автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Защита воздушного бассейна городских территорий от загрязнения вентиляционными выбросами трубоэлектросварочных производств

На правах рукописи

ВЛАСОВА ОКСАНА СЕРГЕЕВНА

ЗАЩИТА ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННЫМИ ВЫБРОСАМИ ТРУБОЭЛЕКТРОСВАРОЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Специальности 05.23.03 Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение 05.23.19 Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005009349

2 6 ЯНВ 2012

Волгоград-2012

005009349

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Диденко Василий Григорьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Фокин Владимир Михайлович профессор

доктор технических наук, Грига Анатолий Данилович профессор

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Защита диссертации состоится «13» февраля 2012 года в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.026.01 при ФГБОУ ВПО Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1 (ауд. Б - 203)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета

Автореферат разослан «12» января 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Пшеничкина В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы: Производство электросварных труб является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей промышленности, предприятия которой, как правило, расположены в зоне городских территорий. При этом трубоэлектросварочное производство отличается последовательным осуществлением ряда технологически сложных операций, включая процессы плазменной механизированной сварки и резки металла. В ходе этих процессов образуется значительное количество неоднородных пылегазовых выделений, выбросы которых в атмосферу отличаются высоким уровнем содержания загрязняющих веществ, способных оказать существенное техногенное воздействие на состояние воздушной среды. Так анализ качества внутрицеховой атмосферы воздушной среды промышленных зон предприятий, а также прилегающей к ним городских территорий показывает, что степень защиты воздушного бассейна от загрязнения данными выбросами не в полной мере отвечает нормативным требованиям.

Учитывая возрастающую потребность современной экономики в наращивании объемов производства и сортамента труб, проблему защиты воздушной среды от загрязнения выбросами установок плазменной резки и сварки металла при производстве труб, особенно большого диаметра, следует считать весьма актуальной.

Практика показывает, что применительно к условиям очистки неоднородных пылегазовых выбросов местной вытяжной вентиляции, содержащих как твердофазные, так и газообразные загрязняющие компоненты, в различных отраслях промышленности успешно используются аппараты мокрой очистки. То же самое, отмечается и в отношении аэрозольных (пылевых) выбросов, характеризующихся большим содержанием мелкодисперсных фракций. Так на предприятиях трубной промышленности, для очистки сварочных аэрозолей и отходящих газов от установок плазменной резки труб, наибольшее применение получили аппараты ударно-инерционного действия - рото-клоны отечественного и импортного производства, пенные аппараты различных модификаций и пенновихревые скрубберы. Применение последних представляется наиболее перспективным, т.к. они показывают высокую эффективность извлечения мелкодисперсных пылевых фракций, характеризуются высокой интенсивностью осуществляемых процессов и отличаются значительно меньшими габаритными размерами, требующими значительно меньших дорогостоящих производственных площадей для размещения.

Общим недостатком названных типов аппаратов является относительная ограниченность скоростного (расходного) диапазона эксплуатации, в пределах которого стабильно обеспечивается проектная эффективность очистки. Это существенно снижает возможность эффективной эксплуатации та-

ких аппаратов в условиях нестационарности объемов газов, подаваемых на очистку системами местной вытяжной вентиляции от установок плазменной резки и сварки труб.

Цель работы: снижение экологически опасного воздействия, на воздушный бассейн городских территорий, вентиляционных выбросов трубо-электросварочных производств, посредством оптимизации режимных параметров и конструктивного оформления процессов их обеспыливания в интенсивных аппаратах вихрепенной очистки.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- оценка процессов механизированной сварки и плазменной резки металла, как источника пылевыделений, определяющего мощность и состав их вентиляционных выбросов в атмосферу;

- исследование дисперсного состава и основных свойств аэрозольных выбросов, образующихся в процессах плазменной резки и сварки металлов в условиях трубоэлсктросварочного производства;

- обобщение определяющих факторов и условий эффективной реализации процессов улавливания мелкодисперсных частиц пылей в вихрепенных инжекционцых скрубберах;

- теоретическое и экспериментальное исследование закономерностей улавливания в вихрепешшх инжекционных скрубберах мелкодисперсных аэрозольных компонентов пылегазовых выбросов установок плазменной резки и сварки металла трубоэлектросварочных производств;

- совершенствование технологических характеристик вихрепенных инжекционных скрубберов для условий очистки мелкодисперсных пылегазовых выбросов от установок плазменной резки труб трубоэлектросварочных производств;

- разработка инженерных решений и рекомендаций по снижению загрязнений воздушной среды промышленных зон и прилегающих территорий при очистке выбросов от установок плазменной резки труб в вихрепенных инжекционных скрубберах.

Основная идея работы состоит в снижении экологически опасного воздействия аэрозольных выбросов местной вытяжной вентиляции установок механизированной сварки и плазменной резки труб, на состояние воздушной среды промышленных зон и городских территорий, путем совершенствования режимных параметров и конструктивного оформления процессов их обеспыливания в интенсивных аппаратах вихрепенной очистки на основе компоновочной оптимизации размещения устройств пенообразования.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, математическое и физическое мо-

делирование, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений механики аэрозолей и аэродинамики струйных течений при моделировании изучаемых процессов, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворительной сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и промышленных условиях, а также с результатами других авторов и патентной чистотой разработанного технического решения.

Научная новизна работы:

- теоретически обоснована взаимосвязь эффективности осаждения частиц пыли от параметров формирования пенодинамического слоя в режиме вихревой инжекции и конструктивных характеристик узла контактирования очищаемого газа и жидкости;

- предложена математическая модель, характеризующая процесс осаждения аэрозольных частиц в пенодинамическом слое, формируемом в режиме вихревой инжекции;

- экспериментально исследованы и обобщены в форме уравнений регрессии, закономерности процесса осаждения аэрозольных частиц в пенодинамическом слое, формируемом посредством вихревой инжекции поглощающей жидкости закрученным потоком очищаемого газа;

- на основе корреляционного анализа экспериментальных данных подтверждена удовлетворительная степень реализации полученных уравнений регрессии процесса улавливания аэрозольных частиц и гидравлических потерь напора газа при пенодинамическом контакте очищаемого газа с поглощающей жидкостью в режиме вихревой инжекции;

- обобщением экспериментальных данных установлены закономерности, характеризующие режимно-технологические условия эффективного улавливания аэрозольных частиц и гидравлических потерь в слое динамической пены, формируемом посредством вихревой инжекции поглощающей жидкости.

