Химические и биологические методы

Стр 1 из 17Следующая ⇒

Химические и биологические методы

Обеспечения безопасности

Москва 2012

УДК 504.064 (075)

ББК 28.08

Б90

Рецензенты:

Н.Р. Букейханов, С.И. Гвоздкова, А.П.Никишечкин, И.М.Чмырь,

Б90 Химические и биологические методы обеспечения безопасности

/ Н.Р.Букейханов, С.И.Гвоздкова, А.П.Никишечкин, И.М.Чмырь. - М.: ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2012.

В монографии проанализировано современное состояние решения проблем обеспечения безопасности техносферы, преимущественно на примере одного из

главных направлений - ресурсосбережения материалов и энергии. Обоснована значительная роль химических и биологических методов, охватывающих весь

спектр подходов к минимизации негативного действия отходов и методов их переработки в коммерчески выгодную продукцию. Рассмотрен вклад химических и биотехнологий в разработку альтернативных источников энергии, в особенности топливных элементов, и также связь их с нанотехнологиями.

УДК 504.4.054 075)

ББК 28.08

А.П.Никишечкин, И.М. Чмырь., 2012

МГТУ «Станкин», 2012

Содержание

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава 1. Методологии создания концепций проектов

ресурсосбережения с использованием как направления обеспечения

техносферной безопасности 5

1.1. О роли химических и биологических технологий

в разработке проектов обеспечения безопасности техносферы 8

1.2. Маркетинговое исследование работы предприятий

России по ресурсосбережению11

1.3. Ресурсосбережение путем утилизации отходов

производства и потребления

Глава 2. Концепции проектов ресурсосбережения

2.1. Использование отходов газов. Концепции проектов

«Газовое азотирование -Получение азотсодержащих

соединений» 24

2.2. Получение метанола из отходящих промышленных

газов, содержащих значительное количество СО₂

и водорода?

2.3.Очистка отходящих газов от оксидов углерода и азота?

2.4.Перспективы использования топливных элементов- 42

2.5. Химические и биологические технологии

очистки промышленных и коммунальных сточных вод 2.5.1. Реагентные методы очистки сточных вод от металлов

2.5.2.Методика расчета остаточной концентрации ионов тяжелых

металлов в сточной воде

2.5.3.Оборотное водоснабжение предприятий 49

2.5.4. Методика расчета электрокоагулятора

2.5.5. Биологические методы очистки сточных вод 58

2.5.6. Анаэробный метод. Расчет метатенков

2.5.7.. Обработка осадков 67

2.5.8.Технология биологического удаления

азота и фосфора в аэротенках 69

2.5.9.Термические методы очистки сточных вод 70

2.5.10. Жидкофазное окисление органических веществ,

содержащихся в сточных водах 72

2.5.11. Системы оборотного водоснабжения

автотранспортных предприятий 76

2.5.12. Автоматизация установок очистки сточных вод 83

2.6. Химические и биологические технологии при утилизации твердых промышленных и бытовых отходов 88

2.6.1.Термические методы минимизации объема твердых

отходов. Пиролиз и сжигание

2.7. Нанотехнологии и повышение уровня

техносферной безопасности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Структура понятия техносферной безопасности включает в себя разработку и внедрение систему законодательных, организационных, экономических и технических мер по обеспечению безопасности человека в процессе работы и повседневной жизни; сохранению качества природной среды, нормирование параметров состояния природной, производственной и бытовой среды.

Обеспечение техносферной безопасности включает в рамках техничес-кого подхода ресурсосбережение как основное направление, поскольку:

● именно нерациональное использование материальных и энергетических ресурсов является причиной как негативных экологических, так и и сопряженных с ними экономических и социальных проблем.

● современные проекты по ресурсосбережению ориентированы не только на обезвреживание вредных выбросов предприятий промышленности и коммунального хозяйства, но в еще большей степени на получение из них экономически выгодной продукции.

Принципы создания малоотходных производств. Сегодня перед человечеством стоит задача осуществления устойчивого развития на основе обеспечения сбалансированного с природой т ехногенного круговорота веществ и энергии. Образцом служат природные круговороты углерода, воды, азота и других компонентов биосферы.

Основные направления развития современного производства ─, сбор, сортировка и рециклинг отходов, комплексное использование сырья и образующихся отходов надежное безопасное для природной среды складирование (захоронение)не поддающихся на современном этапе отходов.

