Инженерные решения по ОТ при производстве цемента мокрым способом

Федеральное агентство  по образованию РФ

Государственное образовательное  учреждение  
высшего профессионального образования

«Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра безопасности жизнедеятельности в техносфере

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка к курсовому проекту

По дисциплине:

«Инженерные решения по охране труда в производстве строительных материалов»

На тему:

«Инженерные решения по охране труда в производстве цемента мокрым способом. Цех обжига»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

Введение

1. Технология производства цемента по мокрому способу
2. Выявление опасных и вредных производственных факторов
3. Характеристика опасностей и применение инженерных решений по их устранению
4. Средства индивидуальной защиты

Список литературы

 

Введение

Цемент — один из главнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления отдельных элементов (деталей) строительных конструкций, гидроизоляции и др.

Цемент представляет собой гидравлический вяжущий материал, который после смешения с водой и предварительного затвердевания на воздухе продолжает сохранять и наращивать свою прочность в воде.

Наряду с расширением  ассортимента развивается и культура производства портландцемента, совершенствуется оборудование цементных заводов, увеличивается объем производства.

Цементная промышленность в настоящее время — высокомеханизированная отрасль народного хозяйства. На многих заводах непрерывно модернизируется  технологическое оборудование, возрастает единичная мощность производственных агрегатов и заводов в целом, внедряются автоматизированные системы управления технологическими процессами.

Увеличение мощности единичных агрегатов, усложнение их конструкции, внедрение системы  автоматического контроля и управления их работой требует от персонала, обслуживающего эти агрегаты, знаний многих вопросов из области технологии, механики, электротехники, техники безопасности.

Несмотря на автоматизацию  технологического процесса, персонал, участвующий в производстве подвергается воздействию опасных и вредных производственных факторов, которые необходимо выявить и в случае, когда уровни воздействия факторов превышают нормы применить инженерные решения для приведения в соответствие с ними.

 

 

 

1. Технология  производства цемента по мокрому  способу

При мокром способе производства сырьевые материалы измельчают и  сырьевую смесь смешивают с водой. Получаемая сметанообразная масса  — сырьевой шлам — содержит 32 - 45% воды.

В зависимости от физических свойств исходных сырьевых материалов и других факторов при получении портландцемента по мокрому способу применяют разные схемы производства, отличающиеся одна от другой способом приготовления сырьевой смеси.

На цементных заводах, работающих по мокрому способу, в  качестве сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера часто используют мягкий глинистый и твердый известняковый компоненты. В этом случае технологическая схема производства цемента, в которой приведены основные технологические переделы без указания дозировочных и транспортных устройств и другого вспомогательного оборудования, выглядит следующим образом.

Начальная технологическая  операция получения клинкера — измельчение  сырьевых материалов. При использовании  в качестве известкового компонента мела его измельчают в болтушках  или в мельнице самоизмельчения. Если применяют твердый известняк, то его дробят в одну-две стадии в щековых дробилках. Глиняный шлам, полученный в болтушках или других агрегатах, направляют в сырьевую мельницу, куда подается для измельчения и известняк. В мельницу известняк и глиняный шлам подают в определенном соотношении, соответствующем требуемому химическому составу клинкера. Чтобы получить сырьевой шлам заданного химического состава, его корректируют в бассейнах или в потоке.

Выходящий из мельниц  сырьевой шлам в виде сметанообразной массы насосами подают в расходный бачок в печной цех на обжиг. Из бачка шлам равномерно сливается во вращающуюся печь. При мокром способе производства для обжига клинкера используют длинные вращающиеся печи со встроенными теплообменными устройствами.

Из печи клинкер поступает  в холодильник, где охлаждается  холодным воздухом. Охлажденный клинкер  отправляют на склад. В ряде случаев  клинкер из холодильников направляют непосредственно на помол в цементные  мельницы. Перед помолом клинкер  дробят. Дробление клинкера производится совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками.

Из мельницы цемент транспортируют на склад силосного типа (цементные  силосы). Отгружают цемент потребителю  либо в таре (бумажных мешках по 50 кг), либо навалом в автоцементовозах или в специальных железнодорожных вагонах.

Рис. 1 Схема производства портландцемента по мокрому способу.

Более детально технологический  процесс представлен на листе 1.

Для выявления опасностей и предложения инженерных решений  по охране труда ниже будет рассмотрены участки обжига клинкера (лист 1, поз. 1), холодильник (лист 1, поз. 2) и склад клинкера (лист 1, поз. 3).

2. Выявление опасных и вредных производственных факторов

Для выявления участка  с наибольшим количеством опасностей рассмотрим три технологических передела: обжиг клинкера во вращающейся печи, охлаждение клинкера и складирование.