Практическая значимость диссертационной работы:

- сформулированы принципы унификации аппаратурного оформления процесса очистки выбросов электросварочных процессов при контакте с поглощающей жидкостью в режиме вихреинжекционного пенообразования;

- определена унифицированная структурная и технологическая схемы многокамерного модулированного вихрепенного инжекционного скруббера для очистки выбросов установок механизированной сварки и плазменной резки труб трубоэлектросварочных;

- получены расчетные формулы режимных параметров процесса эффективной очистки аэрозольных выбросов термоагрегатов плазменной резки и сварки труб в вихрепенных инжекционных скрубберах;

- обобщены факторы и уточнены режимно-технологические характеристики, определяющие динамику и закономерности загрязнения воздушного бассейна промышленных зон и городских территорий выбросами от установок механизированной сварки и плазменной резки металла при производстве труб большого диаметра;

Использование результатов работы:

- разработаны и переданы ООО «ПТБ ПСО Волгоградгражданстрой» рекомендации по расчету и эффективной эксплуатации установок вихрепенных инжекционных скрубберов для очистки аэрозольных выбросов систем местной вытяжной вентиляции трубоэлектросварочных производств;

- ООО «НИПИ Волгогорхимстрой» переданы рекомендации по применению многокамерных модулированных вихреинжекционных скрубберов в качестве эффективного средства очистки выбросов мелкодисперсных пылей;

- материалы диссертационной работы используются кафедрой ПБиГЗ ВолгГАСУ при подготовке инженеров по направлению «Техносферная безопасность».

На защиту выносятся:

- теоретические и экспериментальные результаты исследования закономерностей улавливания аэрозольных компонентов выбросов от установок механизированной сварки и плазменной резки труб большого диаметра в пе-нодинамическом слое, формируемом посредством вихревой инжекции поглощающей жидкости закрученным потоком очищаемого газа;

- математическая модель, характеризующая процесс осаждения аэрозольных частиц в пенодинамическом слое, формируемом в режиме вихревой инжекции поглощающей жидкости закрученным потоком очищаемого газа;

- уравнения регрессии и расчетные зависимости, характеризующие эффективность работы и гидравлические потери в процессе улавливания аэрозольных компонентов вентиляционных выбросов местных отсосов от установок механизированной сварки и плазменной резки металла труб в многокамерных вихрепенных инжекционных пенных скрубберах;

- результаты натурного исследования определяющих факторов и численного эксперимента, по оценке условий эффективной нейтрализации техногенного воздействия выбросов трубоэлектросварочных производств, на состояние воздушного бассейна городских территорий;

- унифицированная технологическая схема многокамерной модулированной установки вихрепенных инжекционных скрубберов для очистки аэрозольных выбросов от установок плазменной резки металла;

- основы расчета режимных параметров процесса эффективного обеспыливания выбросов от установок механизированной сварки и плазменной резки труб в многокамерных вихрепенных инжекционных скрубберах.

Апробация результатов диссертации.

Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях: Всероссийской научно-технической конференции «Научные концепции повышения жизненного уровня населения на современном этапе развития России» (Кисловодск, 2005), Международной научно-технической конференции «Наука и технологии шаг в будущее» (Белгород, 2006), III международной научно-практической конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Волгоград, 2006), Международной конференции «Наука и образование: архитектура, градостроительство и строительство» (Волгоград, 2010), Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2011).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 8 работах, в том числе в 2-х изданиях, рекомендованных ВАК и 1-им - патентом РФ на полезный образец.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 117 наименований, и приложений общим объемом 140 страниц, содержит 29 рисунков и 11 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи и основная идея работы, её научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации и практическом использовании результатов проведенных испытаний.

В первой главе рассмотрено состояние вопроса создания средств нейтрализации техногенного воздействия на воздушный бассейн городских территорий, выбросов трубоэлектросварочных производств, использующих технологии механизированной сварки и плазменной резки металлов. Показано, что по интенсивное™ выделения и компонентному составу, выбросы от установок плазменной резки и сварки труб, в частности труб большого диаметра, представляют собой доминирующие по мощности источники загрязнения воздушной среды промышленных зон трубоэлектросварочных производств и прилегающих к ним городских территорий. Дан анализ современных методов и средств очистки выбросов от мелкодисперсных аэрозольных компонентов установок плазменной резки и сварки металлов при производстве труб большого диаметра. На основе обобщения данных инженерной практи-

ки и известных научных исследований сделан вывод о перспективности для условий очистки выбросов трубоэлектросварочных производств аппаратов мокрого обеспыливания, в наибольшей мере обеспечивающих, возможность повышения эффективности улавливания аэрозольных частиц, а также унификации их аппаратурного исполнения,

Совершенствованию способов и средств мокрой очистки пылегазовых выбросов посвящены работы многих отечественных (Н.П. Мухленов, ЭЛ. Тарат, А.И. Пирумов, А.Ю. Вальдберг, С.А Богатых, О.С. Балабеков, В.А. Козлов, В.Г. Диденко, В.И. Пухиря, В.П. Приходько, Ю.Д. Молчанов и др.) и зарубежных исследователей (Дж.Б.Блейч, С. Калверт, Г.Инглунд, Р.Берд, В. Стьюарт, Б. Бертшнайдер, И. Курфюрет, и д.р.). Обобщение полученных ими данных позволяет считать, что оптимальные режимно-технологические условия обеспыливания выбросов плазменной резки и сварки металла труб могут быть обеспечены на основе интенсивной мокрой очистки, реализуемой при вихревой инжекции поглощающей жидкости, очищаемым пылегазовым потоком.

Во второй главе рассмотрены результаты натурных исследований процессов формирования пылегазовых выбросов трубоэлектросварочных производств. Исследования выполнены на базе трубоэлектросварочного цеха Волжского трубного завода, являющегося характерным для предприятий данного профиля. Основными операциями технологического процесса ТЭСЦ, ведение которых сопровождает интенсивное выделение пыли и газов, являются механизированная сварка под слоем флюса предварительно профилированных заготовок и плазменная обрезка торцевых сечений труб. Процессы сварки и плазменной резки труб в условиях проводимых исследований, осуществлялись на работающих в полуавтоматическом режиме технологических установках, оборудованных, местными отсосами локализации непосредственно из зон активного выделения аэрозоля.

