Содержание к диссертации
Введение
Аналитический обзор и выбор направлений исследования 10
Исследование условий- труда на рабочем месте оператора сушильного барабана асфальтобетонного завода 10
(АБЗ) Анализ путей поступления пыли в рабочую зону оператора АБЗ..
Анализ воздействия асфальтобетонной пыли на организм работающего 18
Современные методы снижения запыленности на рабочем месте оператора АБЗ 21
Обзор конструкций пылеулавливающих аппаратов на базе зернистых фильтров для улавливания асфальтобетонной пыли... 27
Механизм улавливания твердых частиц в пористой среде 31
Выбор направления исследований 38
Выводы по первой главе 39
Оценка воздействия пыли на организм работающего 40
Подготовка к анализу проб пылей, отобранных на производстве.. 40
Определение дисперсного состава асфальтобетонной пыли 41
Исследование основных физико-химических свойств асфальтобетонной пыли 46
Выводы по второй главе 54
Экспериментальная оценка запыленности воздуха рабочей зоны 56
Методика определения концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны оператора АБЗ 56
Методика определения плотности пылеоседания 58
Планирование натурного эксперимента и обработка результатов.. 59
Исследование уровня запыленности воздуха рабочей зоны 61
Исследование изменения плотности пылеоседания в воздухе 71
рабочей зоны - з
Выводы по третьей главе 76
Разработка и экспериментальное обоснование мероприятий по снижению запыленности воздуха рабочей зоны оператора сушильного барабана асфальтобетонного завода 79
Определение требуемой интенсивности местных отсосов 79
Разработка конструкции двухступенчатого аппарата для снижения запыленности воздуха рабочей зоны от
асфальтобетонной пыли 80
Описание экспериментальной установки 80
Экспериментальные исследования процессов улавливания асфальтобетонной пыли 83
Математическая модель улавливания твердых частиц пористыми зернистыми слоями 94
Выводы по четвертой главе 100
Практическая реализация результатов исследований 102
Разработка и внедрение мероприятий по снижению запыленности воздуха рабочей зоны оператора АБЗ сушильного барабана асфальтобетонного завода на базе зернистого фильтра.. 102
Социально-экономический эффект внедрения мероприятий по снижению запыленности воздуха рабочей зоны оператора АБЗ... 107
Выводы по пятой главе 111
Заключение 113
Библиографический список 116
- Анализ воздействия асфальтобетонной пыли на организм работающего
- Определение дисперсного состава асфальтобетонной пыли
- Исследование уровня запыленности воздуха рабочей зоны
- Экспериментальные исследования процессов улавливания асфальтобетонной пыли
Введение к работе
Актуальность проблемы. Рабочее место машиниста смесителя асфальтобетонного завода (АБЗ) относят к числу рабочих мест с вредными условиями труда, где запыленность воздуха рабочей зоны в несколько раз превышает ПДКрз, следствием чего является повышенный уровень возникновения профессиональных заболеваний, таких как гшевмокониозы и силикозы (40% из числа профзаболеваний по отрасли). В типовой инструкции по охране труда машиниста смесителя (оператора) АБЗ, утвержденной Федеральным дорожным департаментом Минтранса РФ, недостаточное внимание уделяется методам контроля, оценки и нормирования запыленности рабочей зоны, а также способам и средствам защиты от нее.
