автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Повышение экологической безопасности технологических процессов судостроительно-судоремонтных производств

«•> * дМяшпл^тво транспорта Российской Федерации ВйШгскаяУоеударстпепная академия водного транспорта

На правах рукописи УДК 628.512:621.357

БУРМИСТРОВ Евгений Геннэдьсанч

ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СУДОСТРОИТЕЛЬНО-СУДОРЕМОНТНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Специальность 05.08.04 Технология судостроения, доремоита и организация судостроительного производства

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Н. Новгород - 1998

Работа выполнена па кафедре „Проектирования и технологии построй^ судса" Волжской государственной академии водного транспорта

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцепт Горбунов Ю. В.

Научный консультант:

кандидат технических наук, доцент Курников Л. С.

0^и[;иаль!кы£ сшномеиты:

до;сшр технических наук, академик AT, профессор Этин BJI.

кандидат технических наук, доцент Тихомиров A.B.

Ездущсс предприятие - НПО „Судоремонт" Министерства транспорта РФ.

Защита диссертации состоится «24» апреля 1998 г. а 14°°ч. п ауд. 281 на заседании диссертационного совета К116.03.01 прн Волжской государственной академия водного транспорта (603 600, Н.Нозгород, Н-5, ул. Нестерова, д.5).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волжской государственной академии водного транспорта.

Отзывы иа автореферат в дву:: экземплярах с подписями, заверенными печатью организации, просим направлять на имя учёного секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «2¡»марта1998 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

K116.03.0t /? . /?

кандидат технических наук, доцент iep A.A.

Тип. ЬГАЬТа-, 1b3&t.s 3Q-K. 6Q,t.wp WO. 0S ¿ем /пл. Лип, [\1\}.{55-2Ч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Требоваш:.'! к охране срз-

лы, в масштабе государственной природоохранной полеггкки, ллягзтся главным приоритетом программ поэышення экологической безопасности» технологических процессов современных судсстроптельно-судоремонтных производств. Одгой из важнейших проблем :,г. пути эффективной реализации этих программ являете:! кизхм зколепгееекм совместимость применяемых технологий.

Основным фактором, сказывающим непосредственное шш'ис на формирование экологического фона предприятия, являемся состояние воздушной среды производственной зоны. Особую опасность, з зкш опгошеннн, представляют выбросы еборочцо-снарочиого »ропззодстаа, характерной особенностью которых является преобладание плообрез-ных загрязнителей, обладающих болыпеГ; агрессисностыз и ь т.хльапй степени, чем твёрдые поддающихся очистке. Особу» акту ал «лссть эта проблема приобретает при выполнении работ в труднодоступных и замкнутых судовых помещениях. Доля таких работ в обшеГ: трудоёмкости постройки или ремонта судов может достигать 45 и более процентов.

Цель и задачи исследований. Целые диссертационной' работа является исследование экологической опасности« технологических процессов сборочно-сварочных производств и разработка методов и средств повышения их экологической безопасности с пр!:мзиенке:.: озонных технологий.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:

-проведения комплексного экологического аналпеч согреглгшшх судостроителыю-судоремонтных производств с огределепн«:« к?.кбояее опасных в экологическом отиошенин технологических проц-зсссс;

-обоснования приоритетных направлений повышекш эхаясга-ческой безопасности основных судостроительно-судоремоштздх проет-водств, технологических процессов и отдельных операций;

-математического моделирований процессов образезаши п распределения вредных веществ при выполнении сварочных ргСот г. ботки на его базе методики оптимизационного расчета технолопшесгсих и энергетических режимов сварки;

-разработки концептуальной модели и матемагнческого описания процессов комплексной очистки аспираинонных ь:»бросо") сбо-

* Терминология принята а соответствии с регоит-глг.'!!' ''0-ОЭ1-22-92 -5

рочно-евзрочных производств и регенерации воздуха производственной зоны методами озонирования;

-обоснования принцигшалБНОй технологической схемы мобильного устройстса для очистки аспирационных выбросов и методики его инженерного расчёта . ч .

Объектом исследований являлись технологические процессы сборочно-сйкрочного производства, выполняемые в труднодоступных и замкнул и: судовых помещениях. .

Оощщ методика исследований. При анализе современного состояния экологической обеспеченности судостроительно-судоремеьтных технологий использованы статистические данные-по ряду предприятий речного транспорта, в том числе: карты оценки условий труда, аттестаты рабочих мест, экологические паспорта, а также нор^атншю-спрпвочпая и научно-техническая библиография. Теоретические исследования выполнялись на базе математического моделирования процессов образования вредных веществ при горении сварочной дуга, а так же моделирования теплотехнических процессов комплексной обработки аспирационных выбросов и регенерации загрязнённого воздуха в системах аслиращш с применением экологически чистых* озонных технологий. Экспериментальные исследования выполнялись с применением совремешшх методов планирования эксперимента и средств контроля. Обработка результатов осуществлялась с помощью' методов математической статистики. Научная псвизна.