Оценка особенностей формирования пылегазовых выбросов выполнялась на основе обобщения данных замеров режимно-технологических характеристик формирования выбросов более чем двадцати установок механизированной сварки и плазменной резки труб диаметром от 530 до 2520 мм с толщиной стенок от б до 25мм. В качестве определяющих режимно-технологических параметров процесса формирования пылегазовых выбросов трубоэлектросварочных процессов принимались: объемный расход удаляемой от источника газовоздушной смеси, плотность и дисперсный состав пыли (сварочно-плазменного аэрозоля), а также температура газовоздушной смеси. Результаты обобщения данных натурных измерений приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Режимно-технологичсскис характеристики формирования выбросов. __

Источник формирования выброса Вид пылевой дисперсии Концентрация пыли, г/м3 Дисперсность пыли Плотность пыли, г/см3 Температура газовоздушной смеси, °С Расход газовоздушной смеси, м3/с

механизированные сварочные установки Пыль с оксидами железа и кремния 0,2-0,66 сЬо = 3,2 мкм о=2,3 4,32 31,4-33,1 2,33-2,46

механизированные плазмо-режущие установки Пыль с оксидами железа и кремния 0,69-1,04* 0,64-0,98** ¿50 = 2,9 мкм «1=2,15 4,5 41,3-42,9* 40,3-41,9** 1,73-1,78* 6,68-6,81**

* - данные установок резки труб диаметром от 535 до 1420 мм ** - данные установок резки труб диаметром от 1420 до 2520 мм.

Обобщение полученных данных позволяет считать, что с учетом свойств компонентов и прогнозируемых объемов, выбросы систем местной вытяжной вентиляции трубоэлектросварочных производств являются источниками значительного экологически опасного воздействия на воздушную среду промышленных зон и прилегающих городских территорий.

Одновременно, их количественные значения, следует рассматривать как исходные условия планирования экспериментов и аппаратурно-технологического совершенствования разрабатываемого пылегазоочистного устройства.

В третьей главе дано изложение результатов теоретического анализа взаимосвязи совокупности факторов, определяющих закономерности процесса обеспыливания газодисперсного потока в условиях его пенодинамическо-го контакта с поглощающей жидкостью. Целью являлась минимизация числа определяющих факторов при последующем планировании эксперимента. В основу анализа положено допущение о формальной аналогии проявления движущей силы массообменных процессов. Согласно этому, для процесса обеспыливания будет справедливо уравнение материального баланса в виде

- =к^с, (1)

Из условия его реализуемости, концентрация частиц аэрозоля Са в процессе их осаждения на работающей элементарной поверхности <1Рр, будет уменьшаться на величину <1Са в направлении движения потока газа. Характеризующее этот процесс уравнение переноса имеет вид

<Ьп. = -СйСа = кс(с: -С„уь-р, (2)

Для случая быстрого обновления жидкости в пенодинамическом слое допустимо принять Сар=0. Тогда можно считать работающую поверхность равной межфазной поверхности контакта Рр = Р0 и АС=Са-Сч, = Са. Отсюда уравнение переноса (1) принимает вид

= (3)

Очевидно, что для заданных режимных условий осаждения частиц величина Сж =соп.ч{ и определяется из уравнения материального баланса

0(с:-с;)=гс;, (4)

Учитывая, что для заданного режима Сж"=со1Ш, а при одном и том же виде аэрозоля и СжР -сог^, из уравнения (3) можно получить

Проводя интегрирование и последующее преобразование с учетом того, что С(С1 -Св")= т, имеет

Г' ~С"

■ -г-Р (6)

1п(С„ IСI")

С' ~с*

В полученном выражении соотношение ^ ' ^ является средней

движущей силой процесса переноса частиц аэрозоля, а К, ^

представляет собой аналог коэффициента переноса. Таким образом, выражение (6) в определяющей степени характеризует взаимосвязь определяющих параметров процесса обеспыливания газа в слое динамической пены, Применительно к механизму вихреинжекционного ценообразования доминирующим фактором является расход очищаемого газа в, определяющий при заданное™ конструктивных параметров пылеулавливающего аппарата, объем инжектируемой жидкости и, соответственно этому, величину поверхности контакта Р. Её значение, согласно обобщения экспериментальных данных профессора В.Г. Диденко, может быть оценено из выражения

Р = (, К-Я.-^-ЛЛК (7)

В нем составляющие 77пд(/г0-/гд) через значение начального И0 и динамического (рабочего) уровня Ид жидкости в аппарате, представляет её расход на формирование пенного слоя, а значение высоты последнего Н„ отражает взаимосвязь с расходом газа через приведенное значение его скорости и в контактном сечении аппарата. Тем самым, очевидна возможность минимизировать до трех число определяющих факторов процесса обеспыливания газа при заданной дисперсности улавливаемых частиц.

В четвертой главе обобщены результаты экспериментального исследования закономерностей улавливания мелкодисперсных пылей в опытных установках вихрепвпных скрубберов. В соответствии с рассмотренным в главе 3 механизмом турбулентно-пульсационного осаждения аэрозольных частиц в пенодинамическом слое, эффективность пылеулавливания т} оценивалась как величина, обусловленная интенсивностью переноса частиц через поверхность контакта фаз, сформированную за счет энергетических затрат, определяемых потерями давления ДРП. В качестве технологических параметров управления процессом пылеулавливания принимались начальный (Ь0) и представленный через значение скорости, динамический (Ьд) уровни жидкости в аппарате.

Исследования проводились как полный факторный эксперимент, в котором были реализованы все возможные сочетания двух уровней факторов.

На стадии предварительного эксперимента изучались особенности режима пенообразования и общей эффективности пылеулавливания в четырех

Рис. 1 Зависимость гидравлического сопротивления модуля ВПИС от скорости воздуха в сечении инжекторной камеры: 1- 4-х камерный модуль ВПИС; 2- 7-ми камерный модуль ВПИС.

