CC BY
30УДК 629.12.06:628.33/.35
А. С. Курников, д. т. н., профессор, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСА СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОБИТАЕМОСТИ И ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СУДОВ НА ОСНОВЕ АКТИВИРОВАННЫХ ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
Показано, что применение единых процессов обработки воды и газов позволило объединить ряд судовых систем в единый комплекс. Приведена принципиальная схема комплекса судовых систем с использованием активированных окислительных технологий и разработана методика его проектирования. Указан алгоритм расчёта систем, входящих в комплекс.
1. Создание новых принципиальных схем санитарных систем комплекса Разработанные автором математические модели систем кондиционирования воздуха (СКВ) и систем питьевой воды (СПВ) позволяют решать важные практические задачи как в области проектирования новых, так и при рассмотрении вопросов модернизации эксплуатирующихся санитарных систем.
На основе процессов обработки сред с использованием активированных окислительных технологий (АОТ), которые сформировались в результате теоретических и экспериментальных исследований, автором получены принципиальные схемы санитарных и экологических систем (рис. ] и 2).
Использование единых процессов приготовления воды питьевого качества (ЛОТ) и их взаимосвязь между собой позволило объединить системы водоснабжения в комплекс (рис. 1). Комплексный метод делает возможным применять типовые узлы и оборудование с укрупнением их в единые агрегаты, а это, в свою очередь, всегда приводит к уменьшению массогабаритных характеристик и энергопотребления. Аналогичный подход был использован В.Л. Этиным в работе [35], В.Н. Стаценко [38] и Б .Я. Карастылевым [13]. При комплексном решении проблем можно достичь максимального эффекта в экономическом и экологическом аспектах.
Комплексный метод может быть применен и для систем, обеспечивающих экологическую безопасность судна (рис. 2), так как обработанная в системе очистки сточных вод (СОСВ) вода используется в качестве рабочей среды для циклонно-пенных аппаратов (ЦП А) в системах очистки газов (СОГ) и подготовки ВТЭ дизелей. С другой стороны, вода после очистки газов и электролизера возвращается в приемный танк для понижения величины pH исходной сточной воды (СВ).
После потребления вода из комплекса санитарных систем попадает в приемный танк СВ и регламентирует производительность СОСВ как основной «поставщик» этих вод. Этим создается условие объединения двух комплексов в единый комплекс систем, обеспечивающих условия обитаемости и повышения экологической безопасности судна (рис. 3) [20].
Единый комплекс систем работает следующим образом.
Забортная вода в условно-чистых плесах забирается насосом СПВ и после очистки направляется в цистерну запаса питьевой воды (рис. 1). Из цистерны вода подается потребителям питьевой воды и на подпитку систем СОК, СПБ и СДВ. После потреб-
Рис. 1. Принципиальная схема комплекса санитарных систем снабжения судна водой питьевого качества и чистым воздухом:
1 - цистерна исходной воды; 2 - блок подготовки воздуха (БПВ); 3 - озонатор; 4 - контактный фильтр; 5 - деструктор озона; 6 - цистерна запаса питьевой воды; 7- гидрофор; 8 - грязевая коробка; 9 - насос; 10-эжектор; 11 - датчик ОВП; 12 - УФ-установка; 13 - вентилятор; 14 — ЦПЛ; 15 - нагреватель;
1 б - охладитель; 17 - холодильная машина; 18 - доводочный воздухораспределитель; 19 - ванна;
20 - емкость с хлором; 21 - расходомер; 22 - компрессор; 23 - емкость; 24 - фильтр;
25 - поплавковая камера
ления вода собирается в приемном танке станции ООСВ (рис. 2), в станции СВ очищается до требований «Вода техническая» и расходуется на: смыв унитазов, воду для ВТЭ, подпитку систем охлаждения оборудования и питательной воды котлов, воду для СОГ. В случае неполного расхода техническая вода сбрасывается за борт. Вода после электролизера (анолит), который применяется в блоке подготовки воды для ВТЭ, и из СОГ возвращается в приемный танк с целью подкисления СВ.
Рис. 2. Принципиальная схема комплекса систем но обеспечению экологической безопасности судна 1 - цистерна чистых СВ; 2 - фильтр известковый; 3 - контактный фильтр с ГАУ; 4 - фильтр песчаный;
5 - насос; 6 - напорный танк; 7 - бак с коагулянтом; 8 - насос-дозатор; 9 - флотатор; 10 транспортер;
11 - шламовый танк; 12- приемный танк; 13-фильтр; 14 - гидрофор; 15 - УФ-установка; 16 - эжектор;
17 - смеситель; 18 - озонатор; 19 - БПВ; 20 - контроль качества СВ; 21 - умягчитель; 22 - электролизер; 23 - ЦПА; 24 - фильтр; 25 - колонна контактная; 26 - установка приготовления ВТЭ с озонированной
водой (ОВТЭ); 27-СЭУ
Нефтесодержащие воды (НВ) используются в качестве воды для ВТЭ котлов, отходы и шлам сжигаются в инсинераторах.