-пперсые для судостроительно-судоремонтных предприятий выполнен комплексный анализ экологичностн применяемых технологиче-* •

ских процессов; ,,

-определены основные направления повышения экологической безопасности сборочно-сварочного производств'а при выполнении работ в замкнутых судовьп? помещениях; . '

-предложена методика оценки уровня экзотической опасности производства и динамики её изменения;

-.обоснована возможность применения для комплексной обработки воздуха от загрязнений в промышленных системах аспирации экологически чистых озонных технологий.

Практическая значимость выполненных исследований заключается в-разработке.критерия и методики оценки уровня экологической опасности судостроительно-судоремонтйых производств и оптимизации технологических режимов по экологическим fpeбoвaииям, а так же в

разработке технологической схемы и алгоритма проектирования качественно новой экологической техники.

Реализация результатов работы усматривается в применении разработанных методов и средств снижения экологической опасности технологических процессов предприятиями речного транспорта, а так же в системе средне-специального и высшего образования для воспитания экологической направленности мировоззрения учащихся и студентов.

Назаиргтувьоюсяпкя:

-методика экспресс-расчёта уровня экстатической опасности сборочно-сварочпых процессов и алгорига оптимизации их технологических и энергетических режимов с учётом требований экологической безопасности;

-концсгпуалыш модель процесса комплексной очиспси аспирационных выбросов и регенерации воздуха производственной зоны методами свошфования.

Апробагра работы Основные научные и практические результаты исследований докладывались и обсуждались га международных научно-пракшческих конференциях "Малоотходные и ресурсосберегающие технологии" (г. Пенза, 1995 г.Х "ХозтЧственно-питьевая и сточные ваты: проблемы очиспси и испальэовашя" (г. Пенза, 19% г.), "Малоогходные и экф^хЛуегтцошле технологии в системе водною хозяйства" (г. Пенза, 1997 г.), Межшсударсшешюй научно-технической конференции "Вода которую мы пьем" (г. Москва, 1995 г.); семинарах "Озон н стюшгые технологии" (г. Москва, 1995-96 гг.), научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ВГАВТ "300 лет Росашскому Флату" (г. II Новгород, 1996 г.), Международном Форуме по проблемам науки, техтвш и образования (г.Москва, 1997 г.).

Пу&тиксарм. Основное содержите работы отражено в 7 научных работах опубликованных в трудах ВГАВТ, материалах конференций и семинаров, периодических изданиях, защищено 3 Патентами РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация соски гг из введения, 5 глав, за-ключешю, списка использованной лнгерспуры из 120 наименований и 4 приложений. Работа изложена 1И 156 страницах основного текста, содержит 42 иллюстрации, схемы и рисунка, а так же 32 таблицы. Приложения включают тексты программного обеспечения, акты нспытшлш и внедрений, мотам Патентов РФ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

/¿) нкакзаа! обоснована актуальность днесертатцюшюй роботы, сформулиро-кта но,!!, и осиовшие налраятения нослеловашш.

В пераэй глазе диссертации дай оценка состояния проблемы, представлен аналшичесюш обзор исследований поданной тгмапже. Выполнен анализ экологич-носш технологических процессов (ГП) современного судостроители ю-судоремоншото производства, представлена характеристика условий выполнения работ, рассмотрены перспективы повышения экологической безопасности применяемых технологий.

В основу исследований положены работы, выполненные Забавским АН, Найдёно1;!.ш B.IL, Кулпхом Ю.Г., Эшным BJL, Протопоповым В.Б., Свечниковым О Л, Кгп.чкоюй Т.М., Тсрнгвским И.П., Кдлистраговым ILA, Мосенкисом Ю.Г, Григорьевым Л.Н. Повышению экологической безопасности технологических процессов посвящены, также, работы Сгаценко ВЛ, Матвиенко ВЛ, Степанова В.В, МураковаЛ Л, Корюкаева Ю.С., Кглисгртгоза Ш1, ОХфиной СГ., Кононенко В Л, Гербши ЕЛ.. Родии юва I LA. и др.

По результатам анализа имеющихся данных, выполненного с использоганием метода экспертных оценок, установлено, что наиболее опасным з экологическом отношении является, сборочно-сварочное производство. Это обусловлено, прежде всего, выполнением большого объёма работ в труднодоступных и замкнутых судовых помещениях (ТЗСП). Наибольшую опасность при этом представляют ТП связанные с осуществлением сварочных операций. В связи с этим выполнен комплекс дополнительных исследований направленных на определение экологической характеристики элементов ТП и выявление экологически значимых вредностей, оказывающих непосредственное влияние на формирование экологического фона предприятия, в том числе производственной зоны.