Зависимость гидравлического (аэродинамического) сопротивления от приведенной скорости газа в живом сечении инжекторных камер с равновеликими значениями диаметра (с1к =125мм) и начальным уровнем жидкости (Ь0 = +0,02) представлены на рис. 1. Как следует из приведенных на нем данных, при скорости воздушного потока свыше 10 м/с, гидравлическое сопротивление соответственно не превышает значение 1420Па (для 4-х камерного модуля) и 1610Па (для 7-ми камерного модуля). При этом разность значений гидравлического сопротивления для значений скорости, равном и превышающем У> 10 м/с, составляет менее 10%. Согласно этому, дальнейшее планирование и проведение эксперимента было выполнено применительно к условиям 7-ми камерного модуля, наиболее перспективного по расходным характеристикам. Результаты предварительных экспериментов представлены

Рис. 2 Эффективность пылеулавливания 7-ми камерного модуля ВИПС в зависимости от скорости воздуха в сечении инжекторных камер.

Сопоставление с данными гидравлических потерь позволяет считать наиболее рациональным, по энергетическим затратам, скоростной режим в пределах 6-10 м/с. При этом, для скоростных режимов около 8 м/с гидравлические потери составляют не более 1,1 кПа, а эффективность обеспыливания около 98,0%, что вполне приемлемо для инженерных решений.

На основании обобщения результатов предварительных экспериментов была выбрана область экспериментирования и интервалы варьирования факторов. Параметрами, характеризующими процесс обеспыливания воздушного потока в 7-ми камерном модуле ВПИС приняты: гидравлическое сопротив-

ление (ДР) и степень проноса пыли на выходе из аппарата (е =100-т0. В качестве факторов, определяющих значения этих параметров, приняты: скорость воздуха (и) в ссчении инжекторной камеры (отнесенная к свободному сечению камеры); начальный уровень жидкости (А0) по отношению к входному сечению инжекторных камер; дисперсный состав поступающей в испытываемый модуль пыли, характеризующийся медианным диаметром частиц №о).

Данные кодирования факторов и уровней при исследовании процесса пылеулавливания в 7-ми камерном модуле приведены в табл. 2

Таблица 2 -Уровни и интервалы варьирования факторов

Наименование фактора Уровни АХ|

-1 0 +1

Скорость воздуха в сечении контактной камеры, м/с 6,0 8,0 10,0 2,0

Медианный диаметр частиц пыли ¿50, мкм 2,0 2,9 3,8 0,9

Относительный начальный уровень жидкости, Ь0 = ^ 0,08 0,16 0,24 0,08

В качестве статистической модели процесса был принят полином вида

3

У = Ь0 + + Х^/Х,^ + !>,,, (8)

м К1 '(./с

Обобщение на его основе экспериментальных данных с проверкой воспроизводимости опытов по критерию Кохрена, оценка значимости полученных коэффициентов и сравнительный анализ доверительных интервалов с их абсолютной величиной, позволили получить следующий вид уравнений регрессии для ДР и е с учетом значимых коэффициентов в кодированном виде:

ДР = 7700 + 550 ■х, + 25-х3, (9)

Б = 2,11-0,44х2-0,Их, + 0,09х,х3 . (10)

Полученные уравнения составляют математическую модель исследуемого процесса очистки воздушного потока в многокамерном модуле ВПИС.

Адекватность уравнений (9) и (10) проверялась сопоставлением расчетных и табличных значений критерия Фишера, вследствие которого расчетное значение критерия Фишера оказалось меньше табличного значения

для соответствующих чисел степеней свободы и при выбранном уровне значимости. Из этого следует, что гипотеза адекватности уравнения регрессии в выбранных интервалах варьирования факторов не отвергается.

Таким образом, в результате проведенных экспериментов, установлена функциональная зависимость, связывающая общую степень очистки, являющуюся основным функциональным параметром процесса, с независимыми переменными факторами Э, 550 и Ь„. Математическая модель также подтверждена правильностью теоретических предпосылок, положенных в основу плана многофакторного эксперимента. Уравнения (9) и (10) позволяют, путем варьирования переменных факторов определять оптимизированные условия ведения процесса очистки воздушного потока в исследованной конструкции модульной установки ВПИС.

В главе 5 дан анализ условий обеспечения эффективной нейтрализации воздействия вентиляционных выбросов установок плазменной резки и сварки труб на воздушную среду прилегающих территорий. В его основу положен вывод, что в общем случае целью повышения эффекта обезвреживания пылегазовых выбросов является создание газоочистного устройства, обладающего наилучшими технико-экономическими показателями, т.е. наилучшим соотношением приведенных затрат к достигаемому эффекту, если последний оценивается по степени очистки.

Отсюда, применительно к рассматриваемому случаю, выстраивается характерная последовательность оценок и инженерных решений, обуславливающих достижение этой цели. Прежде всего - это обеспечение после очистки остаточного выброса загрязняющих веществ на уровне, определяемом значением ПДВ для данного источника. В свою очередь, значение ПДВ оценивается как величина функционально связанная с нормируемой величиной ПДК через совокупность факторов, определяющих особенности рассеивания выброса: высота, конструктивные и аэродинамические условия осуществления выпуска пылегазовой смеси в атмосферу, её компонентный состав и температура, особенности формирования полей концентраций в приземном слое атмосферы - наличие циркуляционных зон, стесняющего воздействия смежных сооружений и т.д.

На основе вычислительного эксперимента, выполненного с учетом перечисленных факторов, установлено что достаточная для нейтрализации негативного техногенного воздействия степень очистки вентиляционных пылегазовых выбросов установок механизированной сварки и плазменной резки труб должна составлять не менее т| = 92%. Данному условию полностью отвечают экспериментальные данные обеспыливания пылегазового потока (97,2-5-98,4%) в энергетически эффективном скоростном режиме (6 +10 м/с)

формирования им пенодинамического слоя посредством вихревой инжекции

поглощающей жидкости.

На основании проведенных исследований и обобщений, предложена обладающая патентной новизной конструктивно-компоновочная схема, основанная на принципе радиально-симметричного размещения контактных (инжекторных) камер в сечении цилиндрического корпуса устройства.

