Фетт В. Атмосферная пыль

Подождите немного. Документ загружается.

314-2

Часть II. Значение атмосферной пыли

ein Beitrag zur bioklimatischen Gelandeaufnahme I. Z. f.

Meteor., 6, 97—112 (1952).

59. Rubner M., Gruber M. von., Ficker M., Handbuch der

Hygiene, Bd. II, 133, Leipzig, 1911.

60. U n d t W., Ein neuer Gesichtspunkt zur Bioklimatologie der Grofi-

stadt. Wetter und Leben, 7, 34—35 (1955).

61. Lehmann H., Die Wirkung des Staubes auf den menschlichen

Organismus, seine Bedeutung fur die Volksgesundheit und sein

Nachweis nach hygienischen Grundsatzen. Kleine Mitt.,

herausgeg. v. d. Preufi. Landesanst. f. Wasser-, Boden- u.

Lufthyg., 10, 254—315 (1934).

62. Zeitschrift, Der Gesundheits-Ingenieur.

63. Zeitschrift, Zbl. f. Gewerbehyg. u. Unfallverhiitung.

Глава 5

ЗНАЧЕНИЕ ПЫЛИ В ТЕХНИКЕ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Пылеобразование причиняет промышленности как

косвенные, так и прямые убытки и в некоторых случаях

делает работу на производстве опасной. Оно повышает

амортизацию и вынуждает увеличивать капиталовложе-

ния. Примером косвенного влияния пыли на хозяйство

может служить перерасход энергии для освещения го-

родов (достигающий иногда 27%), вызванный прежде-

временным наступлением сумерек вследствие загрязнен-

ности воздуха [1]. К задачам, стоящим перед современ-

ной техникой, относятся уменьшение пылеобразования,

ограничение распространения пыли, предотвращение ее

возникновения, а также защита оборудования, товаров

и т. п. от ее воздействия [2—5].

ВОЗДЕЙСТВИЕ ПЫЛИ И ЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

Причины пылеобразования и их устранение

Различают пыль, образующуюся вследствие конден-

сации, и пыль, образующуюся при диспергировании.

К первому типу принадлежит пыль, возникающая при

конденсациии паров различных металлов в литейных

цехах. В чугунолитейных цехах в воздухе витает глав-

ным образом пылевидная окись железа. При рафини-

ровании цинка воздух загрязнен дымом, состоящим из

мельчайших частиц окиси цинка, а в производствах, ис-

пользующих алюминотермию, — дымом из окиси алю-

миния. Но основное значение на промышленных пред-

приятиях имеет все же пылеобразование при различных

процессах диспергирования. В некоторых случаях пы-

левидный материал представляет собой конечный про-

дукт производства, как, например, мука, сахарная

316-2

Часть II. Значение атмосферной пыли

пудра или песок, гипс, тяжелый шпат, цемент, краски

для малярных работ (литопон, цинковые и свинцовые

белила) и т. п., а в других пыль является неизбежным

отходом производства, например в отделениях очистки

литья, шлифования и полирования деталей, гранения

минералов, токарной обработки и т. п.

Особенно сильно и на больших пространствах за-

грязняют воздух продукты неполного сгорания угля

[6]. Борьба с этим злом важна как в гигиеническом, так

и в хозяйственном отношении. В Англии ежегодный

убыток, причиняемый неполным сгоранием угля, дости-

гает 40 млн. фунтов стерлингов. В этой стране дымовые

трубы промышленных предприятий выбрасывают в ат-

мосферу 500

ООО

т сажи в год, а дымовые трубы жи-

лищ—2,5 млн. т. В 1929 г. в районе небольшого про-

мышленного города Кестлфорд (24

ООО

жителей) вы-

пало 157 т сажи на 1 км

[7].

Следующий пример дает представление о величине

затрат на очистку от продуктов неполного сгорания

угля. По статистическим данным 1930 г., в больших

американских городах дополнительные затраты на

очистку одежды, квартир, домов и улиц составляли

50 германских марок на человека в год [8]. Расчеты не

включают стоимости повышенного расхода энергии на

освещение.

Неполное сгорание угля в заводских установках

объясняется следующими основными причинами [7]:

1) применением котлов, не приспособленных для утили-

зации уходящего дыма; 2) небрежное обслуживание то-

пок; 3) чрезмерно интенсивная работа топок; 4) приме-

нение восстановительного пламени в коксовальных и

сталеплавильных печах [9].

