Проект АСУТП закачки и транспортирования концентрированной серной кислоты

Можно предложить следующий порядок операций:

1. Токарная операция;

2. Токарная операция;

4. Контрольная операция.

Для точения будем использовать токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3С5. Станок 16К20ФЗ является наиболее массовой моделью отечественного токарного станка. Предназначен станок для выполнения патронных и центровых токарных работ, на нем в полуавтоматическом цикле могут быть обработаны разнообразные наружные и внутренние цилиндрические, конические и криволинейные поверхности, а также нарезаны резьбы.

Устройство УЧПУ NC-201 представляет собой малогабаритное, моноблочное, одноплатное устройство для управления токарными станками типа 16К20. С количеством входов выходов не более 40/24. Включает в себя мощное программное обеспечение. Заложенный в принцип компактности сделал возможным получение в устройстве высокой надёжности и низкой цены.

При выборе инструмента учитываем:

- совместимость использование вместе со станком 16К20Ф3;

- размеры должны удовлетворять размеры заготовки;

- при выборе режущего инструмента, материал заготовки;

Его технические характеристики станка 16К20Ф3:

Макс. диаметр обрабатыв. детали, мм400

Наибольшая длина продольного перемещения, мм900

Наибольшая длина поперечного перемещения, мм250

Диапазон скоростей вращения шпинделя, об/мин12.5-2000

Наибольшая скорость продольной подачи мм/мин1200

Диапазон скоростей подач, мм/мин

- продольная подача3-1200

- поперечная1.5-600

Дискретность перемещения, мм

- продольная подача0.01

- поперечная0.005

Мощность электродвигателя главного движения, кВт10

Масса станка, кг4000

В соответствии с порядком операций технологический маршрут обработки будет выглядеть следующим образом:

Таблица 4.1 - Технологический маршрут обработки

№	Наименование и содержание операции	Оборудование
035	Токарная. Переход 1: 1. Точить торец. 2. Точить поверхность.	Станок токарный с ЧПУ 16К20Ф3С5
045	Токарная. Переход 1: 1. Точить торец. 2.Точить фаску. 3. Точить поверхность. 4.Точить фаску. Переход 2: 4. Сверлить отверстие 15,5 Переход 3: 1. Точить фаску Переход 3: 2. Точить резьбу.	Станок токарный с ЧПУ 16К20Ф3С5

4.2 Расчёты режимов обработки детали

При назначении параметров режимов резания учитывают характер обработки, тип и размер инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

Точение:

При точении и отсутствии ограничений по мощности оборудования, жесткости системы СПИД принимается равной припуску на обработку; при чистовом точении припуск снимается за 2 прохода и более. На каждом последующем проходе следует назначать меньшую глубину резания, чем на предшествующем. При параметре шероховатости обработанной поверхности Ra = 3,2 мкм t = 0,5 … 2,0 мм; Ra 0,8 мкм, t = 0,1 … 0,4 мм. Следовательно выбираем t = 1 мм.

Подача: при чистовом точении подача принимается меньше максимально допустимой по мощности оборудования, жесткости системы СПИД, прочности режущей пластины и прочности державки. Выбираем S = 0,2 мм/об.

Скорость резания при наружном, поперечном и продольном точении и растачивании рассчитывают по эмпирической формуле:

(21)

D - выбираем максимальный диаметр заготовки - 54 мм.

n - количество оборотов шпинделя в минуту. Учитывая тот факт, что материалом детали является полиамид, т.е. достаточно мягкая пластмасса, легко поддающаяся механической обработке, выбираем максимальную скорость 2000 об/мин.

Таким образом получаем V=340

Сверление:

Выбираем сверла спиральные из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком для станков с ЧПУ из быстрорежущей стали (ОСТ 2 И20-2 - 80). Материал режущей части инструмента Р6М5. D = 15,5 мм, l = 115 мм.

При сверлении глубина резания t = 0,5•D.

Следовательно, 14: t = 0,5•15,5 = 7,75 мм;

При сверлении 15,5 мм подача S = 0,2 мм/об.

Таким образом, результаты расчета можно занести в таблицу:

Таблица 4.2 - Режимы резания

Режим, выдерживаемый размер	Режим резания
	t, мм	s, мм/об	v, мм/мин	n, Об/мин
1. Точение	1	0,2	340	2000
2. Сверление	7,75	0,2	340	2000

При выборе станочных приспособлений учитывались:

- вид механической обработки;

- модель станка;

- режущие инструменты;

- тип производства.

Следовательно выбираем стандартное станочное приспособление (ГОСТ 4743 - 68).

4.3 Составление РТК для операции обработки детали на станке с ЧПУ

Расчет РТК производится в следующей последовательности:

Вычерчивается деталь в прямоугольной системе координат, выбирается исходная точка О. Контуры детали, подлежащие обработке, и контур заготовки вычерчиваются с указанием всех размеров.

Намечается расположение прижимов и зон крепления детали в соответствии с выбранным типом приспособления.

Наносится траектория движения центра (эквидистанту) каждого инструмента по двум или трем координатам. Началом (и концом) траектории инструмента является исходная точка О (РО1, РО2 и т.д.). Исходная точка задается координатами относительно детали (лист ).

На траектории движения центра инструмента обозначают цифрами. Опорные точки отражают изменения траектории движения инструмента и режима обработки. В опорных точках также осуществляется проверка точности обработки программ, смена инструмента, перезакрепление заготовки и т.д. В таких точках указывают время остановки станка в секундах.

На РТК обычно наносят дополнительные данные: тип станка, наименование обрабатываемой детали, особенности заготовки и её крепления, марку инструментального материала. Информация об инструменте, режимах и времени обработки на каждом участке траектории заносится в таблицу и используется при создании операционных расчетно-технологических карт (карт кодирования), по которым формируется управляющая программа для станка с ЧПУ.

Правило построения эквидистанты инструмента:

- подводить инструмент к обрабатываемой поверхности и отводить его следует по специальным траекториям для вспомогательных перемещений, предусматривая своевременный переход с холостого хода на рабочий;

- недопустимы остановка инструмента (заготовки) и резкое изменение режимов обработки в процессе резания: перед этим необходимо отвести режущие кромки инструмента от поверхности резания;

-длина холостых перемещений должна быть минимальной;

-в случае если известна величина деформации заготовки в процессе обработки, следует ввести корректировку траектории движения инструмента.