Генеральным направлением обеспечения экологически безопасного развития техносферы является создание и расширение применения малоотходных технологий. Безотходные технологии практически не могут быть созданы, поскольку теоретически нельзя избежать рассеяния энергии.

В работе рассмотрены химические и биологические методы обеспечения безопасности так как именно химические технологии и в последнее время биотехнологии занимают лидирующие позиции в повышении эффективности рационального использования природных ресурсов и отходов их переработки. Данные технологии оснащают современным высокотехнологичным оборудованием и средствами автомати-зации управления.

Глава 1. Методологии создания концепций проектов

Ресурсосбережения

В настоящее время практически все государства признают актуальность необходимости создания и реализации программ снижения материалоемкости и энергоемкости продукции. Действующие планы предприятий включают мероприятия по усилению режима экономии, снижению норм расхода важнейших видов материальных ресурсов, повышению уровня использования вторичных материальных и топливно-энергетических ресурсов.

Относительно высок уровень правового обеспечения необходимости ресурсосберегающей хозяйственной политики во всех развитых странах о чем свидетельствуют действующие законы по охране природных ресурсов, защите окружающей среды, охране труда и т.п.

Однако на сегодняшний день реально превалируют результаты нерациональной хозяйственной деятельности человечества. Об этом свидетельствуют те факты, что в настоящее время признана необходимость разработки международной природоохранной хозяйственной политики, направленной на сохранение такого важного интегрального ресурса как климат Земли, ухудшение которого вызвано не только природными факторами, но и нарушениями природных процессов самоочищения из-за чрезвычайно больших объемов промышленных и коммунальных отходов.

Императив регулирования уровня выброса материальных и энергетических отходов, сбережение энергоресурсов привел к разработке и выполнению международных соглашений по сохранению озонного экрана Земли (Монреальский протокол о сокращении выбросов фреонов), Киотского соглашения о предотвращении изменения климата Земли путем сокращения выброса парниковых газов.

В России разработаны и реализуются программы, включающие ряд проектов ресурсосберегающих и инновационных технологий. Так. в «Приоритетные направлениями развития науки, технологий и техники в Российской Федерации» включено направление «Рациональное природо-пользование» и «Перечень критических технологий Российской Федерации» включает направление «Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения» (утверждено указом Президента РФ от 7.07.2011 г. N899) [ 24 ].

Методологии создания концепций проектов ресурсосбережения

в качестве важнейшей приоритетной составляющей включают подготовку специалистов, способных создавать и реализовывать эффективные проекты ресурсосбережения.

На кафедре " Инженерная экология и безопасность жизнедеятельности" ФГБОУ ВПО МГТУ " СТАНКИН" разработана схема управления проектами ресурсосбережения, в обобщенном виде представленная на рис.1.2.Согласно схеме управление базируется на системном решении задач, определяющих

Рис. 1.2. Схема управления системой создания в ВУЗах проектов

ресурсосбережения [ 38 ]

достижение поставленных целей [8, 33]. Разработка управления системой создания концепций проектов ресурсосбережения является типичным для ВУЗа видом деятельности. Типичность заключается в том, что реальная сложность процесса создания и внедрения в производство проектов из-за технических, экономических, социальных и других причин большинство дипломных проектов студентов ВУЗа, магистерских и даже аспирантских диссертаций решают задачи прединвестиционного уровня жизненного цикла проекта (ЖЗП) ─ на уровне создания его концепции. Однако это не умаляет значение этой фазы ЖЦП, поскольку:

● Дипломные проекты, магистерские диссертации, в которых разработано решение задачи на концептуальном уровня ЖЦП и которые по содержанию и объему соответствуют требованиям государственного образовательного стандарта дают основание аттестационной комиссии ВУЗа присуждать студенту квалификацию специалиста, способного на предприятии решать конкретные производственные задачи.

● Аттестационная комиссия далее на основании ценности идей дипломного проекта, магистерской диссертации рекомендует новому специалисту поступить в аспирантуру и продолжить разработку этого проекта. Тем самым ВУЗ создает условия для подготовки в рамках послевузовского образования специалиста высокой квалификации, способного возглавить работы по проведению НИОКР и внедрению в производство научно-технических идей, генерированных в процессе обучения в ВУЗе.