После очистки выпускные газы (ВГ) СЭУ выбрасываются в атмосферу.
Таким образом, применив комплекс систем, обеспечивающих условия обитаемости и экологическую безопасность судна, можно значительно повысить санитарные и экологические показатели этих систем.
СПВ
________
СКВ
Станция ППВ
_ "И":1 ^СПБ
Пресная вода Iі |1 СОК Кондиционер воздуха « -—) Помещения
* 1_ | і 1 г —
г — . 1
Вода —^ Потреби- СДВ |, Сточные
питьевая тели 1 воды
Станция
ПВБ
Ілавательньїі бассейн
I
Г'
Смыв
унитазов
ГІ
овтэ
Топливо
Дизель
Нефтесодерж.
воды
I
I
_|_
Выбросы помещений
втэ
т~
Топливо
Очистка газов (СОГ) і *
I і *
>3 из I ПИЙ I
Атмосфера
Котлы
Анолит
Питательная
вода
Вода техническая
Станция
ООСВ
;осв|
Гидросфера
Мусор
Рис. 3. Структурная схема единого комплекса систем, обеспечивающих условия обитаемости и повышение экологической безопасности судна;
СОК - система очистки воды для кондиционера;
СПБ - система подготовки воды для плавательною бассейна;
СДВ - система доочистки воды
2. Разработка методики проектирования комплекса систем с использованием математических моделей
Основной задачей проектирования комплекса систем по улучшению условий обитаемости и повышению экологической безопасности судов являются: снабжение качественной водой в необходимом количестве, чистым воздухом и обеспечение требуемых параметров очищенных СВ и ВГ перед их сбросом в водоемы и выбросом в атмосферу при выбранных для этих целей технологических схемах.
Исходными данными для проектирования комплекса систем являются:
сведения о судне - тип, район плавания, условия по комфортабельности, количество людей на борту;
технологические схемы очистки воды и газов, указанные в п. 1 настоящей работы; показатели качества исходных воды и газов;
показатели качества готового продукта в соответствии с требованиями действующих стандартов;
производительность СКВ;
доза озона в системах, в которых используется процесс озонирования; предельные скорости движения воды и газов в элементах системы; характеристики блоков питания озонаторов в вариантах, которые могут быть применены при проектировании;
значения внешних факторов, влияющих на процесс обработки воды и газов;
конструкции элементов систем;
объем ванны плавательного бассейна Ув;
отношение производительности систем по воде к объему воздуха, подаваемого на синтез озона в озонаторе.
Показатели качества воды и газов и значения внешних факторов определяются техническим заданием на проектирование. При задании качества исходной воды и газов в случае их возможного изменения необходимо указать диапазон их трансформации с учетом результатов эксплуатации подобных систем.
Разработанные автором математические модели служат основой для методики проектирования комплекса систем при различных условиях функционирования. Алгоритм проектирования комплекса показан на рис. 4.
Порядок проектирования комплекса систем следующий.
1. Определяется баланс расхода воды в комплексе и производительность входящих в него систем.
Баланс расходов воды в комплексе определяется уравнением:
^ ПВ . пЗВ г-С В /л \
•УгV *«\.
11В
где Ож - производительность СПВ по воде, кг/с;
ОД
Ож - массовый расход забортной воды, которая после использования собирается в цистерну исходной СВ, кг/с, по данным ЦКБ НПО «Судоремонт» составляется *(0,15...0,2)С™
СВ
Сж - скорость накопления СВ (производительность СОСВ), кг/с. Производительность СПВ рассчитывается выражением:
0ПВ „ПВ„ , „шах/-.к . пл/^ПлБ , г'ДВ о\
ж = Яжпл+Чж +С* . V)
где дж - удельное водопотребление питьевой воды, кг/(чел с), принимается по нормативным документам [29, 31];
пя - количество людей на борту судна, чел.;
<7™ах - максимальный удельный расход воды для увлажнения кондиционированного воздуха, кгНг0/кгвозд , =0,01 кг/кг [3, 12];
О* - производительность СКВ, кг/с;
0,1 - добавление 10% «свежей» воды в ванну бассейна из СПВ [9];
СЖБ - производительность СПБ, кг/с;
Рис. 4. Алгоритм проектирования комплекса санитарных систем
СШБ =Кан9±_ ж 12-3600 ^ 1
Удм - объем ванны бассейна, м3; рв - плотность воды, кг/м3;
12 - время полного обмена воды в ванне, ч [9];
0^В - производительность СДВ, кг/с;
ДВ
0ДВ = Яж_?л (4)
ж 24-3600
9ж-В - норма расхода воды для питьевых нужд, =3,0 кг/(чел сут) [28].
