CC BY
3
Н. Е. АВДЕЕВ, д-р техн. наук, профессор, профессор Воронежского государственного университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия А. В. НЕКРАСОВ, канд. техн. наук, доцент, доцент Воронежского института ГПС МЧС РФ, г. Воронеж, Россия
А. В. КАЛАЧ, канд. хим. наук, доцент, заместитель начальника по научной работе Воронежского института ГПС МЧС РФ, г. Воронеж, Россия
УДК 614.84;664.72
ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ - НАПРАВЛЕНИЕ
РАЗВИТИЯ КОНЦЕПЦИИ ИДЕАЛИЗАЦИИ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ
«-» _ _ _ _ _ ^ ^
ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЙ*
Предложено направление развития концепции идеализации, заключающееся в функционально-структурном подходе к анализу технологических операций. Полученные в результате анализа технические решения способствуют обеспечению пожарной безопасности предприятий. Ключевые слова: пожарная безопасность; идеальное моделирование; функционально-структурный анализ.
Представленный материал продолжает затронутую в работах [1,2] тему создания современного технологического оборудования, отвечающего требованиям пожаровзрывобезопасности.
Современный уровень развития технологий пищевой промышленности выдвигает жесткие требования к техническому оформлению процессов и предполагает комплексное решение как технологических задач, так и вопросов автоматизации, пожаро-взрывобезопасности, экологической безопасности, охраны труда.
Перспективное технологическое оборудование, помимо качественного исполнения своих основных функций, должно быть восприимчивым и к средствам обеспечения вспомогательных функций. Однако решение задачи согласования двух и более функциональных элементов технологической системы, существовавших и разрабатывавшихся долгое время раздельно, процесс достаточно сложный.
Пищевая промышленность характеризуется большим количеством самых разнообразных процессов, поэтому дать какие-то определенные рекомендации по разработке оборудования затруднительно. В то же время можно обозначить общие принципы исследований, которые должны быть достаточно идеализированными и абстрагированными от конкретных устройств, а в идеальном случае — и от конкретных процессов.
* По материалам V Всероссийской конференции "Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации" (г. Воронеж, 26 октября 2011 г.)
© Авдеев Н. Е., Некрасов А. В., Калач А. В., 2012
Концепция идеализации — это основа для поиска новых принципов организации технологических процессов, выявления скрытых возможностей и перспектив развития существующих технологий. Только сформулировав основные неотъемлемые свойства, качества, характеристики процесса или оборудования, которые не зависят от их конкретной технической реализации, а наоборот, определяют их, можно найти прямые, не осложненные устоявшимися представлениями пути их дальнейшего развития.
Можно выделить два уровня абстракции. Первый уровень дает общие рекомендации и методологию разработки технологий пищевых производств. Этот уровень представлен моделью идеального технологического потока В. А. Панфилова [3]. Второй уровень — это идеальные модели аппаратного и машинного оформления конкретных процессов. Здесь также можно дать общие рекомендации применительно к классу родственных процессов или операций.
Например, процесс сепарирования представлен моделью идеального сепаратора Н. Е. Авдеева [4], которая представляет собой открытую систему идеализированных требований к организации процесса сепарирования и конструкции сепаратора. Она позволяет, абстрагируясь от известных на данный момент технических решений, разрабатывать принципиально новые конструкции рабочих органов, конструктивно-технологические схемы сепараторов, кардинально менять подходы и взгляды на проблемы организации процессов сепарирования, разработки оборудования, их реализующего.
{ББИ 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 №4
29
Идеальные модели, сформулированные для различных видов технологического оборудования, в силу учета только основных неотъемлемых его свойств имеют в своей основе общие базовые положения, обеспечивающие взаимную совместимость в технологической линии машин разного назначения, высокий уровень организации (целостности) технологического потока [3]. Более того, идеализированное решение технологических проблем создает предпосылки для решения сопутствующих важных задач — автоматизации производства, соблюдения требований охраны труда, разработки оборудования, отвечающего требованиям системы предотвращения пожаров [5, гл. 13].
Так, например, гравитационные сепараторы [1,4], разработанные на базе модели идеального сепаратора, полностью удовлетворяют требованиям модели идеального технологического потока и способствуют устранению условий, обуславливающих возникновение пожара. Причем требования модели идеального сепаратора выступают в качестве связующих звеньев между отдельными положениями модели идеального технологического потока и идеализированными требованиями пожарной безопасности [2].
Таким образом, конструктивно-технологические схемы размерной классификации сыпучих материалов, основой которых являются гравитационные сепараторы, могут выступать в качестве центрального стержня технологической системы (например, подготовительного отделения мельницы).