Таблица 1.1. Направления использования химических и биологических технологий (XT и БТ) для минимизации воздействия на техносферу

Вредных и опасных факторов

Приведенные в табл. 1.1. данные, показывают какие значительные по мас-

штабу процессы и технологии по минимизации вредных и опасных воздействий на техносферу обеспечивают биологические и химические технологии:

● Природный фотосинтез, который в планетарном масштабе обеспечивает поглощение диоксида углерода, производит жизненно необходимую для планеты растительную продукцию и является одним из главных факторов самоочищения природы от вредных веществ. Существенный прогресс наблюдается в разработке искусственного фотосинтеза.

● Синтез видов фреонов (рабочие тела холодильных установок), не разрушающих озонный экран Земли.

● Средства для герметизации оборудования и помещений, актуальные во всех странах мира.

Существуют относительно безопасные с точки зрения токсичности и пожароопасности отходы..Тем не менее они снижают уровень экономической безопасности, поскольку занимают территорию под полигоны, свалки, которая

могла быть использована для гражданского строительства и различных коммерческих целей.

По ресурсосбережению

Для определения содержания актуальных и перспективных проектов ресурсосбережения нами проанализирована информация о работе российских предприятий за 2007 и 2008 годы. Маркетинговое исследование проведено в основном по материалам российского еженедельника «Снабженец», в каждом номере которого приводится около 20 информационных сообщений пресс-служб предприятий России о своей работе, а также обзоры материалов отечественных и международных выставках по современным проблемам ведущих отраслей промышленности. Всего проанализировано более 1000 сообщений [ 5 ].

Экономическая наука и государственные программы ориентируют предприятия на создание и освоение инновационных производств. На наш взгляд, необходимо структурировать понятие «инновационность» как изменяющийся во времени баланс между чисто инновационными производствами (все модули технического устройства или технологии ─ инновационны, то есть базируются на технических или социальных изобретениях) и реновационными производствами. Для последних характерен поэтапный переход от действующих технических устройств (технологий) к инновационным через промежуточные стадии их модернизации (сочетание модулей действующего устройства или технологии с инновационными модулями). Такой подход обусловлен рациональностью использования работоспособных модулей действующего устройства, дефицитом оборотных средств предприятий, сложностью привлечения инвестиций в долгосрочные проекты, дополнительными финансовыми и временными затратами на повышение квалификации работающего персонала, подготовку новых кадров для работы с инновационными техникой и технологиями, увеличением расходов на продажу новой (модернизированной) продукции и ее послепро-дажное обслуживание.

Результаты исследования обобщены в табл.1.2. Пресс службы российских предприятий в ряде случаев сами обозначили часть своих работ как «новые технологии», «новая аппаратура», работы по «модернизации», одной из основных характеристик которых является ресурсосбережение.

В табл.1.2 информация сегментирована по общим разделам ─ инновации и модернизация, основные отрасли промышленности и частным разделам: экологическая техника и технологии, мероприятия, направленные на выполнение стандартов «Евро», утилизация отходов, переработка древесины, нефти и их отходов, полимерные материалы.

Таблица 1.2.Результаты маркетингового анализа объема инноваций,

Таблица 1.3.Утилизация отходов переработки древесины

Аббревиатура: ОП— основной продукт, С — журнал " Снабженец"

Таблица 1.4.Внедрение коррозионно устойчивых полимерных

Материалов при замене изделий из металлов. Аббревиатура:

С ─ журнал " Снабженец"

на котором используют электролизные ванны из синтетического материала ─ полимер-бетона, что позволит проводить процесс электролиза без ремонта ванн в течение 20 лет.Важность производства полимеров и изделий из них для замены аналогичных изделий из металлов подтверждается тем, что в Москве активно заменяет металлические трубы тепловых трасс на металлополимерные.

Информация об утилизации отходов предприятий металлургии, машиностроения и химических предприятий( табл.1.5), показывает, что акци-

онерные общества разных регионов России используют отходы своих производств для получения как товарной продукции (выделение свинца из отходов, выпуск полимерных труб, кислотоупорной плитки из аккумуляторного лома; кирпичей из отвалов ТЭЦ), так и для более эффективного использования своих ресурсов (очистка сточных вод для систем оборотного водоснабжения).

До сих пор значительное число предприятий ограничиваются улавливанием отходов производства, что несомненно полезно с позиций решения природоохранных проблем. Для предприятия экономическая выгода заключается в избавлении его от расходов по оплате нормативных и сверхнормативных выбросов загрязнителей, что снижает себестоимость продукции. Позитивным является также приобретение имиджа экологически ориентированного предприятия.

