防护距离（共8篇）
防护距离 篇1
在建设项目大气环境影响评价中, 我们会经常对大气污染因子进行影响预测分析, 而其中无组织排放的问题又是常见现象, 因此对建设项目中存在的无组织排放, 就必须对卫生防护距离与大气环境防护距离时进行预测与分析。卫生防护距离与大气环境防护距离的预测结果是否科学合理, 对项目的建设和周边环境的影响都可能产生诸多影响。如距离设置过大, 项目建设的投资成本会大幅提高;如距离设置过小, 项目建设会对周边环境产生较大不利影响, 也可能会引发社会矛盾。因此, 对卫生防护距离与大气环境防护距离的预测分析要科学、客观、合理。面对这两个防护距离, 现从以下几个方面来进行分析。
1卫生防护距离的设置
卫生防护距离是指:在正常生产条件下, 无组织排放源所在的生产单元边界与居住区之间应设置的最小距离。它的设置首先应根据各行业已制定的卫生防护距离标准来确定, 其次是按照卫生防护距离计算公式来进行计算确定具体距离。对于无行业标准用计算法来确定的应注意以下几点: (1) 要进行翔实的气象参数收集整理, 其中特别是近5年平均风速等参数。 (2) 生产单元的面源计算要注意如是矩形源要注意长宽比不能过大, 如比例过大笔者认为应进行面源划分;多个低矮的相对集中的点源合并考虑。 (3) 污染因子种类的选择应以有毒、有害、高深度、大排放量的物质为主要对象。 (4) 污染因子数量选择笔者认为以两个主要影响因子为宜, 当然也可考虑两个以上;其主要原因为当卫生防护距离不在同一级内时, 均以按距离大的一级进行设置。 (5) 如计算得出卫生防护距离在同一级内, 应提高一级。 (6) 卫生防护距离的确定是由生产单元的边界到居住区最小距离, 而不是厂界到居住区的最小距离。 (7) 如项目内有多个无组织排放源应分别进行计算, 分别设置卫生防护距离;根据计算的结果形成一个全厂的卫生防护距离包络线图。 (8) 卫生防护距离内不得有环境敏感目标, 但同时不能忘记在此区域内要有必要的绿化。
2大气环境防护距离的设置
大气环境防护距离是指:正常工况下大气污染物对环境敏感目标的环境影响距离, 以厂界为边界外扩的环境防护距离。大气环境防护距离均是以SCREEN3模型法来确定的, 此方法偏重于理伦的数学模型。此方法的运用应注意以下几点: (1) 相关参数选择, 特别风速是指高度10m的风速, 预测点相对污染源的高度均是0。 (2) 对同一个生产单元或相距较的生产单元应进行合并, 作为一个面源来进行预测分析, 对相距较远的则应分别进行预测分析。 (3) 面源的长宽比不能大于10, 否则应划分成多个面源来进行分析。 (4) 计算时应采用小时深度标准值或居住区最高允许浓度一次浓度标准值来进行预测分析。 (5) 对分开污染源应分别进行计算预测, 并绘制全厂大气环境防护距离包络线图, 标注出大气环境防护区域。
3卫生防护距离与大气环境防护距离的对比分析
卫生防护距离的计算较为复杂主要表现为: (1) 气象参数、公式计算系数较多; (2) 污染源参数较多 (面积、源强等) ; (3) 要考虑不同的地形地貌; (4) 许多污染因子只日均环境质量标准, 而无小时或一次浓度限值, 不宜操作; (5) 考虑了有组织排放与无组织排放的叠加。
大气环境防护距离的计算较为简易主要表现为: (1) 气象参数、公式计算系数少; (2) 考虑源强、有效源高、源的长和宽; (3) 此方法只考虑了无组织排放源强的计算, 未考虑有组织排放源的排放叠加和低矮污染源等处置问题; (4) 预测模式中只有一种地理环境模式, 不够全面。
4卫生防护距离与大气环境防护距离关系分析
