Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Надежность и безопасность при производстве и применении полимерных композиционных материалов. Учебное пособие
.pdf
61
∫
+
∞−
−
=
..
/ln(
2
)2/exp(
2
1
рм
ПДКCba
з
dRI
ττ
π
з
RI
.. рм
ПДК
Класс
вещества
Характеристика
а
в
1-й
Чрезвычайно опасные
─9,15
11,66
2-й
Высокоопасные
─5,51
7,49
3-й
Умереннно опасные
─2,35
3,73
4-й
Малоопасные
─1,41
2,33
где
— потенциальный (прогнозируемый) риск для здоровья;
― предельно допустимая разовая концентрация токсичес-
кого вещества в воздухе населенных мест, мг/м
3
. Эта концентрация
при вдыхании в течение 30 минут не должна вызывать рефлекторных
(в том числе субсенсорных) реакций в организме человека. При оценках риска для здоровья необходимо иметь в виду, что использование
критериев, разработанных для профессиональных рабочих, в случае
оценки риска для населения может приводить к значительному искажению результатов расчета риска.
До настоящего времени, основными оценочными критериями
прямой опасности материала для человека остаются санитарно-гигиенические свойства и характеристики радиационной и пожарной опасности. К санитарно-гигиеническим характеристикам материала по
СанПиН относятся: наличие в материале вредных для здоровья веществ (ПДК токсичных веществ в различных природных средах),
класс их опасности; наличие антистатических и бактериостатических
свойств; наличие запаха; диффузионная активность (ПДК пыли в
воздухе рабочей зоны). Исходя из этих свойств определены значения
коэффициентов в общем выражении «пробит –функции» для токси-
ческого воздействия (табл. I.5.).
Таблица I.5. Значения констант a и b в уравнении «пробит-функции»
для различных классов опасности токсических веществ.
опасности
веществ
Использование порядковой шкалы опасностей (рис. I.18.) по
степеням риска и основанной на ней классификации позволяет
произвести сравнения достаточно неопределенных оценок риска для
здоровья от загрязнения окружающей среды и упростить процедуру
принятия решении на стадии управления риском.
Для всесторонней оценки здоровья важно знать не только
объем работы, которую может выполнить человек (уровень дееспособности), но и насколько он хорошо себя чувствует (качество
62
здоровья), а также, сколько предстоит ему прожить (количество здо-
PLССОППЖ =
)( tP ∆
T∆
ровья).
Рис. I. 18. Классификация риска на основании шкалы опасностей и рисков
Средняя ожидаемая продолжительность жизни (СОПЖ)
является интегральным показателем общественного здоровья (или
уровня безопасности) общества и во многом зависит не только от
успехов медицины, но и от уровня социально-экономического
развития общества и от качества окружающей среды. Используется
также показатель натурального ущерба для здоровья, определенный
через ожидаемое сокращение продолжительности жизни на единицу
риска для здоровья.
Величина сокращения средней ожидаемой продолжительности жизни (ССОПЖ) показывает, на какой срок укорачивается
в среднем жизнь индивидуума, подвергающегося данному виду риска.
Преимущество ее использования состоит в наглядности. Например, показатель смертности, выраженный величиной 1•10
труднее для восприятия, чем характеризующее тот же риск значение
ССОПЖ, равное, например, 20 дням. В свою очередь, значение
ССОПЖ зависит от вероятности реализации рассматриваемого
негативного события (Р, 1/ чел•жизнь) и средней величины (L), лет,
оставшейся жизни человека, подвергающегося рассматриваемому
риску. В этом случае часто используют показатель сокращения
средней ожидаемой продолжительности предстоящей жизни
(ССОППЖ), то есть:
Величина (L) играет, таким образом, роль последствий опасного события, действия или процесса. Угроза со стороны опасного
события влияет на ожидаемый остаток жизни в виде соответствующей
вероятности реализации.
Если известна индивидуальная вероятность смерти за один
год от некоторой причины
(
), лет подверженности риску в течение жизни, то индивидуальная
вероятность смерти от данной причины составит:
, [1/ год], и продолжительность
―4
1/год ,
63
TtPTP ∆∆=∆ )()(
, [1/ чел•жизнь].
