ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Московский государственный горный университет

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности и гражданская оборона»

Н.В. Ворожейкина, М.Ю. Евсеева, Л.А. Колесникова, Л.А.Лысов, В.Н. Михайлова, Д.И. Савельев, О.В. Скопинцева,

О.В. Сологуб, В.А. Умнов, А.В. Федотов

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ Часть II

ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНЫ ТРУДА

ПРАКТИКУМ

Под редакцией проф., докт. экон. наук В.А. УМНОВА

Москва 2009

УДК 622.86

Безопасность жизнедеятельности. Часть 2. ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНЫ ТРУДА: Практикум / Ворожейкина Н.В.,

Евсеева М.Ю., Колесникова Л.А., Лысов Л.А., Михайлова В.Н., Савельев Д.И., Скопинцева О.В., Сологуб О.В., Умнов В.А., Федотов А.В.; Под ред. В.А.Умнова.-М.: Изд-во МГГУ, 2009.- 128с.

Практикум состоит из теоретических сведений и методических указаний, необходимых для выполнения практических занятий по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности». Представлены инженерные методы расчетов тепловыделений в шахтах, эффективности вентиляции производственных помещений, пылеподавления при ведении сварочных работ, параметров защитных экранов от электромагнитных излучений. Представлены методы расчетов защитных мероприятий от шума и вибрации. Приведены критерии оценки категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности.

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальностей по направлению «Горное дело», изучающих дисциплину «Безопасность жизнедеятельности».

Рецензенты:

Демин Н.В. д-р. техн. н., проф., зав. кафедрой «Геоэкология и безопасность жизнедеятельности» Российского государственного геологоразведочного университета им. Серго Орджоникидзе; Кубрин С.С. д-р. техн. н., проф., директор ФГУП «Гипроуглеавтоматизация».

Московский государственный горный университет, 2009

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение……………………………………………………………………. 4

Практическое занятие № 7. Расчет тепловыделений и борьба с избыточным теплом в шахтах……………... 5

Практическое занятие № 8. Санитарно-гигиеническая эффективность вентиляции………………………………….. 19

Практическое занятие № 9. Определение относительной эффективности пылеподавления

орошением…………………………………. 29

Практическое занятие № 10. Расчет параметров защитных экранов от электромагнитных излучений…………….. 39

Практическое занятие № 11. Оценка уровня безопасности труда на производстве……………………………….. 61

Практическое занятие № 12. Нормирование вибрации…………………... 72

Практическое занятие № 13. Расчет мероприятий по защите от шума…. 88

Практическое занятие № 14. Определение категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности…. 113

3

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее учебное пособие является продолжением практикума «Безопасность жизнедеятельности. Часть 1. Инженерные расчеты систем безопасности и охраны труда: Практикум / Ворожейкина Н.В., Колесникова Л.А., Лысов Л.А., Михайлова В.Н., Скопинцева О.В., Сологуб О.В., Умнов В.А., Федотов А.В.; Под ред. В.А. Умнова.- М.: МГГУ, 2008.-84с.».

Сохранены основные методические указания, необходимые для выполнения практических занятий. В сборнике представлены новые темы практических занятий, такие как инженерные методы расчетов тепловыделений в шахтах, эффективности вентиляции производственных помещений, пылеподавления при ведении сварочных работ, параметров защитных экранов от электромагнитных излучений; представлены методы расчетов защитных мероприятий от шума и вибрации; приведены критерии оценки категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности.

Практическое занятие №7 написано д.э.н. Умновым В.А. и к.э.н. Ворожейкиной Н.В., практическое занятие №8 – доц. Михайловой В.Н., практическое занятие №9 – асп. Сологуб О.В., практическое занятие №10 – асп. Евсеевой М.Ю., практическое занятие №11 – к.т.н. Скопинцевой О.В. и асп. Савельевым Д.И., практическое занятие №12 – к.т.н. Лысовым Л.А., практическое занятие №13 – к.э.н. Колесниковой Л.А., практическое занятие №14 – асп. Федотовым А.В.

Большую помощь при подготовке учебного пособия к изданию оказали доценты каф. БЖГО: к.т.н. Скопинцева О.В. и к.э.н Ворожейкина Н.В.

4

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 7

РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЙ И БОРЬБА СИЗБЫТОЧНЫМ ТЕПЛОМ В ШАХТАХ

Цель практического занятия – расчет тепловыделений в выработки глубоких шахт и на его основе выбор технических решений по борьбе с избыточным теплом средствами вентиляции и кондиционирования воздуха.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Одним из необходимых условий комфортной жизнедеятельности человека является обеспечение нормативных метеорологических условий, оказывающих существенное влияние на тепловое самочувствие человека. Метеорологические условия определяются температурой, влажностью, скоростью движения воздуха, интенсивностью теплового излучения от нагретых поверхностей, атмосферным давлением. Совокупность этих параметров, характерных для конкретного помещения, называется микроклиматом.

Микроклимат оказывает существенное влияние на функциональную деятельность человека, его здоровье и является одним из важнейших факторов, определяющих состояние санитарно-гигиенических условий труда.

В глубоких шахтах физическое состояние воздуха практически не зависит от климата на поверхности. В них формируется собственный микроклимат, который существенно зависит от тепло- и влагообменных процессов, происходящих по пути движения шахтного воздуха. Микроклимат горных выработок влияет на физиологию и гигиену труда подземных рабочих. В организме человека непрерывно образуется тепловая энергия (от 90 Дж/с при бодрствовании в покое и до 500 Дж/с и больше при выполнении тяжелой физической работы). Терморегуляция тела человека (поддержание в нем постоянной температуры 36,6°С) является важным условием для нормального протекания жизненных процессов. Задержка отдачи тепла ведет к перегреву и возникновению теплового стресса или удара, что вызывает ухудшение самочувствия человека, снижение производительности труда, увеличение травматизма и может привести к серьезным заболеваниям. К тем же последствиям приводит и переохлаждение организма.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Тепловыделение при работе людей

Теплоотдача тела человека в окружающую среду осуществляется

конвекцией, теплоизлучением (радиацией) и испарением пота.

Конвективная теплоотдача происходит при обтекании тела человека воздушным потоком. Интенсивность охлаждения обнаженной части тела зависит от разницы температур поверхности кожи и воздуха обтекающего

5

потока. Одежда и неподвижные воздушные слои между одеждой и телом задерживают конвективный теплообмен.

Теплоизлучение от тела человека происходит за счет тепловой радиации и зависит от площади обнаженной поверхности тела и разности температур кожи и окружающего воздуха. При температуре воздуха в производственном помещении 30-35°С теплоизлучение тела человека близко к нулю. При температуре поверхностей объектов в помещении больше температуры тела человека возникает обратный поток лучистой энергии (от поверхностей нагретых объектов к человеку).

Потоотделение человека является важнейшим терморегуляционным механизмом. Охлаждение тела наступает при наличии условий для испарения выделяющегося пота. Испарительный процесс зависит прежде всего от относительной влажности воздуха. Потоотделение активизируется с увеличением наружной температуры.

Втабл. 1 приведены значения максимально допустимой температуры в зависимости от влажности и подвижности воздуха.

Втабл. 2 приведены значения минимально допустимой температуры при искусственном охлаждении воздуха.

