Выбросы вредных веществ при плазменной резке и мероприятия по сокращению загрязнения

Министерство высшего и специального образования РФ

ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный технический Университет им. Г.И. Носова

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра «Промышленной экологии и БЖ»

Реферат

Тема:

«Выбросы вредных веществ при плазменной резке и мероприятия

по сокращению загрязнения»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Мамилин Д. К.

Проверил: Волкова Е. А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Магнитогорск

2014 

Оглавление

 

  

Введение

 

Одной из самых важных проблем, стоящих перед мировым сообществом, является проблема защиты окружающей природной среды и устойчивого развития человеческой цивилизации.

Возрастание энерговооруженности человека, увеличение количества добываемого сырья, рост промышленного и сельскохозяйственного производства, развитие транспорта с неизбежностью приводят к усилению воздействия человека на природу, к нарушению естественного экологического равновесия. Увеличение промышленных выбросов стало причиной не только загрязнения природной среды веществами, которые не вписываются в естественные кругообороты, но и серьезных нарушений в протекании природных циклических процессов. Поэтому проблема сохранения и улучшения природы, частью которой являемся и мы, люди, требует внимательного отношения, продуманных, а в ряде случаев – и неотложных решений.

 Современное производство  предусматривает использование  самых разнообразных технологических  приемов, связанных с обработкой  различных материалов, монтажом  и сборкой изделий. В процессе  производства появляются отрицательные  факторы, которые могут влиять  как непосредственно на человека, осуществляющего производственный  процесс (например, электрический ток, световые вспышки, вращающиеся части  оборудования), так и на окружающую  среду (например, шумы, пыль, загрязнение  воздуха химически активными  веществами). В общем случае в  производственном процессе могут  возникать опасные физические, химические, психофизиологические, биологические  и производственные факторы.

 К физическим вредным  факторам относятся движущееся  части оборудования, появление стружки  материалов и осколков инструментов, высокая температура поверхностей  деталей и инструментов, повышенное  напряжение в цепях электроснабжения различного оборудования. При механической обработке могут появиться запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны, высокий уровень шума, а при выполнении сварки, резки, пайки металлов — выбросы искр и брызг расплавленного металла, прямая и отраженная блесткость, повышенная пульсация светового потока. Например, электрическая дуга является источником интенсивного УФ и ИК-излучений и может вызвать электроофтальмию — воспаление наружных оболочек глаз за счет поглощения клетками организма УФ-излучения с последующими химическими изменениями. При этом воспаляется роговая оболочка глаза, что требует длительного лечения.

 К химическим вредным  факторам относятся газовые выделения  при обработке полимерных материалов. Кислоты и щелочи, используемые  при обработке печатных плат, а также аэрозоли нефтяных  масел, входящих в состав смазывающе-охлаждающих  жидкостей, могут вызывать раздражение  слизистых оболочек верхних дыхательных  путей, снижать иммунные функции  организма.

 К психофизиологическим  вредным факторам относятся монотонный  труд и физические перегрузки.

 

Технология плазменной резки

 

Плазма представляет собой ионизированный газ с высокой температурой, способный проводить электрический ток. Плазменная дуга получается из обычного, в специальном устройстве – плазмотроне – в результате ее сжатия и вдувания в нее плазмообразующего газа. Различают две схемы: плазменно-дуговая резка и резка плазменной струей (Рисунок 1)

 

 

 

При плазменно-дуговой резке дуга горит между неплавящимся электродом и разрезаемым металлом (дуга прямого действия). Столб дуги совмещен с высокоскоростной плазменной струей, которая образуется из поступающего газа за счет его нагрева и ионизации под действием дуги. Для разрезания используется энергия одного из при электродных пятен дуги, плазмы столба и вытекающего из него факела.

При резке плазменной струей дуга горит между электродом и формирующим наконечником плазмотрона, а обрабатываемый объект не включен в электрическую цепь (дуга косвенного действия). Часть плазмы столба дуги выносится из плазмотрона в виде высокоскоростной плазменной струи, энергия которой и используется для разрезания.