Существует несколько схем обработки детали:

- петля;

- зигзаг;

- спуск;

- подборка.

При черновом и получистовом точении используется схема петля, при чистовом - подборка, при точении канавок - спуск.

РТК обработки втулки показана на листе 9 графической части дипломного проекта.

5. Функционально-стоимостной анализ проекта

Данный раздел дипломного проекта посвящен экономической и социальной оценке при создании автоматизированных объектов. В работе приведены прогнозированные результаты проекта, определены величины и динамики изменения основных экономических параметров проекта. Выявлены требования экономической целесообразности создания АСУТП.

Для обоснования экономической целесообразности разработки АСУТП используется функционально -- стоимостной анализ. С использованием корректирующей формы функционально - стоимостного анализа производится анализ базового варианта технической системы, подвергающийся инновационным преобразованиям. В результате данного анализа в базовом варианте обнаруживаются функциональные и структурные элементы системы, обладающие экономической несостоятельностью или функциональной недостаточностью. Именно эти элементы должны быть рационализированы. При этом кроме технических эффектов от разработки, появляются экономические, социальные, экологические и иные эффекты.

5.1 Функционально-стоимостной анализ проекта

Функционально-стоимостной анализ разработки проводится в следующем порядке:

1. Построение структурной модели объекта.

Структурная модель - это упорядоченное представление элементов объекта и отношений между ними, дающее представление о составе материальных составляющих объекта, их основных взаимосвязях и уровнях иерархии. Для построения структурной модели рекомендуется использовать методику логической цепочки (FAST).

Структурная модель базового варианта представлена на рисунке 4.1

2. Построение функциональной модели объекта

Функциональная модель - это логико-графическое изображение состава и взаимосвязей функций объекта, получаемое по средствам их формулировки и установления порядка подчинения.

Функциональная модель также должна строиться на основе техники систематизированного анализа функций (FAST).

При этом необходимо руководствоваться следующими правилами:

а) линии критического пути ФМ должны соответствовать те функции, которые должны быть выполнены обязательно для реализации главной функции изделия;

б) соответствие выделяемой функции как частным целям данной составляющей объекта, так и общим целям, ради которых создается объект;

в) четкая определенность специфики действий, обуславливающих содержание выделяемой функции;

г) соблюдение строгой согласованности целей и задач, определивших выделение данной функции, с действиями, составляющими ее содержание;

д) функции верхнего уровня должны являться отражением целей для функций нижестоящего уровня;

е) сигналом к завершению построения ФМ должна являться невозможность дальнейшей дифференциации функций без перехода от функций к предметной форме их исполнения.

Построение совмещенной функционально-стоимостной модели объекта

Функционально-стоимостная модель объекта пригодна для выявления ненужных функций и элементов в объекте (бесполезных и вредных); определения функциональной достаточности и полезности материальных элементов объекта; распределения затрат по функциям; оценки качества исполнения функций; выявления дефектных функциональных зон в объекте; определения уровня функционально-структурной организации изделия. Построение функционально-стоимостной модели осуществляется путем суперпозиции функциональной и структурной моделей объекта.

Оценка значимости функции ведется последовательно по уровням функциональной модели (сверху вниз), начиная с первого. Для главной и второстепенной, т.е. внешних функций объекта при оценке их значимости исходным является распределение требований потребителей (показателей качества, параметров, свойств) по значимости (важности).

Нормирующим условием для функции является следующее:

(5.1)

где r_ij - значимость j^ой функции, принадлежащей данному i^ому уровню функциональной модели;

j=1,2,...,n

n - количество функций, расположенных на одном уровне функциональной модели и относящихся к общему узлу вышестоящего уровня.

Для внутренних функций определение значимости ведется исходя из их роли в обеспечении функций вышестоящего уровня.

Определение относительной важности функции R

Учитывая многоступенчатую структуру функциональной модели, наряду с оценкой значимости функций по отношению к ближайшей вышестоящей определяется показатель относительной важности функции любого i-го уровня R_ij по отношению к изделию в целом:

(5.2)

где G - количество уровней функциональной модели.

В случае если одна функция участвует одновременно в обеспечении нескольких функций верхнего уровня функциональной модели, ее значимость определяется для каждой из них отдельно, а относительная важность функции для объекта в целом рассчитывается как сумма значений R_ij по каждой ветви функциональной модели (от i^го уровня до первого), проходящей через эту функцию.

Оценка качества исполнения функций Q

Обобщенный (комплексный) показатель качества варианта исполнения функций оценивается по формуле:

(5.3)

где _n - значимость n^го потребительского свойства;

P_nv - степень удовлетворения n^го свойства в v^ом варианте;

m - количество свойств.

Важным элементом качества исполнения функций является функциональная организованность изделий, которая определяется следующими показателями:

показатель актуализации функций, который определяется коэффициентом актуализации:

(5.4)

где F_п - необходимые функции;

F_об - общее количество действительных функций;

показатель сосредоточения функций, определяется коэффициентом сосредоточения:

 (5.5)

где F_осн - количество основных функций;

F_об - общее количество функций;

показатель совместимости функций, определяется коэффициентом совместимости:

(5.6)

где F_с - функции согласования;

F_об - общее количество функций;

показатель гибкости функций, определяется коэффициентом гибкости:

(5.7)

где F_P - количество потенциальных функций;

F_П - количество необходимых функций.

Учитывая (11), (10), (9), (8), выражение качества выполнения функций будет иметь вид:

(5.8)

Определение абсолютной стоимости функций

Функционально необходимые затраты - минимально возможные затраты на реализацию комплекса функций объекта при соблюдении заданных требований потребителей (параметров качества) в условиях производства и применения (эксплуатации), организационно- технический уровень которых соответствует уровню сложности спроектированного объекта.