Особенностью организации рабочего процесса на АБЗ является размещение технологического оборудования и рабочих мест на открытых площадках, вследствие чего воздухом рабочей зоны является атмосферный воздух. Поэтому пыль в рабочую зону машиниста поступает от технологического оборудования, а также от неорганизованных источников, расположенных на территории предприятия. Уменьшение пылепоступлений от технологического оборудования достигается путем его герметизации. Для снижения поступления пыли от неорганизованных источников применяют организационно - технические мероприятия, которые включают в себя устройство аспирируемых укрытий, гидроподавление, использование укрытий в виде щитов, выполненных из полиэтиленовой пленки, брезента или сетки, применяемой для ограждения строительных лесов. Однако, это не в полной мере позволяет нормализовать пылевую обстановку в рабочей зоне. Одной из причин может быть поступление пыли в рабочую зону от низких организованных источников, расположенных на территории предприятия, особенно при слабом и умеренном ветре (5-6 класс по Пасквиллу) и высоких температурах окружающего воздуха в теплый период года.. Анализ 32 АБЗ Волгоградской области показал, что высота данного вида источников пы-ления составляет в большинстве случаев 8-10 м. Анализ результатов расчета рассеивания пыли по территории АБЗ показал, что расстояние, на котором достигается максимальная приземная концентрация Хм находится в пределах рабочей зоны машиниста асфальтосмесителя (для Дубовского АБЗ протяженность рабочей зоны вдоль оси факела выброса составляет 150 м, при этом Хл=74 м, См=6,5 - 10 мг/м3, ПДКРз=6 мг/м3). Снижение поступления пыли от таких организованных источников достигается путем повышения эффективности работы пылеулавливающего оборудования. В настоящее время на АБЗ применяют
многоступенчатые системы обеспыливания, включающие в качестве первой ступени циклоны различных конструкций, например НИИОгаза, в которых улавливаются в основном крупнодисперсные частицы, а также циклоны-промыватели СИОТ или циклоны пенной очистки. Применение аппаратов мокрой очистки в реальных условиях ограничивается необходимостью устройства систем подачи воды и утилизации шлама. С другой стороны, поставляющиеся в комплекте с технологическим оборудованием циклоны не обеспечивают необходимой степени очистки отходящих от сушильного барабана газов от мелкодисперсной пыли.
Повышения эффективности улавливания твердых частиц можно достичь применением аппаратов с пористыми средами, среди которых для улавливания технологических выбросов сушильного барабана целесообразно использовать аппараты на базе зернистых фильтров, которые обладают при достаточно высокой степени очистки стойкостью к большим температурам и агрессивным средам, что предопределяет перспективность использования этих аппаратов.
Таким образом, актуальными являются исследования, направленные на обоснование и разработку технических решений по обеспечению безопасных условий труда машиниста асфальтосмесительной установки за счет снижения уровня запыленности воздуха рабочей зоны для уменьшения риска профессиональных заболеваний органов дыхания.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Цель работы - обеспечение безопасных условий труда и сохранение здоровья машиниста асфальтосмесительной установки за счет снижения запыленности воздуха рабочей зоны.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
анализ условий труда машиниста смесителя асфальтобетонного завода;
оценка воздействия пыли на организм машиниста, экспериментальное исследование и обобщение данных о дисперсном составе и основных физико-химических свойствах пыли воздуха рабочей зоны;
экспериментальная оценка пылевыделений в рабочую зону оператора сушильного барабана АБЗ от технологического оборудования, неорганизованных, а также низких организованных источников в теплый период года при слабом и умеренном ветре и высокой температуре окружающей среды, ис-
следование закономерностей распространения частиц пыли в воздухе рабочей зоны машиниста;
теоретические и экспериментальные исследования по совершенствованию системы обеспыливания сушильного барабана АБЗ, разработка двухступенчатого пылеулавливающего аппарата на базе зернистого фильтра для снижения запыленности воздуха рабочей зоны оператора и исследование процессов улавливания пыли в аппарате;
оценка социально-экономического эффекта разработанных мероприятий.
Основная идея работы состоит в улучшении пылевой обстановки в рабочей зоне машиниста смесителя за счет снижения доли пыли, поступающей от технологического оборудования, неорганизованных источников, а также низких организованных источников, расположенных на территории предприятия, в теплый период года при слабом и умеренном ветре и высокой температуре окружающей среды.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, моделирование изучаемых процессов, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПК, лабораторные и опытно-промышленные исследования.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений механики газа и теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментальных исследований, и подтверждена удовлетворяющей сходимостью теоретических результатов с результатами полученных экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и промышленных условиях, патентной чистотой разработанного технического решения.