					Таблица 1
Минимальная	Допустимая максимальная температура воздуха, Сº,
скорость движения		при относительной его влажности (%)
воздуха, м/с	60-75			75-90	более 90
0,25	24			23	22
0,50	25			24	23
1,5	26			25	24
1,0	26			26	25
					Таблица 2
Скорость движения		Допустимая максимальная температура воздуха,
		Сº, при относительной его влажности (%)
воздуха, м/с
			60-75		76-90
0,5			18		19
1,0			19		20
1,5			20		21
2,0			21		22

Примечание: При температуре воздуха в очистных подготовительных забоях < 160С скорость воздушного потока должна быть < 0,75 м/с, если она является достаточной для предотвращения опасности загазирования выработок.

При выполнении тяжелой физической работы в неблагоприятных климатических условиях человек может отделить в течение 1 часа 2,5 л пота и более. Теплоотдача при испарении пота достигает в среднем для человека 2500

6

кДж/ч. Такой расход энергии должен чередоваться в течение рабочего дня с меньшими нагрузками так, чтобы общая энергоотдача была < 20000 кДж в смену.

Микроклимат, при котором терморегуляция человеческого организма протекает оптимально, называется комфортным. В шахтных условиях трудно поддерживать комфортный микроклимат, поэтому Правилами безопасности и Санитарными правилами для угольных шахт нашей страны нормируется допустимый микроклимат (табл. 1). При искусственном охлаждении воздуха в шахтах Санитарными правилами нормируется минимальная температура на рабочих местах (табл. 2).

Из табл. 1 и 2 легко установить максимальный перепад температур на пути движения работников в горных выработках.

Тепловыделение при работе людей определяется по формуле:

Qл = q n , кДж/ч,

(1)

где q – среднее количество тепла, выделяемое работающим человеком, q = 2500 кДж/ч;

n – число одновременно работающих людей в выработке.

2.2. Тепловыделение при охлаждении горных пород

Тепловыделение от горных пород в первую очередь зависит от разности температур пород tпор и воздуха в выработке tв на глубине Н:

	tпор = tн +	H −h
			н	, ºС,		(2)
			Гст
где tн –	температура пород в нейтральном слое;				для условий Донбасса
tн = 8,5ºС;	для Кузбасса tн =, 2,5ºС;		для Караганды tн		= 3,0ºС;	для Мосбасса
tн = 4,0ºС;
hн – глубина нейтрального слоя, м;
Гст – геотермическая ступень данного района, м/ºС.						м от земной
Нейтральный слой расположен на расстоянии 20-40

поверхности и имеет температуру, примерно равную среднегодовой температуре атмосферного воздуха в данном районе. Геотермическая ступень считается нормальной, если температура горных пород повышается с увеличением глубины и остается почти постоянной на уровне отдельных горизонтов. Геотермическая ступень в различных отложениях изменяется в пределах 2-200 м/°С. В нефтяных месторождениях она чаще находится в пределах 10-15 м/°С, в угольных месторождениях - 30-40 м/°С, в рудных месторождениях - 50-130 м/°С.

Геотермическая ступень в угольных шахтах для условий Донбасса 34 –

7

39 м/0С, для Кузбасса – 50 – 70 м/0С, для Караганды – 20 – 30 м/0С, для Мосбасса – 39 – 50 м/0С;

Тепловыделение при охлаждении горных пород в турбулентном ядре вентиляционного течения описывается уравнением Ньютона для конвективного теплообмена:

Qохл = Кt P L (tп −tв ) К , кДж/ч,	(3)
где Кt – коэффициент нестационарного теплообмена, ккал/(ч ∙ м ºС);
P – периметр выработки, м;
L – длина выработки, м;
tп – температура неохлажденных пород, ºС;
tв – допустимая температура воздуха в выработке, ºС;	= 4,2,
K – коэффициент перевода калорий в джоули, К = кал/Дж

1 кал = 4,19 Дж.

2.3. Тепловыделение при окислительных процессах

Уголь, сульфидные руды, угленосные сланцы и древесина окисляются при сравнительно низкой температуре. Интенсивность процесса окисления зависит от их раздробленности, влажности и температуры, а также доступа к ним кислорода. Образованная при окислении теплота определяется по формуле А.Ф.Воропаева:

Q	= q v0,8	P L K	, кДж/ч,	(4)
ок	o

где qo – тепловыделение в результате окислительных процессов, приведенное к скорости движения воздуха в выработке v = 1 м/с, q = 3-5 ккал/(ч ∙ м);

v – скорость движения воздуха в выработке, м/с.

2.4. Тепловыделение при сжатии воздуха

В нисходящих потоках повышается атмосферное давление и воздух сжимается. В восходящих потоках воздух расширяется. В первом случае воздух нагревается, а во втором охлаждается (в результате перехода механической энергии в тепловую и наоборот). Количество тепла (Qсж), освобождающееся при движении воздуха вниз, рассчитывается по формуле:

Qсж = 0,0028 G I sinα , кДж/ч,

(5)

где G – количество воздуха, нисходящего по выработке, м3/ч; L – длина наклонного участка выработки, м;

α - угол наклона выработки, град.

8

G = 3600 v S , м3/ч,

(6)

где S – площадь поперечного сечения выработки, м2.

2.5. Тепловыделение от местных источников

В горных выработках могут находиться и другие источники тепла (трансформаторы, электродвигатели, пневматические двигатели и машины, механизмы, светильники). Эти источники тепла оказывают непосредственное влияние на температуру шахтного воздуха вокруг них, где смешивается тепловая энергия поступающего воздуха с тепловым потоком местного источника.

Тепловыделение от местных источников:

Qм = 860 Nпотр Кз К , кДж/ч,	(7)
где Nпотр – потребляемая мощность электродвигателей, кВт;
Кз – коэффициент загрузки оборудования во времени, Кз = 0,8.
Тепловыделение в ствол при эксплуатации лебедок, кДж/ч:
- при подъеме:
Qлп = (1−ηм ) 860 N л Кз К , кДж/ч,	(8)
где Nл – установленная мощность электродвигателя лебедки, кВт;
ηм – механический КПД, ηм = 0,8 м;
- при спуске:
Qлс = 860 N л Кз К , кДж/ч.	(9)
При работе трансформаторов:
Qтр = 860 Nтр tтр К , кДж/ч,	(10)
где tтр – тепловые потери трансформатора, в среднем tп = 0,05;
Nтр – установленная мощность трансформатора, кВт.

2.6. Тепловыделение при отвердевании бетона

Если на участке выработки или в призабойной зоне ведутся закладочные или другие работы с применением бетона, то при его

9

отвердевании тепловыделение составит:

Qб = P lб К qб , кДж/ч,

(11)

где qб – удельное выделение при отвердевании бетона, qб = 50-100 ккал/(м ∙ ч); Р – периметр выработки в свету, м;

lб – протяженность участка закладки (бетонирования), контактирующего с вентиляционной струей за один цикл, м; lб = 3-5 м.

2.7. Общее тепловыделение

Общее тепловыделение в выработку определяется суммой тепловыделений всех источников, рассмотренных в п.п. 2.1-2.6, а именно:

n
Qобщ = ∑Qi , кДж/ч,	(12)
i =1
где i – источник тепловыделений.

2.8. Количество воздуха, необходимое для проветривания выработки по тепловому фактору

При температуре шахтного воздуха, не соответствующей санитарногигиеническим требованиям, возникает необходимость регулирования теплового режима шахты. Совокупность мероприятий, изменяющих термовлагосостояние воздуха, называется тепловым кондиционированием воздуха. Последнее осуществляется путем интенсивной вентиляции горных выработок, ограничения притока тепла к воздушной струе по пути ее следования, осушения и искусственного охлаждения поступающего в шахту воздуха. Интенсивная вентиляция горных выработок достигается увеличением скорости вентиляционного потока. Охлаждающий эффект вентиляционного потока интенсивно проявляется при увеличении его скорости с 0,5 до 4 м/с.