Абсолютная стоимость реализации функций S_абс определяется по формуле:

S_абс=S_изг+S_экспл+S_тр+S_эн+S_проч (5.9)

где S_изг -затраты, связанные с изготовлением (приобретением) материального носителя(-ей) функции. В состав этих затрат входят: затраты на проектирование, изготовление (модернизацию), пуско-наладочные работы, обучение персонала.

S_экспл - эксплуатационные затраты.

S_тр - затраты, связанные с трудоемкостью реализации функции.

S_эн - энергозатраты на реализацию функции.

S_проч - прочие затраты на реализацию функции (отвод земли, изыскания, плата за загрязнение и пр.).

Определение относительной стоимости реализации функций

Относительная стоимость реализации функций S_отнF определяется по формуле:

,(5.10)

где S_абс - суммарная абсолютная стоимость функционирования объекта, определяется путем суммирования значений абсолютных стоимостей реализации функций;

S_абсFij - абсолютная стоимость реализации j^ой функции i^го уровня функциональной модели.

Таблица 2 Функционально-стоимостная модель базового объекта

Инд. ф-ии	Наименование функции	Материальный носитель функции	r	R	Q	Sабс	Sотн
f1.1	Трубопровод	Трубы из нержавеющей стали и ПВХ	0,6	0,18	0,1	100000	0,416
f1.2	Распределение потоков	Ручные и пневматические клапаны	0,4	0,12	0,07	14500	0,06
f1.2.1	Ручные трехходовые шаровые краны	Ручные трехходовые шаровые краны фирмы GEMU, корпус из нержавеющей стали, мембрана - PTFE	0,35	0,042	0,07	5000	0,02
f1.2.2	Ручные фланцевые мембранные краны	Ручные фланцевые мембранные краны GEMU, корпус из нержавеющей стали, мембрана - PTFE	0,35	0,042	0,05	4000	0,016
f1.2.3	Пневматические трехходовые шаровые краны	Пневматические трехходовые шаровые краны фирмы GEMU, корпус из нержавеющей стали, мембрана - PTFE	0,3	0,036	0,03	5500	0,022
f2.1	Очистка и подготовка воздуха	Блок подготовки воздуха	0,3	0,06	0,07	3000	0,012
f2.2	Распределение потока воздуха	Пневматический распределитель с электромагнитным приводом	0,4	0,08	0,07	3000	0,012
f2.3	Передача сжатого воздуха	Пневматическая трубка	0,3	0,06	0,07	10000	0,04
f3.1	Получение данных о состоянии объекта	Датчики	0,33	0,099	0,04	21500	0,089
f3.1.1	Контактный датчик уровня	Щуп	0,35	0,034	0,07	2000	0,0008
f3.1.2	Бесконтактный датчик уровня	Ультразвуковой датчик	0,35	0,034	0,07	17000	0,07
f3.1.3	Датчик давления	Манометр	0,3	0,03	0,07	2500	0,01
f3.2	Управление системой	Устройства HID	0,33	0,099	0,07	21000	0,087
f3.2.1	Кнопочный пульт	Кнопочный пульт	0,3	0,03	0,1	2000	0,0008
f3.2.2	Устройство отображения и управления	Сенсорный терминал	0,4	0,04	0,1	17000	0,07
f3.2.3	Сигнальные устройства	Сигнальные лампы	0,3	0,03	0,07	2000	0,0008
f3.3	ПЛК	ПЛК фирмы Omron	0,33	0,099	0,07	27000	0,11
f3.3.1	Блок питания	Блок питания для контроллеров серии CJ1M фирмы Omron	0,25	0,025	0,1	5000	0,02
f3.3.2	Блок ПЛК	Контроллер серии CJ1M фирмы Omron	0,25	0,025	0,08	10000	0,04
f3.3.3	Блок входов	Блок входов для контроллеров серии CJ1M фирмы Omron	0,25	0,025	0,15	5000	0,02
f3.3.4	Блок выходов	Блок выходов для контроллеров серии CJ1M фирмы Omron	0,25	0,025	0,07	7000	0,03
f4.1	Фильтрационные блоки	Фильтр	0,2	0,04	0,07	10000	0,04
f4.2	Средства оповещения	Звуковая, световая сигнализация	0,2	0,04	0,07	5000	0,02
f4.3	Вентиляционные установки	Втяжные, нагнетающие вентиляторы	0,2	0,04	0,04	15000	0,06
f4.4	СИЗ	Набор СИЗ	0,2	0,04	0,07	3000	0,012
f4.5	Аптечка первой помощи	Аптечный набор	0,2	0,04	0,07	300	0,0012
F1	Передача кислоты	F1=f1.1+f1.2	0,4	0,4	0,1	111450	0,463
F2	Трубопровод пневматический	F2=f2.1	0,3	0,3	0,08	26000	0,108
F3	Система управления	F3=f3.1+f3.2+f3.3	0,3	0,3	0,15	69500	0,29
F4	Система обеспечения безопасности	F4=f4.1	0,2	0,2	0,12	33300	0,138
						240250

Путем совмещения структурной и функциональной модели строим совмещенную функционально-стоимостную модель проектируемого варианта, которая приведена на листе графической части.

5.2 Расчет окупаемости и экономическая оценка проекта

Экономическая оценка проекта осуществляется с использованием следующих показателей:

а) чистая приведенная величина дохода (Net Present Value - NPV).

NPV представляет собой разность между приведенными к началу реализации проекта поступлениями от реализации проекта и инвестиционными затратами, т.е. сумму дисконтированного чистого денежного потока за период реализации проекта.

,(5.11)

где T - продолжительность реализации проекта;

t - порядковый номер года реализации проекта;

NCF_t - чистый денежный поток года t;

PV - коэффициент дисконтирования в году t;

б) коэффициент дисконтирования (PV-фактор) для года t определяется по формуле:

, (5.12)

где r - ставка дисконта.

Период реализации проекта может определяться:

- периодом времени, в течение которого модернизируемый или рационализируемый объект будет амортизирован;

- периодом морального износа объекта;

в) внутренняя норма доходности.

Internal Rate of Return (IRR) - это то значение ставки дисконтирования, при котором сумма дисконтированных поступлений денежных средств равна сумме дисконтированных платежей или чистая приведенная величина дохода (NPV) обращается в ноль.

