Результаты исследований снижения запыленности воздуха с использованием мелкодисперсной воды в помещении овощехранилища при доработке корнеклубнеплодов

ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

УДК 629.039.58

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ СНИЖЕНИЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕЛКОДИСПЕРСНОЙ ВОДЫ В ПОМЕЩЕНИИ ОВОЩЕХРАНИЛИЩА ПРИ ДОРАБОТКЕ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ

© 2018 В.С. Шкрабак, А.А. Попов, С.В. Данилова

При доработке корнеклубнеплодов в помещениях овощехранилищ рабочие дышат воздухом с содержанием в нем пыли до 22 мг/м3 при ПДК - 8-9 мг/м3, на долю заболеваний органов дыхания приходится свыше 40% от общего числа заболеваний по всем нозологическим формам. Для эффективного подавления пыли мелкодисперсной жидкостью возникает необходимость определенных условий, при которых частицы почвенной пыли должны соответствовать размерам капель жидкости. Пылеобразование зависит от многих факторов, основными из которых являются размеры, форма и масса почвенных частиц. При известной толщине слоя корнеклубнеплодов и их удельной массе определяется удельный расход и продолжительность подачи мелкодисперсной жидкости. Для подтверждения теоретических и экспериментальных исследований были проведены производственные опыты в овощехранилище при доработке корнеклубнеплодов на разработанной нами установке, в результате которых была подтверждена оптимальная высота расположения распылителей для равномерного распределения мелкодисперсной жидкости и ее максимального поглощения почвенной пылью. Установлено влияние процентного содержания почвы в ворохе корнеклубнеплодов, толщины слоя корнеплодов и продолжительность подачи мелкодисперсной жидкости на количество содержания почвенной пыли в воздухе рабочей зоны. Выяснилось, что основное влияние на содержание почвенной пыли в воздухе оказывает не только время подачи мелкодисперсной жидкости, но и влажность почвы, содержащейся в корнеклубнеплодах. Также мы рассчитали расход жидкости через один распылитель и время поглощения влаги почвой для миниминизации увлажнения корнеклубнеплодов. Таким образом, результаты производственных опытов подтверждают необходимость использования системы гидроподавления для снижения запыленности воздуха в помещениях овощехранилища при доработке корнеклубнеплодов. Следовательно, гидроподавление почвенной пыли на линиях доработки корнеклубнеплодов обеспечивает эффективное снижение запыленности воздуха рабочей зоны до нормативных ПДК и ниже, что, безусловно, ведет к улучшению условий и охраны труда работающих.

Ключевые слова: овощехранилище, корнеклубнеплоды, лабораторная установка, почва, пыль, мелкодисперс-ность, жидкость, распылители, линии доработки.

At completion of root crops in the vegetable areas of workers breathing air with a concentration of dust up to 22 mg/m3 MPC - 8-9 mg/m3, the share of respiratory diseases account for over 40% of the total number of diseases, noso-logical forms. For effective dust suppression finely dispersed liquid there is a need of certain conditions under which particles of soil dust should match the size of liquid droplets. The dust formation depends on many factors, the main of which are size, shape and weight of soil particles. A known thickness of a layer of root crops and their specific gravity determined by the specific flow rate and duration of feeding finely divided liquid. To confirm the theoretical and experimental research was about conducting industrial experiments in the vegetable store at completion of root crops on our developed setup, which was confirmed by the optimal height of the nozzles for uniform distribution of finely dispersed liquid and its maximum absorption of soil and dust. The influence of the percentage content of the soil at the pile of roots, thickness of roots and the duration of the supply of fine liquid to the amount of soil dust in the air of working zone. It turned out that the main influence on the content of soil dust in the air has not only feeding the finely dispersed liquid, and the humidity of the soil contained in the root crops. We also calculated the flow rate through one atomizer and the time of moisture absorption by the soil for moisture minimizatsii root crops. Thus, the results of industrial experiments confirm the need to use system hydromodule to reduce dust content in the indoor air of bewegende at completion of root crops. Consequently, hydromodule soil dust on the lines of refinement of the root crops ensures efficient reduction of air dustiness of the working area to the standard PDK and below that, of course, leads to the improvement of conditions and labour protection of workers.