Однако затраты только на улавливание отходов без их утилизации достаточно велики и составляют 25 ─ 300 млн рублей.

С позиций создания проектов, эффективных как по ресурсосбережению,

так и по доходности более целесообразны проекты, в которых отходы не

только улавливают, но и перерабатывают в коммерчески выгодную продукцию, которая увеличивает прибыль и способствует повышению стоимости предприятия совокупно с его экологически ориентированным имиджем.

Резюмируя результаты анализа работы российских предприятий по ресурсосбережению, можно сделать следующие выводы:

● Переработка отходов становится одним из основных направлений деятельности предприятий, что обусловлено не только требованиями приро доохранного законодательства, но также стремлением предприятий реализовать возможности получения дополнительных доходов.

● В то же время часть предприятий ограничивается только улавливанием

отходов с последующим их захоронением или размещением на полигонах.

В этом случае они снижают затраты на оплату нормативных или сверхнор-мативных выбросов отходов в окружающую природную среду.

С другой стороны, возрастают затраты на размещение уловленных отходов на по игонах. В результате ситуация с итоговым увеличением затрат приводит к повышению себестоимости, увеличению цен и перекладыванию этих затрат на потребителей продукции предприятия, что может снизить его конкурентоспособность и повысить социальную напряженность. предприятиями по импорту. Это свидетельствует или об отсутствии такой техники и таких тех-

Таблица 1.5. Обезвреживание и утилизация отходов предприятий

Производства и потребления

Государственное управление экономикой формирует и контролирует политику рационального ресурсосбережения, базирующуюся на положениях конституций государств, системе законодательных положений о нормах природопользования. В то же время практика госрегулирования ориентирует общество и бизнес не на финансирование государством всех природоохранных проектов, а на создание системы стимулирования. Она включает налоговое стимулирование, введение тарифных ограничений на стоимость определенных видов продукции и т.п., а также обязательность использования предприятиями всех видов собственности своих средств для разработки и реализации ресурсосберегающих и природоохранных производств.

Государство частично берет на себя решение проблемы тех отходов, которые накопились за много лет и ответственных за их создание практически установить невозможно. Таким предприятием является в частности государственное унитарное предприятие ГУП «Промотходы».

Решение сложной задачи переработки отходов послужило основой для создания консорциума МСК «Станко», миссией которого является содействие возвращению в экономику страны ценнейшего сырья, выпуск нужных полуфабрикатов и товаров, создание новых рабочих мест, обеспечение дохода в федеральный, республиканский и городской бюджеты.

Мотивация кооперации фирм для решения проблемы утилизации отходов заключается в следующем:

● переработка отходов обязательна в соответствии с требованиями современного экологического законодательства о рациональном природопользовании и экологической безопасности;

● неэффективное использование отходов противоречит рыночным принципам получения прибыли от производственной деятельности.

● многие производства по переработке отходов, включая их обезвреживание, диверсифицированы по отношению к основному производству как по используемым технологиям, так и по составу продукции и соответственно требуют кооперации с соответствующими предприятиями.

В состав Консорциума входят более 20 предприятий и организаций различного профиля: производственные машиностроительные предприятия, а также проектные и научные организации, среди которых НТЦ «Экостанко-МСК», ОАО «РФ Станкоснаб», ОАО ЛОЭЗ «Гидромаш», Международная Академия Экологической Реконструкции, ЗАО «Союзтеплострой», «Инжи-ниринг» и другие.

НТЦ«Экостанко-МСК», выполняет функцию генеральной дирекции Консорциума, которая организует производственную кооперацию при реализации комплексных проектов в области мусоросортировки, утилизации и рециклинга отходов, а также внедрение нового передового оборудования и технологий.

Автоматизированные мусоросортировочные комплексы МСК «Станко» различной производительности и модификаций обеспечивают сортировку твердых отходов с выделением фракций, годных для вторичного использования и переработки. Модульное построение комплексов позволяет производить широкую гамму вторичных материалов и варьировать производительность ─ от 20 до 250 тыс. т перерабатываемой массы в год.