Таким образом, значение внутренней нормы доходности определяется из соотношения:

(5.13)

г) периодом окупаемости проекта или периодом возврата инвестиций (Descounted Payback Period - DPP) называется период времени, за который дисконтированные поступления от результатов внедрения проектных решений покроют инвестиции, т.е. значение периода окупаемости определяется из соотношения:

,(5.14)

где CF_t - поступление денежных средств от эффектов, связанных с внедрением проекта;

IN - инвестиционные затраты.

Проект считается эффективным, если приведенная величина дохода положительна, внутренняя норма доходности больше ставки дисконтирования (IRR > r).

Инвестиции в данный проект составляют 350000 рублей:

280000 - на материалы (контроллер, терминал, блоки питания, шкаф управления, датчики уровня и т.д.)

15000 -на проектирование, разработку программного и методического обеспечения

55000 - на монтаж, прокладку магистралей, пуско-наладочные работы.

В качестве значения ставки дисконта примем 15%. Значение коэффициентов дисконтирования по годам:

PV₁ = 0.87; PV₂ = 0.76; PV₃ = 0.66; PV₄ = 0.57 PV₅ = 0.5

Схема формирования чистого денежного потока представлена в таблице на листе графической части дипломного проекта.

Исходя из приведенных расчетов, можно сделать вывод о том, что проект является эффективным, т.к. чистая приведенная величина дохода положительна, внутренняя норма доходности больше ставки дисконтирования.

Проект окупается в промежутке между вторым и третьим годом.

Так как окупаемость считаем с дискретой в 1 год, то делаем вывод о том, что проект полностью окупается за 3 года.

6. Безопасность и экологичность проекта

Безопасность - это состояние деятельности, при котором с определённой вероятностью исключается появление нежелательных последствий.

К нежелательным последствиям относятся: ущерб здоровью и жизни человека, пожары, аварии, катастрофы и т.п. Явления, воздействия и другие процессы, вызывающие эти нежелательные последствия, называют опасностями.

Обеспечение безопасности достигается следующим:

-определением риска возникновения травмоопасного воздействия в системе и снижение его значения до допустимого уровня,

-применением защитных устройств и других мероприятий;

-обеспечением малоотходности производства и максимальной эффективности использования энергоресурсов при выборе технического решения;

-выявлением травмирующих и вредных факторов, возникновение которых потенциально возможно при эксплуатации технических средств и реализации производственных процессов в штатных и аварийных режимах работы.

6.1 Обзор опасностей

Для оценки фактического состояния условий труда используются понятия опасных и вредных факторов производственной среды (а также их количественные характеристики). Опасными производственными факторами являются те, которые непосредственно представляют собой угрозу жизни человека, к их числу, прежде всего, относят движущиеся машины и механизмы, транспортно-подъемные устройства и перемещаемые грузы, подвижные элементы производственного оборудования, отлетающие частицы обрабатываемого материала, электрический ток. В то время как под вредными подразумевают факторы, оказывающие негативное влияние на здоровье человека. Среди вредных производственных факторов выделяют следующие:

- химические, к которым относят вредные химические вещества;

- биологические патогенные микроорганизмы, микроорганизмы-продуценты, препараты, содержащие живые клетки и споры микроорганизмов, белковые препараты;

6.1.1 Электрический ток

Вероятность смертельного исхода при действии тока на организм человека очень велика. Различают два вида поражения электрическим током: электрический удар и электрическую травму.

Исход поражения от действия электрического тока зависит от следующих факторов: силы, рода и частоты тока; продолжительности воздействия; путей прохождения тока через организм человека; индивидуальных особенностей организма и т. д.

Наиболее опасен переменный ток низкой частоты (в том числе частотой 50 Гц). При силе переменного тока до 0,015 А опасности для человека нет, но уже при силе более 0,015 А возможны тяжелые последствия. За величину отпускающей силы тока принята величина 0,01 А, токи силой 0,09 - 0,1 А и выше являются смертельными.

Опасность поражения электрическим током, как указывалось выше, зависит в большой степени от сопротивления тела человека, причем разные органы имеют различное сопротивление. За расчетную величину сопротивления тела человека принимают 1000 Ом.

Степень поражения человека электрическим током во многом зависит от характера включения человека в электрическую цепь. Наиболее опасно двухполюсное включение, когда человек одновременно прикасается к двум фазам электрической цепи и оказывается под полным линейным напряжением. При однополюсном прикосновении человек подключается к токоведущим частям одной фазы действующей электросети.

К защитным мерам от опасности прикосновения к токоведущим частям электроустановок относятся: изоляция, ограждение, блокировка, пониженные напряжения, электрозащитные средства, сигнализация и плакаты.

При обслуживании и ремонте электроустановок и электросетей обязательно использование электрозащитных средств, к которым относятся: изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками, диэлектрические перчатки, диэлектрические боты, калоши, коврики, указатели напряжения. Для предупреждения персонала о наличии напряжения или его отсутствии в электроустановках применяется звуковая или световая сигнализация.

Системы защитного отключения - это специальные электрические устройства, предназначенные для отключения электроустановок в случае появления опасности пробоя на корпусе.

Таким образом, системы защитного отключения обеспечивают наибольшую электробезопасность. Однако, являясь достаточно сложными электрическими устройствами с определенной надежностью срабатывания, они применяются чаще всего в сочетании с защитным заземлением и защитным занулением.

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и к другим нетоковедущим частям электроустановок, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам. При этом все металлические нетоковедущие части электроустановок соединяются с землей с помощью заземляющих проводников и заземлителя.

Заземлитель - это проводник или совокупность металлических соединенных проводников, находящихся в соприкосновении с землей или ее эквивалентом.

Защитное зануление, так же как и защитное заземление, предназначено для устранения опасности поражения электрическим током при замыкании на корпусе электроустановок. Защитное зануление осуществляется присоединением корпуса и других конструктивных нетоковедущих частей электроустановок к неоднократно заземленному нулевому проводу. Защитное зануление превращает пробой на корпусе в короткое замыкание между фазным и нулевым проводами и способствует протеканию тока большой силы через устройства защиты сети, а в конечном итоге быстрому отключению поврежденного оборудования от сети.

