Предприятий

Современное машиностроение развивается на базе крупных производственных объединений, включающих заготовительные и кузнечно-прессовые цехи, цехи термической и механической обработки металлов, цехи покрытий и крупное литейное производство. В состав предприятий также входят испытательные станции, ТЭЦ и вспомогательные подразделения. В процессе производства машин и оборудования широко используют сварочные работы, механическую обработку металлов, переработку неметаллических материалов, лакокрасочные операции и т.п.

Литейные цехи. Наиболее крупными источниками пыле- и газовыделения в атмосферу в литейных цехах являются: вагранки, электродуговые и индукционные печи, участки складирования и переработки шихты и формовочных материалов; участки выбивки и очистки литья.

При плавке 1 т металла в открытых чугунолитейных вагранках выделяется 900 – 1200 м³ колошникового газа, содержащего оксиды углерода, серы и азота, пары масел, полидисперсную пыль и др. При разбавлении колошникового газа воздухом, подсасываемым через завалочное окно вагранки, количество отходящих газов увеличивается в 1,5 – 3,5 раза. Параметры и состав газов, отходящих от открытых чугунолитейных вагранок, приведены в табл.3.

Таблица 1.

Таблица 2.

Таблица 3.

Химический состав ваграночной пыли зависит от состава металлозавалки, топлива, условной работы вагранки и может колебаться в следующих пределах (масс. доли, %): SiO₂ – 20÷50; CaO – 2÷12; Al₂O₃ – 0,5÷6; MgO – 0,54; (FeO+Fe₂O₃) – 10÷36; MnO – 0,5÷2,5; C – 30÷45.

Дисперсный состав ваграночной пыли:

Медианный размер пыли при горячем дутье 20 мкм, а при холодном дутье 70 мкм.

В закрытых чугунно-литейных вагранках производительностью 5 – 10 т/ч на 1 т выплавленного чугуна выделяется 11 – 13 кг пыли; 190 – 200 кг оксида углерода; 0,4 кг диоксида серы; 0,7 кг углеводородов и др. Концентрация пыли в отходящих газах составляет 5 – 20 г/м³, медианный размер пыли 35мкм.

В табл.4 приведены выбросы загрязняющих веществ электродуговыми печами при выплавке стали.

Таблица 4.

Состав пыли зависит от марки выплавляемой стали. Примерный химический состав пыли, мас. доли, %: Fe₂O₃ – 56,8; Mn₂O₃ – 10,0; Al₂O₃ – 5,0; SiO₂ – 6,9; MgO – 5,8; остальное – хлориды, оксиды хрома и фосфора. Средний фракционный состав пыли:

При плавке стали в индукционных печах, по сравнению с электродуговыми, выделяется незначительное количество газов и в 5– 6 раз меньше пыли, по размеру более крупной.

При литье под действием теплоты жидкого металла из формовочных смесей выделяются бензол, фенол, формальдегид, метанол и другие токсичные вещества, количество которых зависит от состава формовочных смесей, массы и способа получения отливки и ряда других факторов. Газовыделения при заливке металлом форм и их охлаждении можно определить по данным приведенным в табл. 5.

Таблица 5.

От участков выбивки литья на 1 м² площади решетки выделяется до 45 – 60 кг/ч пыли, 5– 6 кг/ч оксида углерода, до 3 кг/ч аммиака. Значительными выделениями пыли сопровождаются процессы очистки и обрубки литья. Работа пескоструйных и дробеструйных камер, очистных барабанов и столов сопровождается интенсивным выделением пыли с медианным размером 20 – 60 мкм. Концентрация пыли в воздухе, отводимом от камер и барабанов, составляет 2 – 15 мг/м³.