НТЦ «Экостанко-МСК» производит технологические комплексы МСК «Станко» любого назначения на собственных предприятиях. Предлагаемое оборудование имеет высокие показатели по импортозамещению, так какпри тех же, а то и лучших функциональных и эксплуатационных возможностях, оно в 2-2, 5 раза дешевле импортного. Соответственно у него значительно ниже (в 5-10 раз) и эксплуатационные затраты, поскольку в оборудовании использованы только отечественные комплектующие и расходные.материалы. Применение оборудования МСК «Станко» с учетом оплаты за прием отходов и реализациювторичного сырья обеспечивает, наряду с хорошими экологическими показателями, высокую рентабельность (70─ 150% в год) и значит быструю окупаемость сортировочного производства [?? ].

В качестве примера использования методологии разработки проектов ресурсосбережения нами использованы результаты исследований данных о переработке типичных промышленных газообразных и жидких отходов, которые как технологически, так и экономически не рационально транспортировать, обобщены нами в табл.1.6.

Интерес именно к данной группе отходов обусловлен тем, что они в первую очередь соответствуют критерию целесообразности организации производств по их переработке на территории основного производства.

Таблица 1.6.Газообразные и жидкие отходы предприятий,

Таблица 1.7.Варианты содержания зоны разрыва по методу

Рис.2.1. Блок-схема интегрированных технических систем

Таблица 2.1 Оценка потенциальной стоимости продукции интегрированного производства «Газовое азотирование — получение соединений аммония», которую можно получить из непрореагировавшего аммиака процесса газового азотирования)

Исходные данные: время 1 цикла газового азотирования —12 часов, время вспомогательных операций —12часов, расход — 7200 л аммиака за 1 цикл, количество отходов аммиака —2880 л за 1цикл;

Программируемые контроллеры семейства SIMATIC S7-200 имеют модульную конструкцию и возможность наращивания количества входов-

выходов. Они представляют собой идеальное средство для построения эффективных систем автоматического управления. И это при минимальных затратах на приобретение оборудования и разработку самой системы [ 29 ].

Нами предложена следующая система ПЛК S7-200 фирмы Siemens,

представленная на рис. 2.3. Эта система включает центральное устройство S7-200 CPU, персональный компьютер, программное обеспечение STEP7–MicroWIN 32 и соединительный кабель.

Учитывая периодичность процесса азотирования (чередование стадий загрузки и выгрузки упрочняемых изделий), нами далее рассматривается вариант химико-термического производства на основе двух линий газового азотирования аммиаком, с основной стадией работы которых интегрированы два

Рис. 2.2. Функциональная схема ПЛК

Рис.2.3. Система ПЛК с персональным компьютером

скруббера, которые попеременно включают в систему в зависимости от концентрации производного аммония в растворе.(рис.2.4).

Модель автоматизации. Технологическая система «Газовое азотирование – Получение производных аммония» представлена нами графом операций, в основе которого используется сложная иерархическая сеть Петри (рис.2.5). Позиции моделируют операции технологического процесса, а переходы – усло-

вия смены операций. Маркировка (точка в позиции) означает, что соответствующая операция выполняется. Таким образом, движение точки по позициям сети моделирует последовательность и параллельность выполнения операций в технологическом процессе. Переходам приписываются сигналы с датчиков, сигнализирующих об окончании выполнения текущей операции и определяющих условия перехода к следующей операции.

Возможны также так называемые пустые позиции, которые не содержат технологических действий, а используются для удобства описания, например

Рис. 2.4. Схема организации непрерывной работы технической системы

«Газовое азотирование - Получение производных аммония»

позиция, означающая исходное состояние или позиция, которая описывает достижение некоторого состояния.

Предлагается использовать две шахтные печи, в которых процесс газового азотирования (процесс 1) выполняется поочередно (по 12 часов):

● сначала идет загрузка деталей в шахтную печь процесса 1А и нагрев печи до 500^ОС

● затем идет процесс 1А;

● пока идет процесс 1А, осуществляют подготовку процесса 1Б

(загрузка деталей в шахтную печь процесса 1Б и нагрев печи до 500^ОС);

● затем идет процесс 1Б;

● пока идет процесс 1Б, осуществляют охлаждение печи процесса 1А; и выгрузку из нее упрочненных деталей;

Рис.2.5. Граф операций в сложной иерархической сети системы

«Газовое азотирование – Получение производных аммония»

● после запуска процесса 1А и процесса 1Б в постоянном режиме

протекает процесс 2 - процесс получения производных аммония, в котором возможно непрерывно менять скрубберную жидкость с производными аммония.

