CC BY
85
УДК 504.75.05:53
А. В. Васильев (д.т.н., проф.)1, С. А. Аникушин (гл. инж.)2, А. В. Якимович (нач. отд.)2
Оценка воздействия шума в условиях строительства производства циклогексанона химического предприятия
ОАО «КуйбышевАзот»
]Тольяттинский государственный университет, Институт химии и инженерной экологии 445667, Самарская обл., г. Тольятти, ул. Белорусская, д. 14; тел. (8482) 546376, факс 546484
2Открытое акционерное общество «КуйбышевАзот» 445007, Самарская обл., г. Тольятти, ул. Новозаводская, д. 6; тел. (8482) 561101, факс 561102
A. V. Vasilyev1, S. A. Anikushin2, A. V. Yakimovich2
Estimation of noise impact in conditions of construction of cyclohexanone production of chemical enterprise
«KuibyshevAzot»
1Togliatti State University, Institute of chemistry and engineering ecology 14, Beloruskaya Str., 445667, Samara Region, Togliatti city; ph. (8482) 546376, fax 546484
2KuibyshevAzot Company, 6, Novozavodskaya Str., 445667, Samara Region, Togliatti city; ph. (8482) 561101, fax 561102
Рассмотрены проблемы оценки воздействия шума в условиях строительства производства циклогексанона химического предприятия ОАО «КуйбышевАзот». Представлены результаты измерений эквивалентных уровней звука, спектральных и других характеристик звука. Проведен расчет уровней звука, создаваемого при работе производства циклогексанона, на ближайшие жилые дома. Результаты расчетов показывают, что превышение нормативов по шуму не наблюдается.
Ключевые слова: акустическое обследование; звуковое давление; производство циклогексанона; спектр звука; шумовые характеристики; шумомер.
The problems of estimation of noise impact in conditions of construction of cyclohexanone production of chemical enterprise «KuibyshevAzot» are considered. Results of measurements of equivalent sound levels, spectral and other sound characteristic are submitted. Calculation of sound levels to the nearest living areas during operation of cyclohexanone production have been carried out. Results of calculations are showing that noise levels are corresponds to normative requirements.
Key words: production of cyclohexanone; acoustical research; noise characteristic; sound level meter; sound spectrum; sound pressure.
Уровень шума возрастает вместе с прогрессом техники и развитием промышленности, а также с увеличением числа и мощности транспортных средств. В последние годы отмечается непрерывное повышение шумового фона городов. Основные источники городского шума — автомобильный транспорт и промышленные предприятия. По прогнозам 1-4, тенденция к усилению шума в городах в ближайшие годы будет сохраняться.
Характер производимого шума зависит от вида его источника. В зависимости от физической природы можно выделить следующие источники антропогенного шума:
1. Механического происхождения, возникающие при вибрации поверхностей машин и
Дата поступления 27.11.12
оборудования, а также при одиночных или периодических ударах в сочленениях деталей или конструкциях в целом (ковка, штамповка, клепка и др.), при давлении, соударении, трении деталей машин и механизмов и др. Основными источниками механического шума, происхождение которого не связано непосредственно с выполняемыми технологическими операциями, являются, прежде всего, такие элементы производственного оборудования, как подшипники качения и зубчатые передачи; издаваемый ими шум возрастает с увеличением скорости вращения.
2. Аэродинамического происхождения, возникающие вследствие происходящих в газах процессов (вихревые процессы, колебания
рабочей среды, вызываемые вращением лопаточных колес, пульсации давления при движении в воздухе тел с большими скоростями; истечение сжатого воздуха, пара или газа и др.).
3. Электромагнитного происхождения, возникающие вследствие колебаний элементов (ротора, статора, сердечника, трансформатора и др.) электромеханических устройств и взаимодействия ферромагнитных масс под влиянием переменных магнитных полей.
4. Гидромеханического происхождения, возникающие вследствие происходящих в жидкостях процессов (гидравлические удары, кавитация, турбулентность потока и др.).
По характеру спектра шумы делятся на широкополосные (с непрерывным спектром шириной более одной октавы) и тональные, в спектре которых прослушиваются отдельные чистые тона (например, шум дисковой пилы). Тональные шумы особенно неприятны для слуха. Большую часть шумов можно отнести к случайным процессам, не имеющим четко выраженного периода. Они имеют сплошной или смешанный спектр.
