Загрузка...Чистые производственные помещения: особенности проектирования
Чистые производственные помещения: особенности проектирования
HVAC systems of clean rooms, while being technically complex, are not sufficiently regulated by the current norms. And this means that the optimal technical solutions to a great extent depend on knowledge and experience of contractors – during the design, construction and installation and start-up phases. This article is dedicated to the specifics of creation of clean production rooms using modern tools, including graphical and digital modeling.
Системы ОВиК чистых помещений, являясь технически сложными, тем не менее недостаточно регламентированы действующими нормами. А значит, оптимальные технические решения в большей степени зависят от знаний и опыта исполнителей – как на стадии проектных, так и строительно-монтажных и пусконаладочных работ.
Настоящая статья посвящена особенностям создания чистых производственных помещений с применением современного инструментария, в т. ч. графического и цифрового моделирования.
Чистые производственные помещения: особенности проектирования
П. Е. Болотов, технический директор, ООО «Рубин»
На страницах журнала «АВОК» тема проектирования чистых помещений появляется не впервые. В разное время в статьях отечественных и зарубежных авторов рассматривались базовые вопросы и определения, классификация, типы и особенности систем обеспечения микроклимата чистых помещений 1 . Настоящая же статья посвящена особенностям создания чистых производственных помещений с применением современного инструментария, в т. ч. графического и цифрового моделирования.
Чистые помещения классифицируются по пределам максимальной концентрации (числу частиц на м 3 воздуха) в соответствии с ГОСТ ИСО 14644-1-2002 «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 1. Классификация чистоты воздуха» [1]. Выделяют девять классов от ИСО 1 до ИСО 9, также возможно деление на классы A, B, C, D в соответствии с ГОСТ Р 52249-2009 «Правила производства и контроля качества лекарственных средств» [2]. Для медицинских учреждений классификация определяется количеством микроорганизмов в 1 м 3 воздуха в соответствии с СанПиН 2.1.3.2630-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к организациям, осуществляющим медицинскую деятельность» [3]. Класс чистоты устанавливается технологом в зависимости от назначения помещения, протекающего в нем технологического процесса или требований размещаемого оборудования и является во многом определяющим при принятии проектных решений. В частности, от класса чистоты помещения зависят кратность воздухообмена, способ и схема организации воздухообмена, степень фильтрации воздуха, необходимость поддержания перепада (т. н. каскада) давлений.
Одна из основных особенностей чистых помещений – высокие кратности воздухообмена, требующиеся для поддержания класса чистоты. При этом данный параметр ГОСТ ИСО 14644-1-2002 и ГОСТ Р 52249-2009 не регламентирован, есть только рекомендации и примеры, в частности в СанПиН 2.1.3.2630-10. Однако диапазоны в рекомендациях значительные, и проектировщик планирует воздухообмен на основании расчета, включая моделирование процесса, а также с учетом своего опыта, знания предмета и понимания технологического процесса.
Воздухообмен в чистых помещениях обеспечивается центральными кондиционерами или фильтр-вентиляционными модулями. Решение здесь также за проектировщиком и зависит от размеров помещения, класса чистоты, а также допустимости рециркуляции воздуха. Класс финишной ступени фильтрации принимается в соответствии с [4].
Схема организации воздухообмена также зависит от класса чистоты помещения. В соответствии с [5], в чистых помещениях классов 1–5 ИСО, как правило, применяются однонаправленные потоки воздуха, а для помещений классов 6–9 ИСО – не однонаправленные. При этом для помещений классов 7–9 ИСО вполне допустима организация воздухообмена по схеме «сверху вверх», тогда как для класса 6 ИСО желательно использовать схему с забором рециркуляционного воздуха из нижней зоны помещения. В помещениях с высокими классами чистоты рекомендуется применять решения с перфорированными фальшполами.
Еще одна важная особенность чистых помещений – необходимость создания и поддержания расчетного перепада (каскада) давлений для исключения попадания частиц из помещений с более низким классом чистоты в помещения с более высоким классом. Он достигается за счет переменных расходов приточных или вытяжных систем вентиляции. Важно правильно определить базовую точку или помещение, относительно которого и поддерживаются перепады.
