автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка технических решений по улучшению состояния воздушной среды в цехах переработки реактопластов методом прессования

г 7- О Я 9'?

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОХРАНЫ ТРУДА ВКП В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ

На правах рукописи

РУТКАУСКАС Юозас Сергеевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО УЛУЧШЕНИЮ СОСТОЯНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ В ЦЕХАХ ПЕРЕРАБОТКИ РЕАКТОПЛАСТОВ МЕТОДОМ ПРЕССОВАНИЯ

05.26.01 - Охрана труда и пожарная безопасность

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 1992

Работа выполнена в лаборатория промвентиляции, кондициони-

j

рования я очистки воздуха Всесоюзного научно-исследовательского института охраны труда в г.Санкт-Петербурге

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Гримитлин М.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук« профессор

^уэьыян В.И.

кандидат технических наук Хомутецкий D.H.

; Ведущая организация: Госпластпроект, г.Ростов-на-Дону. . Защита состоится //199£ г. в УРчас.

■на заседании специализированного совета К 021.02.01 при Всесоюзном научно-исследовательском институте охраны труда БКП по адресу: I9II87, Санкт-Петербург, ул.Фурманова,3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан $ [ЧiClj}199г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Демченко П.К.

'I? - .,

7: " П"'.

ое:ая характеристш работч

Акгумьность_гемы. Важным этапом на пути перестройки и ускорения социально-экономического развития страны является создание безопасных и безвредных условий труда в промышленности при экономном расходовании топливно-энергетических и материальных ресурсов.

Интенсивное внедрение пластмасс в народном хозяйстве обусловлено их ценными физико-механическими свойствами и сравнительно простой технологией переработки. Широкое использование пластмасс в промышленности позволяет снизить металлоемкость и массу изделий. Еыпуск пластмассовой продукции в 1990-95 годы намечается увеличить в 2-3 раза и наряду с экструзией и литьем процессы прессования продолжают находить широкое применение.

Анализ результатов обследования предприятий показывает, что условия труда при процессах прессования на многих производствах не отвечают требованиям Санитарных норм,и других нормативных материалов. Повышенное содержание вредных веществ, неблагоприятные метеорологические условия, а также монотонность рабочих операций - создают неудовлетворительные условия труда.

Комплекс неблагоприятных факторов обуславливав? повышенную заболеваемость рабочих. Так, например, уровень заболеваемости с временной утратой трудоспособности в прессовом цехе завода "Пласта" в 1,3 раза превышает этот показатель в целом по заводу.

С учетом изложенного и учитывая значительный контингент работающих в цехах прессования (50 тысяч человек), диссертационная работа, посвященная улучшений состояния воздушной среды в этих цехах, является актуальной.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с заданием 01.02.04 общесоюзной программы по проблеме 0.74.08 на 1981-85 гг. ГКНТ СССР "Разработать и внедрить методы и средства, обеспечивающие дальнейшее повышение безопасности и оздоровление условий труда в народном хозяйстве" и общесоюзной научно-технической программы 0.46 на 1936-90 гг. "Профилактика заболеваний населения" (приложение * 160 к Постановлению ГКНТ СССР от 30.10.1985 г., * 555).

Цель £аботы_и_задачи исследования^ Целью работы является улучшение санитарно-гигиенического и метеорологического состояния воздушной среды в цехах прессования и обеспечение экологической безопасности прессового производства.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- усовершенствовать технологическую схему прессования;

- разработать и исследовать новые аэродинамические схемы местных отсосов;

- предложить и исследовать более рациональную схему общеобменной вентиляции;

- снизить экологическую опасность производства прессования реактопластов.

Научная новизна_ ^аботы^ Установлены закономерности влияния мощности конвективных потоков, высоты и площади рабочего проема укрытия пресса на оптимальный•объем удаляемого от него воздуха.

Выявлено влиыие режима прессования и ассинхронности работы прессов в линии робото-технологического комплекса (РШ на

<

минимально-необходимый суммарный объем удаляемого воздуха.