Примечания. 1. 80% газовыделения всех вредных веществ приходится на первые 20 мин после заливки металла в формы. К концу первого часа газовыделение практически прекращается. 2.Холоднотвердеющая смесь для стального литья на 100 мас. ч. кварцевого песка содержит 2 мас. ч. смолы ОФ-1 и катализатор в виде 70%-ного водного раствора бензосульфокислоты (60% от массы смолы ОФ-1); для чугунного литья – 2 мас. ч. смолы БС-40 и катализатор в виде технической ортофосфорной кислоты (40% от массы смолы БС-40); для фасонного чугунного литья – 4 мас.ч. смолы УКС и катализатор в виде раствора хлорного железа (20% от массы УКС).

Значительное количество пыли и газов выделяется в атмосферу участками литейных цехов по приготовлению, переработке и использованию шихты и формовочных материалов. Так, содержание пыли, на 35 – 50% состоящей из диоксида кремния, в отводимом воздухе составляет: d₄ =0,5÷1 мм.

Интенсивность выделения вредных веществ (приведено к формальдегиду) при изготовлении стержней из холоднотвердеющей смеси зависит от состава связующего вещества (газовыделение отнесено к 1 дм² площади поверхности стержня):

Кузнечно-прессовые и прокатные цехи. В процессах нагрева и обработки металла в кузнечно-прессовых прокатных цехах выделяется пыль, кислотный и масляный аэрозоль (туман), оксид углерода, диоксид серы и др.

При прокатке пыль образуется главным образом в результате измельчения окалины валкам, при этом ~ 20% пыли имеет размер частиц менее 10 мкм. Выброс пыли из цеха составляет в среднем 200г на 1 т товарного проката. Если в процессе проката применяется огневая зачистка поверхности заготовки, то выход пыли возрастает до 500 – 2000 г/т. При этом в процессе сгорания поверхностного слоя металла образуется большое количество мелкодисперсной пыли, состоящей на 70 – 90% из оксидов железа:

Для удаления окалины с поверхности горячекатаной полосы применяют травление в серной или соляной кислоте. Суммарное количество воздуха, отсасываемого из агрегата непрерывного травления, составляет 14000 – 18000 м³/ч, а среднее содержание кислоты в удаляемом воздухе достигает 2,5 – 2,7 г/м³. Если для очистки воздуха от кислот применяют высокоэффективные пенные аппараты, то и в этом случае содержание кислот в воздухе после его очистки составляет 0,05 г/м³.

При использовании в кузнечно-прессовых цехах для нагрева металла пламенных печей в атмосферу выбрасываются оксиды углерода, серы, азота и другие продукты сгорания. Для определения валовых выделений вредных веществ от нагревательных печей целесообразно пользоваться удельными показателями по выбросам, приведенным к единице массы (т) или объема (м³ или тыс. м³) сжигаемого топлива (S – содержание серы в исходном топливе,%; А_Р – зольность топлива, %):

Общеобменной вентиляцией кузнечно-прессового цеха в атмосферу выбрасываются оксиды углерода и азота, диоксид серы. От пролетов с молотами выбросы оксида углерода на 1т топлива составляют 7 кг/т (газ или мазут), диоксида серы – 5,2 кг/т (мазут); от пролетов с прессами и ковочными машинами – соответственно 3 и 2,2 кг/т.

Термические цехи. Вентиляционный воздух, выбрасываемый из термических цехов, обычно загрязнен парами и продуктами горения масла, аммиаком, цианистым водородом и другими веществами, поступающими в систему местной вытяжной вентиляции от ванн и агрегатов для термической обработки. Источниками загрязнений в термических цехах являются также нагревательные печи, работающие на жидком и газообразном топливе, а также дробеструйные и дробеметные камеры. Концентрация пыли в воздухе, удаляемом из дробеструйных и дробеметных камер, где металл очищается после термической обработки, достигает 2 – 7 г/м³ (d₄ =10÷20 мм).

При закалке и отпуске деталей в масляных ваннах в отводимом от ванн воздухе содержится до 1% паров масла от массы металла. При цианировании выделяется до 6 г/ч цианистого водорода на один агрегат цианирования.

