим притоком, обеспечивающей равномерное удаление воздуха из всего объема производственного помещения в зависимости от расположения технологического оборудования;

- провести количественную оценку удаляемых вредных веществ из производственного помещения при работе аварийной вентиляции в зависимости от отношения молярных весов вредного вещества и воздуха для определения требуемых аэродинамических характеристик вентиляционного оборудования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложены и обоснованы условия повышения эффективности аварийной вентиляции за счет создания дополнительных объемно-ориентированных приточно-вытяжных систем для равномерного удаления воздуха из всего объема производственного помещения для исключения образования застойных зон и обеспечения взрывобезопасности при выбросах вредных химических веществ;

- уточнена математическая модель изменения концентрации вредных химических веществ в зависимости от их удельного выделения, времени вентилирования помещения при условии обеспечения 10% нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям и соблюдения равенства концентрации вредного вещества в рабочей зоне и в уходящем воздухе; адекватность полученной математической модели подтверждена на основании численного экспериментального исследования с учетом полученных данных величин кратности воздухообмена и времени работы аварийной вентиляции, при которой обеспечивается взрывобезопасность производственных помещений;

- предложены новые конструктивные элементы аварийной системы вентиляции в виде створок с переменной аэродинамической характеристикой для организации естественного притока воздуха; установлены эмпирические зависимости определения величины разрежения в помещении для раскрытия створки заданной массы в приточном отверстии на угол, при котором обеспечивается поступление наружного воздуха со скоростью не менее 0,2 м/с и исключается образование застойных зон; предложены граничные условия применения схем аварийной вентиляции с естественным или частично механическим притоком воздуха, учитывающие влияние ветрового давления и не допускающие температуру воздуха в помещении ниже +5°С;

- предложены и экспериментально обоснованы расчетные зависимости определения площадей вытяжных отверстий при соблюдении соотношения площадей воздухоприемников и воздуховодов аварийной вентиляции не более 0,5, площадей приточных отверстий, их пространственных координат расположения в зависимости от количества и местонахождения технологического оборудования в производственном помещении;

- определены требуемые аэродинамические характеристики вентиляционного оборудования в зависимости от количества удаляемых вредных веществ, риска образования их концентрации выше 10% нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям, дифференциации способов очистки с учетом отношения молярных весов вредного вещества и воздуха.

На защиту выносятся:

- аналитическая зависимость величины кратности воздухообмена от концентрации вредных химических веществ и нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям при аварийном выбросе;

- условия повышения эффективности аварийной вентиляции, исключающие образование застойных зон и обеспечивающие взрывобезопасность в помещении;

- уточненная математическая модель изменения концентрации химических веществ при условии обеспечения 10% нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям и соблюдения равенства концентрации вредного вещества в рабочей зоне и в уходящем воздухе;

- эмпирические зависимости определения параметров работы дополнительных устройств аварийной вентиляции, при которой обеспечивается равномерный приток воздуха;

- эмпирические зависимости определения площадей и пространственных координат расположения приточных и вытяжных отверстий аварийной системы вентиляции в зависимости от расположения технологического оборудования;

- определение аэродинамических характеристик вентиляционного оборудования на основе количественной оценки удаляемых вредных при работе аварийной вентиляции в зависимости от отношения молярных весов вредного вещества и воздуха.

Обоснованность и достоверность научных результатов, содержащихся в работе, подтверждается использованием основных фундаментальных законов аэрогазодинамики, математического аппарата теории обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных, численных методов, математического аппарата теории вероятности, положений системного подхода к исследованию процессов возникновения аварийных ситуаций и защиты от них.

Практическое значение работы. Апробированы и внедрены новые методики и соответствующее программное обеспечение по предотвращению образования в помещении зон с концентрацией вредных веществ выше 10% нижнего предела распространения пламени по газовоздушной смеси, метод дифференциации способов очистки аварийных выбросов с учетом отношения молярных весов вредного вещества и воздуха.

Реализация результатов работы. Разработана методика расчета: «Определение режимов работы аварийной вентиляции при исключении образования пожаровзрывоопасных смесей», внедренная в производство ДОАО «Газпроек-тинжиниринг», г. Воронеж. Акт внедрения приложен в диссертации.