Тогда скорость накопления СВ, кг/с, будет:
осжв = «л + чТокг + од с™ + о£в\ <5)
Расход СВ при повторном их использовании для технических целей характеризуется следующим уравнением:
С СВ /->см , /-»под , /-*ВТЭ , , ^-*ОГ
ж ^ж + ^ж + ^ж + ^ж + ^ж ’ ' '
где - расход воды на смыв унитазов и писсуаров, кг/с;
= 0,05 ”л , (7)
ж 24-3600
0,05 - норма расхода воды на фановую систему, м3/(чел сут) [33];
- расход воды на подпитку систем охлаждения оборудования и теплоснабжения, кг/с;
£»од = ОіОЗ^ддд + Утсн\>в
^ ~ 24-3600
0,03 - доля объема воды, потраченного на испарение и утечки [17];
Уохл - объем воды в системах охлаждения оборудования, м3;
Ут сн - объем воды в системе теплоснабжения, м3;
" расход воды на ВТЭ ДВС, кг/с;
,втэ
= 0,2!(?_,, (9)
0,21 - максимальная доля воды во ВТЭ [23];
- расход топлива в ДВС, кг/с;
- расход воды на восполнение питательной воды котлов, кг/с;
->пит
0^=0,05 Оя, (Ю)
Єп - производительность котла по пару, кг/с;
лп
” расход воды в СОГ на испарение и унос газом (производительность СОГ),
кг/с;
С°ЖГ = 0,24-10-3 р,<?РУ, (11)
0,24-10'3 - доза воды при очистке газов в контактных аппаратах, Iм1аза [16];
СЭУ
бг - массовый расход газа в СЭУ, кг/с, определяется для ДВС и котлов по уравнениям [4, 11,24,27];
=0,115-10-4а19ВД2Рг2ХФ [ОГ = 0,115 • 10~4 о.1СкотТгг рг^ х ’
где <Х\ - коэффициент избытка воздуха;
ц - удельный расход топлива двигателя, кг/(кВт ч);
Тг - температура выпускных газов, К;
X - коэффициент рециркуляции ВГ СЭУ; без циркуляции % = 1,0, с рециркуляцией х = 0,9;
Ф - коэффициент продувки, Ф = 1,05...1,1 [24];
&кот ~ часовой расход топлива вспомогательных котлов, кг/ч. Производительность системы СОК, кг/с, рассчитывается по уравнению:
г-'СОК __ Гк
где \хк ~ определяется в зависимости от типа контактного аппарата кондиционера, кг/кг.
Для форсуночных камер коэффициент орошения , кг/кг, высчитывается по уравнению:
_ №
4!-{3600-А)°’!2-4 Для ЦПА ^ПА =1,0 кг/кг.
Баланс расходов воды в комплексе систем приведен на рис. 5.
2. Производится расчет основных параметров СПВ.
Качество воды после каждой стадии обработки 2, в системе определяется по любому ее показателю для стационарных режимов выражением:
или для процессов озонирования , адсорбции и УФ-обработки .
2 о? = 0 —
(13)
^ уф ~ V — ^ У'ф )* Л£)
где 8, - степень очистки воды на каждой стадии обработки по показателям качества воды.
от
ё
і
пв
Яж пл^ Хозяйственные
нужды
пв <іж о,ігіГ Система подготовки
Система питьевой ВОДЫ для плавательных бассейнов СПБ
воды СПВ
шах гг N.
Система очистки водыдля
кондиционеров СОК
0: >
Система
> доочистки воды СДВ
Система забортной воды СЗВ
_зв
о.
Вестник ВГАВТ
dz03 _ Аж1
dx v ке
dzad _
dx v ' заг
dzy(p _ І
dx у ' Рп
С учетом динамики процесса очистки качество воды будет характеризоваться уравнениями:
[*00-8«)-*«];
\^oj 0 — 8а())~ za() ],
\?ад О ~^уф]~ гуф\-
где г - время пребывания в реакторе, с;
Ьж - объемная скорость воды, м3/с;
Уке, Узаг, Урп - объемы контактной емкости, загрузки фильтра и реакционного
пространства, м3.
На первом этапе производится расчет процесса озонирования.