Применительно к особенностям очистки аэрозольных выбросов плазменной резки и сварки труб, разработана конструкция семикамерного вихре-пснного модульного скруббера - рис.3.

Модульный принцип аппаратурного исполнения многокамерных ВПИ скрубберов дает возможность комплектации модулей с варьируемым числом ИК камер равным: 4, 7-ми и последующем увеличением их количества в корпусе модуля на величину кратную 3.

Для оптимизации функциональных (т|) и энергетических (АР) характеристик процесса обеспыливания в ВПИ скрубберов на основе уравнений регрессии (9) и (10) получены фор-

Рис. 3 Устройство для очистки газа: 1- «У™ в именованном виде для корпус технологического блока; 2-блок- проведения инженерных расче-поддон; 3 - регулятор подачи и поддержа- тов: ния уровня жидкости; 4 - сепарационный блок; 5 - контактные камеры;

4 = 0-0= [1-2,11-0,44

г 50-2,9 0,9

-0,14

h„ -0,16 0,08

+ 0,09

8 Y h о-0,16 0,08

ДР =

1100+55

<!fi

(12)

Сравнительный анализ технико-экономических характеристик вихре-пенного инжекторного скруббера ВПИС был проведен на основе сопоставления с соответствующими характеристиками скруббера ударно-инерционного

действия СКД, испытанным в промышленных условиях нейтрализации выбросов установок плазменной резки труб - табл. 3.

Таблица 3 - Технико-экономичсские показатели сравниваемых ГОУ

Наименование показателей Ед. изм. Тип сравниваемых ГОУ

ВПС СКД

Производительность по газу м3/ч 7000 7000

Степень недоочистки % до 2 до 5

Удельные капитальные затраты, 1000м3 тыс.руб 8,12 22,79

Себестоимость очистки, 1000мJ тыс.руб 3,374 4,569

Приведенные затраты, 1000м3 тыс.руб 4,3484 7,3038

Металлоемкость тонн 1,86 3,9

Данные таблицы 3 позволяют считать, что по функциональной эффективности и экономическим характеристикам разработанное аппаратурное оформление процесса вихрепенной очистки аэрозольных выбросов плазменной резки и сварки труб имеет существенные преимущества по сравнению с известными высокоэффективными аппаратами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной задачи разработки методов и средств защиты населения от негативных воздействий и загрязнений городской среды на примере нейтрализации аэрозольных выбросов установок механизированной сварки и плазменной резки металлов трубоэлектро-сварочных производств посредством совершенствования режимных параметров и конструктивного оформления процессов их обеспыливания в интенсивных аппаратах вихрепенной очистки.

На основании результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы:

- анализ современных средств пылегазоочистки, на основе оценки особенностей технологического процесса трубоэлектросварочного производства, позволяет рассматривать в качестве наиболее перспективного газоочистного оборудования, для условий нейтрализации выбросов от установок плазменной резки и сварки труб, интенсивные пенно-вихревые аппараты, функционально-технологические характеристики, которых учитывают отличительные особенности процесса образования и свойства аэрозольных выбросов;

- результатами натурных измерений определены и уточнены свойства аэрозольных компонентов вентиляционных выбросов трубоэлектросвароч-ных производств и установлены их количественные характеристики для ус-

тановок механизированной сварки и плазменной резки труб большого диаметра;

- исходя из гидродинамических закономерностей, вихреинжекционного формирования структуры динамической пены, оценены определяющие факторы осаждения аэрозольных частиц в пенодинамическом слое поглотителя и получены зависимости, описывающие процесс улавливания аэрозольных частиц как результата межфазного переноса, определяемого условиями образования и обновления свободной поверхности осаждения в объеме пеноди-намического слоя;

- проведено экспериментальное исследование закономерностей процессов обеспыливания воздушного потока в режиме вихрепенного инжекцион-ного контакта с поглощающей жидкостью, которое позволило оценить взаимосвязанное действие всей совокупности определяющих их факторов и на основе статистической обработки экспериментальных данных получить математическую модель процесса обеспыливания в форме уравнений регрессии

для величины остаточной запыленности Б и гидравлических потерь на осуществление процесса Л Р;

- на основании проведенных исследований и обобщений разработана обладающая патентной новизной компоновочная схема и разработана модульная конструкция вихрепенного инжекционного скруббера, основанная на принципе радиально-симметричного размещения инжекторных (контактных) камер в цилиндрическом корпусе устройства, позволяющем увеличивать производительность по очищаемому газу и стабильность режима обеспыливания в каждой камере применительно к задачам оптимизации функциональных (т|) и энергетических (АР) характеристик процесса обеспыливания в многокамерных вихрепенных инжекционных скрубберах, получены формулы для их инженерных расчетов;

- посредством численного эксперимента по оценке эффекта рассеивания, выполненного, исходя из аэродинамики формирования факела выброса, свойств составляющих его компонентов и конструктивно-планировочных характеристик здания, установлен минимально необходимый уровень очистки пылеулавливающего устройства, обеспечивающий значения ПДВ экологически безопасный для воздушного бассейна прилегающих городских территорий;

- на основании сравнительного анализа установлено, что по функциональной эффективности и технико-экономическим характеристикам разработанное аппаратурное оформление процесса очистки аэрозольных выбросов плазменной резки и сварки труб в форме пенновихревого инжекторного скруббера имеет существенные преимущества по сравнению с известными высокоэффективными аппаратами.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

где L'a L"a - объемный расход потока газа-носителя частиц пыли соответственно на входе и выходе из пенного слоя, м3/с; С'а ,С"а - концентрация частиц пьши в потоке, соответственно на входе и выходе из пенного слоя, г/м3; г- время, с; Уж - объем удерживаемой в камере инжектора (светлой) жидкости, формирующей жидкую фазу пенного слоя, м3; G- расход потока газа через слой пены, кг/с; Кс - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность коэффициента переноса, обусловленного разностью ДС,

