Идентификация выбросов технических систем

Содержание

Введение

1. Идентификация выбросов технических систем

2. Идентификация энергетических воздействий технических систем

3. Идентификация аварийных ситуаций, возникающих при эксплуатации технических систем

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Задачу идентификации негативного воздействия производства и технических средств на биосферу и техносферу, разработки и применения средств для снижения этого воздействия решает промышленная экология. Промышленная экология разрабатывает нормативные показатели экологичности предприятий, оборудования и транспорта, определяет порядок экологической экспертизы при подготовке но-вых: производств и при переходе на новые виды продукции.

Сохранение биосферы, обеспечение безопасности и здоровья человека - решение этих проблем дол-жно быть целью специалиста в любой сфере деятельности при выполнении профессиональных обязанностей.

1. Идентификация выбросов технических систем

Выбросы промышленных объектов и технических систем при их работе в штатных режимах состоят:

- из отходящих (отработанных) газов, паров, капель жидкости и твердых частиц, сопровождающих работу технических объектов (на-пример, выбросы цехов промышленных предприятий, отработанных газов двигателя внутреннего сгорания (ДВС), дымовых газов тепловых электрических станций (ТЭС) и т.п.);

- из веществ, поступающих в рабочее помещение или в систему вентиляции при проведении технологических операций;

- из утечек рабочих сред из технических систем при нарушении их герметичности как в рабочую зону цехов, так и на промышленные площадки.

Масса выбросов М, возникающих при проведении технологических процессов, обычно рассчитывается по формуле

М =m_уд Пk (1 - n ),

где m_уд - удельное выделение загрязняющего вещества на единицу характерного показателя П производственного процесса. Для расчета выбросов из плавильных агрегатов П - производительность плавиль-ного агрегата, т/ч; для расчета выбросов при электродуговой сварке П - расход электродов, кг/ч; для расчета выбросов при резке металлов П - произведение длины реза на толщину разрезаемого металла, м²/ч; при окраске П - расход лакокрасочных материалов, кг/ч; k - попра-вочный коэффициент для учета особенностей технологического про-цесса; n - эффективность средств очистки выбросов в долях единицы. При их отсутствии n = 0.

Удельные выделения загрязняющих веществ (кг/т) при плавке чугуна в открытых чугунолитейных вагранках и электродуговых печах производительностью до 7 т/ч приведены ниже:

Плавильный агрегат Пыль Оксид Углеводороды Оксиды Диоксид

углеводорода роды азота серы

Открытая вагранка 19 200 2,4 0,014 1,54

Электродуговая 8,1 1,5 _ 0,29 _

Для процесса ручной дуговой сварки сталей электродами с покрытием m_уд на 1 кг электродов составляют: 40 г пыли, 2 г фтороводорода, 1,5 оксидов углерода и азота.

При сжигании топлива (уголь, мазут, природный газ) в котлах ТЭС образуются нетоксичные диоксид углерода и водяной пар. Кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества, такие как оксид углерода, оксиды серы и азота, летучая зола. Для ТЭС мощностью 1000 МВт характерны выбросы углекислого газа -560; паров воды - 105; диоксида серы -14; оксидов азота - 4 и золы 0,85 т/ч при условии, что эффективность очистки дымовых газов от летучей золы составляет 0,99. Вблизи ТЭС, выбрасывающих такое количество за-грязнителей, образуются зоны с повышенными над допустимыми концентрациями вредных веществ, протяженностью до 5 км и более.

Рассеивание отходящих газов ТЭС в атмосфере обеспечивается их выбросом через высокие трубы и снижением концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы за счет турбулентной диффузии. Распределение концентраций вредных веществ в приземном слое от организованного высокого источника выбросов.

Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере у земной поверхности от организованного высокого источника выбросов:

А - зона неорганизованного загрязнения; Б - зона переброса факела; В - зона задымления; Г - зона постепенного снижения уровня загрязнения

Максимальная концентрация примесей в приземном слое прямо про-порциональна производительности источника и обратно пропорцио-нальна квадрату высоты трубы. Повышение температуры и скорости выхода газов из устья трубы приводит к увеличению температурного и инерционного подъема струи, улучшению рассеивания вредных вы-бросов и снижению их концентраций в приземном слое атмосферы. В районе источника выброса образуется несколько характерных зон: зона В - переброска факела, включающая зону неорганизованного загряз-нения А, зона В - задымления с максимальным содержанием вредных веществ и зона Г, характеризующаяся постепенным снижением кон-центраций примесей по мере удаления от источника. Зона задымления наиболее опасна и должна исключаться из района жилой застройки.

Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения при-земных концентраций выбросов ТЭС и промышлен-ных предприятий, является ОНД-86. В соответствии с этой методикой максимальная приземная концентрация, создаваемая от одиночного источника, может быть рассчитана по формуле

_где А - коэффициент, зависящий от температурного градиента атмос-феры и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных примесей (он зависит от климатической зоны, например для центральной части европейской территории России он равен 120); М - масса выброса вредного вещества, г/с; F-коэффи-циент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере (для газов равен 1), для пыли при эффективности очистки газоочистной установки более 90 % -2, от 75 до 90 % -2,5, менее 75% - 3); т и п - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья трубы (определяются по графическим зависимостям, приведенным в ОНД-86); n - коэффициент учета релье-фа местности (для ровного рельефа - перепад высот не более 50 м на 1 км, равен 1); Н - высота трубы, м; Q - расход отходящих газов, м³/с; - разность температур выбрасываемой газовоздушной смеси и окружающего атмосферного воздуха.

В приземном слое от источника загрязнений по каждой вредной примеси должна создаваться такая концентрация, чтобы при сложении с фоновой концентрацией c_ф. этой же примеси, уже имеющей место в атмосфере (за счет других источников), не превы-шалась предельно допустимая максимально разовая концентрация, т. е.с_max + c_ф < ПДК_мр.

Автомобильный транспорт при сжигании бензина или дизельного топлива выбрасывает отработавшие газы, состоящие из нетоксичных паров воды, диоксида углерода, азота, кислорода и водорода, а также из токсичных веществ: оксида углерода, оксидов азота, углеводородов, альдегидов, сажи, бенз(а)пирена и др. Состав отработавших газов ДВС зависит от режима работы двигателя.

Отработавшие газы ДВС в городах являются основными загрязни-телями атмосферного воздуха. Поданным обследований концентрации оксида углерода СО, мг/м³, в воздухе автомагистралей (на краю про-езжей части) можно найти по формуле:

С_со=1,53N ^0,368,

где N - интенсивность движения автомобилей, авт/ч.

Для транспортных магистралей характерны следующие концентра-ции токсичных веществ, мг/м³, в атмосферном воздухе:

Категория улицы Оксид Углеводороды Оксиды азота углерода

Магистральные ……………………........... 16,5...28,2 1,8…3,2 6.8….8,0

Общегородские непрерывного движения....54,3...66,0 6,0…7,7 12,6…15,5

Концентрации оксида углерода и других токсичных компонентов отработавших газов автомобильных двигателей достигают наибольших значений на перекрестках. В этом случае:

с_со(пер) = с_{с о} (1 + N₂ /N₁),

где с_{со(пер) -} концентрация СО на перекрестке; с_со - то же на главной магистрали с интенсивностью движения N1; N2 -- интенсивность движения на второстепенной магистрали.

При эксплуатации систем с повышенным давлением возможны утечки газов, паров и жидкостей через уплотнения разъемных соединений, трубопроводов, затворы трубопроводной арматуры (клапаны, вентили) и др.

Утечки газов Q_г (см³/мин) через затворы определяются по формуле

где k - коэффициент, зависящий от класса герметичности, k = 1...10; п - коэффициент, зависящий от вида арматуры, для вентилей n =75 * 10^-4, для затворов п = 2,6 -10^-3; р₁ - давление среды в трубопроводе, МПа; D_у -- диаметр условного прохода, мм.