Доза озона g03, необходимая для достижения требуемой степени очистки 8ог, высчитывается по формуле:
go3 = —~ 5°3/5°), (14)
а
где даз - определяется по уравнению (13) с учетом ограничения 803 < 0,375;
8а, а - находятся из систем уравнений в зависимости от условий прохождения процесса озонирования:
i по показателю волы "цветность"
! &Т = 0,47 - 0 |(х* - 0,8)- 0.015(х, - 22)- 0,003{хя - 20)+ 0,35^,, - ?)- 0,00б(хо, -15)4 + 0,00 l(x;, - 70)+ 0,00067xt + 0,00002ф, - 22>.у. а1* = 0,28 - 0,06(х,.е - 0,8) - 0,01 04(х, - 22)+ 0,045^ - ?)- 0,014(хм -15)+ 0,0015{х„ - 20)
+ 0,00076^ - 7о)- 0,00054х, + 0,00002 l(x; - 2l)xt; по показателю воды "логарифм коли - индекса" б*-“ = 0,67 - 0,03 8(х, - 22)- 0,0475(хрЯ -7)+ 0,013S(.xw -15)+
+ 0,0005.x, + 0,000013(х, - 22)xt; ак~и = 0,40 - 0,02(х,,я - 7)+ 0,0001 Зх,
где Хре, х,, хп, хрН , хок, хр, хх — значения факторов: железа (г/м ), температуры (°С), прозрачности (см), водородного показателя, окисляемости (г/м3), давления (кПа), времени контакта озона с водой (с).
Для «наихудшей» исходной воды [5] необходимая доза озона находится в пределах 5,1 мг/дм3.
Производительность озонатора, г/с, находится по уравнению:
пв ГПВ
0ПВ =8оз_У ж (15)
1,05-р.
Далее определяется концентрация озона С03, г/м3, в озоно-воздушной смеси:
ГПВ /-> _'~гоз 'Ре
03 ~~'"гпв > <16)
п"'-гж
где п - отношение производительности СПВ к расходу воздуха, подаваемого на синтез озона (указывается в техническим задании на проектирование).
Необходимая активная мощность озонатора, /V, Вт, вычисляется из уравнения:
ІП
N = -
ґ
■"С ж
(17)
*)Рв
где Са - стационарная концентрация озона, г/м3;
- сумма констант скоростей образования и разложения озона, отнесенной к единице удельной мощности разряда, м3/(Вт-с);
Величины С0 и кх определятся следующими зависимостями:
Са = С0 -6,і(\у-0,5і)
кх -107 =к0 -1,40,51)-0,14(7^ -298)’ (18)
где С0, к0 - коэффициенты, величина которых зависят только от конструкции озонатора;
ц/, Тж - текущие значения влажности газа в озонирующих элементах (ОЭ), г/м3,
и температуры охлаждающей ОЭ среды, К.
Активная мощность озонатора при атмосферном давлении Ы0, Вт, высчитывается по выражению [18]:
N
^=-т—, (.9)
1 *01*03
где кш- коэффициент, учитывающий давление р03, 1/кПа, кт - 0,0078;
Рт - давление озона в ОЭ, кПа.
Необходимая частота электротока озонатора / Гц, характеризуется уравнением
[8]:
1 = 4иг-[{ио-иг)С^-игсп\' (20)
где иг - напряжение горения, В;
I/0 - рабочее напряжение, В; с в - емкость диэлектрического барьера, Ф; сп — емкость разрядного промежутка, Ф.
Ограничением процесса синтеза озона, возникающем из-за термохимического пробоя диэлектрического барьера, связано с ростом температу ры в разрядной зоне
ОЭ при увеличении мощности. Это явление можно учесть с помощью уравнения
теплового баланса среды в ОЭ, из которого определяется максимально допустимая
по условию обеспечения надежности диэлектрического барьера активная мощ-
ность:
(21)
где - максимально возможная температура поверхности диэлектрического барьера, при которой еще сохраняется высокая надежность диэлектрика, К;
Тж - температура охлаждающей среды на входе в ОЭ, К;
К - полное термическое сопротивление теплопередачи в ОЭ, (Км2/Вт); т - удельный, приходящийся на единицу площади, расход охлаждающей среды, кг/(м2-с);
ср - удельная изобарная теплоемкость охлаждающей среды, Дж/(кг-К);
Рр.з. ~ средняя площадь разрядной зоны ОЭ, м2.
Общий энергетический баланс газа и воды представлен в виде системы уравнений
Р(,,, Ра2 - перепад давления в адсорбере осушителя воздуха, Па;
Рщ , Р,„г - перепад давления в вихревой трубе, Па;
Р03>, Р03г - перепад давления в ОЭ озонатора, Па;
gr - ускорение свободного падения, м/с2;
Ьг , Ьг - объемные скорости газа и жидкости на /-ом участке, м3/с;
Яг. , КЖ) - обобщенное сопротивление трубопроводов на различных участках системы, с2/м5;
Ркк|, Ркк - перепад давления в контактной колонне, Па;
Ркф^, Ркф2 ~ давление среды в верхней и нижней полостях фильтра, Па;
Руф^, Ру^ - перепад давления в УФ-установке, Па;
АН - разность уровней всасывающего патрубка насоса и выходного отверстия трубопровода готовой воды, м.