Аналитически определены и экспериментально подтверждены ^¿личины коэффициентов воздухообмена для рекомендованных схем вентилкдии.

Установлено влияние относительной площади технологическо-• го оборудования на равномерность распределения скоростей в рабочей 'зоне производственного помещения.

Выявлены закономерности влияния начальной концентрации и продолжительности работы сорбционно-каталитическог8 аппарата на степень очистки в нем воздуха от фенола и формальдегида.

Практиче£кая^енность^. Разработана новая схема робототехнологического комплекса (РТК).

Создано теплоизолирующее устройство для стационарных пресс-форм. Разработано конструктивное решение местного отсоса к прессам РТК. Создана типовая схема централизованной очистки вентиляционных выбросов от фенола и формальдегида.

Енедвени^ £ез^льтатрв_ £аб^оты_;_ Разработанные технические решения внедрены на заводе "Пласта" и в настоящее время распространяются на другие заводы различных отраслей промышленности (Харьковский завод "Харпластмасс", Луцкий завод пластмассовых изделий, КиеЕПластмасс, П.О.Страуме в г.Риге, Л.О. Аурида в г.Паневежисе, П. 0. Ростсельмаш в г.Ростове-на-Дону и др.). По данным Тоспластпроекта" намечено внедрение на 40 предприятиях.

Результаты' работы вошли в ряд нормативно-методических документов :

ССБТ. Переработка пластических мёсс. Требования безопасности. ГОСТ 12.3.030-83. М., 1983.

Методические рекомендации по уменьшению тепловыделений чри прессовании пластмасс и снижению температуры нагретых по-зерхностей оборудования ВНИИОТ ВЦСПС. Л.,1984.

Методические рекомендации по определению безопасности 1роизводственного оборудования и производственных процессов.

ЕКИИОТ ВЦСПС,'1986.

Нормы проектирования отопления и вентиляции производств по переработке пластических касс. Л., ВНИИОТ ВЦСПС, 1987.

Общесоюзные нормы технологического проектирования производств по переработке пластмасс ОНТП 2-87, часть I, часть 2. Мшсхимпром СССР» 1987.

Внедрение разработанных технических решений на заводе "Пласте" позволило получить годовой экономический аффект в суше 378 тыс.руб. .

Апробация Еабргы^ Материалы диссертации доложены и обсуждены на Всесоюзных научно-технических семинарах "Новое в проектировании и эксплуатации систем промышленной вентиляции" б г.Ленинграде (1982 г., 1986 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Актуальные проб л ля»- охраны .труда в промышленности" в г.Ленинграде (1986 г.); на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Современные способы очистки вредных шбросов в атмосферу" в г.Ленинграде (1991 г.); на науч»с-технической конференции "Холод - народному хозяйству" в г.Лекчмграде (1991 г.).

Результаты диссертации опубликовав в б печатных работах. Новизна предложенных технических решений длдтверждена З-мя авторскими свидетельствами.

Ст2укт£ра и объем диссертации. Диссертацкг состоит: из введения, шести глав, общих выводов. Она содержа? 85 страниц машинописного текста, 24 рисунка, 19 таблиц.

Список использованной литератур*, состоит

из 85 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В результате проведенных исследований установлено, что работа в цехах прессования проводится в условиях воздействия -на человека комплекса вредных факторов, наиболее отрицательное воздействие из которых оказывают следующие: значительное при-

кгние ручного труда (до 80£), повышенная загазованность и неудовлетворительные метеорологические условия.

Для успешного решения задач по улучшению условий труда в прессовых цехах были выявлены ггркчшш и разработаны мер^ по устранению отнх вредных факторов. 1

Для сокращения применения ручного труда впервые в стране разработан и внедрен на Вильнюсском заводе "Пласта" автоматизированный робото-техн"»логический комплекс (рисЛ), содеряагций: пресса-полуавтоматы, автомат« загрузки сырья, манипуляторы съема изделий, транспортеры загрузки сырья. Еходящие в этот комплекс пресса - серийные, выпускаемые отечественной машиностроительными заводами. Есе остальные элементы этого комплекса изготовлен« на заводе по собственной технической документации.