---; Са, Сар - концентрация частиц пыли в потоке (газовой фазе) и сво-

м*с&С = 1

бодной межфазной поверхности, из пенного слоя, г/м3; Сж - концентрация осажденных частиц, в отводимой из пенного слоя жидкости (г/кг); Сж? - концентрация частиц в условиях полного насыщения отводимой жидкости, г/кг; W- расход жидкости через слой пены кг/с; F- свободная поверхность осаждения, м2; ша - масса частиц, улавливаемых за 1 с в объёме пены с рабочей поверхностью Fp , (м2), г; ДС- формализованная движущая сила процесса, характеризуемая средней разностью концентраций пыли в газе и в условиях формального равновесия; G- расход газа через камеру инжектора, кг/с; FK -площадь сечения инжекторной камеры, м2; Н„ - высота пенного слоя в инжекторной камере, м2; /<],„ - площадь сечения поддона вспомогательного блока, м2; h0 и h. - соответственно начальный и динамический уровень жидкости в поддоне, м; dn - осредненное эмпирическое значение диаметра пузырьков

пенодинамического слоя, м; Б - относительная величина проскока аэрозоля; S - среднемедианная дисперсность аэрозоля, мкм; h0 =h0/d„- относительное значение начального (стартового) уровня жидкости в поддоне; и - средне-расходное значение скорости очищаемого газа в ИК камере, м/с.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

Публикации в ведущих рецензируемых научно-технических журналах и изданиях

1. Власова О. С., Диденко В. Г. Использование имитационной модели для оценки эффективности обеспыливания газа в пенодинамическом слое поглотителя // Веста. ВолГАСУ : Сер. Стр-во и архитектура. 2011. Вып. 22(41). С. 111-114.

2. Власова О. С., Диденко В .Г. Анализ факторов функциональной эффективности газоочистки выбросов трубоэлектросварочных цехов // Вестн, ВолГАСУ : Сер. Стр-во и архитектура. 2010. Вып.17 (36). С. 106-109.

Патенты

3. П.м. № 107485 РФ, МПК В 01D47/02/ Устройство для очистки газов. / Диденко В .Г., Власова О.С., Котов A.B., Соколова Е.А. Патент на полезную модель. ВолгГАСУ, 2011.

Публикации в других изданиях

4. Власова О. С., Диденко В. Г. Особенности техногенного воздействия выбросов трубоэлектросварочных производств на воздушную среду городских территорий И Экологические проблемы промышленных городов : материалы 5-й Всерос. науч.-практ. конф. Саратов, 2011. С. 7073.

5. Власова О. С., Диденко В. Г. Особенности техногенного воздействия трубоэлектросварочных производств // Наука и образование: архитектура, градостроительство и строительство : материалы Междунар. конф., посвящ. 80-летию строит, образования и 40-летию архитектур, образования Волгогр. обл., 6-10 сентября 2010 г., Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2010. С. 154-156

6. Власова О. С. Характеристика загрязняющих веществ, содержащихся в выбросах сварочных производств II Наука и технологии шаг в будущее: материалы I междунар. конф. Белгород, 2006. С. 34 - 36.

7. Власова О. С. Оценка эффективности систем очистки выбросов трубоэлектросварочных производств // Научные концепции повышения жизненного уровня населения на современном этапе развития России : Всерос. межвуз. сб. науч. тр. Кисловодск, 2005. Ч. II. С. 99-101.

8. Власова О. С. Характеристика загрязняющих веществ трубоэлектросварочных производств // Научные концепции повышения жизненного уровня населения на современном этапе развитая России : Всерос. межвуз. сб. науч. тр. Кисловодск, 2005. Ч. II. С. 102-103.

9. Власова О. С., Диденко В. Г. Анализ определяющих факторов эффективности систем очистки выбросов трубоэлектросварочных производств. 2005. 6 с. Деп. в ВИНИТИ, № 377 - В.

ВЛАСОВА ОКСАНА СЕРГЕЕВНА

ЗАЩИТА ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННЫМИ ВЫБРОСАМИ ТРУБОЭЛЕКТРОСВАРОЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Специальности 05.23.03 Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение 05.23.19 Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 28.12.2011 г. Заказ. № 1 Тираж ЮОэкз. Печ. л. 1,0 Формат 60x84 1/16 Бумага писчая. Печать плоская.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1 Отдел оперативной полиграфии

61 12-5/1375

ФЕДЕРАЛЬНОЕ Г ОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ВЛАСОВА ОКСАНА СЕРГЕЕВНА

ЗАЩИТА ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННЫМИ ВЫБРОСАМИ ТРУБОЭЛЕКТРОСВАРОЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Специальности 05.23.03 Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение 05.23.19 Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Диденко Василий Григорьевич

Волгоград - 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

ГЛАВА 2

2.1 2.2

2.3

2.4 ГЛАВА 3

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

ГЛАВА 4

4.1

4.2

ВВЕДЕНИЕ 4

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ВЫБРОСОВ 10 ТРУБОЭЛЕК'ГРОСВАРОЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАЗМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Особенности производства электросварных труб большого 10 диаметра

Технологические особенности процессов плазменной резки 14 и сварки труб

Состав и объем аэрозольных выделений в процессах плаз- 17 менной резки и сварки металла

Техногенные свойства аэрозольных выделений при плазмен- 20 ной резки и сварке труб.

Характерные виды локализующей вентиляции установок 21

плазменной резки и сварки труб

Современные методы и средства очистки выбросов устано- 24 вок плазменной резки и сварки труб

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 33

НАТУРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫБРОСОВ УСТАНОВОК 35 ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ И СВАРКИ ТРУБ

Общая характеристика объекта натурного исследования 35

Краткая характеристика источников выделения выбросов 36

ТЭСЦ

Методика проведения инструменталыIых измерений и обра- 38 ботки их данных

Результаты обобщения данных натурных исследований 42

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 46

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УЛАВЛИВАНИЯ В НЕ- 47 НО ДИН А МИ ЧЕС К ОМ СЛОЕ ПОГЛОТИТЕЛЯ Факторы осаждения аэрозольных частиц 47

Оценка условий реализации процесса обеспыливания в не- 50 нод и нами ческом слое.