Процесс запускается по команде «Пуск» с пульта управления оператора, что приводит к срабатыванию перехода или в зависимости от того, какая печь газового азотирования начинает работать первой. Моменты завершения вспомогательных операций загрузки изделий в печь, нагрева, охлаждения и разгрузки определяются по сигналам соответствующих датчиков. Эти сигналы приписываются переходам сети и являются дополнительными условиями их срабатывания.

Когда процесс газового азотирования в одной печи (процесс 1А) завершен, то сразу же начинается процесс в подготовленной к этому моменту другой печи (процесс 1Б). Завершение процесса газового азотирования в одной печи и одновременное начало процесса в другой печи осуществляется по времени.

По окончании выгрузки изделий после нанесения на них покрытия и охлаждения могут сработать переходы, приводящие к повтору цикла (переходы или ) или возврату в исходное состояние (переходы или ). Какие именно переходы срабатывают, зависит от команды с пульта управления оператора.

Таким образом, достигается непрерывность газового потока, поочерёдно отходящего то из одной, то из другой печи газового азотирования и необходимого для параллельно протекающего процесса получения производных аммония (процесс 2, позиция ).

Как видно из рис. 2.5 срабатывание перехода или помещает в позицию точку, которая будет сохраняться в ней при повторе циклов. Это обеспечивает непрерывность протекания процесса 2.

Анализ графа операций. Анализ сети Петри, лежащей в основе графа операций, выполнен с помощью дерева достижимости.

Дерево представляет собой граф, вершины которого маркировки, а дуги показывают переходы, срабатывание которых переводит сеть из одной маркировки в другую. Корень дерева – начальная маркировка. Начальная маркировка соответствует исходному состоянию.

Для удобства анализа исходный граф (рис.2.6) представлен в виде сложной иерархической сети в которой позиции-дублёры, обозначенные на рис. двойными кружками, объединяют несколько позиций и представляют сложные операции, включающие в себя несколько простых операций. Например, программной или аппаратной реализации системы логического управления. С этой целью граф операций представляется в аналитическом виде, то есть в виде операторных формул. Операторными формулами представляются все позиции графа операций и все команды управления. После чего операторные формулы реализуются в виде схемы или в виде программы для программируемых логических контроллеров (ПЛК) на языке релейно-контактных схем.позиция Р2 включает в себя две позиции и представляет одну сложную операцию – подготовку 1А. Такое укрупнение сети облегчает её анализ. Анализ проводится на безопасность и живость, так как именно эти свойства сети Петри важны при моделировании технологических процессов.

Анализ по укрупненной иерархической сети на безопасность и живость возможен, так как позиции дублёры Р2, Р6, Р4, Р8 представляют собой программной или аппаратной реализации системы логического управления. С этой целью граф операций представляется в аналитическом виде, то есть в виде операторных формул. Операторными формулами представляются все позиции графа операций и все команды управления. После чего операторные формулы реализуются в виде схемы или в виде программы для программируемых логических контроллеров (ПЛК) на языке релейно-контактных схем.позиция Р2 включает в себя две позиции и представляет одну сложную операцию –

Рис.2.6. Анализ графа операций с помощью дерева достижимости:

Д - дублирование

подготовку 1А. Такое укрупнение сети облегчает её анализ. Анализ проводится на безопасность и живость, так как именно эти свойства сети Петри важны при моделировании технологических процессов.

Анализ по укрупненной иерархической сети на безопасность и живость возможен, так как позиции дублёры Р2, Р6, Р4, Р8 представляют собой автоматные сети. Позиция Р10 также может рассматриваться как дублёр, представляющий автоматную сеть и состоящий из двух позиций (операций):

● предварительное охлаждение аммиака до температуры 40^ОС;

● собственно процесс 2 – процесс получения производных аммония.

Из дерева (рис.2.6) видно, что сеть безопасна, так как в каждой достижимой маркировке максимальное количество точек в позициях сети не превышает единицы. Безопасность важна при моделировании операций технологического процесса, так как точка в позиции в этом случае означает, что данная операция выполняется. Поэтому две и более точки в позиции не имеют смысла и означают, что сеть составлена неправильно.

Из дерева также видно, что сеть живая, так как в дереве нет тупиков и возможна последовательность переходов, срабатывание которых переводит сеть из любой достижимой маркировки в любую другую достижимую маркировку. Живость также важна при моделировании технологических процессов, так как означает, что процесс не остановится в некотором состоянии, и нет операций, выполнение которых недоступно в последующих циклах.

