Исследование методов охлаждения садки колпаковой печи с помощью математического моделирования

Работа с ПК

Процессор, монитор, защитный экран, клавиатура

Ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, гиподинамия, прямая и отраженная блескость

Работа с ПК и принтером

ПК, принтер

Опасный уровень напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека, U=220 В

Продолжение табл. 18

Санитарно-гигиеническая и противопожарная характеристики помещений машинного зала

Исследовательская работа проводится в машинном зале, расположенном в подвале пятиэтажного здания и имеющем следующие размеры: площадь - 48 м² , высота - 3,5 м² , объем - 168 м³ . Стены зала кирпичные, покрыты штукатуркой и краской. Пол покрыт линолеумом, потолок побелен.

Все оборудование, применяемое в машинном зале, соответствует «Санитарным нормам проектирования промышленных предприятий /7/,/11/, /13/ и его характеристики приведены в табл. 19.

Число одновременно работающих преподавателей и студентов не должно превышать 14 человек. При этом на одного человека приходится 12 м³ объема и 3,48 м² площади.

Категория работ - легкая. Работы производятся сидя за столом перед экраном монитора, не связаны с переносом тяжестей, не требуют больших физических усилий.

В машинном зале отсутствует избыток тепла, поддерживаются условия для создания благоприятного микроклимата. Все данные по климатическим условиям приведены в

табл. 20.

Таблица 19

Оборудование машинного зала

Таблица 20

Климатические параметры машинного зала

В качестве нагревательных приборов в холодный период года используются водяные радиаторы с температурой воды до 80 ⁰ С.

В машинном зале предусмотрено естественное и искусственное освещение. Нормы естественного освещения приведены в табл. 21, составленной по СНИП II-4-79 /20/ - /23/.

Искусственное освещение машинного зала представляет собой общее освещение люминесцентными лампами. Нормы искусственного освещения приведены в табл. 22.

Электроснабжение машинного зала осуществляется присоединением к низковольтной сети энергосистемы. По опасности поражения электрическим током машинный зал относится к помещениям с повышенной опасностью. Возможно одновременное касание металлического корпуса электроустановки и заземленного трубопровода.

Выполняемые работы относятся пожароопасным категории «В».

Помещение по пожароопасности классифицируется как категории П1-1а, так как в нем находятся сгораемые предметы: компьютеры, принтеры, шкафы, столы, стулья. Здание имеет II степень огнестойкости. Стены и перегородки здания несгораемые, имеют предел огнестойкости 0,25-0,75 часов. Для тушения пожара в здании предусмотрены огнетушители ОП-5, для тушения электроустановок ОУ-5.

Проход между столами - 4 метра. Столы с компьютерами стоят вдоль стен. Ширина выхода - 1,7 метра. Расстояние от наиболее удаленного рабочего места до выхода из помещения - 9 метров. Машины имеют закрытое исполнение. Это удовлетворяет требованиям СНИП II-2-80 /21/.

Таблица 21

Нормы естественного освещения

Продолжение табл. 21

Таблица 22

Нормы искусственного освещения

Разработка мер защиты от выявленных опасных и вредных факторов

Расчет искусственного освещения

Необходимо улучшить освещенность машинного зала и пересмотреть количество люминесцентных ламп.

Исходные данные: лампы - ЛБ 40; площадь зала - 48 м² ; освещенность - 200 лк; высота подвеса - 3,5 м; коэффициент запаса - 1,5

Определяем суммарную мощность осветительной установки и количество светильников методом удельной мощности.

Удельная мощность установки:

P_y = 18 Вт/м² ,

Суммарная мощность установки вычисляется по формуле:

P_х = P_y ×S, (7)

где S - площадь зала, м² ;

P_x = 18×48 = 864 Вт

Количество светильников вычисляется по формуле:

N = P_x /(P_л ×n) (8)

где P_л - мощность одной лампы, Вт;

n - количество светильников в лампе, шт.