Научная новизна работы состоит в том, что:
получены экспериментальные зависимости, характеризующие изменение концентрации пыли в воздухе рабочей зоны и плотности пылеоседания машиниста асфальтосмесительной установки в зависимости от времени года, направления ветра и типа источника пылевыделения;
определена доля загрязнения' воздуха рабочей зоны машиниста от низких организованных источников в теплый период года при слабом и умеренном ветре и высокой температуре окружающей среды
определены и систематизированы данные о дисперсном составе и физико-химических свойствах пыли, содержащейся в технологических выбросах сушильного барабана в рабочую зону оператора;
уточнена математическая модель, описывающая процессы улавливания пористыми зернистыми слоями твердых частиц, характерных для систем обеспыливания производства асфальтобетона;
проведена оценка социально-экономического эффекта разработанных мероприятий.
Практическое значение работы:
разработаны рекомендации по улучшению условий труда оператора асфаль-тосмесителя АБЗ;
разработана методика инженерного расчета эффективности улавливания аппарата на базе зернистого фильтра;
- для систем обеспыливания технологических выбросов сушильного барабана
АБЗ разработана конструкция пылеуловителя на базе зернистого фильтра
(патент Российской Федерации на полезную модель за № 74307), обладаю
щего высокой эффективностью очистки (до 99,8%) и обеспечивающего за
пыленность воздуха в рабочей зоне в пределах ПДКрз-
Реализация результатов работы:
разработана и внедрена система обеспыливания сушильного барабана АБЗ с двухступенчатым аппаратом очистки воздуха от пыли на базе зернистого фильтра в ДРСУ г. Дубовка, Волгоградской области;
рекомендации по проектированию системы обеспыливания сушильного барабана АБЗ внедрены в ПТБ ПСО «Волгоградгражданстрой» при разработке проектной документации на предприятиях отрасли;
материалы диссертационной работы использованы кафедрой «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета при подготовке инженеров по специальности 280102 «Безопасность технологических процессов и производств».
На защиту выносятся:
- теоретические и экспериментальные результаты исследования закономерно
стей распространения частиц пыли в воздухе рабочей зоны машиниста ас-
фапьтосмесительной установки в зависимости от времени года и направле
ния ветра для каждого из источников пылепоступлений;
математическая модель и аналитические зависимости, описывающие процесс пылеулавливания в пористых слоях зернистых фильтров систем обеспыливания сушильного барабана АБЗ;
эксперименталыгые зависимости эффективности улавливания твердых частиц пыли технологических выбросов сушильного барабана и аэродинамического сопротивления аппарата с циклоном и зернистым фильтром от скорости в живом сечении, концентрации пыли и времени фильтрования;
данные исследований состава и основных физико-химических свойств асфальтобетонной пыли.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: VII, VI, V Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Волгоград, 2007-2009); V Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград, 2009г); Всероссийской научно-практической конференции «Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса региона. Наука. Практика. Образование» (Волгоград, 2008 г); ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (Волгоград, 2000-2009 г.г.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 10 работах, в том числе в 1 патенте на полезную модель.