卫生防护距离与大气环境防护距离, 两者之间不具有完全的可比性, 但是在大气环境影响分析中我们应同时考虑这两种预测评价问题, 使其互相补充。从两种影响预测计算方法来看, 它们对污染源参数的要求严格基本一致, 因为污染源参数的科学、客观、 准确直接影响到预测结果。在进行影响分析时, 应首先进行大气环境防护距离的预测分析。因为大气环境防护距离的分析是以厂界达标为基准的。同时还要结合卫生防护距离的预测分析结果进行综合分析, 以科学的、严格的为结果为标准。如在实际工作中, 同样的污染源在不同地形地貌的条件下会产生不同的卫生防护距离, 而大气防护距离则不然。对卫生防护距离与大气环境防护距离区域提出相关防范措施要求, 如拟建项目的设置、区域内居民拆迁等等。同时结合预测结果, 对项目的生产工艺、污染防治措施等提出改进要求。如工艺革新、清洁生产、改变排放方式, 降低排放量、降低排放浓度, 改变能源结构等。
在大气环境影响评价中我们应充分利用这两种预测模式, 科学、客观、准确的分析评价问题。这两种模式各有优缺点, 有一定的互补作用, 但建议在以后大气环境防护距离计算方法的修订中要考虑地理环境、参数设置的特殊性和全面性, 卫生防护距离计算方法的修订中要考虑简易操作性。通过这两种预测模式分析评价, 进一步加强污染防治措施和环境管理, 充分利用土地资源和环境资源, 使得建设项目朝着资源节约型、环境友好型方向良性发展。
参考文献
[1]信晶, 郎延红, 伏亚萍.等.大气环境防护距离和卫生防护距离区别及应用的探讨[J].环境保护科学, 2010, 36 (3) :105-108.
[2]张新莉, 吴新敏, 雷玉国.环境影响评价中大气环境防护距离和卫生防护距离的探讨[J].科技创新导报, 2009 (23) :108.
防护距离 篇2
随着广播电视事业的迅速发展，全国各省，部分城市都硅有r．播电视塔。按总发射功率可分为lOkW、30kW、60kW、90kW 四类。电磁辐琳目前已被列为造成公害的污染物，而广播电视塔电磁辐射是造成环境电磁辐射的主要来源之一。电视塔电磁辐射卫生防护距离标准目前国内外尚未报道。：奉标准是卫生部下达的“七五”期间重点攻关课题“工业企业卫生肪护距离标准体系研究”中的子课题之～。本标准由卫生部卫生监督司提出，由武汉市卫生防疫站和中国预防医学科学院环研所负责起草。起草人：李汉珍、邵强、张春利、黄俊铭、王军。技术归口单位：中国预防医学科学院环监所负责解释
本标准包括以下内容：① 主题内容与适用范围：②洙语；③ 标准内容(电视塔电磁辐射卫生防护距离标准；④ 附加说明。
本标准规定了电视塔与居民区之问所需的卫生防护距离 适用于地处平原、徽丘地区的新建及扩建、改建的电视塔，现有电视塔可参照执行。
电视塔电磁辐射的卫生防护距离，按电视塔发射机总功率及天线架设高度而定。
卫生防护距离：卫生防护距离系指产生有害因素源（电视塔发射天线）的边界至居住区边界的最小距离。
发射机总功率 天线架设高度* 卫生防护距离
10KW50500
100400
200300
300200
30KW50700
100500
200400
300300
60KW501000
100900
200800
300700
90KW501200
1001000
200900
300800
防护距离 篇3
建设项目大气无组织排放源具有分散、排放高度低、近距离污染明显等特点, 在环评文件中必须明确设置防护距离, 其作用是保障居住人群健康, 并通过合理设置防护距离, 为项目选址、平面布局和环境管理提供决策依据。但目前, 在有无组织排放源的项目环评文件中, 如何执行大气及卫生防护距的计算与设置问题, 仍存在歧义和认识不清, 环评文件编制、项目审查和环境管理等方面存在困惑与混淆。因此本文就大气环境及卫生防护距离的设置问题进行探讨。
1 大气环境防护距离与卫生防护距离概述与区别
