CC BY
46
УДК 628.32
Б.Н. Яковлев
МОДЕЛИ ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ ПАРОГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ
ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУШНЫХ ЗОНАХ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТОЧЕК ИХ ЗАМЕРОВ
Исследованы концентрации парогазовоздушных смесей горючих веществ в воздушных зонах канализационных очистных сооружений. Получены аналитические модели зависимостей изменения значений концентраций от мест и точек их замеров внутри и снаружи очистных сооружений производственной канализации.
B.N. Yakovlev
MODELS OF THE CONCENTRATION CHANGE OF VAPOR-GAS-AIR MIXTURES OF COMBUSTIBLE MATERIALS IN AIR ZONES OF SEWAGE PURIFING CONSTRUCTIONS DEPENDING ON THE POINTS OF THE TAKEN
MEASUREMENTS
The article shows the studies in the sphere of vapor-gas-air mixtures of combustible materials in air zones of sewage purifying constructions. The analytical models were received depending on the variations of the concentration numbers and from places and points the measurements have been taken inside or outside ofpurifying constructions of industrial sewage systems.
Для разработки инженерных мероприятий по уменьшению загрязнения воздушной среды, снижения пожаровзрывоопасности канализационных очистных сооружений необходимо определить максимальные значения концентраций парогазовоздушных смесей (ПГВС) в их различных зонах. Важным является также исследование основных факторов, влияющих на концентрации ПГВС в воздушных зонах исследуемых сооружений, выявления закономерностей распространения паров и газов внутри и снаружи сооружений.
В очистные канализационные сооружения предприятий и производств, применяющих легковоспламеняющиеся и горючие жидкости (ЛВЖ и ГЖ) постоянно в различных количествах поступают горючие вещества. В процессе испарения, а также химико-биологических реакций производственные сточные воды выделяют опасные и вредные пары и газы, в связи с чем канализационные очистные сооружения могут быть источником взрывов, пожаров, загрязнения окружающей среды, отравления работающих и населения, проживающего вблизи данных сооружений.
Для определения реальной картины загазованности воздушной среды внутри и снаружи канализационных очистных сооружений проведены долговременные натурные исследования на действующих очистных сооружениях ряда предприятий и производств основных отраслей промышленности. В результате получены максимальные значения концентраций ПГВС в различных зонах очистных сооружений [1]. После соответствующей обработки [2, 3] получены математические модели зависимостей изменения значений концентраций от точек их замеров. Ниже приведены сами модели в графическом (рис. 1-7) и аналитическом (1)-(38) виде.
Аналитический вид зависимостей, изображенных на рис. 1:
^ = 0654184• ^ -0,45383 • ^ -2,1956• HB +12,101 ; (1)
= 0,31927• ^ -0,84212• ^ -4,2151-HB + 9,1937 ; (2)
=-0,96308• ^ -2,032• ^ -1,751 • Ш + 4,081 . (3)
Рис. 1. Зависимости изменения концентрации ПГВС (СВ) внутри очистных сооружений по высоте воздушной зоны (НВ). 1 м, 2 м, 3 м и 1 с, 2 с и 3 с - соответственно максимальные и средние значения концентраций: 1 - в начале; 2 - в середине;
3 - в конце очистных сооружений
Рис. 2. Модели зависимостей изменения концентраций ПГВС (СВ) внутри очистных сооружений по их длине (^)
Полученные кривые (рис. 2) описываются следующими выражениями:
1 - Саратовский НПЗ
Св = 9,3105 • 10-7 • 4 - 0,00011657 • Ь4В + 0,0054604 • Ь3В - 0,11234 • Ь2В + 0,6373 • ЬВ +11,376; (4)
2 - Московский НПЗ
Св = 1,3248 •Ю-6 • Ь5В - 0,0001639• Ь4В + 0,0076087 • Ь3В - 0,15537 • Ь2В + 0,096844• ЬВ +10,639; (5)
3 - Ново-Бакинский НПЗ
СВ = 2,2888 •Ю-6 • ЬВ - 0,00026278 • Ь4В + 0,011206• Ь3В - 0,20767 • Ь2В +1,184 • ЬВ +10,3398; (6)
4 - Бакинский НПЗ
СВ = 4,2764 •Ю-8 • Ь6В - 3,4353 •Ю-6ЬВ +1,6436 •Ю-5 • Ь4В + 0,0052109 • Ь3В -
- 0,15385 • Ь2В +1,0169 • ЬВ +10,444;
(7)
5 - Куйбышевский НПЗ СВ = 1,0280 • 10-6 • ЬВ - 0,00010406 • Ь4В + 0,004117 • Ь3В - 0,074904 • + 0,40555 • ЬВ + 5,7115; (8)
6 - Рязанский НПЗ
СВ = -4,4669 •Ю-5 • ЬВ + 0,0038529 • ЬВ - 0,10708 • ЬВ + 0,75308 • ЬВ +10,761 .