Защитным заземлением либо занулением должно быть обеспечено сопротивление 4 Ом, поскольку ток пойдет по пути меньшего сопротивления, то поражения электрическим током не будет.

Предупреждение возможности накопления электростатических зарядов на материалах, оборудовании и на людях осуществляют с учетом особенностей производств; с целью защиты от статического электричества предусматривается проведение на предприятии следующих мероприятий:

- заземление технологических аппаратов, оборудования и трубопроводов (в том числе установкой перемычек на фланцевых соединениях трубопроводов, по которым транспортируются кислота);

- обеспечение герметичности оборудования и трубопроводов;

- использование в производственном процессе инструментов из цветного металла (исключается вероятность искрения);

- запрещается ношение одежды из синтетических волокон, шелка, а также колец и браслетов.

6.1.2 Химическая опасность

На проектируемом производстве используются вещества и материалы, оказывающие раздражающее и/или токсическое воздействие на организм человека. В их число входит концентрированная серная кислота.

Серная кислота оказывает сильное действие на организм человека. При соприкосновении с кожей она вызывает местное .омертвение и разрушение тканей. Это объясняется ее свойством интенсивно отнимать волу, резко обезвоживая ткани.

ПДК аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1,0 мг/мі, в атмосферном воздухе 0,3 мг/мі (максимальная разовая) и 0,1 мг/мі (среднесуточная). Поражающая концентрация паров серной кислоты 0,008 мг/л (экспозиция 60 мин), смертельная 0,18 мг/л (60 мин). Класс опасности II.

С серной кислотой необходимо обращаться крайне осторожно. К работе с ней следует приступать только в исправной спецодежде (суконная куртка и брюки), спецобуви (резиновые сапоги) и в резиновых перчатках, глаза должны быть защищены предохранительными очками. Необходимо иметь при себе противогаз. При смешивании серной кислоты с водой следует серную кислоту вливать в воду, а не наоборот. При попадании серной кислоты на тело или в глаза надо быстро смыть ее большим количеством воды, затем обожженную поверхность тела смочить 5%-ным содовым раствором и смазать вазелином. Избыток соды обязателен, так как при небольшом количестве ожог может усилиться вследствие выделения теплоты разбавления и нейтрализации серной кислоты раствором соды. При сильных ожогах после выполнения указанных выше мер необходимо обратиться в здравпункт. В цехе на видных местах должны быть установлены бачки с чистой водой или лучше со слабым раствором соды.

Необходимо полностью устранить опасность падения в сборники и резервуары с серной кислотой; они должны быть закрыты крышками, а там, где это невозможно по техническим условиям, тщательно ограждены.

Приточно-вытяжную вентиляцию рассчитывают с учетом ассимиляции вредных веществ в соответствии с СН 245-71 .

Воздуховоды и вентиляторы должны быть в антикоррозийном исполнении.

Обслуживающие площадки, переходы и лестницы оборудуют прочными перилами, защитными бортиками и рифлеными ступенями.

6.1.3 Шум и вибрация

Шум - это совокупность звуков, неблагоприятно воздействующих на организм человека и мешающих его работе и отдыху.

Вибрация - это механические колебания упругих тел и механизмов, которые характеризуются такими параметрами, как частота (Гц), амплитуда (м), скорость (м/с) и ускорение (м/с). Вибрация и шум сопутствуют друг другу.

Шум, действуя на центральную нервную систему, влияет на весь организм. Под влиянием шума изменяется режим дыхания и работы сердца, повышается кровяное давление и т.д., что, в конечном счете, может привести к различным заболеваниям.

Сильный шум в условиях производства может способствовать возникновению травматизма и ведет к снижению производительности труда. Шум отрицательно действует на органы слуха, обладает кумулятивным свойством, действуя на центральную нервную систему, понижая тонус и в целом - производительность труда, увеличивая число ошибок в работе.

Между шумом и вибрациями нет принципиального различия - это гармонические колебания воздуха (шум), твердых предметов (вибрация).

Колебания твердых предметов (машин, установок) передаются окружающему воздуху, и начиная с 16--20 Гц вибрации сопровождаются шумом.

Источниками шума и вибрации на производстве дрожжей являются, вентиляторы, транспортирующие системы, течение газа или жидкости по трубопроводам. Все оборудование, используемое на данном производстве, по уровню шума должно соответствовать ГОСТ 12.1003-83 СС БТ и не превышать 80 ДБА.

Контроль уровня шума должен проводиться не реже 1 раза в год. Зоны с уровнем шума выше 80 ДБА должны обозначаться знаками безопасности.

6.1.4 Пожарная безопасность

Пожар - это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб и создающее опасность для жизни и здоровья людей и объектов окружающей среды.

Здание производственное, фундамент бетонный, стены, перегородки, колонны построены из кирпича, перекрытия - железобетонные. Конструкции из кирпича весьма устойчивы, так как медленно прогреваются, хорошо противостоят действию воды. При температуре 900 °С прочность их уменьшается только на 10-15 % .

Из производственного здания предусматривается наличие не менее двух эвакуационных выходов. Противопожарное водоснабжение обеспечивается непосредственно из водопровода высокого давления или хозяйственно-питьевым водоснабжением. Вдоль дороги на расстоянии не более 100 м друг от друга или не более 2 м от дороги устанавливаются гидранты.

В цехах необходимо установление светового и звукового извещателя пожарной сигнализации

6.2 Прогноз ЧС техногенного характера

Стихийные бедствия, промышленные аварии, катастрофы и т.д. создают ситуации, опасные для жизни и здоровья значительных групп населения. Такие бедствия принято объединять понятием "чрезвычайные ситуации" (ЧС). В общем случае под чрезвычайными ситуациями понимают внешне неожиданную обстановку, характеризующуюся резким нарушением установившегося процесса и оказывающую значительное отрицательное воздействие на жизнедеятельность человека, функционирование экономики, социальную среду и окружающую среду.

