Безопасность технологических процессов (стр. 5 )

Пример. Определить количество испаряющегося метанола через люк цистерны, расположенной вертикально. Размеры цистерны: высота – 3 м, диаметр – 2 м. Диаметр люка 0,5 м. Цистерна заполнена метанолом наполовину. Температура наружного воздуха и метанола в цистерне равна 30 оС, атмосферное давление – 102 кПа.

Решение. По табл. 5.12 найдем параметры для метанола: = 32,04 кг/кмоль; = 337,9 К;

Поправочные коэффициенты будут:=1,5, т. к. оС; , т. к. м2, м2, .

Коэффициент диффузии метанола может быть определен по формуле (5.49), м2/ч

,

где м2/ч.

Рассчитаем давление насыщенного пара метанола по формуле (5.52), Па

.

Объемную концентрацию насыщенных паров метанола найдем по формуле (5.51), мг/м3

.

Направляем полученные выше значения в формулу (5.48) и определяем количество испаряющегося метанола из цистерны, г/ч

,

где принято, что парциальное давление паров метанола на некотором удалении от поверхности испарения = 0 Па, а .

5.9. Расчет выделений вредных веществ

при эксплуатации автомобилей

Нормативные параметры микроклимата на рабочих местах в помещениях (гаражах и т. п.), где хранится или эксплуатируется подвижной состав, обеспечиваются за счет инженерных систем отопления и вентиляции. Значения требуемых параметров приведены в СНиП 2.04.05-86* [31].

Одним из основных вредных выделений в гараже при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автомобилей является окись углерода, концентрация которого не должна превышать допустимых норм (табл. 5.13).

Количество окиси углерода, выделяющейся при прогреве двигателя («газовании») или движении автомобиля, определяется по формуле, кг/ч

, (5.53)

где 15 – количество выхлопных газов, получающихся при сгорании в ДВС 1 кг жидкого топлива, кг/ч;

Р – процентное содержание окиси углерода в выхлопных газах в зависимости от режима работы принимается: при запуске и прогреве ДВС и выезде автомобиля со стоянки принимается равным 4%, при движении.

Таблица 5.13

Предельно допустимые концентрации некоторых вредных веществ

в атмосферном воздухе населенных мест [2]

Загрязняющее вещество	Предельно допустимая концентрация, мг/м3
максимально-разовая	среднесуточная
Неорганическая пыль, сажа Диоксид серы Оксид углерода Диоксид азота Бенз(а)пирен Оксид азота	0,15 0,5 5,0 0,085 - 0,6	0,05 0,05 3,0 0,04 0,1 мкг/100 м3 0,06

Расход топлива и технические характеристики некоторых типов автомобилей приведены в табл. 5.14.

Зная количество автомобилей n, поставленных на прогрев, несложно просчитать общее количество выхлопных газов от автомобилей, кг/ч, и количество образовавшейся окиси углерода , г/ч, по формулам:

; (5.54)

. (5.55)

Таблица 5.14

Технические характеристики автомобилей

Марка автомобиля	Грузо-подъемность, т	Тип топлива	Расход топлива на 100 км пробега, л
ВАЗ-2104	-	Бензин	8,5
ВАЗ-2106	-	Бензин	9
ВАЗ-21093	-	Бензин	7,5
ВАЗ-21213	-	Бензин	11,5
Москвич-2141	-	Бензин	9,4
ГАЗ-24	-	Бензин	13
ГАЗ-3102	-	Бензин	13
ГАЗ-3110	-	Бензин	11,4
УАЗ-31512	0,4	Бензин	16
ГАЗ-33027	0,8	Бензин	17
ГАЗ-3309	4,5	Дизельное	17
ГАЗ-3308	4,5	Бензин	24,5
ЗИЛ-433102	6	Дизельное	27
ЗИЛ-5301 АО	3,78	Дизельное	15
ЗИЛ-5301 ЕО	3,75	Дизельное	15
КамАЗ-55111	15,37	Дизельное	34
КамАЗ-65115	15	Дизельное	32,2
МАЗ-53366	8,3	Дизельное	25,5
МАЗ-6303	12,3	Дизельное	26

Объем наружного воздуха, который необходимо подавать в помещение, где происходит хранение и прогрев ДВС подвижного состава, можно определить по формуле, м3/ч

, (5.56)

где – предельно допустимая концентрация окиси углерода в воздухе рабочей зоны, мг/м3, определяемая по табл. 5.13.

