Визначення параметрів пилогазових потоків у повітроводах і контроль осадження пилу для їх безпечної експлуатації

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Криворізький технічний університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПИЛОГАЗОВИХ ПОТОКІВ У ПОВІТРОВОДАХ І КОНТРОЛЬ ОСАДЖЕННЯ ПИЛУ ДЛЯ ЇХ БЕЗПЕЧНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ

05.26.01 - охорона праці

Герасимчук Олександр Володимирович

Кривий Ріг - 2009

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Криворізькому технічному університеті

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Бересневич Петро Васильович,

Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки України, професор кафедри теплогазоводопостачання, водовідведення і вентиляції.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Лапшин Олександр Єгорович,

Криворізький технічний університет

Міністерства освіти і науки України,

професор кафедри рудникової аерології та охорони праці;

кандидат технічних наук,

старший науковий співробітник

Панов Микола Семенович,

Інститут геотехнічної механіки ім. М. С. Полякова НАН України

(м. Дніпропетровськ), старший науковий співробітник відділу гірничої аерогазодинаміки.

Захист відбудеться «16» березня 2009 р. об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 09.052.02 в Криворізькому технічному університеті за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37, ауд.300.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.

Автореферат розіслано «14» лютого 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, професор О. М. Голишев

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

пил повітровід розгерметизація осідання

Актуальність теми. Технологічні процеси на сучасних фабриках гірничо-збагачувальних комбінатів, до яких входять підготовка шихтових матеріалів і виготовлення випалених обкотишів, супроводжуються інтенсивним виділенням пилу в атмосферу виробничих приміщень.

Найбільш інтенсивні пиловиділення відбуваються при перевантаженнях сухих подрібнених матеріалів (вапняку та бентоніту) і готових обкотишів. Несприятливі умови праці за пиловим фактором спричиняють появу професійних захворювань у працюючих, таких, як пиловий бронхіт, силікоз й інші захворювання дихальних шляхів.

Основним способом боротьби з пилом залишається аспірація, яка в умовах фабрик гірничо-збагачувальних комбінатів (ГЗК) недостатньо ефективна через недосконалість конструктивних параметрів місцевих відсмоктувачів, недостатню аеродинамічну стійкість аспіраційних систем, нестабільність витрат повітря, яке відсмоктується, у процесі їх тривалої експлуатації, високу інтенсивність відкладень пилу в аспіраційних повітроводах, несвоєчасне очищення їх від пилу, що накопичився, і відсутність методів контролю за осадженням пилу. У той же час фабрики ГЗК характеризуються в цілому складними й розгалуженими аспіраційними мережами зі значними втратами пилоподібних матеріалів. Частина цих матеріалів осідає в аспіраційних повітроводах, порушуючи аеродинамічну стійкість системи, що призводить до підвищення запиленості на робочих місцях в 3-7 разів, а в окремих випадках і до руйнування повітроводів при перевищенні допустимих навантажень на металоконструкції. Інша частина пилу, що не осіла, затримується фільтрами або надходить у навколишнє природне середовище.

У зв'язку з цим виникає актуальне питання підвищення ефективності безпечної експлуатації систем захисту повітряного середовища виробничих приміщень фабрик гірничо-збагачувальних комбінатів. Вирішення цього питання тісно пов'язане з вивченням процесу пилоосідання в повітроводах аспіраційних систем і системою його контролю.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу дисертаційної роботи покладено результати науково-дослідних робіт у рамках національної програми покращення безпеки, гігієни праці та виробничого середовища на 2001-2005 рр., затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України від 10.10.2001 № 1320 (№ ДР 0103U006417, 0104U007072, 0104U007083, 0106U008416).

Метою дисертаційної роботи є дослідження ефективності використання повітроводів аспіраційних систем фабрик гірничо-збагачувальних комбінатів в умовах інтенсивного осідання пилу для розробки системи контролю процесу осадження пилу, що дозволить підвищити безпеку їх експлуатації.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

- встановити закономірності процесу осідання пилу в повітроводах;

- розробити метод розрахунку процесу надходження повітря через нещільності аспіраційних повітроводів у зв'язку з їх розгерметизацією;

- визначити безпечно допустимі межі розміщення опор повітроводів аспіраційних систем;

- розробити конструктивне рішення ефективного способу контролю за процесом пилоосідання в повітроводах аспіраційних систем фабрик ГЗК.

Об'єкт дослідження - пилоаеродинамічні процеси в повітроводах аспіраційних систем фабрик гірничо-збагачувальних комбінатів.

Предмет дослідження - пилогазові потоки й закономірності осадження пилу в аспіраційних повітроводах для їх безпечної експлуатації.

Методи дослідження. У роботі використано комплексний метод досліджень, який базується на узагальнюючому аналізі теоретичних та експериментальних робіт, що включає фізико-математичне, аеродинамічне моделювання й експериментальні дослідження. Метод базується на класичних положеннях гідродинаміки, механіки аерозолів у поєднанні з проведенням натурних досліджень і промисловою перевіркою результатів роботи. При цьому використовувалися стандартні методики досліджень, які дозволяють отримати достовірні результати.

Ідея роботи полягає у використанні встановлених закономірностей руху пилогазових потоків в аспіраційних повітроводах фабрик ГЗК для розробки пристрою контролю рівня осілого пилу.

Наукові положення, що виносяться на захист.

1. Витрата повітря в повітроводах аспіраційних систем обернено пропорційна висоті шару відкладень пилу й описується гіперболічною залежністю.