Если, например, 40-летний житель некоторой страны, средняя
продолжительность жизни в которой составляет 70 лет, подвергается
риску смерти, оцениваемому в 10
―2 [1
/ чел•жизнь], то теоретическое
сокращение его жизни ССОППЖ будет равно:
1
/ чел•жизнь]•30лет = 0,3 года/чел•жизнь.
0,01[
Причем, чем раньше и длительнее человек подвергает себя
опасности, тем выше риск. Пересчет дополнительных случаев смерти
в годы сокращения продолжительности жизни показывает, что годовому риску 10
―4
соответствует 1-2 дня сокращения продолжительности
жизни. Такой подход позволяет оценивать влияние снижения качества
окружающей среды на здоровье человека.
Контрольные вопросы
1. Что включает понятие «экологическая безопасность»
2. Основные виды рисков, составляющих предмет экологической
безопасности
3. Критерии экологической безопасности человека
4. Особенности оценки экологической безопасности в соответствии с
понятием «жизненный цикл» продукта
5. Составляющие оценки безопасности жизненного цикла вещества,
материала, продукта
6. Первоочередные проблемы в оценке экологической безопасности
7. В чем выражается мера воздействия опасного вещества на организм
человека
8. Основные этапы оценки риски для здоровья в соответствии с
вероятностным подходом
9. В чем отличие выражения риска для здоровья в виде
индивидуального риска и сокращения средней продолжительности
жизни
64
ГЛАВА 7.
ОЦЕНКА ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО УЩЕРБА
Ущерб окружающей среде ― это вред, наносимый ей хозяйственной деятельностью человека или природными опасными явлениями. Прямой экологический ущерб связан с ущербом природной среде:
разрушение почвенного слоя, загрязнение атмосферы и водоемов,
повреждение и уничтожение растительного и животного мира.
Экономический ущерб от загрязнения окружающей среды рассматривается как дополнительные затраты, взимаемые при строительстве и эксплуатации объекта недвижимости, вследствие ухудшения
качества окружающей природной среды. Эти дополнительные затраты
приводят к снижению рыночной стоимости объекта. В это понятие
закладывается сумма затрат на предупреждение воздействия загрязненной среды на реципиентов и потерь, вызываемых эти воздействием: 1) прямые и косвенные воздействия на ресурсы; 2) фактические и
возможные потери; 3) затраты на ликвидацию последствий загрязнения; 4) убытки из-за ухудшения здоровья населения. Одна из
важнейших задач экономических мероприятий, связанных с той или
иной степенью экологического воздействия, состоит в минимизации
экологического ущерба.
7.1. Экономическая оценка ущерба от загрязнения
окружающей среды
Экономическая оценка ущерба от деградации (загрязнения)
окружающей среды предполагает денежную оценку негативных
изменений Общее представление о последовательности определения
эколого-экономического ущерба от снижения качества окружающей
среды дает следующая цепочка связей:
выбросы вредных веществ из источников их образования →
концентрация примесей в окружающей природной среде →
натуральный ущерб → социально-эколого-экономический ущерб.
Соответственно методы оценки экономического ущерба от
снижения качества окружающей среды также должны отражать весь
состав причинно-следственных связей с момента возникновения
неблагоприятного события до появления экономического ущерба у
объекта. Всю совокупность методов оценки экономического ущерба
от снижения качества окружающей среды разделяют на две основные
группы: методы косвенной оценки и методы прямого счета.
При косвенном подходе методы оценки базируются на принципе переноса общих закономерностей действия различных факторов,
обусловливающих возникновение ущерба, на конкретный объект. В
методах косвенной оценки все негативные последствия влияния
65
какого-нибудь фактора на окружающую среду можно зафиксировать
)( X
fMXγσ=
γ
σ
f
f
M
при помощи специальной системы нормативно закрепленных показателей, переводящих вид и размер экологических нарушений в эко-
номический ущерб.