Гальванические цехи. В воздухе, удаляемом из гальванических цехов, вредные вещества находятся в виде пыли, тонкодисперсного тумана, паров и газов. Наиболее интенсивно вредные вещества выделяются в процессах кислотного и щелочного травления,

Массу вредных веществ. Выделяющихся при травлении с поверхности S, м² зеркала ванны, определяют по формуле: мг/мин, где – интенсивность выделения вредных веществ с единицы площади зеркала ванны, мг/(м²·мин). Значения приведены в табл. 6.

При нанесении гальванических покрытий (воронение, фосфатирование, анодирование и т. п.) образуются различные вредные вещества. Так, при фосфатировании изделий выделяется фтористый водород, концентрация которого в отводимом воздухе достигает 1,2 – 15 г/м³. Концентрации HCE, H₂SO₄, HCN, Cr₂O₃, NO₂, NaOH и др. в удаляемом от гальванических ванн воздухе колеблются в значительных пределах, что требует специальной очистки воздуха перед выбросом в атмосферу. При проведении подготовительных операций в гальванических цехах (механическая очистка и обезжиривание поверхностей) выделяются пыль, пары бензина, керосина, трихлорэтилена, туманы щелочей.

Анализ дисперсного состава туманов показал, что размер частиц находится в пределах 5 – 6 мкм при травлении, 8 – 10 мкм при хромировании и 5 – 8мкм при цианистом цинковании.

Таблица 6.

Марка стали	Травильный раствор	, мг/(м2·мин)	Выделяющиеся вещества и их агрегатное состояние
состав	температура, °С
	15%-ныйраствор серной кислоты без ингибитора			Серная кислота, аэрозоль
	15%-ныйраствор серной кислоты с ингибитора			То же
	20%-ный раствор соляной кислоты	70 – 80		Соляная кислота, пары
12Х18H10T	10 – 12%-ный раствор азотной кислоты			Оксиды азота в пересчете на N2O3 (пары)
12Х18H10T	4 – 5%-ный раствор азотной кислоты			Суммарно NO2+HNO3 в пересчете на N2O3 (пары)
08X15H24B4TЗ	15,5%-ный раствор азотной кислоты			Фтористый водород, пары. Оксиды азота в пересчете на N2O3 (пары)
12Х18H10T	То же			Суммарно N2O3+HNO3 в пересчете на N2O3 (пары)
08X18H10T	20 – 22%-ный раствор серной кислоты			Суммарно SO2+H2SO4 в пересчете на H2SO4 (аэрозоль)

Цехи механической обработки. Механическая обработка металлов на станках сопровождается выделением пыли, стружки, туманов масли и эмульсий, которые через вентиляционную систему выбрасываются из помещений. В табл. 7 приведено количество паров воды, туманов масел и эмульсий, выделяющихся за 1 ч при работе станков в расчете 1 кВт мощности устанавливаемых на станках электродвигателей.

Таблица 7.

Пыль, образующая в процессе абразивной обработки, состоит на 30 – 40% из материала абразивного круга, на 60 – 70% из материала обрабатываемого изделия. Количество выделяющейся пыли зависит от размеров и твердости обрабатываемого материала, диаметра и окружной скорости круга, а также способа подачи изделия (рис.2). Для круглошлифовальных станков выделение пыли составляет:

Пыль заточных станков инструментального цеха имеет частицы неправильной формы следующего дисперсного состава:

Медианный размер пыли 38 мкм при среднеквадратичном отклонении

σ = 1,64; плотность материала частиц пыли 4,23 г/см³.

Значительное выделение пыли наблюдается при механической обработке древесины, стеклопластиков, графита и других неметаллических материалов. Так, при обработке текстолита, стеклоткани, карболита и органического стекла выделение пыли составляют (г/ч на единицу оборудования):

При механической обработке полимерных материалов одновременно с пылеобразованием могут выделяться пары различных химических веществ и соединений (фенол, формальдегид, стирол и др.), входящих в состав обрабатываемых материалов.

