CC BY
23УДК 628.511.001.57:656.62.073.28:689.46
Е.И. Адамов, к.т.н., доцент ФГБОУВО «ВГУВТ» Н.С. Отделкин, д.т.н., профессор ФГБОУ ВО «ВГУВТ» С.Н. Сикарев, к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ ПЫЛЯЩИХ ПОЖАРООПАСНЫХ ГРУЗОВ ПРИ ПЕРЕГРУЗКЕ ГРЕЙФЕРНЫМИ КРАНАМИ
Ключевые слова: пылеобразование, сыпучий груз, грейферный кран, потери сыпучего груза.
В статье рассмотрены технические средства борьбы с пылью, снижающие потери перегружаемого сыпучего (пылящего) груза, и отрицательное воздействие пыли на окружающую среду при их перегрузке грейферными кранами и перегружателями. Отмечается, что борьба с пылью при перегрузке навалочных сыпучих грузов грейферными кранами и перегружателями является одной из важнейших задач в решении общей проблемы охраны окружающей среды. Предлагается разработанное новое бункерное устройство для обеспыливания навалочных грузов при помощи специального бункера с изменяющейся вместимостью, которое позволяет исключить имеющиеся недостатки.
В связи с развитием химической промышленности и сельского хозяйства, интенсификация которого требует большого количества удобрений, объемы перевозок речным и морским транспортом пылящих пожароопасных грузов (минеральные удобрения, комовая сера и др.) увеличиваются.
Главную опасность при перегрузке пылящих пожароопасных грузов представляет их способность образовывать взрывоопасные пылевоздушные смеси, возгорание которых сопровождается выделением токсичных газов. Поэтому основным вопросом при проектировании оборудования и разработке технологии для перегрузки данных материалов должно быть обеспечение пожаробезопасности перегрузочных работ. Это значит, что перегрузочная техника не должна создавать пыление выше предельно допустимых концентраций (ПДК) по пожароопасности.
Интенсивность пылеобразования перегрузочного процесса сыпучих материалов зависит от их физико-механических свойств, технического уровня используемого оборудования и технологии перегрузки.
Для большинства пылящих грузов, перевозимых водным транспортом, значения ПДК составляют 4...6 мг/м3 [2].
В табл. 1 приведены значения превышения предельно допустимых концентраций запыленности воздуха в радиусе 10 м от места разгрузки грейфера с различными пылящими грузами [1, 3].
Таблица 1
Превышение предельно-допустимых концентраций запыленности воздуха в радиусе 10 м от места разгрузки грейфера
Наименование груза Превышение ПДК, раз
Пшеница 40...1000
Уголь 7...50
Руда 8.15
Наименование груза Превышение ПДК, раз
Суперфосфат 60.150
Хлористый калий 6.50
Комовая сера 20.50
Известняковая мука до 1500
Апатитовый концентрат 500.700
Из данных таблицы 1 следует, что перегрузочные процессы пылящих грузов с применением грейферных кранов не обеспечивают выполнения санитарных требований по запыленности воздуха в зоне проведения перегрузочных работ.
На речном и морском транспорте при перегрузке пылящих грузов их потери составляют: руда, уголь - 2,3% , цемент, минеральные удобрения - 1...2%, железорудный концентрат, серный колчедан - 0,89% [4, 5]. Указанные размеры потерь определены только от просыпей груза без учета потерь от пылеобразования и пылеуноса.
Значительное влияние на процесс пылеобразования оказывают такие физико-механические свойства сыпучего материала, как его гранулометрический состав и прочностные характеристики отдельных диспергированных элементов. Низкая прочность материалов приводит к их измельчению и увеличению дисперсности. Поэтому с увеличением числа перевалок груза способность его к пылеобразованию возрастает.
Решающее влияние на интенсивность пылеобразования оказывает технология перегрузочного процесса пылевидных материалов. Для уменьшения пыления необходимо при разработке технологии перегрузочных операций стремиться свести к минимуму число участков линейной и уровневой передачи материала, а также вертикально падающих потоков груза с целью уменьшения его истирания (измельчения), которое способствует пылеобразованию.
Максимальное пыление происходит при высыпании груза из грейфера. Это обусловлено кинетической энергией падающего груза, которая при его ударе о преграду (пол вагона или трюм судна) тратится, главным образом, на уменьшение пористости разжиженного воздухом груза и создание потоков воздуха, разносящих пыль. Поэтому количество пыли при свободном падении пылевидного груза зависит от его количества, дисперсности и высоты падения.
Анализ причин, способствующих процессу пылеобразования при перегрузке сыпучих грузов грейфером, показывает, что основным источником искрения является грейфер в момент раскрытия: от совершенства конструкции его, степени герметизации, уплотняющей способности режущих кромок челюстей и рациональной работы в основном и зависит запыленность воздушной среды на грузовом причале.