Чрезвычайные ситуации техногенного характера связаны с производственной деятельностью человека и могут протекать с загрязнением и без загрязнения окружающей среды. К ним относятся:

- аварии с выбросом или угрозой выброса радиоактивных веществ, с выбросом химически опасных веществ, биологических веществ, приводящие к химическим заражениям больших территорий, групповым поражениям людей,

- а также аварии, не связанные с загрязнением окружающей среды, сопровождающиеся взрывами, пожарами, обрушениями зданий (сооружений), нарушение систем жизнеобеспечения, разрушением гидротехнических систем, нарушением транспортных коммуникаций и т.п.

Прогнозирование чрезвычайных ситуаций - метод ориентировочного выявления и оценки обстановки, складывающейся в результате стихийных бедствий, аварий и катастроф.

В отличие от прогнозирования во многих естественных науках, где оно имеет целью приспособить действия к ожидаемому, в безопасности жизнедеятельности его значение определяется степенью использования полученных данных для изменения обстановки. При этом сложность заключается в том, что требуется оценить район, характер и масштабы ЧС в условиях неполной и ненадежной информации, а на их основе ориентировочно определить характер и объем работ по ликвидации последствий ЧС.

Исходными данными для прогнозирования обстановки являются: места (координаты) Потенциально опасных объектов и запасы веществ или энергии; численность и плотность населения; характер построек, количество и вид защитных сооружений, их вместимость и другие сведения. При прогнозировании учитываются метеорологические условия, характер местности.

При прогнозировании обстановки на химически опасных объектах определяются границы зон заражения, а также возможные потери населения и ущерб наносимый объектам народного хозяйства.

Данные прогнозирования обстановки в очагах поражения обобщаются, анализируются и делаются выводы для принятия решения, связанного с организацией и ведением спасательных и других неотложных работ.

Методика ТОКСИ

Методика оценки последствий аварийных выбросов опасных веществ (далее -- методика) предназначена для оценки зон распространения опасных веществ (ОВ) при промышленных авариях. Методика позволяет определить:

- количество поступивших в атмосферу ОВ при различных сценариях аварии;

- пространственно-временное поле концентраций ОВ в атмосфере;

- размеры зон химического заражения, соответствующие различной степени поражения людей, определяемой по ингаляционной токсодозе, в том числе с учетом времени

- накопления токсодозы (с учетом пробит-функции);

- размеры зон дрейфа пожаро-взрывоопасных облаков, в пределах которых сохраняется способность к воспламенению, и размеры зон распространения пламени (пожара-вспышки) или детонации, появления горячих продуктов;

- количество ОВ в облаке, ограниченном концентрационными пределами

воспламенения.

Методика рекомендуется для использования:

- при разработке декларации безопасности опасных производственных объектов, на которых производятся, используются, транспортируются или хранятся ОВ;

- при разработке мероприятий по защите персонала и населения;

- при разработке планов локализации и ликвидации последствий аварий, сопровождаемых выбросом ОВ.

- при проектировании объектов, на которых производятся, используются, транспортируются или хранятся ОВ.

Из-за сложности расчетов целесообразно реализовать методику в виде компьютерной программы.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящая методика предназначена для количественной оценки последствий аварий на опасном производственном объекте с выбросом ОВ в атмосферу. Данная методика предназначена для выбросов ОВ, плотность которых на месте выброса больше плотности воздуха при соответствующих условиях.

1.2. Методика распространяется на случаи выброса ОВ в атмосферу как в однофазном (газ или жидкость), так и в двухфазном (газ и жидкость) состоянии. Соответственно облако, рассеивающееся в атмосфере, состоит либо только из газа (воздух и ОВ), либо из газа (воздух и ОВ) и жидких аэрозольных включений (капли ОВ).

1.3. ОВ, рассматриваемые в настоящей методике, при нормальных условиях находятся либо в газообразном, либо в жидком состоянии. В технологическом оборудовании ОВ могут находиться как в газообразном, так и в жидком состоянии. В последнем случае ОВ может быть сжижено путем повышения давления или понижения температуры.

1.4. В зависимости от агрегатного состояния ОВ в оборудовании и характера разрушения оборудования методика позволяет провести расчеты для следующих сценариев аварий (более подробно см. Приложение 1).

Для ОВ, находящегося в технологическом оборудовании в газообразном состоянии:

Сценарий 1. Полное разрушение оборудования, содержащего ОВ в газообразном состоянии. (Рисунок. 5.1)



Рис 5.1 - Мгновенное разрушение емкости с газом

Сценарий 2. Нарушение герметичности (частичное разрушение) оборудования, содержащего ОВ в газообразном состоянии. (Рисунок. 5.2)

Рисунок. 5.2 - Разгерметизация емкости с газом

Для ОВ, находящегося в технологическом оборудовании в жидком состоянии:

Сценарий 3. Полное разрушение оборудования, содержащего ОВ в жидком состоянии. (Рисунок 5.3)

Рисунок 5.3 - Мгновенное разрушение емкости с жидким ОВ

Сценарий 4. Нарушение герметичности (частичное разрушение) оборудования, содержащего ОВ в жидком состоянии. (Рисунок 5.4)



Рисунок 5.4 - Разгерметизация емкости с жидким ОВ

По сценариям 1 и 3 ОВ мгновенно поступает в окружающую среду; по сценариям 2 и 4 ОВ поступает в окружающую среду через отверстия площадью S в течение продолжительного времени.

Сценарии 1 и 3 применимы только к емкостному оборудованию, сценарии 2 и 4 -- как к емкостному оборудованию, так и к трубопроводам.

Приведенный перечень сценариев выброса не охватывает всего разнообразия возможных ситуаций, поэтому при выборе сценария для случаев, не перечисленных выше, следует руководствоваться соображениями физического подобия процессов.

1.5. При прогнозировании наибольших масштабов химического заражения и размеров зон, ограниченных концентрационными пределами воспламенения ОВ, в качестве исходных данных рекомендуется принимать:

-сценарий с полным разрушением емкости (технологической, складской, транспортной и др.), содержащей ОВ в максимальном количестве;

-сценарий «гильотинного» разрыва трубопровода с максимальным расходом при максимальной длительности выброса;

-метеорологические условия -- класс устойчивости атмосферы -- F, скорость ветра на высоте 10 м -- 1-3 м/с.