Исследования показали, что проектные и конструктивные мероприятия, направленные на повышение экологичности ТП, не всегда позволяют достичь требуемого эффекта. Поэтому, как альтернатива им, предложен ряд мероприятий активной защиты окружающей среды, в частности: оптимизация технологических режимов; рационализация . выбора конструкционных и сварочных материалов, способов и методов выполнения ТП; а также оснащение рабочих мест и технологического оборудования современными высокоэффективными средствами экологического обеспечения.

Вторая глава посвящена оценке экологичности ТП сборочио-сварочных производств, выполняемых в ТЗСП. Проанализированы особенности их выполнения, в том числе при сварке предварительно Hai ре-тых конструкций, газовой и плазменной резке, тепловой правке. Несло

дованы тенденции развития сварочных технологий. Показзно, что дальнейшая интенсификация производства, использование новых конструкционных и сварочных материалов, внедрение современной высокопроизводительной техники и оборудования сопряжено с возрастанием техногенной нагрузки на производственную зону и, как следствие, на окружающую среду. Разработана методика оценки уровня экологической опасности ТП, позволяющая не только отслеживать динамику ей изменения, но и адресно управлять ею. Сущность предлагаемой методики заключается в разделении ТП на отдельные составляющие - технологические операции (ТО) и технологические комплексы приёмов (ТКП), для которых определяются источники экологической опасности по всем производственным вредностям. В качестве инструмента для сценки, при этом, предложено использовать коэффициент экологической опасности

где Лс\ - превышение ПДК ¡-ой предностыо: Ас^с,- с/п'<к, мг/м3-,

с/ - фактическая величина /-ой вредности, мг/м3;

с{тк - предельно допустимая концентрация (уровень) 1-ой вредности, мг/м3;

г,„ - время действия источника вредности (время выполнения конкретной ТО или ТКП), ч.

Расчёт для любого исследуемого ТП реально отражает динамику изменения уровня экологической опасности ТП по мере выполнения отдельных его составляющих, выделяет наиболее опасные в экологическом отношении работы, устанавливает проблемные вопросы разрабатываемых или оссаеваемых технологий, создаёт предпосылки для оптимизации ТП по экологическим требованиям.

Экологическая опасность большинства сварочных операций определяется дисперсным составом сварочного аэрозоля, его химико-физическим содержанием. Проведённые исследования дисперсности типичного сварочного аэрозоля (табл.!., рис.1.) показывают, что он является тонко- и монодисперсной системой, подчиняющейся нормальному закону распределения, с постоянным процентным соотношением фракций по высоте производственной зоны. Полученные закономерности позволяют рационализировать выбор наиболее эффективных средств экологического обеспечения технологических процессов.

Таблица 1.

Дисперсный состав сварочного аэрозоля

Размер фракций, мкм 0-0,3 0,3 • 0.6 (0,6-1,2 1Д-2,4 2,4 - 4.» 4,8 - 9,6 9,6<

Содержание чжстиц, % 17.1-1 5.4 'г' 0,4 о,: 0,06

До настоящего времени для этих целей используются периодические экспериментальные методы, достаточно трудоёмкие и требующие высокой квалификации персонала. Более целесообразным представляется применение расчётных методов. Однако это требует соответствующих разработок в области оптимизации сварочных процессов, в том числе по экологическим требованиям.

а) б) в)

Рис. 1. Распределение частиц сварочного аэрозоля:

а)-днфферснциальные кривые распределения частиц сварочного аэрозоля по числу;

б)-диффереициальные кривые распределения частиц сварочного аэрозоля по массе; з)-Ш1тсгралы1ые кривые распределения частиц сварочного аэрозоля.

1-усеарочноЙ дуги; 2- на высоте 1,5м; З-на высоте 3,0м

Рассмотрение нескольких вариантов наиболее рационально с помощью математических моделей. В связи с этим автором разработана модель, позволяющая установить зависимость между концентрациями (уровнями) выделяющихся производственных вредностей и основными технологическими характеристиками ТП. Исследования такой зависимости осуществлялись методами регрессионного анализа. Минимизация погрешности осуществлялась методом наименьших квадратов. Выбор экологически значимых вредностей производился методом пошаговой

регрессии с использованием критериев статистического анализа: автокорреляционной функции Дарбн.ча-Уотсона /)!У и коэффициента детерминации г?.

Уровень загрязнения (концентрация вредных веществ) в ]-ой зоне предполагался зависящим от методов и средств выполнения ТП (выделений ¡-ой производственной вредности).