Закономерности осаждения аэрозоля при прямоточном дви- 53 жен и и фаз и ненодинамическом слое

Зависимость поверхности осаждения аэрозоля от условий 56 формирования пен од и 11 ами ческого слоя

Взаимосвязь коэффициента массопередачи с условиями 59

формирования п енод и н ам и ческого слоя

ВЫВОДЫ НО ГЛАВЕ 3 63

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОГЮ- 64 МЕРНОСТЕЙ УЛАВЛИВАНИЯ СВАРОЧНОГО АЭРОЗОЛЯ В ВИХРЕПЕННОМ СКРУББЕРЕ

Общие условия моделирования исследуемых процессов 64

Аппаратурное оформление экспериментов по исследованию 65

закономерностей пылеулавливания

4.3 Методика проведения экспериментов 68

4.4 Математическое планирование и проведение эксперимента 73

4.4.1 Обоснование условий постановки многофакторного экспе- 73 римента

4.4.2 Условия и результаты предварительного эксперимента 74

4.4.3 Выбор факторов и параметров исследуемого процесса 78

4.4.4 Кодирование факторов, выбор модели плана эксперимента 79

4.4.5 Проверка воспроизводимости опытов 80

4.4.6 Определение коэффициентов уравнения регрессии и оценка 80 их значимости

4.4.7 Проверка адекватности уравнения регрессии 82

4.4.8 Интерпретация полученных результатов 82 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 83

ГЛАВА 5 АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭФФЕКТИВНОЙ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ 86 ВЫБРОСОВ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ ТРУБ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИХРЕПЕННЫХ СКРУББЕРОВ

5.1 Условия выбора технологических характеристик очистки 87 выбросов плазменной резки и сварки труб

5.2 Определяющие факторы эффективности рассеивания аэро- 90 зольных выбросов плазменной резки и сварки

5.2.1 Влияние конструкти вн о-иланировочных характеристик про- 90 изводственного здания на рассеивание аэрозольных выбросов

5.2.2 Особенности влияния кон структи вн о го исполнения выпуска 91 на формирование факела аэрозольного выброса

5.3 Оценка требуемого эффекта очистки аэрозольного выброса в 94 газоочистной установке

5.4 Режимно-тсхнологические условия построения аппаратур- 97 ной схемы установки вихрепенной очистки

5.5 Автоматическое регулирование и обеспечение заданного 99 режима работы установки вихрепенной газоочистки

5.5.1 Технологические основы управления процессом очистки 100

5.5.2 Конструкция блока-регулятора ВПИС 102

5.5.3 Принцип действия блока-регулятора ВПИС. 103

5.6 Основы поверочного расчета режимных параметров устано- 104 вок вихрепенной газоочистки

5.7 Оценка технико-экономической эффективности установки 108 вихрепенной газоочистки

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5 109

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 113

ПРИЛОЖЕНИЕ 123

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы Производство электросварных труб является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей промышленности, предприятия которой, как правило, расположены в зоне городских территорий. Характерными тенденциями развития современных крупных городских комплексов являются повышение плотности их застройки многоэтажными зданиями и интенсивное освоение пустующих территорий, в значительной части случаев непосредственно примыкающих к активно функционирующим промышленным зонам. При этом трубоэлектросварочное производство отличается последовательным осуществлением ряда технологически сложных операций, включая процессы плазменной механизированной сварки и резки металла. В ходе этих процессов образуется значительное количество неоднородных ныле-газовых выделений, выбросы которых в атмосферу отличаются высоким уровнем содержания загрязняющих веществ, способных оказать существенное техногенное воздействие на состояние воздушной среды. Так, анализ качества внутрицеховой атмосферы, воздушной среды промышленных зон предприятий, а также прилегающей к ним городских территорий показывает, что степень защиты воздушного бассейна от загрязнения данными выбросами не в полной мере отвечает нормативным требованиям.

Учитывая возрастающую потребность современной экономики в наращивании объемов производства и сортамента труб, проблему защиты воздушной среды от загрязнения выбросами установок плазменной резки и сварки металла при производстве труб, особенно большого диаметра, следует считать весьма актуальной.

Практика показывает, что применительно к условиям очистки неоднородных пылегазовых выбросов местной вытяжной вентиляции, содержащих как-твердофазные, так и газообразные загрязняющие компоненты, в различных отраслях промышленности успешно используются аппараты мокрой очистки. То же самое, отмечается и в отношении аэрозольных (пылевых) выбросов, характеризующихся большим содержанием м ел код и с перси ых фракций. Так па предприятиях трубной промышленности для очистки сварочных аэрозолей и

отходящих газов установок плазменной резки труб наибольшее применение получили аппараты ударно-инерционного действия, ротоклоны отечественного и импортного производства, пенные аппараты различных модификаций и пенно-вихревые скрубберы. Применение последних представляется наиболее перспективным, т.к. они показывают высокую эффективность извлечения мелкодисперсных пылевых фракций, характеризуются высокой интенсивностью осуществляемых процессов и, поэтому отличаются значительно меньшими габаритными размерами, требующими значительно меньших дорогостоящих производственных площадей для размещения.

Общим недостатком названных типов аппаратов является относительная ограниченность скоростного (расходного) диапазона эксплуатации, в пределах которого стабильно обеспечивается проектная эффективность очистки. Это существенно снижает возможность эффективной эксплуатации таких аппаратов в условиях нестационарное™ объемов газов, подаваемых на очистку системами местной вытяжной вентиляции установок плазменной резки и сварки труб.

Цель работы; снижение экологически опасного воздействия на воздушный бассейн городских территорий вентиляционных выбросов трубоэлектро-сварочных производств посредством оптимизации режимных параметров и конструктивного оформления процессов их обеспыливания в интенсивных аппаратах вихрепенной очистки.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- оценка процессов механизированной сварки плазменной резки металла, как источника пылевыделений, определяющего мощность и состав их вентиляционных выбросов в атмосферу;

- исследование дисперсного состава и основных свойств аэрозольных выбросов, образующихся в процессах плазменной резки и сварки металлов в условиях трубоэлектросварочного производства;

- обобщение определяющих факторов и условий эффективной реализации процессов улавливания мелкодисперсных частиц пылей в вихрепенных инжек-ционных скрубберах;

- теоретическое и экспериментальное исследование закономерностей улавливания в вихрепенных инжекционных скрубберах мелкодисперсных аэрозольных компонентов пылегазовых выбросов установок плазменной резки и сварки металла трубоэлектросварочных производств;

- совершенствование тех н о л о ги ч ее ких характеристик вихрепенных инжекционных скрубберов для условий очистки мелкодисперсных пылегазовых выбросов установок плазменной резки труб трубоэлектросварочных производств;

- разработка инженерных решений и рекомендаций по снижению загрязнения воздушной среды промышленных зон и прилегающих территорий при очистке выбросов установок плазменной резки труб в вихрепенных инжекционных скрубберах.