Кроме того, результаты диссертации используются в процессе обучения студентов по дисциплинам: «Вентиляция», «Урбоэкология», «Охрана воздушного бассейна», «Технические средства и методы защиты окружающей среды» и при дипломном проектировании на факультете инженерных систем и сооружений ГОУ ВПО Воронежского государственного архитектурно-строительного

I университета. Акт внедрения приложен в диссертации.

Личное участие автора состоит в разработке математических моделей, математических зависимостей, алгоритмов, проведении численных и экспериментальных исследований, внедрении методики количественной оценки аварийных выбросов вредных веществ, методов повышения эффективности аварийной вентиляции производственного помещения при массовых выбросах химических веществ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на Международной научной конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» - Пенза, 2003;

- на Международных научно-практических конференциях «Высокие технологии в экологии» - Воронеж, Воронежское отделение Российской экологической академии, 2004 г.; «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» - Белгород, 2004;

- на Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» - Москва, Московский государственный строительный университет (МГСУ) и Российское научно-техническое общество строителей, 2005;

- на 58, 59, 60 научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов ГОУ ВПО Воронежского государственного архитектурно-строительного университета с участием представителей исследовательских, проектно-конструкторских, строительных и общественных организаций по кафедре отопления и вентиляции «Разработка математической модели рассеивания аварийных химических выбросов в приземном слое атмосферы с обеспечением её качества» - Воронеж, 2003; «Математическое моделирование прогнозирования воздействия вентиляционных систем предприятий ц строительной индустрии при аварийном выбросе вредных веществ» - Воронеж, 2004; «Разработка математической модели оценки экологического риска при воздействии систем вентиляции предприятий строительной индустрии на выбросы вредных веществ в атмосферу в случае возникновения аварийной ситуации» - Воронеж, 2005; «Прогнозирование и оценка экологического риска возникновения ущерба и формирование управляющих воздействий на экологическую ситуацию при авариях на химически опасных объектах» - Воронеж, 2005.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 3 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ. Общий объём публикаций 46 страниц, из них лично автором 36 страниц.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы из 140 наименований. Общий объём работы - 166 страниц: 131 страница машинописного текста, 67 рисунков, 25 таблиц, 35 страниц приложения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлена аналитическая зависимость, определяющая влияние количества и концентрации выбрасываемых вредных веществ на кратность воздухообмена аварийной вентиляции при условии 10% ограничения нижнего предела распространения пламени по газовоздушной смеси. Установлена ее адекватность на основании обработки статистических данных ранее выполненных исследований потери герметичности технологического оборудования.

2. Определены и обоснованы условия повышения эффективности аварийной вентиляции для обеспечения взрывобезопасности производственных помещений за счет создания дополнительных объемно-ориентированных систем естественного или частично механического притока и равномерного механического удаления воздуха из всего объема помещения для исключения образования застойных зон.

3. Уточнена математическая модель изменения концентрации вредных химических веществ в зависимости от их удельного выделения, времени вентилирования помещения при условии обеспечения 10% нижнего предела распространения пламени по газовоздушным смесям и соблюдения равенства концентраций вредного вещества в рабочей зоне и в уходящем воздухе. Адекватность математической модели подтверждена численным экспериментом, выполненным с учетом полученных данных по величинам кратности воздухообмена и времени работы аварийной вентиляции, при которых обеспечивается взрывобе-зопасность производственных помещений.

4. Предложены новые конструктивные элементы аварийной системы вентиляции для организации естественного притока воздуха в виде створок с переменной аэродинамической характеристикой. На основании натурных экспериментальных исследований установлены эмпирические зависимости, определяющие влияние величины создаваемого разряжения в производственном помещении от работы аварийной вытяжной вентиляции на угол раскрытия створки в приточном отверстии заданной массы для обеспечения расхода наружного воздуха при его скорости не менее 0,2 м/с. Определены граничные условия применения схем аварийной вентиляции с естественным или частично механическим притоком воздуха, учитывающие влияние ветрового давления и не допускающие падение температуры воздуха в помещении ниже +5°С.

5. Установлены и экспериментально обоснованы расчетные зависимости определения площадей приточных отверстий, площадей вытяжных отверстий при соблюдении соотношения площадей воздухоприемников и воздуховодов аварийной вентиляции не более 0,5, их пространственных координат расположения в зависимости от количества и местонахождения технологического оборудования в помещении.