Дополнительными усложняющими факторами при проектировании также являются высокая энерговооруженность производственных объектов, переменный режим работы технологического оборудования, а значит, и обеспечивающих его инженерных систем, а также высокая стоимость как исходного материала, так и готовой продукции. Соответственно, актуальной становится задача оптимизации принимаемых технических решений в рамках стоимостного инжиниринга, выполняемого параллельно с процессом проектирования.
Проектировщик должен рассматривать создаваемый объект как единый комплекс, в котором каждый элемент отвечает за поддержание необходимого технологическому процессу режима работы чистого помещения, что в конечном итоге отражается на качестве готовой продукции, а значит, и на финансовых показателях заказчика. Современные решения в области программного обеспечения процесса проектирования позволяют это сделать в полной мере. В первую очередь это относится к программным комплексам, позволяющим создать цифровую (BIM) модель здания и его инженерных систем, а также моделировать некоторые процессы, происходящие в нем.
Значительное количество объектов, особенно в области микро- и радиоэлектроники, выполняется в рамках реконструкции существующих предприятий. Часто новые производственные участки размещаются в зданиях, для них не предназначенных (большое количество существующих транзитных коммуникаций, недостаточная высота этажа и пр.). В этом случае сложно обойтись без трехмерного сканирования существующего здания. Результатом становится «облако» точек, полностью повторяющее реальные геометрические размеры и особенности здания и его инженерных систем в текущем состоянии (рис. 1).
При создании цифровой модели чистых помещений ввиду высокой нагруженности системами особое внимание уделяется определению пространственных «коридоров» для прокладки инженерных и технологических коммуникаций с учетом взаимоувязки систем между собой, исключения коллизий, очередности монтажа систем, удобства монтажа, возможности будущего расширения и изменения систем, доступа при обслуживании. Уровень детализации, принимаемый при подготовке проектной модели, должен соответствовать планам заказчика по дальнейшему ее использованию. Именно заказчику решать, будет ли это просто пространственная графическая 3D-модель (пример показан на рис. 2) или модель, которую можно использовать для контроля сроков строительства (4D), стоимостных (5D) или эксплуатационных (6D) показателей проекта.
Но цифровая модель здания – это не только геометрия и атрибуты оборудования и материалов. Это в т. ч. моделирование процессов, происходящих в помещении, – температурного режима, воздушного режима, алгоритма управления инженерными системами.
Современный подход к созданию чистых помещений предполагает широкое использование численных методов, в т. ч. на базе ANSYS (пример показан на рис. 3). С их помощью можно моделировать не только температурный и воздушный режим отдельных помещений или здания в целом, рассматривая его как единую технологическую систему (ЕТС), но и работу инженерных систем чистых помещений в динамике как при пиковых режимах, так и в промежуточных. Это позволяет оптимизировать работу производств как при полной, так и при частичной их загрузке.
Еще одна составляющая в обеспечении надежной и бесперебойной работы инженерных систем чистых помещений – компьютерная симуляция возможных сценариев работы систем. Она выполняется на стадии разработки программного обеспечения системы автоматизации и позволяет моделировать рабочие и аварийные режимы инженерных систем. Но корректная и всеобъемлющая симуляция возможна только при использовании единой комплексной среды разработки программного обеспечения и конфигурирования аппаратного обеспечения, например TIA Portal.
Однако качественно выполненный, выверенный проект – еще не гарантия успеха. Не менее важно учитывать особенности технологии создания чистых помещений и на этапе строительства. В частности, при подготовке графика производства работ необходимо учитывать этапы возведения и аттестации чистых помещений, а также требования протокола чистоты, который включает в себя в т. ч. требования по созданию систем временного подпора воздуха и меры по снижению загрязнений, вносимых на этапе строительства.