И

(2)

I

где у - концентрация вредных всщеста а ¡-той зоне, мг/м*', } -номер зоны;

о^-начальное содержание вещества в воздухе рабочей зоны (до

начала сварки), мг/м*; Ху -выделение ¡-той вредности в]-той зоне, мг/м}; ту- коэффициент пропорциональности между концоггрщией вредных веществ и их выделениями ог работающего технологического оборудования; £/ -погрешность аппроксимации; Я-число учитываемых вредностей.

Механизм образования вредных веществ при горении сварочной дуги рассматривался как процесс, протекающий при переменной темиг-рап/ре со значигйчммм накоплением тепла взми стирки и ргзи!М её падав»! ь-ри скииши сварочного газа с окрумющим кццухом. Именно уют фжгор является наиболее значимым для формирования состава и концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Разработка алгоритма расчета выполнялась на базе модели предусматривающей три температурные 20:0.1 (Рис. 2.).

Зона обраю»змия

',<,05« 15«

Рис. 2. Модель образования и распределения „¡устных веществ при горении сварочной д> {и

Первая зона характеризуется ограниченным объемом и отсутствием потерь на рассеивание (обмен с окружающим воздухом затруднён). Совместное решение уравнений для скорости химических реакций, материального и энергетического баланса, а так же скорости изменения температуры в зоне горения сварочной дуги, описанных в работах А.Н. Григорьева, позволяет получить выражение

¿с „„ ( Ета\

где с - концентрация вредного вещества, мг!м3\ г - время охлаждения газа, с; Кг, - колстанта скорости обратной реакции; Е - энергии активации химических реакций, кДж\ а - коэффициент, характеризующий скорость охлаждения газа; Л^-равновесная концентрация вредных веществ в центре дуги, мг/м3\ Х- количество выделенных вредных вещества,мг/м3.

Решением этого уравнения относительно X можно определить концентрации вредных веществ внутри и на границе первой зоны

с'.»[$(£)£о]*яМ»Л000> (4)

где - •'бщее решение уравнения (3);

Е0 - энергия активации обратной химической реакции; М- молекулярная масса, моль.

Вторая зона характеризуется резким снижением температуры, большим контактом с окружающим воздухом и диффузионным распределением выделяющихся веществ, концентрации, которых могут быть определены из уравнения материального баланса

Д

■ср

(5)

где - средне логарифмическая, для рассматриваемого шгтервала

температур, величина коэффициента диффузии;

- количество вещества, поступившее в систему за

'.се

счёт диффузии, мг;

у

кс - колнчестпо вещества, вышедшего из системы, мг.

Решение этого уравнения имеет вид

{

с" = с'ехр

(б)

где - расстояние от границы первой зоны до границы атороГ;,

рапное (ТгТ)/1000 мм (здесь Т2 и Г- температур:!, соответственно в первой н второй зонах, К).

В третьей зоне изменение концентрации вредных веществ обусловлено диффузионным переносом и интенсивностью движения воздуха в помещении, а так же степенью его ооновлеьня. В этом случае уравнение материального баланса имеет вид

-D — dt + Р| А

ЙВ + £(т)]'/г"" KBCd:dr = ( 7 )

где С - концентрация строчного газа на расстоянии / от центра сварочной дуги, .мг^и'; К/г кратность тпдухообмена, раз.

Решением этого уравнения является

(

с"' = с ехр

(8)

Разработанный алгоритм может использоваться в оптимизационных расчётах режимов сварки, а также при выборе конструкционных :л сварочных материалов. Варьируемыми параметрами, при этом, могут являться параметры, определяющие температурный ре;.(нм в зоне сварки, а так же величина кратности воздухообмена. Схема алгоритма такого расчёта приведена на рис. 3.

В третьей главе представлены перспективы экологизации ТП при выполнении сборочно-сварочных работ в ТЗСП. Рассмотрены современные технологии очистки аспнрационных выбросов и их аппаратное оформление. Показано, что при выборе активного компонента пг;о-

с

Нсчгю

1. Объявление структур данных /

/2. Инициал начальных 31

шация значений

7. Для каждого вещества

8. Расчет хонцепграцин вредных веществ в термических зонах 1 ...3 и определение катеюрнн опасности по каждому веществу

9. Определение общей опасности производства

10. Формирование и печать выходных данных

V__

С^Конец"^)

Рис.3. Схема алгершма расчёта уровня экологической опасности произведена и оптимизации технологнчесхнх режимов по экологическим требованиям

промывных сред ориентироваться следует, прежде всего, на океслзлс-ли. В этой связи особый интерес представляют озонные технологии как экологически чистые и наиболее эффективные методы окислительной деструкции большинства химических веществ. Благодаря' высокому окислительному потенциалу (Ео=+2,07В) озон окисляет практически все химические соединения, содержащиеся в твёрдой фазе аеппрз'дионных выбросов с образованием кристаллического осадка, легко отфильтровывающегося в узлах фильтрации. Основные компоненты газовой фазы также легко нейтрализуется озоном. Именно это его качество положено в основу разработанной автором технологической схемы устройства для очистки аепкрационных выбросов сварочных производства, в котором реализована технология промывки загрязнённого воздушного потока насыщенной озоно-водяной эмульсией. Функциональная эффективность предлагаемой схемы требует строгой сбалансированности рабочих характеристик отдельных составляющих процесса счистки. В связи с этим автором разработана математическая модель процесса очистки аспира-цнонных выбросов в устройстве аспирации и регенерации воздуха производственной зоны, в основу которой положены работы А.П. Муратова, Концептуальная модель этого процесса приведена на рис.4.

