9.2 Экология
9.2.1 Факторы, отрицательно влияющие на окружающую среду
Для речного транспорта важной задачей является разработка, осуществление мероприятий по охране окружающей среды.
Суда речного флота стали одним из основных источников загрязнения рек, озер, водохранилищ. При эксплуатации судов различают следующие виды загрязнений водоемов:
-нефть и нефтесодержащие воды;
- технический и бытовой мусор;
-фекальные бытовые воды;
-тепловые выделения;
-воздействие движущихся судов на русла и берега водоемов;
Большую сложность вызывает охрана воздушного пространства. В качестве СЭУ, в основном используются двигатели внутреннего сгорания и среди них наибольшее распространение на речном флоте получили дизели. Различают следующие виды загрязнения атмосферы:
-отработавшие газы СЭУ;
-тепловое загрязнение;
-ядовитые испарения нефтепродуктов;
Деятельность речного транспорта также служит причиной ущерба, наносимого земельным фондам:
- изъятие земель для строительства портов, заводов;
-разрушение берегов речными судами;
-выпадение осадков в виде кислотных дождей из компонентов выхлопных газов.
Источники образования вредных факторов:
Нефть и нефтесодержащие воды, которые попадают в реки, озера и другие судоходные водоемы вследствие утечки нефти и нефтепродуктов при перевозке их в нефтеналивных судах из-за не герметичности топливных и грузовых емкостей, а также при промывке танков после разгрузки. Не исключена опасность вытекания нефти в аварийных ситуациях, например при переломе корпусов во время столкновения судов или посадке их на мель. На всех речных судах (из-за не плотностей в соединениях трубопроводов, механизмов, насосов, кранов, клапанов и т.п.) в машинном отделении под сланями скапливается вода и горюче – смазочные материалы. Содержание нефтепродуктов в подсланевых водах доходит до пяти процентов.
Технический и бытовой мусор образуется в процессе производственной и
бытовой деятельности на судне. Бытовые твердые отходы образуются в результате жизнедеятельности экипажа и пассажиров. К таким отходам относится бумага, упаковочные материалы, пищевые отходы. Бытовые твердые отходы хранятся в специальных контейнерах установленных на корме судна.
Для пищевых отходов предназначены отдельные контейнера. Технический мусор (ветошь, тканевые, синтетические и бумажные фильтра, прокладочный
материал и др.) который образуется в процессе обслуживания судовых механизмов. И основную массу этих отходов составляет промасленная ветошь, которая хранится в железных контейнерах в машинном отделении.
Так же на судах образуется большой объем фекальных и хозяйственно - бытовых вод. По приходу судна в порт подсланевые воды, хозфекальные воды, технический мусор, твердые и пищевые отходы сдаются на плавучие или береговые очистные станции.
Сброс загрязненных вод и любой тип мусора с судов на реках, каналах, озерах и водохранилищах категорически запрещен. Для предупреждения сброса в водоемы загрязненных вод суда оборудуются емкостями для сбора
и временного хранения подсланевых и хозфекальных вод.
При движении судов по реке, каналу, озеру, водохранилищу нарушается
уровень свободной поверхности воды и кинематика речного потока. Образованные волны и попутный поток вызывают взмучивание аллювиальных отложений на дне водоема и разрушают берега, причем эти явления интенсивнее проходят на мелководье и при прохождении судов вблизи берегов.
Суда речного флота служат причинной химического и теплового загрязнения атмосферы в результате работы СЭУ. Работа СЭУ также оказывает влияние на температуру речной воды. Отвод теплоты от двигателей охлаждающей водой и отработанные газы приводят к тепловому загрязнению окружающей среды. Исследование химического состава отработавших газов ДВС показало, что из них в атмосферу попадает около двухсот химических соединений. По степени и характеру воздействия на человеческий организм эти соединения делят на шесть групп.
В первую группу входят нетоксичные соединения: вода, водород, азот, кислород и углекислый газ.
Вторая группа содержит оксид углерода. Он способен воздействовать на кровь человека, вызывая кислородное голодание.
Третья группа включает в себя в основном окись азота и двуокись азота. Эти газы, попав в органы дыхания и взаимодействуя там с влагой, образуют азотистую азотную кислоты, раздражающие слизистую оболочку.
К четвертой группе относятся содержащие в саже и копоти различные углеводороды. Эти соединения токсичны и совместно с окислами азота участвуют в фотохимических реакциях.
Пятую группу составляют альдегиды, в основном формальдегид и акролеин.
Они вызывают раздражение дыхательных путей.