В маркировке (000100100100) переход t8 сработать не может, так как к моменту завершения процесса 1Б процесс 1А должен быть подготовлен. Аналогично не может сработать переход t3 в маркировке (001000010100) –

для того, чтобы завершился процесс 1А необходимо, чтобы процесс 1Б был бы уже подготовлен к запуску.

В маркировке (000001000010), означающей ликвидацию аварии, возникшей в ходе процесса 1А и процесса 2, переход t7, вообще говоря, сработать может и может, таким образам, начаться процесс 1Б совместно с

процессом 2. Безопасность и живость сети при этом сохраняются. Однако, целесообразно всё-таки в этом случае остановить систему до устранения аварии.

Обеспечения безопасности комбинированной системы «Газовое азотирование-Получение производных аммония» в случае аварийного выброса аммиака в атмосферу. Современная промышленность активно использует аммиак как в виде жидкости, так и газа, о чем свидетельствует краткий перечень соответствующих производств и технологий: аммиак - хладагент рефрижераторных установок на мясокомбинатах, реагент в техноло-гии газового азотирования деталей в машиностроении, исходное вещество для синтеза азотной кислоты, производных аммония, акрилонитрила (мономер для получения известного полимерного волокна « нитрон » ) и т.д.

В тоже время аммиак весьма токсичен и требует надежных мер для обеспечения безопасности персонала предприятий, населения и окружающей природной среды. Тем не менее периодически происходят инциденты с утечками аммиака, приводящие к серъезным негативным последствиям, в том числе к гибели людей. Так, в 2007 и 2008 годах на Микояновском мясокомбинате и на мясокомбинате в городе Балаково Саратовской области из-за выброса аммиака погибли люди х[ 30А ].

Обращают на себя внимание те факты, что в обоих случаях ликвидацию выброса аммиака проводили самым распространенным средством пожаротушения, а именно водой. Это обусловлено тем, что аммиак весьма активно растворяется в воде (1объем воды поглощает 700 объемов газообразного аммиака).

Следует отметить, что аммиак при пожаре образует также токсичные и агрессивные оксиды азота, а при определенной концентрации его в воздухе – происходит взрыв.

Нами разработана концепция проекта обеспечения профилактики выброса и горения аммиака путем использования автоматических средств пожаротушения типа спринклерных систем.

Первые системы такого типа были разработаны более 100 лет назад и к настоящему времени разработано много вариантов, широко распространенных во всем мире в силу актуальности проблем пожаров как производственных, так и жилых помещений. Один из известных вариантов спринклерных систем характеризуется тем, что при эффективном действии основной функции пожаротушения, они обладают значительной тепловой инерционностью, составляющей 3-5 минут. В условиях современного пожара при горении весьма распространенных в настоящее время полимерных отделочных и конструкционных полимерных материалов 5 минут достаточно, чтобы токсич-ные продукты горения этих материалов (угарный газ, хлористый водород, соединения типа фосгена и др.) вызывали тяжелое отравление персонала предприятия вплоть до летального исхода.

Модернизация таких систем проведена ООО«Гефест» и ООО «Горбезопасность», которая обеспечила быстродействие данных систем введением в их состав термопобудительных элементов - электрорезисторов. Существенно важно также обеспечение работы системы в автоматическом режиме и создание избирательного дистанционного пуска только тех оросителей, которые находятся в зоне аварии [ 24А ]..

Фирмы GRASSO и MAYKOM разработали холодильные установки с хладоносителями вода-аммиак (чиллеры) в контейнерном исполнении. Для обеспечения безопасности они использовали спринклерную систему защиты, но не указали на возможность использования ее против пожара.

Предлагаемая нами модернизация указанных современных быстро и избирательно действующих систем пожаротушения заключается в адаптации их к выполнению дополнительной функции, а именно обезвреживанию выбросов аварийных выбросов токсичного аммиака созданием водяных завес для других(кроме технологий охлаждения) производств, включая газовое азотирование аммиаком. Для этого необходимо дополнить спринклерные системы ООО«Горбезопасность», работающие на производствах, связанных с аммиаком, соответствующими датчиками на аммиак. Сигналы указанных датчиков должны включать спринклерную систему и создавать водяную завесу для локализации и детоксикации аммиачного облака.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