Анализ воздействия асфальтобетонной пыли на организм работающего
Анализ воздействия асфальтобетонной пыли на организм работающего Частицы пыли, поступающие в организм человека с вдыхаемым воздухом, осаждаются в органах дыхания. Поверхность легких, достигающая 100 м2, является эффективным адсорбционным фильтром, при этом потребление воздуха человеком составляет в сутки 104 л[41,92]. При наличии во вдыхаемом воздухе частиц пыли определенная их часть остается в дыхательном тракте. Картина задержки и поведения мелкодисперсных частиц, попавших в органы дыхания, достаточно хорошо описана [41,92]. Осаждение и локализация мелкодисперсных частиц в органах дыхания зависит от их размера, частоты и минутного объема дыхания. При этом осаждение происходит вследствие инерционного осаждения, седиментации и диффузии. Каждый из этих процессов осуществляется на определенном участке дыхательного пути и зависит от размера частиц. Так, в легочных альвеолах скорость движения воздуха мала, поэтому благодаря броуновскому движению там оседают самые мелкие частицы диаметром менее 0,1 мкм, 60-80% этих частиц задерживается. Для верхних дыхательных путей характерна большая скорость движения воздуха. Вследствие этого крупные частицы (свыше 1 мкм) по инерции оседают на слизистых оболочках, 80-90% этих частиц задерживается в дыхательных путях. Под действием силы тяжести частицы размером от 0,1 до 1 мкм оседают при меньших потоках воздуха, что характерно для бронхиол[82]. Таким образом, при поступлении мелкодисперсных частиц в органы дыхания человека общая задержка и распределение в организме зависят от дисперсности и физико-химической природы частиц. При этом осаждение в органах дыхания способствует поражению участков дыхательного тракта, особенно легких, и последующему прохождению их через кровяное русло в определенные органы и ткани.
Проведенные обследования и медицинские осмотры машинистов смесителей АБЗ позволили охарактеризовать структуру заболеваемости и сделать вывод о возникновении патологии системы дыхания и воспалительных заболеваний, что связано с действием неблагоприятных производственных факторов, в частности, пыли выбросов сушильного барабана в воздухе рабочей зоны[4]. Действие пыли даже в низкой концентрации проявляется в механическом раздражении кожного покрова и слизистых оболочек. Фиброгенное и раздражающее действие пыли зависит от ее дисперсного состава и свойств. Мелкодисперсной (респирабельной) фракцией называют ту часть пыли, которая при вдохе проникает до легочных альвеол и там задерживается [4,41,66,92].
Профессиональные заболевания операторов, обслуживающих сушильный барабан асфальтобетонного завода от воздействия пыли (силикоз, кониоз) возникают вследствие задержки мелкодисперсной пыли в альвеолярной области легких. Такую пыль, которая вызывает рост соединительной ткани в легких, так называемый легочный фиброз, называют фиброгенной. Она может быть причиной возникновения бронхиальной астмы и кожной экземы. Установлено, что возникновение профзаболеваний операторов АБЗ связано с действием частиц мелкодисперсной фракции пыли размером от 3 до 5 мкм, которые способны проникать в альвеолы при вдохе. С наибольшей вероятностью удерживаются частицы величиной около 1 мкм[41,66,67,92].
Развитию пылевых заболеваний бронхо-легочного аппарата предшествует формирование изменений со стороны верхних дыхательных путей в виде суб- и атрофического ринита, фарингита, ларингита, а также тотальные дистрофические изменения верхних отделов дыхательного тракта[ 116,120].
Гигиенистами установлена зависимость возрастания степени опасности пылевых частиц при уменьшении их размеров [30]. Известно [116,120], что большая часть вдыхаемой пыли задерживается на слизистой оболочке носа, глотки, трахеи и бронхов, а часть (примерно 10%) достигает альвеол, где подвергается фагоцитозу [24]. Из альвеол пылинки проникают в интерстициальную ткань и лимфатическую систему легких, где задерживаются и способствуют развитию патологий. Размер частиц является важным фактором смещения вдыхаемой пыли в пределах дыхательного тракта. В трахеобронхиальные области попадают частицы менее 10 мкм. Частицы меньше 3 мкм достигают альвеол и рассматриваются как вдыхаемая пыль. В настоящее время достаточно глубоко и подробно изучен патогенез воздействия пыли на организм работающего [116]. Начальным и обязательным звеном всей цепи патологических изменений, наблюдаемых в легких при воздействии пылевого фактора, является гибель макрофагов, нагруженных пылевыми частицами [116].
Определение дисперсного состава асфальтобетонной пыли
Снятие изображения со сканера и его последующая обработка производится с помощью любого графического пакета, поддерживающего работу с имеющимся сканером, например Adobe PhotoShop [9, 33].
