Загрязнение воздуха – неизменный спутник производственных процессов на промышленных предприятиях. В целях уменьшения негативного воздействия на здоровье людей и окружающую среду уровень загрязнения регламентируется стандартами безопасности труда, санитарно-эпидемиологическими нормами и законодательством РФ.

Загрязняющими веществами являются пылевые частицы, газы, аэрозоли, пары, тяжёлые металлы на предприятиях следующих типов: горнодобывающей и строительной отрасли, металлургии, деревообрабатывающей, сельскохозяйственной, пищевой промышленности и прочих.

Очистка воздуха происходит в три этапа: аспирация, фильтрация, вентиляция.

Аспирация – это отвод и удаление загрязнений из пространства производства, которые осуществляются путём использования оборудования двух видов:

• сухих систем (циклоны, рукавные, картриджные и электростатические фильтры и др.);
• мокрых систем очистки (скрубберы, пенные абсорберы и прочие).

Общая схема производственной аспирационный системы 
1 ­– источники пылевыделения; 2 – зонты; 3 – взрыворазрядитель; 4 – вентилятор;
5 – пылеуловитель; 6 – воздуховоды; 7 – огнепреградители
Источник: ГОСТ Р 71814-2024

Опасность взрыва в аспирационных системах

Аспирация является взрывоопасным процессом, т.к. накапливаемая взвешенная горючая пыль при контакте с кислородом и источником воспламенения в замкнутом пространстве вызывает первичный взрыв, который способен причинить ущерб оборудованию и создать опасность для жизни работников.

В п. 5.3 стандарта ГОСТ Р ЕН 1127-1-2009 установлено 13 источников воспламенения, шесть из которых в контакте с горючей пылевоздушной смесью способны вызвать взрывное воздействие в системах аспирации:

• горячие частицы из внешней среды;
• искры, образованные механическим путём;
• искры от электрического оборудования – электродвигателя, неисправной электропроводки;
• статическое электричество;
• электромагнитные волны;
• экзотермическая реакция – самовоспламенение скоплений пыли.

Взрывозащита аспирационной системы состоит из нескольких компонентов:

1. Корпус фильтра усиливается на воздействие взрывного давления.
2. Избыточное давление сбрасывается с помощью взрыворазрядителей и пламегасителей.
3. На воздуховоде перед системой фильтрации монтируются обратные клапаны, которые предотвращают распространение взрывной волны в рабочую зону.

Инженеры АО «ЦИФРА» выполнили прочностной расчёт корпуса рукавного фильтра на воздействие давления от взрыва.

Расчёт корпуса фильтра

Постановка задачи

Для оценки прочности корпуса фильтра построена численная конечно-элементная модель, отражающая основные характеристики в части габаритов, сечений элементов, типов их соединения и нагрузок. Физико-механические характеристики материала корпуса приняты нелинейно зависимыми от температуры. Болтовые соединения заданы с предварительным натяжением.

Расчётная модель фильтра (КЭ условно не показаны)

Нагрузка от взрывной ударной волны

Для снижения давления ударной волны применяются средства взрывозащиты, у фильтров следующие:

• взрыворазрядители (сброс избыточного давления);
• пламегасители (беспламенное освобождение взрыва);
• HRD системы (подавление и отсечение взрыва).

В результате пиковое давление снижается более чем в 15 раз, процесс развития взрыва выглядит следующим образом:

Процесс взрыва: график зависимости давления взрыва, бар, от времени, мс

Расчёты проведены в статической постановке на воздействие соответствующего давления взрыва с учётом физической нелинейности материала корпуса фильтра.

Результаты расчётов

Несущая способность рукавного фильтра обеспечена, если расчётные значения эквивалентных напряжений не превышают предельно допустимого значения, определяемого в зависимости от материала конструкций.

Поле эквивалентных напряжений при статическом и пиковом давлении взрыва на корпус фильтра представлено ниже.

Поле эквивалентных напряжений и деформированная схема корпуса фильтра при различных нагрузках:
1 – статическое давление; 2 – пиковое давление

На участках с локальными превышениями предельных эквивалентных напряжений проводилась оценка развития пластических деформаций, максимальное значение не превысило допускаемого, что подтвердило несущую способность корпуса фильтра по СП 16.13330.2017.

Также оценивалась прочность болтовых соединений путём сравнения усилий с допускаемыми значениями, определяемыми по СП 16.13330.2017. По результатам расчёта сделан вывод, что несущая способность болтовых соединений обеспечена.

Заключение

Аспирационное оборудование – важный элемент многих промышленных предприятий, который в связке с фильтровентиляционным оборудованием позволяет:

1. Получить качество приточного воздуха, соответствующего стандартам безопасности труда;
2. Снизить содержание вредных веществ до предельно допустимой концентрации (ПДК) на рабочих местах;
3. Снизить до установленных норм загрязнение окружающей среды.

 Вероятность взрыва пыли в системах аспирации нельзя полностью исключить, но можно принять меры для обеспечения безопасности на производстве, в том числе гарантировать прочность оболочки аспирационной системы в случае воздействия ударной волны от взрыва.

Численное моделирование позволяет решить подобного рода задачи и получить необходимые для дальнейшего функционирования оборудования результаты.

Список использованных источников

x

x

1.  Руководство Р 2.2.2006-05 "Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда" (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 29 июля 2005 г.). 2005.
2. ГОСТ Р ЕН 1127-1-2009 Взрывоопасные среды. Взрывозащита и предотвращение взрыва. Часть 1. Москва: Стандартинформ, 2010.
3. ТР ТС 012/2011 О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах. 2011.
4. ГОСТ 31610.0-2019 Взрывоопасные среды. Часть 0. Оборудование. Общие требования. Москва: Стандартинформ, 2020.
5. ГОСТ Р 71814-2024 Производственные аспирационные системы. Москва: Российский институт стандартизации, 2024.
6. СП 16.13330.2017. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*.
7. СП 294.1325800.2017. Конструкции стальные. Правила проектирования. Москва. 2017.

Изображение заголовка сгенерировано нейросетью.