В частном случае станция водоочистки может не содержать какого-либо из этих элементов.
Обобщенное сопротивление К, может быть найден на основании расчета потерь напора Нп, в соответствующем трубопроводе, который высчитывается выражением;
Бернулли:
Рж8„ Р ж8п Рж2п 1=1
(22)
ПВ пв
где Нг , Нж - напоры, которые должны обеспечиваться насосом, м;
где X, - коэффициент сопротивления трения на г'-м участке трубопровода;
- длина (-го участка, м;
Д - диаметр трубопровода на г-м участке, м;
- суммарная величина коэффициентов местных сопротивлений на 1-м участке трубопровода;
со, - средняя скорость движения воды на 1-м участке, м/с.
С другой стороны потери напора прямо пропорциональны квадрату объемной скорости среды на данном участке трубопровода:
Нп, =Ф?,. (24)
Выразив скорость движения среды через ее расход и диаметр трубопровода получим:
Я,=
8
.2М— (25)
Данные по значениям коэффициентов и 4/ могут легко быть получены из справочной литературы [1, 14].
Полученные уравнения энергетического баланса СПВ позволяют определить геометрические и конструктивные характеристики ее оборудования и трубопроводов.
Для СОК и СПБ приведенные уравнения баланса можно применять без каких-либо изменений, для СДВ - необходимо исключить из уравнения определения величины напора насоса (Иж) 1, 3 и 4 слагаемые. Результаты исследований, приведенные в работе [4], указывают на незначительное влияние оборудования систем, не входящих в состав систем, на энергетический баланс. Как следствие, этим влиянием можно при проектировании систем водоочистки пренебречь.
Процессы сорбции и УФ-облучения характеризуются степенями очистки 8о0 и 8уф, которые уточняются по уравнению (13)
г _ 2 оз ~ ^ад °ад ~
¿"ы- <26)
6 уф ~ :
уф
где 2уф - показатель качества готового продукта.
На этом расчет основных технологических параметров СПВ можно считать законченным. Конструктивные параметры, такие как объемы реакторов, могут быть найдены по определенным расходам и времени контакта воды с озоном при условии сохранения соответствующей гидромеханической структуры потока в реакторах. Расчет основных элементов системы производится по уравнениям, приведенным в работах [19, 21,22, 36].
Детальный гидравлический расчет системы проводится после уточнения конструктивно-технологической схемы с учетом реальной привязки к объекту водопотреб-ления. Для поддержания дозы озона на необходимом минимальном уровне нужно предусмотреть датчик замера ОВП, который электросвязью соединен с преобразователем частоты электротока озонатора.
3. Определяются параметры СПБ для технологической схемы подготовки воды -озонирование, фильтрация и УФ-облученне.
Качество воды после каждой стадии обработки в системе оценивается по выражению:
*03 — І)- 803, )ї0 гф ~ йф Г<а 2уф ~ V — уф гф
ЬфК (27)
где 2ф - концентрация показателя качества фильтрата;
Ъф - степень очистки воды при фильтрации;
Ьф = 0,2; 5кф~и = 0 (данные [10]).
Доза озона принимается 1,2 мг/дм3, которая была определена автором в результате экспериментальных исследований в плавательном бассейне «Кварц» Борского стекольного завода.
Затем находится производительность озонатора 0^Б, г/с, для СПБ:
ПяБ /-> ПяБ
СПлБ^8оз (28)
1;05Рв
Далее расчет системы аналогичен предыдущему, только члены в уравнениях -
/~*ПВ /-"* /75 /-ч Пл& ПлВ
Ооэ , Ож заменяются на соответствующие О03 , Сж .
4. Выполняются расчеты СОК для технологической схемы очистки воды - озонирование с регулированием дозы озона, фильтрация и У Ф-облучение.
Алгоритм расчета СОК одинаков с расчетом СПБ. Отличием являются только доза озона , которая составляет 0,51 г/дм3, и производительность озонатора , г/с.
V* .вС0К
= ------*_ (29)
1,05-р,
Для автоматического регулирования необходимой дозы озона в воде предусматривается блок изменения производительности озонатора в зависимости от показателей качества воды кондиционера.
5. Рассчитываются показатели СДВ для технологической схемы доочистки воды -дехлорирование, озонирование и сорбция на ГАУ.
Дехлорирование производится отстоем воды в емкости в течение (3,5...4,0) ч.