Все эти решения и современные технологии графического и цифрового моделирования в полном объеме реализованы специалистами компании «Рубин» в рамках проектирования и строительства чистых помещений для Российского центра гибкой электроники в Троицке, Сколковского института науки и технологий, ООО «Микроволновые системы» в Москве и др.
В заключение целесообразно отметить, что системы ОВиК чистых помещений, являясь технически сложными, тем не менее недостаточно регламентированы действующими нормами. А значит, оптимальные технические решения в большей степени зависят от знаний и опыта исполнителей – как на стадии проектных, так и строительно-монтажных и пусконаладочных работ.
В значительной степени качество принятых технических решений по чистым помещениям определяется применением современного инструментария, включая цифровое моделирование зданий, систем и технологических процессов.
Тесты по теме — Основы предпринимательства с ответами
+ Диалектическая взаимосвязь производительных сил, производственных отношений и хозяйственного механизма, действующих в условиях частной собственности на средства производства, свободы предпринимательства и свободной конкуренции
— Производительные силы, материальные и трудовые ресурсы, находящиеся в свободном для предпринимателей доступе
14. Что лежит в основе любого предпринимательства?
+ Четкая направленность на получение финансового результата
— Желание максимально удовлетворить потребности общества в товарах и услугах
— Желание занять максимально перспективную нишу на рынке
15. Коллективное предпринимательство осуществляется группой граждан на основе:
— Четкого разделения ответственности в зависимости от доли участия в предприятии
+ Личных интересов каждого из них
— Равноценного участия в деятельности предприятия
16. Производственное предпринимательство — вид бизнеса, основу которого составляет:
— Материальное производство и оказание услуг
+ Материальное, интеллектуальное и духовное производство
17. Экономической основой индивидуального предпринимательства является … собственность.
18 — тест. Экономической основой государственного предпринимательства является … собственность.
19. Финансовое предпринимательство — вид бизнеса, основу которого составляют:
+ Деньги, в том числе иностранная валюта, ценные бумаги
20. Семейное предпринимательство может осуществляться на основе:
+ Совместного владения крестьянским (фермерским) хозяйством и/или приватизированным жильем
— Юридически подтвержденных родственных связей
— Долевого владения производительными силами
21. Предпринимательство на основе частичной занятости предполагает:
— Вынужденное занятие иными видами деятельности, приносящими доход
— Одновременную реализацию нескольких коммерческих проектов
+ Совмещение или чередование занятия предпринимательством с другими видами производственной и непроизводственной трудовой деятельности
22. Экономист И. Шумпетер выделял следующие побудительные мотивы деятельности предпринимателя:
— Постоянное желание рисковать, потребность во влиянии
+ Стремление к успеху, внедрение инноваций
— Удовлетворение от самостоятельного ведения дел, постоянное желание рисковать
23. Укажите вид предпринимательства, который предусматривает постоянные торгово-обменные операции по купле-продаже товаров:
24. Предпринимателю необходимы навыки:
— Экономические, производственные, концептуальные
+ Экономические, коммуникативные, технологические
25. Что является источниками формирования предпринимательской идеи?
— Конкуренция, инновации, товарный рынок
— Экономическая нестабильность, товарный рынок, конкуренция
+ Конкуренция, географические и структурные «разрывы», достижения НТП
26. В какой форме регистрируют индивидуальное предпринимательство?
27. Финансовыми ресурсами производства являются:
— Здания и оборудование
28. Кого относят к юридическим лицам?
+ Фирмы, предприятия, организации
29. Укажите форму ответственности для индивидуальных предпринимателей.
— Субсидиарная ответственность принадлежащим ему имуществом
+ Полная ответственность принадлежащим ему имуществом
— Ответственность в виде штрафов и административных взысканий
30. Соглашение между предпринимателями одной отрасли о ценах, разделе рынков сбыта и доли в общем рынке – это:
31. Согласно определению Д. Макклелланда, предприниматель – это:
+ Энергичный человек, который действует в условиях умеренного риска
— Ключевая фигура бизнеса
— Человек, получающий прибыль благодаря имеющимся у него организаторским способностям
32. Что из перечисленного нельзя отнести к стимулам для начала собственного дела?
