Мониторинг источников загрязнений пылью, образующейся при плазменном и газовом раскрое металла в Г. О. Тольятти Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 504.3.064.3

МОНИТОРИНГ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПЫЛЬЮ, ОБРАЗУЮЩЕЙСЯ ПРИ ПЛАЗМЕННОМ И ГАЗОВОМ РАСКРОЕ МЕТАЛЛА В Г.О. ТОЛЬЯТТИ

© 2016 К.Е. Якушевский, А.В. Васильев

Самарский государственный технический университет

Поступила в редакцию 16.11.2015

Рассматриваются предприятия г.о. Тольятти, при работе которых образуется металлическая пыль. Проведены измерения, которые показывают линейную зависимость количества выделяемой пыли от толщины металлического листа. Исходя из проведенных исследований, была выведена теоретическая формула определения количества металлизированной и прочей пыли на предприятиях плазменной и газовой резки металла.

Ключевые слова: металлическая пыль, раскрой металла, мониторинг.

В современный период развития технологий существенно возросла антропогенная нагрузка на окружающую среду. Это связано с ростом населения земного шара, потребления различных природных ресурсов, потребностей в обеспечении комфортных условий жизни человека, развитием техники и т.д.

Проблема экологической ситуации городских территорий в настоящее время набирает все большую актуальность [1-9]. Это вызвано как ростом промышленности, так и ростом жилых районов самих городов. В частности, г. Тольятти считается молодым городом; строительство и развитие основных промышленных предприятий с 50-х годов прошлого века производилось по современным проектам, главный принцип которых - удаление спальных районов от промышленных предприятий и разделение их лесопосадками. На протяжении более чем полувековой истории город отстроился: «оброс» новой промышленностью и «свежими» жилыми кварталами, что сместило зоны «безопасной» удаленности спальных районов от промышленных центров.

Данное развитие города приводит к негативному воздействию загрязнений (рис.1) на организм человека и окружающую среду в целом [1].

Ввиду того, что в г.о. Тольятти преобладает машиностроительная отрасль, львиная доля предприятий связана с обработкой металла. Металл обрабатывают 5-ю основными методами (табл. 1).

Каждый из выше перечисленных видов обработки является антропогенным и, как следствие, Якушевский Константин Евгеньевич, аспирант кафедры «Химическая технология и промышленная экология». E-mail: [email protected]

Васильев Андрей Витальевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Химическая технология и промышленная экология». E-mail: [email protected]

вносящим определенный вклад в загрязнение окружающей среды и отравление организма человека.

Рассмотрим более подробно предприятия по раскрою металла, в частности, цеха газовой и плазменной резки металла, т.к. в данном виде обработки выявлено больше всего выбросов в воздух рабочей зоны и окружающую среду. На сентябрь 2014 г. в г.о. Тольятти зарегистрировано около 25 компаний, которые занимаются раскроем металла, в том числе крупные производственные компании в цехах которых установлены газорезательные столы только для собственных нужд и использующие промышленные системы вентиляции (табл. 2).

Исходя из количества мест раскроя металла был проведен мониторинг компаний в городе и изучено их местоположение относительно жилых районов (рис.2.). Красными точками отмечены предприятия, занимающиеся раскроем металла, и их размещение на 90 % находится за территорией жилых районов, но плотно граничит с ними.

При раскрое металла на одном из тольяттин-ских предприятий марки сталь углеродистая (Ст3) толщиной 5 мм было выявлено, что на 1 м раскроя металла приходится 2,23 г металлической и прочей пыли. Расчет велся на Ст3, как самой «популярной» т.к. используется во всех областях производств. Пыль собиралась после раскроя листа длиной 1 м и взвешивалась на точных весах ML-C01 с точностью + 0,01. Также при резке Ст3 толщиной 10 и 20 мм на 1 м раскроя металла образуется 4,53 г и 9,07 г соответственно. Измерения проводились взятием 3 проб и их взвешиванием для установления более точного результата, и высчитывался средний вес.

Данные замеры показывают линейную зависимость количества выделяемой пыли от толщины металлического листа (рис. 3).

ТеплоЬые Шунобые Радиоактивные Электромагнитные СдетоЬые

Рис. 1. Виды загрязнений г.о. Тольятти Самарской области Таблица 1. Виды обработки металла на предприятиях г.о. Тольятти

Литье Обработка Сварка металлов Обработка Раскрой

металла металла металла

давлением резанием

В земляные формы -прокатка -химическая сварка -токарными -лазерная и

В металлические -волочение. -термитная сварка станками плазменная

формы -прессование -газовую сварку -фрезерными резка

Центробежное -штамповка - станками -газовая резка.