Количество воздуха, которое необходимо подать в выработку по тепловому фактору без его охлаждения, определяется из соотношения:

Gтеп =	Qобщ
		, м3/ч	(13)
	Ср ∆t ρ
где Ср – удельная теплоемкость воздуха при постоянном			давлении,
ккал/(кг∙град), Ср=0,24;

∆t – перепад температур между выходящим (отработанным) и входящим (свежим) воздухом, проходящим по выработке, ºС;

10

ρ - плотность воздуха, ρ = 1,24 кг/м3.

Если значение Gтеп оказалось больше значения количества воздуха, принимаемого при расчете (в нашем случае – по формуле (6)), то необходимо искусственное охлаждение (кондиционирование) воздуха.

2.9. Кондиционирование воздуха в горных выработках

При необходимости кондиционирования воздуха, критерием чего является соотношение:

Gтеп > G,

(14)

следует выбрать тип кондиционера, рассчитать их количество и проверить правильность их установки.

Холодильные установки бывают стационарными и передвижными. Передвижные установки предназначены для охлаждения воздуха в

тупиковых выработках или в отдельных очистных забоях и имеют хладопроизводительность 50-140 кВт. Воздух в них охлаждается непосредственно у испарителя, а теплота конденсации отводится водой в незамкнутом или замкнутом циклах с дополнительным внешним охлаждением. Некоторые модификации передвижных холодильных установок имеют легкопереносимый воздухоохладитель. Воздушно-компрессорные машины РВК-1 и ВВК-1 имеют хладопроизводительность соответственно 1720 и 35-45 кВт, а парокомпрессорные типа КПШ-40-120 кВт. 1 кВт = 857 ккал/ч.

Холодильные установки на поверхности комплектуются турбокомпрессорными холодильными машинами производительностью 23004600 кВт. Стационарные холодильные установки в шахте комплектуются турбокомпрессорными или поршневыми машинами хладопроизводительностью 4000-1500 кВт. Характеристики основных передвижных, стационарных, подземных и наземных холодильных установок приведены в табл. 3.

При установке кондиционера в выработке (обычно одного) температура смеси за кондиционером tсм определяется соотношением:

	(G| −G|	) t	пор	+ (t	пор		−	3600 Nк	) G|
								Ср/ Ск/
tсм =	к								k
										, ºС,	(15)
				G		/

11

Таблица 3

				Хладопро-	Хладо-
	Марка		Принцип		произ-
				изводите-		Мас-
	холодиль-	Тип машины	действия	льность,	водитель-	са, кг
	ной машины		машины	ккал/ч	ность,
					кВт
		тупиковые	воздушный
	РВК-1	выработки,		14500-17000	17-20	460
			компрессор
		передвижная
		тупиковые	воздушный	30 000-
	ВВК-1	выработки,			35-47	1000
			компрессор	40 000
		передвижная
		шахта,	абсорбцион-
	АБХА-2500	стационарная	ный	2,6∙107	30 233	105
		на	бромистоли-
		поверхности	тиевый агрегат
	ВЛ-7	лава,	форсуночный	28 000	33	200
		передвижная	теплообменник
	КПШ-90П	лава,	форсуночный	90 000	105	2400
		передвижная	теплообменник
	КПШ-40	лава,	форсуночный	40 000	47	2000
		передвижная	теплообменник
		шахта,	испарительный	2003800			4
	АИК-2000	стационарная	фреоновый		2330	10
				(2 ∙ 106)
		подземная	агрегат
		шахта,	испарительный	3999000			4
	АИК-4000	стационарная	фреоновый		4650	10
				(4 ∙ 106)
		подземная	агрегат
		шахта,	испарительный	7998000			4
	АИК-8000	стационарная	фреоновый		9300	10
				(8 ∙ 106)
		подземная	агрегат
	А 220-2-2	шахта,	испарительный
		стационарная	фреоновый	220-500	0,6	200
	(АИК-400/2)	подземная	агрегат
	ХМ-	шахта,	испарительный	4 ∙ 105
		стационарная	фреоновый		465	8400
	ФУ175/2Д	подземная	агрегат
		шахта,	фреоновый	159100	185	2000
	ХМ-ФУ 930	стационарная
			компрессор
		подземная
		шахта,	холодильная	33024	38,4	500
	2МКТ20-20	стационарная
			машина
		подземная
	Примечание: 1	Вт/ч = 860 кал

12

где G| - количество воздуха, проходящего по выработке, кг/ч, G| = ρ∙G; G – количество воздуха, проходящего по выработке, м3/ч;

G|к – производительность кондиционера, кг/ч, G|к = ρ∙Gк, Gк – то же, но в

м3/ч (Gк ≤ G, обычно Gк = 0,5 G, м3/ч);

ρ = 1,2 кг/м3;

tпор – температура пород на глубине Н, ºС;

Nк – хладопроизводительность кондиционера, кВт;

С/р – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг∙град), С/р = 1,0.

Достаточность установки кондиционера проверяется по соотношению:

tсм > tв

(16)

Если tсм > tв, то необходимо установить более мощный кондиционер.

3. ПРИМЕР РАСЧЕТА

Произведем расчет по данному варианту.

Выработка

гр.

,Нм

Г

челn,

h

,Рм

,Lм

м,S

t

м,V/с

град,α

Nпотр

кВт

Nтр

t

мч/

м,

м,

2

С

ккал

ст

в

н

,

,

К

ствол

0,21

1000

35

4

30

22

1000

40

23

1,0

90

100

100н

10

3.1. Тепловыделение при работе людей

Qл = q n = 2500 4 =10 000

кДж/ч

(1)

3.2. Тепловыделение при охлаждении горных пород

(для условий Донбасса)

	tпор = tн +	H −hн	=8,5 +1000 −30 = 36 0С	(2)
		Гст
			35
	Qохл = Кt P L (tп −tв ) К = 0,20 22 1000 (36 −23) 4,2 = 240240 кДж/ч			(3)
	3.3. Тепловыделение при окислении пород

13

Qок = qo V 0,8 P L K = 3 10,8 22 1000 4,2 = 277200 кДж/ч	(4)
3.4. Тепловыделение от сжатия воздуха
Qсж = 0,0028 G I sinα = 0,0028 144000 1000 1 4,2 =1693440 кДж/ч	(5)
G = 3600 V S = 3600 1 40 =144000 м3/ч	(6)
3.5. Тепловыделение от местных источников
Qм = 860 Nпотр Кз К = 860 100 0,8 4,2 = 288960 кДж/ч	(7)
Тепловыделение от лебедки (работает на спуск)
Qлс = 860 N л Кз К = 860 100 0,8 4,2 = 288960 кДж/ч	(8)
Тепловыделение от трансформатора
Qтр = 860 Nтр tтр К = 860 10 0,05 4,2 =1806 кДж/ч	(9)
3.6. Тепловыделение при отвердевании бетона
Qб = P lб К qб = 22 3 4,2 75 = 20790 кДж/ч	(10)

Общее тепловыделение в ствол

n

Qобщ = ∑Qi = Qл +Qохл +Qок +Qсж +Qм +Qлс +Qтр +Qб =10 000 + 240240 + i =1

+277200 +1693440 +288960 +288960 +1806 +20790 = 2821396 кДж/ч (11)

3.7. Количество воздуха, необходимое для проветривания выработки по тепловому фактору без охлаждения воздуха

	Gтеп =	Qобщ		=	2821396		= 729269	м3/ч	(12)
		Ср ∆t	ρ		0,24 (23 −36)	1,24

Примечание: для стволов ∆t = tв – tпор ;

для подземных выработок ∆t = tпор – tв (полученное значение взять по модулю).