Метод укрупненной оценки ущерба окружающей среде
руб./год в результате загрязнения атмосферного воздуха, возникающего в результате годовых выбросов загрязнений в атмосферный воздух, для отдельного источника определяется по формуле:
, где X― оценка ущерба, руб./год; γ― множитель,
численное значение которого измеряется как р./усл.т.
По своему смыслу
переводящую уровень загрязнения территории в денежный
эквивалент, значение которой предполагается уточнять в соответствии
с изменениями экономической ситуации;
тельной опасности загрязнения атмосферы над территориями различных типов данного региона;
характер рассеивания загрязнителя в атмосфере, и необходимый для
оценки силы воздействия загрязнителя. Коэффициент
тся по специальным методикам с учетом факторов, влияющих на условия рассеивания (высоты источника, скорости ветра и др.);
веденная масса годового выброса загрязнений от источника, усл.т./год.
Чтобы определить экономический ущерб от снижения качества окружающей среды, можно использовать различные нормативные
документы природоохранных ведомств, регламентирующих выплаты
за загрязнение окружающей среды в предположении, что эти выплаты
и есть экологический ущерб.
представляет нормирующую константу,
― коэффициент относи-
― коэффициент, характеризующий
рассчитывае-
― при-
,
7.2. Учет экологической составляющей в экономической
эффективности проекта
В экономике критерием выбора проекта является понятие
экономической эффективности, включая экономическую эффектив-
ность от снижения загрязнения окружающей природной среды. Механизмом такого выбора выступает сопоставление затрат и выгод (результатов) в денежном выражении, или определение экономической
эффективности проекта/программы.
Следует различать понятия эффект и эффективность. Необходимо сопоставлять потенциальный эффект (прибыль, доход, выгоду) с вызвавшими его затратами, т.е. считать эффективность. Получение большого эффекта может потребовать огромных затрат, что сделает проект экономически неэффективным. В экономике схема определения эффективности традиционно связана с анализом «затратывыгоды» (benefic /cost analysis), в котором как результаты, так и затраты обычно выражаются в стоимостной форме. Общим правилом для
нормального экономического решения является превышение потенци-
66
альной выгоды
)(В
)(С
0>−СВ
)(PV
t
t
r
B
PV
)1( +
=
)( NP V
∑
=
+
−
=
n
t
t
tt
r
CB
NPV
0
)1(
)(tE
∑
=
+
±−
=
n
t
t
ttt
r
ECB
NPV
0
)1(
∑
⋅=
ititit
XPR
)(Z
ij
R
)( ZR
it
над затратами
:
. Чем больше эта
разность, тем успешнее в экономическом смысле вложение средств.
Сравнение результатов с затратами обычно осуществляется с
учетом временного фактора, поскольку на практике и затраты производятся не одномоментно, и достигнутые результаты имеют не разовый характер. Как правило, и те и другие распределяются во времени
(по годам их осуществления и проявления соответственно).
С этой целью вводится фактор дисконтирования.
Дисконтирование позволяет привести будущие стоимости к
современной стоимости
по формуле:
, где r ― коэффициент дисконтирования.
С учетом фактора времени может быть вычислена чистая
(приведенная) текущая стоимость
в следующем виде:
В том случае, когда показатель чистой текущей стоимости
больше нуля, проект и программа считаются эффективными и их
целесообразно реализовывать.
В зависимости от экологической направленности проекта,
программы, технологии к общим выгодам может добавляться экологоэкономический эффект. Суммы экологических издержек и экологи-
ческих выгод
могут быть как положительными (проект дает
большой природоохранный эффект) так и отрицательными (реализация проекта связана со значительным экологическим ущербом):
Это соотношение ― основное соотношение для определения
экологической эффективности проекта/программы с учетом экологической составляющей и фактора времени. Если чистая современная
стоимость больше нуля, проект считается экономически эффективным. Очевидно, что при отсутствии или занижении оценки экологической составляющей принимается неправильное, антиэкологичное
решение.