2. При нормованих відстанях між опорами, діаметрах аспіраційних повітроводів до 400 мм і постійній товщині стінки та їх повному заповненні пилом може відбутися розрив стінок з подальшим руйнуванням повітроводу за рахунок перевищення допустимих прогинів; для повітроводів більшого діаметра за таких же умов руйнування не відбудеться.

3. Вертикальне відхилення пристрою для контролю рівня осілого пилу в аспіраційному повітроводі зменшується обернено пропорційно швидкості руху пилогазового потоку.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Розроблено метод розрахунку процесу руху пилогазових потоків в аспіраційних повітроводах з нерівномірним надходженням повітря.

2. Уперше встановлено закономірності зміни максимальних прогинів аспіраційних повітроводів залежно від кількості осілого пилу на його внутрішній поверхні та діаметрів повітроводів.

3. Обґрунтовано параметри зміни положення пристрою для контролю рівня осілого пилу в аспіраційних повітроводах залежно від швидкості руху пилоповітряного потоку та концентрації пилу.

Обґрунтованість та достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджуються:

- комплексністю виконаних досліджень, використанням значних обсягів лабораторних і дослідно-промислових експериментів, що забезпечують достатню вірогідність отриманих результатів;

- порівнянністю лабораторних результатів, промислових експериментів та аналітичних рішень, що допускають похибку до 10...15 % при рівні вірогідності 0,9...0,95;

- позитивними результатами промислових випробувань засобів контролю стану повітроводів і розробкою рекомендацій з підвищення надійності експлуатації повітроводів аспіраційних систем фабрик ГЗК.

Наукове значення роботи полягає в подальшому розвитку теорії процесу руху пилогазових потоків в аспіраційних повітроводах при розробці засобів контролю рівня осілого пилу для підвищення безпеки їх експлуатації.

Практичне значення одержаних результатів полягає у розробці:

- методики вибору оптимальних відстаней між опорами аспіраційних повітроводів, яка дозволяє обґрунтовано визначити місця кріплення повітроводів при проектуванні та експлуатації аспіраційних систем;

- конструкції пристрою контролю кількості пилу, що рухається в повітроводах аспіраційних систем;

- конструкції пристрою контролю рівня пилу, що осідає в повітроводах аспіраційних систем.

Реалізація роботи. У результаті виконаних досліджень запропоновано конструкцію пристрою для контролю рівня осілого пилу, розроблено й затверджено «Рекомендації з підвищення експлуатаційної надійності повітроводів аспіраційних систем фабрик ГЗКів», використання яких дозволяє отримати соціальний ефект у вигляді зменшення кількості професійних легеневих захворювань працівників при зменшенні рівня пилу в повітрі робочих місць.

«Рекомендації...» призначено для застосування при проектуванні елементів кріплення повітроводів аспіраційних систем і для контролю рівня осілого пилу при експлуатації систем аспірації ГЗК. Вони можуть бути використані проектними організаціями та технологічними службами ГЗК при проектуванні нових і реконструкції існуючих аспіраційних систем.

Особистий внесок здобувача полягає у формулюванні мети, ідеї, наукових положень і завдань досліджень, наукового та практичного значення роботи, висновків і рекомендацій; отриманні аналітичних виразів для методики вибору оптимальних відстаней між опорами аспіраційних повітроводів, методики розрахунку повітроводів з рівномірними нещільностями, а також розробленні конструкції пристрою, який підвищує експлуатаційну надійність роботи повітроводів аспіраційних систем.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи на різних етапах доповідалися на Міжнародному симпозіумі «Неделя горняка» (Москва, 2002); конференції «Охорона праці та навколишнього середовища на підприємствах гірничо-металургійного комплексу» (Кривий Ріг, НДІБПГ, 2002); на Міжнародних науково-технічних конференціях «Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості» (Кривий Ріг, 2004, 2007, 2008); Міжнародній конференції «Научно-технические, социальные и экономические проблемы воздушной среды «Воздух-2004» (Санкт-Петербург, 2004); Міжнародній конференції «Качество воздушной среды «Воздух-2007» (Санкт-Петербург, 2007).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 9 друкованих праць, з яких 6 статей у фахових виданнях, 3 патенти України на корисну модель.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел зі 131 найменування, 2 додатків. Повний обсяг дисертації - 204 сторінки, у тому числі 133 сторінки основного тексту, 43 рисунки, 26 таблиць, 2 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, ідею і завдання досліджень. Викладено основні наукові положення та результати, винесені на захист. Визначено особистий внесок здобувача в одержанні наукових результатів. Наведено дані щодо реалізації результатів роботи, їх апробації та публікацій.

У першому розділі викладено аналіз сучасного стану питання ефективності та якості роботи аспіраційних систем промислових підприємств. Процесам руху частинок пилу в повітроводах аспіраційних систем і вивченню їх властивостей присвячено наукові дослідження Г. М.-А. Алієва, І. І. Афанасьєва, О. М. Белєвицького, Н. З. Бітколова, Є. М. Бошнякова, А. Ю. Вальдберга, О. М. Голишева, Г. М. Гордона, Г. К. Димчука, О. В. Калмикова, О. Є. Лапшина, І. М. Логачова, С. І. Луговського, О. О. Малєвича, В. О. Минка, Б. С. Молчанова, А. А. Немченка, С. А. Омаргалієвої, І. Л. Пейсахова, С. Б. Старка, І. М. Халецького та ін.

Повітроводи систем аспірації дробильно-збагачувальних та згрудкувальних фабрик розміщуються в цехах у різних поєднаннях і під різними кутами до горизонту залежно від технологічних та інших умов. При цьому змінюється режим руху пилогазової суміші аспіраційними повітроводами.

