3.5.Экобиозащнтная техника

Для защиты человека и/или природы от опасно­стей широко применяют экобиозащитную технику. Она представляет собой защитные устройства, уста­навливаемые на пути опасного потока от источника до защищаемого объекта.

Возможности применения экобиозащитной тех­ники показаны на рис. 3.7. Защитные устройства, реа­лизуемые по варианту I, обычно встраиваются в ис­точник опасностей. К ним относятся, например, глу­шители шума, нейтрализаторы и сажеуловители ДВС; пыле- и газоуловители ТЭС и т. п. Устройства, реали­зуемые по варианту 2, обычно выполняются в виде регенерационных очистителей, экранов (защита от шума экранированием при помощи лесопосадок; защита от ЭМП применением сетчатых ограждений и т. п.).

Уст­ройства, реализуемые по варианту 3, представляют собой кабины наблюдения или управления техноло­гическим процессом. В качестве устройств, реализуе­мых по варианту 4, используют СИЗ человека.

Необходимо отметить, что в ведущих странах мира специальная экобиозащнтная техника находит весьма широкое применение.

Рис. 3.7. Варианты использования экобиозащитной техники: 1 — устройства, входящие в состав источника воздействий; 2 — устройства, устанавливаемые между источником и зоной дея­тельности; 3 — устройства для защиты зоны деятельности; 4 — средства индивидуальной защиты человека

В России применяются теплозащитные экраны, глу­шители шума, средства пыле-, тумано- и газоулавлива­ния, устройства электрозащиты средств индивидуальной защиты и т. д. Нижерассмотрим некоторые из них.

3.5.1. Устройства для очистки потоков масс от примесей

Для решения задач очистки потоков масс от вред­ных примесей используют защитные устройства (ЗУ), работающие по принципу выделения вещества из пото­ка. Их работа характеризуется эффективностью очистки потока, гидравлическим сопротивлением аппаратов очи­стки, мощностью побудителя движения потоков.

Эффективность очистки потока (отделения при­меси) определяют следующим образом:

η= (С_вх - С_вых)/С_вх

где С_вх, С_вых - массовые концентрации примеси до и после ЗУ.

В ряде случаев для пылей используется понятие фракционной эффективности очистки

η_i = (С_{вх i}- С_выхi)/ С_вхi

Для оценки проницаемости процесса очистки ис­пользуют коэффициент проскока веществ А"через ап­парат очистки. Коэффициент проскока и эффектив­ность очистки связаны соотношением К= 1 — η

Гидравлическое сопротивлением аппаратов очист­ки ∆р определяют как разность давлений газового по­тока на входе аппарата р_вх и на выходе из него р_вых. Значение Ар находят экспериментально или рассчи­тывают по формуле

∆Р = Рвх -Рвых = ξρW²/2,

где ξ — коэффициент гидравлического сопротивле­ния аппарата; ρ и W — плотность и скорость газа в рас­четном сечении аппарата.

Если в процессе очистки гидравлическое сопротив­ление аппарата изменяется (обычно увеличивается), то необходимо регламентировать его начальное ∆р_нач и конечное значение ∆р_кон. При достижении ∆р = ∆р_кон процесс очистки нужно прекратить и провести реге­нерацию (очистку) аппарата.

Последнее обстоятель­ство имеет принципиальное значение для фильтров. Для фильтров ∆р_кон = (2...5) ∆р_нач.

Мощность N побудителя движения потоков газов определяют на основе данных о гидравлическом сопро­тивлении ∆р и объемном расходе Q очищаемого газа:

N= k∆рQ/(η_мη_в),

где к — коэффициент запаса мощности, обычно к = 1,1...1,15; η_м — КПД передачи мощности от элек­тродвигателя к вентилятору; обычно η_м = 0,92...0,95; η_B — КПД вентилятора; обычно η_в = 0,65...0,8.

Широкое применение в качестве ЗУ при очистке газов от частиц получили циклоны, электрофильтры, скруббе­ры, туманоуловигели, фильтры, реакторы и т. п.; для очи­стки жидкостей (сточных вод) — отстойники, гидроци­клоны, фильтры, флотаторы, аэротенки и т. п.

Одно из таких защитных устройств показано на рис. 3.8, где представлена конструктивная схема мас­ляного ротационного фильтра для отсоса воздуха и его очистки от масляного тумана, выделяющегося при ра­боте металлообрабатывающих станков с применением

Рис. 3.8. Фильтр ротационный масляный:

1 — электродвигатель; 2— вентиляторное колесо; 3 — перфо­рированный барабан с волокнистым фильтровальным мате­риалом; 4 —корпус

минеральных масел в качестве смазочно-охпаждающих жидкостей. Очищенный фильтром воздух возвращается с концентрацией масла не более 5 мг/м³.