Для анализа размеров, а также формы частиц была использована специально разработанная программа с современными требованиями, которая работает под управлением операционной системы Windows 95, 98, 2000, ХР [59].
При подготовке данных, которые будут обрабатываться программой, используется сканирующий микроскоп с увеличением 10, 60, 200 крат фирмой Intel. Опытный образец сканируется, после чего отсканированное изображение сохраняется в виде файла любого из удобных графических форматов: BMP, GIF, JPG.
Если качество образца не позволяет получить приемлемое качество изображения сразу после сканирования, то его изображение желательно подвергнуть необходимой корректировке в любом из графических редакторов, работающих с растровыми изображениями, например, Adobe Photoshop. Графическая обработка отсканированного изображения предполагает выделение рабочей области изображения, т.е. фрагмента, подходящего для последующей обработки; инвертирование изображения; сохранение в формате Windows Bitmap (.bmp) в черно - белом режиме (1 bit/pixel) [59].
Для примера, при использовании пакета Adobe PhotoShop 4.0 выполняется следующая последовательность действий: 1) выделить рабочую область изображения с помощью инструмента Marquee Tool; 2) копировать область в буфер обмена (меню Edit - Сору); 3) создать новый документ (меню File - New с указанием Mode-Bitmap); 4) вставить скопированную область из буфера обмена (меню Edit -Paste); 5) инвертировать изображение (меню Image - Adjast - Invert); 6) сохранение в формате Windows Bitmap (.bmp) в черно - белом режиме (1 bit/pixel): меню File - SaveAs; в поле FileName ввести имя файла; в поле SaveAs выбрать формат BMP ( .bmp, .rle); нажать Save; в панели BMP Options выбрать FileFormat-Windows, Depth-1 bit; нажать OK, подтвердить сохранение нажатием Yes. Полученная таким образом микрофотография может быть внесена в программу Dust для цифровой обработки. Дальнейшая обработка полученных микрофотографий предполагает выполнение следующих действий: - определение эквивалентных диаметров частиц на микрофотографии; - подсчет числа частиц; - распределение частиц по размерам в заданной размерной сетке; - определение дисперсного состава минераловатной пыли; - математическая обработка результатов с построением гистограмм, дифференциальных и интегральных кривых распределения.
Все выше указанные действия выполняются с помощью разработанной программы Dust (далее программа) [59]. Программа позволяет производить цифровую обработку черно-белых изображений в формате Windows Bitmap ( .bmp). Программа предназначена для работы в Windows 98, имеет дружественный интерфейс, поддерживает работу с буфером обмена, прямую передачу данных в Microsoft Word.. Программа сканирует микрофотографию по задаваемой пользователем сетке. «Найдя» черную частицу, программа определяет её эквивалентный диаметр.
Алгоритм работы программы позволяет корректно распознавать и определять размер частиц независимо от их формы. По окончании сканирования фотографии, определяется дисперсный состав асфальтобетонной пыли. Программа позволяет работать в пакетном режиме, обрабатывая подряд множество файлов микрофотографий с последующим математическим расчетом, как всего множества файлов, так и каждого отдельно. Дисперсный состав пыли рассматривается, как установление доли частиц различного диаметра. Графический способ оформления результатов предусматривает построение интегральных кривых, каждая точка которых показывает относительное содержание частиц D %, размер которых больше или меньше данного размера d4 или гистограмм, когда по оси абсцисс откладывают размер частиц, а по оси ординат долю частиц, соответствующих данному интервалу, в % или относительных единицах. С учётом неправильной геометрической формы, эквивалентный размер частиц определялся с помощью среднего проектированного диаметра, который вычислялся как диаметр круга, площадь которого равна площади изображения проекции частицы [50].