^-2 -с2 • С2 0 • С0

Рис.4. Модель нестационарного процесса очистки аспирапиояпых выбросоз и регенерации воздуха производственной зоны в замкнутом судовом помещении (отсеке) с применением озонных технологий

Уравнение баланса воздуха в обслуживаемой производственной зоне при этом имеет вид:

(9)

где объем приточного воздуха, лс7ч;

объём озонированного воздуха, поступающего из генератора озона, м3/ч;

Ь] - объём воздуха, поступающего в помещение при инфильтрации, м3/ч;

¿1 - объем воздуха, удаляемого из помещения при экефнльтрашш, м3/ч; ¿4 - объйм воздуха, удаляемого из помещения средствами вентиляции, м}/ч.

Материальный баланс по озону для производственной зоны с объёмом Уг, в котором принято идеальное перемешивание реагента с загрязнённым воздушным потоком, выглядит следующим образом

= ( 10)

где co.c2.c3- концентрация озона соответственно: в приточном создуке; в воздухе обслуживаемого помещения; воздухе, обрабатываемом г. камере орошения устройства аспирации, г/м3; г - промежуток времени, с;

5 - потерн реагента в обслуживаемом помещении, г/с.

s=HArkaen. гс2. (11)

i-i

здесь A¡ - площадь контакта обслуживаемого помещения с озоном, м1-, kxtl¡ - скорость распада (депозицин) озона, мг/с.

Материальный баланс но озону для объёма камеры орошения устройства аспирации Vh в котором также принято идеальное перемешивание озона имеет следующий вид

Hi^- = ¿0c0+£^I7-(/.0+¿1)C3, (12)

где с/ - концентрация озона, поступающего из генератора озона, г/м3: г} - коэффициент использования озона в устройстве аспирации • (определяете* экспериментально).

При решении уравнений (10,12) при стационарном режима обработки воздуха, когда г—а с1с2 / с!г =0 и ¿с$/ (1т=0 возможно определение концентрации озона в воздухе, поступающем в обслуживаемое помещение. Известно, что необходимая концентрация озона в воздухе производственной зоны (обоснована в работах А.П. Муракова), равна сз = 25...35-Ш6г/м} (при фоновой концентрации со=Ю...ЗО-Ш6г/м3). Тогда концентрацию озона с/, поступающего из генератора озона для озонирования (насыщения) промывной воды в устройстве аспирации логично определить из выражения

ы-—-

\ ¿о+Ь )

(13)

где члены уравнения выражают:

С2 (¿0+1.1+1.2) - долю озона, поступающего с обрабатываемым воздухом из устройства аспирации, мг;

¡-к^ А' К ¿о+Ь 1) - долю озона, расходуемого на очистку воздуха в обслуживаемом помещении, мг;

Со [¿о (¡-кдеп4 Л," Н ^+¿1) )+ ¿2] - долю реагента, поступающего с приточным воздухом (этим параметром в практических расчетах можно пренебречь, из-за его незначительности), мг.

Производительность генератора озона, работающего в составе устройства аспирации, описывается уравнением

€ = (14)

Количество озона, израсходованного на очистку воздуха в обслуживаемой зоне, в формуле (5) можно выразить через концентрации озона в потоках воздуха Ь0 и Ь,

£ ._Лг*леп (15)

и ¿(,+¿1 с3

где Ер - озонный индекс чистоты воздуха в обслуживаемой зоне.

Исходя из практических целей, можно пользоваться тем или другим выражением, так как значения к(к„1А1 /(и (сгс^/с3 тождественны.

С учётом формулы (15), окончательно концентрация озона с/ определится из выражения

'Iе Р

где z - коэффициент использования газовых объёмов, определяемый

L

уравнением г - —,

здесь L- Lo+Li+Li - воздухообмен в обслуживаемой зоне, м'/ч.

Зависимость изменения стационарной концентрации озона С„ определяется из уравнения материального баланса

=-Cj-JT> (17)

1-е L>

где Кj - константа скорости синтеза и распада озона отнсссииая к единице удельной мощности разряда, м}/Вт с;

N- активная мощность разряда в генераторе озона, Вт.