Цехи производства неметаллических материалов. В машиностроении широкое применение находят стеклопластики, которые содержат стекловолокнистый наполнитель и связующие смолы (ненасыщенные полиэфирные, фенолформальдегидные, эпоксидные). Выделение вредных паров веществ при формировании и полимеризации для различных смол приведено в табл.8.

При производстве эбонитовых изделий в вентиляционную систему попадают SO₂, CO, H₂S, пары бензина, толуола, глицерина, пыль. Особенно много вредных выбросов происходит в процессе производства пластмасс, синтетических волокон и т. п.

Сварочные цехи. На участках сварки и резки металлов состав и масса выделяющихся веществ зависит от вида и режимов технологического процесса, свойств применяемых сварочных и свариваемых материалов. Наибольшие выделения вредных веществ характерны для процесса ручной электродуговой сварки покрытыми электродами. При расходе 1 кг электродов в процессе ручной дуговой сварки стали образуется до 40 г пыли; 2 г фтористого водорода; 1,5 г оксидов углерода и азота; в процессе сварки чугунов – до 45 г пыли и 1,9 г фтористого водорода.

Таблица 8.

При полуавтоматической и автоматической сварке (в защитной среде и без нее) общая масса выделяемых вредных веществ меньше в 1,5 – 2 раза, а при сварке под флюсом – в 4 – 6 раз.

Сварочная пыль на 99% состоит из частиц размером от 10^-3 до 1 мкм, около 1% пыли имеет размер частиц 1 – 5 мкм, частицы размером более 5 мкм составляют всего десятые доли процента. Химический состав выделяющихся при сварке загрязнений зависит в основном от состава сварочных материалов (проволоки, покрытий, флюсов) и в меньшей степени от состава свариваемых металлов. Валовые выделения вредных веществ при сварке (на 1 кг расходуемых сварочных материалов) приведены в табл. 9.

Газовая и плазменная резка металлов сопровождается выделением пыли и вредных газов. В табл. 10 приведены сведения о валовом выделении вредных веществ при резке металлов в пересчете на 1 м реза. Пыль представляет собой конденсат оксидов металлов, размер частиц которого не превышает

2 мкм. Химический состав пыли определяется главным образом маркой разрезаемого материала. При резке обычно выделяются токсичные соединения хрома и никеля, марганец, вредные газы – CO, NO_x, а при плазменной резке образуется еще и озон.

Для приближенной оценки массы (г) токсичных веществ, входящих в состав пыли выделяющихся при резке 1 м металла, можно использовать соотношения:

–––––––––––

*δ – толщина разрезаемого листа металла, мм; Mn, Cr – содержание (%) марганца и хрома в стали.

Таблица 9.

Участки пайки и лужения. В вентиляционный воздух на участках пайки и лужения выделяются токсичные газы (оксид углерода, фтористый водород), аэрозоли (свинец и его соединения) и т. п. Удельные выделения аэрозоля свинца (размер частиц 0,7 – 7 мкм) при лужении и пайки оловянно-свинцовыми припоями ПОС-40 и ПОС-61 составляют:

Таблица 10.

Массы оксида углерода, выделяющиеся при обжиге 1г изоляции при температуре 800 – 900°С, следующие, мг: винипласт – 240, полихлорвинил –180, полиэтилен – 100, фторопласт – 100, хлопок – 100, шелк – 200, шелк и винипласт – 190. При обжиге фторопластовой изоляции выделяется на 1 г изоляции 3 мг фтористого водорода.