Для описания дисперсного состава пыли существуют различные теоретические и экспериментальные зависимости[10,51], полученные на основе некоторых физических представлений о закономерностях распределения размеров частиц пыли и сыпучих материалов. К ним условно можно отнести: логарифмически -нормальное распределение, формулы Ромашова, Загустина, Гриффитса. К экспериментальным зависимостям, полученным на основе описания результатов анализа дисперсного состава пыли, можно отнести формулы Мартина - Андреасена, Годэна, Розина, Рамблера, Свенсона - Авдеева, Шифрина, Петрояля. Достаточно полный обзор существующих теоретических и экспериментальных распределений фракционного состава промышленной пыли и порошков представлен в работах П.А. Коузова, Е.И. Богуславского, В.А. Харченко.
Логарифмически - нормальное распределение считается наиболее обоснованным для аналитического описания данных дисперсного анализа пыли, если речь идет о продуктах размола. Академик А.Н. Колмогоров [51], исходя из простых предположений о характере процесса дробления твердых частиц, показал, что в процессе измельчения распределение частиц асимптотически стремится к логнормальному, в котором нормально распределен не диаметр частиц, а его логарифм. Функция прохода D(d) и плотность ф(ё) логарифмически - нормального распределения массы дисперсного материала по диаметрам частиц представляется в виде [51]. Igd D(d) = -m±1— \гхр (lgd-lgd50)2 2/g2a dlgd, (2.1) где dso - медиана распределения; Igd - стандартное отклонение логарифмов диаметров. На рис. 2.2 приведены результаты проведенного анализа дисперсного состава пыли, отобранной в зоне действия источников неорганизованных выбросов (в зоне работы дробильного агрегата, от открытых складов инертных материалов), а также в зоне загрузочно-выгрузочных отверстий сушильных барабанов (запыленный воздух от разгрузочной части отсасывается из бункера и от укрытия тарельчатого питателя, а также от зонта над топочными дверцами, у разгрузочной части сушильного барабана пыль отсасывается из бункера и мест пересыпки на конвейер). Анализ полученных зависимостей показал, что дисперсный состав асфальтобетонной пыли представлен в основном мелкодисперсными (респирабельными) и среднедисперсными фракциями с размерами до 20 мкм, которые при вдохе проникают до легочных альвеол и там задерживаются.
Анализ результатов для исследуемой пыли показал, что пыль, отобранная в зоне сушильного барабана имеет среднемедианный диаметр d5o= 70 мкм, диапазон изменения крупности до НО мкм; пыль в зоне складов инертных материалов имеет d5o= 50 мкм, диапазон изменения крупности (25-98) мкм; пыль в зоне обслуживания дробильного агрегата имеет dso= 7 мкм, диапазон изменения крупности (1,1- 18) мкм.
Исследование уровня запыленности воздуха рабочей зоны
Анализ полученных данных показывает, что в теплый период года при слабом (0-3 м/с) и умеренном ветре и температуре окружающей среды 28-35С влияние низких организованных источников максимально и составляет 50-60% от общей доли пыли, попадаемой в рабочую зону. В теплый и переходный периоды года при сильных ветрах влияние организованных источников снижается и основную массу пыли вносят неорганизованные источники пыления. В переходный период года влияние организованных источников минимально, основной вклад в формирование пылевой обстановки в воздухе рабочей зоны машиниста асфальтосмесителя вносят неорганизованные источники пыления.
Исследования плотности пылеоседания в воздухе рабочей зоны показали, что она достигает максимума в теплый период года при восточном направлении ветра и для организованных источников составляет 110-115 мг/м2, тогда как суммарное значение этой величины для всех видов источников составляет 160 мг/м2.
Влияние выбросов сушильного барабана на запыленность воздуха рабочей зоны подтверждается результатами анализа дисперсного состава пыли (рис. 3.9), взятой в воздухе рабочей зоны около сушильного барабана асфальтобетонного производства при направлении факела выброса в сторону рабочего места (западное направление ветра). Замеры производились в течение одного рабочего дня через каждые 0,5 часа.