— Стремление к личной независимости
— Продолжение традиций семьи
+ Накопленные личные сбережения
33. Сколько участников может состоять в открытом акционерном обществе?
34. Полное товарищество могут организовать:
+ Индивидуальные предприниматели и коммерческие организации
— Индивидуальные предприниматели и некоммерческие организации
35. Участники закрытого акционерного общества – это:
36. В каком случае невозможен отказ от регистрации предприятия?
— Доказанная экономическая нецелесообразность производства данного продукта
— Несоответствие учредительных документов требованиям законодательства
+ Нарушен установленный законом порядок создания предприятия
37. Как называется разница между ожидаемой (прогнозной) денежной выручкой фирмы и ее реальной величиной?
38. Какое из перечисленных направлений не является формой государственной поддержки и регулирования предпринимательской деятельности?
— Совершенствование системы финансовой поддержки малого предпринимательства
— Формирование нормативно-правовой базы поддержки и развития предпринимательства
+ Формирование государственной программы производства экологически чистых продуктов
39. Кто автор слов «Доход предпринимателя – это плата за риск?»
40. Укажите минимальное количество учредителей общества с ограниченной ответственностью:
Bild опубликовала схему предполагаемого нападения России на Украину
Немецкая газета Bild сделала карту возможного вторжения России на Украину по оценкам источников из НАТО и украинской разведки. Она включает в себя нападение на Киев. МИД РФ назвал статью бредом и «пропагандой, замешанной на идеологии».
По информации немецкой газеты, нападение планируется в конце января — начале февраля. Издание утверждает, что в результате наступления Россия может занять не менее двух третей территории Украины. Один из источников Bild отметил, что если Россия нападет на Украину, то санкции все равно будут введены и не будет «смысла останавливаться на полпути». Схема предполагает нападение и со стороны Белоруссии.
Мнения источников Bild о возможных сценариях нападения расходятся. Одни утверждают, что планируется одновременная атака с нескольких фронтов, другие — что вторжение будет происходить в три этапа.
Три этапа нападения, о которых говорят источники Bild:
- «юг» — нападение на южные регионы;
- «северо-восток» — продвижение в сторону Днепра и Полтавы, оккупация городов, снижение обороноспособности Украины под ударами баллистических ракет;
- «Киев» — наступление на столицу с севера, продвижение до линии Коростень—Умань, принуждение к капитуляции Киева.
Официальный представитель МИД РФ Мария Захарова раскритиковала статью. «Пропаганда, замешанная на идеологии, изничтожает любой здравый смысл»,— написала она в Telegram. Она отметила, что Львов на карте обозначен не по-немецки Lwiw, а как «Лемберг». «На карте 1942 года, когда город был оккупирован, использовался еще австро-венгерский топоним «Лемберг». Фашистами. Так с какой карты срисовывали-то немецкие журналисты?»,— спросила госпожа Захарова.
Мария Захарова отметила, что целью первой фазы нападения в газете указано желание «отрезать страну от моря и обеспечить поставки в Крым». Она отметила, что поставки в Крым осуществляются по Крымскому мосту. Представитель МИДа заявила, что ослабление украинской обороноспособности обеспечивает сама Украина. «Причем тут Россия?»,— написала она. Также она раскритиковала предположения о продвижении войск до линии Коростень—Умань. «Умань — место ежегодного паломничества хасидов. На что намекает Bild? Если к журналистскому вранью в Германии уже привыкли, то этот германский троллинг может дорого обойтись газете»,— добавила госпожа Захарова.
Накануне источники The Associated Press и The Washington Post заявили, что, по мнению американской разведки, наступление России ожидается в начале 2022 года. По информации СМИ, Россия намерена направить 175 тыс. военных. МИД России назвал статьи «спецоперацией по нагнетанию обстановки вокруг Украины с перекладыванием ответственности на Россию».