Keywords: vegetable storage, root crops, laboratory setup, soil, dust, fine-dispersion, liquid, spray, line improvements.

Введение. По данным Росстата на долю заболеваний органов дыхания приходится свыше 40% от общего числа заболеваний по всем нозологическим формам [1, 2, 3]. При доработке корнеклубнеплодов в помещениях овощехранилищ рабочие дышат воздухом с содержанием в нем пыли до 22 мг/м3 при ПДК - 8-9 мг/м3. Для снижения запыленности воздуха при доработке корнеклубнеплодов используют аэродинамический способ удаления пыли, но он не обеспечивает снижение запыленности воздуха рабочей зоны до нормативных требований. Гидроподавление почвенной пыли, использующееся в промышленности, при доработке корнеклубнеплодов применять нельзя из-за их увлажнения. Для

ответа на вопрос о возможности использования гидроподавления почвенной пыли вначале необходимо понять физику процесса формирования пыли в зависимости от количества, физико-механических свойств и влажности почвы, поступающей вместе с корнеплодами на линии доработки.

Методика и результаты исследования. Известно, что содержание почвы в ворохе корнеплодов может достигать 25%, а влажность - до 35% [4, 5, 6, 7]. Гранулометрический состав дерново-подзолистой почвы, поступающей вместе с корнеплодами на доработку, определенный по методике Н.А. Качинского, представлен в таблице 1 [8].

Таблица 1 - Гранулометрический состав почвы, поступающей вместе с корнеплодами от уборочных машин теребильного типа на линии послеуборочной доработки столовых корнеплодов

Показатели Процентное содержание фракций, %

крупные фракции, мм мелкие фракц ии (пыль), мм

1-0,25 0,250,05 0,050,01 Всего 0,010,005 0,0050,001 <0,001 Всего

1-я повторность 50,21 25,49 9,59 85,29 3,12 5,47 6,12 14,71

2-я повторность 49,50 27,20 9,47 86,17 4,00 4,47 5,35 13,82

Среднее значение 49,86 26,35 9,53 85,58 3,56 4,97 5,74 14,28

Стандартн. отклонение 0,51 1,93 0,09 х 0,62 1,28 0,54 х

Коэф. вариации, % 1,02 7,0 0,94 х 17 13 9 х

Из данных, приведенных в таблице 1, видно, что среднее значение содержания мелкодисперсной пыли к общему содержанию почвы в корнеплодах составляет 14,28%. Используя закон сохранения количества движения (закон сохранения импульса), рассмотрена возможность подавления пыли путем встречной подачи на нее мелкодисперсной жидкости. Представим движение капель жидкости и частиц пыли навстречу друг другу по одной осевой линии [8]:

mBVB - m^Vi > 0 meVe > ПпУп ,

где mв и mп - масса частиц, соответственно жидкости и пыли, мг; Vв и V - скорость движения частиц, соответственно жидкости и пыли, м/с. Найдем подачу жидкости такой, чтобы площадь сечения капель жидкости и площадь

сечения частиц пыли были равными между собой путем регулирования давления жидкости и диаметров отверстий распылителей в форсунках, тогда [6]:

Ve> — V = ^п, м/с,

тв р8

где р„ и рв - плотность пыли и жидкости, г/см3. При Vп = 0,7 м/с; рп = 1,2 г/см3; рв = 1,0 г/см3 скорость мелкодисперсной жидкости в зоне контакта с ворохом корнеплодов Vвх = (1,2/1,0) 0,7 = 0,84 (м/с).

В этой формуле скорость витания мелкодисперсных частиц почвы (пыли) принята равной Vп = 0,7 м/с. На основании данных о распределении фракционного состава почвы в зависимости от ее скорости витания, представленного на рисунке 1, средняя скорость витания почвы (пыли) составляет 0,2 м/с.

