CC BY
7Статья поступила в редакцию 16.09.13. Ред. рег. № 1758
The article has entered in publishing office 16.09.13 . Ed. reg. No. 1758
УДК 628.665.661
ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ВЕНТИЛЯЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ МНОГОУРОВНЕВЫХ ЦЕХОВ
А. В. Азаров
Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет ул. Академическая, 1, Волгоград, Россия, 400074 Тел.: (8442)96-99-07, kaf_bgdvt@mail.ru
Заключение совета рецензентов: 21.09.13 Заключение совета экспертов: 27.09.13 Принято к публикации: 03.10.13
Для выявления зон с наибольшей запыленностью при различных скоростях и концентрациях, в рассматриваемых цехах предлагается использовать испытательную модель промышленного цеха. При комплексном обследовании предприятий появляется возможность провести выборочные замеры дисперсного состава пыли и построить аппроксимацию запыленности на необследованных участках.
Ключевые слова: пылевыделение, технологическое оборудование, система аспирации, вентиляция, испытательная модель.
MULTILEVEL TEST MODEL OF INDUSTRIAL PLANTS VENTILATION
A.V. Azarov
Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering (VSUACE) 1, Academicheskaya St., Volgograd, 400074, Russia Tel.: +7 (8442) 96-99-07, kaf_bgdvt@mail.ru
Referred: 21.09.13 Expertise: 27.09.13 Accepted: 03.10.13
To identify areas of dangerous dust concentration at various production conditions it is proposed to use an experimental model of industrial plant. The experimental model gives an opportunity to take measurements of dispersed composition of dust just in some places of the plant and get approximate values for others.
Keywords: dust release, process equipment, suction system, ventilation, test model.
Сведения об авторе: аспирант ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет», кафедра «Инженерная графика, стандартизация и метрология».
Область научных интересов: исследование дисперсного состава мелкой пыли и методов мониторинга загрязнения воздуха на предприятиях строительной индустрии. Публикации: 15, в том числе 2 патента.
Артем Викторович Азаров
Введение
В производственных цехах с многоярусным расположением технологического оборудования довольно сложно оценить мощность пылевых выбросов, их распространение и, соответственно, выявить и устранить причину повышенной концентрации пыли в воздухе рабочей зоны данных предприятий.
Основные мероприятия по устранению вредного воздействия пыли на работающих проводятся в трех направлениях:
- разработка и внедрение более совершенных технологических процессов, машин и оборудования, позволяющих либо автоматизировать полностью управление ими, либо управлять ими дистанционно;
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 10 (132) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
- разработка и внедрение мер по устранению влияния вредных производственных факторов на рабочее место;
- применение коллективных и индивидуальных средств защиты от воздействия неблагоприятных условий производственной среды.
Разработка и внедрение мер по устранению вредных производственных факторов напрямую зависит от оценки пылевыделения от технологического оборудования. Процессы распространения пыли в больших производственных цехах зависят от: количества тепла, выделяемого оборудованием, расположения производственных площадок, воздухообмена в помещении и т.д. Одним из главных параметров, влияющих на характер распространения пыли, является ее дисперсный состав.
Результаты и обсуждение
Распределение пыли в цеху напрямую зависит от ее дисперсного состава, потому что функция дисперсного состава пыли отражает вероятность существования в рабочей зоне частиц пыли с определенным диаметром: Б(х) = Р {с! < х} . Оценка дисперсного состава пыли в больших производственных цехах представляет собой сложную задачу, так как:
- оборудование цеха часто не является однотипным и, соответственно, создает запыленность, отличающуюся по дисперсному составу;
- при смене этапов технологического процесса дисперсный состав выбрасываемой пыли также меняется.
Таким образом, для корректной оценки запыленности в цеху необходимо:
- иметь представление о содержании в воздухе пыли различных диаметров, так как диаметр пыли является критичным для определения опасности пыли для человека;
- иметь представление о распределении дисперсного состава пыли во всем цеху, то есть по плоскости и по высоте;
- иметь представление о распределении дисперсного состава пыли по этапам технологического процесса;
- при оценке запыленности в конкретной точке цеха необходимо проводить более одного измерения, так как частота появления пыли конкретного диаметра стремится к вероятности.