В шестую группу выделена сажа. Она состоит из мелких частичек углерода и не представляет непосредственной опасности для человека. Однако основная опасность сажи состоит в том, что она является переносчиком канцерогенных веществ.
Отработавшие газы СЭУ – не единственная причина загрязнения атмосферного воздуха судами речного флота. При перевозке жидких и газообразных грузов на танкерах и газовозах в атмосферу выделяются ядовитые вещества.
Изъятие земли для строительства портов и пристаней, судоремонтных и судостроительных заводов, дорог наносит ущерб земельным фондам. Почвы загрязняются производственными отбросами, строительным и бытовым мусором.
Нормируемые показатели по предельно допустимым концентрациямвеществ в воде и в воздухе.
Для ограничения неблагоприятного воздействия вредных веществ применяют гигиеническое нормирование их содержание в различных средах. Предельно допустимая концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны – это концентрации, которые при ежедневной работе, в течении всего рабочего стажа не могут вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследований в процессе работы или в отдалённые сроки жизни настоящего или последующего поколений. Исходной величиной для установления ПДК является порог хронического действия Limch. В которые вводится коэффициент запаса К3:
ПДК=Limch.
Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должно превышать установленных ПДК (таблица 9.1).
Таблица 9.1 – предельно допустимые концентрации веществ в воздухе
Наименование вещества |
ПДК, мг/м3 |
Оксид углерода |
20 |
Диоксид азота |
2 |
Диоксид серы |
10 |
Бензпирен |
0,00015 |
Рекомендации по снижению отрицательного влияния на окружающую среду.
В проектируемой камере сгорания дизеля режим сгорания будет сопровождаться мощными колебаниями газовой среды. Колебательному режиму сопутствует широкий спектр различных физико – химических явлений, среди преимуществ следует отметить значительное снижение токсичности от работавших газов. В таблице 9.2 приведены численные значения токсичных основных элементов в продуктах сгорания при турбулентном и пульсационном горении дизельного топлива, полученные в результате опытов.
Таблица 9.2 – Опытные результаты численных значений вредных веществ
Продукты сгорания |
Турбулентное горение |
Пульсационное горение |
Окислы азота, % |
0,062 |
0,032 |
Двуокись серы, % |
0,089 |
0,049 |
Сажа, % |
0,135 |
0,0135 |
Опираясь на приведенные выше факты можно утверждать, что двигатель с профилированным донышком поршня будет более экологичен, чем его ана-
лог без модернизации.
В настоящее время в двигателях внутреннего сгорания ежегодно сжигается сотни миллионов тонн моторного топлива и масла. При этом с отработавшими газами выбрасывается десятки тонн вредных веществ. Выбросы вредных веществ распределяются неравномерно, доминирующая их часть оседает в городах и крупных населенных пунктах. Введены стандарты на дымность и газообразные выделения, по которым дымность ОГ дизелей не должна превышать 20 – 40%.
Механизм образования в камере сгорания вредных веществ до конца не изучен, но установлено, что при такой организации сгорания топлива, образуются СО, СН и сажа при высоких скоростях окисления углеродов в большом количестве в составе ОГ появляются окислы азота (наиболее токсичный компонент).
Для определения концентрации вредных примесей в ОГ: окиси углерода, окислов серы, азота, бензапирена применяют приборы, действие которых основывается на принципе инфракрасных анализаторов. Дымность ОГ дизелей в настоящее время определяется с помощью различных приборов ССИДА-107, «Атлас».
При анализе состава ОГ целесообразно использовать два основных понятия:
токсичность и дымность ОГ.
Токсичные компоненты – это вредные вещества входящие в состав ОГ. Дымность отработавших газов – это свойства газа, обусловленное в нем наличием твердых или жидких аэрозольных частиц (в основном это сажа). Сажа имеет неприятный запах и черный цвет и является нежелательным компонентом ОГ дизеля.
Для одновременного снижения токсичности и дымности в ОГ требуется раз
личать мероприятия, которые не всегда совместимы между собой. Например
при снижении токсичности ОГ увеличивается дымность и наоборот. Поэтому
необходимо найти компромиссное решение.
Существенно уменьшить количество продуктов неполного сгорания топли-
ва позволит следующее: конструктивное изменение двигателя, повышение полноты сгорания путем изменения его качества (ввод присадок, подогрев топлива), оптимизация подачи топлива в цилиндр и смесеобразования, выбор оптимальных регулировочных параметров при работе и др.
9.2.2 Расчет предотвращенного ущерба от выхлопных газов двигателей
Абсолютный ущерб,
наносимый выхлопными газами
,
руб/год, определяется по формуле
(9.6)
где
руб/усл.т. – константа;
δ=0,1 – показатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха;
f – поправка, учитывающая характер рассеивания примеси в атмосфере.
