Расчет поступлений вредных веществ в воздух рабочей зоны (96
..pdfМосковский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
В.П. Сивков, Е.Н. Симакова, Ю.В. Чижиков
РАСЧЕТ ПОСТУПЛЕНИЙ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ
Методические указания
êвыполнению разделов «Охрана труда»
è«Охрана окружающей среды» дипломного и курсового проектов
Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2008
ÓÄÊ 65.012.8 ÁÁÊ 68.9
C343
Рецензент И.И. Старостин
Сивков В.П., Симакова Е.Н., Чижиков Ю.В.
С343 Расчет поступлений вредных веществ в воздух рабочей зоны: Метод. указания к выполнению разделов «Охрана труда» и «Охрана окружающей среды» дипломного и курсового проектов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 47 с.
Изложены вопросы, связанные с расчетом количества вредных веществ, выделяющихся в воздух рабочей зоны цехов при осуществлении различных технологических процессов на машиностроительных предприятиях. Приведены количественные и качественные характеристики вредных выделений в зависимости от технологической операции. Даны необходимые для расчета выброса загрязняющих веществ среднестатистические данные по наиболее распространенным типам оборудования. Рассмотрены примеры расчетов.
Для студентов машиностроительных и приборостроительных факультетов, выполняющих курсовое и дипломное проектирование.
ÓÄÊ 65.012.8 ÁÁÊ 68.9
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008
ВВЕДЕНИЕ
Проблемы защиты человека и окружающей среды от вредных веществ, выделяющихся в результате различных технологических процессов, необходимо решать при обеспечении безопасности жизнедеятельности человека.
Для создания безопасных условий труда на производстве необходимо наличие системы механической вентиляции, производительность которой напрямую будет зависеть от вида и количества веществ, поступающих в воздух рабочей зоны в единицу времени. Количество вредных веществ, выделяющихся в воздух производственных помещений, принимают в соответствии с санитарно-ги- гиеническими характеристиками, приведенными в паспортах технологического оборудования. В отдельных случаях это количество может быть взято по результатам натурных исследований аналогичного оборудования или определено расчетом.
В экологической части дипломного проекта при расчете систем вентиляции должны быть предусмотрены эффективные средства, предотвращающие увеличение количества вредных веществ сверх нормативных значений.
В методических указаниях приведены среднестатистические данные и методики расчета количества вредных выделений для наиболее характерных типов оборудования цехов машиностроительных предприятий. Представленный материал поможет студентам машиностроительных и приборостроительных факультетов при выполнении разделов «Охрана труда», «Охрана окружающей среды» дипломного и курсового проектов, касающихся расчетов систем механической вентиляции, расчетов средств очистки воздуха, загрязненного в результате различных технологических процессов, проведения экологических экспертиз и т. д.
1.ЛИТЕЙНЫЕ И ПЛАВИЛЬНЫЕ ЦЕХИ
Âсостав литейного цеха машиностроительного завода входят плавильные агрегаты, шихтовый двор, участки приготовления формовочных и стержневых смесей, разлива металла и очистки литья.
Âкачестве плавильных агрегатов используются вагранки, дуговые и индукционные печи. Количество выделившегося при плавке загрязняющего вещества G, кг/ч, рассчитывают по формуле
G = móä D , |
(1) |
ãäå móä – удельное выделение вещества на единицу продукции, кг/т (табл. 1, 2); D — расчетная производительность агрегата, т/ч; – поправочный коэффициент для учета условий технологического процесса (табл. 3).
Таблица 1
Удельные выделения загрязняющих веществ móä, кг/т, при плавке чугуна в чугунолитейных вагранках производительностью до 25 т/ч
Тип вагранки |
D, ò/÷ |
Ïûëü |
Оксид |
Сернистый |
Углеводо- |
Оксиды |
|
углерода |
ангидрид |
ðîäû |
азота |
||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Открытая |
2 |
20 |
200 |
1,5 |
2,6 |
0,014 |
|
|
3 |
20 |
200 |
1,4 |
2,4 |
0,014 |
|
|
4 |
20 |
200 |
1,4 |
2,3 |
0,012 |
|
|
5 |
20 |
185 |
1,4 |
2,2 |
0,013 |
|
|
7 |
19 |
200 |
1,5 |
2,4 |
0,014 |
|
|
10 |
19 |
180 |
1,4 |
2,2 |
0,014 |
|
|
15 |
17 |
180 |
1,3 |
2,1 |
0,012 |
|
|
20 |
18 |
190 |
1,5 |
2,3 |
0,014 |
|
|
25 |
19 |
200 |
1,4 |
2,4 |
0,014 |
|
Закрытая |
5–10 |
11,5 |
193 |
0,4 |
0,7 |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. При выпуске 1 т чугуна из вагранок в ковши в атмосферу цеха выделяется около 125–130 г оксида углерода и 18–22 г графитной пыли.