При збільшенні концентрації пилу в повітроводах аспіраційних систем уже можна мати уявлення про якість обкотишів, які виробляються, - чим вона вища, тим менше пилу утворюється в різних перевантажувальних вузлах. Контролювання стану аспіраційних повітроводів можливе за допомогою способів і пристроїв, які застосовуються для запобігання осіданню пилу на внутрішній поверхні повітроводів або видалення його при осіданні без зупинки роботи всієї системи.

Розроблені сучасні методи та способи контролю запиленості пилогазового потоку та рівня осілого пилу використовуються в промисловості в широкому колі виробництв. Однак на сьогодні засобів контролю за осіданням пилу в повітроводах аспіраційних систем ГЗК, при існуючих діаметрах повітроводів 200-3000 мм, не існує.

Досвід експлуатації аспіраційних систем у різних галузях промисловості свідчить, що як би раціонально не було вибрано їх параметри, повністю уникнути пилових відкладень у повітроводах у багатьох випадках не вдається, що іноді приводить до руйнування останніх.

Отже, на підставі проведеного аналізу визначено мету дисертаційної роботи та сформульовано завдання досліджень.

У другому розділі наведено результати досліджень процесів осідання пилу всередині аспіраційних повітроводів.

Повітроводи систем місцевої витяжної вентиляції в умовах перероблення матеріалів, що містять пил, на фабриках ГЗК при тривалій експлуатації заростають пилом, який міститься в аспіраційному повітрі. Особливою інтенсивністю відрізняється цей процес на горизонтальних і слабопохилих ділянках аспіраційних повітроводів шихтових відділень, де створюються найбільш сприятливі умови для осідання пилу з транспортованого пилоповітряного потоку.

Часткова або повна закупорка повітроводів відкладеннями пилу призводить до розрегулювання аспіраційної мережі. Тоді витрати повітря, яке відсмоктується, суттєво скорочуються, а ефективність аспіраційної системи перестає відповідати проектному рівню.

Загальноприйнятим і найбільш розповсюдженим способом запобігання пиловідкладенням є підтримання в повітроводах швидкості повітря, яка забезпечує транспортування пилу без осідання.

Процес утворення відкладень пилу в аспіраційних повітроводах залежить від багатьох факторів: концентрації пилу, швидкості руху аспіраційного повітря, фізико-хімічних властивостей транспортованого пилу, вмісту вологи в повітрі, характеристик внутрішньої поверхні повітроводів та ін. У зв'язку з цим навіть для типових виробництв і технологічних процесів необхідне виконання періодичного чищення повітроводів.

Недотримання нормованої швидкості транспортування аспіраційними повітроводами пилоповітряної суміші, що відсмоктується (збільшення або зниження), відбувається з урахуванням вищезазначених причин, і найчастіше їх очищення відбувається за графіком, який не враховує інтенсивність заростання повітроводів пилом. Причому при зупинці тягодуттьових пристроїв транспортований пил, що має підвищені адгезійні властивості, особливо інтенсивно осідає на внутрішній поверхні повітроводів розгалуженої аспіраційної системи.

З часом, при значному погіршенні умов експлуатації, можливі випадки руйнування конструкцій, а саме аспіраційних повітроводів або місць їх кріплення, що недопустимо. Одним з прикладів є випадок руйнування та обриву повітроводу діаметром 2200 мм аспіраційної системи В-2 ЦВС-2 аглоцеху № 2 НКГЗК ВАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг» 22 січня 2008 р., прокладеного на відмітці +27700 мм. Лише кошторисна вартість робіт з відновлення робочого стану ділянки цього аспіраційного повітроводу завдовжки 41 м склала 282,837 тис грн за цінами станом на березень 2008 р. без урахування шкоди навколишньому середовищу та за відсутністю травмування працівників підприємства.

Можливо контролювати ступінь заростання аспіраційних повітроводів вимірюванням прогинання трубопроводу, узявши за початковий нормальний стан трубопроводу його допустиме прогинання.

У зв'язку з тим, що трубопроводи діаметром менше 500 мм деформуються найчастіше, розглянемо детальніше результати розрахунку прогинання повітроводів при різному їх заповненні пилом (30, 50 і 100 %). Розрахунки виконано з використанням проектно-обчислювального комплексу (ПОК) «SCAD Office», у якому реалізовано діючі будівельні норми та правила.

Отримані результати розрахунків показують, що величина максимального прогинання аспіраційних повітроводів залежить від відстані між опорами, діаметра повітроводу й ступеня його заповнення пилом, збільшуючись зі зменшенням діаметра повітроводу та зі збільшенням відстані між опорами. При збільшенні діаметра повітроводу спостерігається наявність прогину, який перебуває в допустимих межах, оскільки така конструкція має вищі міцнісні характеристики.

Також можна визначити максимально допустимі відстані між опорами за величиною граничного прогину при змінних діаметрах і товщині стінки.

Так, для повітроводів d_у=200 мм максимально можлива відстань між опорами складає 4,5 м, для повітроводів d_у =250 мм - 4,8 м, d_у =315 мм - 5,3 м і d_у =400 мм - 5,7 м відповідно. Для повітроводів діаметром 400-3000 мм величина прогину не перевищує нормативних значень навіть при заповненні пилом до 100 % (при правильному виборі типу опори й місця її встановлення).

Вимірювання прогину аспіраційних повітроводів можна робити різними відомими способами, визначаючи відхилення від горизонталі в розрахованих точках. Також можна здійснювати експрес-підбор (табл. 1) максимальних відстаней між опорами повітроводів при їх повному заповненні пилом з подальшим уточненням у вигляді конкретного розрахунку за вихідними даними.

