Канд. техн. наук, доцент Жерлыкина М.Н.

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет, Россия

ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ СПОСОБОВ ОЧИСТКИ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ВЫБРОСОВ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

При возникновении аварийной ситуации на промышленном объекте с выбросом системами вентиляции в атмосферу вредных веществ (ВВ) в ряде случаев требуется очистное устройство, в результате работы которого должно быть обеспечено предотвращение превышения концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы выше нормативной величины. Количественно выброс ВВ зависит от степени разгерметизации системы, её объёма и давления в ней, скорости формирования команды на закрытие запорных органов и её исполнения. Очистное устройство аварийных выбросов должно обладать свойствами с адекватными противодействиями указанным факторам аварийности для оборудования, не обладающего свойствами внутренней самозащищенности. Аварийные выбросы носят вероятностный характер, поэтому структура очистного оборудования и условия его эксплуатации должны иметь отличия от структуры и условий при очистке только технологических выбросов. Очистное оборудование должно быть способным обезвредить большие массовые расходы выбросов за короткий промежуток времени, действие оборудования должно быть построено по принципу ожидания работы, то есть в автоматизированном режиме должен определяться момент вступления в работу при возникновении опасных концентраций ВВ в помещении [1].

Методический подход к очистке воздуха при аварийных выбросах химических веществ основан на базовых исследованиях различных её способов при массовых выбросах загрязняющих веществ, ограничения наложены на применимость этих методов. В результате анализа основных процессов определены используемые вещества, характерные для ряда производств. К ним относятся азотная кислота, ацетилен, толуол, метан, стирол, хлор. Согласно [1], большинство из них являются растворимыми и малорастворимыми в воде.

В случае возникновения аварийного выброса процесс рассеивания ВВ в окружающей среде, согласно [2], производится при высоте источника выброса в атмосферу: на 6 ÷ 7 м – выше кровли здания; от 30 до 40 м от уровня поверхности земли для отдельно стоящей трубы.

В развитие зависимости по расчету рассеивания ВВ, согласно [2], учитывается допустимость предельно-допустимой концентрации в рабочей зоне, q_рз, мг/м³, в приземном слое атмосферы. Определение количества загрязняющего вещества в аварийном выбросе для заданной высоты трубы, М’, кг, представлено в выражении:

, (1)

где Н – высота источника выброса, м; h – эффективность очистки, %; ΔΤ – разность между температурами газовоздушной смеси и атмосферного воздуха, ^оС; m, n, F – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода ВВ из устья источника, скорость их оседания в атмосферном воздухе; А – коэффициент температурной стратификации атмосферы в районе размещения предприятия, с^2/3.мг^.град^1/3/г; V_гв – расход газовоздушной смеси, м³/с; t_выб – время аварийного выброса ВВ, с, равное её суммарной продолжительности с момента начала аварии до включения отключающих устройств технологического оборудования, с момента включения отключающих устройств технологического оборудования до включения аварийной вентиляции и снижения концентрации ВВ до предельно-допустимого значения.

Количество удаляемого ВВ из помещения за время аварии при работе системы вентиляции, М_L, кг, определяется по формуле:

, (2)

где Z – доля приведённой массы парогазовых веществ в аварийном выбросе; К_Рa – кратность воздухообмена при работе аварийной вентиляции, 1/ч; К_Рн – кратность воздухообмена при нормальной работе вентиляции, 1/ч; ,–удельные выделения ВВ при нормальном технологическом режиме и при аварии, соответственно, мг/(м^3.ч), [3]; V_п – объём помещения, м³; q_t2 – концентрация ВВ в рабочей зоне производственного помещения в момент включения аварийной вентиляции, мг/м³; n(t) – количество аппаратов (узлов), отказавших за отрезок времени от t-(Δt/2) до t+(Δt/2); Δt – рассматриваемый отрезок времени, ч; i – номер причины отказа; j– номер аппарата (узла), отказавшего за промежуток времени от 0 до t;

При M_L>M’ количество удаляемого ВВ из помещения за время аварии при работе системы вентиляции, М_L, кг, определяется из выражения (3):

, (3)

где М_d – количество ВВ, поступающего на очистку для достижения предельной концентрации, не выше нормируемой величины, кг, определяемое по формуле:

. (4)

Величина риска образования взрывоопасных смесей веществ в объеме производственного помещения в зависимости от установленной кратности воздухообмена аварийной вентиляции, R_аварии, определяется из выражения (5):

(5)

где С_Σj¹ – суммарные затраты на предотвращение образования взрывоопасной смеси в помещении при аварийном выбросе ВВ при j-ом варианте его развития; С_Σj² – суммарные затраты на i-ом источнике опасности при j-ом варианте развития аварийного выброса; Р¹ – частота возникновения причин аварии, определяемая в зависимости от интенсивности отказа элементов, частоты технологических операций, уровня организации обеспечения безопасности.

На рисунке представлена дифференциация способов очистки ВВ в зависимости от кратности воздухообмена аварийной вентиляции, К_ра, 1/ч, высоты трубы выброса, Н, м, площади реакционной части очистного оборудования, F_реакц, м², и отношения молярных весов газа, μ_г, и воздуха, μ_в.

Рис. Области применения способов очистки аварийных вентиляционных выбросов газообразных ВВ в интервале q_i/q_рз от 1 до 500:

- область применения способов очистки при отношении μ_г/μ_в=0.5÷0.95;

- область применения способов очистки при отношении μ_г/μ_в=1,01÷5;

- область применения способов очистки галогенов и серосодержащих веществ

- рабочий диапазон способа очистки при превышении концентрации ВВ в аварийном выбросе q_i над q_рз с заданной эффективностью, за его пределами эффективность снижается.

Таким образом, определение вероятности событий, исходом которых является включение в работу аварийной вентиляции, возможно при количественной оценке аварийных выбросов ВВ. Решение внутренней и внешней задачи вентиляции необходимо осуществлять с оценкой риска возникновения взрывоопасных смесей при аварийных выбросах ВВ. Важно учесть, что высота трубы аварийного выброса зависит от концентрации химически ВВ и имеет ограничения по [2]. Для достижения предельно-допустимой концентрации на границе санитарно-защитной зоны при наименьшей высоте трубы необходима очистка воздуха от ВВ.

В ходе определения области применения способов очистки аварийных вентиляционных выбросов газообразных ВВ в интервале q_i/q_рз от 1 до 500 установлено, что абсорбционный метод очистки целесообразен при выбросе ВВ со значительной растворимостью в воде. При очистке аварийных выбросов ВВ, в том числе галогено- и серосодержащих, на ионитах количество вещества на выходе из очистного устройства снижается незначительно и дополнительно необходима установка трубы аварийного выброса ВВ значительной высоты. Эффективность работы термосорбционных установок в аварийном режиме достаточна при выбросе галогенов и серосодержащих ВВ. При массовых выбросах трудно растворимых взрывоопасных ВВ целесообразным является адсорбционный способ очистки периодического действия.

Принимаемое решение по выбору очистного оборудования при аварийных выбросах ВВ не является рациональным без оценки возможных экономических и материальных затрат.

Литература

1. Жерлыкина М.Н. Повышение эффективности аварийной вентиляции производственного помещения для обеспечения взрывобезопасности при выбросах химических веществ // диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Воронеж, 2006. – 166 с.

2. ОНД–86. Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. – М.: Госкомгидромет СССР, 1988.

3. Эльтерман В.М. Вентиляция химических производств / В.М. Эльтерман. – М.: Химия, 1980. – 197 с.