Под давлением -ковка электрическая сварк -строгальными -

Точное по а станками гидроабразивна

выплавленным -дуговую - я резка.

моделям электросварку шлифовальными -использование

В оболочковые -контактная сварка станками пробивных

формы электрическими методами обработки прессов -пресс-ножницы -гильотинные ножницы

Таблица 2. Посты для раскроя металла с применением технологии плазменной и газовой резки для собственных нужд крупных предприятий г.о. Тольятти

№ п/п Наименование организации Количество постов газовой резки

ООО «Тольяттинский трансформатор» 4

ООО «Техстройкаскад» 3

ЗАО «ЖСМ» Яблоневый овраг 2

ООО «Тольяттистроймонтаж» 1

ООО «РАТАФИ» 3

ООО «ТОМЕТ» 1

ООО «АВТОВАЗ производство ремонта и обслуживания оборудования» 1

ООО "ПППО" 3

ООО «ЛАДА ИНСТРУМЕНТ» 1

ООО "НПО РУСПРОМ" 2

Исходя из проведенных исследований была выведена следующая теоретическая формула определения количества металлизированной и прочей пыли на предприятиях плазменной и газовой резки металла в течение п-го количества часов рабочего времени и определенного количества смен:

и

I

¡=о

(т5 ■ х5 ■ 1р5 + тЮ'хЮ11р10+ т20-х20- 1р20)

1000

ХдХс (1)

где п- количество часов рабочей смены (ч) т- масса пыли на 1 м раскроя металла (г) х- количество листов металла за смену опре-

Рис. 2. Предприятия в г. Тольятти, занимающиеся газорезательными работами

Рис. 3. Зависимость количества выделяемой пыли от толщины листа

деленной толщины и марки (шт)

1р- расстояние прохождения резака при раскрое 1 листа металла (м)

д- количество рабочих дней с- количество смен в один рабочий день Зная марку стали (Сталь углеродистые, качественная легированная сталь, высокомарганцевая сталь, сплавы титана) используемую на предприятие, количество листов металла определенных толщин (5 мм, 10 мм и 20 мм), количество листов металлов разрезанных за смену (от 6 до 24 шт), расстояние прохождения резака по площади листа (для

листа 5 мм -1,5 м до 40 м, 10 мм- 1,5 м до 30, 20 мм-1,5 до 24 м), количество рабочих дней ( в месяц от 20 до 24 рабочих дней) и количество смен в день ( от 1 до 3 смен) и непосредственно время затраченное на раскрой одного листа металла ( от 15 мин до 1 ч) мы можем теоретически рассчитать массу металлизированной и прочей пыли предприятий, цехов, участков по плазменному и газовому раскрою металла.

При расчете одного из Тольяттинских предприятий на количество (массу) металлизированной пыли и пр. пыли были взяты среднестатистические данные за месяц:

• Толщина металла (5 мм - 48 % общего количества закупленных листов за месяц, 10 мм- 29% общего количества закупленных листов за месяц, 20 мм - 23% общего количества закупленных листов за месяц);

• Количество листов металлов разрезанных за смену (15 листов);

• Среднее расстояние прохождения резака по площади одного листа; (5 мм- 32 м, 10 мм -26 м, 20 мм -24 м);

• Количество рабочих дней в месяц (22 дня);

• Количество смен в месяц ( 1 смена);

• Время затраченное на раскрой одного листа металла (32 минуты).

В ходе расчета по формуле (1), было выявлено, что в день при выполнение технологического процесса раскроя металла с помощью технологии плазменной резки выделяется 1,52 кг металлизированной пыли за одну рабочую смену, а в месяц при 22-х рабочих сменах по 8 часов образуется более 33 кг пыли. Сравнивая данные показали с практическими данными мы можем видеть расхождения, а именно за 1 рабочую смену было собранно 1,27 кг металлизированной и прочей пыли. Разница теоретических расчетов и практических замеров превышает 15 %, но это имеет место быть т.к. очень много факторов на это влияет:

• Разнос воздушными потоками пыли по цеху;

• Завал пыли под оборудование (плазморез, стол раскроя и т.д.);

• Перенос пыли на одежде газорезчика;

• Остатки пыли на металлических заготовках и т.д.

Если рассматривать данное предприятие, как

среднестатистическое на г.о. Тольятти, то можно сделать расчет по теоретическим данным по количеству пыли на предприятия г.о. Тольятти и увидеть ситуацию в целом. На 25 предприятий г.о. Тольятти мы имеем 825 кг металлизированной и прочей пыли. Это обуславливает актуальность изучения состава пыли, ее дисперсности и влиянии на организм человека и окружающую среду.