Рис. 3.9. Энергетический баланс защитного устройства

Рис. 3.10. Методы изоляции при расположении источника И и приемника ОЗ с разных сторон от ЗУ:

а — энергия поглощается; б — энергия отражается

3.5.2. Устройства для защиты от потоков энергии

При решении задач защиты от потоков энергии выделяют источник, приемник и защитное устройст­во, которое уменьшает до допустимых уровни пото­ков энергии от источника к приемнику.

В общем случае ЗУ обладает способностями отра­жать, поглощать и быть прозрачным по отношению к потоку энергии. Пусть из общего потока энергии Э, поступающего к ЗУ (рис. 3.9), часть Э_α поглощается, часть Э_o отражается, а часть Э_пр проходит сквозь ЗУ. Тогда ЗУ можно охарактеризовать следующими энер­гетическими коэффициентами: коэффициентом по­глощения α = Э_α/Э коэффициентом отражения β = Э_о/Э, коэффициентом передачи τ = Э_пр/Э. Если α = 1, то ЗУ полностью поглощает энергию источника, при β = 1 ЗУ обладает 100 %-ной отражающей способ­ностью, а τ = 1 означает абсолютную прозрачность ЗУ, т. е. энергия проходит через устройство без потерь.

На практике наибольшее распространение полу­чили методы защиты изоляцией и поглощением.

а)

β0

Рис. 3.11. Методы поглощения при расположении источника И и приемника ОЗ с одной стороны от ЗУ:

а — энергия поглощается; б — энергия пропускается

Методы защиты изоляцией используют тогда, когда источник и приемник энергии, являющийся одновре­менно объектом защиты, располагаются с разных сторон от ЗУ. В основе этих методов лежит уменьшение прозрач­ности среды между источником и приемником, т. е. вы­полнение условия τ 0. При этом можно выделить два основных метода изоляции: метод, при котором умень­шение прозрачности среды достигается за счет поглоще­ния энергии ЗУ [т. е. условие τ 0 обеспечивается усло­вием а 1 (рис. 3.10, а)], и метод, при котором умень­шение прозрачности среды достигается за счет высокой отражательной способности ЗУ [(т. е. условие τ -> 0 обес­печивается условием β1 (рис. 3.10, б)].

В основе методов защиты поглощением лежит принцип увеличения потока энергии, прошедшего в ЗУ. Принципиально можно различать как бы два вида поглощения энергии ЗУ: поглощение энергии самим ЗУ за счет ее отбора от источника в той или иной форме, в том числе в виде необратимых потерь [характеризуется коэффициентом а (рис. 3.11, а)], и по­глощение энергии в связи с большой прозрачностью ЗУ [характеризуется коэффициентом τ (рис. 3.11, б)]. Ме­тоды поглощения используют для уменьшения отражен­ного потока энергии. При этом источник и приемник энергии обычно находятся с одной стороны от ЗУ.

Характерный пример распределения энергии в ЗУ можно наблюдать при анализе падения звуковой энергии на перегородку (рис. 3.12).

Рассматривая процесс прохождения звука через препятствие (перегородку), можно видеть, что интен­сивность падающего на препятствие звука I_пад разде­ляется на энергию, отраженную от этого препятствия I_отр, поглощенную в нем I_пог и прошедшую через пре­пятствие I_пр. Очевидно, что имеет место соотношение:

I_отр + I_пог + I_пр = I_пад

β о

Поделив обе части этого уравнения на I_пад и вводя обозначения β = I_отр / I_пад; α = I_пог / I_пад; τ = I_пр / I_пад приведем его к виду:

α+ β + τ = 1.

При этом β определяет коэффициент отражения перегородки, α— ее коэффициент поглощения, а τ — коэффициент проницаемости.

Рис. 3.12. Распределение звуковой энергии при падении на пере­городку

Эффективность защиты, дБ, определяют по формуле:

∆Э = 10Igk_w

Оценка степени защиты может осуществляться дву­мя способами определения коэффициента защиты:

K_w =поток энергии в данной точке при отсутствии ЗУпоток энергии в данной точке при наличии ЗУ

K_{w =} поток энергии на входе в ЗУ

поток энергии на выходе из ЗУ

Рис. 3.13. Штучные звукопоглотители

Широкое применение для снижения потоков энергии получили ЗУ в виде экранов и поглотителей энергии. Конструктивные схемы некоторых ЗУ для снижения шума показаны на рис. 3.13—3.16.

Рис. 3.14. Звукоизолирующий кожух вентиляционной установки:

1 — стенка; 2 — звукопоглощающий материал; 3 — вставка

Рис. 3.15. Диссипативные глушители шума

а — трубчатый: 1 — корпус; 2 —звукопоглощающий материал; 3 — перфорированная труба; б — пластинчатый

Рис. 3.16. Типовые конструкции экранных глушителей шума