На листе 2 укрупненно показаны данные переделы.

Вращающаяся печь представляет собой металлический барабан  диаметром 5*4,5*5 м, длинной 170 м, футерованный огнеупорным кирпичом, устанавливают под углом 4% к горизонту на опорные ролики. Барабан приводят во вращение электродвигателем через редуктор и открытую зубчатую передачу. Мощность привода – 640 КВт.

Вращающаяся печь мокрого  способа обжига цемента работает по принципу противотока - сырьевая смесь и газовый поток движутся навстречу друг другу. Материал подается с холодного конца печи, а горячие газы с горячего конца, со стороны разгрузки печи. Подготовленный шлам  влажностью  в среднем 35 - 45 %  насосами подается в питатель для дозирования и питания печи. Из  питателя шлам по сливной трубе поступает в загрузочную часть печи. Крупные частицы запыленных газов, выходящих из печи  в пылевую камеру, осаждаются, а более мелкие направляются на окончательную очистку в  электрофильтр. Время обжига клинкера составляет около 2 часов. Газы из печи очищают от пыли в системе очистки, отработанные газы через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу. Для улучшения условий теплопередачи в печи встраивают различные теплообменные устройства - перегребающие лопасти, полки, цепные завесы, насадки и т.д.

Наименование профессий  рабочих участвующих в технологическом  переделе обжига цементного клинтера:

1. Аспираторщик.
2. Машинист вращающихся печей.
3. Помощник машиниста вращающихся печей.
4. Чистильщик по очистке пылевых камер.
5. Шламовщик.

Опасные и вредные  факторы характерные для данного  передела:

1. Опасность взрыва топлива.
2. Отравление продуктами сгорания.
3. Опасность термического воздействия.
4. Шум.
5. Пыль.
6. Механические опасности от движущихся частей оборудования.
7. Опасность поражения электрическим током.

Колосниковый холодильник  «Волга-75С».

Колосниковая решетка  имеет три зоны: острого дутья, горячую и холодную. В зоне острого  дутья расположен один ряд неподвижных  наклонных колосников. В горячей  и холодной зонах размещены чередующиеся ряды неподвижных и подвижных колосников, соответственно укрепленных на неподвижных или движущихся балках. Под колосниковыми решетками находятся два скребковых транспортера для уборки просыпи.

Температура выходящего клинкера 50 - 80°С.

Производительность на 1 м² решетки принята 0,9 т/ч. Общая площадь колосников решеток составляет 83,5 м² (в том числе 3 м² площади острого дутья) при живом сечении в 10% ход колосников 150 мм, а число двойных ходов от 10 до 20. Приводы решеток, дробилки, транспортеры просыпи и тягодутьевые машины сблокированы. Установленная мощность всех приводов 50 КВт.

Для острого дутья  устанавливается вентилятор ВВД-11у  производительностью 17 000 м³/ч, напором 600 мм вод. ст., мощность электродвигателя 55 КВт, для общего дутья - вентилятор ВДН-18-П производительностью 200 000 м³/ч, напором 310 мм вод. ст., мощность электродвигателя 250 КВт.

Наименование профессий  рабочих участвующих в технологическом  переделе:

1. Транспортерщик горячего клинкера.
2. Аспираторщик.
3. Чистильщик по очистке пылевых камер.

Опасные и вредные  факторы характерные для данного  передела:

1. Опасность термического воздействия.
2. Шум.
3. Пыль.
4. Механические опасности от движущихся частей оборудования.
5. Опасность поражения электрическим током.

Клинкерный склад.

Для загрузки и выгрузки клинкерный склад оборудован мостовым грейферным кранам грузоподъемностью 10 т. При помощи крана можно набирать и насыпать клинкер в любое место склада, а также подавать его в бункер мельницы. Мостовые грейферные краны могут перемещать на склад и в бункеры мельниц гипс и различные добавки. Для перемещения клинкера применяются транспортерные ленты, тряски и другие транспортные устройства. Загрузочные транспортеры обычно устанавливаются в верхней части склада, а в полу клинкерного склада устраиваются воронкообразные отверстия со специальными затворами для подачи клинкера на транспортер, расположенный в туннеле под клинкерным складом. Перемещение клинкера к мельницам осуществляется лишь только при помощи грейферного крана, ковш которого подает клинкер из склада непосредственно в бункер мельницы.

Наименование профессий  рабочих участвующих в технологическом  переделе:

1. Крановщик грейферного крана

Опасные и вредные  факторы характерные для данного  передела:

1. Шум.
2. Пыль.
3. Опасность поражения электрическим током.
4. Вибрация.