Таблиця 1

Визначення максимальних прогинів аспіраційних повітроводів

найбільш поширених типорозмірів

Показники	Товщина стінки д, мм
	2,5	2,8	3	3,2	3,5	3,8	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Діаметр повітроводу d, мм	Значення максимальних прогинів аспіраційних повітроводів, мм
219	1,904	1,707	1,597	1,502	1,379	1,275	1,215	0,985	0,832	0,723	0,642	0,578	0,56	0,499	0,44
273	1,812	1,596	1,352	1,231	1,192	1,114	1,047	0,847	0,720	0,624	0,552	0,497	0,478	0,427	0,412
325	1,791	1,656	1,465	1,351	1,292	1,112	1,018	0,818	0,688	0,595	0,526	0,472	0,426	0,412	0,388
377	1,779	1,696	1,479	1,399	1,211	1,068	0,926	0,799	0,749	0,604	0,507	0,438	0,387	0,346	0,314
406,4	1,788	1,702	1,499	1,402	1,258	1,122	1,027	0,752	0,685	0,591	0,521	0,467	0,423	0,388	0,358
530	1,761	1,735	1,503	1,423	1,378	1,298	1,205	0,962	0,806	0,692	0,609	0,545	0,493	0,451	0,416
630	1,933	1,902	1,893	1,888	1,876	1,867	1,799	1,455	1,356	1,179	1,036	0,926	0,837	0,765	0,704
920	1,946	1,901	1,878	1,867	1,855	1,745	1,643	1,313	1,093	1,087	0,955	0,851	0,769	0,701	0,645
1020	1,869	1,745	1,643	1,569	1,403	1,388	1,273	1,174	1,09	0,989	0,953	0,849	0,767	0,699	0,643
1220	1,894	1,888	1,876	1,866	1,799	1,455	1,394	1,286	1,216	1,193	1,047	0,927	0,836	0,762	0,700
1420	1,89	1,866	1,801	1,757	1,716	1,436	1,303	1,29	1,209	1,138	1,112	1,074	0,966	0,880	0,808

Примітка: виділені значення вказують на перевищення допустимих значень прогинів.

Отже, розроблений метод вибору оптимальних відстаней між опорами аспіраційних повітроводів дозволяє обґрунтовано вибирати місця кріплення повітроводів при проектуванні та експлуатації аспіраційних систем.

У третьому розділі викладено результати досліджень питання про вплив нещільностей у повітроводах систем аспірації на процеси руху пилоповітряної суміші в них та про вплив рівня експлуатації на процес осідання пилу.

Для цього було розглянуто модель процесу припливу повітря через нещільності в аспіраційних повітроводах фабрик ГЗК з використанням способу двох точок трубопроводу й визначенням втрат тиску в них на кожній із розрахункових ділянок для контролю змін у процесі руху пилоповітряної суміші при проектуванні й експлуатації аспіраційних повітроводів.

Завдання визначення чисельних значень підсмоктування (витікання) повітря через існуючі нещільності можна звести до щілини однакової ширини по всьому повітроводу, тобто до повітроводу нерівномірної роздачі (надходження) повітря.

При нерівномірній зміні тиску dp на ділянці трубопроводу dx, розташованій на відстані х від перерізу 1-1, ця зміна описується рівнянням

, (1)

де А - лінійний коефіцієнт опору, кг/м³; Q_т - об'ємні витрати повітря, що проходить транзитом через ділянку трубопроводу зі щілиною, м³/с; м - коефіцієнт витрат повітря через щілину; д - висота щілини трубопроводу, м; с - щільність повітря, кг/м³.

Результати розрахунків дозволили отримати такі закономірності зміни втрат тиску й витрат під час руху повітря повітроводами, що мають рівновисоку щілину або щілину з рівномірною лінійною роздачею:

а) при однакових транзитних витратах Q_т і загальних витратах повітря через щілину Q_щ втрати тиску в повітроводах з рівновисокою щілиною менші, ніж у трубопроводі з щілиною рівномірних витрат;

б) витрати повітря через щілину рівномірної висоти в розглянутому прикладі на початку щілини (х = 0) і в кінці щілини (х = L) відрізняються від рівномірних витрат на -(3,1-12,4) % на початку щілини і на +(8,6-26,4) % у кінці щілини. Для відстаней  = 0,6 лінійні витрати q_i(х) для обох типів повітроводів (припливних і витяжних) збігаються, тобто ; .

Отже, при розрахунку повітроводу з рівномірною щілиною заввишки д можна використовувати більш раціональний спосіб, оснований на двох точках трубопроводу. Відповідно до цього способу рекомендується використовувати такий метод розрахунку:

1. На ділянці повітроводу незмінного діаметра D, м і довжини L, м вимірюють сумарну площу S, м² усіх утворених нещільностей (отворів, щілин, неправильно виконаних ущільнень та ін.). На основі значень S і L розраховують умовну ширину щілини д = S / L.

2. По ходу руху повітря для ділянок трубопроводу, що є попередніми для повітроводу з нещільностями, за стандартною методикою розраховують (або вимірюють) значення транзитних об'ємних витрат повітря Q_т і втрати тиску ₍₀₎ = _1-1.

3.  Параметр а₁ розраховують на основі залежності

, (2)

де К_е - еквівалентна рівномірно-зерниста абсолютна шорсткість, м.