При направлении ветра в сторону противоположную от рабочего места (восточное направление ветра) влияние организованных источников на запыленность рабочей зоны мало, и фракционная концентрация пыли в воздухе рабочей зоны около сушильного барабана зависит только от технологических параметров. Из анализа экспериментальных данных следует, что необходимо улучшать пылевую обстановку в рабочей зоне машиниста асфальтосмесителя за счет снижения пылевыделений от каждого типа источников. Одним из мероприятий по улучшению пылевой обстановки является повышение эффективности улавливания технологических выбросов сушильного барабана.
Таким образом, для снижения запыленности воздуха рабочей зоны необходимо разработать высокоэффективные мероприятия по совершенствованию системы очистки выбросов сушильного барабана, одним из которых является применение аппаратов с пористыми зернистыми слоями.
Фракционная концентрация пыли в воздухе рабочей зоны около сушильного барабана асфальтобетонного производства при направлении факела выброса в сторону[1]: а - противоположную от рабочего места; б - рабочего места
1. Проведены натурные исследования запыленности воздуха рабочей зоны. Получены экспериментальные зависимости концентрации пыли от расстояния от источника пыления. Эксперимент проводился при неработающем сушильном барабане и открытых неорганизованных источниках; при работе только сушильного барабана и укрытых неорганизованных источниках; при работе сушильного барабана и открытых неорганизованных источниках. Экспериментальные исследования проводились в переходный и теплый периоды года при фоновой концентрации пыли Сф=0,05 мг/м с учетом высоты источника, направления ветра и его скорости. Установлено, что на запыленность оказывает влияние скорость и направление ветра. Выбросы от сушильного барабана оказывают существенное влияние на запыленность воздуха рабочей зоны (порядка 40%), при скорости ветра менее 5 м/с и достигают максимума при восточном направлении ветра.
2. Проведены натурные исследования плотности пылеоседания воздуха рабочей зоны. Получены экспериментальные зависимости плотности пылеоседания от расстояния от источника пыления. Эксперимент проводился при неработающем сушильном барабане и открытых неорганизованных источниках; при работе только сушильного барабана и укрытых неорганизованных источниках; при работе сушильного барабана и открытых неорганизованных источниках. Экспериментальные исследования проводились в переходный и теплый периоды года при фоновой концентрации пыли Сф=0,05 мг/м3 с учетом высоты источника, направления ветра и его скорости.
Установлено, что на изменение плотности пылеоседания оказывает влияние скорость и направление ветра. Организованный источник выбросов от сушильного барабана оказывает существенное влияние на изменение плотности пылеоседания воздуха рабочей зоны в теплый период года при скорости ветра менее 5 м/с и достигает максимума при восточном направлении ветра.
3. Проведен дисперсный анализ пыли, взятой в воздухе рабочей зоны машиниста смесителя асфальтобетонного производства, при направлении факела выброса от организованного источника в сторону рабочего места (западное направление ветра), и при направлении ветра в сторону противоположную от рабочего места (восточное направление ветра). При направлении ветра в сторону противоположную от рабочего места (восточное направление ветра) влияние организованных источников на запыленность рабочей зоны мало, и фракционная концентрация пыли в воздухе рабочей зоны около сушильного барабана зависит только от технологических параметров.