Плазменно-дуговая резка более эффективна и широко применяется для обработки металлов. Резка плазменной струей используется реже и преимущественно для обработки неметаллических материалов, поскольку они не обязательно должны быть электропроводными.

Столб дуги заполняет формирующий канал. В дуговую камеру подается плазмообразующий газ. Он нагревается дугой, ионизируется и за счет теплового расширения увеличивается в объеме в 50–100 раз, что заставляет его истекать из сопла плазмотрона со скоростью до 2–3 км/c и больше. Температура в плазменной дуге может достигать 25000–30000°С.

Непосредственное влияние на все технологические параметры плазменной струи оказывает плазмообразующая среда. В качестве плазмообразующих сред применяются аргон, гелий, азот, воздух, водород и их смеси, механизм образования плазмы которых, различен. Азот по сравнению с аргоном имеет лучшие энергетические и экономические показатели, но при нагреве до высоких температур оказывает вредное влияние на окружающую среду.

Источники опасных и вредных производственных факторов при выполнении плазменной резки:

- несоответствие технологических процессов резки правилам и нормам требований безопасности;

- конструктивные недостатки оборудования, оснастки, приспособлений для резки;

- неисправное состояние технологического оборудования, оснастки, приспособлений;

- отсутствие местной вытяжной вентиляции при выполнении плазменной резки;

- нарушение правил электробезопасности и пожарной безопасности персоналом, участвующим в выполнении основных и вспомогательных работ по плазменной резке.

Характеристика загрязняющих веществ

 

Постоянное развитие получают технологические процессы, связанные с обработкой металлов. Так в последние 10-15 лет широкое распространение стали получать процессы плазменной резки, которые обеспечивают автоматизацию и высокую точность производства металлических заготовок. Такие процессы сопровождаются значительным выделением мелкодисперсных аэрозолей с размером частиц от десятых долей микрон до 3-5 микрон. Так при резке легированной стали толщиной 20 мм выделяется 1600г/ч. При среднем количестве воздуха, удаляемого вытяжными устройствами от таких установок 6-8 тысяч м3/ч.

Плазменная резка металлов сопровождается выделением пыли и токсичных газов, таких как: аэрозоль, содержащий пыль оксиды марганца, никеля, меди, кремния, хрома, железа. А так же трехокиси алюминия, вольфрама и его соединений, окись углерода, оксиды азота, озон.

Выбрасывающаяся целая гамма таких веществ, с разной степенью интенсивности отрицательно влияет на здоровье человека:

Диоксид азота (NO2)

Является потенциальным раздражителем, вызывает хронические легочные заболевания. У детей в возрасте 2 -3 года наблюдается некоторый рост заболеваний бронхитом.

Оксид углерода (СO2)

Большая концентрация в воздухе вызывает удушье. Вызывает гипоксию (длительностью до нескольких суток), головные боли, головокружение, тошноту. При концентрации выше 61% теряется работоспособность, появляется сонливость, ослабление дыхания, сердечной деятельности, возникает опасность для жизни.

  СО2 поглощает испускаемые Землёй инфракрасные лучи и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления

Озон (О3)

В воздухе допустимы лишь очень малые концентрации т.к. озон чрезвычайно ядовит (более чем угарный газ СО).

Хлор

Раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. К первичным воспалительным процессам обычно присоединяется вторичная инфекция. Острые отравления развиваются почти немедленно. При вдыхании средних и низких концентраций отмечаются стеснение и боль в груди, учащенное дыхание, резь в глазах, слезотечение, повышенное содержание лейкоцитов в крови, температуры тела. Возможны бронхопневмония, отек легких, депрессивное состояние, судороги и т.п.

Эти опасные и вредные вещества превышают допустимые нормы. (Таблица2.1).