N = 864 / (400×3) = 7

Результаты расчетов показали, что необходимо добавить один светильник к шести имеющимся.

Защита от излучения мониторов

Для ослабления излучения мониторов установлены защитные экраны «SEPOMS F-14SB» на монитор каждого компьютера. Количество защитных экранов - 11 штук. Данные экраны позволяют снизить аккумуляцию статического электричества, поглощают 100 % ультрафиолетового и рентгеновского излучения.

Защита от опасного уровня напряжений в электрической цепи.

ГОСТ 12.1.038-83 /21/ устанавливает предельно допустимые напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека. В данном случае при наличии переменного тока частотой 50 Гц допустимое напряжение прикосновения должно быть не более 2 В, а ток - не более 0,3 мА. Вследствие этого необходимо произвести расчет защитного заземления.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 23.

Имеем также: тип заземлителя - стержневой (трубчатый с толщиной стенки 3,5 мм); заземлитель - заглубленный; расположение вертикальных заземлителей - по четырехугольному контуру; грунт - чернозем; климатическая зона - III.

Расстояние между трубами определяем по формуле:

L_т = С×l_т , (9)

где С - константа для расчета заглубленных заземлителей;

L_т = 1×100 = 100 см

Таблица 23

Расчет защитного заземления

Вычисляем расстояние от поверхности земли до середины трубы по формуле:

t = h+l_т /2 (10)

t = 120+100/2 = 170

Определяем наибольшее допустимое сопротивление заземления по формуле:

R₃ = 125/I₃ (11)

R₃ = 125/3 = 41 Ом

Вычисляем расчетное удельное сопротивление грунта для труб по формуле:

P_рас.т. = P_табл ×К_ГГ (12)

где P_рас.т. - удельное сопротивление грунта, Ом×см;

К_ГГ - повышающий коэффициент для стержневого заземлителя;

P_рас.т. = 20000×1,5 = 30000 Ом×см

Определяем расчетное удельное сопротивление грунта для соединительной полосы по формуле:

P_рас.т. = P_табл × К_ГГ , (13)

где К_ГГ - повышающий коэффициент для полосового заземлителя;

P_рас.т. = 20000×3,25 = 65000 Ом×см

Количество труб, которое необходимо забить в грунт, без учета коэффициента экранирования определяем по формуле:

n_т ×h_эт = R_т /R₃ , (14)

n_т ×h_эт =174,25/4 = 44 шт

Необходимое количество труб с учетом коэффициента экранирования определим по формуле:

n_тэ = n_т /h_эт (15)

где n_тэ - количество труб, шт.;

h_эт - коэффициент экранирования;

n_тэ = 44/0,48 = 92 шт

Расчетное сопротивление трубчатых заземлителей без учета соединяющей полосы определяем по формуле:

R_{рас. n} = R_т /n_тэ ×h_эт , (16)

R_{рас. n} = 174,25/92×0,48 = 3,95 Ом

Вычисляем длину соединяющей полосы по формуле:

L_сп = 1,05×L_т (n_тэ -1) (17)

L_сп = 1,05×100(92-1) = 9,555 м

Утилизация компьютеров

Списанные и непригодные к эксплуатации компьютеры утилизируют. В ломе содержатся: золото, серебро, алюминий, медь, никель и пластмассовый лом. Все это можно, после последующей обработке вторично использовать в промышленности.

4. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Изучение влияния вида атмосферы и типа колец на длительность периода охлаждения

На основе проведенных исследований, с помощью математической модели, где изучалось влияние вида атмосферы на длительность периода охлаждения, получены результаты которые представлены на рис. 6 -11.

Кривые охлаждения садки колпаковой печи при различном содержании водорода в газе

1 - 5 % Н₂ ; 2 - 25 % Н₂ ; 3 - 50 % Н₂ ; 4 - 75 % Н₂ ; 5 - 100 % Н₂

Рис. 6

На рис. 6 представлены данные расчета процесса охлаждения при обычных серийных конвективных конвекторных кольцах, с различным содержанием Н₂ в защитной атмосфере.