Президент России Владимир Путин называл алармистскими заявления о планах по наступлению на Украину. Кремль считает, что «истерика нагнетается искусственно».
Об обострении отношений России и Украины — в материале «Ъ» «За нашу соседскую родину».
Глава 10. Экологизация производства
Т.А. Акимова, A.П. Кузьмин, В.В. Хаскин
Экология. Природа — Человек — Техника
Учебник для вузов. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. — 343 с.
Глава 10. Экологизация производства
10.1. Принципы и технологии экологизации производства
Основные направления. Начиная с 60-х годов экологическая ситуация и возрастание (в основном через экономику и законодательство) экологических требований к ведению хозяйства привели в разных странах к ряду изменений в промышленном производстве, энергетике, транспорте в направлении усиления природоохранных и средозащитных функций. Прежде часто беспечное и беспорядочное отношение к отходам производства, не подлежащим утилизации или вторичной переработке, сменилось более организованным их складированием и захоронением, созданием специализированных полигонов и хранилищ. Во многих случаях эта деятельность носила стихийный характер и была связана со стремлением скрыть опасные загрязнения. Примером может служить домпинг — «утопление» в водоемах, морях вредных химических и радиоактивных отходов в емкостях или просто «навалом».
По существу концентрированно и перемещение вредных веществ в пространстве или, наоборот, их разбавление в больших объемах транспортирующих сред — воздуха и воды — до сих пор остаются главными способами «охраны окружающей среды», хотя с экологической точки зрения представляют собой «заметание сора под лавку». В последние десятилетия это направление дополнилось довольно циничной «экологической геополитикой», при которой опасные агенты экспортируются в слаборазвитые страны — как в виде строительства там высокоотходных предприятий, так и в форме натурных загрязнителей.
Более прогрессивное направление — очистка выбросов и стоков от загрязнителей — по мере совершенствования соответствующих технологий постепенно переходит к улавливанию отходов уже в виде вторичного сырья, полезных материалов. Циклы реутилизации вторичного сырья включают производство различных изделий, сжигание органических отходов с получением полезной энергии, переработку мусора в компост, получение биогаза, обеспечение биотехнологий и др. Переориентация различных производств на малоотходные циклы основана на создании совершенного очистного и средозащитного оборудования, «экологизированной» техники, мусороперерабатывающих агрегатов и предприятий. В ряде развитых стран такая «экологическая промышленность» оказывается в ряду лидирующих производств, заметно расширяет сферу занятости и приносит немалую прибыль. Возникает ситуация, при которой экологические требования не противоречат экономическим интересам, когда капитал приобретается не за счет ухудшения состояния среды, а благодаря решению экологических проблем. Другими словами, происходит экологическая конверсия производства.
Экологизация промышленного производства нацелена на одновременное повышение эффективности и снижение его природоемкости. Она предполагает формирование прогрессивной структуры общественного производства, ориентированной на увеличение доли продукции конечного потребления при снижении ресурсоемкости и отходности производственных процессов. Существует несколько принципиальных направлений снижения природоемкости:
— изменение отраслевой структуры производства с уменьшением относительного и абсолютного количества природоемких высокоотходных производств и исключением выпуска антиэкологичной продукции;
— кооперирование разных производств с целью максимального использования отходов в качестве вторичных ресурсов; создание производственных объединений с высокой замкнутостью материальных потоков сырья, продукции и отходов;
— смена производственных технологий и применение новых, более совершенных ресурсосберегающих и малоотходных технологий;
— создание и выпуск новых видов продукции с длительным сроком жизни, пригодных для возвращения в производственный цикл после физического и морального износа; сокращение выпуска расходных материалов;
— совершенствование очистки производственных эмиссии и транспортирующих сред от техногенных примесей с одновременной детоксикацией и иммобилизацией конечных отходов; разработка и внедрение эффективных систем улавливания и утилизации отходов.
Каждое из этих направлений в отдельности способно решить лишь локальную задачу. Для снижения природоемкости производства в целом необходимо объединение всех этих способов. При этом центральное место занимают проблемы технологического перевооружения, внедрения малоотходных технологий, экономического и технического контроля экологизации.