Объемы утечек газов значительно превышают утечки жидкостей Qж, обычно

2. Идентификация энергетических воздействий технических систем

При идентификации энергетических воздействий следует исходить из условия, что наибольшая интенсивность потока энергии всегда существует непосредственно около источника. Интенсивность потока энергии в среде обитания уменьшается обратно пропорционально площади, на которую распределяется энергия, т.е. величине r², где r - расстояние от источника излучения до рассматриваемой (расчетной) точки в среде обитания. Если источник, излучающий энергию, находится на земной поверхности, то излучение идет в полусферическое пространство (S = 2пr²), если же источник расположен высоко над земной поверхностью или под ней, то излучаемая энергия рассеивается по сферической поверхности (S = 4пr²).

Расчет амплитуд вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта при вертикальных (горизонтальных) вибрациях фундамента машин с динамическими нагрузками производят по формуле

где А_r -- амплитуда колебаний грунта в точках, расположенных на расстоянии г от оси фундамента, являющегося источником волн в грунте; Ao - амплитуда свободных или вынужденных колебаний при - приведенный радиус подошвы фундамента (основания). Частоту волн, распространяющихся в грунте, принимают равной частоте колебаний фундамента машины.

Протяженность зоны воздействия вибраций определяется величиной их затухания в грунте, которая, как правило, составляет 1 дБ/м (в водонасыщенных грунтах оно несколько выше). Чаще всего на расстоянии 50...60 м от магистралей рельсового транспорта вибрации затухают. Зоны действия вибраций около строительных площадок, кузнечно-прессовых цехов, оснащенных молотами с облегченными фундаментами, значительно больше и могут иметь радиус до 150... 200 м. Значительно выше вибрации в жилых зданиях могут создавать расположенные в них технические устройства (насосы, лифты, трансформаторы и т. п.), а также трассы метрополитена неглубокого залегания. 3 Интенсивность звука I (Вт/м²) в расчетной точке окружающей среды при излучении шума источником со звуковой мощностью Р (Вт) рассчитывают по формуле

где Ф - фактор направленности излучения шума; 5 - площадь, на которую распределяется звуковая энергия, м²; k - коэффициент, учитывающий уменьшение интенсивности звука на пути его распространения за счет затухания в воздухе и на различных препятствиях; k = 1 при отсутствии препятствий и при расстояниях до 50 м.

Значительные уровни звука и зоны воздействия шума возникают при эксплуатации средств транспорта:

Шумовая характеристика железнодорожного транспорта оценивается величиной уровня шума I_экв (дБА), определяемой по формуле

где v_r - скорость состава, м/с; v_о = 1 м/с.

Расчетные размеры санитарно-защитных зон (СЗЗ) (под СЗЗ пони-мается зона, в которой превышаются установленные нормативами уровни вредного фактора) по фактору шума для многих промышленных предприятий существенно превышают установленные санитарными нормами размеры СЗЗ по фактору вредных выбросов, например:

Предприятие, завод Нормативные размеры СЗЗ Расчётные размеры СЗЗ по

по фактору вредных выбросов, фактору шума, м

не менее, м

Метизный…………………….. 100 525

Авторемонтный…………….... 100 285

Прядильно-ткацкая фабрика… 50 475

Обувная фабрика…………….. 50 475

Форнитурный завод…………. 100 230

Мясоперерабатывающий завод 50 50

Типография…………………… 50 355

Домостроительный завод……. 100 300

Фабрика-химчистка………….. 100 120

Автобусный парк…………….. 100 475

Трамвайное дело……………… 100 135

Электромагнитное поле, создаваемое источниками, характеризуется непрерывным распределением в пространстве, способностью рас-пространяться со скоростью света, воздействовать на заряженные частицы и токи, а также на различные тела. Переменное электромагнитное поле является совокупностью двух взаимосвязанных полей - электрического и магнитного, которые характеризуются векторами напряженности, соответственно, Е, В/м и Н, А/м.

Электромагнитное поле несет энергию, определяемую плотностью потока энергии

I= ЕН, Вт/м². При излучении сферических электромагнитных волн плотность потока энергии в зависимости от расстояния от источника определяется по формуле

где Р_ист - мощность, подводимая к источнику, Вт; r - расстояние от источника электромагнитного поля (ЭМП) до расчетной точки, м. Формула справедлива при условии, что , где - длина волны электромагнитного излучения, м. Длина волны связана с частотой f, Гц, соотношением где с -- скорость распространения электромагнитных волн, м/с.