Рисунок 1 - Распределение фракционного состава почвы в зависимости от её скорости витания

Диаметр поперечного сечения струи на расстоянии Нот выходного отверстия распылителя зависит от угла конуса распыла при выходе из распылителя, который может достигать 35°. При угле распыла жидкости в 35° диаметр поперечного сечения струи dс. на расстоянии H от выходного отверстия распылителя, обычно равного 0,5 + 0,6 м, достигает 0,4 м.

Расход жидкости через один распылитель можно определить по формуле [9, 10]:

Ож.= °'66 л/с

60

где - площадь выходного отверстия распылителя, мм2;

д - ускорение свободного падения, м/с2;

Р - давление при входе жидкости в распылитель, кг/см2;

р - коэффициент расхода.

Коэффициент расхода р зависит от геометрической характеристики распылителя и составляет от 0,22 до 0,47.

При известных значениях расхода жидкости через один распылитель, диаметра поперечного сечения струи на расстоянии Н от выходного отверстия распылителя, толщины слоя вороха, подаваемого приемным бункером на инспекционные столы, удельного веса подаваемого вороха корнеплодов можно определить расход жидкости на 1 т обрабатываемого вороха корнеплодов.

Расход жидкости на подавление мелкодисперсной почвенной пыли при доработке 1 т корнеплодов (Ож) определим по формуле

Ож. = Ож.Пр. , л/т,

где к - время подачи жидкости при опрокидывании 1 т корнеплодов из контейнеров в приемный бункер линии, с (к. = до 4 с);

Пр. - количество распылителей.

При выборе диаметра выходного отверстия распылителя ^р.) необходимо, чтобы площадь сечения капель жидкости и площадь сечения частиц пыли были равны между собой. Почвенная пыль на линии доработки корнеплодов имеет размеры от 0,05 мм и ниже. По данным Э.М. Ивановича (1967 г.) размеры капель жидкости 50 мкм (0,05 мм) при давлении жидкости свыше 5 кг с/см2 соответствуют размерам частиц почвенной пыли - 0,05 мм [10]. Это условие может быть обеспечено путем повышения давления подаваемой жидкости при одновременном снижении диаметра выходного отверстия распылителя (йр.< 0,5 мм).

Представленные данные показывают возможность подавления мелкодисперсной пыли на линиях доработки корнеплодов мелкодисперсной жидкостью с давлением выше 5 кг с/см2 и с диаметром выходных отверстий распылителей до 0,5 мм. Ориентировочный расход жидкости на подавление пыли с 1 т подаваемого вороха корнеплодов на линию доработки - от 0,2 л/т.

Факел мелкодисперсной жидкости из распылителей накрывает всю поверхность вороха корнеплодов, выгружаемых в приемный бункер линии. Подъему облака пыли из вороха корнеплодов препятствует облако мелкодисперсной жидкости из распылителей. В это время мелкодисперсная жидкость поглощается пылью, которая затем оседает на корнеплоды в бункере в виде пластичной массы на глубину до 10 см. Выгрузка корнеплодов из транспортных средств в приемный бункер осуществляется за несколько приемов. Время, затрачиваемое на выгрузку корнеплодов за один прием, достигает 5 с, время на поглощение пылью мелкодисперсной жидкости - не менее 10 с. Для обеспечения этого условия распылители необходимо установить на

расстоянии свыше 600 мм от поверхности корнеплодов.

Определение содержания почвенной пыли в воздухе в зависимости от содержания почвы в ворохе корнеплодов, толщины слоя корнеплодов и продолжительности подачи мелкодис-

персной жидкости проведено на лабораторной установке по матрице 23-1 [11]. Расстояние от распылителей до поверхности корнеплодов -600 мм, расход жидкости через один распылитель - до 317 мл/мин. Уровни факторов по матрице 23-1 представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Уровни факторов по матрице 23-1 (масса корнеплодов во всех опытах - 7,5 кг, абсолютная влажность почвы - 2,45%) [6]

Факторы Уровни факторов Интервал варьирования

- 1 0 + 1

А - содержание почвы в корнеплодах, %,

В - толщина слоя корнеплодов в контейнере, см

С - продолжительность подачи жидкости на ворох корнеплодов, с 0,0 5 10 5

Уравнение регрессии У (мг/м3) - содержание почвенной пыли в воздухе помещения, полученное с использованием программы Statgraphics, имеет следующее выражение:

У = 12,8325 + 0,0775А - 1,4725В - 4,0875С, мг/м3.