HJ2.2-2008导则首次提出大气环境防护距离的概念, 提出和规范大气环境防护距离的用意很明显, 就是建立环保系统内的管理要求, 以取代原卫生部提出的卫生防护距离的概念。虽然大气导则中的大气环境防护距离定义和原来卫生防护距离很接近, 都划定无组织排放源与居住区之间的一个防护距离, 且防护距离内都不应有常住居民的管理要求, 但这两个概念还是有一些不同之处, 比较详见表1。
2 卫生防护距离的局限性
我国卫生防护距离是从1962年出台的工业企业设计卫生标准开始, 1989年、2000年又出台了17个行业卫生防护距离标准, 2012年对24个行业的卫生防护距离标准进行了修订和增补。
2001年之前制定的卫生防护距离标准存在两大问题, 一是随着现代工业大发展, 已有卫生防护标准仅占所有工业门类的比例很低, 另一方面, 由于新工艺、新技术的使用以及清洁生产的开展和环保管理日趋严格, 使得一些卫生防护距离标准逐渐不再适用, 但目前它们仍是必须执行的国标。2010年以后制定的卫生防护距离标准一般适用范围都是平原地区, 而对于复杂地形的, 按标准的相关条款要求参照GB/T13201-91中的公式进行计算。由此可见, 正在执行的卫生防护距离标准无论从数量质量还是覆盖面上都无法适应当前发展的需要[1]。
如采用GB/T13201-91中的卫生防护距离计算公式进行计算, 在实际应用中也存在两大不足[2]:其一, 系数A、B、C、D划定条件具有明显不确定性, 导致选用不同系数的计算结果差别很大, 多年实践经验, 发现该公式适用性有限, 不能体现无组织排放源的有效高度差异、原料工艺差别、不同污染物特性、地形因素等方面对卫生防护距离计算结果的影响。其二, 公式中将无组织排放生产单元视为圆形, 而实际上大多数面源为矩形或长条形, 而公式中假设为圆形, 易导致计算偏保守, 同时受当地不同风向的影响, 常年主导风向的下风向卫生防护距离应该大于上风向卫生防护距离[3]。
在此背景下, 大气环境防护距离的提出, 规范和避开这这些不足, 为合理划定防护距离确立了相对科学的基础。也是除仍生效的国家标准必须执行外, 不再用公式计算卫生防护距离的理由。
3 环评中大气环境及卫生防护距离的执行问题
3.1 设置的前提条件
设置大气环境防护距离应同时满足两个条件:一个是无组织排放源厂界监控点处污染物监控浓度不得超过国家标准;另一个是无组织排放源厂界外围存在一次浓度超过规定标准的。因此, 针对某些特殊污染物, 只要保证厂界外的监测点不超标, 就不用考虑大气环境防护距离。而卫生防护距离设置的前提是无组织排放的污染物最大落地浓度超过国家标准规定时才需设置, 否则无需设置。
3.2 如何执行防护距离
《环境影响评价技术导则大气环境》条款说明与实施解答中明确指出:“大气环境防护距离和卫生防护距离是两个概念, 大气环境防护距离按导则要求执行, 卫生防护距离按国家颁布的各行业卫生防护距离标准执行”, 国家环保部在《关于建设项目环境影响评价工作中确定防护距离标准问题的复函》 (环函[2009]224号) 中指出:“其他标准或规范性文件中依法提出的防护距离要求与上述标准不一致的应从严掌握”。由此可见:在如何执行大气防护距离标准与卫生防护距离标准时, 按以下三种情况区别对待。
3.2.1 建设项目没有相关的行业卫生防护距离标准的, 直接计算大气环境防护距离即可, 不必再采用GB/T13201-91中的公式计算。虽然HJ2.2-2008与GB/T13201-91都是技术规范, 但依据新法效力大于旧法的原则以及卫生防护距离计算的局限性, 应采用大气环境防护距离。