Окрасочные цехи. Токсичные вещества в окрасочных цехах выделяются в процессах обезжиривания поверхностей органическими растворителями перед окраской, при подготовке лакокрасочных материалов, при их нанесении на поверхность изделий и сушке покрытия. Воздух, удаляемый вентиляционными отсосами от красочных камер, напольных решеток, сушильных установок и других устройств, всегда загрязнен парами растворителей, а при окраске распылением, кроме того, – окрасочным аэрозолем. При окраске изделий порошковыми полимерными материалами в вентиляционном воздухе содержится пыль.

При обезжиривании изделий перед окраской в вентиляционные выбросы за счет испарения с поверхности зеркала ванны поступают пары углеводородов с интенсивностью, г/(м²·мин): бензин 67 – 83, керосин 17 – 34, уайт-спирит 83 – 100.

Концентрации вредных веществ в вентиляционных выбросах, удаляемых от мест окраски, зависят от состава и расхода лакокрасочных материалов, способа их нанесения на окрашиваемую поверхность, устройства вентиляции, окрасочного оборудования, метода окрашивания. В вентиляционных выбросах окрасочных цехов могут содержаться окрасочный аэрозоль – d₄ = 5 мм (до 1 г/м³) и пары растворителей (до 10 г/м³). Характеристики вентиляционных выбросов из окрасочных цехов приведены в табл. 11.

Таблица 11.

Массу паров растворителей, выбрасываемых в атмосферу от окрасочного и сушильного оборудования, можно определить по формуле:

, где

расход лакокрасочных материалов в г/ч;

доля растворителей в лакокрасочных материалах (при покрытии лаком в лакокрасочных машинах равен 0,6 и 0,8 соответственно для металлических и деревянных изделий);

коэффициент, учитывающий количество выделяющегося растворителя из лакокрасочного материала за время окраски и сушки (для камер окраски распылением равен 0,3, для сушильных установок – 0,7);

коэффициент, учитывающий поступление паров растворителей в рабочую зону (обычно 2 – 3%), равен 0,975;

эффективность улавливания паров растворите5лей в системе очистки вентиляционных выбросов (для гидрофильтров, равная 0,3 – 0,35).

Массу выбросов аэрозоля от окрасочного оборудования с вентиляционным воздухом в атмосферу определяют по формуле:

, где

доля лакокрасочных материалов, расходуемая на образование окрасочного аэрозоля, зависит от способа распыления краски;

коэффициент, учитывающий поступление окрасочного аэрозоля в рабочую зону, обычно ≈ ;

эффективность улавливания окрасочного аэрозоля гидрофильтрами, обычно равная 0,92 – 0,98.

Приведем значения и для различных способов окраски металлических изделий.

Распыление:
Пневматическое.......................................	0,4	0,3
безвоздушное...........................................	0,22	0,025
гидроэлектростатическое.......................	0,25	0,01
пневмоэлектростатическое.....................	0,2	0,033
электростатическое.................................	0,5	0,01
горячее......................................................	0,22	0,24
Электроосаждение.........................................	0,1	––
Окунание........................................................	0,35	––
Струйный облив............................................	0,25	––

Анализ состава загрязнений, выбрасываемых в атмосферу машиностроительным предприятием, показывает, что кроме основных примесей атмосферу (CO, SO₂, NO_x, C_nH_m, пыль) в выбросах содержатся и другие токсичные соединения, которые почти всегда оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду. Концентрация вредных веществ в вентиляционных выбросах часто невелика, но из-за больших объемов вентиляционного воздуха валовые количества вредных веществ, поступающих в атмосферу, весьма значительны. В течение суток выбросы производятся неравномерно. Из-за небольшой высоты выброса, рассредоточенности и, как правило, плохой очистки они сильно загрязняют воздух на территории предприятий. Поскольку ширина санитарно-защитных зон для машиностроительных заводов обычно не превышает 100 м даже при наличии в составе завода литейных цехов, то возникают большие трудности в поддержании требуемой чистоты воздуха селитебных зон, примыкающих к предприятию.