Качество воды после каждой стадии обработки в системе определяется по выражению:
/*03 0 803 V*
— 0 — ^ад )2оз
Далее алгоритм расчета аналогичен с расчетом СПВ. Производительность озонатора , г/с, при этом определяется по уравнению:
пв ЯДВ-0ДВ 6** = *” ж . (31)
где = 0,12 мг/дм3 - (данные ТОО «Озонид», г. Уфа).
6. Определяются параметры СКВ с контактными аппаратами в составе кондиционера.
Баланс потоков воздуха в СКВ определяется из рис. 6.
&?■
Рис. 6. Баланс расходов воздуха в судовой СКВ с применением озонных 'технологий ¿0 + + ¿2 + ¿5 = ¿з + ¿4 + ¿5 ,
(32)
где ¿о - объемный расход приточного («свежего») воздуха, м3/с;
£/ - объемный расход озоно-воздушной смеси, поступающей вместе с водой из СОК, м5/с;
12 - объемный расход воздуха, поступающего в кондиционируемое помещение при инфильтрации, м3/с;
Ь}- объемный расход воздуха при эксфильграшш, м*/с;
Ь4 - объемный расход воздуха, удаляемого из помещения, м3/с;
Ь} - объемный расход рециркуляционного воздуха, м3/с.
Изменен»-; количества озона во времени в помещениях судна и в кондиционере оценивается выражениями:
¿С, _Ь2-С§+ (¿0 + +-£,).С2 - (¿о + ¿[ + -¿2 +^5)’ Сэ-Д
сН = Уу
¿С2 _ ¿рСр + ¿чСдГ)) - (¿о + ¿| + /.5)-С2 ск ~ У2
где 5 - потери озона в помещениях рассчитывается по формуле [34]:
*^ = ^2 'тдещ ■
]=1
(33)
(34)
(35)
Величина скорости депозиции озона (о^, м/с, принимается в соответствии с
данными источника [34].
Необходимая концентрация озона для СКВ с рециркуляцией воздуха определяется по уравнению:
[г1 СГ^-УО 1 " Цъв ’
где В ~ высчитывается по выражению:
В = \-^Р* , (37)
£
С™“ = 35 мкг/м3 (максимальное фоновое значение концентрации озона в атмосферном воздухе);
Л! = 0,07.
Производительность озонатора 0*3, г/с, рассчитьшается по формуле и сравнивается с величиной, полученной по уравнению (29). Учитывая опасность передозировки озона в кондиционируемом воздухе, производительность озонатора окончательно принимается наименьшая.
Определение конструктивных размеров контактных аппаратов в составе кондиционера производится по уравнениям, приведенным в работе [2].
7. Расчет системы доочистки СВ.
Технологическая схема подобна схеме СПВ и состоит из процессов — озонирование, сорбция и УФ-облучение. Поэтому расчет системы производится по тем же уравнениям, что и СПВ.
В соответствии с рекомендациями работы [ 15] озон, вырабатываемый в озонаторе СОСВ, должен распределяться следующим образом: 2 части подаваться во флотатор и 1 часть на доочистку СВ.
. Общая производительность озонатора определяется по выражению:
'СВ псв
<?£* = 03 • (38)
Рв
Испытания, проведенные в п. Пелым подтвердили это положение. Кроме этого, испытания установили общую дозу озона , которая находится в пределах 21 мг/дм3. Итак, в модернизированную СОСВ на доочистку должно подаваться не менее 7 мг0] ¡дм(-в .
ПВ
Далее расчет ведется по тем же уравнениям, что и для СПВ с заменой ,
Сж на (?,„ , Ож . При этом надо учесть, что на доочистку используется 1/3 и
что концентрация показателей качества СВ перед доочисткой 20 отвечает требованиям Регистра для сброса в водоем [30], а 2уф - требованиям ГСЭН для «открытых» систем [25].
8. Расчет системы озонирования воды для ВТЭ.
ОТТ}
Производительность озонатора С03 , г/с, для системы рассчитывается по урав-
нению:
„ВТЭ г ВТЭ • ч _ £оз ' ^ж
'-'лв “ <
'05
Рв
(39)
где g0} = 0,11 Ю/кгН}0 (установлено испытаниями).
Расчет реактора и эжектора производится по известным формулам, приведенным в в работах [32, 37], при этом для реактора время контакта озона с водой должно быть не менее 12 мин [33].
9. Расчет СОГ с использованием ЦПА.
Производительность системы определяется по уравнению (11).
Температура воды на выходе из аппарата , °С, высчитывается по выражениям
где - температура газа после ЦПА, °С;
Л1 - разность температуры газа и воды;
Н„ - высота пены в ЦПА, И„ = 0,30 м [2]; сог - скорость газа, м/с, сог = 5 м/с, [2],
Величина погружения в воду завихрителя Н0, м, определяется по уравнению:
Диаметры пенной камеры и аппарата (Д. и уцениваются уравнениями:
10. Ликвидация НВ, мусора и шлама.