3.2.2 建设项目所属行业有适用的行业卫生防护距离标准的, 或有未失效的管理性文件规定的防护距离的, 直接采用该标准或文件规定的数值, 同时采用HJ2.2-2008推荐的模式计算大气环境防护距离, 以包络线作图, 取最大的作为防护距离。
3.2.3 建设项目所属行业有行业卫生防护距离标准的, 且处于复杂地形需要根据相关条款要求参照GB/T13201-91规定制定的, 则需要合理选择参数, 采用公式计算卫生防护距离, 并同时计算大气环境防护距离, 按最严掌握原则, 选取合理的防护距离。
4 案例分析
某污水处理厂氧化沟 (60m*40m*3m) , 距最近厂界距离为10m, 氨和硫化氢无组织排放量分别为0.26Kg/h和0.01Kg/h。厂界恶臭污染物排放标准 (GB14554) 氨:1.5mg/m3、硫化氢:0.06mg/m3;空气质量标准 (参考TJ36) 氨:0.2mg/m3、硫化氢:0.01mg/m3。采用HJ2.2-2008中面源模式及环境防护距离计算, 预测恶臭污染物落地浓度及大气防护距离见表2。
由表2可知, 该污水处理厂界处恶臭污染物浓度符合排放标准, 但距离排放源60m-80m区域内氨及硫化氢一次浓度有超过国家规定标准, 应设置大气环境防护距离, 但目前由于污水处理厂没有卫生防护距离行业标准, 故直接采用大气环境防护距离作为防护距离, 不再计算卫生防护距离。该污水处理厂大气环境防护距离为90m, 在不考虑布局调整的情况下, 其大气环境防护距离及防护区域设置示意图如下:
5 结语
大气环境及卫生防护距离的设置虽有一定的差异, 但设置的目的都为保护居住区人群的健康。防护距离执行的原则是基于新规范效力优于旧规范, 大气环境防护距离的设置更合理, 但考虑尚未失效的国家标准, 注意未失效的管理型文件要求, 按从严掌握的原则合理划定防护距离, 即对无卫生防护距离行业标准的或文件要求的, 直接采用导则推荐的模式计算大气环境防护距离, 无需再计算卫生防护距离, 否则应对计算的大气环境防护距离与行业标准或文件要求的卫生防护距离进行比较, 合理界定防护距离。
参考文献
[1]张伟, 戈鹤山, 洪燕峰.我国卫生防护距离标准的历史、现状与未来.环境与健康杂志.2007 (09)
[2]林春绵, 张震杰, 陈金海, 周红艺, 潘志彦.环境影响评价中卫生防护距离设置的探讨[J].环境科学与技术.2008 (07)
防护距离 篇4
关键词：环境影响评价,卫生防护距离,设置
工业企业卫生防护距离是指产生有害因素的生产单元 (车间或工段) 的边界至居住区边界的最小距离, 其作用是为企业无组织排放的气载污染物提供一段稀释距离, 使污染气体到达居民区时的浓度符合国家标准。卫生防护距离的确定, 关系到厂址的选择、厂区平面布置等, 是环境影响评价中一个重要的内容。
目前, 我国对炼铁、炼焦、炼铜及铅蓄电池和汽车制造等30多个行业制定了卫生防护距离标准。其余无相应标准的行业, 则可采用 (GB/T13201-91) 《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》中的有关规定进行计算。计算公式如下:
Cm标准浓度限值, mg/m。;工业企业所需卫生防护距离, 工业有害气体无组织排放源所在生产单元的等效半径, 根据该生产单元占地面积S (m。) 计算, r= (S/-rr) %;A、B、C、D—卫生防护距离计算系数, 根据工业企业所在地区近五年平均风速及工业企业大气污染源构成类别从《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》表5查取, 工业企业有害气体无组织排放量可以达到的控制水平。