4
Таблица 2
Удельные выделения загрязняющих веществ móä, кг/т, при выплавке стали и чугуна в электродуговых печах
Емкость |
|
Выплавка стали |
|
|
Выплавка чугуна |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ïå÷è, ò |
D, ò/÷ |
Ïûëü |
Оксид |
Оксиды |
D, ò/÷ |
Ïûëü |
Оксид |
Оксиды |
|
|
|
углерода |
азота |
|
|
углерода |
азота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
0,33 |
9,9 |
1,4 |
0,27 |
– |
– |
– |
– |
1,5 |
0,94 |
9,8 |
1,2 |
0,26 |
– |
– |
– |
– |
3,0 |
1,56 |
9,5 |
1,3 |
0,26 |
1,65 |
9,5 |
1,3 |
0,26 |
5,0 |
2,0 |
9,4 |
1,3 |
0,26 |
2,5 |
9,4 |
1,3 |
0,26 |
6,0 |
2,7 |
9,2 |
1,4 |
0,27 |
2,8 |
9,2 |
1,4 |
0,27 |
10,0 |
3,0 |
8,8 |
1,4 |
0,27 |
4,5 |
8,8 |
1,4 |
0,27 |
12,0 |
4,2 |
8,7 |
1,5 |
0,29 |
5,1 |
8,7 |
1,5 |
0,29 |
20,0 |
5,9 |
8,1 |
1,5 |
0,29 |
7,0 |
8,1 |
1,5 |
0,29 |
25,0 |
6,2 |
7,6 |
1,5 |
0,29 |
8,0 |
7,6 |
1,5 |
0,29 |
40,0 |
10,6 |
7,0 |
1,5 |
0,29 |
12,0 |
7,0 |
1,5 |
0,29 |
50,0 |
11,4 |
6,9 |
1,4 |
0,28 |
14,0 |
6,9 |
1,4 |
0,28 |
100,0 |
21 |
6,6 |
1,5 |
0,29 |
23,0 |
6,6 |
1,5 |
0,29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
Значения коэффициента учета условий плавки |
|
||
|
|
|
|
Условия плавки |
Выплавляемый материал |
||
|
|
|
|
Сталь |
|
Чугун |
|
|
|
||
|
|
|
|
Кислый процесс |
1,00 |
|
1,00 |
|
|
|
|
Основной процесс |
0,80 |
|
0,67 |
Применение кислорода |
1,15 |
|
1,1 |
Плавка легированной стали |
0,85 |
|
– |
Предварительный нагрев |
– |
|
1,22 |
|
|
|
|
Плавка цветных металлов и сплавов на их основе на машиностроительных предприятиях осуществляется в основном в индивидуальных индукционных, шигельных, канальных электродуговых печах и печах сопротивления. Количество выделившихся вредных веществ рассчитывают по формуле (1), принимая = 1,0 (табл. 4).
5
Таблица 4
Удельные выделения загрязняющих веществ móä, кг/т, при плавке цветных металлов и сплавов на их основе
Плавильные печи |
Ïûëü |
Оксиды |
Сернистый |
Оксид |
Прочие |
|
азота |
ангидрид |
углерода |
вещества |
|||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Индукционные |
1,2 |
0,7 |
0,4 |
0,9 |
0,2 |
|
Электродуговые |
1,8 |
1,2 |
0,8 |
1,1 |
0,3 |
|
Сопротивления |
1,5 |
0,5 |
0,7 |
0,5 |
0,3 |
|
Газомазутные |
2,8 |
0,6 |
0,6 |
1,4 |
0,18 |
|
(плавка алюминия) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При сушке холоднотвердеющих формовочных и стержневых смесей в воздух рабочей зоны выделяются загрязняющие вещества, количество которых определяется площадью поверхности формы (табл. 5).
Таблица 5
Выделения загрязняющих веществ G, êã/÷,
при сушке холоднотвердеющих формовочных и стержневых смесей
Òèï |
Оксид |
Оксиды |
Сернис- |
Фторис- |
Формаль- |
|
Акроле- |
òûé àí- |
òûé âî- |
Метан |
|||||
оборудования |
углерода |
азота |
гидрид |
дород |
дегид |
|
èí |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Горизонталь- |
0,511 |
0,252 |
0,140 |
– |
0,080 |
0,031 |
0,085 |
ные конвей- |
|
|
|
|
|
|
|
ерные сушила |
|
|
|
|
|
|
|
Конвейерные |
0,400 |
0,013 |
– |
0,017 |
– |
– |
– |
сушила ЗИЛ |
|
|
|
|
|
|
|
Вертикаль- |
0,119 |
0,032 |
0,097 |
0,016 |
– |
– |
– |
ные сушила |
|
|
|
|
|
|
|
Камерные |
0,655 |
0,0012 |
0,102 |
– |
– |
0,033 |
– |
сушила |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Применение в литейном производстве крепителей из жидкого стекла для высушивания форм химическим способом приводит к выделению в производственные помещения диоксида углерода в количестве 0,6 кг на 1 м3 расходуемой углекислоты.