Экологизация энергетики помимо требований, относящихся к промышленному производству, предполагает осуществление разнообразных мер, которые направлены на:
— постепенное сокращение всех способов получения энергии на основе химических источников, т.е. с помощью экзотермических химических реакций, в том числе окислительных и электрохимических, и в первую очередь — сжигания любого топлива;
— максимальную замену химических источников природными возобновимыми источниками энергии, среди которых ведущая роль должна принадлежать солнечной энергии.
О соответствующих ресурсах и технических возможностях уже говорилось (гл.5). В идеале единственным действительно экологичным химическим топливом может стать только водород, полученный на основе ге-лиоэнергетического фотолиза воды. Что касается ядерной, в том числе и будущей термоядерной энергетики (на основе того же водорода, но в существенно меньшем количестве), то даже при абсолютном устранении всех форм радиационного загрязнения (что весьма проблематично) ocraeft ся неустранимое тепловое загрязнение экосферы.
Экологизация энергетики в рамках преобразования ее топливных ресурсов содержит множество резервов и принципиальных технических решений — от общего сокращения объема энергетики на основе всех форм экономии энергии до изменения структуры использования топлив и технологий преобразования энергии. Сейчас уже и энергетикам становится ясно, что главным мотивом вынужденной экологизации энергетики является не столько близость исчерпания топливных ресурсов, сколько требования глобальной экологии.
Экологизация транспорта предполагает:
— включение экологических требований в организацию транспортных потоков с целью уменьшения транспортного загрязнения за счет сокращения холостых пробегов и рационализации маршрутов;
— подавление тенденции индивидуализации транспортных средств и содействие развитию комфортного и экономичного общественного транспорта с целью уменьшения общего числа транспортных единиц:
— создание новых транспортных средств и замена одних средств транспорта другими, более экологичными, а также создание новых, более экологичных двигателей для имеющихся транспортных средств;
— разработка и применение более безопасных топлив или других энергоисточников; замена вредных топливных присадок каталитическими средствами оптимизации сжигания; дожигание и очистка выхлопов двигателей внутреннего сгорания;
— пассивная и активная защита от шума.
Все эти меры очень важны, так как без них общая природоемкость транспорта в скором времени может превзойти природоемкость стационарной энергетики и промышленного производства.
Экологизация сельского хозяйства еще в недавнем прошлом казалась бы излишним требованием, так как неиндустриализированное земледелие и животноводство были по существу самой экологичной областью хозяйственной деятельности человека. Однако в XX веке произошло быстрое превращение сельского хозяйства в агропромышленное производство со всеми последствиями механизации и химизации. Индустриализация агрокомплексов и ферм, широкое применение минеральных удобрений и ядохимикатов повысили удельную продуктивность агроценозов, но снизили их экологичность и экологические качества сельскохозяйственной продукции. Для преодоления этой тенденции необходим комплекс мер, который помимо требований экологизации, характерных для промышленности, включает также:
— ограничение использования солевых форм минеральных удобрений и замена их специально трансформированными органическими удобрениями и колловдированными органоминеральными смесями (эту технологию иногда обозначают как «биологическое» или «органическое» земледелие);
— минимизацию применения пестицидов и максимальную замену их биологическими средствами борьбы с вредителями;
— исключение гормональных стимуляторов и химических добавок при кормлении животных;
— предельную осторожность в использовании трансгенных форм сельскохозяйственных растений и других продуктов генной инженерии;
— применение наиболее щадящих методов обработки земли. Дальнейшее изложение касается в основном средств экологизации промышленного производства.
Модели производственных процессов с точки зрения экологии. Любой производственный процесс представляет собой некоторую систему, органически связанную с внешней средой. Такая производственная система получает из окружающей среды исходное сырье, материалы, энергию, а отдает в нее готовую продукцию и всевозможные отходы. Функционирование системы осуществляется благодаря потоку энергии, подводимой извне (электрической, солнечной и т.п.) либо генерируемой внутри системы за счет физико-химических процессов. К отходам относятся все вещества и материалы, тепловые выбросы, физические и биологические агенты, которые попадают во внешнюю среду и в дальнейшем уже не участвуют в получении продукции или энергии.