После сгорания 1000 т бурого угля в усовершенство-

ванных топках современной парокотельной установки на

расстоянии 1000 м в направлении господствующих вет-

ров выпадает в месяц около 0,6—0,7 г/ж

пыли, если

топки оборудованы колосниковой решеткой, и 1,2—

1,3 г/ж

при пылеугольном отоплении [10].

Раньше значительное количество дыма образовыва-

лось при приготовлении пищи; особенно мощным источ-

ником дыма служили старые кухонные плиты. Откры-

Гл. 5. Пыль в технике и промышленности

317

тые очаги не так вредны для здоровья. При отоплении

дровами и антрацитом получается меньше дыма, чем

при отоплении бурым углем [11, 12].

Для предотвращения загрязнения воздуха продук-

тами неполного сгорания угля в промышленности при-

меняются топки, работающие на угольной пыли, на ре-

тортном или доменном коксе и на полукоксе, а также

газовые и электрические способы нагрева. Например,

в департаменте Сены, после того как 1 августа 1928 г.

было вновь издано распоряжение не допускать загряз-

нения воздуха дымом и сажей при работе промышлен-

ных предприятий и центральных отопительных систем,

начали планомерно внедрять новые способы отопления

[13]. Распространение пылеугольного отопления резко

сокращает содержание дыма и сажи в атмосфере, но

несколько увеличивает содержание в ней частиц

золы [14].

Особой проблемой является предотвращение обра-

зования радиоактивной пыли в атомной промышленно-

сти и защита от ее воздействия. Для решения этой про-

блемы пригодны мероприятия, применяемые в отноше-

нии обычной пыли, но их следует проводить особенно

тщательно и последовательно. Надо также предвидеть,

что при выработке атомной энергии обычная пыль мо-

жет сделаться радиоактивной, например под действием

нейтронов, испускаемых реактором. Защита от радио-

активной пыли стоит много дороже защиты от обычной

пыли. Например, в США каждый пятый из всех лиц, об-

служивающих реактор, занят осуществлением защит-

ных мероприятий. Стоимость защиты, приходящаяся на

одного человека, в 25 раз превосходит стоимость ее на

обычных установках такой же мощности [15].

Обеспыление газов

В настоящее время техника обеспыления настолько

усовершенствована, что в общем удовлетворяет требо-

ваниям практики.

Для очистки газа от пыли применяют главным обра-

зом следующие устройства: пылеуловители (в них осе-

дают частицы крупнее Ю

-4

см, а более мелкие остаются

318-2 Часть II. Значение атмосферной пыли

в газе вследствие малой скорости их выпадения); аппа-

раты со слоем фильтрующего материала; фильтры, ис-

пользующие ударное действие газа; центробежные

устройства типа циклонов, особенно пригодные для

удаления сравнительно крупных частиц; скрубберы,

в которых газ, встречая на своем пути струйки воды

или распыленную воду, увлажняется, вследствие чего

пыль становится тяжелее и оседает; вентиляторы и де-

зинтеграторы; электростатические устройства [16, 17].

Иногда применяют фарфороподобные «абсолютные

фильтры», например в специальных лабораториях.

Полная очистка газа от пыли обычно состоит из двух

стадий: сначала осуществляют грубую очистку, затем —-

тонкую. Для очистки технических газов, например ко-

лошникового, а также для улавливания отработанных

газов, например в парокотельных, на металлургических,

брикетных и цементных заводах и текстильных фабри-

ках широко применяют электростатический метод [9].

Он проще и эффективнее влажной очистки, фильтрова-

ния через бумажную ткань, осаждения и центрифуги-

рования и состоит в том, что пылинки, проходя между

электродами, находящимися под напряжением 50—

100 кв, ионизуются и оседают на положительно заря-

женном электроде. Так как скопление пыли на этом

электроде привело бы к перебоям в работе, предусмо-

трен специальный механизм (предложенный Пантенье)

для перемещения пыли в нижнюю часть устройства, от-

куда она не увлекается потоком поступающего газа и

легко удаляется. Например, на одной из электростанций

на Сомме электростатическое устройство, потребляющее

2 кет, удаляет из дымовых газов 95% золы и сажи (3 г

в сутки) [18]. Механические фильтры поглощают в сред-

нем 65% содержащейся в дымовых газах золы, цикло-

ны— 40—50%, мультициклоны — 70—90%, электроста-

тические влажные фильтры — 90% [1].

Необходимо стремиться использовать пыль, получен-

ную при очистке газа. Примером ее преобразования

в ценный материал служит изготовление строительных

материалов из летучей золы и шлаков.