14

3.8. Проверяем условие достаточности расхода воздуха по тепловому фактору

Gтеп > G

(13)

Условие (14) не выполняется, т.к. 729269>144000. Следовательно, требуется искусственное охлаждение.

Из таблицы 3 выбираем стационарную шахтную установку хладопроизводительностью 1000 кВт.

Температура смеси после выхода воздуха из кондиционера составит:

(G| −G|

) t

пор

+ (t

пор

−

3600 Nк

) G|

tсм =

к

Ср/

Ск/

k

=

G/

3600 1000

(1,2 144000 −1,2 500 60) 36

36000

+ 36 −

1 36000

=

=

1,2

144000

(172800 −36000)

36

36

−

3600000

36000

+

36000

=

=

172800

=

4924800 − 2304000 = 2620800 =15,2 0С.

(14)

172800

172800

Однако правила безопасности (табл. 2) не допускают такое глубокое охлаждение воздуха в действующих выработках, поэтому примем менее производительный кондиционер, например, с хладопроизводительностью 500 кВт, тогда температура смеси за кондиционером составит:

(G| −G|

) t

пор

+(t

пор

−

3600 Nк

)

к

С/

С/

tсм =

р

к

=

G

/

(172800 −36000) 36

36 −

3600 500

36000

+

1 36000

4924800 −504000

=

=

= 25,58 ≈ 26 0С (15)

172800

172800

Эта температура выше допустимой, равной 24,00С. Поэтому необходимо

увеличить хладопроизводительность кондиционера, например до 600 кВт. Тогда:

(172800		−36000)	36		36 −	3600 600		36000
				+		36000				4924800 −864000
tсм =									=		= 23,5 0С,
			172800							172800

что удовлетворяет требованиям Правил Безопасности (23,5 < 24,0 0С).

15

3. ПЕРЕЧЕНЬ ВАРИАНТОВ ЗАДАНИЙ

Варианты заданий к расчету тепловыделений приведены в табл. 4.

Контрольные вопросы

1.Что такое микроклимат и какими параметрами он характеризуется?

2.Каким образом осуществляется теплоотдача телом человека?

3.Что такое комфортный микроклимат?

4. Что такое допустимый микроклимат?

5. Какими факторами определяется общее тепловыделение в рабочей

зоне?

6. Какой из факторов имеет в общем тепловыделении наибольшее значение?

7. Каков критерий необходимости применения охлаждения (кондиционирования) воздуха рабочей зоны?

Список литературы

1.Гуткин В.И., Рогалев В.А. Безопасность жизнедеятельности: Учебное и справочное пособие. – СПб: МАНЭБ, 2005. – 720 с.

2.Ушаков К.З., Бурчаков А.С., Пучков Л.А., Медведев И.И. Аэрология горных предприятий: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра,

1987. – 421 с.

3.Ушаков К.З., Каледина Н.О., Кирин Б.Ф., Сребный М.А. Безопасность жизнедеятельности: Учеб. для вузов / Под ред. К.З. Ушакова. – М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2000. –

430 с.

16

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

Таблица 4

№ варианта

1

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

	Кt,		Гст,										α,	Nпотр	Nл	Nтр
				n, чел	hн, м			2		0
Выработка	ккал/ч Н, м					Р, м	L, м		tв,		С	v, м/с
			м					S, м					град		кВт
	м гр.
2	3	4	5	6	7	8	9	10	11			12	13	14	15	16
штрек	0,20	800	30	7	20	10	1000	10	23			0,50	10	70	-	5
штрек	0,28	900	25	8	21	10	1000	8	24			0,75	8	60	-	10
штрек	0,22	850	55	9	20	8	800	6	22			0,50	10	65	-	10
уклон	0,23	600	26	3	22	8	200	6	25			1,0	50	50	50в	-
уклон	0,24	500	25	4	23	8	300	8	26			1,0	50	40	50в	-
уклон	0,25	700	27	3	23	9	400	6	26			1,5	25	40	50н	-
квершлаг	0,31	1000	28	5	24	12	500	12	23			0,25	10	100	-	5
квершлаг	0,30	700	29	6	25	12	600	14	24			1,50	10	90	-	5
квершлаг	0,29	800	45	7	26	10	700	10	25			1,0	10	90	-	5
бремсберг	0,24	1200	31	5	35	10	1000	14	25			1,50	15	50	-	5
бремсберг	0,35	1500	32	6	36	10	1000	12	26			2,0	20	50	-	5
бремсберг	0,32	1300	65	8	37	8	800	10	24			1,50	15	50	-	5
ствол	0,22	1000	33	7	37	24	1000	42	25			0,5	90	100	-	10
ствол	0,20	1100	34	8	38	26	1000	44	24			1,0	90	100	-	10
ствол	0,21	1000	32	5	31	22	1000	40	23			1,0	90	100	100н	10
ствол	0,20	900	37	3	36	20	800	38	22			0,5	90	100	100в	10
лава	0,35	500	36	6	27	6	180	8	24			2,0	5	105	-	-
лава	0,34	600	40	5	28	8	200	10	25			3,0	10	110	-	-
лава	0,33	700	60	4	29	14	220	16	26			4,0	5	120	-	-
лава	0,33	800	51	6	30	18	280	18	24			3,0	10	115	-	-

Примечание: «в» - лебедка работает вверх; «н» - лебедка работает вниз.

17

4. ОТЧЕТ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Результаты вычислений необходимо занести в табл. 5 (таблицу результатов).

				Таблица 5
№	Показатель	Величина	Размерность	Определяющее
п/п				соотношение
1	2	3	4	5
1.	Qл		кДж/ч	(1)
2.	tпор		0С	(2)
3.	tн		0С
4.	Qохл		кДж/ч	(3)
5.	Qок		кДж/ч	(4)
6.	qо		ккал/час
7.	G		м3/ч	(6)
8.	Qсж		кДж/ч	(5)
9.	Qм		кДж/ч	(7)
10.	Qлб		кДж/ч	(8), (9)
11.	Qтр		кДж/ч	(10)
12.	Qб		кДж/ч	(11)
13.	Qобщ		кДж/ч	(12)
14.	Gтеп		м3/ч	(13)
15.	G′к – окончательно		кг/ч
16.	Nк – окончательно		кВт
17.	tсм – окончательно		0С	(15)

18

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №8

САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЕНТИЛЯЦИИ

Цель практического занятия - ознакомление с последовательностью расчета тепловыделений в производственное помещение и на его основе выбор технических средств по борьбе с избыточным тепловыделением.

1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Расчет потребного воздухообмена при общеобменной вентиляции производят исходя из условий производства и наличия избыточной теплоты, влаги и вредных веществ. Для качественной оценки эффективности воздухообмена применяют понятие кратности воздухообмена kв – отношение количества воздуха, поступающего в помещение в единицу времени L (м3/ч), к объему вентилируемого помещения Vп (м3). При правильно организованной вентиляции кратность воздухообмена должна быть значительно больше единицы.