Подсланевые НВ, количество которых прогнозируется с помощью данных работы [23], используются в качестве компонента ВТЭ для котлов [6, 26, 38]. Мусор после сортировки и измельчения, а также шлам из цистерн и флотаторов сжигаются в инси-нераторах.
Таким образом, применение методики проектирования комплекса систем позволяет принимать обоснованные конструктивные решения по всем системам, входящим в комплекс.
3. Выводы
1. Созданы новые принципиальные схемы санитарно-экологических систем, объединенные в единый комплекс, на основе математических моделей СКВ и СПВ.
2. Составлена структурная схема комплекса систем, обеспечивающих условия обитаемости и повышение экологической безопасности судна.
3. Определен баланс расходов воды и газов в комплексе систем.
4. Приведен алгоритм проектирования комплекса санитарных систем.
5. Разработана методика проектирования комплекса систем.
6. Указано, что использование методики проектирования комплекса систем позволяет принимать обоснованные технологические и конструктивные решения по санитарным системам.
Слисок литературы
[1] Альтшуль В.Д, Киселев П.Г. Гидродинамика и аэродинамика. - М.: Строй издат, 1975. -323 с.
И:
(40)
(41)
(42)
(43)
где С^эу - рассчитывается по одному из уравнений (12).
[2] Богатых С. А. Циклонно-пенные аппараты. - JL: Машиностроение, 1978.-225 с.
[3] Васильев К.А., Буслаев H.A. Циклонно-пенный аппарагг для увлажнения возду-ха//Судостроение, 1975. -№ 1. - С. 32-34.
[4] Васькин С.В. Проектирование судовых систем приготовления питьевой воды с управляемым технологическим процессом: Автореф. дисс. канд. техн. наук. - Н. Новгород, 2000. - 22 с.
[5] Вода для хозяйственно-питьевого обеспечения судов. Требования к качеству: ГОСТ 29183-91. - Введ. 01.01.93. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 9 с.
[6] Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования: ГОСТ 12.1.005-88. -Введ. 01.01.1989. - М., 1988. - 27 с. - (система стандартов по информ., библ. и изд. делу).
[7] Волков Д.И., Сударев Б.В. Судовые паровые котлы. - Л.: Судостроение, 1988. - 136 с.
[8] Герасимов Я.И. Современные проблемы физической химии. - М.: Изд-во МГУ, 1968. -211с.
[9] Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и качеству воды для плавательных бассейнов: СанПиН 2.1.2.568-96. - Введ. 31.10.%. - М.: ИИЦ Минздрава России, 1996. -27 с.
[10] Губернский Ю.Д., Дмитриев М.Т. Атмосферный озон н ионы — основные компоненты свежести воздуха//Природа, 1976. - Х° 9. - с. 26-31
[11] Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей/Д.Н. Вырубев, H.A. Иващенко и др. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1983. - 372 с.
[12] Захаров Ю.В. Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины. -Л.: Судостроение, 1979. - 584 с.
[13] Карастелев Б.Я. Комплекс технологий термического обезвреживания судовых сточных и нефтесодержащих вод: Автореф. дисс. докт. техн. наук. - Владивосток, 2000. - 38 с.
[14] Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам. - М.: Энергия, 1974. - 312 с.
[15] Козлов М.Н. Очистка сточных вод больших городов озонированием: Автореф. дисс. канд. хим. наук. - М., 1995. - 24 с.
[16] Колбасов Г.И., Крунчак В.Г. Применение редоксметрии для оценки загрязненности городских сточных вод//Химия и технология воды, 1982. - № 2. - с. 153-156.
[17] Конаков Г.А., Васильев Б.В. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота: Учебник для вузов/Под ред. Г.А. Конакова. - М.: Транспорт, 1980. - 424 с.
[18] Курников A.C. Исследование и разработка методики проектирования судовых систем приготовления озона: Агтореф дисс. канд. техн. наук. - Л., 1985. - 22 с.
[19] Курников A.C. Особенности проектирования судовьк систем приготовления озона. - В кн.: Вопросы проектирования судовых систем, - Л.: ЛКИ, 1983, - с. 22-34.
[20] Курников A.C., Бурмистров Е.Г, Реализация концепции повышения экологической безопасности суднаУ/Экология и жизнь. Тез. докл. Материалы IV Международной науч.-практ. конф. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2001. - С. 62-64.
[21] Курников A.C., Бурмистров Е.Г. Щепоткин A.B. К вопросу о создании эжекторов, устойчиво работающих при высоких давлениях сжатия. — В кн.: Моделирование и анализ сложных технических систем. - Н. Новгород: ВГАВТ, 1995. - вып. 271. - с. 143-156.