Видно, что повышение процентного содержания водорода в защитной атмосфере колпаковой печи позволяет ускорить процесс охлаждения садки на 15-20 %. Налицо увеличение экономичности и производительности КП, но возрастают потребности в дополнительном подводе водорода, что повышает требования к условиям безопасности.

Кривые охлаждения садки колпаковой печи при использовании РКК с содержанием водорода в защитном газе - 5 %

1- 1 РКК, 2 - 2 РКК, 3 - 3 РКК, 4 - 4 РКК

Рис. 7

Из дальнейшего изучения факторов, влияющих на скорость охлаждения садки и качество производимой продукции в печи, следующим этапом было применения радиационно-конвективных колец (конструкция МИСиС - Стальпроект - НЛМК) при различной концентрации водорода в защитном газе.

На рис. 7 представлены графики, полученные при использовании РКК высотой 200 мм при различном процентном содержании водорода в защитной атмосфере.

Из приведенных графиков следует, что скорость процесса охлаждения садки увеличивается на 10-18 %, по сравнению с процессами без использования РКК. Этот способ охлаждения более эффективен, чем охлаждение без использования РКК, причем эти кольца, обеспечивают и улучшение прогрева садки.

На рис. 8 представлены графики, полученные на основе исследования садки колпаковой печи, с использованием РКК, но с содержанием водорода в защитном

газе 25 %.

Кривые охлаждения садки колпаковой печи при использовании РКК с содержанием водорода в защитном газе -25 %

1- 1 РКК, 2 - 2 РКК, 3 - 3 РКК, 4 - 4 РКК

Рис. 8

Из показанных выше графиков (рис. 8) видно, с увеличением содержания водорода в защитном газе, а именно 25 %, длительность процесса охлаждения сокращается, в среднем, на 21 %.

При использовании 50 % водорода в защитном газе колпаковой печи, где также применялись РКК (рис. 9), наблюдалось сокращение процесса охлаждения садки печи приблизительно на 23 % цикла охлаждения.

Кривые охлаждения садки колпаковой печи при использовании РКК с содержанием водорода в защитном газе - 50 %

1- 1 РКК, 2 - 2 РКК, 3 - 3 РКК, 4 - 4 РКК

Рис. 9

Более быстрый способ охлаждения садки колпаковой печи приведен на рис. 10.

В данном опыте, также использовались РКК от 1 до 4 на садку, но водородная среда в защитном газе была больше, чем в предыдущем, она составила 75 % всего газа.

Скорость охлаждения садки колпаковой печи увеличилась на 27,6 %.

Кривые охлаждения садки колпаковой печи при использовании РКК с содержанием водорода в защитном газе - 75 %

1- 1 РКК, 2 - 2 РКК, 3 - 3 РКК, 4 - 4 РКК

Рис. 10

На рис. 11 представлены результаты эксперимента, то есть кривые охлаждения полученные в полностью водородной среде защитного газа. Скорость охлаждения садки увеличилась на 30 % (по сравнению с охлаждением в среде защитного газа с 5 % Н₂ ).

Кривые охлаждения садки колпаковой печи при использовании РКК с содержанием водорода в защитном газе - 100 %

1- 1 РКК, 2 - 2 РКК, 3 - 3 РКК, 4 - 4 РКК.

Рис. 11

По результатам исследований была составлена сводная таблица, в которой в обобщенном виде представлены результаты расчетного эксперимента (проводившегося на математической модели), при различном содержании водорода в защитной среде колпаковой печи и с использованием радиационно-конвективных конвекторных колец - РКК.

В табл. 24, также как и на графиках охлаждения, заметны положительные и отрицательные стороны того или иного эксперимента, проводимого на модели колпаковой печи ЛПЦ-5 применительно к условиям ММК.

Таблица 24

Влияние различных факторов на скорость процесса охлаждения в колпаковой печи