Таким образом, для отражения вероятности нахождения пыли определенного диаметра в конкретной точке пространства цеха необходима серия измерений.
Исследование запыленности воздуха рабочих зон и в особенности дисперсного состава выбивающейся пыли необходимо при разработке технических решений по совершенствованию конструкций оборудования и расчете параметров вентиляционных и аспира-ционных систем [1]. Мониторинг дисперсного состава пыли производственного цеха логично проводить в зонах с наибольшей запыленностью, так как он может выйти за рамки безопасного для человека уровня, то есть уровень пыли конкретного диаметра может оказаться выше безопасного уровня. Для выявления зон с наибольшей запыленностью при различных скоростях и концентрациях, в рассматриваемых цехах предлагается использовать испытательную модель промышленного цеха, новизна которой подтверждена свидетельством на полезную модель (патент № 128657 Россия, МПК E21F 1/02 E04H 5/02) (рис. 1).
Рис. 1. Схема экспериментальной установки Fig. 1. Scheme of experimental facility.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (132) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
А.В. Азаров. Испытательная модель вентиляции промышленных многоуровневых цехов
Корпус модели цеха 1, выполненный из деревянного материала, имеет три стены, пол и крышу. Одна стена стеклянная 2, что позволяет наблюдать и фиксировать процессы распространения вредностей. В корпусе прикреплены полки 3, выполняющие роль перекрытий на разных уровнях, разной ширины. На крыше имеются две вытяжки 4, 5.
На потолке и на полу корпуса закреплены две ультрафиолетовые лампы 6, 7, имеющие доступ к сети. На полках размещаются два тепловентилятора 8, 9. На капроновом кусочке ткани, прикрепленном к теп-ловентилятору, размещена пыль 10, 11. У стены корпуса, в тех местах, где установлены тепловентилято-ры, прикреплены приточные перфорированные воздуховоды 12, 13, соединенные с воздуходувкой 16.
Тепловентиляторы с пылью выполняют функцию источника тепло- и пылевыделения, например технологическое оборудование. Размер тепловентилято-ра 23 см с выходным сечением 16 см. Размер деревянной конструкции 80x76x76 см.
Устройство работает следующим образом. В корпус 1 устанавливают тепловентиляторы 8, 9 на необходимых уровнях (полках) 3. На тепловентиляторе размещают пыль 10, 11. Сначала в сеть включают ультрафиолетовые лампы 6, 7, затем тепловентиля-торы 8, 9 и воздуходувку 16. С помощью воздуходувки в модель цеха подается чистый воздух через перфорированные воздуховоды 12, 13. Через вытяжку 4, 5 из помещения удаляется загрязненный воздух. Наблюдается процесс витания пылевых потоков в цехе благодаря специфическому свечению пыли от ультрафиолета. Опыт можно повторят много раз, меняя компоновку оборудования, приточных воздуховодов, полок. Расход воздуха можно регулировать с помощью шиберов 14, 15. Предусмотрено регулирование расхода материала изменением массы [2].
Полезная модель относится к моделированию конвективных токов воздуха в большом замкнутом объеме, например в многоуровневых промышленных цехах, выполняющих определенные технологические процессы, связанные с выделением пыли и других вредных примесей в воздух цехов. Рассмотрим процесс проведения исследования цеха с многоярусным расположением производственного оборудования на примере шинного производства.