Если предприятие использует в цеху общую систему вентиляции, то в месяц львиная доля пыли оказывается выброшенным в атмосферу. Состав пыли, выделяемой при данном технологическом процессе, является очень разнообразным - это марганец и соединения, железа оксид, оксид углерода, диоксид азота и др. в зависимость от разрезаемого металла.

Таким образом, в целом по г. Тольятти данные следующие:

1. В месяц на предприятиях плазменного и газового раскроя металла образуется около 825 кг металлизированной и прочей пыли

2. Раскрой металла ведется во всех районах города, но основное скопление цехов плазменной резки находится в Автозаводском и Центральном районах.

3. Район старого города находится в лучшей ситуации, так как большинство производств расположено на северо-востоке, что способствует потоку ветра в направление полей, не затрагивая жилой сектор.

Исходя из проведенных исследований, можно сделать вывод, что в г. Тольятти насчитывается более 25 предприятий, которые занимаются плазменной резкой металлов. Отходы пыли в месяц составляют более 825 кг и при этом не все предприятия имеют специализированное очистное оборудование. Зачастую общая система вентиляции берет на себя всю нагрузку, а далее загрязненный воздух попадает в атмосферу.

Наиболее эффективной мерой борьбы с пылевым загрязнениям является установка локальных систем вентиляции, способных очищать, как воздух рабочей зоны газорезчика, т.е. обеспечивать ему безопасные условия труда, так и воздух, выбрасываемый в атмосферу, очищенный системой вентиляции от вредных примесей (пыль, марганец, железа оксид, оксид углерода, диоксид азота и др.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аношкин Д.В., Васильев А.В. Обеспечение безопасности труда в условиях металлургического производства с использованием автоматизированных систем // В сборнике: YOUNG ELPIT 2013 Международный инновационный форум молодых ученых: В рамках IV Международного экологического конгресса (VI Международной научно-технической конференции) «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ELPIT 2013: сборник научных докладов. 2014. С. 20-23.

2. ВасильевА.В. Основы экологии в технических вузах. Учебное пособие. Тольятти, 2000.

3. Васильев А.В. Комплексный экологический мониторинг как фактор обеспечения экологической безопасности // Академический журнал Западной Сибири. 2014. Т. 10. № 2. С. 23.

4. Обеспечение экологической безопасности при воздействии физических факторов на производственных площадках химических предприятий /

A.В. Васильев, В.О. Бухонов, В.А. Васильев, Ю.П. Терещенко // Башкирский химический журнал. 2012. Т. 19. № 5. С. 52-59.

5. Негативное влияние выбросов автотранспорта на человека в условиях городской среды / А.В. Васильев,

B.В. Заболотских, И.О. Терещенко, Д.С. Шпрингер// В сборнике: XV Всероссийская конференция «Химия и инженерная экология» с международным участием. Сборник докладов. Казань, 2015. С. 155-157.

6. Васильев А.В., Мельников П.А., Соболев А.А. Пыле-уборочная установка: патент на полезную модель RUS 100382 06.08.2010

7. Васильев А.В., Мельников П.А., Соболев А.А. Уста -новка для уборки пыли: патент на изобретение RUS 2423904 06.08.2010

8. Соболев АА., Мельников ПА, Васильев А.В. Расчет траек-

ториидвижения частицы в горизонтальном воздушном 9. VasilyevA.V. Method and approaches to the estimation потоке при пневматической сепарации // Грузовое и of ecological risks of urban territories // Safety of

пассажирское автохозяйство. 2013 №7. С. 30-36. Technogenic Environment. 2014. № 6. С. 43-46.

MONITORING OF SOURCES OF POLLUTION BY DUST FORMING DURING PLASMIC AND GAS

CUTTING THE METAL IN TOGLIATTI CITY

© 2016 K.E. Yakushevskiy, A. V Vasilyev

Samara State Technical University

Enterprises of Togliatti city during operation of which metal dust is forming are considered. Measurements were carried out results of which are showing linear dependence of quantity of dust emission form the thickness of metal sheet. On the basis of results of investigations theoretical equation of determination of quantity of metal and other dust in the enterprises of plasmic and gas cutting the metal. Keywords: metal dust, cutting the metal, monitoring

Konstantin Yakushevskiy, Postgraduate Student at the Chemical Technology and Industrial Ecology Department. E-mail: [email protected]

Andrey Vasilyev, Doctor of Technical Science, Professor, Head at the Chemical Technology and Industrial Ecology Department. E-mail: [email protected]