1.6. Основными элементами расчета по настоящей методике являются:

-определение количества выброшенного ОВ или производительности источника

-поступления ОВ в атмосферу для конкретного сценария аварии и времени поступления ОВ в атмосферу;

-определение пространственно-временного распределения концентрации ОВ;

-определение пространственного распределения токсодозы;

-определение размеров зон химического заражения;

-определение размеров зон, ограниченных концентрационными пределами воспламенения ОВ;

-определение массы ОВ в облаке, находящейся в пределах воспламенения.

1.7. Исходными данными для расчета являются²:

-физико-химические и токсикологические характеристики ОВ; физические характеристики воздуха;

-количество и технологические параметры ОВ; параметры оборудования, в котором обращается ОВ; сценарий выброса ОВ в атмосферу;

-для выброса жидкой фазы характер разлива на подстилающей поверхности и ее характеристики;

-топографические характеристики территории вблизи аварийного объекта и температура поверхности, над которой распространяется выброс;

-метеоусловия на момент аварии;

-время экспозиции.

1.8. Границы зон химического заражения ОВ рассчитываются по смертельной и пороговой токсодозам при ингаляционном воздействии на организм человека либо по пробит-функциям.

1.9. При расчете рассеяния ОВ в атмосфере используется модель рассеяния «тяжелого» газа. Модель «тяжелого» газа учитывает следующие процессы:

-движение облака в переменной по высоте скорости ветра; гравитационное растекание;

-рассеяние облака в вертикальном направлении за счет атмосферной турбулентности (подмешивание воздуха в облако); рассеяние облака в горизонтальном направлении за счет подмешивания воздуха в облако, происходящего как за счет атмосферной турбулентности, так и за счет гравитационного растекания;

-нагрев или охлаждение облака за счет подмешивание воздуха; фазовые переходы ОВ в облаке; теплообмен облака с подстилающей поверхностью. Кроме того, в методике приняты следующие допущения:

-газообразное ОВ считается идеальным газом, свойства которого не зависят от температуры;

-жидкое ОВ считается несжимаемой жидкостью, свойства которой не зависят от температуры;

-гравитационное растекание облака ОВ учитывается с помощью эмпирической зависимости;

-истечение ОВ и его испарение происходят с постоянной скоростью, соответствующей максимальной скорости истечения (испарения) (в приложении 6 указан способ, позволяющий учесть изменение скорости истечения (испарения);

-разлив жидкой фазы происходит на твердой, не впитывающей поверхности; для случаев отсутствия обвалования высота слоя разлившегося ОВ принимается равной 0,05 м;

-при расчете рассеяния ОВ в атмосфере используется модель рассеяния «тяжелого» газа; осаждение на подстилающую поверхность выброса ОВ и его химические превращения при рассеянии не учитываются. Основными причинами образования «тяжелых» газов являются: молекулярный вес ОВ выше молекулярного веса воздуха (29,5 г/моль), низкая температура, наличие аэрозолей.

-в методике используются стандартные характеристики атмосферы и профили ветра, а также известные скорости поступления воздуха в выброс. Для описания устойчивости атмосферы используется 6 классов устойчивости - А, В, С, D, Е и F (по Пасквилу). Первые три класса соответствуют неустойчивой стратификации атмосферы, последние два - устойчивой. Класс D - соответствует нейтральной стратификации атмосферы. Метеоусловия остаются неизменными в течение времени экспозиции, а характеристики атмосферы рассчитываются согласно соотношениям раздела 3;

-в методике учитывается наличие аэрозолей в выбросе и тепломассообмен с подстилающей поверхностью;

-предполагается, что в течении времени распространения облака характеристики атмосферы не меняются;

-в начальный момент времени в облаках (первичном и вторичных) ОВ воздухом не разбавлено;

-в облаке существует фазовое равновесие газ-жидкость, это равновесие устанавливается мгновенно;

-капли в облаках и пролив жидкости на подстилающую поверхность не «захолаживаются», т.е. их температура не опускается ниже температуры кипения;

-при определении размеров зон, где возможно горение (или детонация) ТВС, предполагалось что горение (или детонация) могут быть инициированы в областях со средней концентрацией от 0,5 НКПВ до ВКПВ;

-выброс происходит на уровне земли;

-распространение выброса происходит над твердой ровной поверхностью, с которой нет обмена массой, а есть только обмен теплом;

-проливы жидкой фазы имеют форму квадрата, вдоль одной из сторон которого направлен ветер; в случае если поперечные размеры пролива существенно отличаются во взаимоперпендикулярных направлениях, допускается принимать поперечный размер пролива отличным от принятого в методике;

-в начальный момент времени первичное облако ОВ имеет форму цилиндра (Рисунок 5.5), а сечение вторичного облако во всех сценариях представляют собой прямоугольник (Рисунок 5.6);

-фазовые переходы ОВ приводит к изменению только высоты облака.



Рисунок 5.5 - Схема рассеяния первичного облака «тяжелого» газа

Рисунок 5.6 - Схема рассеяния вторичного облака «тяжелого» газа.

1.10 К ограничениям методики относятся:

-методика не предназначена для прогноза рассеяния в штилевых условиях;

-методика не предназначена для расчета распространения выброса внутри помещений;

-методика предназначена для прогноза распространения выброса в пределах 20-30 км от места выброса;

-методика предназначена для прогноза распространения выброса с массой ОВ в первичном облаке не более 500 т;

-методика предназначена для прогноза распространения облаков от пролива ОВ площадью не более 250 тыс. м²;

-методика не предназначена для расчета рассеяния твердых ОВ, выпадения конденсированной фазы на подстилающую поверхность и ее повторного поступления в атмосферу.

Для прогнозирования ЧС по методике ТОКСИ, используется компьютерная программа ТОКСИ+ ver. 2.2. Данная программа предназначена для расчета возможных зон поражения при авариях на химически опасных объектах и последующего нанесения этих зон на план прилегающей местности. (Рисунок 5.7)

На рабочем поле программы находится выбранный план местности. Данный план местности был взят из свободно распространяемого справочника «Дубль Гис». После добавления плана местности необходимо указать масштаб и направления ветра. После этого можно переходить к выбору расчетной методики (в нашем случае ТОКСИ).

