Принципы проектирования аппаратов и средств защиты от техногенного воздействия в электроэнергетике
Введение
Проектирование как вид интеллектуальной деятельности, направленное на инженерных объектов техники и технологии. Процесс проектирования реализуется путем разработки комплекта проектной документации в виде текстовых документов и графической части проекта - чертежей. Процесс производства, документация и другие составляющие изготовления лекарственного средства направлены на обеспечение качества фармацевтической продукции.
Базовым требованием к проекту является обеспечение четырех требований: научной обоснованности; экономической целесообразности; возможности технической реализации и экологической безопасности.
Проектирования (от лат. Projectus - тот, что выступает впереди, выдающийся) в широком смысле означает процесс создания проекта. Проект представляет собой совокупность информации, адекватно отражает предполагаемый объект, процесс и т. п. В свою очередь инженерным проектированием можно называть процесс создания проекта некоторого технологического или технического объекта.
Разработка проектов объектов техники (оборудование, машины, аппараты, агрегаты) составляет одно из направлений инженерного проектирования - конструктивное проектирование, которое также называют техническим, а чаще - просто конструированием. Результат конструирование - конструкторский проект.
Разработка проектов объектов технологии (производства в целом, отдельные процессы, технологические стадии, операции, производственные линии) составляет другое направление инженерного проектирования - технологическое проектирование.
Характерным признаком проектов является то, что любой технологический объект, даже с самостоятельным назначением, всегда составляет часть объекта более высокого иерархического уровня. Признаками последнего могут быть целевая направленность на реализацию некоторого технологического процесса; наличие более или менее развитой инфраструктуры (то есть совокупности систем производственных коммуникаций и систем обеспечения соответствующих санитарно-гигиенических условий работы персонала); значительная или незначительная неопределенность связей между составными частями объекта, а также между объектом и окружающей средой (т.е. до некоторой степени непредсказуемость этих связей до получения представительной информации о функционировании реального объекта). Объекты, обладающие такими признакам, называют технологическими комплексами, или мегакомплексами. Создание проектов технологических комплексов представляет собой самостоятельное направление инженерного проектирования - функциональное технологическое проектирование, или просто проектирования.
Функциональный проект должен характеризовать технологический мегакомплекс в целом, а также его составные части, значения технологических характеристик, технологию и компоновки, системы коммуникаций и режимы функционирования, связанные между собой и с внешними объектами. Функциональный проект должен содержать необходимые данные для строительства и монтажа составных частей на выбранном строительной площадке и управления производством с целью реализации разработанного технологического процесса в конкретных географических, экономических, демографических и социальных условиях.
Таким образом, конструирование технических объектов должно быть основано на результатах технологического проектирования или согласованное с ними. Взаимозависимость конструирования и технологического проектирования особенно проявляется при функциональном проектировании фармацевтических объектов.
Эти обстоятельства, а также общность целей, принципов, методов, стратегий инженерного проектирования обусловливают необходимость взаимосвязи сфер деятельности конструкторов, технологов, проектировщиков на современном этапе научно-технического прогресса. В дальнейшем мы будем употреблять единый термин - проектирования - для обозначения процесса создания проекта любой степени сложности.
При проектировании возникает необходимость решения комплекса задач технического, инженерного, проектно-технологического и изобретательского характера.
Определим сущность технических, инженерных, проектно-технологических и изобретательских задач, возникающих в процессе проектирования. Экспериментальная оценка реакций популяции биологических агентов (БА) при изменении факторов окружающей среды - задача техническая. Рассчитать расходы охлаждающей жидкости в процессе растворения субстанции, температуру и влажность сушильного агента, пользуясь готовыми соотношениями, - простая инженерная задача. Разработать модель процесса, сформулировать критерий эффективности и оптимизировать технологические режимы процесса, выбрав наиболее выгодный промежуточный вариант между улучшением одних и ухудшением других показателей процесса, - задача проектно-технологическая. Решить задачу по выбору оптимальных значений критерия стерилизации при сохранении жизнеспособности БА и эффективного уничтожения контаминантов - задача изобретательская.
1 Организационные формы и методы проектирования
Как вид интеллектуальной деятельности проектирования находится в постоянном развитии. Развитие проектирования сопровождается дальнейшим развитии методов проектирования и их организационных форм. Методология проектирования базируется на применении различных приемов проектирования в зависимости от сложности и специфики объекта проектирования.