При нормальном микроклимате и отсутствии вредных выделений количество воздуха при общеобменной вентиляции принимают в зависимости от объема помещения, приходящегося на одного работающего. Отсутствие вредных выделений – это такое их количество в технологическом оборудовании, при одновременном выделении которых в воздухе помещения концентрация вредных веществ не превысит предельно допустимую. В производственных помещениях с объемом воздуха на каждого работающего Vn1< 20 м3 расход воздуха на одного работающего L1 должен быть не менее 30

м3/ч. В помещении с Vn1=20…40 м3 L1≥ 20 м3/ч. В помещениях с Vn1> 40 м3 и при наличии естественной вентиляции воздухообмен не рассчитывают. В

случае отсутствия естественной вентиляции (герметичные кабины) расход воздуха на одного работающего должен составлять не менее 60 м3/ч. Необходимый воздухообмен для всего помещения в целом:

L = nL1 ,

(1)

где: n- число работающих в данном помещении.

При определении потребного воздухообмена для борьбы с теплоизбытками составляют баланс явной теплоты помещения. При отсутствии в производственном помещении местных отсосов уравнение теплового баланса принимает вид:

∆Q с+tG G с +t	в р ух	= 0	,	(2)
изб пр р пр

19

где: Qизб – избытки явной теплоты всего помещения, кВт;
Спрсрtпр и Свсрtух – теплосодержание приточного и удаляемого воздуха,
кВт; ср – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг*оС);
tпр и tух – температура приточного и удаляемого воздуха, оС.
Температура удаляемого из помещения воздуха:
tуха=Нtрз + ( −2),	(3)
где: tрз – температура воздуха в рабочей зоне, оС;
а – градиент температур по высоте помещения, оС/м;

H – расстояние от пола до центра вытяжных отверстий, м.

Для помещений с qЯ < 23 Вт/м3 можно принять а = 0,5 оС/м, для горячих цехов с qЯ > 23 Вт/м3 – а = 0,7…1,5 оС/м.

При санитарно-гигиеническом контроле механической и естественной вентиляции их эффективность оценивается как способность поддержания в рабочей зоне производственного помещения параметров воздушной среды, удовлетворяющих требованиям СанПиН 2.2.4.548-96, ГН 2.2.5.686-98, ГН 2.2.5.687-98, ГН 2.2.5.5691-98, так и вентиляции производственного помещения. Требуемый приток воздуха (L, м3/ч) для разбавления избыточных тепловыделений определяют исходя из баланса явной теплоты помещения для ассимиляции избытков:

L2 =	Qизб	,	(4)
	0, 24γпр (tух −tпр )

где: Qизб – избыточные тепловыделения, ккал/ч; 0,24 – теплоемкость воздуха, ккал/(кг . оС);

γпр – плотность подаваемого воздуха при температуре равном tпр, кг/м3; tух – температура воздуха, удаляемого из помещения, оС;

tпр – температура приточного воздуха, оС.

Таблица 4

Плотность воздуха при разных температурах и нормальном атмосферном давлении

t, oC	γ, кг/м3	t, oC	γ, кг/м3	t, oC	γ, кг/м3
10	1,248	15	1,226	20	1,205
11	1,243	16	1,222	21	1,201
12	1,239	17	1,217	22	1,197
13	1,235	18	1,213	23	1,193
14	1,230	19	1,209	24	1,189

20

При определении необходимого воздухообмена для борьбы с вредными парами и газами составляют уравнение материального баланса вредных выделений в помещение за время dτ, (с)

G dсτ +dL L сτd−		V dCτ =	n	,	(5)
вр	пр пр	в в

где: Gвр dτ – количество вредных выделений в помещении, обусловленных работой технологического оборудования, мг;

Lпрспр dτ – количество вредных выделений, поступающих в помещение вместе с приточным воздухом, мг;

Lвсв dτ – количество вредных выделений, удаляемых из помещения вместе с уходящим воздухом, мг;

VndC – количество вредных паров и газов, накопившихся в помещении за время dτ;

Спр и Св – концентрация вредных веществ в приточном и удаляемом воздухе, мг/м3.

При наличии выделяющихся вредных веществ (пар, газ, или пыль) расчет потребного количества приточного воздуха производится по следующей формуле:

L3	=		Gвр		,	(6)
		CС	−
				прит
		доп

где: Gвр – содержание вредного вещества, поступающего в течение часа в помещение, мг;

Сдоп – допустимая концентрация вредного вещества в помещении, мг/м3;

Сприт – концентрация вредного вещества в приточном воздухе, мг/м3.

Предполагается, что Сприт=0, т.е приточный воздух не содержит оксида углерода.

Таблица 2

Предельно допустимые концентрации некоторых вредных веществ в воздухе рабочей зоны

№	Вещество	ПДК,	Класс	Агрегатное
п/п		мг/м3	опасности	состояние*
1.	Анилин	0,1	2	П
2.	Ацетон	200	4	П
3.	Бензин-растворитель	300	4	П
4.	Бензин топливный	100	4	П
5.	Бензол	5	2	П

21

6.	Бериллий и его соединения	0,001	1	А
7.	Ксилол	50	3	П
8.	Марганец	0,3	2	А
9.	Ртуть металлическая	0,01	1	П
10.	Свинец и его неорганические	0,01	1	А
	соединения
11.	Сероводород	10	2	П
12.	Сероуглерод	1	2	П
13.	Стирол	5	3	П
14.	Тетраэтилсвинец	0,005	1	П
15.	Углерода оксид	20	4	П
16.	Хлор	1	2	П
17.	Хлорофос	0,5	2	П + А

* П – пар, А - аэрозоль

Таблица 3

Предельно допустимые концентрации аэрозолей преимущественно фиброгенного действия

№		Вещество			ПДК,	Класс
п/п					мг/м3	опасности
1.	Алюминия оксид в виде аэрозоля конденсации				2	4
2.	Алюминия оксид в виде аэрозоля дезинтеграции				6	4
	(глинозем, электрокорунд)
3.	Кремния	диоксид	кристаллический при
	содержании его в пыли:				1	2
	3.1. Свыше 70%				2	3
	3.2. От 10 до 70 %				4	4
	3.3. От 2 до 10 %
4.	Кремния диоксид аморфный в виде аэрозоля				1	3
	конденсации
5.	Пыль	животного	и	растительного	2	4
	происхождения с примесью >10% SiO2
6.	Силикаты и силикатосодержащие пыли:
	6.1 Асбест				2	4
	6.2. Асбестоцемент, цемент, апатит, глина				6	4
	6.3. Тальк, слюда, мусковит				4	4
7.	Чугун				6	4
8.	Шамотографитовые огнеупоры				2	4
9.	Электрокорунд в смеси с легированными				6	4
	сталями
10.	Электрокорунд хромистый				6	4

22

Предварительно находим содержание, мг, вредного вещества, поступающего в помещение в течение часа, по формуле:

GС=VN	,	(7)
вр ф

где: Сф – фактическая концентрация вредного вещества при отсутствии притока

свежего воздуха, мг/м3; V – объем цеха, м3;

N – коэффициент неорганизованного воздухообмена.

Необходимый воздухообмен для удаления избыточной влаги находят исходя из материального баланса по влаге и при отсутствии в производственном помещении местных отсосов по формуле:

L4 =	Gвп
	γпр (dух −dпр ) ,	(8)

где: Gвп – количество водяного пара, выделяющегося в помещение, г/ч.