Потім за ітераційною формулою обчислюють значення безрозмірного параметра при

. (3)

4. Втрата тиску в точці на відстані розраховується за формулою

. (4)

5. Об'ємні витрати повітря через усі нещільності із загальною площею S розраховуються на основі залежності

. (5)

Загальні витрати повітря по повітроводу з урахуванням транзитних витрат Q_т будуть складати (переріз 2-2):

, (6)

де знак (+) береться для всмоктувальної гілки повітроводу, а знак (-) - для припливної гілки.

6. Втрати тиску в кінці ділянки повітроводу з нещільностями (переріз 2-2) визначаються за ітераційною формулою (3) при і відомому а₁. Для наближеного оцінювання значення тиску в цьому перерізі () можна використовувати залежність

. (7)

7. Отримані значення і будуть, у свою чергу, вихідними даними для розрахунку подальших ділянок повітроводу.

Отже, розроблено порядок розрахунку процесу припливу повітря через нещільності в аспіраційних повітроводах фабрик ГЗК для урахування змін у процесі руху пилоповітряної суміші при проектуванні й експлуатації аспіраційних повітроводів.

В умовах тривалої експлуатації одним з видів погіршення стійкості системи аспірації є її розрегулювання внаслідок порушення структури системи. Середньорічний план-графік ремонту перевантажувальних вузлів і агломераційних машин за 2000-2005 роки, за даними дробильної фабрики НКГЗК

На наведеному на рис. 3. графіку видно, що упродовж року залежно від місяця року найбільшу увагу в ремонтному відношенні потребують перевантажувальні вузли - близько 86 годин на рік (середньомісячний показник), і в 1,27 разу на місяць менше - агломераційні машини - близько 68 годин на рік (середньомісячний показник). Продуктивність тягодуттьового обладнання варіюється від 10 до 300 тис м³/год при монтажі цих систем ще у 1975 р. і проведеними середніми та капітальними ремонтами в 1997-2001 рр. (табл. 2).

Таблиця 2

Параметри роботи аспіраційної системи ЦАУ-2 агломераційного цеху № 2 НКГЗК

№ з/п	Дата відбирання проб	Місце відбирання проб	Температура пилоповітряної суміші, °С	Розрідження, кг/м2	Швидкість руху пилоповітряної суміші, м/с	Об'єм пилоповітряної суміші, мі/год	Найменування шкідливої речовини	Концентрація пилу у викидах в атмосферу, г/мі
1	27.09.02-10.10.02	Димосос № 1	30	210	10,00	148465	пил	0,100
2	29.08.02-12.09.02	Димосос № 2	20	280	10,00	153036	пил	0,090
3	26.09.02-29.09.02	Димосос № 3	20	480	11,17	170450	пил	0,080
4	31.08.02-10.09.02	Димосос № 5	26	410	10,98	254249	пил	0,050
5	17.07.02-21.08.02	Димосос № 6	32	390	11,00	162039	пил	0,075
За проектом	490	16,00	300000	пил	0,050

Примітка: Димосос № 4 - капітальний ремонт агломашини № 4.

З графіка ремонтів, а також реальних умов експлуатації зрозуміло, що перевантажувальні вузли знаходяться в набагато гіршому стані й потребують оновлення або модернізації усієї системи аспірації.

Також було визначено причини відмов і нестабільної роботи витяжних вентиляторів та вплив транспортованого матеріалу на тягодуттьове обладнання. Встановлено, що основна частка простоїв, пов'язаних з відмовою роботи тягодуттьового обладнання, залежить від тривалості проведення планових ремонтів і технічного обслуговування, що відбуваються при відмові роботи електродвигуна або складових частин димососа. Виявлено також, що від 1,5 до 12 % пилу в аспіраційних повітроводах може осідати в результаті одних тільки відмов роботи тягодуттьового устаткування.

Інтенсивне зношення внутрішньої поверхні повітроводів аспіраційних систем абразивними частинками відбувається при перевищенні швидкості транспортування вище проектної, що, з одного боку, є сприятливим для процесу видалення пилу та запобігання його осіданню, а з іншого, - небажаним, тому що можливе винесення продуктів переробки.

У четвертому розділі подано конструкцію лабораторного стенда, описано розроблену методику досліджень та систематизовано результати лабораторних і промислових досліджень пристрою для контролю рівня осілого пилу в повітроводах аспіраційних систем.

Дослідження фактичних режимів руху пилоповітряної суміші в трубопроводі проводилося на лабораторній установці, яка являє собою модель горизонтального аспіраційного трубопроводу.

Достовірність результатів, отриманих при дослідженні моделей, визначалася дотриманням критеріїв подібності. На лабораторній установці змодельовано закономірність осідання пилових частинок на дно повітроводу за його довжиною залежно від концентрації пилу, його виду, швидкості руху в повітроводі та ступеня насичення пиловими частинками повітроводу за його перерізом, тобто залежно від руху пилових частинок у потоці за його висотою (або за шириною).

Узагальнені результати серії дослідів визначення залежності зміни швидкості руху пилоповітряної суміші від рівня осілого пилу, здійснених на дослідному стенді

З отриманого графіка видно, що при збільшенні рівня пилу, який осів на внутрішній поверхні аспіраційного повітроводу, зменшується швидкість руху пилоповітряної суміші на цій ділянці за степеневою залежністю. Витрати ж повітря при цьому також зменшуються, відбувається подальше збільшення рівня осілого пилу на внутрішній поверхні повітроводу, особливо - на віддалених ділянках від тягодуттьового пристрою, у зв'язку з чим порушується аеродинамічна цілісність усієї системи аспірації.

