СЕКЦИЯ «БЕЗОПАСНОСТЬ В ТЕХНОСФЕРЕ»

УДК 66. 074. 6

Разработка методики определения параметров дисперсного состава пыли в аспирационных системах

Афонина Е.А., Гусев А.М.

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск

Обеспечение здоровых и безопасных условий труда - одно из главных условий устойчивого социально-экономического развития государства в целом, а также высокой производительности и сохранения трудовых ресурсов. В связи с этим одной из основных задач является формирование и сохранение профессионального здоровья, развитие и сохранение трудового потенциала путем сокращения заболеваемости и травматизма [4].

Производственная пыль является одним из основных факторов, определяющих класс условия труда на предприятиях энергетики и черной металлургии. Воздействие пыли [4, 6] приводит к таким заболеваниям, как пылевой бронхит, пневмония, бронхиальная астма, ларингит, трахеит, а также заболеваниям глаз (конъюнктивит) и кожи (дерматит, фотодерматит, экзема, фолликулез). Пневмокониозы и пылевые бронхиты в структуре профессиональных заболеваний по распространенности занимают одно из ведущих мест. Среди заболеваний от воздействия промышленных аэрозолей [5, 6] преобладают такие формы, как силикоз - 32,5 %, хронический пылевой бронхит - 19,6 %, асбестоз - 7,9 %.

Основной способ защиты работающих - организация аспирационных систем, которые удаляют свыше 99 % образовавшейся пыли. Наибольшую актуальность задача снижения выбросов респирабильных частиц приобретает для предприятий энергетики, использующих высокозольное твердое топливо, поскольку они размещаются, как правило, вблизи селитебных зон.

Дисперсный состав является важнейшей характеристикой пыли и имеет решающее значение при выборе систем и аппаратов очистки газов металлургического производства, так как основной круг вопросов по расчету и выбору оборудования связан именно с этим параметром. Кроме того, в связи с введением приказа Министерства природных ресурсов и экологии РФ № 579 от 31.12.2010 возникает задача определения массового содержания частиц пыли во фракциях [0 - 2,5] и [0 - 10] микрометров в выбросах вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух.

Для определения параметров дисперсного состава пыли (стоксовский медианный диаметр d_m и среднеквадратичное отклонение о) можно использовать методы центробежной воздушной сепарации, каскадной (струйной) импакции, седиментации (как правило, жидкостной). Каждый из них позволяет определить именно стоксовский диаметр частиц, который необходим для описания их движения как в газоочистных аппаратах, так и в атмосферном воздухе.

Методы центробежной воздушной сепарации и каскадной (струйной) импакции дают возможность определять параметры дисперсного состава непосредственно в газовом потоке, однако их применение на практике связано с определенными трудностями. Дело в том, что одним прибором можно замерить параметры дисперсного состава только в 1 -й точке, а их в сечении газохода должно быть, в зависимости от диаметра, от 9 - 12 (для прямоугольного и круглого сечений соответственно) до 40. Поскольку время отбора навески пыли на центробежный сепаратор или каскадный импактор даже при высокой запыленности газа (на входе в пылеулавливающий аппарат) составляет 5-10 минут, то для одного измерения на выходе из пылеулавливающего аппарата понадобится несколько часов. Если при этом учесть время для определения скоростей газового потока в точках замера, необходимое для обеспечения изокинетичности отбора, то становится очевидным, что применение методов центробежной воздушной сепарации и каскадной (струйной) импакции для контроля параметров дисперсного состава пыли связано со значительными затратами времени.

Проведенные исследования [5, 6] показали, что существует зависимость параметров уловленной пыли от параметров исходной пыли, вида пылеулавливающего аппарата и эффективности пылеулавливания.

Это дает возможность определить медианный диаметр d_mi1 и среднеквадратичное отклонение о_и исходной (поступающей на вход пылеулавливающего аппарата) пыли по медианному диаметру d_my и среднеквадратичному отклонению о_у уловленной пыли, которые определяются седиментационным методом или методом каскадной импакции.

Для реализации этого метода необходимо определить параметры дисперсного состава уловленной пыли d_my и о_у:

• - определить эффективность пылеулавливания;
• - взять и подготовить пробу [3] пыли из бункера пылеулавливающего аппарата;
• - определить параметры дисперсного состава уловленной пыли d_my и СКО_У методом каскадной импакции или жидкостной седиментации.

Дальнейший расчет проводится по программе, которая итерационным методом по полученным данным для уловленной пыли (d_my, и о_у) и эффективности аппарата ц определяет параметры дисперсного состава исходной. Для этого задаются предварительные значения параметров распределения (d_mnp, и о_пр):

d_mnp=d_myJ]; а_п[,= ^- ⁽¹⁾

рассчитываются значения параметров распределения для уловленной пыли (d_myi, и Oyi) на i-той итерации и проверяются условия:

s(d^, -d_my)< ?_d; abs( a_yi -a_y)(r (2)

где E_d и ?_a - наперед заданные малые числа, определяющие необходимую точность.

Если условия (2) выполнены, то значения d_mnp и о_пр принимаются в качестве параметров распределения дисперсного состава на входе в аппарат (d_mH, и о_и). Если условия (2) не выполнены - методом линейной интерполяции определяются величины d_m„/d_myi и o_H/o_yi (рисунок 1), вновь рассчитываются предварительные значения параметров распределения для исходной пыли как:

? (3)

^amyi ^yi

и для них заново рассчитываются значения параметров распределения для уловленной пыли (d_myi, и o_yi) и проверяется выполнение условий (2).