Среди организационных форм проектирования наиболее широко применяемой является инженерное проектирование (рис 1.1).
Рис.1.1 Структура инженерного проектирования
Разработка проектов объектов техники (оборудование, машины, аппараты, агрегаты) составляет одно из направлений инженерного проектирования - конструктивное проектирование, которое также называют техническим, а чаще - просто конструирование. Результат конструирования - конструкторский проект и является сферой деятельности инженера-конструктора.
Разработка проектов объектов технологии (производства в целом, отдельные процессы, технологические стадии, операции, производственные линии) составляет другое направление инженерного проектирования - технологическое проектирование. Результат - технологическая документация и является сферой деятельности инженера-технолога [3].
Создание проектов технологических комплексов представляет собой самостоятельное направление инженерного проектирования - функциональное технологическое проектирования, или просто проектирование.
Функциональный проект должен характеризовать технологический мегакомплекс в целом, а также его составные части, значения технологических характеристик, технологии и компоновки, системы коммуникаций и режимы функционирования, связанные между собой и с внешними объектами.
Функциональный проект содержит необходимые данные для строительства и монтажа составных частей на выбранном строительной площадке и управления производством с целью реализации разработанного технологического процесса в конкретных географических, экономических, демографических и социальных условиях
Методология проектирования базируется на применении различных приемов проектирования в зависимости от сложности и специфики объекта проектирования.
Наиболее известный и популярный есть чертежный метод проектирования, который полностью удовлетворяет требованиям задач проектирования простых объектов нижнего иерархического уровня. Чертежный метод проектирования позволил графически разделить процессы умственной разработки объекта и его практической реализации (изобретения), что способствовало ускорению темпов производства.
Специфической особенностью современности является расширение диапазона типов проектов и осложнения объектов проектирования при росте темпов проектных работ, что привело к выделению специальных групп проектировщиков, проектных коллективов с конкретным распределением труда по соответствующей специализации. Такой специализацией является распределение проектных работ по назначению - технологические, строительные, электротехнические, проекты контроля и автоматизации и прочее. Однако это не устранило недостатки чертежной метода, главный из которых заключается в том, что на этапе принципиального плана и разработки концепции проектируемого объекта, над проектом трудится только один, пусть самый опытный член коллектива. Выбор наиболее оптимального варианта осуществляется этим лицом на основе личного опыта и знаний, что не исключает субъективизма. Когда ему удается отыскать соответствующее решение проектной задачи, работа распределяется между членами коллектива в соответствии с их знаний и умения [1].
Другим серьезным недостатком чертежной метода является то, что он представляет собой простой неупорядоченный перебор вариантов.
2 Классификация технологического оборудования для адсорбционной очистки газовых выбросов ТЭЦ
Перспективным методом очистки газов от газо- и парообразных загрязнений является адсорбция - то есть процесс разделения, основанный на способности некоторых твердых тел избирательно поглощать разные компоненты из газовой смеси. Молекулы загрязняющего газа или пара, находится в газовой смеси, сорбируется на поверхности или в порах твердого тела.
Адсорбционный метод очистки газовых выбросов целесообразно использовать, когда необходимого эффекта нельзя достичь другими методами. Этот метод целесообразен также, когда концентрация примесей, удаляемых из газа-носителя, очень мала и необходима гарантия рекуперации примесей, поскольку они имеют значительную стоимость. Явление адсорбции обусловлено наличием сил притяжения между молекулами адсорбента и адсорбатива на границе раздела фаз, соприкасаются. Процесс перехода молекул адсорбатива с газоносителем на поверхностный слой адсорбента происходит в том случае, когда силы притяжения адсорбента превышают силы притяжения, действующие на адсорбатив со стороны молекул газа-носителя. Молекулы адсорбированного вещества при переходе на поверхность адсорбента уменьшают его энергию. В результате происходит выделение теплоты. В зависимости от силы притяжения адсорбента адсорбция может быть физическое или химическое. Теплота физической адсорбции стекла - дает до 60 кДж / мл., А химической - от 20 до 400 кДж / мл [2].