Таким образом, впервые на примере одного завода, показана возможность автоматизации процесса прессования, что позволяет: сократить количество ручных операций; уменьшить количество рабочих, обслуливаизих пресса; повысить производительность труда; сократить время хонтакта рабочего с уточниками вредных веществ.

Основными причинами повышенной загазованности воздуха и значительных теплоизбыткоз в цехах прессования являются низкая эффективность местных отсосов у технологического оборудования.

Санитарно-гигиеническая и техническая оценка существугщжс местных отсосов у прессов показала необходимость совёрвзенство-вания их конструкции в направлении большей капсуляции пресса аля снижения расхода удаляемого воздуха и увеличения эффектив-4ости улавливания вредных веществ. Для выбора пути совервенст-¡ования конструкции' местных отсосов изучены аэродинамические хемы применяемых отсосов, в том числе распределение потоков оздуха в рабочем проеме пресса в зависимости от его размеров,

Новая технологическая схема прессоззния.

СГ\

I - резинокордный контейнер; 2 - транспортер; 3 - бункер; 4 - РТК (робото-технологи-ческий комплекс); о - щелевой конвейер; б - тележка целевого конвейера; 7 - сталкиватель; 8 - система локализации вредных летучих веществ,обпоя,пыли.

Рис.1. .

наличия передней и задней штор, габаритов прессформ, модности нагревателей п т.д.

Б качестве прототипа создаваемой конструкции и базы для проведения исследований выбрана схема отсоса, разработанная во БНЖОТ в Ленинграде (рис.2).

Испытания местного отсоса, направленные на оптимизацию расхода удаляемого воздуха и повышение эффективности улавливания еы-дэляещихся вродностей, выявили влияние тепловой мощности пресс-формы и налитая иторох на структуру воздушного потока в рабочем проеме пресса при различных расходах удаляемого воздуха.

Е качестве оптимального принят расход воздуха, при котором ' воздушный поток во всем рабочем проеме направлен внутрь, что свидетельствует об отсутствии выбивания вредностей из проема пресса.

Результаты экспериментов позволили установить, что оптимальный объем удаляемого воздуха зависит от размера рабочего проема, габаритов прессформа, мощности нагревателя и мояет изменяться в достаточно списком диапазоне от 500 до 1600 мэ/ч. При этом, установке гибкой шторки в заднем проеме пресса позволяет снизить расход воздуха в 1,7 раза.

Поскольку метода расчета бокового отсоса с четырьмя экранами не существует, проведены расчета испытанного устройства, как бокового отсоса с двумя экранами и как вытяжного шкафа с конвективным источником внутри (таблЛУ. В этих методах расчета расход удаляемого воздуха принимается пропорциональным расходу конвективного потока на уровне всасывающего отверстия и определяется для бокового отсоса по формуле

Разработанное устройство цяя удаления газов от гидравлических прессов.

а

/

я

1 \ г

1' —

И !

I - стол; 2 - пресс-форма; 3 - ползун; 4 - жесткий экран; 5 - рама пресса; б - якафное укрытие; 7 - привод экрана; 8 - гибкая штора; 9 - конфузор; 10 -> сборник грата.

Рис.2.

Таблица I

"актический и расчетный расходы удаляемого воздуха

Мощность пресс- Габариты пресс-Рабочий проем Коэф- расх0* воздуха, » /ч Невязка с фор-

*РЕ™._В2.---$рЕмы,_М--------„__фицк- - "счет™? " У"' * •

Изде- уста- потреб- ширина высота высота, пло- че- ----,.-------.----

новлен- ляемая щадь ^ ' .ский по формулам - „

ная м м^ (1) (I) (2) (!) (2).

