Определение токсичности корабельной энергетики.

Для определения токсичности отработанных газов следует определить концентрацию вредных веществ в атмосферном воздухе в месте базирования кораблей. Для этого существует нормативный документ ОНД-86, на основании которого производится расчет приземных концентраций токсичных веществ в атмосферном воздухе.

В зависимости от высоты устья источника выброса над уровнем земной поверхности, указанный источник относят к одному из следующих четырех классов:

а) высокие источники, Н₀ > 50 м;

б) источники средней высоты, Н₀ = 10…50м

в) низкие источники, Н₀ = 2…10 м;

г) наземные источники, Н₀ < 2м.

Корабельные источники выброса отработанных газов относятся к источникам средней высоты и низким источникам, в зависимости от главных размерений корабля.

При одновременном совместном присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ, обладающих суммирующим вредным воздействием, концентрация данных веществ приводится к одному вредному инградиенту и рассчитываются по формуле:

C = C₁ +C₂ПДК₁/ПДК₂ + …+С_n ПДК₁/ПДК_n (31)

Где С₁ – концентрация вещества, к которому осуществляются приведения, мг/м³;

ПДК₁ – его предельно допустимая концентрация, мг/м³;

C₂… С_n, ПДК₂… ПДК_n - концентрации и ПДК других веществ, входящих в рассматриваемую группу суммации.

Предельно допустимые концентрации токсичных компонентов продукции сгорания приведены в таблице 8.

Таблица 8

ПДК	Токсичные компоненты, мг/м3
Пыль	Сажа	Окись углерода	Углеводороды (СХНУ)	Альдегиды	Окислы азота	Соединения серы
-	С	СО	В пересчете на бензин	С20Н12	СН2О	Н2СО	NO	NO2	SO2	H2SO4
На рабочем месте	-	3.5			0.00015	0.7	0.05			-	-
В воздухе населенных мест	ПДКСС	0.15	0.05		2.5	0.000001	0.03	0.012	-	0.085	0.05	0.1
ПДКМР	0.5	0.15			-	0.03	0.035	-	0.085	0.5	0.3

Примечание:

ПДК_МР – предельно допустимая концентрация максимально разовая;

ПДК_СС – предельно допустимая концентрация среднесуточная.

В расчетах часто используется безразмерная концентрация q, определяемая по формуле:

q = с₁/ПДК₁ + с₂/ПДК₂ +…+ с_n/ПДК_n≤1 (32)

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_м, мг/м³, при выбросе отработанных газов одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Х_м, м, от источника и определяется по формуле:

С_М = А*М*F*m*n*η/H²₀*(V_г*∆Т) ^1/3

Где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы. Для различных регионов России значение коэффициента принимается равным. Для зоны Дальнего Востока и территории Сибири А = 200.

М – масса вредного вещества, выбрасываемого в единицу времени, г/с.

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Значение коэффициента принимается:

а) для пыли, сажи F = 1;

б) для аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90%- F = 2, от 75% до 90% - F = 2,5 менее 75% и при отсутствии очистки – F = 3.

m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода отработанных газов из устья источника;

Н₀ – высота источника выбросав отработавших газов над уровнем земли, м;

η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающих 50 м на 1 км, η = 1;

Т – разность между температурой выбрасываемых газов Т_ух и температурой окружающего атмосферного воздуха Т₀, º С. Определение Т производится из следующих соображений: температура окружающего воздуха принимается по средней температуре наиболее жаркого и холодного месяца [ для Владивостока –Т₀ = (-10,5), (+23,6)º С];

V_г – объем отработанных газов, м³/с.

В формуле (33) все составляющие известны, за исключением коэффициентов m и n. Эти коэффициенты зависят от параметров f, υ_m, υ^/ _m, f_с. Значения этих параметров определяется формулами:

f =1000*(ω²₀*D₀)/(H²₀*∆T) (34)

(35)

(36)

F_e=800(ν^/_v) (37)

Где, ω₀ – скорость выхода отработанных газов из источника, м/с;

D₀ – диаметр устья источника выброса, м;

Коэффициент m определяется по формулам:

при f<100 (38)

при f≥100 (39)

Коэффициент n определяется в зависимости от параметра υ_m из следующих соображений:

n = 1 при V_M ≥2 (40)

n =0,532v²_М -2,13v_М+3,13 при 0,5≤ v_М<2 (41)

n =4,4 при v_М<0,5 (42)

Расстояние х_м, м, от источника выбросов, на котором приземная концентрация С, мг/м³, при неблагоприятных метеоусловиях достигает максимального значения С_м определяется по формуле:

(43)

Где d – безразмерный коэффициент, зависящий от параметров f, υ_m, υ^/_m.

При f<100 коэффициент d определяется формулами:

d = 2.48(1+0.28f_e^1/3) v_М<0.5 (44)

d =2.48(1+0.28 f^1/3) 0.5< v_М ≤2 (45)

d =7√ v_М(1+0.28 f^1/3) v_М> 2 (46)

Определим значения опасной скорости ветра u_м, м/с, на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ С_м. В случае когда f<100 u_м определяется по следующим соображениям:

u_м =0,5 при u_м ≤0,5 (47)

u_м = υ_М при 0,5< u_м≤2 (48)

u_м = v_М(1+0,12√f) при u_м>2 (49)

В случае, когда f>100 значения u_м вычисляются по формулам:

u_м= 0,5 при υ^/_М ≤0,5 (50)

u_м= υ^/_М при 0,5< υ^/_М≤2 (51)

u_м=2,2 υ^/_М при υ^/_М>2 (52)

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_м, мг/м³, при неблагоприятных метеоусловиях и скорости ветра u, отличающейся от опасной скорости ветра u_м определяется по формуле:

С_ми =r*С_м (53)

Где z – безразмерная величина, определяется в зависимости от отношения u/u_м по рис. 5.

Расстояние от источника выброса при этом определяется по формуле:

Х_мп = р*Х_м (54)

Где р – безразмерная величина, определяемая по отношению u/u_м(см. рис. 5)

При опасной скорости ветра u_м приземная концентрация вредных веществ С, мг/м³, в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях Х от источника выброса определяется по формуле:

С=S*C_M (55)

Где S – безразмерный коэффициент, зависящий от отношения Х/Х_м, определенный по рис. 6.

При определении концентрации от группы источников загрязнения атмосферы, например, корабли, стоящие у пирса, поступают следующим образом:

С=С₁+С₂+С₃+…+С_n (56)

Где С₁, С₂, С₃, С_n - концентрация вредного вещества соответственно первого, второго, n–го корабля (источника), расположенных с наветренной стороны при рассматриваемом направлении ветра.

Значение максимальной суммарной концентрации С_м, мг/м³, от N объединенных источников, имеющих равное значение высоты, диаметра устья, скорости выхода в атмосферу и температуру отработавших газов определяется по формуле:

(57)

Где М – суммарная мощность выброса всеми источниками в атмосферу, т/с;

∑V_г – суммарный выход отработанных газов всех источников, м³/с.

Значения параметра u_м определяется по формуле:

(58)

В остальном схема расчета концентраций, обусловленных выбросами от групп источников, объединенных в один, не отличается от схемы приведенной для однотипного точечного источника.