Таблица 2.1 - Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ по видам производств в атмосферном воздухе

Выделяющееся загрязняющее вещество	Концентрации загрязняющих веществ
	Класс опасности	ПДК максимальная разовая, мг/м3, ПДКм.р.	ПДК среднесуточная мг/м3 , ПДК.с.с.	ОБУВ, мг/м3
Оксид марганца	2	0,010	0,001	-
Оксид никеля	2	-	0,001	-
Оксид меди	2	-	0,002	-
Кремний диоксид аморфный	-	-	-	0,020
Трехвалентное соединение хрома	-	-	-	0,010
Оксид железа	3	-	0,040	-
Трехокись алюминия	2	-	0,010	-
Вольфрамовый ангидрид.	3	-	0,150	-
Оксид углерода	4	5,000	3,000	-
Диоксид азота	3	0,400	0,060	-

 

Мероприятия по сокращению загрязнения окружающей среды

 

Технологические процессы плазменной резки металлов в настоящее время являются одними из наиболее эффективных и перспективных, благодаря присущей им универсальности, производительности, высокой точности, получению поверхностей с малой шероховатостью и облегчению автоматизации технологических процессов, минимальными отходами металла. Указанные преимущества особенно проявляются при изготовлении деталей сложной геометрической формы из металлического листа, а также при выполнении сложных фасонных отверстий. Причем производительность такой резки существенно превышает эффективность традиционных методов обработки, например, фрезерования.

Вместе с тем, плазменная резка сопровождается высоким уровнем шума и ультразвука, интенсивным ультрафиолетовым излучением, а также загрязнением воздуха озоном и аэрозолями, монооксидом углерода и оксидами азота. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение плазмы способствует образованию озона. Аэрозоли образуются по конденсационному механизму; оксиды углерода и азота – вследствие высокотемпературного окисления углерода, содержащегося в металле, и азота кислородом воздуха.

Принятие Федерального закона "О техническом регулировании" (№ 184-ФЗ от 27.12.2002г.) и организация сертификации систем качества и экологической безопасности сварочного производства предприятий и компаний РФ по единой европейской схеме (ЕН 729, EWF 615-01, EWF 483-02) обусловливают необходимость разработки и применения эффективных технологических решений по сокращению выбросов (в атмосферу), сбросов (в водные объекты) загрязняющих веществ и отходов, образующихся при сварке и резке металлов.

Фактический выброс монооксида углерода и озона в атмосферу не приводит к превышению предельно допустимых концентраций (ПДК) на границе санитарно-защитной зоны. Таким образом, задача очистки выбросов от плазменно-резательных машин заключается в снижении выбросов аэрозоля и оксидов азота.

Информация о концентрациях оксидов азота, из которых наиболее опасным является диоксид азота, обычно представляется суммарно в виде   (в единицах  ). Соотношение концентраций   при плазменной резке может находится в пределах 1,4…3,5, в среднем – 1,8…2,0.

Для очистки газовых выбросов, содержащих диоксид азота, широко используются следующие способы: адсорбционный, адсорбционно-окислительный, термокаталитический и абсорбционный.

Адсорбционный способ малопроизводителен и наименее распространен в связи с необходимостью частой замены адсорбента и больших затрат тепла на его регенерацию. Основным недостатком адсорбционно-окислительного способа с применением активированных углей является возможность возгорания угля, что является недопустимым. К недостаткам термокаталитического метода относится необходимость использования катализатора, содержащего драгоценные металлы, что обусловливает высокую стоимость очистки газовых выбросов. Кроме того, реализация метода требует нагрева выбросов до температуры 573ºК, что практически неприемлемо для рассматриваемых низкотемпературных выбросов. К недостаткам абсорбционного метода также можно отнести относительно высокую стоимость очистки. Применение абсорбционного метода счистки обеспечивает достаточно высокую эффективность очистки газов от оксидов азота только при соотношении концентраций  . При соотношении   требуются добавки к поглотительной жидкости специальных реагентов, что усложняет процесс очистки, который представляется целесообразным лишь в том случае, если в очищенном газе достигается остаточная концентрация оксидов азота на уровне 0,30  .