(9)
- 1,3556Н+3,0684 ; 6 - Св=-0,0076793^ НН +0,029673• Н2н -
- 0,23444Ня+0,51145.
1 -
2 -
3 -
4 -
(14)
(15)
СВ=0,023568^ НН+0,49692-Н2Н -- 4224Н+2,862 ;
(10)
Св=0,16453^ НН+0,064262^Н2Н -
- 2,0122Н+2,6046 ;
(11)
Св=0,315^ НН-0,71959^ Н2Н -
- 0,9934Ня+2,5156 ;
(12)
Св=0,037053^ НН +0,15683• Н2Н -
- 1,8838Н+3,0947 ;
(13)
^=0,35415^ Н 3 -0,72285^ Н 2 -
СВ, гм 3 3
2.5 2
1.5 1
0,5
0
1 - Саратовский НПЗ; 2 - Московский НПЗ; 3 - Ново-Бакинский НПЗ; 4 - Бакинский НПЗ; 5 - Куйбышевский НПЗ; 6 - Рязанский НПЗ
>ч1
С1В = 0,20564^ НН - 0,26739^ Н2Н -
- 1,681 Нн+ 3,0949 ; (16)
СВ2 =0,26398' НН - 0,52^ Н2Н -
- 0,96628Н+ 2,0563 ; (17)
0,5
1,5 НН, м
а
б
0
1
СВ = 0,36702^ НН - 1,0726^ Н\ +
+ 0,052099Нн+ 1,3492 . (18)
1 - в начале сооружения; 2 - в средней части; 3 - в конце сооружения
Рис. 3. Модели зависимостей изменения концентраций ПГВС (СВ) снаружи очистных сооружений от высоты над ними (Нь): а) по исследованным нефтеперерабатывающим заводам; б) для характерных сечений (на примере Саратовского НПЗ)
Рис. 4. Модели зависимостей изменения концентраций ПГВС (СВ) снаружи над очистными сооружениями механической очистки по их длине (£.Н):
1, 2, 3, 4 - соответственно, на высотах 0,05; 0,5; 1,0; 1,5 м над сооружениями
Рис. 5. Модели изменения концентраций ПГВС (СВ) снаружи очистных сооружений в зависимости от расстояния от них в плане (-н)
Св,
г-м
,-3
1,5
0,5
Приведенные на рис. 4 зависимости описываются полиномами 6-й степени: СВ = -9,2943 -10~6 - ЬН + 0,00085181 - ЬН - 0,025276 - ЬН + 0,20622 - ЬН + 2,5004
СВ =-4,8222 -10~
-‘и
г 3
- ЬН + 0,00045653 -ЬН - 0,013947 -Ьн + 0,11055 -ЬН +1,9988
СВ =-4,1649 -10-6 - ЬН + 0,00038025 -ЬН - 0,011093 -Ь2Н + 0,082979 -Ьн +1,2455 ;
СВ = -3,4927 -10-
-ЬН + 0,00030613 -ЬН - 0,0088915 - Ь2Н + 0,080718 -ЬН + 0,50005 .
(19)
(20) (21) (22)
Полученные кривые (рис. 5) описываются следующими аналитическими зависимостями:
1 - Саратовский НПЗ
Св = 0,010417 - ЬН - 0,13102 - ЬН + 0,54097 - Ь2Н -1,0323 - ЬН +1,802 ; (23)
(24)
(25)
(26)
(27)
(28)
2 - Московский НПЗ
Св = 0,011458 - ЬН - 0,16134 - ЬН + 0,91424 - Ь2Н - 2,7703 - ЬН + 5,001;
3 - Ново-Бакинский НПЗ
Св = 0,0052083 - ЬН - 0,068287 - ЬН + 0,30382 - Ь2Н - 0,73241- ЬН +1,9986;
4 - Бакинский НПЗ
Св = 0,0041667 - ЬН - 0,063889 - ЬН + 0,4625 - Ь2Н -1,9742 - ЬН + 4,7952;
5 - Куйбышевский НПЗ
Се = 0,01020833 - ПН - 0,029167 - Ен + 0,28542 -Ь2Н -1,7369- ЬН + 4,9964;
6 - Рязанский НПЗ
Св = -0,033333 - ЬН + 0,45 - Ь2Н - 2,1167 - ЬН + 4,5 .