'Изолятор 2500 1500 -0,31 0,36 0,76 -0,61 150 900 1030 060 -15 +4

Тутляр 4000 2400 . 0,36 0,45 0,77 0,62 160 1300 1290 IIQ0 +1 +14

Колодка 6500 3900 0,57 0,49 1,0 0,80 195 1Б00 2270 1560 -25 +13

а для вытяжного шкафа по формуле

3 /

¿р--М~}> К)?* , мэ/ч (2)

где О - теплопроизводительность источника, Вт;

Л- высота рабочего проема, м;

г~ ' ?

г - площадь рабочего проема, м ;

Н - расстояние от верхней плоскости источника до центра всасывающего отверстия, ы;

б - ширина прессформн, м;

С' - коэффициент, учитывающий вз£»'грасположение источника всасывающего отверстия и экранов.

Как видно из таблЛ, лучшее совпадение наблюдается при расчете по формуле(2).

По своим техническим характеристикам принятая аэродинамическая схема достаточно эффективна и может служить прототипом для местных отсосов к новому поколению технологического оборудования -робото-технологкческим комплексам с гранульной или порошковой загрузкой, которые внедрены на Вильнюсском заводе плестмассових изделий "Пласта" (рис.3).

Загрузка материала в-пресс производится через рабочий проем питателем с возвратно-поступательным движением, а выгрузка через задний проем к&чавдимся съемником. ?то позволяет довольно полно капсулировать пресс экранами с небольшими прорезями для пропуска манипуляторов. Шкафное укрытие заднего проема охватывает одновременно тару с отпрессованными изделиями и облоем. Экраны у рабочего проема выполнены подвижными, за-креплентзш на ползуне пресса. Отверстия в экранах для прохода манипуляторов закрывается гибкими шторами. Б результате

Лэроцикаьтческая схема вытяжного устройства к робото-тезошческому прессовому комплексу

12.

^ у

£

I - питатель; 2 - экран; 3 - пресс; 4 - гавкал шторка; 5. - укрытие; б - съемник; ? - тара.

Рис.3.

12Г-

суммарная площадь о?крытых проемов вытяжного устройства снижена до 0,1-0,2 м^, что дало возможность существенно уменьшить необходимый расход воздуха.

Дальнейшее совершенствование системы местной вытяжной вентиляции было направлено на снижение расхода электроэнергии на привод вентиляторов при групповой работе отсосов в единой сети воздуховодов. Исходной явилась предпосылка о том, что режимы работы вытяжных систем долкны соответствовать режимам работы технологического оборудования и стадиям технологического процесса:'на стадиях с повышенным выделением вредных веществ (загрузка, выгрузка, подпрессовка) расход удаляемого воэдфха должен быть максимальный; на стадиях с пониженным выделением вредностей (выдержка изделий) расход воздуха может быть снижен.

В результате хронометража работы технологического оборудования на заводе "Пласта" установлено, что продолжительность стадии загрузки-выгрузки ( Т ), которая требует максимального расхода воздуха ( ~ 500-600 м3/ч) составляет 1/3 полного цикла ( £ % ), а в остальное время достаточно удалять минимальное количество (6^^=150 м3/«). Было показано, что суммарная производительность вытяжной вентиляционной'системы, обслуживающей линию из 10 прессов, может быть определено по фор муле Г I

= \ib0Xrr,;n.tn'' (3)

где

Лр - общее количество работающих прессов в линии;

количество прессов, находящихся в данный момент в стадии "максимального воздухопотребления".

Значение П- зависит от продолжительности циклов £9/ на разных прессах, от одновременности начала работы и является величиной стохастической, определяемой из следующих соображений.

I

Вероятность стадии "максимального воздухопотребления" для каждого £ -того пресса составляв? » а вероятность

Ц!

этой стадии для всей линии прессов равна

/ ¿1 г /я* . г, , и /

Р = — ^ — С4)

Переходя от вероятности к' математическому ожиданию, получаем

П; = 7рГ. (5)

/

В случае постоянства ^ для всех прессов линии =3,3 требуемая "производительность вентиляционной системы, обслуживающей 10 прессов,

</А = 10.150 + 3,3 (600-150) = 3000 м-Уч,

т.е. составляет ~ 50% от расчетной максимальной производительности.