При использовании для оценки экономического эффекта выра-
жения для средних рисков (
ний ущерба) с учетом величины затрат
до величины
личины
экономический эффект от внедрения
) (математических ожида-
на снижение риска от ве-
67
мероприятий по уменьшению риска может быть представлен в следу-
[ ]
∑ ∑∑
= ==
−−=
T
t
n
j
jt
k
i
it
it
ZZRRTZЭ
1 11
)(),(
∑
∑ ∑
−
=
−
=
t
t
t t
tt
Z
ZRR
Z
ZRR
ZRЭ
)(
)(
)/(
1
1
1
R
)(ZR
Z
ttt
ZZRR ),(,
1
t
ющем виде:
В качестве меры эффективности может быть использован
относительный показатель снижения риска на единицу стоимости
затрат на мероприятия по его снижению:
,
где
― показатель риска до внедрения мероприятий;
затель риска после внедрения мероприятий;
ятий по снижению риска;
показателей в период
.
― значения рассматриваемых
― стоимость меропри-
― пока-
Предприятие, выбирая различные варианты стратегий по
обеспечению безопасности собственного производства и окружающей
среды от последствий техногенных аварий, также сопоставляет возможные варианты ущербов и прибыли при их реализации. Адекватный
учет цены/оценки природных ресурсов, в проекте/программе, получаемых в результате реализации проекта выгод, издержек и ущербов
от снижения качества окружающей среды существенно влияет на
решение о степени эффективности проекта.
Контрольные вопросы
1. Что входит в понятие «экономический ущерб от загрязнения
окружающей среды»
2. Причинно-следственные связи в системе «окружающая средатехника-человек», лежащие в основе оценки эколого-экономического
ущерба
3. Подходы к оценке эколого-экономического ущерба
4. Каким образом учитывается экологическая составляющая в
экономической эффективности проекта
5. В чем значение введения в оценку эколого-экономического ущерба
фактора дисконтирования
68
РАЗДЕЛ II.
ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ
И БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ГЛАВА 1.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ
ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Замена традиционных материалов новыми конструкционными
материалами происходит с целью повышения надежности, увеличения
сроков эксплуатации, улучшения рабочих параметров, снижения стоимости технических систем. В двигателях современных и будущих ракет, в системах управления вектором тяги, наконечниках и кромках
крыльев в слабоокислительной атмосфере требуются материалы с рабочей температурой до 4000С, прочностью до 200 МПа и с плотностью не более 2г/см
необходимы материалы с рабочей температурой до 2000
3
. В авиационных газотурбинных двигателях
0
С, прочностью до 250МПа, коэффициентом температурного расширения близким
к нулю, временем эксплуатации в сильно окислительной атмосфере до
1000 час. Для изготовления тормозных дисков авиационных колес необходимы фрикционные материалы прочностью до 150 МПа, с коэффициентом трения до 0,35, с рабочей температурой до 1800
С.
Большое внимание уделяется в настоящее время проблемам герметизации оборудования за счет совершенствования уплотнительной
техники. Плохая герметизация оборудования снижает энергоэффективность, надежность и безопасность его эксплуатации, приводит к
загрязнению окружающей среды вредными веществами, значительно
снижает экономичность производства.
Получить необходимые характеристики материалов невозможно только путем применения традиционных конструкционных материалов —. металлов и сплавов. Успешное решение этой задачи во многом зависит от разработки и создания принципиально новых и высокоэффективных композициионных материалов (КМ), в том числе поли-
мерных композиционных материалов (ПКМ,) конструкционного и
функционального назначения.
Композиты — многокомпонентные материалы, состоящие из
полимерной, металлической, углеродной, керамической или другой
основы, армированной наполнителями из волокон, нитевидных крис-
69
таллов, тонкодиспeрсных частиц и др. Основным преимуществом
ПКМ является получение материалов, обладающих свойствами, заметно превышающими верхние и нижние границы свойств исходных компонентов. Путем подбора состава и свойств наполнителя и матрицы
(связующего), их соотношения, ориентации наполнителя можно
получить материалы с требуемым сочетанием эксплуатационных и
технологических свойств. Основные требования, предъявляемые к
этим материалам: прочность, износостойкость, стойкость при высоких
температурах и при работе в агрессивных средах, пожарная
безопасность (негорючесть), отсутствие газовыделения при нагреве,
низкая плотность, долговечность в условиях переменных
вибрационных тепловых и климатических нагрузок (табл. II.1.).