По частотному диапазону воздействия различают шумы низко - (до 300 Гц), средне-(300—1000 Гц) и высокочастотные (свыше 1000 Гц).
Причинами аэродинамического шума являются:
• периодический выпуск газа в атмосферу; этот шум называется сиренным (объемным), так как типичным примером его возникновения является сирена; механизм этого шума также характерен для воздуходувок, пневматических двигателей, компрессоров, выпуска и впуска ДВС;
• возникновение вихрей и неоднороднос-тей потока у его твердых границ, этот шум называется вихревым и характерен для вентиляторов, турбовоздуходувок, турбокомпрессоров, воздуховодов;
• возникновение отрывистых течений, которые приводят к пульсации давления (силовой шум); возникает в фасонных деталях воздуховодов (тройниках, изменениях сечения, дроссель-клапанах и т. д.);
• перемешивание потоков, движущихся с разными скоростями (шум свободной струи) вдали от твердых границ, вызывающее турбулентный шум, который преобладает в шуме выброса сжатого воздуха в реактивных струях.
При возбуждении механического шума носит ударный характер, и в излучающих системах может возбуждаться весь спектр их собственных частот.
Интенсивность излучения и характер излучаемого спектра зависят от массы соударяющихся деталей, скорости соударения (скорости вращения, качения и пр.), модуля упругости этих деталей, площади излучения. В частности, звуковая мощность (Вт), излучаемая бесконечной пластиной, определяется по формуле:
Ж = р-с• £• V2 • у (1)
где р — плотность среды, в которую излучается звук, кг/м3;
с — скорость звука в этой среде, м/с;
5 — площадь пластины, м2;
V — скорость на ее поверхности, м/с;
] — коэффициент излучения пластины (] = 1 приблизительно при £>400//, где / — средний размер излучателя, м)
При значительных скоростях движения (соударения) спектр механического шума в основном является высокочастотным.
Шумы электромагнитного и гидромеханического происхождения носят в основном средне- и высокочастотный характер.
Особенностью воздействия источников шума в условиях химических предприятий является то, что шум носит смешанный характер.
Важным фактором шумового воздействия на окружающую среду и жилые массивы в условиях современного промышленного города являются производственные предприятия химической промышленности. При этом интенсивное акустическое излучение создают силовые энергетические установки, выбрасывающие в окружающую среду газовоздушные смеси: низкооборотные компрессорные установки, воздуходувки, стационарные двигатели внутреннего сгорания, системы вентиляции и пр. 2-4.
Уровень шума, излучаемого единичным источником при работе промышленного предприятия, вычисляется по формуле:
Ь = Ьр + 10 ^ (Ф) - 10 ^ 5/50 - ДЬр, (2)
где Ьр — уровень звуковой мощности источника шума;
Ф — фактор направленности;
5 - площадь поверхности, на которую распределяется излучаемая энергия, 5=2 п;
г2 (г — расстояние между источником шума и точкой наблюдения);
50 = 1 м2;
ДЬр — снижение уровня звуковой мощности шума на пути его распространения;
ДЬр=10 ^ где £ — коэффициент снижения звуковой мощности (£ > 1).
Вредное воздействие интенсивного шума на организм человека многообразно и не ограничивается воздействием на орган слуха 4. Через волокна слуховых нервов раздражение шумом передается в центральную и вегетативную нервную систему, а через них воздействует на внутренние органы, приводя к значительным изменениям в функциональном состоянии организма, влияет на психическое состояние человека, вызывая чувство беспокойства и раздражения, повышенную психическую утомляемость, что влечет за собой, наряду с ухудшением здоровья человека, снижение безопасности, производительности и качества труда.
Воздействие повышенных уровней шума (как прямое — на орган слуха, так и опосредованное — через высшие регуляторные системы) вызывает нарушение нервной и сердечнососудистой систем, органов пищеварения, нарушение регуляции мозгового кровообращения и др. Общий убыток от шума в городе обуславливает снижение на 15—20 % производительности труда и удвоение числа ошибок.
Таким образом, актуальным является проведение исследований по оценке воздействия шума на производственных площадках химического предприятия ОАО «КуйбышевАзот».