В аспіраційних і вентиляційних системах запропоновано використовувати пристрій для контролю рівня осілого пилу в повітроводі, який складається з короба, у якому розміщено рухомий елемент у вигляді крила (рис. 6). Рухомий елемент прикріплено до кінця двоплечового важеля, вісь обертання якого проходить по осі короба в проекції на вертикальну площину, а другий кінець двоплечового важеля обладнано постійним магнітом з можливістю останнього взаємодіяти з магніточутливими елементами, прикріпленими до кожуха короба, при цьому кінець двоплечого важеля, обладнаний постійним магнітом, має противагу з можливістю її переміщення по двоплечовому важелю.

Пристрій для контролю осілого пилу в повітроводі може контролювати кількість цього пилу на внутрішній поверхні повітроводів ефективніше та з меншими затратами порівняно з іншими пристроями. Оптимальна довжина модуля пристрою для контролю кількості осілого пилу знаходиться в межах від 350 до 650 мм.

Після проведення серії розрахунків отримано таку формулу для визначення функції залежності швидкості руху повітря в повітроводі від висоти каналу

, (8)

де b - ширина каналу, м; h - висота каналу, м; l - довжина каналу, м;
- щільність повітря, кг/м³; N - потужність вентилятора, Вт.

Тобто при заданій потужності вентилятора N існує співвідношення сторін перерізу, що забезпечує максимальну швидкість руху пилогазової суміші. Цей факт слід використовувати для кращого видалення пиловідкладень з вентиляційних повітроводів шляхом їх видування при зміні або потужності вентилятора (резервного), або поперечного перерізу трубопроводу.

Визначено підйомну силу, що діє на криловий профіль, тобто значення першого й подальших положень пристрою для контролю рівня осілого пилу всередині повітроводу, яку слід визначати за формулою

, (9)

де а - довжина профілю, м; б - кут атаки; П - змочений периметр, м.

Як додаток до формули кутової залежності положення крилового профілю знайдено вираз для його вертикального відхилення від горизонталі Н, м:

, (10)

де R - відстань від точки підвішування штанги до точки прикладення сил до крилового профілю, м; а

, (11)

де m - маса крила, кг; g - прискорення вільного падіння, м/с²; L - довжина крилового профілю, м.

Система контролю за станом внутрішньої поверхні аспіраційних повітроводів повинна складатися з комплексу пристроїв, які постійно контролюють стан внутрішньої поверхні аспіраційних повітроводів. Нами рекомендуються механічний пристрій для контролю рівня пилу, який знаходиться всередині трубопроводу, і метод для контролю рівня пилу та запобігання обриву трубопроводу шляхом обґрунтованого вибору відстаней між їх опорами.

Розроблений метод вибору оптимальних відстаней між опорами аспіраційних повітроводів дозволяє обґрунтовано вибирати місця кріплення повітроводів при проектуванні й експлуатації аспіраційних систем, попереджаючи аварії та падіння повітроводів аспіраційних систем.

Застосування розроблених рекомендації з підвищення експлуатаційної надійності повітроводів аспіраційних систем фабрик ГЗК дозволяє отримати соціальний ефект у вигляді скорочення кількості професійних легеневих захворювань працівників при зменшенні рівня пилу на робочих місцях, а також економічний ефект 282,837 тис грн.

ВИСНОВКИ

У дисертації, що є закінченою самостійною науково-дослідною роботою, подано нове вирішення актуальної науково-практичної задачі визначення параметрів руху пилогазових потоків у повітроводах аспіраційних систем ГЗК для забезпечення контролю допустимого рівня осілого в них пилу, що забезпечить розрахункові обсяги повітря, яке відсмоктується, зумовить їх безпечну експлуатацію та нормальні умови праці за пиловим фактором.

Основні наукові та практичні результати роботи полягають у тому, що:

1. Досліджено процеси руху сухої пилогазової суміші при різних діаметрах повітроводів залежно від виду пилу, що переміщується, і величини рівня його осідання в повітроводі.

2. Визначено залежності прогину аспіраційних повітроводів від товщини їх стінки та рівня пилу, що осідає, у результаті чого розроблено метод розрахунку оптимальних відстаней між їх опорами з використанням проектно-обчислювального комплексу «SCAD Office».

3. Уперше проведено кількісне оцінювання величини прогину аспіраційних повітроводів, яка залежить від відстані між опорами, діаметра повітроводу та ступеня його заповнення пилом і збільшується зі зменшенням діаметра повітроводу та зі збільшенням відстані між опорами.

4. Розроблено рекомендації, що дозволяють обґрунтовано вибирати місця кріплення повітроводів аспіраційних систем при проектуванні та експлуатації, запобігаючи їх обривам або деформації.

5. Виявлено, що основна частка простоїв, пов'язаних з відмовою в роботі тягодуттьового обладнання, залежить від тривалості проведення планових ремонтів і технічного обслуговування, а причини відмови роботи тягодуттьового обладнання пов'язані переважно з відмовами в роботі електродвигуна або складових деталей димососа.

6. Розроблено модель процесу припливу повітря через утворені нещільності в аспіраційних повітроводах фабрик ГЗК при визначенні втрат тиску на кожній з розрахункових ділянок для урахування змін у процесі руху пилогазової суміші.

7. Розроблено конструкцію пристрою для контролю внутрішньої поверхні аспіраційних повітроводів з рухомим елементом у вигляді крила. Довжина модуля пристрою для контролю кількості осілого пилу складає від 350 до 650 мм.