Комплекс свойств ПКМ определяется свойствами компонентов: матрица, наполнитель, их микро- и макроструктурой, границей
раздела фаз, реакцией этих структур на внешние воздействия. В поли-мерных композиционных материалах матрица связывает композицию,
придавая ей форму. Упрочнителями служат волокна: стеклянные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов
(оксидов, карбидов, боридов, нитридов и других), а также металлические (проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью.
Деформационно-прочностные свойства изделий из полимерных композиционных материалов определяются различными факторами: физико-механическими свойствами фаз, характером их взаимодействия,
видом включений (их геометрии), степенью наполнения, технологией
изготовления и т.д. Требования к физико-механическим свойствам
связующих определяются условиями эксплуатации изделий из
композитов. Весьма важны и их технологические свойства, от которых
зависит возможность производства композиционного материала.
Важные технологические характеристики связующего ― вязкость,
смачивающая способность, живучесть и др. Так, например, вязкость
олигомера оказывает непосредственное влияние на возможность
пропитки им наполнителя. Температурный коэффициент линейного
расширения, который, у матрицы может быть в десятки раз больше,
чем у волокна, влияет на возможность расслоения композита уже при
изготовлении изделия, поскольку отверждение большинства используемых полимеров происходит с выделением тепла.
Матрица защищает наполнитель от воздействия окружающей
среды, определяет многие функциональные свойства (химическую
стойкость, тепло-, огне-, биостойкость и т.д.), формирует межфазный
слой при контакте с наполнителем. При производстве ПКМ в качестве
70
Свойства
Металлы
Керамика
ПМ
ВПКМ
Стеклопло-
пластики
Углепластики
Органоплас-
тики
Плотность p, г/см
3
1,8-7,85
1,9-4,9
0,9-1,8
1,6-2,2
1,3-1,9
1,2-1,35
Напряжение растяжения
σ+,МПа
130-2000
140-370
0,9-350
340-1700;120-
750
780-1700
780-1500
Напряжение сдвига τ,МПа
100-690
30-300
2-60 ;60-290
6-60
10-50;80-140
10-25
Модуль упругости, Е
+
,ГПа
40-340
90-420
0,5-17,5
13-70 ;6-55
120-220
60-80
Модуль сдвига G,ГПа
13-40
1-20
0,8-2,5
1,2-20
10-15
2,5-15
Деформация ε +,%
0,5-40
1-15
0,2-200
1,5-2,8;0,5-1,5
0,4-1
2-7
Удельная прочность σ/p,км
4-53
2-100
0,1-30
30-100
33-100
66-110
Уд.модуль упругости Е/p,км
2200-3600
4700-
13500
100-1000
1100-3340
10800-12000
5000-12000
Трещиност-ть, а
к
, Дж/м
2
30-790
0,2-30
0,6-520
20-700
25-85
160-1900
Коэффициент Пуассона, µ
0,01-0,4
0,13-0,3
0,16-0,4
0,13-0,25 0,05-
0,17
0,22-0,29
0,35
Равновесное водоп.,%масс.
-
0,0001
0,005-7
0,05-6
0,12-3
3-18
Коэф. теплового
расширения, α∙10
6
,К
-1
1,5-32
0,1-50
4-550
3.5-30
0,5-5,75
0,6-5,3
Теплоемкость Ср,кДж/кг∙К
0,1-2,3
0,01-4,2
0,5-2,9
0,87-4,2
0,6-1,5;1,0-3,8
1,4-2,3
Коэффициент
теплопроводности, λ, Вт/м∙К
16-418
0,11-208
0,09-1,1
0,14-0,65
58-100;
0,34-0,93
0,11-0,37
Коэф. температуропровод-
ности, а∙10
3
,м
2
/с
36-460
0,85-38
0,1-15
0,3-1
130-190;
0,4-1,5
0,2-0,55
Таблица II.1.Сравнительные свойства различных конструкционных материалов ((Михайлин Ю.А.,2008)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]