6. Определены требуемые аэродинамические характеристики вентиляционного оборудования в зависимости от количества удаляемых вредных ве ществ, риска образования их концентрации выше нормируемого предела распространения пламени по газовоздушным смесям, дифференциации способов очистки с учетом отношения молярных весов вредного вещества и воздуха. t i

1. Адушкин, В.В. Расчеты безопасных расстояний при газовом взрыве в атмосфере / В.В. Адушкин, С.М. Когарко, Л.Д. Лямин. М.: Взрывное дело, 1975. -№32.-с. 82-94.

2. А3-926. Руководство по подбору вентиляторов вентиляционных систем взрывоопасных производств. М.: Госстрой СССР, Сантехпроект, 1987. - 15 с.

3. Балацкий, О.Ф. Экономика чистого воздуха. М.: Наука, 1977. - 200 с.

4. Батурин, В.В. Основы промышленной вентиляции.-М.: Профиздат, 1965.

5. Бейкер, У. Взрывные явления. Оценка и последствия / У. Бейкер,

6. П. Кокс, П. Уэстайн. М.: Мир, 1986.

7. Бесчастнов, М.В. Взрывобезопасность и противоаварийная защита химико-технологических процессов. М.: Мир, 1989.

8. Бесчастнов, М.В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение. -М.: Химия, 1991 г.

9. Бесчастнов, М.В. Предупреждение аварий в химических производствах/ М.В.Бесчастнов, В.М. Соколов. -М.: Химия, 1979.

10. Бесчастнов, М.В. Аварии в химических производствах и меры их предупреждения / М.В. Бесчастнов, В.М. Соколов, М.И. Кац. М., Химия, 1976.

11. Бретшнайдер, Б. Охрана воздушного бассейна от загрязнений. Л.: Химия, 1989. - 250 с.

12. Бромлей, М.Ф. Проектирование отопления и вентиляции / М.Ф. Бром-лей, В.П. Щеглов. Москва: Издательство литературы по строительству, 1965. -260 с.

13. Буланенков, С.А. Защита населения и территорий от чрезвычайных ситуаций / С.А. Буланенков, С.И. Воронов, П.П. Губченко. Калуга: ГУП «Об-лиздат», 2001. - 480 с.

14. Водяник, В.И. Взрывозащита технологического оборудования. Киев, Техника, 1979.

15. Временные указания по прогнозированию перемещения зон экстремально высокого загрязнения воздуха сильнодействующими ядовитыми веществами. М.: Госкомгидромет СССР, 1988.

16. Временный порядок оценки и возмещения вреда окружающей среде в результате аварии. М.: Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации, 1994.

17. ВСН 21 77. Инструкция по проектированию отопления и вентиляции нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий. - М.: МНХП СССР, 1990.

18. ГОСТ 27.310-95. Межгосударственный стандарт. Надежность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения. -М.: Издательство стандартов, 1997. 12 с.

19. ГОСТ Р 12.3.047-98. Пожарная безопасность технологических процессов.-М: ВНИИПО, 2000.

20. ГОСТ Р 22.0.05-94. Техногенные чрезвычайные ситуации. М.: Госстандарт России, 1996.

21. ГОСТР 22.0.07-95. Источники техногенных чрезвычайных ситуаций-М.: Госстандарт России, 1997.

22. Грязнова, А.Г. Оценка недвижимости / А.Г. Грязнова, М.А. Федотова. -М.: «Финансы и статистика», 2003.

23. Декларация промышленной безопасности ООО «ПО «Киришинефтеор-геинтез». Исп. Ленгипронефтехим, НТЦ «Промбезопасность», 1997.

24. Дж. Кей. Таблицы физических и химических веществ. Под ред. К.П. Яковлева -М., 1962.-е. 115-154.

25. Дж. Перри. Справочник инженера-химика. Л.: Химия, 1969. - 18 с.

26. Елинский, НИ. Вентиляция и отопление гальванических цехов. М.: Машиностроение, 1987. - 92 с.

27. Журавлёв, В.П. Защите населения и территорий в чрезвычайных ситуациях / В.П. Журавлёв, С.Л. Пушенко, A.M. Яковлев. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2001.

