Сборник докладов Энергетика, надежность, безопасность

Подождите немного. Документ загружается.

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

− определение структуры и состава данных мониторинга безопасности

технологических процессов производства, необходимых для передачи в ситуационно-кризисный

центр;

− обеспечение технической возможности формирования и передачи данных

мониторинга безопасности технологических процессов с предприятий ядерно-топливного цикла в

ситуационно кризисный центр;

− создание и наполнение информацией баз данных системы для задач обеспечения

мониторинга

и прогнозирования последствий чрезвычайных ситуаций, разработка

специализированного программного обеспечения для администраторов и пользователей системы;

− разработка и внедрение программно технического комплекса пилотного варианта для

системы мониторинга безопасности технологических процессов на выбранном производстве

предприятия ядерно-топливного цикла;

− разработка нормативно правовой базы функционирования системы мониторинга

безопасности технологических процессов;

− внедрение системы

мониторинга безопасности технологических процессов на всех

предприятиях ядерно-топливного цикла, функционирующей в единой информационной среде.

3) Создание центра технической поддержки, включающее:

− разработку основных документов, регламентирующих деятельность центра

технической поддержки;

− создание программно технической базы центра технической поддержки и каналов

связи;

− создание в центре технической поддержки информационно справочной системы по

основным источникам ядерной и радиационной опасности на предприятиях ядерно-топливного

цикла на основе распределенной базы данных;

− создание базы данных реперных аварий и источников выбросов/сбросов для системы

оценки и прогноза последствий радиационных аварий;

− разработку информационно моделирующих программных комплексов, включающих

описания основных источников опасности, библиотеки реперных аварий, планы и

схемы

промышленных площадок, электронные карты местности различных масштабов, данные

радиационного и технологического мониторингов;

− разработку методики оценки последствий радиоактивного загрязнения окружающей

среды (аварийные выбросы и сбросы) для персонала объекта и населения на основе созданной

информационно моделирующей системы;

− создание и отработку процедур оперативного взаимодействия центра технической

поддержки с предприятиями, ситуационно-кризисным

центром, проверка их в ходе испытаний и

учений.

Выделяют два подуровня функционирования систем АСКРО: верхний и нижний. Нижним

уровнем АСКРО является комплекс аналоговых приборов (радиометров, дозиметров и др.),

предназначенных для детектирования ионизирующих излучений в зоне контроля. Этот комплекс

включает хорошо развитые в настоящее время системы радиационно-технологического контроля

и диагностики

реакторного блока [2]. АСКРО верхнего уровня - обычно системы преобразования

и передачи аналоговых сигналов в цифровые, а также программное и аппаратное обеспечение,

используемое для хранения, обработки и представления в удобном пользователю виде

информации. В соответствие с требованиями к контрольно-измерительным системам подобного

типа можно выделить наиболее важные пункты:

1) надёжность работы;

2) простота

эксплуатации;

3) своевременность появления предупреждающих сигналов, наглядность их отображения;

4) способность функционировать автономно в случае нарушения связи;

5) способность интегрироваться в автоматизированные системы управления (АСУ) предприятия;

6) модифицируемость, масштабируемость.

Передовые технологии вносят свою лепту в требования к системам данного направления.

Бурное развитие беспроводных технологий и стандартов передачи данных по мировым

стандартам

IEEE 802.11x, IEEE 802.16 открывает широкие возможности в разработке мобильной аппаратуры.

Благодаря беспроводным технологиям можно создать полностью портативную систему

радиационного контроля, которая по своим возможностям будет превосходить существующие

проводные аналоги.

141

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

На рисунке представлена блок-схема и распределение датчиков системы телеметрии

разрабатываемой АСКРО.