Так как С/ известно, то электрическая мощность разряда, необходимая для режима очистки аспирационного потока, определится из выражения

W = ^[lncfl-ln(ca-q)]. (18)

При реализации принципа орошения загрязнённого воздушного потока озонированной промывной подо/i, обработка воды озоном происходит при диспергировании реагента в воду и их смешении, что сопряжено с образованием газовой эмульсии в контуре циркуляции. При этом смесь промывной среды с озоном становится более текучей (чем сама вода) вследствие снижения её плотности и вязкости, что доказано исследованиями Пажи Д.Г. и Галустова B.C. Это обстоятельство способствует повышению поверхностной энергии и турбулизации плёнки озоно-водяной эмульсии при распылении форсункой.

Исследованиями Вялого Б.И. и Степанова A.B. для современных камер орошения теплотехническая эффективность Ел в адиабатическом режиме работы зависит в основном от аэро- и гидродинамической обстановки в камере орошения и может быть определена по апроксими-рукицей зависимости

Ел =l-exp(-v4X'pa'l/'). (19)

где Л/, а,01- коэффициенты, постоянные для определенной конструкции камеры орошения;

¡л„ - коэффициент орошения;

р - давление промывной воды перед форсунками, к Па.

Поскольку применение озоно-водяной эмульсии прн распылении форсунками в камере орошения способствует улучшению условий распада струи жидкости в факеле форсунки, возможно, предположить повышение эффективности процессов тепло и массообмена, что экономически целесообразно. Коэффициент орошения, при этом, определится по модифицированной формуле

где /?/ - коэффициент, постоянный для определенного объема реагента, диспергируемого в промывную воду.

На основании этой формулы определяется объём промывной воды, распыляемой в камере орошения, м3

(21)

который необходимо постоянно отфильтровывать и насыщать озоном.

Полученные зависимости позволяют установить функциональную связь между начальным и конечным состоянием взаимодействующих сред. Однако они требуют экспериментального определения коэффициентов, характеризующих работу устройства аспирации.

Четвёртая глава посвящена экспериментальным исследованиям процессов комплексной очистки аспирационных выбросов, основной целью которых являлось: практическое подтверждение возможности очистки аспирационных выбросов, а именно:

-коэффициента теплотехнической эффективности Ел камеры орошения устройства аспирации при распылении озоно-водяной эмульсии с различным газосодержанием;

-коэффициента использования озона тр,

-стационарной концентрации озона С„ и коэффициента К/, характеризующего процесс его синтеза;

а также исследование особенностей работы отдельных узлов устройства и определение степени влияния величины давления сжатия Рс на их рабочие характеристики.

Исследования осуществлялись на специальном стенде (рис.5.)

по разработанной автором методике.

Исследования по определению коэффициента теплотехнической эффективности Ел, выполнялись в диапазоне температур 18...30 С, ко-эффицие!гге орошения /4=0,5...1,2, массовой скорости воздушного потока 2,5...3,0 кг/м2с и коэффициенте газосодержания до 0,06. По результатам опытов установлена взаимосвязь Ел~/(1н,1к,1т,р1,РгЬ1), для которой получены соответствующие коэффициенты регрессии.

атмосферы

Рис. 5. Схема экспериментального стенда КО - камера орошения; ФА - форсуночный аппарат; СЭ - система эллммннаторов (капле упоиителей); Н - насос циркуляционный; ГО - генератор озона; УС - узел смешения; ФК - фильтр контактный; Р - расходомер ротационный; РУ - регулятор уровни; М1-МЗ - манометр; МВ - мановакуметр; КП1-КПЗ - регулировочно-залорная арматура.

После проверки кoэфq>нциcIrroв по критерию Стьюдента с 95% доверительной вероятностью, а также дополнительной проверке по критерию Фишера, получено эмпирическое выражение

^И-ехр^/28/'/^.012)- (22)

Полученное выражение, в отличие от известного (19), имеет в определительной части член, учитывающий объём газа Ь, в промывной воде. Теплоэнергетическая эффективность увеличивается с ростом объема диспергируемого газа, за счёт создания мелкодисперстного распыла промывной среды, ускоряющего процесс её испарения в воздухе. Уста-

новлено, что распыление газовой эмульсии центробежными форсунками увеличивает теплотехническую эффективность камеры орошения на 13... 15%.

Коэффициент использования озона 7 определялся косвенным методом, когда конечным результатом являлось определение необходимой производительности озоиаторного оборудования при обеспечении им равновесной концентрации озона в воздухе производственной зоны с2-При этом введение реагента в обрабатываемый воздушный поток осуществлялось двумя способами: орошением обрабатываемого воздуха насыщенной озоко-водяной эмульсией и - непосредственным введением озона в аспирационный поток (после камеры орошения). Для каждого режима экспериментально определялась производительность генератора озона и далее - значение коэффициента Г) по формуле

= (23)

С

где С,С - производительность генератора озона; соответственно, при орошении воздушного потока насыщенной озоно-водянон эмульсией и гтои введении озона непосредственно в обрабатываемый воздух, г/ч.