28. Закон Ханты-Мансийского автономного округа об охране окружающей природной среды и экологической защите населения автономного округа. Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации. № 01-12/65-1146,1993.

29. Иванилов, ЮЛ. Математические модели в экономике / Ю.П. Иванилов, А.В. Лотов. М.: Наука, 1979. - с.8-14.

30. Инструктивно-методические указания по взиманию платы за загрязнение окружающей природной среды. М.: Минэкологии, 1993. - 6 с.

31. Исследование адсорбционных свойств образца цеолита NaX производства ЗАО ХК «ЮСТ». Отчет о НИР № 128.05.83 / Б.П. Золотовский, Л.В. Моргун / Научный руководитель Б.П. Золотовский. М.: ВНИИГАЗ, 2001.

32. Касаткин, А.Г. Расчет тарельчатых ректификационных и абсорбционных аппаратов / А.Г. Касаткин, А.Н. Плановский. М: Стандартизация, 1961.

33. Константинова, З.И. Защита воздушного бассейна от промышленных выбросов. М.: Стройиздат, 1981.

34. Коузов, П.А. Очистка от пыли, газов и воздуха в химической промыш-ленности/П.А. Коузов, А.Д. Мальгин, Г.М. Скрябин. Л.: Химия, 1982. - 256 с.

35. Кузнецов, И.Е. Защита воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами/ И.Е. Кузнецов, Т.М. Троицкая. М: Химия, 1979. - 329 с.

36. Куценко, С.А. Основы токсикологии //Российский биомедицинский журнал. Санкт - Петербург, 2002.

37. Лебедев, П.Д. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий / П.Д.Лебедев, А.А. Щукин. М.: Энергия, 1970. - 215 с.

38. Маршалл, В. Основные опасности химических производств.-М., Мир, 1989.

39. Метеорологические аспекты загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометео-издат, 1971.-с. 241-252.

40. Методика оперативной оценки потенциальной опасности объектов народного хозяйства. М.: Штаб ГО СССР, 1990.

41. Методика определения предотвращенного ущерба. М.: Комитет РФ по охране окружающей среды, 1999. - с. 15-16, 29-32.

42. Методика по прогнозированию возможных аварий, катастроф, стихийных бедствий в РСЧС. М.: ВНИИ ГОЧС, 1994.

43. Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД 86. - М.: Госкомгидро-мет СССР, 1988.

44. Методическое пособие по прогнозированию и оценке химической обстановки в чрезвычайных ситуациях. М.: ВНИИ ГОЧС, 1993.

45. Методическое руководство по оценке экологического риска деятельности нефтебаз и автозаправочных станций. М.: Госкомэкология России, 1999.

46. Метеорология и атомная энергия. Д., Гидрометеоиздат, 1971. - 648 с.

47. Миргородский, В. Чрезвычайные ситуации при выбросах токсичных веществ // Журнал мир и безопасность. 2000. - Вып.1.

48. Моткин, Г.А. Экологическое страхование в рыночной экономике. Экономика и математические методы. 1996. - Т.32.

49. Нащокин, В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1969.

50. Небел, Б. Наука об окружающей среде. М.: Мир, 1993. - с.414-417.i 62. Некоторые вопросы экологии атмосферы и защиты ее окружения. М:1. МИСИ, 1991.-86 с.

51. Нестеров, П.М. Экономика природопользования. М.: Высшая школа, 1984.-33с.

52. НПБ 105-03. Категорирование зданий и помещений по взрывопожар-ной и пожарной опасности.

53. Оборудование и сооружения для защиты биосферы от промышленных выбросов / Под ред. В.Ф. Максимова. М.: Химия, 1985. - 348 с.

54. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожарных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. М.: Гостехнадзор РФ, 1997.

55. Охрана окружающей природной среды. Постатейный комментарий к Закону России. М: Республика, 1993. - 221 с.

56. Охрана окружающей среды / Под ред. С.В. Белова. М.: Высшая школа, 1991.-с.115-129.

57. Очистка и рекуперация промышленных выбросов / Под ред. В.Ф. Максимова. М.: Лесная промышленность, 1989. - 330 с.

58. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по процессам и аппаратам химической технологии. Д.: Химия, 1987. - 575 с.