由于卫生防护距离的设置涉及到环境卫生学、污染气象学等多方面问题, 加上现今工业企业类别诸多, 涉及的污染物种类繁多, 一个标准或一个公式的计算结果难以完全概括这些复杂的情况。不知名人士针对电解铝厂长条形厂房结构特点, 认为公式 (1) 的计算结果和实际情况不符, 提出用线源扩散模式计算卫生防护距离, 并且应考虑同种污染物的点源扩散的共同影响。不知名人士等认为公式 (1) 只考虑了污染源自身的特点, 而没有考虑到其与居住区之间的空间关系, 即风向方位系数的影响。不知名人士针对石化行业涉及的化学物质种类繁多, GB3095-1996《环境空气质量标准》和TJ36-79《工业企业涉及卫生标准》两标准无法涵盖其可能产生的所有大气污染物, 提出了三条途径来解决计算卫生防护距离所需标准浓度限值的取值问题, 并提出了一种新的确定石化装置废气无组织排放量的方法。等根据大气环境影响预测、卫生防护计算及水泥项目竣工验收粉尘无组织监测结果, 确定新型干法水泥项目粉尘排放单元与居民区之间最小卫生防护距离, 并对GB18068-2000《水泥厂卫生防护距离标准》提出了调整建议值。笔者在环境影响评价实践中, 发现仍有一些问题值得关注或商榷。
1 卫生防护距离设置的前提条件
有些环评编制人员, 习惯于工程分析中一有无组织排放源就计算卫生防护距离。按照《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》中的规定:“无组织排放的有害气体进入呼吸带大气层时, 其浓度如超过GB3095与TJ36规定的居住区容许浓度限值, 则无组织排放源所在的生产单元 (生产区、车间或工段) 与居住区之间应设置卫生防护距离。笔者认为, 在无组织排放的有害气体最大落地浓度超标的情况下, 才需设定卫生防护距离。若无组织排放的有害气体最大落地浓度达标, 则未必需要设定卫生防护距离。由于《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》中卫生防护距离设置的从严原则, 即“当按照公式计算的L值在两级之间时, 取偏宽的一级”, 只要有无组织排放, 无论排放量多小, 按照公式 (1) 计算出来的卫生防护距离经圆整后都必然≥50m。这无疑会增加一些废气无组织排放量较小且对环境影响不大的建设项目的选址难度。
2 卫生防护距离设置的影响因素
2.1 生产规模工艺治理情况及无组织源面积影响
公式 (1) 表明, 除了风速及工业企业大气污染源构成类别外, 污染物无组织排放量的大小对卫生防护距离也有着决定性的作用。但是现有的30多个行业标准大多仅按其所在地区近五年平均风速的大小设置不同的卫生防护距离, 除了水泥厂、塑料厂、肉类联合加工厂等部分行业将生产规模的大小也作为卫生防护距离设置的依据外, 其余一半多的行业标准对此均未提及。事实上, 同一行业的不同企业生产规模差别很大, 污染物的产生和排放总量也大不相同, 其影响的范围必然有所差异。此外, 同一行业或产品往往可以采用不同的原料、工艺路线及设备, 污染物的产生量也就各不相同, 加上各企业采用的污染治理工艺的差异, 最终的污染物无组织排放量差别很大。因此, 不充分考虑生产规模、工艺路线、污染物治理水平等影响到污染物无组织排放量大小的因素而设置统一的行业卫生防护距离, 很可能与实际情况不符。
其次, 由公式 (1) 可知, 卫生防护距离与无组织源有效半径也密切相关。在实际生产中, 同一规模的企业由于各地用地紧张程度的差异, 无组织源所在生产单元的大小也不相同, 因此对卫生防护距离的设置要求也应有所不同。但目前我国对各行业制定的卫生防护距离标准中, 均未考虑无组织面源大小的影响, 其制定标准可能会与实际情况有所偏差。
2.2 污染物无组织排放源有效高度及密度或粒度影响
