Определение факторов, снижающих загазованность воздуха рабочих зон участков обкатки машин

Актуальность темы

исследования. Испытания объектов автотракторного машиностроения являются заключительным технологическим процессом производства машин различного назначения. При испытаниях комбайнов, тракторов и другой техники в производственных помещениях испытательных цехов и обкаточных участков, когда ассимиляция отработавших газов (ОГ) работающего двигателя машины ограничивается объемом помещений, основные продукты горения (оксиды углерода, азота, альдегиды, сажа, бенз (а)пирен, пары топлив и масел, а также избытки теплоты) не только в аварийных, но и в штатных ситуациях создают повышенный уровень загазованности и негативно влияют на здоровье работающих. Повышенная загазованность рабочих зон (РЗ) обкаточных участков и камер сочетается с неблагоприятными параметрами микроклимата (повышенная температура и высокая подвижность воздуха). Так, концентрация вредных веществ (ВВ) в РЗ вблизи действующих источников загрязнения превышает максимально-разовые ПДКрз по оксидам азота в 10 — 15 раз, по оксидам углерода в 5 — 10 раз. Поэтому не вызывает сомнения, что задача сохранения здоровья работников таких цехов при вредном воздействии выбросов обкатываемых машин, поставленная в диссертации, является актуальной. Для решения данной задачи необходима разработка математических моделей, описывающих как процессы выделения ВВ, так и их распространения в производственных помещениях, и использование полученных результатов для обоснования рекомендуемых воздухоохранных мероприятий.

Целью работы является улучшение условий труда работников участков обкатки машиностроительных предприятий путем определения опасных зон загазованности и снижения концентраций ВВ в РЗ.

Для достижения поставленной цели предполагается решение следующих задач:

1. Произвести анализ состояния воздушной среды РЗ участков обкатки машиностроительных предприятий.

2. Проанализировать действующие методики инвентаризации выбросов ВВ от испытуемых машин в ходе различных технологических операций, в том числе при стендовой и ездовой обкатке.

3. Разработать модель процесса выделения ВВ от источников загрязнения в воздух РЗ участка обкатки с целью последующего уточнения методики инвентаризации выбросов ВВ.

4. Проанализировать существующие математические модели, описывающие процессы распространения и ассимиляции ВВ в воздушной среде.

5. Разработать математическую модель процессов распространения ВВ в производственных помещениях.

6. Реализовать математические модели процессов выделения и распространения ВВ в производственных помещениях в виде программного обеспечения, позволяющего рассчитать параметры состояния производственной среды и опасных зон в штатных и аварийных ситуациях.

7. Провести экспериментальные исследования с целью проверки адекватности разработанных математических моделей.

8. Разработать рекомендации к технологическому регламенту обкатки и к воздухоохранным мероприятиям для участков обкатки машин (на примере ООО «КЗ Ростсельмаш»).

Предмет и объект диссертационного исследования. Предметом исследования является технологический процесс обкатки дизельных машин, в результате которого выделяются ВВ в воздушную среду РЗ. Объектом исследования является воздух РЗ участка обкатки.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Модель процесса выделения ВВ в воздух РЗ от источников загрязнения при различных режимах обкатки и технологических операциях, корректно описывающая массовые выделения расширенного спектра ВВ для различных типов машин.

2. Нестационарная трехмерная математическая модель распространения ВВ в производственном помещении, которая позволяет определить поля концентраций ВВ, подвижности воздуха и параметры опасных зон загазованности.

3. Критерий оценки негативного воздействия загазованности воздуха на работников /Ц (0 и результаты расчётов зон загазованности в плоскостях характерных «срезов» по высоте помещения на уровне дыхания рабочих участка обкатки машин.

4. Результаты экспериментальных исследований по оценке адекватности разработанных моделей выделения и распространения ВВ в производственном помещении участка обкатки.

5. Программное обеспечение, реализующее математические модели выделения и распространения ВВ на ПК.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Разработана модель процесса выделения ВВ в РЗ от источников загрязнения, позволяющая учитывать особенности процесса обкатки, типы и режимы работы машин, в том числе «неустановившиеся» и род топлива.

2. Разработана нестационарная трехмерная математическая модель распространения ВВ в производственном помещении, которая описывается системой дифференциальных уравнений с частными производными и позволяет уточнить формулировку и коэффициенты краевой задачи путём сравнения результатов модельных расчётов с данными физического эксперимента.