Отсюда следует, что важным направлением дальнейшего развития и углубления концепции идеализации является создание предпосылок к тому, чтобы технологическое оборудование стало реальным стержнем системы (пожарной безопасности, экологической безопасности, охраны труда), ее активным элементом, который, с одной стороны, определяет роль и свойства обслуживающих компонентов, а с другой — делает систему восприимчивой к воздействию обслуживающих компонентов [3].
Основанная на данной концепции методика теоретических, экспериментальных исследований и конструкторских разработок технологического оборудования будет представлять собой комплекс превентивных мероприятий, изменяющих параметры технологического процесса до уровня, обеспечивающего допустимый пожарный риск [5, ст. 95].
В качестве одного из направлений развития концепции идеализации и путей достижения заявленных целей предлагается применение функционально-структурного подхода к нахождению вариантов технической реализации технологических операций.
Сущность предлагаемого метода состоит в том, чтобы рассматривать каждую технологическую операцию некоторого сложного технологического про-
цесса так же, как и сложную систему, имеющую свою структуру и набор функций. Изолированное изучение элементов такой системы позволит найти варианты их технического исполнения, близкие к идеальным.
Можно выделить следующие этапы функционально-структурного синтеза системы:
• функциональный анализ системы (разбор процесса на элементарные операции);
• исследование отдельных операций (определение идеализированных вариантов их реализации без привязки к устройству);
• функциональный синтез системы (компоновка операций с учетом их функциональной совместимости);
• структурный анализ системы (техническое оформление элементарных операций);
• структурный синтез (выбор вариантов технической реализации элементарных операций с учетом их технической и функциональной совместимости).
Предложенный алгоритм может быть использован для решения задачи разделения сыпучих материалов по длине составляющих их частиц посредством плоской перфорированной поверхности.
При анализе процесса ситового сепарирования его можно рассматривать как технологическую систему, состоящую из следующего набора элементарных операций:
• подвода частицы к сепарирующей поверхности;
• ориентации частицы по отношению к просеивающему отверстию;
• взаимодействия частиц смеси с разделяющей поверхностью;
• отвода сходовой и проходовой фракций;
• переориентации частиц в надрешетной зоне (в случае необходимости повторного выполнения операции взаимодействия для частиц какой-либо фракции).
Эти простейшие операции и технические средства их реализации выступают в качестве элементов процесса сепарирования и имеют определенную пространственно-временную структуру, показанную на рисунке.
Возможные варианты реализации элементарных операций применительно к процессу триерова-ния представлены в таблице.
Последовательность рассмотрения операций отличается от порядка их следования (см. рисунок), так как взаимодействие частиц смеси с разделяющей поверхностью — ведущий компонент системы. Он является системообразующим, обеспечивает целостность системы и оказывает влияние на все другие ее компоненты, потому что, собственно, в результате взаимодействия и происходит разделение сыпучего материала. Несогласованность с ним ка-
30
{ББИ 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 №4
Структура технологической операции ситового сепарирования
кого-либо вспомогательного процесса ведет к разрушению системы, иными словами разделение становится невозможным.
Возможность и количество вариантов реализации технологической операции определяются совместимостью различных способов воплощения элементарных операций и их пространственно-временной согласованностью. Из полученных вариантов окончательно выбираются те, что исключают возможность событий, реализация которых может привести к образованию горючей среды и появлению источника зажигания [5, ст. 95].
Для усиления степени идеализации и абстрагирования от известных технических решений компоновку элементарных операций можно производить
с применением принципов комбинаторики. Из скомпонованных вариантов выбираются те, которые не противоречат законам физики, удовлетворяют заявленным целям и могут быть реализованы при современном уровне развития техники.
В рассмотренном примере теоретически может быть сформировано восемь комбинаций. Из них выбраны следующие варианты проведения процесса разделения по длине:
1) ширина просеивающего отверстия больше длины частиц сходовой фракции; подача смеси — вдоль плоскости разделяющей поверхности; ориентация частицы — продольной осью поперек оси отверстия по касательной к его плоскости; отвод фракций — перпендикулярно разделяющей поверхности (разделяющая поверхность — горизонтальная);
2) ширина просеивающего отверстия больше ширины частиц смеси, но меньше длины частиц сходовой фракции; подача смеси — по нормали к разделяющей поверхности; ориентация частицы — продольной осью поперек оси отверстия по касательной к его плоскости; отвод фракций — вдоль разделяющей поверхности (разделяющая поверхность — вертикальная).