Расчетную температуру воздуха в помещениях хранения подвижного состава в холодный период времени следует принимать равной 5 .

При движении автомобиля, зная расход топлива в л на каждые 100 км, можно рассчитать удельный расход топлива, кг/ч

; (5.57)

где – средняя скорость движения автомобиля, км/ч;

– расход топлива на каждые 100 км пути, л;

– плотность топлива, кг/м3. Для конкретного вида эта величина должно браться из справочных материалов, т. к. плотность топлива при 20 оС может изменяться в пределах от 720 кг/м3 для бензинов до 830 кг/м3 для дизельного топлива.

5.10. Расчет концентраций загрязняющих веществ

в рабочей зоне при пуске и эксплуатации газопровода

При пуске газопровода в эксплуатацию после окончания его строительства или после ремонта проводят испытания на его герметичность. Для этого газопровод заполняют газом (продувают) и испытывают под необходимым избыточным давлением. При заполнении газопровода газом и его продувке неизбежно происходят утечки газа, который попадает в атмосферный воздух. При эксплуатации газопроводов газ также может попадать в атмосферу из-за негерметичности различных соединений газопровода и арматуры. При этом природный газ считается загрязняющим веществом, и его концентрация в воздухе не должна превышать предельно допустимые.

Конечной целью расчетов концентраций загрязняющих веществ в рабочей зоне при пуске и эксплуатации газопроводов

является определение ПДК газа в атмосферном воздухе и сравнение их значений с допустимыми ПДК в рабочей зоне.

Расчет выбросов загрязняющих веществ

при продувке и заполнении газопровода газом

При вводе газопровода в эксплуатацию производят его продувку газом до полного вытеснения воздуха. В связи с тем, что в процессе продувки нельзя точно установить момент, когда весь воздух вытеснен из трубопровода газом, часть газа неизбежно выбрасывается в атмосферу. Объем газа , выходящего из газопровода в атмосферу, обычно при расчетах принимается не более 5% от объема газопровода, который испытывается. Сам объем газа может быть определен по формуле, приведенной в методике [32], м3

, (5.58)

где - объем газопровода, м3;

- атмосферное давление, Па (=101300 Па);

- избыточное давление газа в газопроводе при продувке, Па;

- температура газа в газопроводе, оС;

Мощность (массовый расход) выбросов газа в период продувки газопровода можно определить по формуле, г/с

, (5.59)

где - плотность выходящего из газопровода газа, г/м3. Обычно при продувке газопровода природным газом, содержание метана в котором составляет до 96% и более, все расчеты по выбросам ведутся на метан. При расчетах может быть принято = 680 г/м3;

- время продувки газопровода, ч. При расчетах удельных показателей время продувки в зависимости от длины газопровода и давления испытания принимается от 1,5 до 10 часов.

Истечение газа из газопровода при его продувке осуществляется через стальные вентили диаметром 40 мм, чем и обеспечивается безопасный выброс газа из газопровода.

Залповые выбросы вредных веществ (газа) возникают также при проведении профилактических и ремонтных работ на наружных газопроводах и газорегуляторном пункте, а также при срабатывании предохранительно-сбросных клапанов в случае превышения максимального рабочего давления газа после регулятора не более, чем на 15%. Источники выброса обычно являются низкими, т. к. высота выбросов не превышает 10 м. При проектных расчетах ее можно принимать равной 5 м в соответствии с рекомендациями [32].

В связи с вышесказанным контроль за выбросами из всех источников в системе газоснабжения обычно осуществляется с использованием соотношения

, (5.60)

где - мощность выбросов газа из газопровода, г/с;

- максимальная разовая предельно-допустимая концентрация вредных веществ, мг/м3. Для природного газа принимается по метану равным 50 мг/м3 [32].

