Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Охрана труда

Диссертационная работа:

Власенко Светлана Анатольевна. Повышение безопасности паровых котлов малого давления в АПК при работе предохранительных клапанов путем разработки инженерно-технических мероприятий : Дис. ... канд. техн. наук : 05.26.01 : Орел, 2003 145 c. РГБ ОД, 61:04-5/1008-0

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

с.

Введение 5

Глава 1 Обеспечение безопасности паровых котлов малого 12 давления при работе предохранительных клапанов

  1. Анализ причин человеческого травматизма при эксплуатации паровых котлов с рабочим давлением пара до 0,07 12 МПа

  2. Анализ требований безопасности, предъявляемых к паровым котлам с рабочим давлением пара до 0,07 МПа избыточных 16

  3. Анализ требований безопасности, содержащихся в правилах устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов 18

  4. Анализ известных исследований процесса разуп- 20 лотнения сосуда под давлением

1.4.1 Обзор результатов известных теоретических исследований выброса жидкости из сосуда под давлением при его 21 открывании

,1.4.2 Обзор экспериментальных исследований физи
ческих процессов, связанных с вскипанием и выбросом пароводя
ной смеси при разгерметизации сосуда 31
Выводы к главе 1 48
Глава 2 Математическая модель внутрикотлового процесса в
паровом котле малого давления при срабатывании предохранитель- 50
ного клапана

  1. Математическое описание процесса парообразования в бесконечно тонком слое воды 50

  2. Учет влияния расхода жидкости через предохранительный клапан на темп падения давления в сосуде 58

2.3 Учет влияния скорости подъема паровых пузырей
на значение паросодержания 60

Выводы к главе 2 64

Глава 3 Объект, метод и средства экспериментального иссле
дования 65

  1. Объект и метод исследования 65

  2. Средства измерения 73

  3. Программа экспериментального исследования 80

  4. Методика проведения эксперимента 81 Выводы к главе 3 83

Глава 4 Анализ результатов исследований 84

4.1 Экспериментальное исследование выхода котла на 84
рабочий режим

  1. Экспериментальное исследование внутрикотловых процессов при срабатывании предохранительного клапана 86

  2. Учет результатов экспериментального исследования при разработке математической модели внутрикотлового процесса 93

  3. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований 97

Выводы к главе 4 101

Глава 5 Социально-экономическая эффективность результатов 103 исследования

  1. Разработка инженерно-технических мероприятий 103 направленных на предотвращение опасности, возникающей при работе предохранительных клапанов

  2. Определение социально-экономической эффективности предложенных инженерно-технических мероприятий 105

Выводы к главе 5 107

Заключение 109

Список использованных источников 112

Приложение А 122

Приложение Б 128

Приложение В 131

Приложение Г 137

Введение к работе:

Эксплуатация паровых котлов с рабочим давлением пара до 0,07 МПа избыточных и малой тепловой мощности (до 1000 кВт), которые в дальнейшем будем именовать котлами малого давления, началась в середине 20 века с внедрения их в агропромышленном комплексе (АПК) [1, 2]. Это оборудование используется для следующих нужд:

нагревание воды, идущей на технологические цели;

нагревание воздуха, применяемого при вентиляции помещений, сушке сельскохозяйственных продуктов и обогреве теплиц и парников;

запаривание сухих кормов, тепловой обработки пищевых отходов и пастеризации молока и т. д. [3, 4].

В период наиболее интенсивной эксплуатации указанных котлов, приходящийся на восьмидесятые годы, последние являлись наиболее травмоопасным оборудованием из всего стационарного сельскохозяйственного оборудования [5]. В настоящее время, согласно статистическим данным [6], в АПК России эксплуатируется порядка 40000 паровых котлов малого давления, что оставляет решение проблемы обеспечения безопасности паровых котлов актуальным.

Как показано в [7, 8], промышленное котлостроение началось в 19 веке с производства паровых котлов высокого давления (давление пара достигало 16 МПа), что было обусловлено необходимостью удовлетворения потребностей общества, связанных с развитием паровозо- и судостроения, а также повсеместно начинающейся электрификации. Безопасности работы котельных установок содействовали введенные в конце 19 века правила испытаний, освидетельствования и эксплуатации паровых котлов высокого давления и установление государственного надзора за исполнением этих правил.

Таким образом, при массовом внедрении паровых котлов малого давления, для обеспечения их безопасной эксплуатации использовался много-

летний опыт разработчиков паровых котлов высокого давления (рабочее давление пара более 0,07 МПа избыточных). Поэтому нормативно-техническая документация на новый тип котлов основывалась на правилах эксплуатации котлов высокого давления и повторяла их требования безопасности.