Постепенное улучшение видимости от Кенигштула

у Гейдельберга по направлению к Рейнской равнине

Гл. 5. Пыль в технике и промышленности

319

у Мангейма, начавшееся с 1908 г., несмотря на возрос-

шее потребление угля (фиг. 69), можно объяснить усо-

вершенствованием техники сжигания топлива [19]. По

этой же причине уменьшилось число ядер конденсации

в атмосфере Мюнхена (1910—1932 гг.) и начиная

с 1885 г. увеличилась продолжительность солнечного

сияния за счет сокращения туманов в Лондоне.

Фиг. 69. Изменение видимости от Кенигштула у Гейдель-

берга по направлению к Рейнской равнине у Мангейма

в 1899—1922 гг. [19].

Ординаты показывают число дней, в которые при трех наблюдениях, про-

веденных в разные часы, не удалось увидеть цель.

При выбросе загрязнений в атмосферу следует доби-

ваться скорейшего перемешивания загрязненного воз-

духа с более чистым. Это достигается путем создания

сильной тяги в дымовой трубе, величина которой опре-

деляется высотой трубы, температурой дыма и скоро-

стью выхода газа из трубы в атмосферу, а также путем

увеличения числа труб и применения решетчатых труб,

выходное устье которых имеет продольные отверстия.

Кроме того, надо правильно выбрать местоположение

труб в зависимости от направления господствующих

ветров и особенностей местности [9, 23]. Некоторые ав-

торы считают, что пыль следует выбрасывать главным

образом при турбулентном состоянии атмосферы, обу-

словливающем хорошую диффузию [24]. Работы по обе-

спылению должны находиться под контролем метеоро-

логов.

320-2

Часть II. Значение атмосферной пыли

Весьма интересно сообщение группы метеорологов

о состоявшейся 3—5 мая 1950 г. в Вашингтоне конфе-

ренции по загрязнению воздуха [25], в котором изло-

жено современное состояние этой проблемы и план

дальнейших исследований.

Потери на распиливание

Еще до сжигания некоторое количество угля те-

ряется в виде пыли. По данным Смолчика [26], при про-

изводстве брикетов из бурого угля общие потери на

распыливание достигают 6%. В 1933 г. в Германии было

добыто 126 794 000 г бурого угля и, следовательно, по-

теряно 7 600 000 т. В американской практике установ-

лено, что потери антрацита в виде пыли составляют 2%,

или 1 500 000 т в год.

Аналогичные потери наблюдаются и в других отрас-

лях промышленности, особенно в химической, а также

при переработке сельскохозяйственных и технических

культур. Например, при производстве латуни теряется

в виде цинковой пыли

% сплава по весу, на папирос-

ных фабриках — в виде табачной пыли 2% табака по

весу и т. п.

ВЗРЫВЫ ПЫЛИ

Убытки, причиняемые пылью, связаны не только

с потерями на распыливание. Иногда пыль опасна для

здоровья и жизни людей, а во многих случаях из-за ее

присутствия быстрее приходят в негодность созданные

ими сооружения.

В зависимости от количества образующейся пыли и

ее воздействия в рабочих помещениях либо устанавли-

вают вентиляционные устройства, либо производят пря-

мое отсасывание пыли от рабочего места (например,

у деревообделочных машин). Для того чтобы осевшая

на пол пыль не поднималась в воздух, пол покрывают

решетками, дорожками или специальным маслом.

Особенно опасны взрывы горючей пыли, способные

разрушить все здание, в котором находится предприя-

тие. Любая горючая пыль может самовозгораться, и

поэтому с целью предотвращения пожара необходимо

тщательно наблюдать за ее состоянием.

Гл. 5. Пыль в технике и промышленности

321

Причины взрывов пыли

Возможность взрыва во многом определяется раз-

мером пылинок. Крупная пыль, состоящая из частиц

диаметром 0,01—0,1 см, не взрывается. Чем меньше пы-

линки, тем больше поверхность их соприкосновения

с кислородом воздуха и тем легче они воспламеняются.

Кроме того, важна концентрация пыли. Взрыв возмо-

жен лишь в том случае, если она находится в пределах

от 20 до 7000—8000 г/м

. К факторам, от которых за-

висит возникновение взрыва, относятся также тепловой

эффект реакции сгорания, ее скорость и содержание

влаги в пыли. Горючая пыль подразделяется на легко

воспламеняющуюся (температура воспламенения ниже

400°) и трудно воспламеняющуюся (температура вос-

пламенения выше 700°). Подробные данные по этому

вопросу приведены Ганелем [27].