Выбросы газа при эксплуатации газопровода

и оборудования за счёт негерметичности

Технологические утечки газа, связанные с негерметичностью газопровода и установленной на нем арматуры, представляют собой утечку газа в грунт и атмосферу. Эти утечки являются неизбежными вследствие невозможности достижения абсолютной герметичности резьбовых и фланцевых. соединений, запорной арматуры.

Утечки газа, связанные с негерметичностью фланцевых и резьбовых соединений, можно определить по формуле, г/с

, (5.61)

где - коэффициент, ;

- коэффициент перевода из кг/ч в г/с;

- коэффициент запаса, принимаемый равным 2 при > 0,2 МПа и равным 1,5 при < 0,2 МПа;

- избыточное давление газа в газопроводе, Па;

- коэффициент негерметичности, характеризующий падение давления в газопроводе, ч-1. При предварительных расчетах данный коэффициент можно принимать равным 1;

- молекулярная масса газа (для метана =16 кг/кмоль).

Пример. Определить технологическую утечку природного газа из газопровода внутренним диаметром 1,2 м и длиной 1,5 км. Газ находится при избыточном давлении 0,6 МПа и температуре 15 оС.

Решение. Найдем объем газа в газопроводе, м3

.

Утечки газа из газопровода можно определить по формуле (5.61), г/с

.

5.11. Выбросы вредных веществ

при сжигании органического топлива

При работе теплогенерирующих установок, а также многих других топливосжигающих устройств образуется достаточно много вредных веществ, загрязняющих окружающую среду. Часть этих веществ образуется при сжигании органического топлива в топках и выносится с дымовыми газами в виде токсичных газов и мелкодисперсной золы через дымовую трубу, часть удаляется с золой и шлаком.

Загрязнение воздушной среды теплогенерирующими установками связано с выбросами в дымовую трубу мелкодисперсной золы, токсичных газов, таких как NO, NO2, SO2, CO, бензапирена и др. Количество образующихся вредных газов зависит от вида топлива и его состава, организации процесса горения в топочных устройствах, температуры горения и многих других факторов.

Основным показателем, характеризующим загрязнение воздушной среды, является выброс вредных веществ в единицу времени. Их количество может быть определено по нижеприве-

денным формулам в соответствии с нормативной методикой, изложенной в [34].

Расчет выбросов твердых частиц

Суммарное количество твердых частиц (летучей золы и несгоревшего топлива) MТВ, поступающих в атмосферу с дымовыми газами теплогенерирующей установки, может быть определено по формуле, г/c

(5.62)

где В – расход натурального топлива теплогенерирующей установкой, кг/с; – доля золы, уносимой газами из котла; – зольность топлива на рабочую массу, %; – потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, %; – низшая теплота сгорания твердого или жидкого топлива, МДж/кг; 32,68 – теплота сгорания углерода, МДж/кг; – КПД золоулавливающего устройства, %.

Расчет выбросов оксидов серы

Суммарное количество в пересчете на SO2 оксидов серы, выбрасываемых в атмосферу c дымовыми газами, вычисляют по формуле, г/с

(5.63)

где SP – содержание серы в топливе на рабочую массу для твердого и жидкого топлива (для газообразного топлива в кг/100 м3), %; B – расход натурального топлива теплогенерирующей установкой, кг/с или нм3/с; – доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива в котле, определяемая из табл. 5.15; – доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе, принимаемая в зависимости от щелочности орошающей воды. Для сухих золоуловителей = 0.

Таблица 5.15

Доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива в котле

Топливо
Угли: экибастузский березовский Канско-Ачинского бассейна: для топок с твердым шлакозолоудалением для топок с жидким шлакозолоудалением другие угли Канско-Ачинского бассейна: для топок с твердым шлакозолоудалением для топок с жидким шлакозолоудалением угли других месторождений	0,02 0,5 0,2 0,2 0,05 0,1
Сланцы: эстонские и ленинградские других месторождений	0,8 0,5
Торф	0,15
Мазут	0,02
Газ	-

При наличии в топливе сероводорода расчет выбросов дополнительного количества оксидов серы в пересчете на SO2 ведется по формуле, г/с