Под действием теплоты жидкого металла из формовочных смесей выделяются фенол, формальдегид, метанол, другие токсичные вещества (табл. 6).
6
Таблица 6
Выделения G, мг, вредных веществ из формовочной смеси (200 г кварцевого песка и 4 г смолы)
с единицы площади поверхности за 3 ч
Смола |
Фенол |
Формальдегид |
Метанол |
Фурфурол |
Ацетон |
|
|
|
|
|
|
Формальдегидная |
0,45 |
0,85 |
2,77 |
– |
87,26 |
ÎÔ-1 |
|
|
|
|
|
Фенолфурановая |
0,41 |
0,46 |
4,05 |
0,36 |
– |
ÔÔ-1Ô |
|
|
|
|
|
Карбамидная |
– |
0,49 |
86,9 |
0,36 |
– |
|
|
|
|
|
|
При выбивке форм и стержней в воздух рабочей зоны выделяются вредные вещества, количество которых определяяется типом оборудования. Это количество вредных выделений рассчитывают по формуле (1) при = 1,0, принимая во внимание удельные выделения загрязняющих веществ, приведенные в табл. 7.
Таблица 7
Удельные выделения загрязняющих веществ móä, кг/т, при выбивке форм и стержней
Оборудование |
Ïûëü |
Оксид |
Сернистый |
Оксиды |
Аммиак |
|
углерода |
ангидрид |
азота |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Подвесные вибрато- |
9,7 |
1,2 |
0,04 |
0,2 |
0,4 |
|
ры при высоте опоки |
|
|
|
|
|
|
над решеткой |
|
|
|
|
|
|
не более 1 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решетки выбивные |
4,8 |
1,0 |
0,03 |
0,2 |
0,3 |
|
эксцентриковые |
|
|
|
|
|
|
грузоподъемностью |
|
|
|
|
|
|
äî 2,5 ò/÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решетки выбивные |
|
|
|
|
|
|
инерционные грузо- |
|
|
|
|
|
|
подъемностью: |
|
|
|
|
|
|
äî 10 ò/÷ |
7,9 |
1,1 |
0,03 |
0,2 |
0,4 |
|
äî 20 ò/÷ |
10,2 |
1,2 |
0,04 |
0,3 |
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Решетки выбивные |
22,3 |
1,2 |
0,04 |
0,3 |
0,6 |
|
инерционно-ударные |
|
|
|
|
|
|
грузоподъемностью |
|
|
|
|
|
|
äî 30 ò/÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7
2.ПРОКАТНЫЕ И КУЗНЕЧНО-ПРЕССОВЫЕ ЦЕХИ
Âпроцессе обработки металла в этих цехах выделяются пыль, туманы масел и кислот. Пыль образуется главным образом в результате измельчения окалины валками. В среднем общий выброс пыли из цеха составляет 200 г на 1 т товарного проката.
При сжигании в технологическом оборудовании газообразного, жидкого или твердого топлива с отводом продуктов сгорания в дымовую трубу часть этих продуктов прорывается в помещение. Количество G, кг/ч, оксида углерода (СО) или сернистого газа
(H2S), которые в этом случае поступают в помещение, определяют по формуле
G = móäBò, |
(2) |
ãäå móä – удельные выделения вредных веществ, образующихся при сжигании 1 кг топлива, кг/т (табл. 8); Bò – расход сжигаемого топлива, т/ч.
