Привет студент

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Совершенствование нормативного регулирования и пути снижения экологической опасности, применения включения световых приборов

Пояснительная записка

Аннотация

Пояснительная записка содержит 76 страниц, в том числе 5 рисунков, 24 таблицы, 44 формулы, 33 источник литературы, 3 приложения. Графическая часть выполнена на 9 листах формата А3.

Проанализирована экологическая опасность выбросов вредных веществ от автомобильного транспорта. Описано состояние проблемы применительно к городу Тулау.

Выполнен экономический анализ стоимости работ по внесению дополнений в ПДД.

В экологической части было описано воздействие отработавших газов на здоровье человека и на окружающую среду.

В разделе безопасность труда проведен анализ условий труда научно производственного центра ОАО «Транспорт». В частности произведен расчет ионизирующего излучения, разработаны мероприятия по их улучшению. Определены последствия при реализации возможной чрезвычайной ситуации на примере пожара.

Abstract

The Explanatory Note contains 76 pages, including 5 figures, 24 tables, 44 formula, 33 literature references, 3 applications. The graphic part is executed on 9 sheets of A3.

Analyzed the environmental hazards of harmful emissions from road transport. The state of this issue for the city of Orenburg.

Carry out an economic analysis of the cost of the work on introduction of amendments to the SDA.

As part of the environmental impact has been described in the exhaust gases on human health and the environment.

In the safety analysis of working conditions of scientific production center of "Transport". In particular, a calculation of ionizing radiation, developed measures to improve them. Identified in the implementation of the possible consequences of an emergency by the example of a fire.

Содержание

Введение

Функционирование автомобильного транспорта является важнейшим показателем качества жизни населения.

В Российской Федерации сложилась сложная и неблагоприятная, а в некоторых районах неприемлемая экологическая обстановка. Около 109 млн. человек, или 73% всего населения, проживают в неблагоприятной санитарно – гигиенической обстановке. Серьезные экологические проблемы характерны и для г. Тулаа. Поэтому экологическая оценка состояния среды обитания и поиск способов управления ею является приоритетными направлениями в деятельности инженеров – экологов, а также специалистов разных отраслей промышленности.

Значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносит автотранспорт. Уже сегодня вклад автотранспорта в общий выброс в атмосферу, учитываемых вредных веществ, в среднем по стране составляет 75 %, а в ряде регионов Российской Федерации на его долю приходится более 80 % всех выбросов. Оценка экологических последствий комплексного воздействия автотранспорта на среду является актуальной задачей.

Техногенная система «автомобильная дорога – автомобильный транспорт» оказывает многоаспектное воздействие на природные зоны: химическое (продукты сгорания топлива, изнашивание шин и т. д) и физическое (механическое, звуковое). Суммарный экологический эффект этого воздействия может быть установлен на основании изучения отклика экосистем придорожных зон (наземных, почвенных и водных). Вещества автотранспортного происхождения воздействуют прежде всего на человека и растительный покров как на один из основных элементов придорожной экосистемы и на основу трофических цепей.

Для управления состояния окружающей среды необходимо совместное рассмотрение дорожной и транспортной систем с экосистемами придорожной зоны. Эти две системы – природная и техногенная – оказывают взаимное влияние друг на друга, что позволяет теоретически обосновать принципы их сопряжения, то есть развитие автомобилизации в пределах экологической емкости ландшафта, а выделение условных блоков «дорожная сеть», «автотранспортные средства» и «придорожные экосистемы», позволяет изучить связь между ними и их составляющими.

В России с 20 ноября 2010 года вступили в силу поправки в ПДД, требующие, чтобы в светлое время суток на всех движущихся транспортных средствах с целью их обозначения были включены фары ближнего света или дневные ходовые огни. При этом преимущество дневных ходовых огней в том, что количество расходуемого для их работы топлива в несколько раз меньше, чем при использовании ближнего света фар. 95 % автомобилистов России не используют дневные ходовые огни, как это принято за рубежом, а ограничиваются фарами ближнего света.