(9.7)
где ψ – безразмерная поправка на тепловой подъем факела выбросов в атмосферу.
,
.
Безразмерная поправка Ψ,
Ψ=1+ΔТ/75; (9.8)
где ΔТ – среднегодовая разность температур в устье источника и в атмосфере ΔТ=250оС.
Ψ=1+250/75=4,33
h=2,5 м – геометрическая высота устья источника;
U=2 м/с – среднее значение модуля скорости ветра на уровне флюгера.
М – приведенная масса годового выброса вредных компонентов выхлопных газов, поступающих в атмосферу
(9.9)
где Аi – безразмерный показатель относительной опасности вредного компонента i-го вида;
mi – масса выброса i-го компонента, т/год;
N – число компонентов выхлопного газа;
Q – масса израсходованного топлива, т.
,
(9.10)
где be = 0,224 кг/(кВт·ч) – удельный эффективный расход топлива дизеля;
Pe = 165 кВт – мощность дизеля;
Вх = 125 суток, продолжительность ходового времени за навигацию
Q = (0,224·165·24)·125·10-3=111,
Q=111.
Таблица 9.3 – численное значение Аi и mi
№ |
Компоненты |
mi, кг/т |
Аi, усл. т/т |
1 |
Оксид углерода (СО) |
23 |
1 |
2 |
Оксиды азота (NOx) |
41 |
41,1 |
3 |
Оксиды серы (Sox) |
6 |
22 |
4 |
Углероды (СxHx) |
11 |
3,16 |
5 |
Твердые частицы (сажа) |
8 |
200 |
М=(1·0,023+41,1·0,041+22·0,006+3,16·0,011+200·0,008)·111=389,
М=389.
Y=2,4·102·0,1·1,2·389=11203.
Y=11203.
После установки двигателя ЯМЗ – 240М2 количество вредных компонентов в отработавших газах снизиилось. Уменьшился удельный эффективный расход топлива до 0,205кг/(кВт·ч)
Масса израсходованного топлива после модернизации Qпроф, т/год,
Qпроф=(0,205·221·24)·125·10-3,
Qпроф =136.
Тогда, приведенная масса годового выброса составит М, т/год,
М= (1·0,023+41,1·0,0205+22·0,0033+3,16·0,011+200·0,0008)·136,
М=338.
Тогда абсолютный ущерб, наносимый выхлопными газами Yпроф, руб/год после замены двух главных двигателей составит 672 т/год,
Yпроф=2,4·102·0,1·1,2·338,
Yпроф =9734.
Предотвращенный ущерб, руб/год будет равен П, руб/год,
П=Y – Yпроф , (9.11)
П=11203-9734,
П=14,69.
Удельный предотвращенный ущерб, руб/т для двух двигателей, руб/год, определяется по формуле
,
(9.12)
,
=26,47.
Таблица 9.4 – Результаты расчетов при замене двух двигателей
Q, т/год |
Qпроф, т/год |
Y, руб/год |
Yпроф,руб/год |
П, руб/год |
Пуд, руб/т |
222 |
272 |
22406 |
19468 |
2938 |
26,47 |
Расчет показал, что после замены главной СЭУ изменились эколого – экономические показатели, ущерб наносимый окружающей среде уменьшился.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе выполнения дипломного проекта была произведена разработка главной энергетической установки т/х проекта № 912.
Проектируемая энергетическая установка превосходит энергетическую установку судна прототипа. Спроектированная силовая установка, увеличивает скорость судна с составом с 18,5 км/ч до 20,6 км/ч, при этом удельный эффективный расход топлива уменьшился.
При выполнении дипломного проекта был произведен расчет гребного винта, расчет валопровода.
При выполнении дипломного проекта были проработаны топливная, масляная и система охлаждения, обслуживающие главную энергетическую установку.
Был произведен выбор необходимого оборудования.
В технологической части дипломного проекта было произведено изготовление и подбор шкива-муфты вала отбора мощности для передачи крутящего момента от главного двигателя генератору.
После расчета новое судно соответствует требованиям охраны окружающей среды, а также обеспечивает должную безопасность труда обслуживающего персонала, то есть соответствует действующим правилам технической безопасности труда на речных судах и техники безопасности.
Судно отвечает требованиям правил пожарной безопасности, требованиям санитарно-гигиенических правил, а также требованиям Речного Регистра России в плане размещения механизмов в машинном отделении палубного оборудования.