Таблица 8
Удельные выделения вредных веществ móä, кг/т, поступающих в помещение при сжигании топлива
Производство и оборудование |
Оксид углерода |
Сернистый газ |
|
|
|
|
|
Термическое производство заводов |
|
|
|
тяжелого машиностроения. |
|
|
|
Нагревательные печи, работающие: |
3,8 |
– |
|
на природном газе |
|||
4,8 |
3,1 |
||
на мазуте |
|||
Термическое производство автотрак- |
|
|
|
торных и инструментальных заводов. |
|
|
|
Нагревательные печи, работающие: |
|
|
|
на природном газе |
2,4 |
– |
|
на мазуте |
12 |
6 |
|
|
|
|
|
Сварочное производство. |
|
|
|
Печи отжига, работающие: |
|
|
|
на природном газе |
8,5 |
– |
|
на мазуте |
7,8 |
5 |
|
|
|
|
|
Кузнечное производство. |
|
|
|
Нагревательные печи, работающие: |
|
|
|
на природном газе |
7 |
– |
|
на мазуте |
7 |
5,2 |
|
|
|
|
8
Окончание табл. 8
Производство и оборудование |
Оксид углерода |
Сернистый газ |
|
|
|
Прессовое производство. |
|
|
Нагревательные печи, работающие: |
|
|
на природном газе |
3 |
– |
на мазуте |
3 |
2,2 |
|
|
|
3.ТЕРМИЧЕСКИЕ ЦЕХИ
Êосновным видам оборудования термических цехов, являющихся источниками выделения вредных веществ, относят печи, нагревательные и охлаждающие устройства, установки поверхностного упрочнения, нанесения гальванических покрытий и т. п. (табл. 9).
|
|
Таблица 9 |
|
Выделения загрязняющих веществ в термических цехах |
|||
|
|
|
|
Технологический процесс |
Вещество |
Количество вещества |
|
|
|
|
|
Сжигание природного газа |
Оксид углерода |
12,90 ã/ì3 ãàçà |
|
в нагревательных устройствах |
Оксиды азота |
2,15 ã/ì3 ãàçà |
|
Нагрев под закалку в распла- |
Аэрозоли |
0,35 г/кг металла |
|
вах хлористого бария, натрия |
Хлористый водород |
0,12 г/кг металла |
|
и калия в соляных ваннах |
|
|
|
|
|
|
|
Охлаждение и отпуск сталь- |
|
|
|
ных деталей в смесях из угле- |
Аэрозоли |
0,25 г/кг металла |
|
кислого натрия, хлористого |
|
|
|
натрия и углекислого калия |
|
|
|
|
|
|
|
Цианирование: |
|
|
|
низкотемпературное |
Аэрозоли |
0,25 г/кг металла |
|
|
Цианистый водород |
0,30 г/кг металла |
|
высокотемпературное |
Аэрозоли |
0,36 г/кг металла |
|
|
Цианистый водород |
0,30 г/кг металла |
|
|
|
|
|
Закалка в масляных ваннах |
Аэрозоли и пары |
0,10 г/кг металла |
|
и баках |
масла |
|
|
|
|
|
|
Отпуск в масляных ваннах |
Аэрозоли и пары |
0,08 г/кг металла |
|
и баках |
масла |
|
|
|
|
|
|
Дробеструйная обработка |
Пыль металличе- |
1,50 г/кг металла |
|
|
ская, окалина |
||
|
|
||
|
|
|
|
Нанесение антицементацион- |
Пары бензола |
2,0 г/кг металла |
|
ных покрытий |
и толуола |
||
|
|||
|
|
|
|
9
4. ТРАВИЛЬНЫЕ ЦЕХИ И УЧАСТКИ
При травлении металлов воздух рабочей зоны загрязняется в основном водородом, водяными парами, аэрозолями соляной и серной кислот, хлористым водородом и оксидами азота. Количество газов, выделяющихся при химической обработке металлов, G, кг/ч, можно рассчитать по количеству выпускаемых изделий и по массе снимаемого металла, используя для этого формулы хими- ческих реакций:
G = mìåò k Mã / Mìåò, |
(3) |
ãäå mìåò – масса снимаемого металла, кг/ч; k — стехиометрический коэффициент, определяемый по формуле химической реакции; Мã è Mìåò – молярные массы определяемого газа и металла соответственно, кг/кмоль.
Объем выделяющегося в травильных ваннах с соляной и серной кислотой водорода VH2 , ì3/ч, приведенный к нормальным условиям (Ò = 273 Ê è Ð = 101,325 кПа), может быть определен по формуле
VH |
= Fò V (H2 ), èëè |
VH |
= q (H2) mìåò, |
(4) |
|
2 |
|
2 |
|
ãäå V (H2 ) è q (H2) – удельные выделения водорода, образующиеся соответственно с 1 м2 поверхности травильного металла, м3/(÷ ì2), и 1 кг снимаемого металла, м3/êã (òàáë. 10); Fò – площадь поверхности травильного металла, м2.
Количество аэрозоля серной кислоты G (H2SO4), кг/ч, выделяющегося в производственное помещение из сернокислых ванн травления без применения ингибитора, можно определить по эмпирической зависимости
G (H2SO4) = (0,48q + 0,24tp – 14,4)S, |
(5) |
ãäå q – объемная концентрация серной кислоты в ванне, %; tð – температура раствора, С; S – площадь зеркала ванны, м2.
Формула (5) справедлива для концентраций cерной кислоты в пределах 10...25 % и температуры раствора 60...95 С.
10