В то время как фары светятся, потребляя электричество, электроэнергию забирается из аккумулятора, а туда попадает из генератора, который вращаясь, отбирает часть энергии работающего двигателя. Единственный источник энергии для двигателя – это сжигание бензина.

При движении в любых режимах скоростей фары требуют дополнительного расхода топлива. При включенных световых приборах увеличивается расход топлива на 7%, а соответственно увеличивается количество вредных выбросов.

В связи с изложением существенным резервом экологической ситуации при эксплуатации автомобильного транспорта представляется снижение выбросов путем оптимизации режимов включения световых приборов.

В работе будет предложен перечень организационно – технических мероприятий, способствующих улучшению экологической ситуации путем оптимизации работы световых приборов.

1 Анализ загрязнения атмосферы отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания

Автомобильный транспорт занимает важное место в единой транспортной системе страны. С одной стороны он стал символом «качества жизни», обеспечивая мобильность каждого человека и выражая отчасти его положение в обществе. С другой стороны он сделался средством выполнения повседневных задач. Он обеспечивают людям достаточную подвижность и независимость от мест их временного пребывания. [1]

Подобные возможности стимулируют также рост грузового транспорта. Товары должны сегодня поставляться точно в установленное место и в назначенное время, а автомобильные дороги, несмотря на их высокую загрузку, все еще предоставляют возможность обеспечения наиболее гибкой инфраструктуры. В последнее время возросло значение взаимодействия автомобиля и окружающей среды. Поэтому необходимо проведение новых разработок в автомобильной промышленности, которые должны противостоять последствиям увеличивающегося объема перевозок. Это необходимо также для предотвращения загрязнения среды обитания во всем мире.

Загрязняющие компоненты выхлопных газов, столь интенсивно выделяемые на первый взгляд невинным голубоватым дымком глушителя автомобиля – вот одна из основных причин головных болей, усталости, немотивированного раздражения, низкой трудоспособности. Все вместе эти факторы ведут к стрессам, нервным проявлениям, стремлению к уединению, безразличию к самым близким людям. В больших городах также более широко распространены заболевания органов кровообращения и дыхания, инфаркты, гипертония и новообразования. По расчетам специалистов, «вклад» автомобильного транспорта в атмосферу составляет до 90 % по окиси углерода и 70 % по окиси азота. Автомобиль также добавляет в почву и воздух тяжелые металлы и другие вредные вещества.

Основными источниками загрязнения воздушной среды автомобилей являются отработавшие газы ДВС, картерные газы, топливные испарения.

Двигатель внутреннего сгорания – это тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива преобразуется в механическую работу. По виду применяемого топлива ДВС подразделяют на двигатели, работающие на бензине, газе и дизельном топливе. По способу воспламенения горючие смеси ДВС бывают с воспламенением от сжатия (дизели) и с воспламенением от искровой свечи зажигания.

Дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов нефти с температурами кипения от 200 до 350 ⁰С. Дизельное топливо должно иметь определенную вязкость и самовоспламеняемость, быть химически стабильным, при сгорании иметь минимальную дымность и токсичность. Для улучшения этих свойств в топлива вводят присадки, антидымные или многофункциональные.

Приведенная ниже схема даёт общее представление о поступающих в двигатель веществах и веществах, покидающих его в составе ОГ.

Рисунок 1.1 – Схема поступления в двигатель веществ и веществ, покидающих его в составе ОГ [2].

1.1 Состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания

Образование токсичных веществ – продуктов неполного сгорания и окислов азота в цилиндре двигателя в процессе сгорания происходит принципиально различными путями. Первая группа токсичных веществ связана с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в предпламенный период, так и в процессе сгорания – расширения. Вторая группа токсичных веществ образуется при соединении азота и избыточного кислорода в продуктах сгорания. Реакция образования окислов азота носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива. Поэтому рассмотрение механизма образования данных токсичных веществ целесообразно вести раздельно.