Таким образом, автоматическое переключение режимов работы местных отсосов в зависимости от стадии технологического процесса приводит к значительному снижению воздухообмена, а следовательно, к сокращению энергозатрат.

Для реализации вышеизложенного была разработана специальная конструкция местного отсоса (рис.4), отличающаяся от предложенного ранее тем, что отсос выполнен в виде цилиндра с

Аэродинамическая схеыа вытяжного устройства к РТН (при групповой работе прессйЕ-автоыатов)

а - режим прессования; в - релош поцпрессовок; е - режим съема готового изделия.

Рис.

золотников внутри неге и ограничителем хода золотника. Сечение золотника составляет 0,7-0,9 сечения отсоса, а его масса менее массы жесткого экрана. Золотник посредством гибкой тяги и системы блоков связан с жестким экраном и ползуном пресса, что позволяет регулировать расход удаляемого воздуха в зависимости от режима прессования.

При максимальной локализации Выделяющихся от прессов вредных газов доминирующей вредностью в теплый период года в цехах прессования становится избыточная теплота, на разбавление которой и рассчитывается необходимый воздухообмен, величина которого в течение всего года переменна. С целью экономии энергоресурсов в таком случае целесообразно применение систем приточной вентиляции с количественным регулированием. Учитывая,

что в цехах прессования глубина регулирования сравнительно ве-— /* — Р

лика ^^ 0,8-0,9, в диссертации показана

(У/яа*

целесообразность применения-в этих цехах двухзонной подачи приточного воздух-. Здесь (г/п<^> и б-тк - собственно максимальный и минимальный расходы удаляемого воздуха.

В теплый период года весь объем воздуха ( ) подает-

ся в рабочую зону с целью наиболее эффективного использования приточного Еоздуха. В холодный, период года для возможности увеличения рабочей разности температур и тем самым снижения теплоты на нагрев приточного воздуха поцача его ( (гл?'л-) осуществляется в верхнюю зону.

Были проведены исследования математической модели венти-ляпионного процесса, включающие аналитическое определение коэффициентов воздухообмена ^ , а также проверка полученных результатов на физической модели в производственных условиях, процесс прессования связан с выбросом в атмосферу лнячи-

тельных объемов загрязненного вентиляционного воздуха. Особую опасность представляет загрязнение атмосферы фенолом и формальдегидом, являющимися канцерогенными веществами. Необходимая степень очистки вентиляционных выбросов определялась расчетом с использованием типовых программ по методике Госкомгидромета СССР.

Анализ существующих способов очистки газовых выбросов показал, что традиционные методы очистки: термические, термокаталитические и абсорбционные не экономичны при обезвреживании низкотемпературных и слабохонцентрированных газовых выбросов, имеющих место в цехах прессования.

Проведенный поиск н исследования■выявили, что для таких выбросов эффективен и наиболее экономичен сорбционно-каталнти-ческий способ очистки на основе различных сорбентов-катализаторов, и в частности, марганцевой руда. Этот способ включает в себя чередующееся пропускание вентиляционного воздуха через слой гранулированного сорбента - катализатора при комнатной температуре и регенерацию слоя при ступенчатом нагревании его до температуры 300-400°С продувкой горячим воздухом. Процесс сорбции продолжается 2-3 недели и десорбции (регенерации) 10-12 часов.

С использованием в качестве катализатора-сорбента марганцевой руды создан опытно-промышленный реактор РКОВ-5, схема которого приведена на рис.5.'Габариты аппарата связаны с сорб-ционкой емкостью применяемого катализатора, скоростью фильтрации, обеспечивающей достаточную полноту сорбции.

Как показали исследования, степень Очистки воздуха от феноле н формальдегида зависит от начальных концентраций этих веществ и времени эксплуатации сорбента-катализатора. По ре-эудьтатрч длительных наблюдений средняя степень очистки воздуха

I - электронагреватель; 2 - патрубок для ввода загрязненного воздуха; 3 - катализатор-поглотитель; 4 ~ корпус агрегата; 5 - патрубок для выпуска очищенного воздуха; б - патрубок для ввода воздуха при регенерации

катализатора-поглотителя.

