Безопасность и экологичность технических систем

Удельные выделения загрязняющих веществ (кг/т) при плавке чугуна в открытых чугунолитейных вагранках и в электродуговых печах производительностью 7 т/ч приведены ниже:

 

 

	Пыль	Оксид углерода	Углеводороды	Оксиды азота	Диоксид серы
Открытая вагранка	19	200	2,4	0,014	1.5
Электродуговая печь	8,1	1,5	–	0.29	–

 

 

 

Удельные выделения загрязняющих веществ (кг/т) при плавке цветных металлов и сплавов составляют:

 

 

	Пыль	Оксиды азота	Диоксид серы	Оксид углерода	Прочее вещества
Индукционные печи	1,2	0,7	0,4	0,9	0,2
Электродуговые печи	1,8	1,2	0,8	1,1	0,3
Печи сопротивления	1,5	0,5	0,7	0,5	0,3
Газомазутные плавильные печи (плавка алюминия)	2,8	0,6	0,6	1,4	0,18

 

 

 

При работе плавильных агрегатов кроме организованных нужно учитывать неорганизованные выделения, произошедшие вследствие неплотностей технологического оборудования и при выполнении некоторых операций (например, при выпуске расплавленного металла в изложницы). Они составляют в среднем 40 % массы веществ, выделяемых плавильными агрегатами, поэтому для учета количества неорганизованных выбросов в формуле (10.1) принимают k= 1,4.

При выпуске 1 т чугуна из вагранок в ковш в атмосферу цеха выделяется 18...22 г графитовой пыли и 125...130 г оксида углерода. При разливе чугуна в формы в атмосферу цеха дополнительно выделяется оксид углерода в количестве:

 

 

Масса отливок, т    Удельное выделение оксида углерода, кг/т	0,1	0,2...0,3	0,5...1	1...2
	1,05	0,9	0,75	0.7

 

 

 

При литье под действием теплоты жидкого металла из формовочных смесей выделяются бензол, фенол, формальдегид и другие токсичные вещества. Их количество зависит от состава формовочных смесей, массы и способа получения отливки и других факторов. Выделения газов при заливке форм металлом и их охлаждении можно определить по данным [10].

От участков выбивки отливок на 1 м2 площади решетки выделяется до 45...60 кг/ч пыли, 5...6 кг/ч оксида углерода, 3 кг/ч аммиака. Значительными выделениями пыли сопровождаются процессы очистки и обрубки отливок в дробеметных и дробеструйных камерах, очистных барабанах и на столах.

Много пыли и газов выделяют в атмосферу участки литейных цехов по приготовлению, переработке и использованию шихты и формовочных материалов. Интенсивность выделения вредных веществ (приведено к формальдегиду) при изготовлении стержней из холоднотвердеющей смеси зависит от состава связующего вещества (газовыделение отнесено к 1 дм2 площади поверхности стержня):

 

 

	При заполнении ящиков смесью мг/(кг·ч)	При отверждении смеси, мг/(дм2·ч)
Фенолоформальдегидныс (ОФ-1)	9,2	1,46
Карбамидоформальдегидные (УКС)	215	37,8
Карбамидофурановые (БС-40)	41	5,7
На основе синтетических смол УГТС	61	10,3

 

 

 

В процессах нагрева и обработки металла в кузнечно-прессовых цехах выделяются пыль, оксид углерода, диоксид серы и другие вредные вещества.

Для определения массы выделений вредных веществ от пламенных нагревательных печей целесообразно пользоваться удельными показателями по выбросам, приведенными к единице массы (т) или объема (м3) сжигаемого топлива (S — содержание серы в исходном топливе, %; Ар—зольность топлива, %)

Мазут, кг/т	Пыль        1,2Ар	Оксиды азота     12,4	Диоксид серы    19S	Оксид углерода     4,8·10-3	Углеводо-роды     0,38
Природный газ, кг/тыс, м3	2,4·10-3	6,24	–	Следы	Следы

 

 

 

Общеобменная вентиляция кузнечно-прессового цеха выбрасывает в атмосферу оксиды углерода и азота, диоксид серы. От пролетов с молотами выбросы оксида углерода на 1 т мазута составляют 7 кг, диоксида серы — 5,2; от пролетов с прессами и ковочными машинами — 3 и 2,2 кг.

