Список літератури

1. Средства защиты в машиностроении: Расчет и проектирование: Справочник/ С.В. Белов и др.– М.: Машиностроение, 1989.– 368 с.

2. Внутренние санитарно-технические устройства. В 2-х частях/ Под ред. И.Г. Староверова// Часть 2. Вентиляция и кондиционирование воздуха: Справочник проектировщика.– М.: Стройиздат, 1978.– 509 с.

3. СНиП 2.04.05-86. Отопление, вентиляция и кондиционирование/ Госстрой СССР.– М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987.– 64 с.

4. Справочник по охране труда на промышленном предприятии/ К.Н. Ткачук и др.– К.: Техніка, 1991.– 286 с.

3. Проектування засобів захисту від теплових випромінювань

Для обґрунтування необхідності проектування засобів захисту від теплових випромінювань (інфрачервоних випромінювань) необхідно визначити фактичне значення інтенсивності теплових випромінювань експериментально (наприклад, актинометром) чи розрахунком по формулах:

при

;

при (3.1)

,

де q_u – інтенсивність теплових випромінювань, які діють на працюючих, Вт/м²;

F – площа нагрітої поверхні, яка випромінює теплові промені, м²;

T_u – температура джерела теплових випромінювань, К;

l_u – відстань від центра нагрітої поверхні до тіла, на яке діють теплові промені, м;

A – коефіцієнт, що враховує умови променистого теплообміну, К⁴;

Приймають для шкіри людини і бавовняної тканини A = 85 К⁴, а для сукняної тканини – A = 110 К⁴.

При q_u  q_пр умови праці по теплових випромінюваннях відповідають санітарним вимогам, а при q_u > q_пр – не відповідають, що є обґрунтуванням застосування засобів захисту. Припустимі значення інтенсивності теплових випромінювань q_пр варто приймати за ГОСТ 12.1.005 ‑ 88. Найбільш ефективним засобом захисту від теплових випромінювань є установка теплозахисних екранів: екранів, що відводять тепло, тепловідбивних і теплопоглинальних.

1. Проектування екранів, що відводять тепло

Екрани, що відводять тепло, являють собою зварені конструкції, по яких циркулює вода або повітряно-водяна суміш.

Схема екрану, що відводить тепло, приведена на рисунку 3.1.

Найбільш придатні розміри екрана: довжина 1,5-2,0 м, ширина – 1,0-1,5 м і товщина не менш 20-25 мм (приймається по діаметру труби, що підводить воду чи повітряно-водяну суміш до екрану).

Екрани встановлюють у зоні вікон печей, які треба відкривати для ведення технологічного процесу, на відстані 500-600 мм від гарячих поверхонь і на відстані 15-20 мм від зовнішніх поверхонь устаткування без вікон[1].

Екранування поверхні устаткування (наприклад, металургійних печей) повинне забезпечувати температуру зовнішньої поверхні екрана не вище 35 ºC у робочій зоні (але не нижче 20 ºС) і 45 ºC поза робочою зоною згідно ДНАОП 0.03-3.01-71 «Санітарні норми проектування промислових підприємств СН 245-71» і ГОСТ 12.1.005-88.

Рисунок 3.1 – Схема екрану, що відводить тепло

Умовні позначення на рисунку:

1 – вхідний штуцер;

2 – екран;

3 – вихідний штуцер;

4 – лабіринтові перегородки.

Максимальне нагрівання води в екрані не повинне перевищувати 10-15 º через можливість утворення накипу.

В звязку з тим, що екран розташовується на деякій відстані від стінки, тепло, передане випромінюванням екрану, сприймається водою цілком. Передача тепла від стінки до екрану конвекцією відбувається лише частково, тому що гаряче повітря в прошарку між екраном і нагрітою стінкою несеться нагору. При цьому шар води товщиною більш 20 мм затримує теплове випромінювання починаючи з довжини хвилі випромінювання 1,5 мкм.

При розрахунку виходили з теплового балансу

Q_в = Q_вип, (3.2)

де Q_вип – кількість променистого тепла, що діє на екран, Вт;

Q_в – кількість тепла, що відвела вода від екрану, Вт.

Q_вип= q_д-е·F·a, (3.3)

де q_д-е – інтенсивність теплових випромінювань від джерела тепла до екрана, Вт/м²;

F – площа екрана, м²;

a – коефіцієнт поглинання інфрачервоних променів матеріалом екрана і водою (можна прийняти a = 0,9).