Детектор 1

Детектор 2

Детектор 3

Детектор X

Приемо-передатчик

беспроводной линии

связи

Ethernet

Серверная станция

Система детектирования

объемной активности

Система контроля

радиационных нагрузок

энергоблока АЭС

Рис. Схема системы радиационного контроля

Можно выделить пять следующих подсистем получения данных для АСКРО:

− система беспроводных детекторов (датчиков);

− приемо-передатчик дистанционных элементов системы;

− мобильные и стационарные системы детектирования объемной активности α-, β-, и

γ-активных газо-воздушных смесей (аэрозолей);

− система контроля радиационных нагрузок энергоблока АЭС;

− системы обработки, хранения и передачи информации

Все удаленные элементы АСКРО должны иметь интегральную схему компоновки, то есть

все элементы предполагается разместить в едином герметичном корпусе, в случае с детекторами

ИИ должны применяться счетчики наиболее простой, надежной и энергосберегающей

конструкции. Для обеспечения сохранности результатов измерений в случае прерывания связи с

базовой станцией на каждом контролере системы управления

детектором предполагается

установка энергонезависимого контролера памяти. Это обеспечит автономность работы и

накопления результатов до переполнения буфера (и сброса контролера памяти) примерно до 10

суток, в зависимости от объемов получаемой информации и частоты измерений. Материалы

корпусов выбираются в соответствии с требованиями к минимальному поглощению

контролируемого излучения, а также высокой устойчивостью к воздействию природных

факторов.

Таким образом, проблема аварийности или чрезвычайных ситуаций техногенного

характера важна для России. Она затрагивает все виды деятельности человека, причем вне

ядерного комплекса эта проблема является более острой.

Список литературы:

1. Трахтенгерц Э.А. // Известия РАН. Теория и способы управления. 2001. №3. С. 86-113.

2. Turban E. Decision support and expert systems. Maxwell Macmillan. New York, 1990, p. 50.

УДК 621.928.93

Анализ взаимодействия дисперсного тела с наклонной поверхностью

К.В. Некрасова, А.С. Разва, Е.Г. Зыков, М.В. Василевский

Томский политехнический университет, г. Томск

Preangel@sibmail.com

В пылевой технике стабильная работа газоочистной аппаратуры осуществляется, если

отложение на поверхностях не образуются, а напряжения в дисперсном материале в насыпном

состоянии оказываются выше предельных. Эксплутационная надежность систем пыле- и

золоулавливания зависит от аутогезионных свойств (сцепления частиц друг с другом, связность).

142

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

В технике газоочистки аутогезионным свойствам присвоен термин «слипамость». С целью

прогнозирования поведения порошка изучаются его прочностные, реологические характеристики.

Реальные порошки характеризуются неоднородностью, наличием агломератов, различаются

плотностью упаковки частиц. Процесс образования отложений в газоочистительной аппаратуре

сложен и вопрос о влиянии связности пыли на образование отложений не решен. Цель данной

работы − анализ

взаимодействия дисперсного тела с наклонной поверхностью, которое имитирует

взаимодействия сгустков пыли с поверхностью инерционного пылеуловителя.

В матрицах диаметром 6 мм и высотами 9 мм, 6 мм и 4 мм уплотнялась пыль с известным

дисперсным составом и связностью. Сформированное дисперсное тело выпрессовывалось из

матрицы и в виде брикета торцом вниз приводилось в состояние полета под

действием силы

тяжести. Предварительные опыты показали, что положение дисперсного тела с высотой 6 мм в

полете не меняется. В опытах менялось уплотнение пыли, высота падения на наклонную

подложку, угол наклона. При взаимодействии брикета с наклонной поверхностью происходит его

дробление (частичное разрушение), уплотнение прилипшей части с ее деформацией, либо

разрушение с образованием

множества скоплений агрегированных частиц (рис1). Расколовшиеся

частицы скатывались в ловушку, прилипший пылевой материал обдувался струей воздух и

взвешивался (рис 2).

Рис. 1 Состояние брикета М5 с уплотнением

40 кПа после взаимодействия с поверхностью

Рис. 2. Фрагмент устройства

под углом 28° с высоты 60 см

Рис. 3. Рис. 4.

Взаимодействие происходит в виде удара, который характеризуется смятием и

подтеканием материала к подложке, либо быстрым распространением ударных волн по всей

массе брикета и деформацией по всему его объему. При вертикальном ударе брикета о наклонную

поверхность центр массы брикета смещен относительно точки первоначального контакта.

Поэтому в зависимости от плотности

упаковки частиц брикета, от количества связей между

частицами, характер первоначального взаимодействия выражается в виде среза части материала в

основании брикета, контактирующего с поверхностью, и образованием опрокидывающего

момента всей массы брикета, либо уплотнением материала в основании, деформации и

прилипании брикета к подложке (рис. 3, 4, 5, 6).

