Принципы обеспечения экологической безопасности производств

2. Принципы обеспечения экологической безопасности производств

Экологическая безопасность промышленных объектов при авариях и ЧС определяется вероятностью возникновения поражающих факторов и уровнем воздействия вредных веществ, проявляющегося в процессе эксплуатации. Уровень опасности и принцип обеспечения безопасности во многом связаны со свойствами перерабатываемых веществ.

При работе с нейтральными твердыми и жидкими веществами, парами и газами оборудование должно обеспечивать:

-   санитарные и гигиенические нормы в рабочей зоне помещения по температуре, запыленности, содержанию паров воды и других жидкостей за счет герметизации при загрузке и разгрузке веществ и при проведении технологического процесса, а при необходимости за счет отвода пыли и паров общеобменной или местной вентиляцией;

-   защиту от разрушения под давлением сжатых нейтральных паров или газов, внезапном нерегламентированном повышении давления в ходе выполнения технологических операций, а также при нерегламентированном повышении давления от внешних источников - сжатого воздуха, азота пара и т.п.

При эксплуатации оборудования с горючими жидкостями, легковоспламеняющимися жидкостями и горючими газами, в том числе сжиженными наблюдается более высокий уровень опасности за счет возможного пожара или взрыва этих веществ.

Оборудование при работе с этими веществами должно обеспечить исключение возможности:

-   образования пожаро- и взрывоопасных концентраций веществ за счет выбора соответствующих технологических режимных параметров, вентиляции, продувки или подачи флегматизаторов;

-   появления источников зажигания за счет применения соответствующего уровня и вида взрывозащиты электрооборудования, исключения искр трения или удара;

-   самовоспламенения окружающей взрывоопасной смеси от нагретых поверхностей;

-   нерегламентированного подъема температуры при нарушении условий проведения экзотермических реакций;

-   разрушения оборудования под давлением при выполнении технологических операций или при нарушении правил эксплуатации.

Повышенной является опасность и при использовании вредных веществ¹ I и II класса опасности, а также веществ остронаправленного действия 111 класса ввиду их токсичности. Поэтому оборудование дополнительно должно обеспечить: исключение химических ожогов и токсического поражения при транспортных операциях, погрузке-разгрузке и т.п. за счет соответствующей герметизации и устройств, нейтрализующих и улавливающих пары вредных веществ.

3. Устойчивость работы промышленных объектов в ЧС

Оценка устойчивости зданий к воздействию ударной волны

Предполагается, что разрушение здания цеха происходит в результате воздействия ударной волны, возникшей в результате аварийного разрушения какого-либо аппарата на заводской площадке. Последствия взрыва определяются величиной давления разрушения инженерного объекта и массой выброса вредного вещества.

Оценка устойчивости зданий заключается в определении избыточного давления ударной волны АР_Ф, вызывающего различные степени разрушения промышленного или административного здания в зависимости от типа и сейсмостойкости конструкции, вида строительного материала, высоты здания и грузоподъемности кранового оборудования внутри цеха промышленного здания.

Ориентировочно величина ЛР_Ф определяется по формуле:

где К_зд - коэффициент, учитывающий тип здания; К_р - коэффициент, учитывающий степень разрушения; К_к - коэффициент, учитывающий тип конструкции; К_м - коэффициент, учитывающий вид строительного материала; К_в - коэффициент, учитывающий высоту здания; К_с - коэффициент, учитывающий сейсмостойкость конструкции; К_кр - коэффициент, учитывающий грузоподъемность кранового оборудования.

Значения коэффициентов Ki - К₇ приведены в приложении 3.

Пример 1. Определить избыточные давления ударной волны, при которых здание цеха химического машиностроения получит различные степени разрушения. Исходные данные: тип здания - каркасный; стены -кирпичные; высота -10 м; здание не сейсмостойкое; грузоподъемность мостового крана - 10 т.

Решение: Избыточное давление ударной волны, вызывающее полное разрушение здания, находим по формуле 1.

Тогда

 

Оценка устойчивости технологического оборудования к воздействию ударной волны

Промышленное оборудование рассчитываются на действие скоростного напора воздуха, движущегося за фронтом ударной волны. Давление скоростного напора рассчитывается по формуле:

где ЛР_Ф - избыточное давление во фронте ударной волны, кПа.

При воздействии скоростного напора на объект возникает смещающая сила, которая может вызывать:

-   смещение оборудования относительно основания или его отбрасывание;

-   опрокидывание оборудования;

-   мгновенное инерционное разрушение элементов оборудования.