59. Перегудов, Ф.И. Введение в системный анализ / Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тарасенко. М.: Высшая школа, 1989. - 368 с.

60. Перечень методик выполнения измерений концентраций загрязняющих веществ в выбросах промышленных предприятий. М.: 2001.

61. Плановский, А.Н. Процессы и аппараты химической технологии / А.Н. Плановский, В.М. Рамм. М: Госхимиздат, 1962. - 846 с.

62. Полосин, И.И. Динамика процессов промышленной вентиляции // Автореферат диссертации доктора технических наук. Воронеж, 2001.

63. Пособие по составлению раздела проекта «Охрана окружающей природной среды» к СНиП 1.02.01-85. М: Госстрой СССР, 1988. - 184 с.

64. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника / Под ред. В.А. Григорьева// Справочник. М.: Атомэнергоиздат, 1983. - с.100-135.

65. Разработка системы управления риском на объектах ООО «ПО «Кири-I шинефтеоргсинтез»: Отчет о НИР / В.А. Ибадулаев, А.С. Можаев, А.А. Мяков/Научный руководитель В.А. Ибадулаев. СПб., 2002.

66. ПБ 09-170-97. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожаро-опасных химических нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. -М.: Госгортехнадзор, 1997.

67. Пособие к СНиП 02.01-85. Охрана окружающей природной среды. -М.: Госстрой СССР, 1986. с.72-77, с. 136-143.

68. Пэнтл, Р. Методы системного анализа окружающей среды. М.: Мир, 1979. -с.123-129.

69. Рамм, В.М. Абсорбция газов. JL: Химия, 1976. - 656 с.

70. Расчеты химико-технологических процессов / Под ред. И.П. Мухлено-ва. Л.: Химия, 1976. - 296 с.

71. РД- 09 536 - 03. Методические указания о порядке разработки плана I локализации и ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС) на химикотехнологических объектах. М.: Гостехнадзор РФ, 2003.

72. РД 03 418 - 01. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов. - М.: Гостехнадзор РФ, 2001.

73. РД 50 211 - 80. Методические указания. Расходомеры и счетчики объемного расхода и количества газа. Методы и средства поверки. - М.: ВНИ-ИМС, 1980.

74. РД 51 1 - 96. Инструкция по охране окружающей среды при строительстве скважин на суше на месторождениях углеводородов поликомпонентного состава, в том числе сероводородсодержащих. М.: Минтопэнерго РФ и Минприроды РФ, 1996.

75. РД 52.04.186-89. Руководящий документ. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. М.: Госкомгидромет СССР, 1991.

76. РД 52.04.253-90. Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте. М.: Госкомгидромет СССР, 1990.

77. РД 52.04.306 92. Охрана природы. Атмосфера. Руководство по прогнозу загрязнения воздуха. - М.: Комитет гидрометеорологии СССР, 1992.

78. РД 52.04.52-85. Методические указания. Регулирование выбросов при не-\ благоприятных метеорологических условиях.-М.: Госкомгидрометом СССР, 1986.

79. РД 52.04.52-85. Регулирование выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях. М.: Госкомгидромет СССР, 1987. - 50 с.

80. Рекомендации по основным вопросам воздухоохранной деятельности. -М: Министерство охраны окружающей среды, 1995. 55 с.

81. РМ 62 91 - 90. Методика расчёта вредных выбросов в атмосферу от нефтехимического оборудования. - Воронеж: Воронежский филиал Гипрокау-чук, 1991.-73 с.

82. Руководство по гигиене атмосферного воздуха / Под ред. К.А. Буштуе-вой. М.: Медицина, 1976. - с.30-62.

83. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. JL: Гидрометеоиз-дат, 1979.-с. 366-390.

84. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарные нормы и правила. Санитар-I но-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений ииных объектов. М.: Минздрав России, 2000.

85. Сборник методик по прогнозированию возможных аварий, катастроф, стихийных бедствий в РСЧС. М.: МЧС России, 1994.

86. Серпионова, Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров. М.: Высшая школа, 1969.

87. Скрыпник, А.И. Основные направления по совершенствованию конструкций камер сгорания для термического обезвреживания окислов азота и углеводородных выбросов / А.И. Скрыпник, А.А. Янин. М., 1980. - Серия 7. -Вып.4. - 90 с.