Рассмотрим принципы определения и оценки воздействия шума на примере строящегося энергоэффективного производства цикло-гексанона. Территориально площадка строительства энергоэффективного производства циклогексанона ОАО «КуйбышевАзот» мощностью 140 000 т/год располагается на территории Северного промышленного узла г. Тольятти. Ближайшими жилыми массивами являются село Васильевка Ставропольского района Самарской области и Центральный район городского округа Тольятти, жилые дома которых находятся на расстоянии не менее 2,5 км от площадки строительства.
Для оценки воздействия по шуму необходимо провести акустическое обследование зоны строительства, провести расчет уровней звука, создаваемого при работе строящегося производства, на ближайшие жилые дома и сделать заключение о соответствии обследуемого участка экологическим требованиям по шуму.
Методика проведения измерений шумовых характеристик селитебной территории должна учитывать вид источника шума и характер шумовой нагрузки на территории жилой застройки.
Шум, создаваемый при работе строящихся очистных сооружений, является непостоянным, колеблющимся во времени. Для такого рода шума согласно ГОСТ 23337-78* «Шум. Методы измерения шума на селитебной территории и в помещениях жилых и общественных зданий», установлены следующие основные требования к проведению измерений:
1. Время оценки шума Т в помещениях жилых и общественных зданий и на селитебной территории следует принимать днем — непрерывно в течение 8 ч, ночью — непрерывно в течение 0.5 ч (в наиболее шумные периоды суток).
2. Измерение непостоянного шума следует проводить в периоды времени оценки шума Т, которые охватывают все типичные изменения шумового режима в точке оценки. Продолжительность каждого измерения непостоянного шума в каждой точке должна составлять не менее 30 мин.
3. Отсчет уровней звука прерывистого шума, уровни звука которого остаются постоянными в интервалах длительностью менее чем 0.5 мин, а также колеблющегося во времени и импульсного шума следует производить с интервалами от 5 до 6 с.
4. Измерение уровней звука (октавных уровней звукового давления) помех (шумов, которые не подлежат измерению) должно производиться в тех же точках и в то же время, что и уровней звука (октавных уровней звукового давления) измеряемого шума. Следует учитывать поправки на влияние помех в соответствии с госстандартом.
5. При проведении измерения шума аппаратура не должна подвергаться воздействию вибрации, магнитных и электрических полей, радиоактивного излучения и других неблагоприятных факторов, влияющих на результаты измерения.
6. За максимальный уровень звука при проведении измерения шума шумомерами следует принимать наибольшее значение уровня звука за период измерения шума Т.
При проведении измерений в качестве измеряемого параметра для измерений в соответствии с требованиями госстандарта следует использовать уровни звука в дБА (одночисловые показатели), а также октавные и третьоктав-ные спектры звука и звукового давления. Измерения следует проводить в дневное время в рабочие часы.
В качестве общей характеристики шума на рабочих местах применяется эквивалентный
уровень звука в дБА. Предельно допустимой величиной эквивалентного уровня звука является 80 дБА. После проведения инструментальных замеров шума определяется класс условий труда по гигиеническим критериям оценки и классификации условий труда.
При проведении измерений в качестве измеряемого параметра для измерений в соответствии с требованиями действующих санитарных норм и госстандарта следует использовать уровни звука в дБА (одночисловые показатели), а также октавные и третьоктавные спектры звука и звукового давления. Измерения следует проводить в рабочее время.
Для проведения измерений использовался шумомер — анализатор шума «Октава 101АМ», заводской номер 04А391, с капсюлем микрофона типа ВМК-205, заводской номер 1476, и предусилителем типа КММ400, заводской номер 03168.
Шумомер — анализатор шума «Октава 101АМ» предназначен для измерения среднеквадратичных, эквивалентных и пиковых уровней звука, уровней звукового давления в ок-тавных и третьоктавных полосах частот с целью оценки влияния звука и инфразвука на человека на производстве, в жилых и общественных зданиях, определения акустических характеристик машин и механизмов, а также научных исследований.
Схема точек измерения шума и вибрации в обследуемой зоне строительства энергоэффективного производства циклогексанона ОАО «КуйбышевАзот» мощностью 140 000 т/г и прилегающей территории показана на рис. 1.