Рис. 10.1. Принципиальные модели технологических процессов:
А — незамкнутый; Б — замкнутый; В — изолированный
Если пользоваться представлениями термодинамики, то, как и все системы, технологические процессы в принципе подразделяются на три категории: незамкнутые (открытые), замкнутые и изолированные. Они представлены на рис. 10.1 в виде блоковых моделей. Абсолютное большинство реальных технологических процессов относятся к категории незамкнутых (рис. 10.1, А). Замкнутыми считаются такие системы, у которых отсутствует обмен с внешней средой веществом, но возможен обмен
энергией. Технологическим аналогом замкнутой системы может служить такой процесс, в котором полностью отсутствуют отходы химических веществ — твердые, жидкие и газообразные выбросы (рис. 10.1, Б). Например, конечная сборка изделия из готовых деталей. При этом обмен с внешней средой исходным сырьем и готовой продукцией во внимание не принимается, хотя продукцию также можно рассматривать как отложенный отход. Теоретически возможны и изолированные процессы, которые не дают ни материальных, ни энергетических отходов (рис. 10.1, В).
В общем случае все технологические процессы можно рассматривать с точки зрения их экологического соответствия. Относительно экологичными можно считать такие технологические процессы и производства, воздействие которых на окружающую среду в рамках определенных количественных соотношений не нарушает нормального функционирования природных экосистем. Неэкологичные техпроцессы создают повышенную техногенную нагрузку и оказывает негативное воздействие на состояние окружающей природной среды.
Неэкологичным может быть любой технологический процесс. Так, замкнутый техпроцесс, не имеющий отвода химических веществ в окружающую среду, нельзя считать экологичным, если он сопровождается вредными физическими воздействиями: тепловыми выбросами, шумами, электромагнитными полями и т.п.
Экологичность производственных процессов можно оценить с помощью метода сырьевых балансов, который основан на законах сохранения: масса всех используемых ресурсов (сырья, топлива, воды и т.п.) в конечном итоге равна массе готовых продуктов и промышленных отходов. Рассмотрим схемы материальных потоков в производствах разной степени замкнутости (рис. 10.2). Приняты следующие обозначения:
R — поток ресурсов (исходное сырье, основные и вспомогательные материалы, полуфабрикаты);
W — поток отходов (химические вещества и энергия), загрязняющий среду и уносящий определенную часть полезных ресурсов;
Wy — поток уловленных отходов;
Р — поток готовой продукции.
Незамкнутому производственному процессу (рис. 10.2, А) соответствует следующее уравнение материально-технического баланса:
R = Р + W = (R – Wy) + W. (10.1)
Скобки в уравнении указывают на единство потока (ресурсов и отходов). «Отходность производства» можно оценить по коэффициенту Котх = W/R. Соответственно коэффициент безотходности Кб = Р/R. Производственный процесс, предусматривающий очистку загрязняющих потоков, представлен схемой 10.2, Б, а при использовании уловленных веществ Wy в качестве вторичного сырья — схемой 10.2, В. В последнем случае материально-технический баланс описывается системой уравнений:
В замкнутом производственном цикле (рис. 10.2, Г) происходит полная переработка и утилизация потока отходов Wy, который вновь возвращается в сферу производства. Здесь потоки W и Wy количественно равны, а поток готовой продукции Р соответствует потоку R.
В ряде работ рассматриваются математические модели экологичности техпроцессов с различными схемами входных, промежуточных и выходных потоков. В качестве характеристик потоков принимаются не только массовые расходы вещества, но и его концентрации, температура, давление, расход тепла и другие физические параметры, связанные между собой балансовыми уравнениями. Методы моделирования производственных процессов оказываются полезными при решении задач оптимизации технологий по экологическим критериям.