ЛИТЕРАТУРА
1 Басин А.М., Степанюк Е.Н. Руководство по расчету и проектированию гребных валов судов внутреннего плавания.- Л.: Транспорт, 1977.-202с.
2 Басин А.М., Степанюк Е.Н. Руководство по расчету и проектированию гребных валов, судов внутреннего плавания (приложения).- Л.: Транспорт, 1977.-55с.
3 Басин А.М., Степанюк Е.Н. Руководство по расчету и проектированию гребных винтов: Л.: Транспорт, - 1977. - 272 с.
4 Вьюгов В.В. Проектирование винтовых движителей судна. Методические указания по дисциплине теория и устройство корабля. – Новосибирск: НГАВТ, 2006. – 38с.
5 Фролов В.М. Судовые энергетические установки.- Новосибирск: НИИВТ, 1992.-50с.
6 Егоров Г.Л. Судовые гидравлические машины, вспомогательные механизмы и системы. - Новосибирск: НИИВТ, 1990.-46 с.
7 Егоров Г.Л. Механизмы якорных и швартовных устройств.- Новосибирск: НГАВТ, 1995.-36с.
8 Колпаков Б.А.,Сисин В.Д.,Хатеев О.Г., Егоров Г.Л. Судовые энергетические установки. Методические указания к выполнению курсового проекта. – Новосибирск, 2008. – 109с.
9 Кузьменков О.П. Расчет мощностей судовых электростанций (часть 1).- Новосибирск: НИИВТ, 1978.-98с.
10 Колпаков Б.А., Пичурин А.М. Оборудование судовых энергетических установок. Методическое пособие. Новосибирск. 2002.- 59 с.
11 Колпаков Б.А., Мартынов А.А., Пичурин А.М. Оборудование судовых энергетических установок и палубные механизмы. – Новосибирск: НГАВТ, 2012. – 107 с.
12 Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков. – Ленинград, 1964. – 652 с.
13 Володина О.А. Методические указания по выполнению экономических расчетов в дипломных проектах для студентов-судомехаников. – Новосибирск: Новосиб.гос.акад.трансп., 2011. – 41с.
14 Хордас Г.С. Расчеты общесудовых систем. - Справочник. Л.: Судостроение, 1983.-440с.
15 Горбацевич И.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения.- М.: Высшая школа, 1975.-267с.
16 Кнорринг Г.М. Справочник для проектирования электрического освещения.- Л.: Энергия, 1968.-391с.
17 Хомяков Н.М., Денисов В.В. Электрооборудование и электродвижение судов. Л., Судостроение, 1969. – 400 с.
10 Барац В.А., Артюхин Ю.Г. Охрана труда на судах водного транспорта.- М.: Транспорт, 1985.-121с.
11 Дегтярев В.В. Охрана окружающей среды.- М.: Транспорт, 1982.-43с.
12 Леонов В.Е. Экология. – Новосибирск: НГАВТ,1999. – 133 с.
13 Леонов В.Е. Расчет предотвращенного ущерба от выхлопных газов двигателей транспортных средств воздушному бассейну. Методические указания. Н-ск: НГАВТ, 1999. – 14 с.
14 Леонов В.Е. Расчет выбросов токсичных компонентов, образующихся при сжигании минерального сырья в энергосиловых установках. Н-ск: НГАВТ, 1999. – 23 с.
15 Справочник по серийным транспортным судам. Т.2. – ЦЕНТИ. МРФ., Транспорт, 1972. – 90 с.
16 Андриевский В.Г., Фролов В.М. Выполнение чертежей в курсовых и дипломных проектах.- Новосибирск: НИИВТ, 1991.-22с.
17 Чекмарев А.А., Осипов В.К. Справочник по машиностроительному черчению.-М.: Высшая школа, 2000.- 493с.
18 Долгополов Г.А., Лебедев Б.О. Методические указания по выполнению дипломных проектов на кафедре Т и СЭУ. – Новосибирск: Новосибирская государственная академия водного транспорта, 2011. – 30 с.
19 Пушнин В.П. Нормоконтроль дипломных проектов. Изменения и дополнения к методическим указаниям по выполнению чертежей и пояснительных записок в курсовом и дипломном проектах. – Новосибирск: НГАВТ, 2005. – 16 с.
20 Сисин В.Д. Методические указания по выполнению выпускной квалификационной работы для студентов дипломирующихся по кафедре «Термодинамики и СЭУ». – Новосибирск: НГАВТ,2005. – 20 с.
Изм.
Лист
№ докум
Подп.
Дата
Лист
СЭУ.
ДП-14.41.01.ПЗ