На рисунке 2 материалы представлены графически.

5 П 2

а

«

35 «

а

«

ч о

и

18,7

16,7

14,7

12,7

10,7

8,7

-1.0

1.0

-1.0

1.0

-1.0

1.0

Фактор А Фактор В! Фактор С

Рисунок 2 - Зависимость содержания пыли в воздухе помещения (мг/м3) от содержания почвы в ворохе корнеплодов (фактор А), толщины слоя корнеплодов (фактор В), продолжительности подачи мелкодисперсной жидкости на корнеплоды до 10 с (фактор С) во время выгрузки корнеплодов из контейнера в тару

Исследования показали, что с увеличением толщины слоя корнеплодов от 70 до 210 мм наблюдается незначительное снижение запыленности воздуха. Изменение содержания почвы в ворохе корнеплодов в интервале от 1 до

5% практически не оказало существенного влияния на снижение запыленности воздуха.

Основное влияние на содержание почвенной пыли в воздухе оказывает продолжительность подачи мелкодисперсной жидкости на корнеплоды. При отсутствии увлажнения корне-

плодов среднее содержание почвенной пыли в воздухе рабочей зоны при их выгрузке из контейнера составило 18,37 мг/м3; при продолжительности подачи мелкодисперсной жидкости на корнеплоды в течение 10 с произошло снижение до 7,35 мг/м3 (при ПДК 8-9 мг/м3). Опыты, продолженные с увеличением подачи мелкодисперсной жидкости до 30 с, при постоянных значениях содержания почвы в корнеплодах (фактор А) и толщины слоя корнеплодов (фактор В) показали, что с увеличением продолжительности подачи воды резко снижается запыленность воздуха - до 3,45 мг/м3.

Так как при высоком увлажнении поверхности корнеплодов снижается срок их хранения, то подачу мелкодисперсной жидкости на корнеплоды следует ограничивать 30-ю секундами. Результаты экспериментальных исследований были учтены при проведении опытов в производственных условиях в овощехранилище ПК «Шушары» Тосненского района Ленинградской области. Во время массовой уборки урожая при затаривании корнеплодов и картофеля в камеры хранения с предварительным удалением на линиях из вороха корнеклубнеплодов почвы и свободной ботвы содержание пыли в воздухе достигает от 12 до 22 мг/м3. При такой запыленности воздуха возникает необходимость в технологических перерывах, рабочие вынуждены работать в респираторах, что приводит к потере рабочего времени и снижению производительности.

Для снижения запыленности воздуха на одной из линий для доработки столовой свеклы и картофеля нами установлена лабораторная установка для гидроподавления пыли в воздухе. В конце приемного бункера смонтировали два распылителя для мелкодисперсной жидкости на регулируемой по высоте П-образной штанге. Высота расположения распылителей на штанге до дна приемного бункера - от 600 мм, расход жидкости через один распылитель - до 317 мл/мин. При поступлении на доработку корнеплодов с сухой поверхностью силикатосодер-жание пыли в воздухе при использовании системы гидропылеподавления снижалось в два раза, т.е. до нормативного уровня ПДК и ниже.

Выводы. Проведенные исследования показали, что содержание пыли в воздухе при доработке корнеплодов в разные периоды времени различно и зависит от содержания почвы в ворохе корнеплодов и ее влажности. Основ-

ное влияние на содержание пыли оказывает влажность почвы и время подачи на облако пыли мелкодисперсной жидкости. Результаты проведенных нами производственных опытов подтверждают результаты теоретических и экспериментальных исследований, то есть система гидроподавления пыли обеспечивает снижение запыленности воздуха рабочей зоны в овощехранилище при доработке корнеклубнеплодов до нормативных требований, что ведет к улучшению условий труда и снижению травматизма и профзаболеваемости.