公式 (1) 表明:卫生防护距离与有害气体的污染源构成类别、无组织排放源的面积及排放量、环境标准浓度限值, 以及当地环境风速有关, 但公式却未考虑无组织排放源的有效高度对卫生防护距离的影响。在环评编写过程中发现, 在其余条件都不变, 仅改变排放源有效高度的情况下, 无组织排放的污染物对周围大气影响程度相差很大。
以一个年产4000t铜排的炼铜厂为例, 仅将排放源平均有效高度从6m降低到3m, 其余条件均不变, 则无组织排放的烟尘最大落地浓度将从主导风向下0.0705mg/m和静风下0.0597mg/m3升高到0.2041mg/m和0.2387mg/m。, 分别是原来的2.9倍和4.0倍。由此可见, 无组织排放源有效高度变化会大大改变其对周围环境空气的影响, 则为减轻该影响所需的稀释距离无疑也会有所不同。但是公式 (1) 却不能体现这一特点, 所以其计算结果难免与实际不符。此外, 公式 (1) 也未考虑到污染物的密度或者粒度的影响。密度或粒度较大的污染物较易沉降, 因此其扩散范围会比密度或粒度小的污染物的扩散范围小。如在铅的回收行业中, 铅熔炼过程会产生铅烟, 其粒度明显小于铅粉碎过程中产生的铅尘, 两者的扩散行为有所不同。颗粒污染物因要考虑重力沉降而不满足“被动性”条件, 不能直接应用气态污染物的扩散模式, 而需对高斯扩散模式进行修正。但在卫生防护距离计算的时候却无法体现出这一点。在实际工作中, 也需要考虑污染物密度或粒度的影响, 使卫生防护距离的设置更加合理。
2.3 地形对卫生防护距离设置的影响
《制定地方大气污染物排放标准技术规范》所采用的计算方式仅适用于平原地区或者微丘陵地区。因为大气质量预测模型主要以高斯模型为基础, 即将空气流场视为平直、均匀流, 排放污染物在时间和空间呈正态分布。这种简单的高斯扩散模型对平原地区和局部温度场和风场变化较小的地区预测的污染物浓度和实际吻合较好。但是现在很多企业、建筑物往往设置在地形起伏的山地丘陵地区, 在这些较复杂的地区, 由于地形、地表粗糙度、障碍物等影响, 温度场、风场呈随机变化, 其污染物扩散也必然偏离正态分布。如在山区等复杂地形中, 由于山体地势较高, 使得污染源排放的污染物被山体阻挡, 形成反射, 造成局部地区高浓度, 而山体那边污染物浓度较低。此外, 由于地形阻挡, 复杂地形容易出现静风区, 使污染物累积而形成高浓度, 从而污染物扩散范围不如平原地区大。因此如果只是简单运用所给公式计算卫生防护距离, 有可能是结果偏大或者偏小。由于在环境影响评价过程中, 无法深入探讨无组织排放源在复杂地形情况下的大气扩散模式, 因此我们可以根据实际情况, 采用一些适当的方式, 确定合理的卫生防护距离。
对某一电镀厂进行环境影响评价过程中, 根据公式计算其卫生防护距离, 最后圆整为300m。而在其北面280m处就有一居民居住点在卫生防护距离之内。由于在污染源和受保护目标之间, 距离污染源60m处有一100m高的山体, 考虑到山体屏障作用, 山体后方实际污染物浓度应低于根据高斯模型无组织排放公式计算出来的结果。因此根据该地区实际情况, 我们认为该项目280m的距离可以满足卫生防护的要求。
结语
卫生防护距离的确定是环境影响评价中重要的内容之一。行业的不同、项目生产规模大小和生产工艺的区别、污染物治理效果的好坏、污染物性质的差异和污染源有效高度的高低, 对卫生防护距离的设置都有着不同的要求。此外, 建设地点地形和气象的复杂程度, 也对卫生防护距离的确定有着一定的影响。在工作中, 应综合考虑这些因素, 根据实际情况合理确定卫生防护距离, 避免因距离设置过小而影响周围居民的生活, 或因距离设置过大而造成土地资源的利用受到限制。
参考文献
[1]唐山市饮用水水源地环境保护的研究[D].唐山市环境保护研究所, 2009-08-31.