143

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

Рис. 5. Уплотнение 40 кПа Рис. 6. Уплотнение 10 кПа

Срез возникает при формировании значительных аутогезионных связей, которые

определяют прочность брикета. В этом случае возникает наклеп малой части материала на

подложке, а основная масса брикета перекатывается по поверхности и частично раскалывается.

Анализ этой основной массы брикета показал, что увеличение поперечного размера не

наблюдается, что

свидетельствует об отсутствии повышения в ней уплотнения. Таким образом,

поведение брикета и величина прилипшей массы к подложке из-за наклепа, являются

показателями прочности брикета, которая определяется связностью частиц в брикете рис. (7, 8).

Рис. 7. Уплотнение 40 кПа Рис. 8. Уплотнение 10 кПа

Рис. 9. Уплотнение 40 кПа

144

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

Характер деформирования и изменения объема дисперсных тел при их взаимодействии с

горизонтальной поверхностью может быть выявлен при сопоставлении с телом, выпрессованным

на подложку с высоты менее 2 см. На рис. 9, 10 представлены дисперсные тела на подложке,

выпрессованные из матрицы с разных высот.

Рис. 10. Уплотнение 40 кПа

Оценка связность применяемых порошков проведена в [1]. В настоящих опытах угол

наклона поверхности выбирался таким, чтобы характер разрушения тел при ударе мог быть

зафиксирован. Выяснено, что для тонкодисперсного материала имеет место хрупкое разрушение,

которое видимо, происходит за счет кратковременного контакта, при котором материал не

успевает уплотниться. В таблицах 1

и 2 приведены результаты опытов для разных материалов и

уплотнений.

Таблица 1.

Значения масс отложений при уплотнении порошка в матрице давлением

40 кПа, высота брикета 6 мм

Углы

Порошки

15º 17,5º 22º 28º 33º

0,28(97%) 0,26(89,6%) 0,26(89,6%) 0,28(96,6%) 0,29

0,25(86,2%) 0,27(93,1%) 0,27(93,1%) 0,28 0,27

0,28 0,27 0,26 0,23(79,3%) 0,27

0,28 0,27 0,26 0,28 0,27

М10

m=0,29г

0,27 0,26 0,28

0,25(100%) 0,21(84%) 0,25 0,22(88%) 0,23

0,25 0,23(92%) 0,24(82,8%) 0,23 0,24

0,25 0,23 0,24 0,21(72,4%) 0,23

0,25 0,23 0,24 0,21 0,23

М5

m=0,25г

0,21 0,23 0,21

0,12(60) 0,07(35%) 0,07 0,07 -

0,2 0,09(45%) 0,07 0,09 -

0,11(55%) 0,17(85%) 0,08(40%) 0,1(50%) --

0,12 0,07 -

0,15(75%)

М2

m=0,2г

0,06(35,3%) 0,06 0,04(23,5) 0,02(11,8%) -

0,06 0,01(5,9%) 0,04 0,01 -

0,06 0,06 0,05(29,4%) 0,03(17,6%) -

0,08(47%) 0,06 0,04 0,02 -

М1

m=0,17г

0,06 0,06 0,03 -

«-» -или не прилип или менее 1 %(не взвесить)

145

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

Таблица 2.

Значения масс отложений при уплотнении порошка в матрице давлением 10 кПа

Углы

Порошки,

h=6мм,20 г

15º 17,5º 22º 28º 33º

0,25 0,25 0,25 0,22 0,22

0,25 0,23 0,24 0,24 0,24

0,25 0,25 0,25 0,24 0,24

0,25 0,25 0,23 0,23

М10

m=0,26 г

0,23 0,25 0,23

0,18 0,2 0,2 0,24 0,16

0,22 0,2 0,21 0,23 0,17

0,22 0,19 0,19 0,23 0,17

0,22 0,2 0,19 0,23

М5

m=0,24 г

0,2 0,2 0,2 0,22

0,14 0,17 0,15 0,08 0,06

0,16 0,14 0,13 0,09 0,01

0,13 0,15 0,13 0,08 0,04

0,16 0,08 0,15 0,09 0,06

0,14 0,08 0,15 0,08

М2

m=0,19 г

0,2 0,18 -

0,2 0,19 -

0,19 0,2 -

0,2 0,19

Цемент (новый)

m=0,22 г

0,19

0,13 0,05 0,03 0,03 -

0,1 0,13 0,04 0,05 -

0,13 0,05 0,05 0,03 -

0,13 0,08 0,05 0,06 -

М1

m=0,15г

0,09 0,04 0,03 -

«-» - или не прилип или менее 1 %(не взвесить)

Компьютерная обработка данных позволяет найти средние плотности материалов после

удара дисперсного тела о наклонную поверхность.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 06-08-00054а).