Все они удовлетворяют положениям идеальных моделей [2], что подтверждает перспективность, ра-
Идеализированные варианты реализации элементарных операций
Операция Предпосылки Варианты реализации
Взаимодействие Триерованию подлежит смесь, выровненная по ширине и толщине. Для исключения забивания просеивающих отверстий необходимо, чтобы их ширина была больше ширины частиц смеси. Длина отверстия определяется конструктивными соображениями • Ширина просеивающего отверстия больше ширины частиц смеси, но меньше длины частиц сходовой фракции; • ширина просеивающего отверстия больше длины частиц сходовой фракции
Подвод продукта Возможный способ подвода смеси к разделяющей поверхности взаимосвязан с характером взаимодействия и вариантом ориентации • Подача смеси осуществляется по нормали к разделяющей поверхности; • подача смеси вдоль плоскости разделяющей поверхности
Ориентация Разделение будет возможно в том случае, если частица будет соответствующим образом ориентирована по отношению к оси просеивающего отверстия и к плоскости разделяющей поверхности • Так как ширина щели больше ширины частицы, то разделение возможно только при ориентации частицы продольной осью поперек оси отверстия по касательной к его плоскости
Отвод фракций При гравитационном разделении процесс протекает под действием единственной активной силы — силы тяжести. Поэтому отвод проходовой и сходовой фракций должен быть в идеале вертикально вниз • Отвод фракций вдоль разделяющей поверхности (разделяющая поверхность — вертикальная); • отвод фракций перпендикулярно разделяющей поверхности (разделяющая поверхность — горизонтальная)
Переориентация Необходимо потребовать, чтобы в процессе взаимодействия с разделяющей поверхностью (отверстием) частица не дезориентировалась либо технические средства реализации простейших операций обеспечивали возможность быстрой переориентации в процессе движения от одного отверстия к другому В ходе выполнения предшествующих операций ориентация частицы не нарушается
!ББМ 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 №4
31
ботоспобность и практическую важность предлага- ции в обеспечении пожарной безопасности техно-емого направления развития концепции идеализа- логических предприятий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Некрасов А. В., Калач А. В., Исаев А. А. Повышение пожарной безопасности зерноперерабатыва-ющих предприятий за счет использования гравитационных сепараторов // Пожаровзрывобез-опасность. — 2011. — Т. 20, № 7. — С. 18-20.
2. Некрасов А. В., Калач А. В., Исаев А. А. Идеальное моделирование — основа совершенствования системы противопожарной защиты предприятий // Пожаровзрывобезопасность. — 2011. — Т. 20, №9. — С. 31-34.
3. Панфилов В. А. Теория технологического потока. — 2-е изд., исправл. и доп. — М. : КолосС, 2007.— 319 с.
4. Авдеев Н. Е., Некрасов А. В., Резуев С. Б., Чернухин Ю. В. Перспективные типы центробежных и гравитационных сепараторов. Теория и анализ конструкций. — Воронеж : Воронежский государственный университет, 2005. — 637 с.
5. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности : Федер. закон от 22.07.2008 г. № 123-ФЗ; принят Гос. Думой 04.07.2008 г.; одобр. Сов. Федерации 11.07.2008 г. — М. : ФГУ ВНИИПО, 2008. — 157 с. // Российская газета. — 2008. — № 163; Собр. законодательства РФ. — 2008.—№30.
Материал поступил в редакцию 1 февраля 2012 г.
Электронные адреса авторов: neavdeev@mail.ru; nekrasov_a_v@mail.ru; a_kalach@mail.ru.
Издательство «П0ЖНАУКА»
Л. П. Пилюгин ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ ВНУТРЕННИХ АВАРИЙНЫХ ВЗРЫВОВ
Настоящая книга посвящена проблеме прогнозирования последствий внутренних взрывов газо-, паро- и пылевоздушных горючих смесей (ГС), образующихся при аварийных ситуациях на взрывоопасных производствах. В книге материал излагается применительно к дефлаграционным взрывам, которые обычно имеют место при горении ГС на этих производствах.
В качестве основных показателей при прогнозировании последствий аварийных взрывов ГС рассматриваются ожидаемый характер и объем разрушений строительных конструкций в здании (сооружении), в котором происходит аварийный взрыв.
Книга продолжает исследования автора в области проектирования зданий взрывоопасных производств и оценки надежности строительных конструкций (на основе метода преобразования рядов распределения случайных величин).
С использованием методов теории вероятностей разработаны методики: определения характеристик взрывной нагрузки как случайной величины; оценки вероятностей разрушения конструкций, характера и объема разрушений в здании при внутреннем аварийном взрыве. Приведенные методики сопровождаются примерами расчетов для зданий различных объемно-планировочных решений.
121352, г. Москва, а/я 43; тел./факс: (495) 228-09-03; e-mail: mail@firepress.ru
Предлагает вашему вниманию
чрыюя
-f. ,-
32
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 №4