При одновременном выделении в рабочую зону вредных веществ, не обладающих однонаправленным действием на организм человека, например, теплоты и влаги, необходимый воздухообмен принимают по наибольшему количеству воздуха, полученному в расчетах для каждого вида производственных выделений.

При одновременном выделении в воздух рабочей зоны нескольких вредных веществ однонаправленного действия (серный или сернистый андигрид, оксиды азота совместно с оксидом углерода и др.) расчет общеобменной вентиляции производится путем суммирования объема воздуха, необходимого для разбавления каждого вещества в отдельности до его условных предельно допустимых концентраций.

2. ПРИМЕР РАСЧЕТА

Термический цех завода расположен в помещении с площадью 15х16 м при высоте 5,5 м, оборудован двумя пламенными нагревательными печами. В цехе производится закалка стальных изделий и обработка металла в расплаве свинца. Всего в цехе работают 15 человек. Вредности термического цеха: избытки тепловыделений, выделение паров свинца в количестве 0,04 мг/м3 и оксида углерода – 60 мг/м3 (при отсутствии притока) тепловыделения от нагревательных печей составляют 59050 ккал/ч, от масляных ванн – 6222 ккал/ч, от свинцовой ванной печи – 8748 ккал/ч. Теплопотери помещения зимой 17000 ккал/ч.

23

Вентиляция термического цеха предполагается следующей. Удаление загрязнений воздуха – посредством местных отсосов: зонтов от масляных ванн, воздуховода от верхней конусной части свинцовой ванной печи, зонты размером 1,2 х 2,2 над масляными ваннами полностью закрывают их зеркало; скорость отсоса воздуха 1,25 м/с. От свинцовой ванной печи удаляется загрязненный воздух – 810 м3/ч. Приток свежего воздуха будет происходить по центральному воздуховоду (через 40 боковых отверстий с сечением 0,2 х 0,25 м2 и через концевое отверстие диаметром 0,6 м) над средним проходом цеха на высоте 4 м над полом. Воздух будет подаваться со скоростью 4 м/с, температура его зимой 15оС, летом наружный воздух будет подаваться без охлаждения. Забор воздуха будет осуществляться через шахту, выведенную на уровень 5 м от поверхности земли, выброс вытяжной вентиляции – на 4 м выше крыши здания (высота здания 15 м).

Требуемые условия в цехе: температура воздуха зимой 17оС, летом 23 оС, концентрация паров свинца не более 0,01 мг/м3, оксида углерода – 20 мг/м3.

Решение:

Тепловыделения от оборудования в сумме составляют:

59050 +6222 +8748 = 74000ккал/ ч.

В цехе работают 15 человек. Если считать, что они выполняют работу средней тяжести, то тепловыделение составит:

175*15 = 2625ккал/ ч

и, следовательно, общая сумма тепловыделений в цехе составит 74000+2625=76625 ккал/ч. Эта величина характеризует избыточные тепловыделения летом, зимой с учетом теплопотерь здания данная величина составит:

76625 −17000 = 59625ккал/ ч.

Таблица 4

Количество тепла выделяемого взрослыми людьми (мужчинами)

Количество тепла, ккал/ч,, выделяемого людьми при температуре воздуха в

помещении, °С

10		15		20		25		30		35
При легкой работе
155		135		130		125		125		125
При работе средней тяжести
185		180		175		170		170		170

24

При тяжелой работе

250

250

250

250

250

250

Требуемый приток воздуха, м3/ч, для разбавления избыточных тепловыделений определим по формуле (4). Для зимы Qизб = 59625 ккал/ч, для лета Qизб = 76625 ккал/ч. Плотность подаваемого воздуха определяется в соответствии с табл.1. γпр=1,226 кг/м3 при температуре подачи воздуха 15оС, tуд=19 оС (температура воздуха в помещении):

Lм=	ч	59625		≈ 50658	3 /	.
з	0, 24 1, 226 (19		−15)

Для лета γпр=1,2205 кг/м3 при средней температуре наружного воздуха

20оС, tуд=23 оС:

Lм=	ч	76625		≈ 88278	3 /	.
л	0, 24 1, 205 (23		− 20)

Содержание оксида углерода в помещении определяется по формуле (7) с

учетом концентрации оксида углерода в воздухе при отсутствии притока (60 мг/м3):

Gмг= 60	(15 16	5,5)	2	=158400	.
оу

Сдоп=20 мг/м3 и Сприт=0 в предположении, что приточный воздух не загрязнен оксидом углерода. Требуемый приток воздуха для разбавления

оксида углерода составит (формула 6):

Lм = 158400		= 7920	3	.
оу	20 −0

Для паров свинца расчет аналогичен. При этом исходим из того, что концентрация свинца в воздухе при отсутствии притока равна 0,04 мг/м3. Таким образом,

Gмг= 0,04 (15 16 5,5) 2 =105,6	.
св

При условии Сдоп= 0,01 мг/м3, Сприт=0 количество воздуха для разбавления паров свинца:

25

Lм=	105,6	=10560	3	.
св	0,01−0

Учитывая, что для разбавления тепловыделений в холодный и теплый периоды года требуется различное количество воздуха, принимаем для холодного периода года – 50658 м3/ч, для теплого – 88278 м3/ч.

Переходим к оценке приточной вентиляции и определению достаточности запроектированного притока воздуха. Воздух подается со скоростью 4 м/с по центральному воздуховоду через 40 боковых отверстий сечением 0.2 . 0,25м2 и концевое отверстие диаметром 0,6 м.

Площадь сечения всех боковых отверстий 0,2 . 0,25 . 40=2 м2, площадь сечения концевого отверстия:

S =мπr2 = 3,14*0,32 = 0,3 2 .

Общая площадь сечения отверстий в воздуховоде 2+0,3=2,3 м2. Часовой объем притока, м3/ч, рассчитываем по формуле:

Q = 3600Fv ,

(9)

где: F – открытая площадь проемов (общая площадь сечения отверстий в воздуховоде), м2;

v – скорость движения воздуха, м/с;

Qм= 2,3ч 4 3600 = 33120 3 / .

Следовательно, в цехе будет недостаток приточного воздуха (летом дополнительный приток может быть достигнут сквозным проветриванием через верхние фрамуги окон) и температура воздуха в помещении будет выше предусмотренной проектом и санитарными нормами.

Переходим к оценке вытяжной системы вентиляции. Использованные виды местных укрытий возражений не вызывают. Площадь зонтов над масляными ваннами 1,2∙2,2=2,64м2, скорость отсоса 1,25 м/с. От двух зонтов будет удаляться 2,64∙1,25∙3600∙2=23760м3/ч. От укрытия свинцовой печи, как указано в проекте, удаляется 810 м3/ч, и общий объем вытяжки составит

23760+810=24570 м3/ч.

Определяем воздушный баланс – соотношение количества подаваемого и удаляемого воздуха (исходим из запроектированных величин); приток равен 33120 м3/ч, вытяжка 24570 м3/ч. Количество приточного воздуха на 35% больше удаляемого воздуха, что нежелательно.

Кратность воздухообмена в помещении (по притоку), т.е. отношение количества подаваемого воздуха к кубатуре помещения, равна 33120:1320=25

26

обменов в час. Эта кратность является большой, что может привести к чрезмерной подвижности воздуха в цехе.

Соотношение уровней забора приточного воздуха и выброса удаляемого при высоте трехэтажного здания 15 м удовлетворительно по вертикали составляет 15+4-5=14 м.

Заключение по проекту вентиляции.