Чтобы правильно выбирать и проектировать перегрузочное оборудование для сыпучих пожароопасных грузов, необходимо знать предельно-допустимые концентрации пыли, при которых возможно воспламенение. Практическое значение имеет нижний предел (ПДК по пожароопасности) - наименьшая концентрация пыли в воздухе, при которой смесь способна воспламеняться.
К возможным методам пылеподавления при перегрузке сыпучих грузов грейферными кранами следует отнести:
- применение частичного или полного укрытия объектов пылеподавления;
- предварительное увлажнение и орошение (гидрообеспыливание);
- устройство отсосов пыли, максимально приближенных к месту разгрузки грейфера;
- использование специальных бункерных устройств, препятствующих интенсивному пылеобразованию и распространению пыли в зоне перегрузочных работ.
Создание специализированного комплекса (причала) ангарного типа с мощными аспирационными системами общего и локального действия резко усложняется из-за
особенностей работы портальных кранов, технологии перегрузочных работ и подачи на кордонные пути подвижного состава и требует значительных капиталовложений.
В отечественной и зарубежной практике широко применяется гидрообеспыливание, которое заключается в предварительном увлажнении и смачивании различных сыпучих грузов на складе, в вагоне, в судне, а также в орошении зоны экскавации в начальных и конечных точках перегрузки. Однако при перегрузке гигроскопичных материалов, влажность которых не должна превышать допустимых пределов, гидрофобных (несмачивающихся) материалов, применение гидрообеспыливания ограничено. Также возникает проблемы с очисткой и утилизацией отработанных вод.
Для улучшения эффекта гидрообеспыливание должно осуществляться по-другому. Увлажнять необходимо не груз, а воздушное пространство, в котором формируется пылевое облако, для чего в зону пыления подается под определенным давлением воздушно-водяная смесь в виде аэрозоля, который, контактируя с мелкодисперсными частицами груза, способствует увеличению их массы, а следовательно, и скорости осаждения.
Эффект от местных отсосов достигается лишь в случае, если создается максимально возможная герметизация укрытия, в котором обеспечивается равномерное и постоянное разряжение, и конфигурация укрытия соответствует направленности пылевого потока; выполняется условие простоты, надежности и удобства эксплуатации как самого укрытия, так и соответствующего взрывобезопасного оборудования аспи-рационной системы, которая имеет высокие непроизводительные энергозатраты.
Для снижения запыленности воздуха в зоне разгрузки грейфера с пылящими грузами применяют различные бункерные устройства, существенным недостатком которых является вытеснение запыленного воздуха из бункерного пространства поступающим туда пылящим материалом при разгрузке грейфера. Чтобы устранить указанный недостаток, бункеры снабжают аспирационными системами, создающими в бункерном пространстве разряжение путем отсоса запыленного воздуха. Затем этот воздух очищается от пыли в циклонах и матерчатых фильтрах, после чего выбрасывается в атмосферу. Объем аспирируемого воздуха в час при загрузке бункеров грейфером составляет 500-1500 м3 [6]. На рис. 1 приведена конструкция бункера с аспира-ционной системой.
,1
о г \ а
Щ
\
Рис. 1. Конструкция бункера с аспирационной системой (вертикальные створки не показаны): 1 - верхние горизонтальные створки; 2 - отсос запыленного воздуха
Такими бункерами снабжены отечественные грейферно-бункерные перегружатели ГБП-15 и ГБП-16, используемые при перегрузке апатитового концентрата. Однако
опыт эксплуатации позволил выявить недостатки в их конструкции. Как показали натурные замеры, в момент разгрузки грейфера в камере отмечается максимальная запыленность, концентрация пыли на уровне горизонтальных створок, расположенных в верхней части камеры, достигает 1,75 г/м3, что более чем в 22 раза выше предельно допустимого выброса, величина которого для апатита составляет 80 мг/м3 [8]. На металлоконструкции грейфера, находящегося в аспирационной камере с максимальными значениями запыленности, оседает значительное количество апатитовой пыли, которая при переносе порожнего грейфера сдувается и разносится ветром. Кроме этого, из-за выдержки порожнего грейфера в аспирационной камере в течение 30-60 с для отсоса из нее пыли снижается производительность ГБП-15. Исключить указанные недостатки при работе отечественных грейферно-бункерных перегружателей позволит специальный бункер с изменяющейся вместимостью [9]. Для его применения из конструкции грейферно-бункерных перегружателей необходимо убрать шлюзовую камеру с приводными вертикальными и горизонтальными створками, подпружиненные жалюзи (створки), расположенные в верхней части конусного бункера, аспирационную систему, включая приводы, циклоны и фильтры.