При физической адсорбции взаимодействие молекул с поверхностью адсорбента определяется сравнительно слабыми дисперсионными, индукционными и оптическими силами. При этом адсорбированные молекулы не вступают с молекулами адсорбента в химическое взаимодействие и сохраняют свою индивидуальность. Для физической адсорбции характерна высокая скорость, незначительная прочность связи между поверхностью адсорбента и адсорбатива и имеет теплоту адсорбции. При повышении температуры количество физически адсорбированного вещества уменьшается, а повышение давления приводит к увеличению вели чины адсорбции. Высокая скорость физической адсорбции свойство адсорбенту к регенерации позволяют проводить процесс циклически в условиях возвратности, то есть с ротацией стадий поглощения и выделения компонента, добываемой. Преимуществом физической адсорбции является возвратность процесса. При снижении давления адсорбента в газовой смеси или при повышении температуры адсорбированные молекулы легко десорбируют без изменения химического состава, а регенерированный адсорбент может использоваться многократно.
В основе химической адсорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и веществом, абсорбируется. Действующие при этом силы значительно больше, чем при физической адсорбции. Из-за значительной теплоту адсорбции (до 400 кДж / моль) энергия связи хемосорбных молекул сильно отличается от энергии связи этих самых молекул в потоке газа. Соответственно, энергия, которая необходима для того, чтобы хемосорбованная молекула прореагировала с молекулой другого сорта, может быть существенно меньше, чем энергия, необходимая для реакции этих молекул в газовой фазе. В связи с этим адсорбированная на поверхности твердого тела молекула легко вступает в химическую реакцию с другими молекулами. Молекулы адсорбатива, вступившая в химическое взаимодействие, хорошо удерживаются на поверхности и в порах адсорбента. При химической абсорбции ее скорость при низких температурах мала, но увеличивается с ростом температуры [4].
Физическая и химическая адсорбция часто способствуют друг другу. При очищении газов от газо- и парообразных загрязнений наиболее распространена физическая адсорбция. Характер протекания процесса абсорбции может быть периодическим или непрерывным
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. Периодические процессы происходят при неподвижном слое адсорбента, а непрерывные при подвижном или кипящем слое.
Все твердые вещества с развитой поверхностью является потенциальными адсорбентами. Для очистки газов используют адсорберы с хорошо развитой внутренней поверхностью, образование которой достигается в процессе их синтеза или в результате специальной обработки.
Адсорбенты должны отвечать следующим требованиям: иметь значительную динамически емкость, большую удельную поверхность, избирательность адсорбции, термическую
механическую устойчивость к регенерации, быть простым в изготовлении и дешевыми. Для адсорбционной очистки газов используют активированный уголь, силикагели, цеолиты, глинистые минералы, пористое стекло и т.
Основные свойства адсорбентов — это адсорбативная емкость (активность) пористая структура адсорбента, характеризующееся поверхностью адсорбента, объемом и размером пор; избирательность адсорбента.
Для интенсификации адсорбционных процессов по очистке газов от газо- и парообразных загрязнений используют оптимальные гидродинамические режимы очистки адсорбентов, новые типы адсорбентов и адсорбционных аппаратов. Оптимальными гидродинамическими условиями являются такие, что обеспечивает ют значительные скорости фильтрации очищаемого газа через адсорбент и степень очистки газа при малом гидравлическом сопротивлении слоя. Во-первых скорость движения приводит к интенсификации процесса масопередачи, но при этом существенно увеличивается гидравлическое сопротивление и энергетические затраты на транспортировку газов.
Перспективным направлением интенсификации адсорбционных процессов является использование кристаллов цеолитов в виде тонких порошков без вяжущего. В качестве поглотителя при этом используются суспензии, которые состоят с жидкости-носителя и цеолита. Как жидкость-носитель могут быть использованы органические и никак органические растворы.
Конструктивные особенности адсорберов определяются их размерами, объемом адсорбента, характером работы, время защитного действия, гидравлическим сопротивлением (рис. 2.1).