1В

от фенола составляет ^ 90^, от формальдегида ВЪ%.

Внедрение результатов комплекса выполненных исследований позволило улучшить условия труда и снизить экологическую опасность производства реактопластов методом прессования. Экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 378 тыс.руб/год из расчета на один завод.

В н В о д ы

1. На основе социологического г^следования выявлены доминирующие факторы, влияющие на условия труда в цехе прессования.

2. Разработана новая робототехнологическая схема, включающая автоматическую подачу материала и удаления готовых изделий, что позволило уменьшить контакт рабочих с вредными веществами

и изменить категорию тяжести их труда по затратам энергии.

3. Предложена новая аэродинамическая схема местного отсоса для РТК, позволяющая сократить в 2-3 раза объем удаляемого воздуха.

4. На основе исследования работы пресса в линии (с учетом режима прессования) предложена усовершенствованная конструкция отсоса, позволяющая дополнительно уменьшить объем удаляемого воздуха от линии из 10 работающих прессов до 3000 м3/ч.

5. Обоснована целесообразность применения в цехах прессования, оборудованных РТК с эффективными средствами локализации газовых выбросов, двухэоншй'системы приточной вентиляции с ко-

I

личественным регулированием.

6. Аналитически получены и экспериментально проверены значения коэффициентов воздухообмена для предложенной схемы организации воздухообмена.

7. Разработан и исследовав сорбционнб-каталитический аппа-.рат для очистки слабоконцентрированных выбросов фенола и формальдегида.

8. Предложены типовые схемы очистки вентвыбросов и комплексное решение вентиляции прессового цеха. 4

9. Енедрение разработанных решений в цехе прессования завода "Пласта" дало суммарный экономический эффект (с учетом решения вентиляции, способа очистки и природоохранных мероприятий) 378 тыс.руб/год.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУЕЛШОЕАНО S РАБОТАХ:

1. Гримитлин U.V.., ?льтерман Л.Е., Мордкович E.H., Рутнаус-кас D.C. Инструкция по проектированию отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха цехов прессования и литья полимерных •материалов: ЕНИИСТ ЕЦСПС, Ленинград, 1980. - 15 с.

2. Эльтерман Л.Е., Руткаускас Е.С. Вентиляция цехов переработки пластмасс // Новое в проектировании и эксплуатации систем .промышленной вентиляции: Материалы семинара ЛДНТП, 1982.

3 с.

3. Гримитлин М.И., Позин Г.М., Смирнова Г.А., Руткаускас D.C. и др. Методические рекомендации по расчету местных отсосов, встроенных в оборудование: ШИШТ ВЦСПС, Л., -70 с.

4. Гримитлин М.И., Эльтэрман Л.Е., Мордкович Е.М., руткаускас С.С. и др. Кормы проектирования отопления и вентиляции производств по переработке пластических масс: ШИИОТ ВЦСПС, Л.

- 70 с.

5. Эльтерман Л.Е., Руткаусклс Ю.С., Браиловский Л.М. Современные решения вентиляции цехов переработки пластмасс //

Новое в проектировании и эксплуатации систем промышленной вентиляции: Материалы конференции ЛДНТП, 1986. - 4 , 5 с.

б. Руткаускас Ю.С. Опыт эксплуатации установок очистки газовых выбросов в атмосферу на Вильнюсском заводе "Пласта*/ Современные способы очистки вредных выбросов в атмосферу: Материалы конференции ЛДНТП, 1991.

всесоюзный научно-исследовательский институт охраны труда вкл в санкт-петербурге руткаускас юозас сергеевич

разработка технических решений по улучшению состояния воздушной среды в цехах переработки реактопластов методом прессования

бумага типографская 60*8'] 1/10. тираж 100 экз. заказ 105. усл.печ.л.1.00. отпечатано ротопринтом в институте ин'юрмации ¿титвы.гооо.вильнюсдоторю - .2 7.