防护距离 篇5
1 经验模型计算
假设一座10×10４m３原油储罐发生顶部崩裂,造成顶盖全部被毁,遇点火源发生油罐池火灾。其计算参数为:原油热值Hｃ为43 890kJ/kg;原油的燃烧速m″率为0.055kg/(m２·s);空气密度ρａ为1.293kg/m３;热辐射系数η２为0.08;风速为4.8m/s。
应用池火灾模型中关于火焰形状和尺寸、火焰表面的热辐射通量、热辐射的传播及视角系数等经验公式,计算假定的火灾场景,从而得到其危害范围。
(1)火焰高度。经Thomas经验公式计算火焰高度为火焰高度为81.23m,下限值;经Brotz经验公式计算值为138.45m,火焰高度上限,计算值最大;经修正以后的Moorhouse经验公式计算得到的火焰高度居于两者之间,为95.57m。
(2)火焰倾角。通过经验公式计算可得到火焰倾角为36.2°。
(3)相同池直径下不同距离目标接受到辐射强度。原油储罐形成罐内池火灾,池火灾直径为80 m,经经验公式计算可以得到距离火焰中心不同距离时目标受到的辐射通量,如表1所示。
由表1数据可以看出,视角系数的值小于1,随着R/D增大而减小。
图1为风速4.8 m/s时,辐射强度随R/D变化曲线。可以看出,油罐燃烧产生的辐射强度随着R/D的增大呈指数衰减。在R/D=0.9 时,热辐射强度为22.37kW/m２,当R/D=2.0时,热辐射强度为5.86kW/m２,此后随着R/D增大,热辐射强度变化趋于平缓。
2 辐射伤害及安全距离确定
2.1 对装置设备的危害
储罐区的油罐是最主要的装置设备,油罐罐内的介质大多为易燃易爆或有毒有害物质,如原油、汽油、液化石油气等,若油罐发生火灾爆炸事故,其相邻罐受到高强度热辐射作用时,油罐温度升高,而由于烘烤作用钢材承受能力下降或引燃邻近罐的蒸气,一段时间后,储罐承载力平衡失效,导致罐体破坏甚至坍塌。
根据石油化工装置设备的热辐射破坏准则,原油储罐热辐射破坏准则,如表2所示。
2.2 热辐射对人员的危害
人能承受的热辐射强度较低,火灾爆炸产生的热辐射能够严重影响发生火灾的储罐区内巡检人员及其消防救援人员的生命安全。根据国内外相关资料人员受热辐射危害等级一般划分为死亡、二度烧伤和一度烧伤,其与热辐射强度及时间的关系,如式(1)~式(3)所示。
式中:q为人员接受到的热辐射通量,kW/m2;t为人员接受热辐射的时间,s;Pr为受到伤害的概率,Pr=5表示人员受到伤害的概率为50%。
2.3 消防救援安全距离的确定
消防服可提高消防人员所能承受的热辐射,使热传导时间延迟。由于消防服的保护作用,消防救援的安全距离就不能仅按照一般人20s以上感觉疼痛的4kW/m２的标准选取。
3 FDS模拟计算
应用FDS模拟原油储罐池火灾,首先根据模拟对象建立火灾场景模型,对几个重要参数给出以下设定:
(1)火源。原油储罐火灾稳定燃烧时的燃烧特性及其辐射热对外界的影响,为了较好地模拟火灾过程,通过定义热释放速率来模拟油罐火灾大小。对于热释放速率的设定,可以遵循式(4)的关系。
式中:m为发生燃烧时的直线燃烧速率,mm/min;ρ为燃料的密度,kg/m３;Hc为燃料的净燃烧热,kJ/kg。
通过计算,得到热释放速率为2 074kW/m２。
(2)网格尺寸。为使计算结果与实际情况有更好的符合度,要考虑网格尺寸与特征火源直径D＊之间的关系:火源及附近区域的网格尺寸控制在0.05~0.1 D＊;较远区域可采用较大的网格(最大可达0.5 D＊)。
(3)炭黑生成。炭黑对于热辐射有很大的影响,进而影响到火灾场景温度分布的模拟准确度。炭黑会使温度分布降低,高温炭黑粒子也是热辐射强度的重要来源。模拟计算时,对炭黑生成的考虑是通过直接设定炭黑生成比来完成的。通常油罐的直径越大,炭黑的生成比越大,对于较大直径的油罐,将炭黑生成比设为0.1。
(4)辐射百分数。原油燃烧时,火焰对外界产生热辐射,燃烧产生的烟气会对热辐射产生“烟阻效应”,池火灾直径越大,“烟阻效应”越明显,会降低热辐射对外界的影响。对于小尺寸油罐,计算过程中一般默认辐射百分数为31%,油罐直径为80m时,辐射百分数为8%。