Смещение оборудования может привести к слабым, а в ряде случаев и средним разрушениям. Величина скоростного напора, вызывающего смещение оборудования, составляет

где f - коэффициент трения; т - масса объекта, кг; g - ускорение свободного падения; с_х - коэффициент аэродинамического сопротивления объекта; I - длина объекта, м; h - высота объекта, м; 0_Б - суммарное усилие болтов крепления, работающих на срез, Н. Величина 0_Б равна

где т_ср - допустимое напряжение на срез, кг/мм²; о_т - предел текучести стали, кг/мм², для Ст. 35 о_т = 65 кг/мм² = 6,33х10⁸ н/м²; d₆ - диаметр болта, м; п - количество болтов.

Для незакрепленного оборудования величина скоростного напора, вызывающего смещение оборудования, составляет

По величине скоростного напора ЛР_СК, используя рис. 2, находят предельное избыточное давление АР_ф^|,т, при котором предмет не смещается.

Пример 2. Определить предельное значение избыточного давления, не вызывающее смещение абсорбционной колонны относительно бетонного основания. Исходные данные: диаметр колонны d = 4 м; высота h = 60 м; масса m = 5-Ю⁵ кг; f = 0,2; с* = 0,46.

Решение: Определяем по формуле 6 предельное значение давления скоростного напора, при котором колонна не смещается

По величине ЛР_СК= 9 кПа, используя рис. 2, находим ДР_Ф = 52 кПа. Таким образом, при ДР_Ф > 52 кПа ударная волна вызывает смещение колонны.

Опрокидывание оборудования приводит к средним и сильным разрушениям. Смещающая сила Р_см> действующая на плече z = h/2 будет создавать опрокидывающий момент, а вес оборудования на плече £ 12 и реакция крепления Q_r плече £ - стабилизирующий момент.

где s - площадь объекта со стороны движения ударной волны, м².

При b = £ = d, где b - наименьший размер объекта, м

Суммарное усилие болтов крепления, работающих на разрыв, равно

где о_р - допустимое напряжение болта на разрыв, кг/мм².

По величине скоростного напора ЛР_СК, используя рис. 2, находят предельное избыточное давление ДР_ф^,|т, при котором оборудование не опрокинется.

Пример 3. Определить предельное значение избыточного давления, не вызывающее опрокидывание абсорбционной колонны. Исходные данные: см. пример 2.

Решение: Определяем по формуле 9 предельное значение давления скоростного напора, при котором колонна не опрокинется:

По величине ДР_СК = 3 кПа, используя рис. 2, находим АР_ф^|,т = 30 кПа. Таким образом, при ЛР_Ф > 30 кПа ударная волна вызывает опрокидывание колонны.

В данном случае для опрокидывания колонны требуется меньшее давление ударной волны, чем для ее смещения, что характерно для высоких элементов объекта; для низких, наоборот, требуется меньшее давление для смещения, чем для опрокидывания.

Инерционные разрушения радиоэлектронной и оптической аппаратуры возникают от избыточного давления ударной волны и давления скоростного напора. Они приравниваются к сильной степени разрушения.

Предельное значение избыточного давления ударной волны, при котором оборудование не получит инерционных разрушений ДР_ф^,,т, определяется с помощью рис. 4. по найденной величине избыточного предельного лобового давления АР_л0б-

где Р_ЛОб - лобовая сила, Н; S - площадь воздействия ударной волны, м²; т - масса прибора, кг; а^оп - допустимое ускорение при ударе, м/с²; п_доп = а_дог/д - допустимая ударная перегрузка, не приводящая к инерционным разрушениям.

Пример 4. Определить предельное значение избыточного давления, при котором прибор не получит инерционное разрушение. Исходные данные: длина прибора £ = 400 мм, ширина b = 420 мм, высота h = 720 мм, масса m = 60 кг, допустимое ускорение при ударе а_доп = 100 м/с².

Решение: Определяем по формуле 11 избыточное лобовое давление, которое может выдержать прибор:

По рис. 4, зная АР_ЛОб. находим предельное избыточное давление ДР_ф^,,т = 18 кПа. Таким образом, при ДР_ф^||т > 18 кПа прибор получит сильное разрушение от инерционных перегрузок, вызываемых ударной волной.

Основные пути повышения инженерной устойчивости промышленных объектов:

-   использование оптимальных конструкций и материалов зданий и сооружений;

-   надежное закрепление оборудования на фундаменте;

^ - применение демпфирующих опор оборудования;

-   создание специальных защитных упругих навесов, кожухов, зонтов, сеток и т.п.;

, • - расположение массивной техники на нижних этажах и вне помещения;

-   возможность эксплуатации объекта на различных видах топлива;

-   обваловывание емкостей с вредными веществами, горючими и легковоспламеняющимися жидкостями;

-   закрепление оттяжками высоких элементов объекта, рассчитанными на воздействие скоростного напора ударной волны.