Чтобы упростить конструкцию существующего бункерного устройства с аспира-ционной системой, рассмотренной выше, разработана конструкция бункера с изменяющейся вместимостью (рис. 2). Она состоит из нижней приемной части 1 и верхней подвижной части 2 с опорными стойками 13 для фиксации грейфера 6 и двумя створками 3, уравновешенными противовесами 5. Нижняя часть 1 бункера, которая неподвижна и крепится к опорам 7, снабжена двумя направляющими швеллерами 14, по которым между упорами 8 перемещается роликовая каретка 12, жестко соединенная с верхней подвижной частью 2, которая с помощью гибкого уплотняющего элемента 4 связана с нижней частью 1. К роликовой каретке 12 при помощи троса и блока 11 крепится противовес 9, перемещающийся в защитном кожухе 10.
Рис. 2. Конструкция бункера с изменяющейся вместимостью
Устройство работает следующим образом. При посадке грейфера 6 на опорные стойки, верхняя подвижная часть 2 опускается под действием сил тяжести грейфера с сыпучим грузом, что приводит к уменьшению вместимости бункера. При этом из бункера происходит вытеснение воздуха, но без пыли, которая успевает осесть внутри бункера после предыдущей разгрузки грейфера. В процессе разгрузки грейфера 6 противовес 9 под действием силы тяжести опускается, поднимая верхнюю подвижную часть 2 вместе с грейфером 6, тем самым обеспечивая увеличение вместимости бункера и создавая в нем отрицательное давление, что исключает вытеснение запыленного воздуха наружу.
После разгрузки грейфера 6 и удаления его со стоек, вместимость бункера принимает максимальное значение, что в еще большей степени гарантирует невытеснение запыленного воздуха.
Исследования эффективности пылеподавления бункера с изменяющейся вместимостью показали, что его применение позволяет снизить запыленность воздуха над бункером в 25-30 раз [7] и при этом можно перегружать пожароопасные грузы. К преимуществам можно отнести также увеличение производительности грейферно-бункерного перегружателя и снижение его энергопотребления. Конструкция специального бункера с изменяющейся вместимостью защищена патентом № 147295 РФ [10].
Список литературы:
[1] Бланк Ю.И. Борьба с пылеобразованием в морских портах / Ю.И. Бланк, В.Я. Зильдман, В. А. Чикановский // Морской транспорт / Экспресс-информация. - М., 1984. - Вып. 552. - С. 2429.
[2] Сборник предельно-допустимых концентраций атмосферных загрязнений: сб. статей / отв. ред. В.А. Рязанов. - М. : Медгиз, 1955. - 120 с.
[3] Адамов Е.И. Результаты исследований пылеобразования и пылеуноса при перегрузке сыпучих грузов грейферными кранами / Е.И. Адамов // Эксплуатация морского транспорта. - 2010. -№1 (59). С. 13-17.
[4] Поваров Г.С. Сокращение потерь грузов при транспортировке / Г.С. Поваров // Речной транспорт. - 1975. - № 2. - С. 29-40.
[5] Сюхин Г.А. Снижать потери насыпных грузов при перевозке / Г.А. Сюхин, А.И. Телегин // Речной транспорт. - 1975. - № 1. - С. 31-35.
[6] Вейсенберг Г.В. Исследование процесса и разработка параметров улавливания пыли диспергированной жидкостью на основе применения добавок химических веществ : Дис. ... канд. хим. наук. - Караганда, 1982. -168 с.
[7] Адамов Е.И. Совершенствование методов определения и снижения потерь от пылеобразо-вания при перегрузке сыпучих грузов грейферными кранами и перегружателями : Дис. ... канд. тех. наук. - Нижний Новгород, 2010. - 122 с.
[8] Сборник предельно допустимых концентраций атмосферных загрязнений / Под ред. В.А. Рязанова. - М.: Медгиз, 1975. - 282 с.
[9] Отделкин Н.С. Защита окружающей среды при перегрузке сыпучих грузов грейферно-бункерными перегружателями / Н.С. Отделкин, Е.И. Адамов // Безопасность жизнедеятельности. - 2009. - № 3. - С. 27-29.
[10] Патент №147295 РФ Устройство для перегрузки сыпучих материалов / Н.С. Отделкин, Е.И Адамов, И.С.Тарасов; заявлено 12.12.2013 г., опубл. 10.11.2014 г. Бюл. № 31.
DEVICES FOR CARGO DUST SUPPRESSION DUSTY FIRE RISK AT OVERLOADING WITH GRAB CRANES
E.I. Adamov, N.S. Otdelkin, S.N. Sikarev
Key words: dust generation, bulk cargo, grab crane, bulk cargo loss
The article describes the dust controltechnical means,which reduce bulk cargo loss overloading and the dust negative impact on the environment when they are overloaded with grab cranes. It is noted that during bulk cargo overloading with grab cranes and reloaders dust control is one of the biggest challenges concerning common environmental problems. It is offered to work out a new bunker dedusting device for bulk cargo with a special bunker with a changing capacity, which eliminates the drawbacks.