Інтенсивність теплових випромінювань можна визначити за законом Стефана-Больцмана

, (3.4)

де C₀ – коефіцієнт випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла (C₀ = 5,67 Вт/(м²K⁴));

_пр – приведений ступінь чорності джерела випромінювання і сталевого листа екрана;

 – кутовий коефіцієнт, що враховує взаємне розташування джерела випромінювання й об'єкта опромінення (тобто екрана). Для умов установки екрана на стінці устаткування можна прийняти  = 1;

T_е – температура екрана, К;

T_д – температура джерела випромінювання з урахуванням її зростання при екрануванні на 20-30 %, K.

Згідно [2] приймають

T_д = 1,25t_д + 273, K (3.5)

де t_д – температура джерела випромінювання до установки екрана, С;

T_е  35 + 273 = 308 K (3.6)

Приведений ступінь чорності дорівнює

, (3.7)

де _д – ступінь чорності джерела випромінювання (гарячої стінки);

_е – ступінь чорності сталевого листа екрана.

Кількість тепла, яке необхідно відвести водою від екрану, можна визначити по формулі

Q_в = Gc(t_вих - t_пр), (3.8)

де G – вагова витрата води на екрані, кг/с;

с – теплоємність води (с = 4,19 кДж/(кгK));

t_вих – температура води на виході, (не більш 35 ˚C);

t_пр – температура води на вході в екран (у теплий період року t_пр приймають від 25 до 29 ˚C).

Необхідна вагова витрата води дорівнює

, кг/год (3.9)

З урахуванням щільності води _в об'ємна витрата води дорівнює

, м³/год (3.10)

Приймають щільність прісної води _в = 1000 кг/м³, а морський – _в = 1010-1050 кг/м³.

На трубопроводах, що підводять воду в екран, обов'язково установлюють фільтр.

При проектуванні екранів, що відводять тепло, крім розрахунку витрати води на екран також необхідно визначити:

– розміри екрана і трубопроводів (розміри трубопроводів вибирають по таблицях із стандартного ряду трубопроводів);

– гідравлічний розрахунок витрат тиску води в екрані (з урахуванням установки фільтрів);

– перевірка тиску цехової мережі P_мер на можливість подолання розрахованих витрат напору, тобто якщо P_вит > P_мер, те необхідно передбачити установку насоса на вході в екран.

Витрати тиску води складаються з витрат на тертя, на місцевих опорах і на фільтрі

, (3.11)

де P_вит – витрати тиску води, Па;

_тр – коефіцієнт втрат тиску від тертя (можна прийняти _тр = 0,03);

– сумарна довжина всіх каналів (секцій) екрана, м;

d_к – приведений діаметр одного каналу (секції), м;

(3.12)

F_c – площа прохідного перерізу одного каналу екрана, м²;

_в – щільність води, кг/м³;

v_c – швидкість води в каналі секції, м/с;

, м/с (3.13)

– сумарний коефіцієнт місцевих витрат. При повороті потоку води на 90 можна прийняти = 1,19 (для одного повороту на 90). При повороті на 180 можна вважати, що

;

P_ф – витрати напору на фільтрі (визначають по паспортним даним фільтра або по довідниках), Па.

З урахуванням витрат тиску в трубопроводах, що підводять воду до екрану, (приймають до 20 % від витрат в екрані) необхідний тиск дорівнює

, Па (3.14)

Можливі види екранів, що відводять тепло (додаток Б):

– сталеві водоохолоджувані екрани біля стін печей виготовляють з листової оцинкованої сталі товщиною 1,5-2 мм, а у відкритих вікон печей – з чорної сталі товщиною 6-8 мм;

– сталевий лист чи сітка із стікаючою водою;

– цепові завіси (однорядні чи багаторядні) із стікаючою водою;

– водяні завіси.

Екрани, що відводять тепло, ефективно поглинають теплові випромінювання у всьому діапазоні довжин хвиль (від довжини хвилі 1,5 мкм і вище), що є їхнім достоїнством.

Недоліки цих екранів:

– громіздкість конструкції, що не завжди припустимо за умовами виробництва;

– необхідність наявності трубопроводів, фільтрів і насосів для подачі води;

– необхідність підготовки води (зм'якшення, фільтрування і т.п.) для підвищення терміну служби екрана;

– порівняно малий термін служби екрана через відкладення накипу.

Тому ці екрани застосовують для екранування високотемпературних печей (доменних, сталеплавильних, нагрівальних і ін.).