Основная идея работы состоит в снижении экологически опасного воздействия аэрозольных выбросов местной вытяжной вентиляции установок механизированной сварки и плазменной резки труб на состояние воздушной среды промышленных зон и городских территорий путем совершен сгвован и я режимных параметров и ко н структи в но го оформления процессов их обеспыливания в интенсивных аппаратах вихрепенной очистки на основе компоновочной оптимизации размещения устройств ценообразования.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, математическое и физическое моделирование, обработку э к с п ер и м е н тал ь н ы х данных методами математи чес ко й статистики и корреляционного анализа.

Достоверноегь научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений механики аэрозолей и аэродинамики струйных течений при моделировании изучаемых процессов, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и промышленных условиях, а также с результатами других авторов и патентной чистотой разработанного технического решения.

Научная новизна работы:

- теоретически обоснована взаимосвязь эффективности осаждения частиц пыли от параметров формирования пенодинамического слоя в режиме вихревой инжекции и конструктивных характеристик узла контактирования очищаемого газа и жидкости;

- предложена математическая модель, характеризующая процесс осаждения аэрозольных частиц в пенодинамическом слое, формируемом в режиме вихревой инжекции;

- экспериментально исследованы и обобщены в форме уравнений регрессии закономерности процесса осаждения аэрозольных частиц в пенодинамическом слое, формируемом посредством вихревой инжекции поглощающей жидкости закрученным потоком очищаемого газа;

- на основе корреляционного анализа экспериментальных данных подтверждена удовлетворяющая степень реализации полученных уравнений регрессии процесса улавливания аэрозольных частиц и гидравлических потерь напора газа при пенодинамическом контакте очищаемого газа с поглощающей жидкостью в режиме вихревой инжекции;

- обобщением экспериментальных данных установлены закономерности характеризующие режимно-технологические условия эффективного улавливания аэрозольных частиц и гидравлических потерь в слое динамической пены, формируемом посредством вихревой инжекции поглощающей жидкости;

Практическая значимость диссертационной работы:

- сформулированы принципы унификации аппаратурного оформления процесса очистки выбросов электросварочных процессов, при контакте с поглощающей жидкостью в режиме вихреинжекционного пенообразования;

- определена унифицированная структурная и технологическая схемы многокамерного м одул и ро ван н ог о вихрепенного инжекционного пенного скруббера для очистки выбросов установок механизированной сварки и плазменной резки труб трубоэлектроеварочных;

- получены расчетные формулы режимных параметров процесса эффективной очистки аэрозольных выбросов термоагрегатов плазменной резки и сварки труб в вихрепенных инжекционных скрубберах;

- обобщены факторы и уточнены режимно-техпологические характеристики, определяющие динамику и закономерности загрязнения воздушного бассейна промышленных зон и городских территорий выбросами установок механизированной сварки и плазменной резки металла при производстве труб большого диаметра;

Использование результатов работы:

- разработаны и переданы ООО «ПТБ ПСО Волгоградгражданстрой» рекомендации по расчету и эффективной эксплуатации установок вихрепенно инжекционных скрубберов для очистки аэрозольных выбросов систем местной вытяжной вентиляции трубоэлекгросварочиых производств;

- ООО «НИШ! Волгогорхимсгрой» переданы рекомендации по применению многокамерных модулированных вихреинжекционных скрубберов в качестве эффективного средства очистки выбросов мелкодисперсных пылей;

- материалы диссертационной работы используются кафедрой .ПБиГЗ ВолгГАСУ при подготовке инженеров по направлению «Техносферная безопасность».

На защиту выносятся:

- теоретические и экспериментальные результаты исследования закономерностей улавливания аэрозольных компонентов выбросов установок механизированной сварки плазменной резки труб большого диаметра в пенодинамиче-ском слое, формируемом посредством вихревой инжекции поглощающей жидкости закрученным потоком очищаемого газа;

- математическая модель характеризующая процесс осаждения аэрозольных частиц в иен одина м и ческом слое, формируемом в режиме вихревой инжекции поглощающей жидкости закрученным потоком очищаемого газа;

- уравнения регрессии и расчетные зависимости, характеризующие эффективность и гидравлические потери в процессе улавливания аэрозольных компонентов выбросов от установок механизированной сварки и плазменной резки металла труб в многокамерных вихрепенных инжекционных пенных скрубберах;

- результаты натурного исследования определяющих факторов и численною эксперимента по оценке условий эффективной нейтрализации техногенно-

го воздействия выбросов трубоэлектросварочных производств на состояние воздушного бассейна городских территорий;

- унифицированная технологическая схема многокамерной модулированной установки вихрепенных инжекционных скрубберов для очистки аэрозольных выбросов термоагрегатов плазменной резки металла;

- основы расчета режимных параметров процесса эффективного обеспыливания выбросов установок механизированной сварки и плазменной резки груб в многокамерных вихрепенных инжекционных скрубберах.

Апробация результатов диссертации.

Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях: Всероссийской научно-технической конференции «Научные концепции повышения жизненного уровня населения на современном этапе развития России» (Кисловодск, 2005.), Международной научно-технической конференции «Наука и технологии шаг в будущее» (Белгород. 2006), III международной научно-практической конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Волгоград, 2006), Международной конференции «Наука и образование: архитектура, градостроительство и строительство» (Волгоград, 2010), Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2011).

Публикации Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 8 работах, в том числе в 2-х изданиях, рекомендованных ВАК и 1 -им - патентом РФ на полезный образец.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 117 наименований, и приложений общим объемом 140 страниц, содержит 29 рисунков и 11 таблиц.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ВЫБРОСОВ ТРУБОЭЛЕКТРОСВАРОЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАЗМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Использование процессов плазменной технологии позволяет интенсифицировать производительность труда и за счет снижения допусков на последующую обработку значительно снизить непроизводительные потери металла, сократить применение высоколегированных сплавов, нанося на конструкционные с