INCLUDEPICTURE "https://translate.googleusercontent.com/cnv_00001.gif" \* MERGEFORMATINET
Рисунок 2.1 Конструктивная схема адсорбера периодического действия:
1 - корпус; 2 - люки для выгрузки адсорбента; 3 - штуцер для выведения паров при десорбции; 4 - патрубок для загрязненной парогазовой смеси при десорбции и воздуха при сушке и охлаждении адсорбента при регенерации; 5 - люк для загрузки адсорбента; 6 - штуцер для отведения очищенного газа и воздуха во время регенерации; 7 - штуцер для отведения конденсата
Рисунок 2.2 Конструктивная схема адсорбера с кольцевым размещением адсорбента: 1 - корпус; 2 - адсорбент
Недостатком адсорберов с неподвижным слоем адсорбента являются: пенность процесса, значительный гидравлическое сопротивление, громоздкость, незначительное использование адсорбционной емкости адсорбента, сложность в управлении процессом очистки газов и тому подобное.
Адсорберы с движущимся слоем адсорбента обеспечивают непрерывность процесса, более полное использование адсорбционной емкости аппаратов за счет движения газа как по течению, так и против течения адсорбента. В одном аппарате все стадии процесса: адсорбция, регенерация, сушки и охлаждения. Движение газа и адсорбента может происходить в вертикальном или горизонталь ном направлении.
Конструктивная схема горизонтального адсорбера прямоугольного среза с движущимся слоем адсорбента представлена на рис. 2.3.
INCLUDEPICTURE "https://translate.googleusercontent.com/cnv_00026.gif" \* MERGEFORMATINET Рисунок 2.3 Конструктивная схема адсорбера с движущимся слоем адсорбента: 1 - корпус; 2 - бункер для загрузки свежего адсорбента; 3 - горизонтальный ленточный транспортер для перемещения адсорбента; 4 - адсорбент, движется; 5 - горизонтальный ленточный транспортер для уменьшения пылевыноса; 6 - распределительная решетка; 7 - бункер для отгрузки отработанного адсорбента, что идет на регенерацию.
3 Технологическое проектирование защиты от излучения АЭС
Для АЭС с тепловыми реакторами и теплоносителем-водой боковая биологическая защита из бетона обычно является основным вертикальным конструктивным элементом здания, к которому примыкают различные помещения. Внутренняя часть боковой биологической защиты часто представляет собой стальной бак с водой, выполняющей одновременно роль опорной конструкции. Вместо водяного бака может быть использована засыпка из горных пород и минералов, удерживающих в своем составе при высокой температуре кристаллизационную воду, либо радиационно- и термостойкие бетоны [1]. Как указывалось, на экипаж космического корабля могут воздействовать разнообразные излучения [2] протоны, а-частицы, более тяжелые ядра, различающиеся по своему происхождению и физическим характеристикам. Для обеспечения радиационной безопасности экипажа приходится применять специальную защиту. В защите космических кораблей наряду с ослаблением потоков заряженных частиц, падающих извне на оболочку космического корабля, происходит образование вторичных излучений протонов, нейтронов, мезонов. Вторичные излучения образуются также в биологической ткани тела космонавта [3]. Поэтому обычно ТА АЭС выполняются ремонтопригодными. Для этого конструкции наиболее уязвимых узлов, в том числе трубный пучок, должны отвечать соответствующим условиям. Если условия работы радиационно опасны для персонала станции, то, возможно, потребуется обеспечение проведения дистанционно управляемых технологических операций с использованием биологической защиты. Это требование относится, например, к НТО, в которых греющий теплоноситель первого контура радиоактивен. В этом случае особенно важно, чтобы трубный пучок был достаточно простым в изготовлении и компактным, поскольку это облегчает его извлечение для ремонта или замены. Конструкционное исполнение ТА должно обеспечивать полное дренирование теплоносителя первого и второго контуров [4].
Рис.3.1 Аппараты для очистки газов
СП АС—88 требуют в разделе проекта АЭС Радиационная безопасность приводить детальную информацию об источниках радиационной опасности персонала и населения (в режиме нормальной эксплуатации АЭС и при авариях), о средствах, мерах, способах снижения этой опасности (биологической защите, дистанционно управляемом инструментарии, средствах индивидуальной защиты и т. п.), о системах очистки и переработки радиоактивных отходов, ожидаемых дозовых нагрузках персонала и населения. Предполагается, что материал, содержащийся в этом разделе проекта, однозначно подтвердит главное требование СП АС—88 непревышение проектных значений индивидуальной дозы лиц из персонала и квоты дозового предела лиц из ограниченной части населения позволит контролирующим органам представить полную картину обеспечения радиационной безопасности будущей АЭС, а при обнаружении каких-либо недостатков запроектированной системы обеспечения радиационной безопасности устранить их на стадии проектирования [5]. Так как в физике защиты в настоящее время развит и программно реализован математический аппарат анализа чувствительности (см., например, [I]), то определение потребности в ядерных данных для задач биологической защиты сдерживается в основном неоднозначностью оценок требуемой точности расчета характеристики поля излучения в защитах. В большинстве случаев заданы требуемые абсолютные значения таких функционалов поля излучения в защитах, как радиационные повреждения, тепловыделение, активация, доза и т. п., а в ряде случаев приводятся допустимые погрешности расчета указанных величин без обсуждения природы возникновения значений допустимых погрешностей. Поэтому представляется целесообразным обсудить эту важную проблему [5].