8. Визначено положення пристрою для контролю в аспіраційному повітроводі залежно від рівня осілого пилу. Концентрація пилу в повітрі на робочих місцях, при застосуванні пристрою, досягає вимог санітарних норм.

9. Розроблено рекомендації щодо застосування системи контролю за внутрішньою поверхнею аспіраційних повітроводів з мінімальними первинними та експлуатаційними витратами, використання яких дозволяє отримати соціальний ефект у вигляді запобігання виникнення захворювань верхніх дихальних шляхів працівників фабрик ГЗК, а також економічний ефект 282,837 тис грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Герасимчук О. В. Вплив підсмоктування (відтоку) повітря на рух в аспіраційних повітропроводах / О. В. Герасимчук, В. І. Деньгуб // Охорона праці та навколишнього середовища на підприємствах гірничо-металургійного комплексу : зб. наук. праць. - Вип. 4. - Кривий Ріг :  НДІБПГ, 2002. - С. 79-86.

2. Герасимчук А. В. Исследование процессов оседания сухой пыли в горизонтальных воздуховодах аспирационных систем горно-обогатительных комбинатов / А. М. Голишев,  А. В. Герасимчук // Горный информационно-аналитический бюллетень. -  М. : МГГУ, 2002. - № 8. - С. 126-128.

3. Герасимчук А. В. Оптимизация размещения опор горизонтальных аспирационных воздуховодов / А. В. Герасимчук, А. М. Голышев, П. В. Бересневич, Е. В. Люльченко // Вісник Криворізького технічного університету : зб. наук. пр. - Вип. 3 (13). - Кривий Ріг : КТУ, 2006. - С. 171-175.

4. Герасимчук О. В. Підвищення ефективності роботи аспіраційних систем / О. М. Голишев, О. В. Герасимчук // Охорона праці та навколишнього середовища на підприємствах гірничо-металургійного комплексу «ДП НДІБПГ» : зб. наук. пр. - Вип. 7. - Кривий Ріг, 2006. - С. 79-85.

5. Герасимчук А. В. Обеспечение эффективности рабочих режимов аспирационных систем фабрик окомкования в условиях длительной эксплуатации / А. М. Голышев, С. И. Задорожний, А. В. Герасимчук, А. А. Голышев // Разработка рудных месторождений : сб. научн. тр. - Вып. 91. - Кривой Рог : КТУ, 2007. - С. 232-236.

6. Герасимчук А. В. Контроль процесса пылеосаждения в воздуховодах аспирационных систем / А. В. Герасимчук, А. М. Голышев, Э. В. Серебреников, С. И. Задорожний // Вісник Криворізького технічного університету: зб. наук. пр. - Вип. 22. - Кривий Ріг : КТУ, 2008. - С. 184-188.

7. Пристрій для контролю кількості осілого пилу в повітроводі : Деклараційний патент на корисну модель № 3822 / Герасимчук О. В., Цибулевський Ю. Є., Бересневич П. В. - № 3589109/27-03 ; Заявлено 19.03.2004; Опубл. 15.12.2004. Бюл. № 12. - 4 с.

8. Пристрій для контролю запиленості повітря в аспіраційному повітропроводі : Деклараційний патент на корисну модель № 8799 / Герасимчук О. В., Голишев О. М., Цибулевський Ю. Є. ; Заявлено 24.11.2004 ; Опубл. 15.06.2005. - Бюл. № 6. - 6 с.

9. Пристрій для контролю осадження пилу на внутрішній поверхні аспіраційного повітроводу : Деклараційний патент на корисну модель № 7311 /  Герасимчук О. В., Голишев О. М. ; Заявлено 28.02.2005 ; Опубл. 15.08.2005. Бюл. № 8. - 4 с.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані у співавторстві, полягає у тому, що: [1] - аналіз динаміки руху повітря та визначення характеру виникнення отворів у повітроводах; [2] - проведення лабораторних випробувань контролю осадження сухого пилу в горизонтальних повітроводах; [3] - дослідження зміни характеристик повітроводів при різному ступені заповнення їх осідаючим пилом; [4] - визначення чинників, що впливають на якість очищення внутрішньої поверхні аспіраційних повітроводів; [5] - встановлення основних чинників, що впливають на якість уловлювання пилу, проведення вимірювань та обробка результатів; [6] - розробка методики визначення параметрів руху пристрою для контролю рівня пилу; [7-9] - формула винаходу, розробка елементів конструкції, виготовлення діючого зразка та проведення випробувань моделей.

АНОТАЦІЯ

Герасимчук О. В. Визначення параметрів пилогазових потоків у повітроводах і контроль осадження пилу для їх безпечної експлуатації. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01 - охорона праці. - Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2009.

Метою дисертаційної роботи є дослідження ефективності використання повітроводів аспіраційних систем фабрик гірничо-збагачувальних комбінатів в умовах інтенсивного осідання пилу для розробки системи контролю процесу осадження пилу, що дозволить підвищити безпеку їх експлуатації.

У роботі досліджено процеси руху сухої пилогазової суміші при різних діаметрах повітроводів залежно від виду пилу, що переміщається, і величини рівня його осідання в повітроводі. Визначено залежності прогину аспіраційних повітроводів від рівня пилу, що осідає, та розроблено метод розрахунку оптимальних відстаней між їх опорами з використанням проектно-обчислювального комплексу «SCAD Office».

Розроблено модель процесу припливу повітря через утворені нещільності в аспіраційних повітроводах фабрик ГЗК при визначенні втрат тиску на кожній з розрахункових ділянок для урахування змін у процесі руху пилогазової суміші.