Список литературы:

1. К.В. Некрасова, А.С. Разва, Е.Г. Зыков, М.В. Василевский. Определение связности сыпучих

материалов. //Материалы тринадцатой Всеросс.науч.-техн. конференции "Энергетика:

экология, надежность, безопасность."−Томск: Изд-во ТПУ,−2007. −С. 234−238.

УДК 621.928.93

Распределение давлений в циклонном двухфазном потоке

А.С. Разва, К.В. Некрасова, Е.Г. Зыков, М.В. Василевский

Томский политехнический университет, г. Томск

vasmix40@mail.ru

В вихревой камере происходит преобразование потока из поступательного во

вращательное. В объеме циклона, работающем под напором, скорости увеличиваются, энергия

давления преобразуется в кинетическую энергию вращения, в центральной части возникает

разрежение. Основной показатель совершенства циклонной камеры

– это отношение кинетической

энергии крутки к разности давлений на входе и выходе камеры [1].

Крутка определяется радиальным перепадом давления. Присутствие дисперсной фазы в

закрученном циклонном потоке оказывает влияние на его структуру. Имеется мало работ по

аэродинамике закрученных двухфазных потоков. Приводятся сведения о степени влияния

146

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

концентрации дисперсной фазы на гидравлическое сопротивление и распределение скоростей в

циклонных пылеуловителях на полидисперсной пыли с неизвестными характеристиками [2, 3].

В данной работе проводится исследование распределение давления в циклонных

элементах цилиндрического и конического типов.

На рис. 1 показаны схемы измерения давлений в цилиндрическом и коническом циклонах.

Расход измерялся с помощью трубки Пито. Для

измерения малых перепадов давлений

использовался микроманометр. Давления на оси измерялись с помощью передвижной трубки

диаметром 3 мм с просверленными отверстиями, которые могли быть изолированы. Отбор

давления на периферии циклона проводился через штуцеры, сообщающихся с отверстиями в

стенке корпуса. Диаметр корпуса 110 мм, диаметр выходного патрубка чистого воздуха−34 мм,

диаметр пылевыводного отверстия конического

циклона−29 мм, диаметр отражателя в нижней

части цилиндрического циклона − 43 мм. Отсчет расстояний проводился от пылевыводных

сечений.

Pотв

∆

∼

Pд

∆

Poi∆

III

Рис1. Схема измерений давлений в циклонах

Использовался микропорошок М40. Дозатор представлял виброворонки с различными

размерами выходных сечений. Порошок представляет собой несвязный материал с размером

частиц 40 мкм, обладает хорошей сыпучестью.

Расход воздуха определялся по формуле

ддвхв

kFQQG ∆≈

∆

=== 4,40

10 ; ;

υυρ

здесь ρ − плотность ρ≈1.2(г/дм

), F

вх

−площадь входа (дм

), ∆p

−динамическое давление

(кгс/м

), υ

−скорость определяется в дм/с, G

−весовой расход определятся в г/с, k− поправочный

коэффициент Никурадзе.

Расход материала определялся временем истечения в минутах из виброворонки массы

материала в граммах

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

, концентрация материала определяется по формуле

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

воздухакг

материалаг

1000

Для уменьшения колебаний давлений проводился отвод некоторой части воздуха с пылью

в выносной циклон. Определялось влияние отвода на распределении давлений.

147

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

Количество отводимого воздуха из приемника определялось аналогичным образом.

Относительное количество отводимого воздуха из приемника определялось по формуле

100

отв

G =

На рис.2 показаны значения давлений в цилиндрическом циклоне. Для большей ясности метки

разнесены по высоте, хотя все они принадлежат одному и тому же сечению.

Рис. 2. Распределение давлений в цилиндрическом циклоне

148

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

На рис. 3 показаны распределения давлений в конусе циклона. При измерениях на

двухфазном потоке колебания давлений наблюдались в большей степени, чем в цилиндрическом

циклоне.