Многоярусное расположение производственного оборудования, различный характер пыле- и тепловыделения от источников, которые, располагаясь неравномерно по площади и высоте корпусов, осложняют принятие правильных решений по организации обеспыливания и воздухообмена. Все площадки разделяются на основные и вспомогательные. Основные площадки расположены на отметках +7,200 м и +13,800 м и занимают всю длину цеха. Резиносмеси-тели установлены на вспомогательных площадках, расположенных на отметке +4,800 м. Загрузочный конвейер находится на площадке с отметкой +7,200 м. Весы ингредиентов размещены преимущественно на отметке +7,200 м. Весы технического уг-
лерода размещены на промежуточной площадке, отметка которой +10,800 м. На некоторых технологических потоках весы ингредиентов размещены также на отметке +10,800 м. На площадке с отметкой +13,800 м находятся загрузочные бункеры технического углерода и ингредиентов. В подготовительном цехе производятся резиновые смеси различного назначения. Резиновая смесь представляет собой многокомпонентную систему, содержащую 8-10 различных частей. Основными источниками пылевыделения подготовительного цеха являются узлы перегрузки сыпучих ингредиентов.
Задача: исследование особенностей и закономерности оседания пыли, выбивающейся от технологического оборудования. Организация расстановки оборудования и полученные распространения пыле-воздушной смеси представлены на рис. 2. Исходя из результатов характера распределения пыли, на испытательной модели промышленного цеха были определены зоны отбора проб для оценки дисперсного анализа пыли (рис. 2).
Рис. 2. Схема проведения и результаты исследования Fig. 2. Performance scheme and research results
Рис. 3. Значения интегральных функций распределения массы частиц по диаметрам пыли для различных зон распространения Fig. 3. Values of integral functions of particles mass dispersion according to dust diameters for different distribution areas
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 10 (132) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
Дисперсный анализ проводился методом микроскопии [3]. В пяти зонах подготовительного цеха шинного завода были отобраны и усреднены пробы пыли и получены результаты дисперсного анализа (рис. 3).
По результатам дисперсного анализа пыли видно, что зона № 4 является наиболее запыленной, здесь сосредоточены частицы от Сч(тш) = 2,1 мкм до Сч(тах) = 20 мкм; при Сч(медиан) = 14 мкм. Довольно важной характеристикой запыленности является медианный диаметр. То есть зона № 4 характеризуется довольно высоким содержанием мелких частиц до 10 мкм - наиболее опасных для здоровья. В зонах № 1 и 2 наблюдается высокая корреляция функций дисперсного состава пыли.
Запыленность зон № 1, 2 и 3 объясняется воздухообменом в помещении: мелкие частицы, обладая выраженной способностью к витанию, попадают из соседних зон. Таким образом, значения интегральных функций распределения дисперсного состава пыли для зон распространения № 1, 2 и 3 объединяются в вероятностный коридор распространения массы частиц по диаметрам. В зонах № 5, 4 преобладает загрязнение частицами мелких и крупных фракций и наблюдается высокий выброс пыли при проведении исследований на испытательной модели.
Заключение
Многочисленные результаты исследований испытательной модели в сравнении с натурными исследованиями показывают значимость данной полезной модели для характеристики запыленности многоуровневых производственных цехов. При комплексном обследовании предприятий появляется возможность провести выборочные замеры и с помощью модели построить аппроксимацию запыленности на необследованных участках. Таким образом, аппрок-симационные представления запыленности выбивающейся пыли могут быть использованы при разработке технических решений по совершенствованию конструкций оборудования и расчете параметров вентиляционных и аспирационных систем.
Список литературы
1. Азаров В.Н., Богомолов А.Н., Гадаборшева Т.Б. Анализ запыленности воздуха рабочих зон цехов с многоуровневым расположением оборудования на предприятиях строительной индустрии // Вестник ВолгГАСУ. Сер.: Строительство и архитектура. Вып. 25 (44) 2011. С. 256-258.
2. Пат. 128657 Россия МПК E21F 1/02 E04H 5/02 Испытательная модель промышленного цеха / Азаров В.Н., Гадаборшева Т.Б., Набокова Н.А., Азаров А.В., Старцева Ю.В. / Опубл. 27.05.13. Бюл. № 15.
3. Азаров В.Н., Есина Е.Ю., Азарова Н.В. Анализ дисперсного состава пыли в техносфере // Уч. пособие. Волгоградский гос. арх.-строительный ун-т. Волгоград: ВолгГАСУ, 2008.
С» С
-Q
CL ^
с о
"со с
CD
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (132) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