На основании анализа  можно сделать вывод: наибольше  количество опасностей выявлено на участке  обжига цементного клинкера, так же там занято наибольшее количество работников, что требует разработки инженерных решений по охране труда.

3. Характеристика опасностей и применение инженерных решений по их устранению

Опасность взрыва топлива.

В качестве топлива для  вращающейся печи применяется природный  газ. Природный газ на 98 % состоит  из метана СН₄. Теплотворная способность 8,5-9,5 тыс.ккал. Температура воспламенения 645 ^оС. Скорость распространения пламени 0,67 м/сек. Температура в зоне горения 1800 ^оС. Взрывоопасность газа от 5 до 15 % загазованности помещения.  Основной причиной образования взрывных газовоздушных смесей является утечка газа из систем газоснабжения и отдельных ее элементов (неплотно закрытая арматура, износ сальниковых уплотнений, разрывы швов газопроводов, негерметичность резьбовых соединений и т. д.), а также несовершенная вентиляция помещений, топки и газоходов котлов и печей, подвальных помещений и различных колодцев подземных коммуникаций. Природный газ не имеет цвета и запаха, поэтому его одорируют (придают запах) раз в 10 дней добавляют этилмеркаптан.

 

Отравление продуктами сгорания.

При неполном сгорании топлива образуется угарный газ СО. Угарный газ оказывает вредное воздействие в концентрации 60 мг/м³ воздуха. Предельно допустимая концентрация — 20 мг/м³.

Угарный газ поступает в организм через дыхательные пути, оказывая токсическое действие, обусловленное  образованием карбоксигемоглобина, который не способен к связыванию кислорода. Наступающее кислородное голодание приводит к угнетению тканевого дыхания и к рефлекторному воздействию на интерорецепторы, что вместе с блокадой ряда ферментов является основным в патогенезе отравления СО. Угарный газ так опасен из-за сложности его обнаружения в воздухе рабочей зоны.

Опасность взрыва топлива, как и  опасность отравления продуктами сгорания устраняется при применении стационарных сигнализаторов горючих и токсичных  газов, а так же установкой системы приточно-вытяжной вентиляции. Примером такого сигнализатора может служить многоканальный стационарный сигнализатор горючих и токсичных газов СТГ-1-2. Сигнализатор используется для выдачи сигнализации о превышении установленных значений объёмной доли горючих газов и массовой концентрации оксида углерода в воздухе. Конструктивно каждый сигнализатор состоит из блока контроля и сигнализации (БКС) (рис. 2) и одного или двух выносных блоков датчиков горючих газов. Датчик оксида углерода встроен в БКС, датчик горючих газов находится в блоке датчика (БД). Связь между БД и БКС сигнализатора осуществляется по трёхпроводной линии.

Рис. 2 Внешний вид СТГ-1-2.

Опасность термического воздействия.

Вращающаяся печь представляет собой полый барабан из сваренных между собой стальных листов. Для снижения теплопотерь и температурного воздействия на работников применяется футеровка (лист 2, поз. 2). Нагрев барабана происходит неравномерно, наибольшая температура корпуса барабана будет в нижнем конце, ближе к горелке (лист 2, поз. 15). Снижение температуры корпуса вне цеха добиваемся оросительной установкой (лист 2, поз. 16).

Так же необходимо снизить температуру  стенки внутри цеха до нормативной (45 ^оС). Для этого произведем расчет температуры стенки и необходимого количества изоляционных экранов.

Исходные данные:

Толщина стенки d= 250 мм, температура газов вращающейся печи в зоне первичного охлаждения t_вк= 600 ⁰С, температура воздуха в цехе t_воз=30 ^оС, коэффициент конвективного теплообмена внутри вращающейся печи α₁=20 Вт/м², коэффициент конвективного теплообмена наружного воздуха α₂=8 Вт/м²·⁰С, коэффициент теплопроводности материала стенки λ_ст=0,7  Вт/м²·^оС

Решение:

1. Определяем удельный тепловой поток Вт/м^2·оС через стенку d=250 мм.

        [Вт/м²],                          (1)

Где k – коэффициент теплопередач через стенку, Вт/м²·⁰С;

t_вк – температура газов внутри печи;

t_вк – температура воздуха снаружи печи;

F – поверхность стенки равна 1м² (удельная).

2. Определяем коэффициент теплопередачи через стенку.

 

 Вт/м²·⁰С            (2)

 

3. Определяем численное значение удельного теплового потока.

  Вт/м²       (3)

4. Определяем температуру стенки внутри камеры.