Литература

1. Российский статистический ежегодник. Федеральная служба государственной статистики. 2015: Стат. сб. / Росстат. - Р76. - М., 2015. - 728 с.

2. Величковский, Б.Т. Фиброгенные пыли. Особенности строения и механизма биологического действия / Б.Т. Величковский. - Горький: Волго-Вят. кн. изд-во, 1980.

- 159 с.

3. Евгенова, М.В. Профессиональные пылевые бронхиты / М.В. Евгенова, В.И. Зерцалова, И.С. Иванова.

- М.: Медицина 1979. - 132 с.

4. Попов, А.А. Технологии и технические средства производства столовой моркови и свеклы на Северо-Западе Российской Федерации / А.А. Попов, А.М. Валге. -СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2007. - 220 с.

5. Волков, Б.Г. Технологические свойства полей Северо-Запада РСФСР / Б.Г. Волков и др. // Науч. тр. НИПТИМЭСХ. - 1972. - Вып. 2. - С. 32-37.

6. Попов, А.А. Теоретическое обоснование использования мелкодисперсной жидкости для подавления почвенной пыли на линиях послеуборочной доработки корнеплодов / А.А. Попов, В.С. Шкрабак, С.В. Данилова // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. - 2015. - № 9. - С. 50-56.

7. Кельчевская, Л.С. Влажность почвы Европейской части СССР / Л.С. Кельчевская. - Л.: Гидрометеоиз-дат, 1983. - 182 с.

8. Результаты исследований гидроподавления почвенной пыли при доработке корнеплодов с целью улучшения условий труда работников / В.С. Шкрабак,

A.А. Попов, С.В. Данилова, В.Ф. Богатырев // Вестник аграрной науки Дона. - 2016. - № 3 (35). - С. 77-86.

9. Обоснование параметров и режимов работы оборудования для гидроподавления почвенной пыли на линиях предреализационной доработки корнеплодов /

B.С. Шкрабак, А.А. Попов, С.В. Данилова, В.Ф. Богатырев // Безопасность жизнедеятельности - М.: Новые технологии, 2016. - № 7. - С. 12-16.

10. Сельскохозяйственные машины. Теория и технологический расчет / Б.Г. Турбин, А.Б. Лурье, С.М. Григорьев, Э.М. Иванович, С.В. Мельников; под ред. проф. Б.Г. Турбина. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1967. - 583 с.

11. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1976. - 279 с.

References

1. Rossijskij statisticheskij ezhegodnik. Federal'naja sluzhba gosudarstvennoj statistiki. 2015: Stat. sb. [Russian statistical Yearbook. Federal state statistics service. 2015: Stat. SB.], Rosstat, P76, M., 2015, 728 p.

2. Velichkovsky B.T. Fibrogennye pyli. Osobennosti stroeniya i mekhanizma biologicheskogo dejstviya [Fibrogenic dust. Features of the structure and mechanism of biological action], Gorky, Volga-Vyat. book. publishing house, 1980, 159 p.

3. Evgenova M.V., Zertsalova V.I., Ivanova I.S. Pro-fessional'nye pylevye bronhity [Professional dust bronchitis], M., Medicine 1979, 132 p.

4. Popov A.A., Valge A.M. Tehnologii i tehnicheskie sredstva proizvodstva stolovoj morkovi i svekly na Severo-Zapade Rossijskoj Federacii [Technologies and technical means of production of carrot and beet in the North-West of the Russian Federation], SPb., SZNIIMESKH, 2007, 220 p.

5. Volkov B.G. i dr. Tekhnologicheskie svojstva polej Severo-Zapada RSFSR [Technological properties of fields of the North-West of the RSFSR], Scientific. tr. NIPTIMESH, 1972, v. 2, pp. 32-37.

