Введение к работе
Актуальность работы. Охрана труда на производстве предполагает обеспечение нормативных условий по чистоте воздушной среды внутри помещений, регламентируется уровнем предельно-допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны (РЗ) и реализуется устройством вентиляции, гигиеническое назначение которой состоит в удалении вредных выделений с вытяжным воздухом 'и подаче в помещения чистого воздуха. Но средства обработки газовых выбросов в атмосферу обеспечивают не полное обезвреживание загрязняющих веществ (ЗВ), а 30 % от ПДКр, в приземном слое атмосферного воздуха промышленной площадки. Фактическая эффективность пыле- и газоулавливающих установок позволяет обезвредить лишь 24 % ЗВ, образующихся на предприятиях машиностроительной отрасли, а в среднем по Воронежской области - 49 % . Следовательно, окружающее пространство наполняется опасными для здоровья людей ЗВ со сверхнормативными концентрациями, которые при тесной застройке промышленных, территорий могут попасть в зону подпора или аэродинамической тени зданий, расположенных в пределах досягаемости воздушной струи, и вместе с фоновыми загрязнениями и выбросами от автомагистралей стать сверхнормативной составляющей ЗВ приточного воздуха (ПВ), поступающего в рабочую зону производственных помещений и обслуживаемую зону помещений с условиями повышенной комфортности (больницы, лечебно-профилактические, детские учреждения и др.).
Для защиты рабочей и обслуживаемой зоны от проникновения газообразных загрязнителей внутрь помещений выявлена и обоснована необходимость моделирования и выбора рациональных параметров, установки и эксплуатации очистного оборудования в приточных камерах вентиляционных систем, которое традиционно применяется в вытяжных системах вентиляции. Для эффективной очистки воздушных потоков от газообразных вредностей используют процессы сорбции, которые недостаточно изучены для малых концентраций ЗВ, характерных для наружного воздуха, а их теоретическое описание ведется чаще всего на основе эмпирических зависимостей, недостаточно учитывающих внешние и внутренние факторы. Обезвреживанию вентиляционного воздуха, содержащего вредные газообразные вещества, посвящены работы Коузова П.А., Скрябина Г.М., Рамма В.М., Серпионовой Е.Н., Эльтермана В.М., Зиганшина М.Г., Гримитлина М.И., Колесника А.А., Посохина В.Н., Белевицкого A.M. Скрыпника А.И., Страус В. и др. Однако методики очистки воздушных масс разработаны применительно к уходящему из помещений воздуху. В литературе отсутствуют методики расчета и проектирования оборудования для газоочистки приточного вентиляционного воздуха, содержащего сверхнормативные газообразные загрязнения. Поэтому с учетом накопленного опыта очистки выбросов от газообразных загрязнителей необходимо установить наиболее приемлемые
способы для очистки приточного воздуха с низким уровнем сверхнормативных концентраций вредных веществ.
Практическому использованию абсорбционно-адсорбшюнного
оборудования в ПВК препятствует потребность в дополнительных финансовых и энергетических ресурсах. Разработка методов моделирования параметров оборудования приточной вентиляции для совершенствования методики проектирования рациональных конструкций средств обеспечения нормируемого уровня концентраций газообразных веществ в приточном воздухе, поступающем в рабочую или обслуживаемую помещений, расположенных в условиях плотной застройки, является актуальной задачей в области охраны труда.
Цель работы состоит в разработке методов моделирования параметров и методики проектирования рациональных конструкций оборудования приточной вентиляции, обеспечивающего ПДК вредных газообразных веществ, для улучшения условий труда в рабочей зоне производственных помещений и повышения уровня комфортности в общественных, образовательных, лечебно оздоровительных и других учреждениях.