88. Скрыпник, А.И. Эколого-экономический подход при внедрении технологии очистки вентиляционных выбросов от вредных химических веществ с учетом экстремальных ситуаций. Новосибирск: Известия ВУЗов. Строитель> ство, 2001.-№2-3-с.81-85.

89. Скрыпник, А.И. Расчётная модель определения наиболее вероятной величины вентиляционного выброса химических веществ при аварийной ситуации / А.И. Скрыпник, М.Н. Жерлыкина // Известие ВУЗов. Строительство. -Новосибирск, 2004. Вып.5. - с.72 - 75.

90. Скрыпник, А.И. Очистка вентиляционных выбросов от химических вредных веществ. Воронеж: ВГАСУ, 2002.i 112. СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

91. М.: Государственный строительный комитет СССР, 1997.-е. 15-16.

92. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М.: Государственный строительный комитет СССР, 1987. - с. 23-33.

93. СНиП II.3-79*. Строительная теплофизика. М.: Центральный институт типового проектирования, 1986.

94. Справочник проектировщика. Часть 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха / Под ред. В.Н. Богословского. М.: Стройиздат, 1992.

95. Тарасевич, Е.И. Оценка недвижимости. СПб.: СПбГТУ, 1997.

96. Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы / Под ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина // Справочник. М: Энергия, 1980. - 518 с.

97. Типовое положение о рассмотрении и учете некатегорийных аварий, не повлекших за собой несчастных случаев на химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих объектах, подконтрольных Госпроматомнад-зору СССР, 1990.

98. Тищенко, Н.Ф. Справочник. Охрана атмосферного воздуха. Расчёт содержания вредных веществ в воздухе. -М.: химия, 1991.

99. Указ Правительства Российской Федерации от 12 июня 2003 г. № 344.

100. Указ Президента РФ о концепции национальной безопасности №24. -М: Кремль, 10.10.2000.-4 с.

101. Физические величины / Под ред. И.С.Григорьева // Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991. - с. 254-284, 364-374.

102. Циборовский, Я. Процессы химической технологии. Д.: Химическая литература, 1958. - 920 с.

103. Чечеткин, А.В. Теплотехника / А.В. Чечеткин, Н.А. Занемонец. М.: Высшая школа, 1986.

104. Ширяева, В.В. Оценка риска аварий компрессора природного газа методом построения «дерева отказов»/В.В. Ширяева, В.А. Мамонтов. М.: Издание «Управление риском», 2002. - №4.

105. Э.Дж. Хенли. Надежность технических систем и оценка риска/Э.Дж. Хенли, X. Кумамото. М.: Машиностроение, 1984.

106. Экономическая эффективность природоохранных мероприятий для очистки вредных выбросов в атмосферу. Воронеж: ВГАСА, 1996. - 34 с.

107. Элыперман, В. М. Вентиляция химических производств. М.: Химия, 1980.- 197с.

108. Элыперман, В.М. II Научные труды институтов охраны труда ВЦСПС. М.: Профиздат, 1964. - №6, (32). - с. 3 - 9.

109. Bernard Koan. What is the risk. 1992, №82(154)/92.

110. Eugene C. Hargrove, Foundations of Environmental Ethics (reprint ed., Denton, Tex.: Environmental Ethics Books, 1996), 229 pages.

111. John B. Cobb, Jr., Is It Too Late? A Theology of Ecology, rev. ed. (Denton, Tex.: Environmental Ethics Books, 1995), 112 pages.

112. Kesler, Stephen E. Mineral resources, economics, and the environment. New York, Macmillan; Toronto, Maxwell Macmillan Canada; New York, Maxwell Macmillan International, с 1994. 391 p.

113. Koldobski A. Aktuelles Zeitgesc Informations dienst. 1997,N 9, S.l.

114. Russian high technology business days in London. Technological offers. Mechanical engineering. © ICSI. 2002 2003 Design: Jury N. Smirnov.

115. Stefanuk V. Locally-Organised Manufacturing Systems (presented at AMETMAS NoE Workshop, St.-Petersburg, 1999, to be published).

116. The World Book Encyclopedia. World Book, Inc., Chicago. 1989.

117. Heating, piping, air conditioning. Vol. 62, No. 7. 1990.г