Рис. 3. Распределение давлений в коническом циклоне

Анализ полученных распределений показывает, что малые концентрации частиц,

характерные для систем обеспыливания газов, оказывают заметное влияние на распределение

149

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

давлений, причем на оси разрежение по абсолютному значению уменьшается в сторону

пылевыводного сечения в отличии от вихревых камер, исследованных в [4].

Аналогичны распределения в осевом направлении перепадов давления, причем в

коническом циклоне изменение радиального перепада давления в осевом направлении имеет

большие значения, чем для цилиндрического. Существенное значение имеет величина отводимого

с пылью

воздуха в выносной пылеосадитель. С увеличением относительного значения отводимого

с пылью воздуха разрежение на оси в нижней части увеличивается, градиенты разрежений и

радиальных перепадов давлений в осевом направлении уменьшаются. Пульсации давлений в

потоке воздуха конического циклон при подаче пыли много больше, чем в цилиндрическом.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 06-08-00054

а)

Список литературы:

1. Балуев Е.Д.,Троянкин Ю.В. Влияние конструктивных параметров на аэродинамику циклонной

камеры. − Теплоэнергетика, 1967, № 2, с. 67 −71.

Справочник по пыле- и золоулавливанию //Под ред. М.И . Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И.

Мягков и др. Под общей ред. А.А. Русанова − 2 изд. М.: Энергоатомиздат, 1983. − 312 с.

Страус В. Промышленная очистка газов: Пер с англ. −М.: Химия, 1981, 616 с.

Смульский И.И. Аэродинамика и процессы в вихревых камерах. −Новосибирск: ВО "Наука"

1992. −301с.

УДК 621.928.93

Моделирование процесса отложений пыли на поверхностях циклонного газоочистителя

М.В. Василевский,

К.В. Некрасова, А.С. Разва, Е.Г. Зыков,

Томский политехнический университет, г. Томск

vasmix40@mail.ru

Обеспыливания газов является неотъемлемой частью технологических процессов в

производствах энергетической, химической, металлургической, строительной, пищевой и другой

продукции.

Одним из наиболее распространенных и надежных способов очистки промышленных

газов от взвешенных частиц является механическая очистка в сухих аппаратах. Противоточный

циклонный пылеуловитель является основным элементом в системах газоочистки

. В этом

аппарате вихрь организован таким образом, что дисперсная фаза из аэрозольного состояния в

приемнике преобразуется в дисперсное тело, в котором частицы соприкасаются друг с другом и

взаимодействуют друг с другом. Процесс пылеотделения в циклоне состоит из нескольких этапов:

закрутка потока, концентрирование и вывод частиц из сепарационной зоны, формирование слоя

приемнике, удаление уловленной пыли из приемника. Нарушение любого из этапов приводит к

неудовлетворительной работе пылеуловителя. Одной из причин снижения эффективности этих

аппаратов является формирование отложений частиц на ограждающих поверхностях

сепарационного пространства и зависание пыли в объеме пылеуловителя. Поступающий в систему

газоочистки дисперсный материал состоит из совокупностей первичных частиц, агрегированных

частиц

, и представляет вместе с несущей средой аэрозоль. В другом состоянии он находится в

виде отложений или представляет насыпное тело. Агломераты образуются в результате

турбулентной коагуляции, при срыве потоком отложений с поверхностей [1], при пересыпках

материалов, при сегрегации частиц в результате его транспортировки в различных устройствах. В

самом циклоне существенны миграционно-турбулентная

и градиентная пристеночные

агломерации [2, 3].

Рассмотрим явления при взаимодействии агломерата с поверхностью.

При упругом ударе твердых тел не происходит изменений макроскопических

механических свойств контактирующих материалов. При этом в зависимости от возникающей

силы взаимодействия площадь контакта определяется по формуле Герца, связывающей

коэффициенты Пуассона и модули упругости взаимодействующих тел [4]. В большинстве

исследований о соударении упругих тел полагают правомерным гипотезы статической задачи

Герца и принимают дополнительно

, что соотношение между контактной силой и сближением

остается при ударе таким же как и при статическом нагружении. Для определения времени

продолжительности удара решают задачу движения частицы при ее взаимодействии с преградой,

причем принимается одинаковая продолжительность процессов углубления частицы и отскока.

150