Прежде чем производить расчёт по методике необходимо ввести исходные данные для расчёта.

Рисунок. 5.7 - Рабочее поле программы ТОКСИ +

Ввод исходных данных условно разделён на три части

1.Ввод параметров аварии. - В этом разделе вводятся собственно параметры аварии, такие как сценарий, количество и характеристики ОХВ и состояние окружающей среды. (Рисунок 5.8)

2.Ввод параметров истечения. - В этом разделе вводятся параметры, связанные с процессом истечения ОХВ из повреждённого оборудования, необходимые при расчётах по 2-му и 4-му сценариям. (Рисунок 5.9)

3.Ввод параметров расчёта. - В этом разделе вводятся параметры, не связанные собственно с аварией, но необходимые для определения диапазонов и точности расчёта. (Рисунок 5.10)

Рис. 5.8 - Ввод параметров аварии

Рисунок 5.9 - Ввод параметров истечения.

Рис. 5.10 - Ввод параметров расчета

Параметры аварии могут быть сохранены в файле на диске и в последующем загружены из этого файла.

После ввода всех параметров можно производить расчёт.

Программа предусматривает несколько режимов расчёта, в зависимости от количества получаемых показателей.

Режим расчёта выбирается путём отметки соответствующих пунктов выпадающего меню "Расчёт".

Возможен вывод следующих результатов.

·Границы зон поражения.

·Значения в контрольных точках.

·Значения по осям координат.

·Значения по плоскостям сечения.

Кроме того, возможен выход в подсистему расчётов по диапазонам значений исходных данных.

По окончании проведения расчёта, появляется закладка, выводящая на страницу результатов расчёта.

Результаты расчёта могут быть нанесены на план местности.

Для предварительной оценки параметров наносимой на план зоны используется лист описания границ зон поражения. (Рисунок 5.11) На нём можно изменить цвет и толщину линий, обозначающих границы зон поражения, а также ввести параметры зон поражения вручную.

При нажатии на кнопку "Нанести", методика завершит работу и зоны заражения будут нанесены на план местности. (Рисунок 5.12)

При нажатии на кнопку "Отмена", методика завершит работу, ничего не нанеся на план местности.

При нажатии на кнопку "Обновить" произойдёт восстановление результатов последнего расчёта (если параметры зон были исправлены вручную).



Рисунок 5.11 - Описание границ зон поражения.

Рисунок 5.11 План местности с нанесенными зонами поражения

По результатам расчёта можно построить график изменения выбранного параметра по времени для разных контрольных точек. Для этого необходимо в выпадающем списке выбрать параметр, для которого будет строиться график. Будет отображено до 10-ти графиков для выбранных перед началом расчёта контрольных точек. (Рисунок 5.13)

График можно экспортировать в графический файл, формата WMF для последующего встраивания в документы Word, Excel и т.д.

Рисунок. 5.13 - График концентрации от первичного облака кг/см³

По результатам расчёта можно построить график изменения выбранного параметра по осям координат. Для этого необходимо в выпадающем списке выбрать параметр, для которого будет строиться график, а под выпадающим списком выбрать ось, по которой будет отслеживаться изменение параметра. (Рисунок 5.14)

Рисунок 5.14 - График суммарной токсодозы (Ось Х)

Протокол расчета по заданным параметрам приведен в приложении.

Заключение

В данном дипломном проекте была рассмотрена тема: “Проект АСУТП предприятия ООО «Саф-Нева»”. В результате проделанной работы был разработан проект автоматизированной системы управления процессами закачки и транспортирования концентрированной серной кислоты. Оборудования для реализации данного проекта было выбрано с учетом того, что ему предстоит работать в условии контакта с агрессивной средой. Был разработан пакет документации для реализации реального проекта.

В рамках проекта был разработан большой программный продукт, который реализует все необходимые и ряд дополнительных функций. Кроме этого, была разработана программа визуализации процессов закачки и транспортирования кислоты. В настоящий момент данная программа не востребована, её применение предполагается в случае ввода в эксплуатацию программы визуализации всего участка/цеха.

Особое внимание было уделено разделу, связанному с охраной труда и экологией. Был произведен общий обзор опасностей которым могут подвергнутся человек и окружающая среда, а так же была изучена специализированная программа ТОКСИ для расчета последствий выброса отравляющих веществ в атмосферу.

Благодаря разработке и реализации этого проекта удалось практически полностью исключить нахождения человека в условиях повышенной опасности связанной с возможными аварийными ситуациями. Исключение человеческого фактора из данных технологических процессов повышает надежности системы.

Экономический расчёт показывает, что окупаемость проекта составляет 3 года.

Список использованных источников

1 Модули CPU серии CJ. Руководство по эксплуатации.

2 Интерфейс RS-485. Техническая информация.

3 Автоматизация типовых технологических процессов и установок / А.М. Корышин и др. - : Энергоиздат, 2013.- 432 с.

4 Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справ. пособие / Под общ. ред. А.С. Клюева-М.: Энергоатомиздат,2012.- 464 с.:ил.

5 Чекмарёв А.А. Справочник по машиностроительному черчению/А.А. Чекмарёв, В.К. Осипов. - 4-е изд., стер. - М.:Высш.шк.,2013. - 493с.: ил.

6 Вальков В.М., Вершин В.Е. Автоматизированные системы управления технологическими процессами.- Л.: Политехника, 1991.-269 с

7 Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справ. пособие / Под общ. ред. А.С. Клюева-М.: Энергоатомиздат,1990.- 464с.:ил.

8 Таранов С.Т.,Макарова И.М. “Автоматизация технологических процессов и производств”. Методические указания к выполнению экономической части дипломного проекта для студентов специальности 220301

9 Мастрюков Б. С. Безопасность в чрезвычайных ситуациях: Учебник для студ. Высш. Учеб. заведений / Борис Степанович Мастрюков. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 336 с.

10 Бесков В. С., Сафронов В. С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: Учебник для вузов. - М.: 1999. 472 с.: ил.