1 4 '7, 10 13
Площадь строительства энергоэффективного производства циклогексанона
2 5 8 11 14
3. 6 9 12 15
Рис. 1. Схема точек измерения шума и вибрации в обследуемой зоне строительства энергоэффективного производства циклогексанона ОАО «КуйбышевАзот» мощностью 140 000 т/год и прилегающей территории
Результаты измерений в каждой из точек были оформлены в виде протоколов измерений, включающих дату, время и место проведения измерений, номера точек измерения и цифровые данные отсчетов уровней звука в измеренной точке, а также спектральные характеристики звука. Представлены протоколы результатов измерений эквивалентных уровней звука, спектральных и других характеристик звука.
Примеры представления спектральных характеристик уровней звука для точек 2 и 7 показаны на рис. 2 и 3.
Также проводились контрольные измерения уровней звука в ближайших к объекту строительства селитебных территориях села Васильевка Ставропольского района Самарской области и Центрального района городского округа Тольятти.
Измеренные уровни шума с точки зрения воздействия на окружающую среду оценивались в соответствии с гигиеническими требованиями, установленными действующими санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.562-96 и СНиП 23-03-2003 «Защита от шума».
Согласно требованиям СН 2.2.4/2.1.8.562-96 (основного нормативного документа) и СНиП 23-03-2003 с нормативными значениями должны сопоставляться результаты измерения шума в той точке помещения или территории, где получены наибольшие значения определяемых уровней звука. Нормируемыми параметрами непостоянного шума являются эквивалентные уровни звука Ь
Лесу
и максимальные
уровни звука ЬАтах, дБА. Оценка на соответствие допустимым уровням должна проводиться одновременно по эквивалентному и максимальному уровням звука. В соответствии со СНиП 23-03-2003 для промышленных и энергетических предприятий с максимальным линейным размером в плане до 300 м включительно — эквивалентные уровни звуковой мощности ЬШесу и максимальные уровни звуковой мощности Ьш тах в восьмиоктавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63—8000 Гц и фактор направленности излучения в направлении расчетной точки Ф (Ф = 1, если фактор направленности не известен). Допускается представлять шумовые характеристики в виде эквивалентных корректированных уровней звуковой мощности ¿даАэкв, дБА, и максимальных корректированных уровней звуковой мощности ЬдаАмакс, дБА. Для промышленных зон, промышленных и энергетических предприятий с максимальным линейным размером в плане более 300 м — эквивалент-
Рис. 2. Диаграмма спектральных характеристик уровней звука для точки 2 (октавный и третьоктавный диапазоны)
Рис. 3. Диаграмма спектральных характеристик уровней звука для точки 7 (октавный и третьоктавный диапазоны)
ный уровень звука ЬАэквгр, дБА, и максимальный уровень звука ЬАмаксгр, дБА, на границе территории предприятия и селитебной территории в направлении расчетной точки.
Согласно п.9 таблицы 3 СН 2.2.4/ 2.1.8.562-96 для территорий, непосредственно прилегающих к жилым домам, зданиям поликлиник, зданиям амбулаторий, диспансеров, школ, библиотек и др. установлены следующие допустимые эквивалентные и максимальные уровни звука (для дневного времени):
Ь А экв Ь А макс
55 дБА; = 70 дБА.
(3)
Для шума в ночное время (с 23.00 до 7.00 согласно п.9 таблицы 3 СН 2.2.4/2.1.8.562-96 для территорий, непосредственно прилегающих к жилым домам, зданиям поликлиник, зданиям амбулаторий, диспансеров, школ, библиотек и др. установлены следующие допустимые эквивалентные и максимальные уровни звука (для дневного времени):
L А экв ноч. _ 45 дБА; LA макс ноч = 60 дБА.
(4)
Шум на рабочих местах не должен превышать 80 дБА.
Анализ результатов измерений показывает, что наибольшее значение по эквивалентному уровню звука было зафиксировано в точке №7. Оно достигает величины 70 дБА.
Анализ потенциальных источников шума, создаваемого на площадке строящегося энергоэффективного производства циклогексанона ОАО «КуйбышевАзот» мощностью 140 000 т/г при запуске производства в эксплуатацию, проведенный на основании представленной технической документации, изучения используемого производственного оборудования и характера выполняемых технологических процессов, показывает, что максимальные значения уровня звука, создаваемого на обследуемых производственных площадках, не будут превышать 90 дБА.