Специалисты установили, что один легковой автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4 т кислорода, выбрасывая с отработавшими газами примерно 800 кг окиси углерода, около 40 кг окислов азота и почти 200 кг различных углеводородов. [1]

К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы (ОГ), картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода (СО), углеводороды (С_xH_y), окислы азота (NO_x), бензо(α)пирен, альдегиды, сажу и т.д. Картерные газы – это смесь части отработавших газов, проникшей через неплотности поршневых колец в картер двигателя, с парами моторного масла. Топливные испарения поступают в окружающую среду из системы питания двигателя: стыков, шлангов и т.д. Распределение основных компонентов выбросов у карбюраторного двигателя следующее: отработавшие газы содержат 95 % СО, 55 % С_nH_m и 98 % NO_x, картерные газы по – 5 % С_nH_m, 2 % NO_X, а топливные испарения – до 40 % С_nH_m.

В общем случае в составе отработавших газов двигателей могут содержаться следующие нетоксичные и токсичные компоненты: О, О₂, О₃, С, СО, СО₂, СН₄, C_nH_m, C_nH_mО, NO, NO₂, N, N₂, NH₃, HNO₃, HCN, H, H₂, OH, H₂O.

Вредные токсичные выбросы можно разделить на регламентированные и нерегламентированные. Они действуют на организм человека по-разному. Вредные токсичные выбросы: СО, NO_x, C_nH_m, R_xCHO, SO₂, сажа, дым.

СО (оксид углерода) – этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется на поверхности поршня и на стенке цилиндра, в котором активация не происходит вследствие интенсивного теплоотвода стенки, плохого распыления топлива и диссоциации СО₂ на СО и О₂ при высоких температурах.

Во время работы дизеля концентрация СО незначительна (0,1…0,2 %). У карбюраторных двигателей при работе на холостом ходу и малых нагрузках содержание СО достигает 5…8 % из-за работы на обогащенных смесях. Это достигается для того, чтобы при плохих условиях смесеобразование обеспечить требуемое для воспламенения и сгорания число испарившихся молекул.

NO_X (оксиды азота) – токсичный газ из ОГ. Азот (N) – инертный газ при нормальных условиях.

Выброс с ОГ зависит от температуры сгорания топлива. Чем больше нагрузка двигателя, тем выше температура в камере сгорания, и соответственно увеличивается выброс оксидов азота.

Кроме того, температура в зоне горения (камера сгорания) во многом зависит от состава смеси. Слишком обедненная или обогащенная смесь при горении выделяет меньшее количество теплоты, процесс сгорания замедляется и сопровождается большими потерями теплоты в стенке, т.е. в таких условиях выделяется меньшее количество NO_x, а выбросы растут, когда состав смеси близок к стехиометрическому (1 кг топлива к 15 кг воздуха). Для дизельных двигателей состав NO_x зависит от угла опереже­ния впрыска топлива и периода задержки воспламенения топлива. С увеличением угла опережения впрыска топлива удлиняется период задержки воспламенения, улучшается однородность топливовоздушной смеси, большее количество топлива испаряется, и при сгорании резко (в 3 раза) увеличивается температура, т.е. увеличивается количество NO_x. C уменьшением угла опережения впрыска топлива можно существенно снизить выделение оксидов азота, но при этом значительно ухудшаются мощностные и экономические показатели.

Углеводороды (С_nН_m) - этан, метан, бензол, ацетилен и др. токсичные элементы. ОГ содержат около 200 разных углеводородов.

В дизельных двигателях С_nН_m образуются в камере сгорания из-за ге­терогенной смеси, т.е. пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха за счет неправильной турбулентности, низкой температуры, пло­хого распыления.

ДВС выбрасывает большее количество С_nН_m, когда работает в режиме холостого хода, за счет плохой турбулентности и уменьшения скорости сгорания.

На рисунке 1.2 приведена зависимость содержания СО, NО_х, С_nН_m в отработанных газах двигателей внутреннего сгорания карбюраторного типа от состава горючей смеси.

Из приведенных зависимостей видно, что оптимальным режимом работы двигателя следует считать такой, когда коэффициент избытка воздуха α → 1,2 [3].