, 1
^ 2
1— <
0 1 2 3 4 ■ -н,
а
Св =-0,0083333 - ЬН + 0,15714- Ь2Н -
- 0,92738 - Ь„ + 2,0071;
Св2 =-0,0111111- ЬН + 0,10476 - Ь2Н -
- 0,38651- ЬН + 0,79762;
(29) . (30)
Св,
-3
г-м
/ 1
/ 2
4
СВ =-0,0052083 - ПН - 0,10532 - Ь% + + 0,7691- Ь2, - 2,663 - ЬН + 4,999;
-н, м
6
6
2
1
0
4
б
3
2
1
0
1
2
3
СВ =-0,0020833 - ЬН + 0,024537 - ЬН + в Н Н . (32)
+ 0,063194 - ЬН - 0,20688 - ЬН + 0,9996.
Рис. 6. Модели зависимостей изменения концентраций ПГВС (СВ) на территориях а) песколовок, б) нефтеловушек от расстояния (-н):
1, 2 - соответственно С=(-н) для теплого и холодного периода года
СВ =-0,0018519 - ЬН + 0,022817 - Ь2Н -
- 0,14716 - ЬН + 0,49484;
СВ =-0,0083333 - ЬН + 0,063214 - ЬН -
- 0,20702 - ЬН + 0,35043;
(33)
(34)
СВ = 0,0041667 - ЬН - 0,021429 - Ь2Н -- 0,043452 - Ь„ + 0,25214;
С в = -0,005 - Ьн - 0,03 - Ьн + + 0,005 - ЬН + 0,12;
(35)
(36)
а
б
в
С І =-0,0016667 • Ь% + 3,3838 • 10-1 • Ь% - , ч
в н ’ н ; (37)
- 0,018333 • Ьн + 0,1 ;
СІ =-0,0033333 • Ьън - 0,026667 • Ьн + 0,08. (38)
Рис. 7. Модели зависимостей изменения концентраций ПГВС (СВ) на территориях: а - приемных камер; б - камер смешения; в - аэротенков от расстояния (ін):
1, 2 - соответственно СВ=^н) для теплого и холодного периода года
Выводы
1. Значения концентраций ПГВС существенно изменяются внутри воздушных зон канализационных очистных сооружений по их высоте и длине, имея максимум у поверхности производственных стоков, в начальной части по длине.
2. Значения концентраций ПГВС снаружи очистных сооружений по мере увеличения высоты над ними резко уменьшаются, причем это наиболее ярко выражено в начальной части сооружений, где осуществляется вход на очистку производственных сточных вод.
3. Максимальные значения концентраций на территории очистных сооружений уменьшаются с увеличением расстояния от них в плане, причем такая закономерность характерна для различных сооружений: песколовок, нефтеловушек, отстойников, камер приема и смешения стоков, аэротенков и др.
4. Проведенные исследования показали высокую загазованность, как внутри, так и снаружи канализационных очистных сооружений.
5. По полученным в ходе математической обработки экспериментальных данных аналитическим моделям определяются значения концентрации ПГВС в любой точке по длине и высоте как внутри, так и снаружи канализационных очистных сооружений, что является важным для определения взрывопожарной опасности самих сооружений и загрязнения окружающей воздушной среды.
6. Приведенные модели могут быть использованы для определения значений концентрации ПГВС в различных воздушных зонах как обследованных, так и родственных им сооружений различных отраслей промышленности для разработки защитных мероприятий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Яковлев Б.Н. Взрывная, пожарная и экологическая опасность канализационных очистных сооружений. Саратов: СГТУ, 2001. 104 с.
2. Боровиков В.П., Боровиков И.П. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. М.: Информ-издат. дом «Филинъ», 1997. 608 с.
3. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах. СПб.: Питер, 1997. 240 с.
Яковлев Борис Николаевич -
кандидат технических наук, доцент,
заведующий кафедрой «Эргономика и безопасность жизнедеятельности»
Саратовского государственного технического университета