Этот же опыт использовался и при расследовании причин аварий и несчастных случаев, которые происходили на паровых котлах малого давления. Выявляемые причины повторяли характерные для котлов высокого давления. Среди них отмечены главные: взрыв котла в результате у пуска или отсутствия циркуляции воды в отопительной системе и взрывы в топках [9, 10, 11]. Кроме того, появились летальные исходы из-за ожогов верхних дыхательных путей.

Взрывы котлов в результате упуска воды и взрывы в топках широко изучены [12], чего нельзя сказать о ситуации, в результате которой операторы котельных установок получают ожоги горячей водой и паром. Согласно статистическим данным за последние 14 лет, имеющимся во ВНИИ охраны труда (г. Орел), среди причин летального травматизма операторов паровых котлов малого давления, ожоги находятся на четвертом месте после взрывов, пожаров и отравления газами. При проведении расследований несчастных случаев, комиссии, как правило, не удавалось восстановить ситуацию, в результате которой человек получил ожог.

При исследовании ситуаций, приводящих к травматизму, появляются трудности проведения эксперимента, связанные с неизбежным возникновением опасности. Результаты исследования, представленные в работе [13], показали, что при эксплуатации паровых котлов малого давления реально опасным среди всех возможностей попадания пароводяной смеси в верхние дыхательные пути оператора можно считать только выброс перегретой жидкости из котла при работе предохранительного клапана. Выброс пароводяной смеси через предохранительный клапан происходит только при его срабаты-

вании, причинами которого являются повышение давления пара в котле при закрытом или недостаточно открытом расходном вентиле (самопроизвольное срабатывание), и принудительный «подрыв» в целях проверки работоспособности клапана. Известно [14, 15], что клапан срабатывает при давлении пара 0,07-0,08 МПа избыточных, а опускается при более низком значении давления пара (0,05-0,03 МПа избыточных), то есть обладает гистерезисом по давлению. И в том случае, когда проверка работоспособности клапана проводится при давлении в котле с промежуточным значением в петле гистерезиса, то принудительный «подрыв» клапана может спровоцировать при определенных условиях выброс горячей воды через клапан. Недостаток экспериментальных исследований процесса выброса воды через клапан при срабатывании усугубляет его опасность.

Необходимо отметить, что паровые котлы малого давления снабжены автоматической системой управления, регулирующей работу котла и предназначенной для предотвращения опасности. Но, как показало обследование технического состояния котлов, эксплуатируемых в двадцати хозяйствах Орловской и Брянской областей [16], автоматическая система либо отсутствовала, либо была неисправна. Таким образом, автоматические системы не могут обеспечить полную безопасность при эксплуатировании паровых котлов малого давления за счет исключения самопроизвольного срабатывания предохранительных клапанов.

Безопасная эксплуатация оборудования предполагает наличие средств защиты от воздействия вредных и опасных факторов на человека [17, 18]. Согласно [19] кроме автоматической системы управления паровой котел малого давления должен снабжаться отводными трубами для предохранительных клапанов, исключающих попадание пароводяной смеси в рабочую зону. Но поскольку государственный стандарт [20] не подтверждает это требование, то имеющиеся конструкции предохранительных клапанов для паровых котлов малого давления не предусматривают крепление пароотводных труб.

Как известно из [21] техническая система состоит из двух основных элементов: машины и человека. Опасная ситуация в системе может произойти как по вине человека, так и по причине нарушений в работе машины. Повышение квалификации оператора позволит сократить вероятность возникновения опасности, но, как известно, на работоспособность человека влияют также его психофизиологическое и эмоциональное состояния, которые регулировать практически невозможно. Согласно основам теории вероятностей [22] вероятность безопасности системы в целом складывается из вероятностей отдельных ее элементов. Поэтому для уменьшения влияния человеческого фактора необходимо повышать безопасность оборудования, что может быть достигнуто через изучение процессов, происходящих при его работе, а также использование результатов исследований для усовершенствования конструкции машины и средств обеспечения ее безопасности.

В связи с вышесказанным исследование физических процессов, происходящих в паровом котле малого давления при работе клапанов, а также разработка инженерно-технических мероприятий по повышению безопасности паровых котлов при работе предохранительных клапанов являются вполне актуальными.

Попутным положительным эффектом от разработанных мероприятий может стать снижение энергетических потерь, затраченных на нагрев объема жидкости, который выбрасывается из котла при срабатывании предохранительного клапана.

Целью работы является разработка инженерно-технических мероприятий, направленных на повышение безопасности паровых котлов малого давления при работе предохранительных клапанов, на основе результатов научного исследования физических процессов, происходящих в котле.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

проанализировать причины травматизма операторов паровых котлов малого давления в АПК России;

проанализировать известные результаты исследований безопасности паровых котлов малого давления и причины выброса пароводяной смеси из котла;

проанализировать результаты исследований увеличения объема воды в результате ее кипения;

разработать математическую модель внутрикотлового процесса в паровом котле при срабатывании предохранительного клапана;

провести экспериментальные исследования внутрикотлового процесса в паровом котле при срабатывании предохранительного клапана;

разработать рекомендации по повышению безопасности паровых котлов малого давления при работе предохранительного клапана.