Розроблено конструкцію пристрою для контролю внутрішньої поверхні аспіраційних повітроводів з рухомим елементом у вигляді крила. Запропоновано рекомендації з використання системи контролю за внутрішньою поверхнею аспіраційних повітроводів з мінімальними первинними та експлуатаційними витратами, використання яких дозволяє отримати соціальний, а також економічний ефект 282,837 тис грн.

Ключові слова: повітроводи, пилогазова суміш, аспіраційні системи, осадження пилу, прогин, метод розрахунку оптимальних відстаней, опори, рекомендації.

АННОТАЦИЯ

Герасимчук А. В. Определение параметров пылегазовых потоков в воздуховодах и контроль оседания пыли для их безопасной эксплуатации. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 - охрана труда. - Криворожский технический университет,  Кривой Рог, 2009.

Целью диссертационной работы является исследование эффективности использования воздуховодов аспирационных систем фабрик горно-обогатительных комбинатов в условиях интенсивного осаждения пыли для разработки системы контроля процесса оседания пыли, что позволит повысить безопасность их эксплуатации.

Диссертация посвящена вопросу повышения эффективности безопасной эксплуатации систем защиты воздушной среды производственных помещений фабрик горно-обогатительных комбинатов. Решение этого вопроса тесно связано с изучением процесса оседания пыли в воздуховодах аспирационных систем и системой его контроля.

Исследованы процессы движения сухой пылегазовой смеси при различных диаметрах воздуховодов в зависимости от вида перемещаемой пыли и величины уровня её оседания в воздуховоде.

В результате аналитических исследований определены зависимости прогиба аспирационных воздуховодов и разработан метод расчёта оптимальных расстояний между их опорами с применением проектно-вычислительного комплекса «SCAD Office», позволяющий обоснованно выбирать места крепления воздуховодов при проектировании и эксплуатации, предотвращая их обрыв или деформацию.

Проведена количественная оценка величины прогиба аспирационных трубопроводов при различных диаметрах, степени заполнения их пылью и максимально допустимом расстоянии между опорами. Установлено, что величина максимального прогиба аспирационных воздуховодов зависит от расстояния между опорами, диаметра воздуховода и степени его заполнения пылью, увеличиваясь с уменьшением диаметра воздуховода и с увеличением расстояния между опорами.

Определены причины отказов и стабильной работы вытяжных вентиляторов, а также влияние свойств транспортируемого материала на тягодутьевое оборудование. Стабильность работы вытяжных вентиляторов способствует сокращению оседания пыли на внутренней поверхности аспирационных трубопроводов. Установлено, что основная доля простоев, связанных с отказом работы тягодутьевого оборудования, зависит от продолжительности проведения плановых ремонтов и технического обслуживания, а причины отказов работы тягодутьевого оборудования связаны, в основном, с отказом работы электродвигателя или составных деталей дымососа.

Разработана физическая модель устройства для контроля величины прогиба аспирационных воздуховодов. Даны рекомендации, позволяющие обоснованно выбирать места крепления воздуховодов при проектировании и эксплуатации, предотвращая их обрыв или деформацию.

Разработана модель процесса раздачи (притока) воздуха через неплотности в аспирационных воздуховодах фабрик ГОКов с использованием способа двух точек трубопровода и определения потерь давления в них на каждом из расчётных участков для учёта изменений в процессе движения пылевоздушной смеси при проектировании и эксплуатации аспирационных трубопроводов.

Определены высота подъема крыла в аспирационном воздуховоде в зависимости от уровня осевшей пыли, а также вертикальное отклонение профиля крыла от горизонтали.

Разработана конструкция устройства для контроля состояния внутренней поверхности аспирационных воздуховодов с подвижным элементом в виде крыла. Длина модуля устройства для контроля количества осевшей пыли составляет от 350 до 650 мм.

Разработаны рекомендации по применению системы контроля за внутренней поверхностью аспирационных воздуховодов с минимальными первоначальными и эксплуатационными расходами, использование которых позволяет получить социальный, а также экономический эффект 282,837 тыс грн.

Ключевые слова: воздуховоды, пылегазовая смесь, аспирационные системы, оседание пыли, прогиб, метод расчёта оптимальных расстояний, опоры, рекомендации.

ANNOTATION

Gerasymchuk O. V. Characterization of powder-gas flows in air pipes and dust-suppression control for their safe exploitation. - Manuscript.

Candidate's thesis in speciality 05.26.01 - labour protection. - Kryvyi Rih Technical University, Kryvyi Rih, 2009.

The aim of the thesis is the operating efficiency research of aspiration systems' air pipes of Mining Ore-dressing Combines' factories. The research is carried out under intensive dust-suppression conditions to design control system of dust-suppression process.

In the work dry powder-gas mixture movement processes for air pipes with different diameters against moving dust type are researched. Dust deposition amount is searched as well. Bending deflections' relations of aspiration air pipes are determined. Having used the computer - aided design system «SCAD Office», calculation method of optimal distances between air pipes' supports is devised.

The air intake's process model is modernized. The air intake is carried out through leakages in aspiration air pipes of MODC factories. On every calculated section pressure losses were determined for changes' assessment in the process of powder-gas mixture movement.

The device for internal surface aspiration pipes' control is designed. The device has movable wing-shaped unit. Recommendations for system of internal surface aspiration pipes' control are proposed with minimum prime and working expenses. Taking into consideration the above recommendations it would be possible to get social and economical effect 282 837 UAH.

Key words: air pipe, powder-gas mixture, aspiration systems, dust-suppression process, bending, calculation method of optimal distances, leakages, device.

Размещено на Allbest.ru