Вентиляционный воздух, выбрасываемый из термических цехов, обычно загрязнен парами и продуктами горения масла, аммиаком, циановодородом и другими веществами, поступающими в систему местной вытяжной вентиляции от ванн и агрегатов для термической обработки. Источниками загрязнений в термических цехах являются нагревательные печи, работающие на жидком и газообразном топливе, а также дробеструйные и дробеметные камеры. Концентрация пыли в воздухе, удаляемом из дробеструйных и дробеметных камер, где металл очищается после термической обработки, достигает 2...7 г/м3. При закалке и отпуске деталей в масляных ваннах в отводимом от ванн воздухе содержится до 1 % паров масла от массы металла. При цианировании выделяется до 6 г/ч циановодорода на один агрегат цианирования.

В воздухе, удаляемом из гальванических цехов, вредные вещества находятся в виде тонкодиспресного тумана, паров и газов. Наиболее интенсивно вредные вещества выделяются в процессах кислотного и щелочного травления.

Масса вредных веществ, выделяющихся при травлении с поверхности зеркала ванны (мг/мин), т = mудS, где тул — интенсивность выделения вредных веществ с единицы площади зеркала ванны,  
мг/(м2 · мин); S— площадь зеркала ванны, м2.

Так, при травлении стали 20 в 15 %-м растворе серной кислоты при температуре 70°С выделяются пары и туман кислоты в количестве до 200, а при травлении стали 10 в 20 %-м растворе соляной кислоты - 26 000 мг/(м2 · мин).

При нанесении гальванических покрытий (воронении, фосфатировании, анодировании и т. д.) образуются различные вредные вещества. Так, при фосфатировании изделий выделяется фтороводород, концентрация которого в отводимом воздухе достигает 1,2...15 г/м. Концентрации кислот, оксидов хрома, циановодорода и др. в удаляемом от гальванических ванн воздухе колеблются в значительных пределах, что требует специальной очистки воздуха перед выбросом в атмосферу. При проведении подготовительных операций в гальванических цехах (механической очистке и обезжиривании поверхностей) выделяются пыль, пары бензина, керосина, трихлорэтилена, туманы щелочей. Анализ дисперсного состава туманов показал, что размер частиц находится в пределах 5...6 мкм при травлении, 8...10 мкм при хромировании и 5...8 мкм при цинковании.

Механическая обработка металлов на станках сопровождается выделением пыли, туманов, масел и эмульсий, которые через вентиляционную систему выбрасываются из помещений. Значительное выделение пыли наблюдается при механической обработке древесины, стеклопластика, графита и других неметаллических материалов. Так, при обработке текстолита выделение пыли составляет (г/ч) на токарных станках—50...80; на фрезерных—100...120; на зубофрезерных —20...40.

При механической обработке полимерных материалов одновременно с пылью могут выделяться пары различных химических веществ и соединений (фенола, формальдегида, стирола и др.), входящих в состав обрабатываемых материалов.

На участках сварки и резки металлов состав и масса выделяющихся вредных веществ зависит от вида и режимов технологического процесса, свойств применяемых сварочных и свариваемых материалов. Наибольшие выделения вредных веществ характерны для процесса ручной дуговой сварки покрытыми электродами: при расходе 1 кг электродов в процессе сварки стали образуется до 40 г пыли, 2 гфтороводорода, 1,5 г оксидов углерода и азота; при сварке чугунов — до 45 г пыли и 1,9 г фтороводорода. При полуавтоматической и автоматической сварке (в защитной среде и без нее) общая масса выделяемых вредных веществ меньше в 1,5...2 раза, а при сварке под флюсом — в 4…6 раз.

Сварочная пыль на 99 % состоит из частиц размером 10-3...1 мкм, около 1 % —1...5 мкм, частицы размером более 5 мкм составляют всего десятые доли процента. Химический состав выделяющихся при сварке загрязнений зависит в основном от состава сварочных материалов (проволоки, покрытий, флюсов) и в меньшей степени от состава свариваемых металлов. В состав сварочного аэрозоля входят соединения хрома, марганца, фториды и др. Валовые выделения вредных веществ при сварке находят в расчете на 1 кг расходуемых сварочных материалов.