3. Для оценки негативного воздействия загазованности воздуха на работников предложен критерий который является количественной мерой загрязнения воздуха и определяется отношением площадей зон загазованности ко всей площади помещения.

Практическая ценность работы:

1. Предложена методика инвентаризации выбросов ВВ в РЗ участков обкатки машин. ч.

2. Разработаны рекомендации к технологическому регламенту обкатки машин.

3. Определены места установки датчиков газового контроля и рациональные схемы организации движения воздуха, обеспечивающие сохранение здоровья испытателей участка обкатки.

4. Разработано программное обеспечение, которое позволяет рассчитать поля концентраций ВВ, определить опасные зоны загазованности воздуха в помещении и количество рабочих мест испытателей, не удовлетворяющих санитарно-гигиеническим нормативам.

Реализация работы в промышленности. Результаты исследований апробированы и внедрены на обкаточном участке ООО «КЗ Ростсельмаш».

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Металлургия. Машиностроение. Станкоинструмент» (Ростов-на-Дону, ВЦ Вертолэкспо, 2009 г.), VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии и экономика в машиностроении» (г. Юрга, ТПУ, 2008, 2009 гг.), VII Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах» (г. Кемерово, КГТУ, 2007 г.), Международной научно-технической конференции «Двигатель — 2007» (Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованных литературных источников. Материал диссертации содержит 164 страницы машинописного текста, 25 таблиц, 64 рисунка, список библиографических источников из 75 наименований. Отдельное приложение на 12 страницах.

Результаты работы представлены следующими основными выводы:

1. Предложена методика инвентаризации выбросов ВВ от источников загрязнения участков обкатки, учитывающая расширенный спектр ВВ, особенности технологического процесса, типы двигателей, режимы работы машин, как «установившиеся», так и «неустановившиеся» и род топлива.

2. Показана возможность применения разработанных моделей выделения и распространения ВВ в производственном помещении для прогнозирования качества воздуха в РЗ участков обкатки.

3. Для оценки негативного воздействия загрязненного воздуха на работников предложено ранжирование производственной среды на зоны загазованности и введен критерий k~(t), являющийся количественной мерой загрязнения воздуха.

4. Адекватность разработанных моделей процессов выделения и распространения ВВ в помещениях обкатки доказана результатами проведенных экспериментальных исследований.

5. Создано программное обеспечение, позволяющее оперативно определять опасные зоны загазованности и поля подвижности воздуха участков обкатки машиностроительных предприятий.

6. Даны практические рекомендации по обеспечению безопасности труда испытателей участков обкатки:

— к регламенту технологического процесса (предложено производить обкатку на малотоксичных режимах, а также применять топлива качества EURO стандарта);

— к воздухоохранным мероприятиям (определены рациональные места расположения обкаточных стендов, требования к видам и местам размещения датчиков газового контроля и воздухораспределителей в системах приточно-вытяжной вентиляции помещения (на примере ОАО КЗ «Ростсельмаш»)).

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ.

АСК — автоматическая система контроля.

ОГ — отработавшие газы.

ПДК — предельно-допустимая концентрация.

ПДКр.з — предельно-допустимая концентрация в рабочей зоне.

ПДКм.р. — максимально-разовая предельно-допустимая концентрация.

ПДКС С — среднесменная предельно-допустимая концентрация.

ВВ — вредные вещества.

РЗ — рабочая зона.

N0 — оксид азота (II).

Ж)х — оксиды азота.

СО — оксид углерода (II).

ПК — персональный компьютер

КС — камера сгорания.

ТЧ — твердые частицы.

XX — холостой ход еср — показатель локального качества воздуха в помещении еа — критерий эффективности воздухообмена еп — интегральный показатель качества воздуха к- (0 — предлагаемый критерий оценки загазованности Ет — массовые выбросы ВВ одиночных автомобилей п, — частота коленчатого вала т1 — время работы двигателя (рот — эффективность работы местного отсоса.

К^ - удельный показатель выделения ЗВ х на один объект производства 77 — степень очистки аппарата, которым снабжён вентиляционный отсос агрегата (доли единицы).

Рс — суммарный расход топлива за весь период обкатки, кг.

Qoг — объёмный расход отработавших газов двигателя, м /с.

М-1ХХ — валовый выброс г'-го загрязняющего вещества при обкатке на холостом ходу, т/год.

Ми,. валовый выброс /-го загрязняющего вещества при обкатке под нагрузкой, т/год, а — массовая доля примесей в ОГ.