[22] Курников A.C., Ванцев В,В. Блоки подготовки воздуха для производства озоиа/Яруды ВГАВТ, вып. 294. - Н.Новгород, 2000. - с. 54-84.
[23] Кутыркин В.А, Садеков М.Х., Митрошииа С.В. Технология сжигания нефтесодержащих вод в СЭУ//Наука и техника на речном транспорте, 1995. - вып. 11. - с. 1 -18
[24] Лебедев О.H., Сомов В.А., Калашников С.А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов: Учеб. для вузов. - М.: Транспорт, 1990. - 328 с.
[25] Методические указания по гигиенической оценке использования очищенных сточных вод в охладительных системах промышленного водоснабжения/Минздрав СССР. № 3224-35. - М.: Минздрав, 1985.-41 с.
[26] Оценка эффективности новых технических решений по экономии топливных ресурсов на речных судах//Отчет по НИР. Руков. В.А. Кутыркин, Кг 944607. - Н. Новгород: ВГАВТ, 1994. -113 с.
[27] Пономарев И. А., Русин В.Н. и др. Энергетические установки речных судов: Учеб. для вузов. - М.: Транспорт, 1978. - 408 с.
[28] Популярная медицинская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1991. - 668 с.
[29] Правила предотвращения загрязнения внутренних водных путей сточными и нефтесодержащими водами с судов: ПР 152-002-95/Минтранс РФ. — М., 1995. - 23 с.
[30] Правила экологической безопасности судов внутреннего и смешанного плава* ния / Российский Речной Регистр. - М.: «Марин Инжиниринг Сервис», 1995. - 52 с.
[31] Системы бытового водоснабжения судов внутреннего и смешанного плавания. Правила и нормы проектирования: РТМ 212.0140-85. - Ввел. 01.06.86. - Горький: ГИИВТ, 1985.-48 с.
[32] Соколов Е.Я., Зингер И.М. Струйные аппараты. - М.: Энергия, 1989. - 350 с.
[33] Суда внутреннего и смешанного (река-море) плавания. Санитарные правила и нормы: Сан-ПиН 2.5.2-703-98. - М.: Минздрав России, 1998. - 144 с.
[34] Уаддн Р., Шефф П. Загрязнение воздуха в жилых и общественных зданиях. -М.: Стройиздат, 1987. -160 с.
[35] Этан В,Л. Основы проектирования комплекса систем водоснабжения судов внутреннего и смешанного плавания; Автореф. дисс. докт. техн. наук. - Л., 1985. - 44 с.
[36] Этин В.Л. Теория работы судовых озонаторных станций. - В кн.: Надежность и эффективность судовых систем. - Горький: ГИИВТ, 1981. - вып. 184. - с. 3-25.
[37] Этин В.Л., Курников A.C., Худяков Л.А. Экспериментальные исследования параметров и коэффициентов процесса кондиционирования воды озоном. - В кн.: Надежность и эффективность судовых систем. - Горький: ГИИВТ, 1981. - вып. 184. - с. 25-50.
[38] Эгин В.Л., Шмаков В.И., Курников A.C. Предупреждение коррозии и биологического загрязнения трубопроводов судовых снстем/ЛДБНТИ Минречфлота РСФСР, вып. 6. - М., 1984. — 42 с.
DEVELOPMENT OF A TECHNIQUE OF DESIGNING OF A COMPLEX OF SYSTEMS OF MAINTENANCE HABITABILITY AND INCREASE OF ECOLOGICAL SAFETY OF SHIPS ON THE BASIS OF THE ACTIVATED OXIDIZING TECHNOLOGIES
A. S. Kurttikov
il has shown, that the application of uniform processes of water and gas processing has enabled to unite a number of ship systems in a uniform complex A basic flow chart of a complex of ship systems by using activated oxidizing technologies is given and its design technique has been developed. An algorithm of calculating the systems included in the complex is specified.
УДК 629.12.061:628.1
А, С Курников, д. т. и., профессор.
А. В. Распопов, аспирант, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
; ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД В ГИДРОЦИКЛОНАХ
Рассмотрены основные типы гидроциклонов. Приведены схема и принцип действия напорного гидроциклона. Указаны возможные режимы работы данных аппаратов. Предложена схема обработки сточных вод с использованием напорного гидроциклона. Выполнен расчет гидроциклона для судовой станции очистки и обеззараживания сточных вод.
В большинстве случаев сточные воды (СВ) содержат грубодиспергированные примеси, поэтому в составе очистных станций почти всегда предусматриваются сооружения для механической очистки СВ. На современных очистных станциях грубо-