Рис. 10.2. Материальные потоки в производственных процессах различной степени замкнутости
Технологическая схема производства: виды, типы и порядок разработки
Анализ технологической схемы производства необходим для определения наиболее опасных участков производства с точки зрения техногенной и пожарной безопасности.
В состав технологической части проекта и технологического регламента входит технологическая схема производства, за которой можно представить технологический процесс, который анализируется, и в целом оценить его пожарную опасность.
Технологическая схема пример
Технологическая схема
Технологическая схема производства – это последовательное описание или графическое изображение последовательности технологических операций (процессов) и соответствующих им аппаратов из превращения сырья на готовую продукцию.
Технологическая схема производства – это последовательный перечень всех операций и процессов обработки сырья, начиная с момента его приема и кончая выпуском готовой продукции, с указанием применяемых режимов обработки (длительности операции или процесса, температуры, степени измельчения и т.д.).
Полная
Полная технологическая схема – детальное графическое изображение и описание технологического процесса, включая все операции, аппараты, резервное оборудование, контрольно-измерительные приборы и автоматику, защитные устройства, системы регенерации тепла и веществ, резервную обвязку трубопроводами и тому подобное.
Полная технологическая схема необходима при детальном изучении технологии, но она не очень удобная при первичном изучении технологического процесса.
При первичном изучении производства лучше работать с принципиальной технологической схемой.
Принципиальная
Принципиальная технологическая схема содержит такую информацию:
- Последовательность технологических операций (нагревание, охлаждение, окрашивание, сушение, химические реакции, и тому подобное);
- Основное технологическое оборудование (теплообменные аппараты, ректификационной колонны, насосы, компрессоры, и тому подобное) без указывания количества однотипных аппаратов;
- Нормы технологического режима (давление, температура, концентрация, и тому подобное);
- Места ввода в процесс сырья и вспомогательных веществ и выхода из процесса готовой продукции, побочных продуктов и отходов производства.
Принципиальная технологическая схема дает информацию о физико-химической сути процессов, которые протекают в производстве, и, следовательно, часть начальных данных для анализа пожарной опасности данного производства.
Если при проведении пожарно-технического обследования или экспертизы проектных материалов у специалиста по пожарной безопасности нет принципиальной технологической схемы, но полна, рекомендуется упростить ее, превратив в принципиальную.
Эту работу могут выполнить как проектная организация или предприятие, так и специалисты, по пожарной безопасности.
Технологические схемы производства разделяют на такие типы:
- с открытой цепью;
- циклические (циркуляционные, круговые, замкнутые).
Схема с открытой цепью состоит из аппаратов, через которые все компоненты проходят лишь один раз. Циклическая схема предусматривает многоразовое возвращение к одному аппарату всех реагирующих масс или одной из фаз в гетерогенном процессе к достижению заданной степени превращения начальных веществ.
Технологическая схема имеет вид последовательных схематических изображений связанных между собой машин и аппаратов или же последовательных условных обозначений соединенных между собой операций.
Технологические аппараты на схеме изображают в виде упрощенных внешних очертаний элемента, стандартного условного обозначения, прямоугольников и других геометрических фигур.
Порядок разработки
При разработке принципиальной технологической схемы (превращении ли полной технологической схемы в принципиальную) необходимо придерживаться таких рекомендаций:
- показывать одну из нескольких однотипных технологических линий;
- показывать одну из нескольких однотипных операций или один из нескольких параллельных (или последовательных) однотипных аппаратов;
- изъять резервное оборудование;
- изъять или упростить системы регенерации (утилизации) тепла;
- изъять обвязку аппаратов дополнительными трубопроводами;
- изъять контрольно-измерительные приборы;
- изъять все защитные приборы и устройства.
Таким образом, используя технологический регламент, технологическую схему (полную или принципиальную) и технологическую часть проекта, можно оценить взрыво-пожароопасность аппарата, процесса, а также уровень их противопожарной защиты; указанные документы являются источником информации о технологических процессах, которая необходима для анализа пожарной опасности объекта в целом.