Для исследуемого процесса установлено численное значение коэффициента использования озона г)=0.0б, указывающего на предпочтительность применения первого режима.

Экспериментально определены значения коэффициентов, характеризующих работу генератора озона С„ и К/ (адекватных только для конкретного озоиаторного оборудования).

Са = 27,0 г/м3 К, = 5,8710~7м3/Втс

Исследованы некоторые особенности работы отдельных улов устройства. В частности режим функционирования в условных высоких давлений сжатия промывной среды. Определены рабочие характеристики узла смешения. Установлена зависимость расхода инжектируемого газа (озона) от величины давления сжатия. Определен её характер (линейный) и численное значение коэффициента к, фактически учитывающего величину давления окапя при проектировании узла смешения (дтз диапазона 0,2 ¿Рс ¿0,39 МПа)

к = 0.13Г104.

Получено — пирггческое выражения для определения величины давления сжатия инжектируемой среды (с учётом коэффициента к)

L39(ft+I) ИН1-*6»)]-^

О*/— + l) -1 \qp )

Полученные зависимости легли в основу разработанной автором методики и алгоритма автоматизированного проектирования новой экологической техники, позволяющей достаточно точно определять: рабочие характеристики и основные конструктивные параметры систем аспирации и регенерации воздуха производственной зоны; оптимальные энергетические параметры этих систем; необходимые концентрации реагента на выходе из генератора озона (с учётом его расхода на очистку газо-промывной среды и аспирациошюгс потока); необходимый объём газо-промывной среды, подлежащий постоянному озонированию, с учётом её испарения и выноса в шд.1 капельной фазы из камеры орошения устройства аспирации. Основными определяемыми параметрами предлагаемой методики являются: 1 - коэффициент теплотехнической эффективности Еа! 2 - коэффициент орошения //; 3 - коэффициент использования озона tj; 4 - стационарная концентрация озона, Са, г/м3; 5 -константа скорости синтеза озона, К,, м' time; 6 - расход промывной воды в камере орошения, W, м3/ч; 7 - объём газовой фазы, диспергируемой в промывную воду, li, м3/ч; 8 - концентрация озона, подаваемого в узел смешения, с/, г/м3; 9 - давление инжектируемой среды (для узла смешения), Р„ кПа; 10 - коэффициент, учитывающий величину давления сжатия, k; 11 - необходимая мощность разряда в генераторе озона, N,Bm; 12 - производительность генератора озона, G, г/ч.

Адекватность результатов расчёта, выполненного по данной методике, опытным данным подтверждена на практике. Результаты, полученные расчётным и опытным путями различаются не более чем на 45%.

Пятая глава посвящена вопросам практической реализации результатов выполненных исследований при проектировании современной экологической техники для очистки аспнрационных выбросов сбо-рочно-сварочного производства, а так же анализу социально-экономической эффективности от её внедрения на предприятиях речного транспорта.

На базе разработанных методик спроектирован и изгоювлен пк-

лотпый образец мобильного устройства для очистки аспнрациоиных выбросов, общин вид, компоновка и техническая характеристика которого приведены на рпс.б.

Лабораторные и производственные испытания разработанного устройства показали высокую эффективность его использования при очистке асиирационных выбросов от твёрдой и газовой составляющих сварочного аэрозоля. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Техническая характеристика

Производительность, м3/ч 80... 100 Напряжение питания, В 220

Частота тока, Гц • 50

Потребляемая мощность,йот $30 Режим работы продолжительный

Масса, кг . иебоягс 13,5

Габаритные размеры,.» 0,5.1x0,37x0,34

10 9 8 7

Рис.б. Общий вид и црмцоповка пилотного образца мобильного устройства для

очистки гсгЛраииониых гыбросов сварочных производств 1-кожух; 2-воздухопод засасывающий; З-воздухопрнёмник; 4-рсгулятор иронзводи-тельиостн; 5-ш1Днютср зспелис:..« фильтра; б-генератор озона; 7-у;ея смешения; 3-фнльтр; 9-корпус; 10-камера смешения .

Предложенная .методика расчёт может бьпь применена также припро::сп1-ровшвш средавз;юлоп1ческшй сбеотечеши для ^^ сборкою и дру! нх звдов с>'доаро1ггелыю-суд<:; хнгшых производств.