Решение указанных задач возможно с помощью следующих методов:

метод математического моделирования;

статистические методы обработки экспериментальных данных;

метод намеренного перевода натурного образца оборудования в опасное состояние.

В качестве объекта исследования выбран натурный образец парового котла марки ВКВ-ЗООЛ. Предметом исследования является внутрикотловой процесс, возникающий при срабатывании предохранительного клапана.

Сбор и обработка экспериментальных данных выполнены с использованием ЭВМ по оригинальным алгоритмам и программам, созданным в программном пакете Borland Delphi [23], а также программных пакетах автоматизации математических расчетов Mathcad 2000 Professional [24] и табличного процессора Microsoft Excel 2000 [25].

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. получены результаты экспериментальных исследований внутрикот-лового процесса при срабатывании предохранительного клапана на паровых котлах малого давления;

  2. разработана математическая модель внутрикотлового процесса, происходящего в паровом котле малого давления при срабатывании предохранительного клапана.

Практическую ценность диссертационной работы составляют:

  1. методика расчета параметров внутрикотлового процесса в паровом котле с рабочим давлением пара до 0,07 МПа избыточных при работе предохранительного клапана. Методика позволяет определить сочетание конструктивных параметров, которое исключает выброс воды из котла.

  2. инженерно-технические мероприятия по повышению безопасности парового котла малого давления при работе предохранительного клапана.

  3. экспериментальная установка, которая может быть использована для демонстрации опасных ситуаций на котлах малого давления в процессе обучения и подготовки операторов котельных установок. Реализация и внедрение результатов работы.

Результаты экспериментальных исследований внесены в акт государственных испытаний парового котла марки ВКВ-ЗООЛ. Получены акты внедрения на изменение паспорта котла в части обеспечения безопасной эксплуатации котлов марки ВКВ-ЗООЛ. В частности, рекомендовано производить принудительный «подрыв» клапана при давлениях пара и уровнях воды в барабане котла не превышающих значений 0,02 МПа избыточных и 1,12 м соответственно.

По результатам исследований разработана и внедрена на заводе ОАО «Возовсельмаш» (п. Возы, Курской области) конструкция предохранительного клапана «Сержант» с улучшенными характеристиками.

Апробация работы.

Материалы диссертационного исследования докладывались и обсуждались на страницах журнала «Безопасность жизнедеятельности», на девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (МЭИ (ТУ), г. Москва, 2003), на восьмой ежегодной конференции преподавателей и сотрудников Орел ГТУ «Неделя науки- 2003».

Публикации.

По результатам диссертационного исследования опубликовано 3 статьи и 1 тезис.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок и 6 таблиц, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, включающего 98 наименований и четырех приложений.

Подобные работы
Горбунова Любовь Николаевна
Исследование производственного травматизма в системе транспортных средств машиностроительного завода и разработка технических мероприятий по повышению безопасности обслуживания ленточных конвейеров
Овчаренко Марина Сергеевна
Повышение безопасности операторов транспортной сельскохозяйственной техники за счет разработки и внедрения инженерно-технических и организационных мероприятий
Малыхин Виктор Александрович
Улучшение условий и охраны труда работников птицеводства путем разработки и внедрения инженерно-технических мероприятий
Христофоров Евгений Николаевич
Улучшение условий и охраны труда операторов сельскохозяйственных транспортных средств путем разработки и внедрения инженерно-технических предложений и организационных мероприятий
Трясцин Антон Павлович
Улучшение условий и охраны труда водителей, занятых перевозкой опасных грузов в агропромышленном комплексе путем разработки и внедрения инженерно-технических предложений и организационных мероприятий
Шкрабак Владимир Владимирович
Снижение и ликвидация производственного травматизма в основных отраслях АПК путем разработки и внедрения комплекса инженерных и организационно-технических трудоохранных мероприятий
Попова Светлана Юрьевна
Повышение уровня безопасности операторов мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения организационными и техническими мероприятиями
Круглов Геннадий Александрович
Исследования и разработка мероприятий по предупреждению электротравм на угольных разрезах
Галкина Елена Евгеньевна
Разработка метода определения социально-экономической эффективности мероприятий по обеспечению безопасности жизнедеятельности в вузе
Красных Александр Анатольевич
Разработка основ проектирования и создание комплекса электрозащитных средств и устройств мониторинга состояния воздушных линий электропередачи напряжением до 35кВ для повышения безопасности их эксплуатации

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net