Р — доля ОГ, поступающих в рабочую зону через неплотности местных отсосов х, у, ъ — декартовы координаты к — эффективная высота источника у (х),<? (х) — - вертикальная и поперечная дисперсии облака примеси.

У 2 р,/^ - поправки на обеднение облака за счет сухого осаждения примеси и ее вымывания осадками г — время, с.

С (х, у, ъ, — концентрация примеси.

Б (х, у, г, — тензор коэффициентов турбулентной диффузии С> (х, у, ъ, 1) — плотность источника примеси £гас1, сИу — трехмерные операторы градиента и дивергенции. Ь — величина воздухообмена, м /ч.

С — концентрация вредностей в приточном воздухе (в момент времени т), мг/ м.

3 3.

С0— начальная концентрация в помещении, мг/ м — Упом — объем помещения, м Ьпр, ЬЙыт — производительность приточной и вытяжной вентиляции С, — концентрация /-го вредного вещества в ОГ.

7- степень очистки стационарной системы очистки, установленной на стенде п — обороты двигателя (источника), об/мин N — относительная мощность источника, а — относительный коэффициент избытка воздуха л.

R — коэффициент регрессии.

Y — среднее значение из вектора эмпирических данных по концентрациям С, Yr вектор исходных данных (результаты измерений концентраций) YR — средние значения ординат по полиноминальным зависимостям YRi — вектор полученных данных (результаты расчётов по полиному) GB — расход воздуха.

Gor массовый расход отработавших газов.

Ъэудельный расход топлива на эксплуатационном режиме работы двигателя, г/кВт-ч.

Рэ — эксплуатационная мощность стационарной дизельной установки, кВт, а — коэффициент избытка воздуха.

L0- теоретически необходимое количество воздуха для сжигания одного кг топлива, (кг воздуха/кг топлива) lOAtt/ ?CAfo/tbh&U рог — удельный вес или плотность отработавших газов рйог — удельный вес (плотность) отработавших газов при температуре tor, равной 0 °C tor, Tor — температура отработавших газов, °С и К — т, т ——-— относительное время технологического процесса г, — текущее время операции г0 — полная продолжительность рассматриваемой технологической операции.

Atv =т — интервал «устойчивой» аппроксимации функций.

С, — концентрация z'-го ВВ в помещении u, v, w— компоненты вектора скорости воздушной среды w5 — скорость оседания/подъёма примеси/газов.

Ап = (Ax, Ay, Az) — коэффициенты турбулентной диффузии помещения Q/(t) — интенсивность выброса г-го ВВ оту'-го источника в помещении 5{r -1-) — дельта-функция Дирака r} = (x}, z,) — координаты источника выброса P — потенциал n — единичный вектор внешней нормали ип — известное значение скорости, а — кинетическая энергия воздушных потоков в помещении 1П — определяющий размер помещения.

F — площадь сечения помещения перпендикулярная направлению движения воздушных потоков пс — энергии приточных струй тс — энергии тепловых струй ет — энергии движущихся предметов вс — энергии вытяжных струй.

GB — масса воздуха, подаваемого в помещение, кг/с.

L — объемный расход воздуха, м2/с /7 £/(!у — коэффициент местного сопротивления на выходе из воздухораспределителей v — средняя скорость выхода воздуха из приточных отверстий, м/с Gn — масса воздуха в объеме помещения, кг кр — кратность воздухообмена.

Vn — свободный объем помещения, м ^.

Q — теплонапряженность объема, Вт/м.

Qa — теплопоступление явного тепла в помещение, Вт g — ускорение свободного падения, м/с z — расстояние от полюса до рассматриваемой точки, м.

Ср — теплоемкость воздуха в удалении от источника ра — плотность воздуха в удалении от источника, кг/м.

С&trade-, С™г — изобарные теплоемкости ОГ на режимах максимальной нагрузки и холостого хода тог > тог «температура ОГ на различных режимах нагрузки, К Ад — количество стендов р — вероятность отказа (разрыва одного отсоса) в течении 8 часового рабочего дня д=1-рвероятность безотказной работы местного отсоса к — число отказов.

1 — диаметр источника выделения ВВ, м кя-д — размер санитарно-гигиеническои зоны.

1гЛ.

— размер зоны хронического воздействия загазованности кЛ.

— размер опасной зоны ах — длительность начального периода аварии до отключения поврежденного оборудования, с а2 — длительность второго периода аварии, когда аварийная вентиляция снижает концентрации ВВ до ПДК, с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.