Достижение поставленной цели требует решения следующих задач исследования:
-аналитическое исследование загазованности вредными веществами наружного воздуха, поступающего в рабочую и обслуживаемую зоны помещений;
-разработка математических моделей параметров сорбционного оборудования, учитывающих концентрации вредных газообразных веществ в наружном воздухе, конструктивные характеристики применяемых аппаратов, показатели динамики обрабатываемого газового потока, физико-химические свойства сорбентов и требуемых ПДК в обслуживаемой зоне помещений;
-разработка, на основании математических моделей, метода расчета потерь давления на преодоление сопротивления проходу газового потока через слой сорбента в процессе очистки приточного воздуха от газообразных примесей;
-разработка алгоритма численной реализации математических моделей и комплекса прикладных программ для получения альтернативных значений параметров, характеризующих рабочий процесс сорбционного оборудования;
-разработка методики обоснования выбора рациональных параметров и схем сорбционного оборудования, обезвреживающего газообразные примеси приточного воздуха, позволяющей на стадии проектирования прогнозировать концентрации вредных веществ н обеспечивать требования охраны труда по чистоте воздуха внутри помещений с учетом экономической эффективности и энергетической целесообразности рекомендуемого к установке оборудования;
-разработка практических рекомендаций по проектированию
рациональных параметров сорбционного оборудования, исходя из требуемой степени очистки приточного воздуха, заданных габаритов и конструктивных особенностей внутренних элементов.
Научная новизна работы:
математические модели сорбционного оборудования, основанные на аэродинамической теории динамики газов, которые позволяют в диапазоне допустимых значений определить возможные варианты параметров, характеризующих конструктивные особенности внутренних элементов аппаратов сорбции, и решить задачу ,прогнозирования степени очистки приточного воздуха с заданным составом и концентрациями вредных газообразных веществ при проектирования очистного оборудования;
теоретически обоснован выбор рациональных схем и вариантов конструктивных параметров (габариты установки, параметры слоя сорбента, расход и скорости газа и др.) сорбционного оборудования приточной вентиляции по критериям экономической эффективности и энергоемкости, обеспечивающего нормативный уровень ПДК воздуха рабочей зоны.
На защиту выносятся:
-разработанные математические модели зависимостей физико-технических параметров сорбционного оборудования, позволяющие определять совокупность проектных вариантов конструктивных решений;
-метод расчета сопротивления проходу приточного воздуха через слой адсорбента и сорбирующие насадки, учитывающий содержание газообразных загрязнителей, требуемый уровень ПДК внутри помещений и конструктивные параметры системы очистки;
-методика, алгоритмы расчета и выбора рациональных схем,
характеристик и параметров проектного варианта оборудования приточной вентиляции, обеспечивающего санитарно-гигиенические нормы охраны труда по ПДК вредных газообразных примесей в ПВ производственных и общественных помещений с повышенной комфортностью, по критериям экономической и/или энергетической эффективности;
-результаты численного эксперимента исследования влияния
концентрации газообразных загрязнителей в очищаемом воздухе,
конструктивных параметров сорбционного оборудования, скорости прохода воздуха и другие факторы на потери давления, позволяющие раскрыть механизм энергопотребления процесса очистки приточного воздуха, и критерии экономической эффективности, необходимые для выбора рационального проектного варианта;
-рекомендации по конструктивному исполнению сорбционного оборудования, устанавливаемого в ПВК.
Практическая значимость состоит в следующем:
-для конструкторских служб разработан инструмент проектирования аппаратов сорбции, обеспечивающий нормативный уровень ПДК в воздухе рабочей зоны производственных помещения и помещений с повышенным уровнем комфортности;
-разработана методика проектирования аппаратов сорбции, предназначенных для очистки газо-воздушного потока от газообразных загрязнений малых концентраций и комплекс программ численной реализации
математических моделей параметров оборудования и динамики газовоздушных потоков;
-на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований предложены конструктивные решения расположения сорбента внутри очистных аппаратов с заданными наружными габаритами, позволяющие повысить эффективность применения технологий сорбции дли газовоздушных смесей с малыми концентрациями вредных газообразных веществ.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы используются в практике проектирования Воронежского филиала ОАО «ГИПРОДОРНИИ», а также в учебном процессе кафедры «Охраны труда и экологии» ГОУ ВПО ВГАСУ.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты
работы были представлены на научных конференциях ВГАСУ (г. Воронеж,
2003-2005 г.г.), на 7-й международной научно-практической конференции
"Высокие технологии в экологии" (21-23 мая 2004 г., г. Воронеж), на 57-й
международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы
современного строительства" (16 мая 2004 г., г. С.-Петербург), на
международной научно-практической конференции "Реконструкция Санкт-Петербург-20р5" (19-21 октября 2005 г.).
Публикации. Результаты исследований диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах.
Объем и структура диссертации. Объем диссертации составляет 189 страниц, в том числе 146 страницы основного машинописного текста. Работа состоит из введения, четырех глав, 13 таблиц и 43 рисунков, общих выводов, списка литературы из 114 наименований и приложений на 32 страницах.