Опасные зоны источников ЭМП и излучений составляют: - для линий электропередач (ЛЭП) с частотой 0 и 50 Гц в зависимости от напряжения:

Напряжение, кВ .................................. 20 110 330 750 1150

Размер защитной зоны от крайнего

провода ЛЭП, м ..........……………….10 20 75 250 300

-- для электрифицированных железных дорог при напряжении 10...20 кВ защитная зона соответственно 10 и 20 м;

-- для источников радиочастот СВЧ (f = 3 х 10⁸ : 3 х 10¹¹ Гц) защитная зона составляет 300 м.

3. Идентификация аварийных ситуаций, возникающих при эксплуатации технических систем

Идентификацию опасностей технических систем проводят на основе качественного и количественного анализа системы «человек - машина - окружающая среда».

Качественный анализ опасностей начинают с исследования, позволяющего идентифицировать источники опасностей. При анализе опасностей всегда принимают во внимание используемые материалы, состояние и параметры системы, наличие и состояние контрольно-измерительных средств. Качественные методы анализа включают в себя анализ ошибок персонала и ряд других операций.

Источник опасности Опасность Вредные и травмирующие факторы

Сосуд с газом под давлением Механический взрыв. Летящие осколки. Токсичный газ.

Утечки из сосуда

Электрическая остановка Замыкание на корпус Электрический ток

Подъёмный кран Обрыв троса Движущийся трос

Нагретый коллектор Повреждение тепло- Теплота

изоляции

Ядерная установка Нарушение герметично- Радиация

сти первого контура

Взрывоопасная смесь Химический взрыв Ударная волна

Количественный анализ опасностей выполняют для оценки веро-ятности (риска) возник-новения нештатных ситуаций (НшС). Упро-щенно его можно определить соотношением

где -- интенсивность отказов, 1/ч; -- время эксплуатации, ч.

Для некоторых технических систем интенсивность отказов приве-дена ниже:

Тип оборудования, соединения , 1/ч

Механическое оборудование………………………………..10^-2 ….10^-4

Паровые котлы………………………………………………. 10^-2….10^-5

Гидропневмоэлементы……………………………………….10^-2….10^-4

Трансформаторы……………………………………………...10^-3….10^-6

Сварные соединения………………………………………….10^-5….10 ^-8

Болтовые соединения………………………………………..<10^-5….10^-9

В космической технике используются следующие нормативные значения интенсивности отказов в зависимости от типа нештатной ситуации:

Тип НшС Диапазон , 1/ч Характеристика частоты появления

НшС

НшС, вызывающие усложне- 10^-3 > > 10^-5 Умеренно вероятные

ние программы полета

Опасные 10^-5 > > 10^-7 Маловероятные

Аварийные 10^-7> >10 Крайне маловероятные

Катастрофические < 10 ^-9 Практически невероятные

Заключение

В настоящее время разработаны сложные комплексы компьютер-ных программ, способные вычислить вероятность аварии на предпри-ятии, определить величину и характер опасных выбросов, учесть метеорологические условия, рельеф местности, расположение дорог и населенных пунктов и в конечном счете построить карты (изолинии), распределения риска в промышленных и селитебных зонах. Особое внимание при этом уделяют источникам крупных аварий: АЭС, газопроводам, химическим производствам и др. В качестве веществ с негативными свойствами выделяют: оксид бериллия, водород, хлор, аммиак, диоксид серы, легковоспламеняющиеся газы и т. п.

Список используемой литературы:

1. Арустамова Э. А. Безопасность жизнедеятельности : Учеб. - М., 2003.

2. Белов С. В. Безопасность жизнедеятельности: Учеб. - М.: Высшая школа, 2000.

3. Русак О.Н. Безопасность жизнедеятельности : Уч. пос.- СПб.: МАНЭ и БЖД, 2000.

4. Экологическое право в России / Под ред. В.Д. Ермака, О.Я. Сухарева.-М: ИМП, 2003

5. Хван Т.А. Безопасность жизнедеятельности: Уч. пос. - Ростов- на- Дону: Феникс, 2001