Проведем расчет уровней звука, создаваемого при работе строящегося производства циклогексанона, на ближайшие жилые дома Центрального района городского округа Тольятти и села Васильевка Ставропольского района Самарской области.
Уровень звука на открытом воздухе в точке наблюдения зависит от характеристик источника (спектр излучаемой мощности, характеристика направленности), от расположения точки наблюдения относительно источника, поверхности земли и других объектов, от влияния земли и погодных условий. При расчете будем принимать следующие допущения:
1. Имеем переменный шум, оцениваемый по Ь .
веу
2. При наложении нескольких звуковых волн р^ средний квадрат суммарного звукового давления определяется равенством РСум Р<2 (некогерентность; энергетическое суммирование). Такое пренебрежение слагаемыми 2 p¡pj (эффектами интерференции) обычно оправдано при широкополосном шуме и усреднении по времени.
3. Источники звука считаются точечными (их размеры малы по сравнению с расстоянием до точки наблюдения).
4. Точка наблюдения находится в дальнем звуковом поле источника.
Уровень звукового давления (дБ), создаваемого точечным источником на расстоянии г (в м) от него в однородной среде без поглощения, вдали от препятствий, равен:
L(r) = Lp + 10lg0- 20lgr - 10lg£? (5)
где Lp — уровень звуковой мощности источника, дБ (или уровня звука, дБА);
ф — фактор направленности источника для направления на точку наблюдения;
Q = 4я- — полный пространственный угол (в сте-ридианах), в который излучается звук, 10lg4^ = 11.
В ряде работ показано, что уровень звука из формулы (5) спадает на 6 дБА при удвоении расстояния r от источника ( 20lg2 = 6 ) за счет геометрического расширения области, в которую распространяется звуковая энергия 4. Рассчитаем изменение уровня звука от точек с наибольшими значениями звука и наиболее близко расположенных к жилым домам при распространении в жилую зону Центрального района городского округа Тольятти и села Васильевка Ставропольского района Самарской области. Расстояние от источника будем условно принимать за 2.5 км. Результаты расчетов показывают, что превышение нормативов не наблюдается.
Контрольные измерения уровней звука в ближайших к строящемуся энергоэффективному производству жилым домам Центрального района городского округа Тольятти и села Ва-сильевка Ставропольского района Самарской области показывают, что основное акустическое воздействие на эти территории оказывает не производство циклогексанона ОАО «КуйбышевАзот», а транспортный шум от автомагистралей ул. Новозаводской и Обводного шоссе.
Таким образом, изучено воздействие шума на территории энергоэффективного производства циклогексанона в связи со строительством для определения соответствия нормативным требованиям по воздействию на окружающую среду и выявления источников потенциальной опасности для здоровья работников ОАО «КуйбышевАзот». Результаты измерений и расчетов показывают, что превышения нормативов по шуму с точки зрения воздействия на селитебную территорию не наблюдается. Наибольшее значение по эквивалентному уровню звука достигает величины 70 дБА. Проведенные исследования позволяют сделать общее заключение: обследуемый участок строительства энергоэффективного производства циклогексанона ОАО «КуйбышевАзот» мощностью 140 000 т/г соответствует санитарно-гигиеническим требованиям по шуму.
Литература
1. Васильев А. В. // Вектор науки Тольяттинско-го ГУ.— Тольятти, №3(6), 2009 г.— С.5.
2. Васильев А. В., Васильев В. В., Школов М. А., Шишкин В. А., Каплина Р. Г. // Рос. хим. ж.— №3, Т.50, 2006 г.— С.72.
3. Васильев А. В., Шишкин В. А., Школов М. А., Огарков А. А., Каплина Р. Г. Исследование 4. воздействия и составление карт шума на пло-
щадке строительства производства углекислоты ОАО «Куйбышев Азот». // В сб. тр. Первого международного экологического конгресса (Третьей Междунар. научно-технич. конф.) «Экология и безопасность жизнедеятельности промыш-ленно-транспортных комплексов» БЬР1Т-2007.— Тольятти, ТГУ, 20-23 сентября 2007 г.— Т.2.— С.320.
Иванов Н. И., Никифоров А. С. Основы виброакустики.— СПб.: Политехника, 2000.— 482 с.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда гуманитарных исследований (региональный конкурс Самарской обл. 2012 г. )