При определении параметров для высокоэффективного аппарата вводятся данные (медианный диаметр d_my, о_у уловленной пыли и величина эффективности) и с помощью коэффициентов выбираются границы диапазона, в которых рассчитываются значения величин параметров d_Hd_y и а_ио_у, зная которые определяются искомые параметры методом линейной интерполяции.

Определение параметров для менее эффективных аппаратов производится по той же методике, однако диапазон возможных эффективностей выбирается более широким, а узкий диапазон, внутри которого осуществляется интерполяция, выбирается автоматически.

Методика реализуется по алгоритму:

• - задаются параметры, обеспечивающие эффективность пылеулавливающего аппарата;
• - вся совокупность размеров частиц разбивается на фракции с границами do=O; d|, d2... dN-ь dN=oo;
• - определяется фракционное содержание частиц m_Bxi;
• - определяются для каждой фракции средневзвешенные значения диаметров d_cpi;
• - рассчитываются (по стандартным общепринятым методикам) фракционные эффективности т|, пылеуловителя;
• - определяется фракционное содержание частиц на выходе из пылеулавливающего аппарата;
• - полученное фракционное содержание частиц на выходе из пылеулавливающего аппарата нормируется на 1;
• - определяются параметры полученного распределения.

Если система пылеулавливания одноступенчатая, то рассчитывается требуемое фракционное содержание. Если система пылеулавливания многоступенчатая (как правило, двухступенчатая), то рассчитанные параметры распределения являются входными для следующей ступени и алгоритм выполняется с 1 -го пункта.

Граничные диаметры фракций (d_o=O; d_b d₂ ... d_N_i, d_N=oo) выбираются произвольно, но d_N.i следует выбирать таким, чтобы эффективность пылеулавливания во фракции [d_N.₂d_N.i] была близка к 1, но не равнялась ей.

Для удобства при определении фракционного содержания частиц ло-гарифмически-нормальное распределение следует преобразовать в распределение Гаусса путем замены:

_х Ind _t-Ind _т0

lna₀

где dj - верхняя граница i-ro интервала.

Тогда фракционное содержание в i-м интервале будет: = Р( ^х.)

где F(x) - функция Гаусса.

Средневзвешенные значения диаметров в интервале [dj_i, d,] опреде

ляются как:

(lnd_l -l^lnd_ino +ln²cr ₀] "I ( lndi__t -[lnd_ml)+ln²a _№] ' Г ------------------------- “ ** ---------------------------

In (У JI In (У

d =d _л—---------------Т---Т----------7-------

Г ------------- — Г ---------------

In (У ₀ ) In (У ₀ J

где d_cpo - средневзвешенный диаметр по всей совокупности

^dc_Po = ^ехр{ lnd_m0 + 0,5 • In² су₀ }

Фракционное содержание частиц i-той фракции на выходе из пылеулавливающего аппарата определяется как

^'_ehtxi = ^tn_gxi(¹-^rli)

Полученное фракционное содержание частиц на выходе из пылеулавливающего аппарата нормируется на 1.

6ЫХ1

™_вых, N

Поскольку в логарифмически-вероятностной системе координат ло-гарифмически-нормальное распределение представляется линейной зависимостью

х, =k lnd + b = —— Ind-¹^-,

Itl ^СГвы_Х ^<Увы_Х

то, определив параметры к и b-отрезок, получим:

{ 1 СУ = ехр -

^dтвы_Х

Результаты расчета параметров дисперсного состава пыли цеха подготовки аглошихты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты расчета параметров дисперсного состава пыли цеха подготовки аглошихты

Библиографический список

• 1. Афонина, Е.А. Определение параметров дисперсного состава пыли при санитарной очистке газов / Е.А. Афонина, А.М. Гусев // Фундаментальные и прикладные аспекты создания биосферосовместимых систем: материалы международной научно-технической интернет-конференции (декабрь 2012 г., г. Орел). - Орел: Госуниверситет- УНПК, 2013. - С. 318 - 321.
• 2. Афонина, Е.А. Определение массового содержания частиц пыли во фракциях [0 - 2,5] и [0 - 10] в выбросах вредных веществ / Е.А. Афонина, А.М. Гусев // Фундаментальные и прикладные аспекты создания биосферосовместимых систем: материалы международной научно-технической интернет-конференции (декабрь 2012г., г. Орел). - Орел: Госуниверситет -УНПК, 2013.-С. 321 -323.
• 3. Коузов, П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов / П.А. Коузов. - Л.: Химия, 1974.
• 4. О санитарно-эпидемиологической обстановке в Российской Федерации в 2007 году: Государственный доклад. - М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2008.

• 5. О санитарно-эпидемиологической обстановке в Российской Федерации в 2010 году: Государственный доклад. - М.: Федеральный центр игиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2011.
• 6. О состоянии профессиональной заболеваемости в Российской Федерации в 2010 году: информационный сборник статистических и аналитических материалов / под ред. А.И. Верещагина. - М., 2010.

УДК 656.085

АНАЛИЗ ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНОЙ АВАРИЙНОСТИ

В ГОРОДЕ КОМСОМОЛЬСКЕ-НА-АМУРЕ