Дым - непрозрачный газ. Дым может быть белым, синим, черным. Цвет зависит от состояния ОГ.

Белый и синий дым - это смесь капли топлива с микроскопическим количеством пара; образуется из-за неполного сгорания и последующей конденсации.

Белый дым образуется, когда двигатель находится в холодном состоя­нии, а потом исчезает из-за нагрева. Отличие белого дыма от синего оп­ределяется размером капли: если диаметр капли больше длины волны синего цвета, то глаз воспринимает дым как белый.

Рисунок 1.2 – Характеристики выбросов карбюраторного двигателя [3]

К факторам, определяющим возникновение белого и синего дыма, а также его запах в ОГ, относятся температура двигателя, метод образования смеси, топливные характеристики (цвет капли зависит от температуры ее образования: при увеличении температуры топлива дым приобретает синий цвет, т.е. уменьшается размер капли).

Кроме того, бывает синий дым от масла. Наличие дыма показывает, что температура недостаточна для полного сгорания топлива. Черный дым состоит из сажи. Дым отрицательно влияет на организм человека, животных и расти­тельность.

Сажа - представляет собой бесформенное тело без кристаллической решетки; в ОГ дизельного двигателя сажа состоит из неопределенных частице с размерами 0,3...100 мкм.

Причина образования сажи заключается в том, что энергетические ус­ловия в цилиндре дизельного двигателя оказываются достаточными, что­бы молекула топлива разрушилась полностью.

Более легкие атомы водо­рода диффундируют в богатый кислородом слой, вступают с ним в реак­цию и как бы изолируют углеводородные атомы от контакта с кислоро­дом.

Образование сажи зависит от температуры, давления в камере сгора­ния, типа топлива, отношения топливо-воздух. Содержание сажи в ОГ уменьшается с увеличением угла опережения впрыска топлива, а при уменьшении угла опережения впры­ска топлива, выделение сажи заметно возрастает.

Количество сажи зависит от температуры в зоне сгорания. Существуют другие факторы образования сажи - зоны обогащенной смеси и зоны контакта топлива с холодной стенкой, а также неправильная турбуленция смеси. Скорость сжигания сажи зависит от размера частиц, например, сажа сжигается полностью при размере частиц меньше 0,01 мкм.

Токсичность сажи определяется её способностью конденсировать на себе пары бенз(α)пирена (С₂₀H₁₂) - сильнейшего канцерогена живущего в окружающей среде более 5 лет. При ПДК 0,15 мкг/м³ выхлопные газы автомобиля содержат 4 мкг/м³ бенз(α)пирена (74 мкг/г в конденсате выхлопа ДВС). В отработанных моторных маслах содержится 55 мкг бенз(α)пирена. На каждый километр городской дороги выбрасывается 600 мг/сутки (Одним грузовым автомобилем) [4]. Таким образом контроль содержания сажи в выбросах ДВС становится фактором реальной защиты здоровья населения.

SO₂ (оксид серы) - образуется во время работы двигателя из топлива, получаемого из сернистой нефти (особенно в дизелях); эти выбросы раз­дражают глаза, органы дыхания. SO₂, H₂S - очень опасны для растительности.

Альдегиды (R_xCHO) - образуются, когда топливо сжигается при низ­ких температурах или смесь очень бедная, а также из-за окисления тонко­го слоя масла в стенке цилиндра. При сжигании топлива при высоких температурах эти альдегиды ис­чезают.

Загрязнение воздуха идет по трем каналам:

1) Отработавшие газы (ОГ), выбрасываемые че­рез выхлопную трубу (65 %);

2) картерные газы (20 %);

3) углеводороды в результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15 %).

Ориентировочный состав отработанных газов автотранспортных средств с бензиновыми и дизельными двигателями приведён на рисунке 1.3.

а) б)

а – состав ОГ для бензиновых двигателей; б – состав ОГ для дизелей.

Рисунок 1.3 – Состав отработавших газов автотранспортных средств с бензиновыми и дизельными двигателями. [2]