Газовая и плазменная резка металлов сопровождается выделением пыли и вредных газов. Пыль представляет собой конденсат оксидов металлов, размер частиц которого не превышает 2 мкм. Химический состав пыли определяется главным образом маркой разрезаемого материала. При резке обычно выделяются токсичные соединения, хрома и никеля, марганец, вредные газы — оксид углерода и оксиды азота, а при плазменной резке образуется еще и озон.

 

Для приближенной оценки массы (г) токсичных веществ, входящих в состав пыли и выделяющихся при резке I м металла при толщине листа 8, мм, можно использовать следующие соотношения:

 

 

Оксиды алюминия при плазменной резке сплавов алюминия Оксиды титана при газовой резке титановых сплавов Оксиды железа при газовой резке легированной стали	1,28 3δ 0,25δ
Марганец* при газовой резке легированной стали	0,25δ Mn/100
Оксиды хрома* при резке высоколегированной стали	0,065δ Сг/100

 

 

*Мп. Сг –содержание марганца и хрома в стали. %.

 

 

В вентиляционный воздух на участках пайки и лужения выделяются токсичные газы (оксид углерода, фтороводород), аэрозоли (свинец и его соединения) и т. п. Удельные выделения аэрозоля свинца (размер частиц 0,7...7 мкм) при лужении и пайке оловянно-свинцовыми припоями ПОС-40 и ПОС-61 при пайке электропаяльниками мощностью 20—60 Вт составляют 0,02—0,04 мг/100 паек; при лужении погружением в припой (отнесено к поверхности ванны) — 300...500 мг/(м2 · ч); при лужении и пайке волной (отнесено к поверхности волны)—3000...5000 мг/(м2·ч).

В окрасочных цехах токсичные вещества выделяются при обезжиривании поверхностей органическими растворителями перед окраской, подготовке лакокрасочных материалов, нанесении их на поверхность изделий и сушке покрытия. Воздух, удаляемый вентиляционными отсосами от окрасочных камер, напольных решеток, сушильных установок и других устройств, всегда загрязнен парами растворителей, а при окраске распылением, кроме того, окрасочным аэрозолем. При окраске изделий порошковыми полимерными материалами в вентиляционном воздухе содержится пыль.

Концентрации вредных веществ в вентиляционных выбросах, удаляемых от мест окраски, зависят от состава и расхода лакокрасочных материалов, способа их нанесения на окрашиваемую поверхность, устройства вентиляции, окрасочного оборудования, метода окрашивания. В вентиляционных выбросах окрасочных цехов могут содержаться окрасочный аэрозоль (до 1 г/м3) и пары растворителей (до 10 г/м3).

Масса паров растворителей, выбрасываемых в атмосферу от окрасочного и сушильного оборудования,

 

 

 

 

где m1, — расход лакокрасочных материалов, г/ч; k1 — доля растворителей в лакокрасочных материалах (при покрытии лаком в лакокрасочных машинах k1 равен 0,6 и 0,8 соответственно для металлических и деревянных изделий); k2 — коэффициент, учитывающий количество выделяющегося растворителя из лакокрасочного материала за время окраски и сушки (для камер окраски распылением k2 =0,3, для сушильных установок 0,7); k3 — коэффициент, учитывающий поступление паров растворителей в рабочую зону (обычно 2...3 %); k3= 0,975; ηр— эффективность улавливания паров растворителей в системе очистки вентиляционных выбросов (для гидрофильтров 0,3…0,35).

Масса выбросов аэрозоля от окрасочного оборудования с вентиляционным воздухом в атмосферу

 

 

 

 

где т1 –расход лакокрасочных материалов, г/ч; k1 –доля растворителей в лакокрасочных материалах (при покрытии лаком в лакокрасочных машинах k1 равен 0,6 и 0,8 соответственно для металлических и деревянных изделий); k2 –коэффициент, учитывающий количество выделяющегося растворителя из лакокрасочного материала за время окраски и сушки (для камер окраски распылением k2= 0,3, для сушильных установок 0,7); k3 – коэффициент, учитывающий поступление паров растворителей в рабочую зону (обычно 2...3 %);  
k3= 0,975; ηр –эффективность улавливания паров растворителей в системе очистки вентиляционных выбросов (для гидрофильтров 0,3...0,35).