При рассмотрении проекта вентиляции отмечены следующие недостатки:

1.Недостаточен запроектированный объем притока.

2.Резко положителен воздушный баланс.

3.Высока кратность воздухообмена в помещении.

Контрольные вопросы:

1.Что называется вентиляцией?

2.По какому принципу проводится классификация вентиляционных

систем?

3.Перечислите виды вентиляции.

4.В результате чего происходит естественная вентиляция?

5.В чем преимущества механической вентиляции перед естественной вентиляцией?

6.В каких случаях производят вентиляцию с рециркуляцией воздуха?

7.В каких случаях применяют местную вентиляцию?

8.Перечислите приборы для измерения микроклимата.

Список литературы:

1.Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов/ С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др.; Под общ. ред. С.В. Белова. 5-е изд., испр.

идоп. – М., Высш. Шк., 2005. – 606 с.: ил.

2.Производственная санитария и гигиена труда: Учебн. пособие для вузов / Е.В. Глебова. – М.: Высш. шк., 2005. – 383 с.: ил.

3.СанПиН 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».

4.ГОСТ 12.4.021-75 «ССБТ. Системы вентиляционные. Общие требования».

27

								Варианты заданий											Таблица 5
варианта№	помещенияПлощадь , м	Количестворабочих мест	Тепловыделения от			Теплопотеризимой, ккал/ч	Характеристика		отверстийКоличество	Характеристика			Вредное		Вредное		Наличиевлаги	притокаВысотасвежего воздуха центральномуповоздуховоду, м	Характеристик
			Источник№1	Источник№2	Источник№3		зонтовРазмеры, м	отсосаСкоростьвоздуха, с/м		отверстийСечение, м		концевогоДиаметр отверстия, м	номерПорядковыйпо 2.табл	количествоОбщеев .,з.рвоздухег/м	номерПорядковыйпо 3.табл	количествоОбщеев .,з.рвоздухег/м			подачиСкорость, м/с	воздухаТемпаратура ,зимой
			источников, ккал/ч				местных отсосов			центрального			вещество №1		вещество				и подаваемого
										воздуховода					№2				воздуха
										2
														3		3
																				С
																				о
1.	14х16х6	15	60000	1230	7896	18000	1,2х2,0	1,25	45	0,2х0,25		0,6	1	0,5	1	4		5	4	15
2.	15х16х5	16	55000	3210	6547	12000	1,5х2,0	1,3	50	0,2х0,3		0,5	2	300	2	8		4	5	15
3.	13х15х5	12	65000	6540	1236	32000	1,3х1,9	1,35	54	02х0,15		0,7	3	400	3.1	2		4	6	16
4.	15х17х6	15	50000	7890	3214	23000	1,3х1,5	1,25	56	0,25х0,2		0,8	4	250	3.2	3		5	4	17
5.	14х16х6	17	45000	4560	9632	24000	1,2х1,5	1,4	58	0,15х0,25		0,6	5	7	3.3	4		5	4	15
6.	15х17х6	20	50000	1230	1447	15000	1,3х1,5	1,6	65	0,14х0,25		0,7	6	0,0015	4	1,5		5	4,5	14
7.	14х17х6	13	58000	3210	9874	14000	1,5х2,0	1,8	52	0,2х0,25		0,65	7	75	5	3		5	5	15
8.	15х25х6	20	61200	6540	6541	17000	1,5х2,0	1,3	85	0,2х0,3		0,7	8	0,6	6.1	2,8		5	5,5	16
9.	17х25х6	15	45300	9870	1236	15900	1,8х2,2	1,5	65	02х0,15		0,8	9	0,015	6.2	6,5		5	4	14
10.	14х17х6	12	74100	7410	9874	12360	1,5х2,5	2,0	45	0,25х0,2		0,9	10	0,015	6.3	5		5	5	16
11.	15х18х5	13	25800	8520	1236	14780	1,2х2,0	1,5	52	0,15х0,25		0,6	11	17	7	9		4	4,5	15
12.	17х28х6	15	36900	9630	5478	15900	1,5х2,0	1,8	65	0,14х0,25		0,5	12	3	8	4		5	6	15
13.	14х26х6	20	12300	9630	8965	23140	1,3х1,9	2,0	75	0,2х0,25		0,7	13	8	9	15		5	5,5	16
14.	15х25х6	23	45600	7890	6541	9874	1,3х1,5	1,9	54	0,2х0,3		0,8	14	0,008	10	13		5	4	17
15.	12х25х6	17	78900	4560	1236	7891	1,2х1,5	1,5	56	02х0,15		0,6	15	24	1	5		5	4,8	15
16.	14х18х5	20	14700	1230	9874	9510	1,3х1,5	1,6	55	0,25х0,2		0,7	16	2	2	9		4	5	14
17.	15х19х6	13	25800	1230	7896	12360	1,5х2,0	1,7	45	0,15х0,25		0,65	17	0,7	4	4		5	5,5	15
18.	13х23х6	20	36900	3210	9632	15970	1,5х2,0	1,8	55	0,14х0,25		0,7	1	0,2	5	5		5	5	16
19.	15х29х6	20	45600	3210	7896	12365	1,8х2,2	2,0	40	0,15х0,2		0,8	2	350	7	13		5	5	14
20.	25х30х6	25	65400	6540	5412	13654	1,5х2,5	2,1	45	0,2х0,25		0,9	3	400	8	5		5	4,5	16

28

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ ОРОШЕНИЕМ

Цель работы - приобретение навыков оценки эффективности работы средств пылеподавления в конкретных условиях.

1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Пыль образуется вследствие процессов дробления, истирания исходных материалов и полуфабрикатов, испарения жидких металла и шлака и их последующей конденсации в виде твердых частиц, неполного сгорания твердого топлива, протекания некоторых химических реакций, применения порошкообразных материалов и т.п. Таким образом, под пылью понимается совокупность тонкодисперсных твердых частиц органического или минерального происхождения. Взвешенные в воздухе твердые частицы (размером < 74 мкм) представляют собой дисперсную систему, в которой дисперсной фазой являются твердые частицы, а дисперсионной средой – воздух. Дисперсную систему взвешенных твердых частиц в воздухе называют

аэрозолем.

Концентрация взвешенной в воздухе пыли характеризует его

запыленность и выражается количеством пыли в единице объема воздуха (мг/м3).

При оценке основных свойств пыли рассматриваются ее пожароопасность, взрывчатость и силикозоопасность.

Борьба с производственной пылью – одна из важнейших задач гигиены труда. Вдыхание пыли может привести к специфическим заболеваниям (пневмоканиозам), способствовать возникновению и распространению таких заболеваний, как ларингит, трахеит, бронхит, пневмония, туберкулез легких, заболевания кожи. В комплекс противопылевых мероприятий входят орошение, пылеотсос, предварительное увлажнение и др. Запыленность воздуха после выполнения противопылевых мероприятий называют остаточной

запыленностью.

В табл. 1 представлена информация о средствах и способах борьбы с пылью, а также их эффективность.

Таблица 1

Эффективность некоторых способов и средств борьбы с пылью

	Средства и способы борьбы с пылью	Эффективность, доли ед.
	Орошение	0,7-0,8
	Типовая оросительная система
		0,85-0,98
	То же с укрытием

29

	Струи воды высокого давления	0,85-0,95
		0,9-0,95
	Водовоздушные эжекторы (ВВЭ)
		0,83-0,92
	Подача воды в зону пылеобразования
		0,9-0,98
	Пневмогидроорошение (ПГО)
	Вентиляция	0,6

Вданном практическом занятии необходимо рассчитать эффективность пылеподавления орошением при ведении сварочных работ.