Воспламенение пыли может быть вызвано поступле-

нием тепла из окружающего пространства, химическими

реакциями и искровыми разрядами. Оно происходит

как под влиянием внешних причин, так и независимо от

них. Самовозгорающаяся пыль требует особого над-

зора. При известных условиях она выделяет кислород,

окисляющий ее горючие компоненты, нагревается под

влиянием тепла, выделяющегося при реакциях окисле-

ния, и наконец загорается. Особенно легко самовозго-

рается пыль пирита, бурого, каменного и древесного

угля.

Подробные данные о взрывах пыли приведена Бей-

ерсдорфером [28]. Пыль нередко электрически заря-

жена, и Бейерсдорфер считает, что некоторые взрывы,

причина которых не установлена, вызваны именно этим

зарядом. Он обращает внимание на наблюдавшиеся

метеорологами искровые разряды в облаках пыли и на

грозы во время пыльных бурь. Аналогичный искровой

разряд может произойти и в наземной горючей пыли,

которая заряжается при измельчении исходного мате-

риала. Например, сахарная пыль приобретает электри-

ческий заряд при трении о дно и стенки машин и взры-

вается при воспламенении. Подобным же образом воз-

никали взрывы угольной и мучной пыли. Воспламенение

21 В. Фетт

322-2 Часть II. Значение атмосферной пыли

вызывается искрами, образующимися, например, вслед-

ствие скольжения приводного ремня или неисправной

изоляции сети электрического освещения.

Особенно подвержены взрывам мельничные уста-

новки для сахара и зерна, целлулоидные фабрики и

угольные рудники. Взрывы угольной пыли так же ча-

сты, как атмосферные грозы.

Предотвращение взрывов пыли

Для предотвращения взрывов пыли рекомендуется

ряд мероприятий. Надо, чтобы пыль не была заряжена.

Это достигается ионизацией воздуха, окружающего за-

ряженные пылинки. Нельзя также допускать воспламе-

нения пыли. Во многих случаях добавка в горючую пыль

негорючих частиц препятствует распространению взрыва,

так как эти частицы поглощают выделяющееся тепло.

Например, смесь из 50% угольной пыли и 50% пыли

пустой породы не взрывается [29].

Таблица 40

Тип воздействия пыли

Пути воздействия пыли

Результат воздействия

пыли

Непосредственное

воздействие

Засорение пустот (трубо-

проводы, подшипники)

Истирание скользящих по-

верхностей (подшипники)

или истирание пыльным

ветром

Торможение, уве-

личение на-

грузки

Разрушение

Радиоактивное излучение

Обесценивание,

разрушение

Косвенное воздей-

Ускорение процессов раз-

ложения

Разрушение

ствие

Увеличение электрической

проводимости

Перебои в работе

Гл. 5. Пыль в технике и промышленности

323

В штатах Иллинойс и Индиана (США) начинают

применять добычу угля путем взрывов сжатым возду-

хом. Сила этих взрывов в 10 раз меньше, чем при ис-

пользовании взрывчатых веществ, но их преимущество

заключается в уменьшенном пылеобразовании. Новый

способ работы предотвращает взрывы каменноугольной

пыли и каменноугольного газа [30].

Туман является хорошим изолятором и благодаря

этому увеличивает опасность взрыва. Повышенное со-

держание влаги в гигроскопической пыли способствует

сцеплению частиц и препятствует выделению мельчай-

ших пылинок, скопление которых особенно опасно (см.

таблицу Уилера, в которой приведены температуры вос-

пламенения частиц различного размера [29]).

Проблема взрывов пыли подробно рассмотрена мно-

гими авторами [27, 28, 31].

ВРЕДНЫЕ ЭФФЕКТЫ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ

ХРОНИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ ПЫЛИ

Пыль вызывает мгновенный эффект лишь при взры-

вах, чаще она оказывает непрерывное воздействие, в ре-

зультате которого причиняемый ею вред постепенно уси-

ливается (табл. 40).

Непосредственные повреждения, причиняемые пылью

В точной механике особенно важно не допустить воз-

действия пыли, и поэтому производственные механизмы

должны быть в той или иной степени герметичными.

Конструкция выпускаемой продукции также должна

удовлетворять этому требованию. При проектировании

устройств, которые должны применяться в атмосфере,

содержащей мелкую твердую пыль пустынь, надо по-

мнить о повреждениях древнеегипетских сооружений,

причиненных ветрами из Сахары.

Постепенное увеличение веса алюминиевых прово-

дов, подверженных влиянию погоды, объясняется отло-

жением пыли на их рыхлой окисленной поверхности

(вес медных и луженых проводов при тех же условиях

уменьшается) [32]. Закупорка пылью ухудшает воздушное

21*