Рис. 3.2 Аббразивоструйный аппарат
Должны безусловно обеспечиваться требования безопасности, нормальных условий труда персонала, а также охраны окружающей среды, включающие требования противопожарной безопасности, а на АЭС, кроме того, и радиационной безопасности, противоаварийной и биологической защиты. Помещения ТЭС и АЭС должны иметь хорошее естественное освещение, аэрацию и вентиляцию. Должна обеспечиваться защита воздушного бассейна от загрязнений вредными выбросами путем улавливания твердых частиц, оксидов серы и азота и рассеивания их в верхних слоях атмосферы [4].
Цепная реакция деления ядерного топлива протекает благодаря избыточным нейтронам. Под воздействием нейтронов в облучаемых конструкционных материалах реактора (оболочки твэлов, детали ТВС, внутриреакторные устройства, корпус), а также в теплоносителе и материалах биологической защиты, в газовой атмосфере, заполняющей пространство между реактором и его биологической защитой, многие химически стабильные (нерадиоактивные) элементы превращаются в радиоактивные. Возникает так называемая наведенная радиоактивность, усложняющая эксплуатацию, требующая применения защитных устройств и средств дистанционного обслуживания. Радиационное воздействие быстрых нейтронов вызывает в конструкционных материалах реактора, и прежде всего его активной зоны, существенные радиационные повреждения (охрупчивание, распухание, повышенную ползучесть) [5].
Расчет радиационного нагрева биологической защиты аналогичен расчету радиационного нагрева корпуса. Однако из-за сильного ослабления у-излучения корпусом и присутствия в защите легких элементов соотношение между радиационным и нейтронным нагревом здесь может измениться в пользу [5].
На АЭС эффективную биологическую защиту от у-излучения обеспечивают конструкционные материалы большой плотности, от нейтронного излучения — материалы с максимальным содержанием наиболее легких химически связанных элементов — лития, бора и особенно водорода. Кроме того, эти материалы должны иметь высокую радиационную и коррозионную стойкость, малую наведенную радиоактивность. Эти требования обеспечиваются только созданием искусственных материалов — бетонов путем подбора соответствующих заполнителя, вяжущего и добавок. В качестве заполнителей [3].
К перспективным методам защиты от биоповреждений следует, отнести биологические и экологические методы, использующие антагонизм отдельных видов и паразитизм одних (не опасных для металлоконструкций) за счет других (стимулирующих биоповреждения). Эти методы относят к экологически правильным, но пока применяются они в технике в единичных случаях. Радиационные методы, относящиеся к физическим, с использованием, например, радиоактивного технеция Тс с периодами полураспада 2,12-10 лет и его соединений, также можно отнести к группе перспективных, однако они дорогостоящи. Из химических методов заслуживают внимания [2].
Приточно-вытяжная вентиляция, которой оборудованы установки, предотвращает попадание в рабочее помещение озона, окислов азота, мономеров и других токсичных соединений, которые могут образоваться при радиационно-химическом отверждении покрытий. Комплексное применение местной биологической защиты, автоблокировок и системы эффективной приточно-вытяжной вентиляции позволяет размещать и эксплуатировать установки радиационно-химического отверждения покрытий в производственных помещениях обычного типа [3].
Лица, занимающиеся радиационной дефектоскопией, могут подвергаться в основном внешнему облучению. При воздействии на живой организм ионизирующее излучение вызывает в его тканях ионизацию либо непосредственно (а- и Р-излучения), либо косвенно, через образование вторичных электронов (7- и рентгеновское излучение)
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
Задать вопрос