                             (4)

5. Определяем наружную температуру стенки сушильной камеры.

                                    (5)

Вывод: температура наружной стенки камеры по санитарным нормам не должна превышать 45^о, следовательно, полученная температура 163^о не соответствует нормам охраны труда.

Определим количество экранов, которые необходимо установить на поверхности стенки, чтобы ее температура не превышала 45^о. Конструктивно экраны монтируются на стенке в виде пакета пластин с расстоянием между экранами 5мм. При этом зазоре между пластинами подавляется конвекция, и теплообмен с окружающей средой осуществляется только излучением (90-98%).

Количество экранов определим  из формулы:

m=(n – 1) – i,                                                 (4)

где n – количество экранов, которые необходимо установить на наружной стенке сушильной камеры;

m – количество экранов, снижающих лучистый тепловой поток.

I – номер экрана температура которого определяется в данном случае. Температура определяется на втором экране, поэтому i=2.

N=m+1

                                                (5)

По условию задачи безразмерной температурой θ_эi является температура изолированного тела θ_о

Θ_о = Т_о/Т_к                                                                                 (6)

Т_о=(t_c2+273)=163+273=436K

Т_к=(t_cн+273)=45+273=318K

Найдем плотность теплового потока при температуре 45^оС

 Вт/м²                 (7)

С_о=5,67 Вт/м²·К⁴ – коэффициент излучения;

ε_пр – степень черноты приведенная

                (8)

Определяем плотность  теплового потока при температуре 163^оС.

 Вт/м²             (9)

Вычисляем значение m:

                            (10)

Вычисляем количество экранов:

n=m+1=1+1=2 экрана

При этом инженерным решении  температура на поверхности экрана (Лист 2. 17) №2 не будет превышать санитарную норму 45^оС.

Вредное воздействие производственного шума.

Звук или тон - это  акустическое гармоническое колебание  с определённой частотой, а шум  является комплексом звуков разных частот.  Физические характеристики звука:        - частота колебаний f, Гц;       

- звуковое давление р, Па;       

- интенсивность или сила звука  I, Вт/м2       Частота колебаний - это число колебаний в секунду, характеризует высоту тона.        

Звуковое давление - это силовая  характеристика звукового поля, разность полного давления в волне и  атмосферного. Оно оценивается среднеквадратичной величиной, т.е. средней за период колебаний.

Уровень ощущения звука  L  пропорционален десятикратному логарифму интенсивности  звука, отнесённой к интенсивности  на пороге слышимости.

Величина  L  измеряется в относительных логарифмических  единицах – децибелах (дБ).        

Уровень  звука можно  также выразить через звуковое давление:  

(11)  

 

 

Где I₀ и P₀ -   интенсивность и звуковое давление на пороге слышимости. Интенсивность шума в любой точке помещения с источником шума складывается из интенсивности прямого шума от источника и многократно отражённого от стен помещения, который определяется с использованием аппарата теории вероятностей.

Уровни интенсивности  шума в помещении с источником шума определяются по формуле:

                               (12)

Где, Q – акустическая постоянная.

                              (13)

Самый шумный участок  по результатам замеров шума в  помещениях является помещение со шламовым питателем (лист 2, поз. 10).

Уровень шума составил 103,5 дБ.

Так как рабочий там  прибывает все рабочее время (480 мин), необходимо рассчитать и установить защитный кожух на шламопитатель.

По формуле (12) рассчитываем уровень шума в помещении:

   дБ

По ГОСТ 12.1.003-83 «Шум. Общие  требования безопасности» норма  для производственных помещений  составляет 80 дБ.

Превышение нормы составляет:

 дБ

Для приведения в соответствии с нормой устанавливаем звукоизолирующий кожух (лист 2, поз. 18).

Звукоизоляция стенки зависит  от толщины и удельного веса материала  и рассчитывается по формуле:

                   (14)

Кожух выполняется из листов АМГ толщиной l = 2 мм, удельный вес материала q = 2800 кГ/м³.

Тогда звукоизоляция  кожуха составляет:

         дБ

Уровень шума в помещение  при применении изоляции составит:

   дБ

что соответствует нормативному значению.

Повышенная  концентрация пыли в воздухе рабочей  зоны.

Пылевой фон от цементных  заводов формируется в основном за счет трех источников пылевыделения: вращающихся печей, цементных мельниц и силосов.

Основным источником пылевыделения являются клинкерообжигательные  печи. В большинстве случаев количество пыли, выбрасываемое в атмосферу  с газами от печей, доходит до 80% от всего количества пыли, выделяемой в процессе производства цемента.