Всостав сварочных пылей (аэрозолей) входят оксиды марганца, кремния, железа, хрома, фтористых соединений, оксиды азота, углерода, фтористые водороды и др., выделяющиеся при дуговых, плазменных и других высокотемпературных газопламенных способах сварки, наплавки, резки и напыления металлов. Степень вредности сварочных аэрозолей и газов определяется их биологической активностью и количеством токсичных компонентов, образующихся при сжигании единицы массы сварочного материала (г/кг), что имеет решающее значение при выборе эффективных мер защиты.

Для защиты от вредного воздействия сварочной пыли на рабочем месте широко применяются форсунки и эжекторы. Форсунка – это устройство для

распыления жидкостей. Подача жидкости осуществляется под давлением или при помощи сжатого воздуха. Эжектор – аппарат, приводящий в движение атмосферный воздух за счет кинетической энергии сжатого воздуха (жидкости или пара), подводимого от компрессора. Кроме того, вентиляция также является необходимым средством для снижения опасных концентраций пыли до предельно допустимых.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) – максимальное количество вредного вещества в единице объема или массы воздуха, которое при ежедневном воздействии в течение 8 ч (но не более 40 ч в неделю) всего рабочего стажа не может вызвать заболевание или отклонение в состоянии здоровья настоящего и последующих поколений. В табл.2 приведены ПДК некоторых аэрозолей.

Таблица 2

Предельно допустимые концентрации веществ в воздухе рабочей зоны

Вид пыли	ПДК, мг/м3
Марганец в сварочных аэрозолях при его содержании:
до 20%	0,2
от 20 до 30%	0,1
Кремния диоксид аморфный в виде аэрозоля конденсации	2 (для общей
при содержании от 10 до 60 %	массы аэрозоля)
Хрома оксид	1
Марганца оксиды	0,3

30

Каменный уголь с массовой долей свободного диоксида	10
кремния до 5%
Углепородная и угольная пыль с массовой долей	4
свободного диоксида кремния от 5 до 10%

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Требуется определить начальную, остаточную запыленность воздуха в производственном помещении, где ведутся сварочные работы, а также абсолютные и относительные эффективности пылеподавления орошением с использованием свободно установленных оросителей и эжекторов с одинаковыми расходами воды в обеих системах.

Имеется помещение площадью S=80 м2, высотой Н=6 м, в котором обустроены 2 поста (рис. 1) для производства сварочных работ. Для удаления газов от сварочных работ используют вытяжной вентилятор В, производительность которого рассчитывается по формуле:

Q	= a b	N	, м3 / мин	,	(1)
св		60

где: а – число сварочных постов;

b – масса электродов, расходуемых за 1 час сварки на каждом посту, кг;

N – норма расхода воздуха на 1 кг сжигаемых электродов, м3/кг, принимается по табл. 3.

Интенсивность пылевыделения при сварочных работах рассчитывается по формуле:

	I	п.св	= a b G	100	, мг/ с	,	(2)
				3600

где: G – количество пыли, образующейся при сжигании 1 кг электродов, принимается по табл. 3.

31

Рис. 1. Схема размещения оборудования в сварочном цехе.

Обозначения: 1, 2- сварочные посты; Э - эжектор; Ф - форсунки;

QOTB, Qпр. - расходы отводимого и приточного воздуха соответственно, м3/мес; В - вытяжной вентилятор.

Таблица 3

Краткая характеристика электродов различных марок для дуговой сварки

	Количество	Норма	Выделение газов при дуговой
	пыли,	расхода	сварке сталей электродами
	образующейся	воздуха на		различных марок
Марка электрода	при сжигании	1 кг
	1 кг	сжигаемых	MnOx		HF	CO		N2O5
	электродов	электродов
	G, г/кг	N, м3/кг
АНО-17	11,3	4100	+		-	-		-
АНО-4С	9,4	6200	+		-	-		-
АНО-20	15,3	4400	+		-	+		+
АНО-Т	11,2	2800	+		+	+		+
КПЗ-32Р	10,0	5500	+		-	-		-
МР-1	10,4	2000	+		-	-		-
МР-3	12,0	2200	+		-	-		-
ОЗС-А	6,5	6000	+		-	-		-
ОЗС-12	7,5	6200	+		-	-		-
РБУ-4	5,0	4200	+		-	-		-

32

СМ-5	12,0	3800	+	-	-	-
УОНИ-13/45	13,0	4100	+	+	+	+
УОНИ-13/85	14,0	4400	+	+	+	+
ЦЛ-21	16,0	3700	+	+	-	-
ЦУ-5	14,0	3900	+	+	-	-

Расчет по формуле (2) необходимо проверить на соответствие требованиям воздухообмена в производственных помещениях. Так, в соответствии со СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», кратность воздухообмена К≥Зч-1:

Q =мK Vмин= 3Vпом ,			3 /	,	(3)
к	пом	60

где: Vпом – объем производственного помещения, м3.

Кроме того, расход приточного воздуха на 1 человека должен быть не менее 60 м3/ч, т.е.:

Q м=	60минn		,	3 /	,	(4)
л	60	л

где nл - число работников в помещении, чел.

В итоге из трех значений Qсв, Qк, Qл выбирают большее и принимают его как производительность вентилятора Qв, м3/с.

Начальная запыленность воздуха в помещении без работы средств пылеподавления определяется из соотношения:

	Cмг=мIп.св		,	/	3
					,	(5)
	нач	Qв

где: Iп.св – интенсивность пылевыделения при проведении сварочных работ, мг/с, рассчитанная по формуле (2);

Qв – производительность вентилятора, м3/с.

Остаточная запыленность воздуха Сост при применении форсунок (Сост.ф ) и эжекторов (Сост.э ) рассчитывается по формулам:

33

Cмг	м=		Iп.св −∆Iп.ф			,	/	3
ост.ф			Qв
		Iп.св −∆Iп.э								,	(6)
Cмг =м				,			/	3
ост.э			Qв

где: ∆Iп.ф, ∆Iп.э - уровень снижения интенсивности пылевыделения за счет применения свободно установленных оросителей и эжекторов соответственно, мг/с. ∆Iп.ф и ∆Iп.э определяются по формуле 7:

∆I	Е= QС			ф
	п.ф	ф				нач
∆I	Е= QС
			э				(7)
	п.э	э				нач

Расходы очищаемого форсунками Qф и эжектором Qэ воздуха: Qф =137 м3/мин; Оэ=134 мЗ/мин.

Ориентировочные значения эффективности способов и средств борьбы с пылью представлены в табл. 1. Эффективность пылеулавливания форсунками внешнего орошения (типовая оросительная система) и эжекторов согласно табл. 1 принимают соответственно Еф=0,75 и Еэ=0,92.

Абсолютная эффективность применения форсунок и эжекторов в данном помещении определяется по формулам:

	Eф.п =		C	нач	−C	ост.ф
								100%
					Cнач
		Cнач −Cост.э								(8)
	Eэ.п =						100%
				Cнач

Относительная эффективность применения форсунок в сравнении с

эжекторами (при Cост.ф>Сост.э) или эжекторов в сравнении с форсунками (при Сост.э>Сост.ф) определяется из соотношения:

E	=			Сост.ф −Сост.э			100%,	(9)
отн				Сост.ф(Сост.э)

где в знаменателе стоит большее из двух значений Сост.ф и Сост.э.

34