6. Popov A.A., Shkrabak V.S., Danilova S.V. Teoreti-cheskoe obosnovanie ispol'zovaniya melkodispersnoj zhid-kosti dlya podavleniya pochvennoj pyli na liniyah posleubo-rochnoj dorabotki korneplodov [Theoretical justification of the use of fine-dispersed liquid for suppressing soil dust on the lines of post-harvest processing of root crops], Bulletin of the

Saratov State Agrarian University named by N.I. Vavilov,

2015, No 9, pp. 50-56.

7. Kelchevskaya L.S. Soil moisture of the European part of the USSR, L., Gidrometeoizdat, 1983, 182 p.

8. Shkrabak V.S., Popov A.A., Danilova S.V., Bogaty-rev V.F. Rezul'taty issledovanij gidropodavlenija pochvennoj pyli pri dorabotke korneplodov s cel'ju uluchshenija uslovij truda rabotnikov [The results of studies of hydromodule soil and dust at completion of root crops with the aim of improving the working conditions of employees], Vestnik agrarnoj nauki Dona, 2016, No 3 (35), pp. 77-86.

9. Shkrabak V.S., Popov A.A., Danilova S.V., Bogaty-rev V.F. Obosnovanie parametrov i rezhimov raboty oborudo-vanija dlja gidropodavlenija pochvennoj pyli na linijah pre-drealizacionnoj dorabotki korneplodov [Justification of parameters and modes of operation of the equipment for hydromodule soil dust on the lines prerealization refinement of the roots], Bezopasnost' zhiznedejatel'nosti, M., Novye tehnologii,

2016, No 7, pp. 12-16.

10. Turbina B.G. i dr. Sel'skohozjajstvennye mashiny. Teorija i tehnologicheskij raschet: uchebnik [Agricultural machine. Theory and process design: a tutorial], pod redakciej B.G. Turbina, 2-e izd., pererab. i dop., L., Mashinostroenie, 1967, 583 p.

11. Adler Ju.P., Markova E.V., Granovskij Ju.V. Plani-rovanie jeksperimenta pri poiske optimal'nyh uslovij [Planning of experiment when searching optimal conditions], 2-e izd., pererab. i dop., M., Nauka, 1976, 279 p.

Сведения об авторах

Шкрабак Владимир Степанович - доктор технических наук, профессор кафедры «Безопасность технологических процессов и производств», ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» (г. Пушкин, Российская Федерация). Тел. +7-921-345-21-09. E-mail: v.shkrabak@mail.ru.

Попов Александр Александрович - доктор технических наук, профессор кафедры «Безопасность технологических процессов и производств», ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» (г. Пушкин, Российская Федерация). Тел. +7-911-284-83-61. E-mail: popov99. 1940@mail.ru.

Данилова Светлана Вячеславовна - кандидат технических наук, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» (г. Пушкин, Российская Федерация). Тел. +7-911-818-30-29. E-mail: vipsvetlana@list.ru.

Information about the authors

Skrabak Vladimir Stepanovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Safety of technological processes and production department, FSBEI HE «St. Petersburg State Agrarian University» (Pushkin, Russian Federation). Phone: +7-921-345-21-09. E-mail: v.shkrabak@mail.ru.

Popov Alexander Alexandrovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Safety of technological processes and production department, FSBEI HE «St. Petersburg State Agrarian University» (Pushkin, Russian Federation). Phone: +7-911-284-83-61. E-mail: popov99. 1940@mail.ru.

Danilova Svetlana Vyacheslavovna - Candidate of Technical Sciences, FSBEI HE «St. Petersburg State Agrarian University» (Pushkin, Russian Federation). Phone: +7-911-818-30-29. E-mail: vipsvetlana@list.ru.

УДК 614.83

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ © 2018 г. Н.И. Шабанов, С.М. Пятикопов

Целью настоящей работы является получение дополнительных сведений о негативном влиянии опасных производственных объектов (ОПО), необходимых для разработки соответствующих защитных мероприятий. В последней редакции закона об ОПО отмечается, что если на ОПО требуется отступление от требований промышленной безопасности или последних недостаточно, необходима разработка нового документа «Обоснование безопасности ОПО», содержащего, в том числе, и сведения о результатах оценки риска аварии на ОПО и связанной с ней угрозы, что подтвер-