Подтверждённая. социально-экономическая эффективность внедрения в производство 0и ОАО «Октябрьский ССРЗ») разрабоганногъ устрой-спи составляет до ЯО/шс руб./год для одного сварочного поста. Наибольший эффект при этом достигается при егожепользовашш в ТЗСП.

Таблица 2.

Результаты испытании пилотного образца мебильного устройства дгя очистки аспирационшлх выбросов сварочного производства

По-сазатель |

Основные

| компоненты I ( модельный ' к;« в аппарате

Проба

Контрольная | После очист-(модельный ' геп

1. Аэрозольная состаг.

>^1;>ест!!ь,(ость

ЭЧ'ПХК

Состевдзо- твёрдая ЕЮ: 3.9 0.7 82.0

СпО, 03 0.07 76.7

ПпО: 16.3 1.2 92.6

(чртзгш'е- газовая 1.5 0.4 92.7

и::эПДК, со 16.7 2.2 S6.fi

рлз) ,то 23.0 ■ 1.2 94.8

ыог 27.5 5.45 80.2

о, о.:5 99.9

1 2. Пыль (обшая), мг/л >

I.................Г " 43.3 1.4 96.7

ОСНОВНЫЕ выводы

1. Варг.оотана концепция повышения экологической безоп'сно-сти те&юлогичесхих процессов основных судострокте:. ы :о-судорсэдо:ггных производств, поиска наиболее рациональных средств и мел до сЧ рз&лиззции.

2. Определены основные направления уменьшения негативных последствий выполняемых технологических процессов.

3. Разработаны метод к алгоритм расчёта уровня экологической опасности технологических процессов.

4. Рвзр.'.бэтана адекватно отражающая экспериментальные данные штемстическа.: модель комплексной обработки аспирационных выбросов и регенерации воздуха производственной зоны методами озонирований.

5. Предложен алгоритм автоматизированного расчёта рабочих характеристик и основных энергетических и конструктивных параметров системы аспирации, её отдельных узлов и блоков. '

6. Материалы исследований использованы при проектировании, изготовлении к внедрении в производство пилотного образца устройства для очисти! аспирационных выбросов сварочных производств, лабораторные и производственные испытания которого подтвердили основные положения разработанных методик и схем расчёта.

Основные положения диссертационной работы нашли отражение в следующих работах:

!.Бурмистров Е.Г. Экологический аспект в современном судостроения. - Тр./Международного Форума по проблемам науки, техники и образования. Москва. 1997, вып. 51, стр.11-16.

2. Курников Л.С., Бурмистров Е.Г., Щепоткин A.B. К вопросу о создачи:-" ?»чкторов, устойчиво работающих при высоких даплсшях сжатия. -Тр./ВГА ВТ. 1995, вып. 273, стр. 1-13-156.

3. Кур1 ¡икса A.C., Бурмистров Е.Г., Щепотктш A.B. Разработка, создание и внедрение экологически чистых и ресурсосберегающих тех-ннг" и технологий. - / Материалы Международной научно-технической конференции «Малоотходные и энергосберегающие технологии». -Пензч . - 1996, стр. 65-6S.

4. Бурмистров Е.Г., Курников A.C. Перспектшлше технологические схемы кондиционирования воздуха. / Экология и промышленность России. - 1997 - Vi! 7, стр. 8-11.

5. Бурмистров £.Г. Моделирование процессов обработки воздуха в СКВ, функционирующих с применением озонных технологий. - Тр./ ВГАВТ*!??", вып.'276, стр.3-18.

6. Бур-.-;!стров Е.Г., Курников A.C., Торопага А.Н. Комплексное решение п^Ллемы охраны окружающей среды,- / Материалы Межгосударственной научно-технической конференции «Малоотходные и энергосберегающие технологии ».- Пенза,- 1997, стр.29-3!.

7. Патент РФ № 207'.063, МКИ 6 С 01 В 13/11. Генератор озона / Курннксч A.C., Бурмистров Е.Г., Хлопков С.А., Щепоткин А.Е., Аверьянов A.A., М-.р-нп М.П., Алексеев A.M. Заязл. 07.06.93; опубл. 27.03.97 Бюл. № 9.

8. Патент РФ № 2081058, МКИ б С 01 В 13/11. Способ охлаждения озонатора и устройства для его осуществления. / Курников A.C., Бурмистров Е.Г., Хлопков С.А., Шепотки и A.B., Азерьяноа A.A., Маркин М.П., Ларичева Л.А. Заязл. 25.01.94; опубл. 10.06.97 Бюл. № 16.

9. Патент РФ К» 2075972, МКИ б F 16 J 15/46. Узел уплотнения / Курников A.C., Бурмистров Е.Г., Хлопков С.А., Щепоткин A.B., Аверьянов A.A., Маркин М.П., Шмаков В.М. " "ш. 27.04.93; опубл. 10.04.97 Бюл. № 10.