При нормальном режиме работы современных вращающихся печей  по мокрому способу производства клинкера, вынос пыли из печи по отношению  к весу сухого материала, подаваемого  в печь, обычно составляет 5-8 %.

Большое влияние на величину пылеуноса имеют теплообменные  устройства, главным образом цепные завесы (лист 2, поз. 3), которые являются не только теплообменниками, но и своего рода устройством, задерживающим пыль, выносимую из печи газами.

Для эффективной очистки от пыли отходящих газов применяется батарея фильтров (циклонов и электрофильтров) (лист 2, поз. 11).

1 ступень очистки –  циклоны, применяются для осаждения  с эффективностью улавливания  пыли крупного размера (20 мкм)  более 80 %.

2 ступень очистки – более совершенные электрофильтры тонкой очистки типа ЭГА. Частицы пыли в потоке газа, который проходит между электродами в поле коронного разряда, заряжаются отрицательными ионами и осаждаются на поверхности осадительного электрода (рис. 3).

Рис. 3 Схема зарядки и осаждения пыли в электрофильтре.

При использовании такой  системы добиваемся очистки отходящих  газов от пыли 97-98 %.

Механические  опасности.

Основными источниками  опасности при обжиге клинкера являются открытые зубчатые передачи, шнек для транспортировки уловленной пыли, а так же падение работников с высоты.

При проектировании и  изготовлении машин и оборудования необходимо учитывать основные требования безопасности для обслуживающего их персонала, а также надежность и  безопасность эксплуатации этих устройств.

Для обеспечения безопасности необходимо предусмотреть средства защиты.

Оградительными средствами защиты, или ограждениями, называют устройства, препятствующие появлению  человека в опасной зоне. Ограждения могут быть стационарными (несъемными), подвижными (съемными) и переносными. Практически ограждения выполняются в виде различных сеток, решеток, экранов, кожухов и др. Они должны иметь такие размеры и быть установлены таким образом, чтобы в любом случае исключить доступ человека в опасную зону.

При устройстве ограждений должны соблюдаться определенные требования:

- ограждения должны  быть достаточно прочными, чтобы  выдерживать удары частиц (стружки), возникающих при обработке деталей,  а также случайное воздействие  обслуживающего персонала, и надежно закрепленными;

- ограждения изготавливаются  из металлов (как сплошных, так  и металлических сеток и решеток), пластмасс, дерева, прозрачных материалов (органическое стекло, триплекс и  др.);

- все открытые вращающиеся  и движущиеся части машин должны быть закрыты ограждениями;

-  внутренняя поверхность  ограждений должна быть окрашена  в яркие цвета (ярко-красный,  оранжевый), чтобы было заметно,  если ограждение снято;

-  запрещается работа  со снятым или неисправным  ограждением.

Предохранительные устройства – это такие устройства, которые автоматически отключают машины или агрегаты при выходе какого-либо параметра оборудования за пределы допустимых значений. Это звено разрушается или не срабатывает при отклонении режима эксплуатации оборудования от нормального.

Примерами устройств  этого типа могут служить: предохранительные  клапаны и разрывные мембраны, устанавливаемые на сосуды, работающие под давлением, для предотвращения аварии; различные тормозные устройства, позволяющие быстро остановить движущиеся части оборудования; концевые выключатели и ограничители подъема, предохраняющие движущиеся механизмы от выхода за установленные пределы, и др.

Блокировочные устройства исключают возможность проникновения  человека в опасную зону или устраняют  опасный фактор на время пребывания человека в опасной зоне. По принципу действия различают механические, электрические, фотоэлектрические, радиационные, гидравлические, пневматические и комбинированные блокировочные устройства.

Различные сигнализирующие  устройства предназначены для информации персонала о работе машин и оборудования, для предупреждения об отклонениях технологических параметров от нормы или о непосредственной угрозе.

Защитные устройства должны удовлетворять следующим  минимальным общим требованиям:

Предотвращать контакт. Защитное устройство должно предотвращать контакт рук или других частей тела человека или его одежды с опасными движущимися частями машины, не позволять человеку - оператору машины или другому рабочему - приблизить руки и другие части тела к опасным движущимся частям.

 Обеспечивать безопасность. Рабочие не должны иметь возможность  снять или как-то обойти защитное  устройство. Защитные устройства  и устройства безопасности должны  быть изготовлены из прочных  материалов, выдерживающих условия  нормальной эксплуатации. Их следует надежно прикрепить к машине.

Закрывать от падающих предметов. Защитное устройство должно обеспечить такое положение, при котором  ни один предмет не мог бы попасть  в движущие части машины и вывести  ее тем самым из строя или срикошетить от них и нанести кому-нибудь травму.