Экспериментальные исследования процессов улавливания асфальтобетонной пыли
Для вычисления коэффициентов уравнения регрессии использован модуль "Нелинейное оценивание" пакета программ статистического анализа "STATISTICA 5.5". Оценка воспроизводимости экспериментальных исследований выполнена на основании сопоставления расчетного и табличного критериев Кохрена, на уровне доверительной вероятности р = 0,05 результаты экспериментальных исследований воспроизводимы. В результате аппроксимации экспериментальных данных полиномами второй степени с учетом значимости вычисленных коэффициентов, на уровне значимости а = 0,05 принятом для технических экспериментов, получены следующие уравнения регрессии[13]: АР = 2249,416-27,993Р -0,5192с2 + 1,0594ґ2 + 5104.4К-48,158с-109,81/ (4-3) г] = 89,6-l,7588F2 -0,0002? + 0,000k2 + 355,82F + 0,0415с-0,0311/ (4-4) Значимость коэффициентов проверяли, сопоставляя табличные значения критерия Стьюдента с расчетными при доверительной вероятности р=98% и числе степеней свободы f=28 (t,. =2,048 tpaC4.=l375) [13]. С учетом только значимых коэффициентов уравнения (4.3, 4.4) имеют вид: АР = 1883,5 + 0,003(—)2 + 0,52— +17,98(—)2 -116,5(—) 4 5 lv J-v J-i JД77 = 98,96 - 0,498(у-)2 - 2,2(-р) + 4,02ф + 0,0\ф 4-6) где —,—, отношение фактора к соответствующему интервалу v t с варьирования. При уровне доверительной вероятности а = 0,05 расчетное значение критерия Фишера составляет Fp= 1,412 что меньше табличного значения Fm =5,75, т.е. гипотеза об адекватности полученных уравнений подтверждается. На графиках (4.2-4.13) представлены графические зависимости потерь давления в аппарате и эффективности его работы от трех основных факторов: скорости фильтрования, запыленности и времени работы фильтра. Анализ этих зависимостей, показал, что на величину потерь давления аппарата основное влияние оказывают два фактора - концентрация пыли на входе в аппарат (запыленность) и средняя по площади скорость движения воздуха в зернистой загрузке.
На основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что с увеличением скорости фильтрования при различных значениях запыленности и времени, потери давления будут расти, и достигнут максимума при максимальном значении приведенной средней по площади скорости движения воздуха. Данный вывод подтверждается представленными на рис. 4.2 и 4.3 зависимостями, характеризующими изменение потерь давления в аппарате от приведенной средней по площади скорости движения воздуха при различных значениях запыленности и времени фильтрования.
Анализ представленных на рис. 4.4 и 4.5 зависимостей потерь давления в аппарате от концентрации твердых частиц показал, что с увеличением запыленности, при различных значениях приведенной средней по площади скорости движения воздуха и времени фильтрования, потери давления сначала будут расти, а при достижении предельной пыленасыщенности зернистой загрузки, величина потерь давления будет сначала расти, а потом останется практически неизменной.
Опираясь на проведенные исследования можно сделать вывод о том, что зависимость эффективности улавливания от приведенной средней по площади скорости движения воздуха при различных значениях запыленности и времени рис. 4.12 и 4.13, а также от запыленности при различных значениях средней по площади скорости движения воздуха и времени фильтрования соответственно рис.4.8 и 4.9, имеет вид параболы с вершиной в точке, соответствующей среднему значению скорости, то есть с увеличением скорости эффективность улавливания сначала растет, а затем идет на спад.
Эффективность улавливания в зависимости от времени будет максимальной в начальный момент работы свежей зернистой загрузки до времени ее полного пыленасыщения (рис. 4.10 и 4.11), после чего пойдет на спад. Таким образом, используя полученные экспериментальные зависимости можно определить допустимый диапазон изменения скорости, времени и запыленности газовоздушного потока при использовании зернистой загрузки как фильтровального материала: V= 0,02 - 0,04 м/с; t = 24ч.
Из анализа графиков можно сделать вывод, что при увеличении концентрации твердых частиц на входе в аппарат в начальный момент времени наблюдается рост гидравлического сопротивления, что обусловлено накоплением уловленной пыли в зернистой засыпке. С течением времени градиент роста давления уменьшается. На эффективность улавливания оказывают влияние все три фактора, наибольшее влияние оказывает концентрация пыли. С увеличением концентрации эффективность сначала растет, что объясняется накоплением пыли в пористом слое, а далее наблюдается некоторое снижение эффективности, что связано со вторичными явлениями в фильтре. Аналогично характеризуется зависимость эффективности улавливания от скорости и времени фильтрования.