(5)敞口面积。由于外界冲击或者油罐内部压力作用会使罐顶产生裂纹,严重时罐顶顶盖局部被毁或被整体掀翻,以1/4 D、1/2 D、全开口为例,研究其危害。其中1/4 D、1/2 D开口是以40m为半径的2个扇形。
进行FDS模拟计算的火灾场景采用如下设置:区域长、宽、高分别为224、144、150m,油罐直径为80m、高为21.8m,燃烧物质为原油。热释放速率为2 074kW/m２,油罐位置网格为0.5m,1/4 D、1/2 D、全开口对应的敞口面积分别为1 231、2 462、4 924m２。炭黑生成比为0.1,辐射百分数为0.08。设定环境温度为28 ℃。
4 模拟结果分析
4.1 油罐火灾火焰特性分析
图2、图3为火焰底部温度分布图,图4、图5为火焰横切面温度分布图。从油罐边缘至火焰中心线处温度逐渐升高,这说明空气是沿着该方向卷吸的。而底部火焰中心温度较低,靠近罐壁周围温度较高,这说明在火势稳定的阶段,由于火势干扰,空气不能够进入到罐体中心,导致原油不能充分燃烧使温度降低。
4.2 热辐射对设备装置的影响
图6~图8为有风情况下,不同开口面积油罐罐壁不同高度处的辐射强度变化曲线。有风作用时,同一开口面积时油罐罐壁的热辐射随距离增大呈指数衰减,在较低位置时,当达到一定距离以后,热辐射强度基本不变。随着开口面积增大,下风向油罐所受到的辐射热强度增大,最大达24.1kW/m２,根据火灾热辐射破坏准则,邻近罐长时间处于此热辐射强度下,必然会对其造成严重威胁。燃烧产生的固体颗粒也会使火焰对周边的热辐射加强,在风的作用下,着火油罐产生的烟气可以将邻近罐体覆盖,这对邻近油罐造成的威胁更为严重。引燃原油蒸气的最小能量为0.2~0.26mJ,热辐射可点燃邻近罐蒸气,从而扩大火灾危害。可见,在有风环境下,着火罐对邻近罐的热辐射危险相对于无风条件下是增加的,常规0.4 D的安全间距已不能保障邻近罐体的安全。因此,当某个油罐发生火灾时,在短时间内如果不采取措施对着火油罐火灾进行有效抑制,同时对相邻油罐进行冷却等保护措施,极有可能会导致附近油罐着火或爆炸,导致事故进一步扩大。
4.3 热辐射对人体的影响
发生火灾时,消防人员也会受到热辐射危害,这就要求消防队员在保护好自身的情况下进行灭火救援。图9为人员受伤的热通量-时间准则临界曲线。
图10~图12为不同开口时,4.8m/s风速环境下,热辐射随R/D的变化。在地面高度,热辐射强度先随R/D的增大而增大,达到最大值后,随R/D的增大而减小。虽然在靠近油罐处热通量较小,但由于原油中含有水分,燃烧过程中极有可能产生扬沸等现象,人员在此处灭火会增大危险性,因此不能考虑靠近油罐处。假定消防救援人员在灭火过程中轮换时间为300s,根据人员受害判据,人员一度烧伤、二度烧伤、死亡时的辐射强度为1.2、2.1、3.2kW/m２。不考虑消防服的保护作用,即仅参考人员伤害判据。油罐火灾对外热辐射受开口面积的影响,对于1/4 D、1/2 D、全开口面积,按式(2)计算,灭火安全距离L分别为为100、116、144 m,按式(3)计算,灭火安全距离L约为77.6、90.4、116m。由于消防队员在灭火过程中会穿戴必要的防护服,可突破该安全距离进行灭火。
消防员灭火救援时所穿的消防服有一定的保护作用,为有效灭火及降低人员伤亡,需要研究消防救援人员在消防服保护作用下的安全距离。结合热辐射强度与伤害/破坏关系数据综合考虑,分析救援人员在消防服热防护性能基础上的安全救援距离。
国内常用的是Nomex消防服,根据其参数,取其5次循环洗涤后的RPP值276.144kW/m２作为消防服的保护作用参数。假定消防救援人员在灭火过程中轮换时间为300s,可知300s消防服的热防护性能约为0.920 5kW/m２。根据人员伤害判据,人员一度烧伤、二度烧伤、死亡的辐射强度为1.2、2.1、3.2kW/m２,将2.1kW/m２视为人体可接受临界程度。综合考虑消防服保护作用,将0.920 5+2.1≈3.020kW/m２作为消防官兵灭火救援不受二度烧伤的热辐射强度临界量。
通过计算分析,直径80m,高21.8m浮顶原油储罐顶盖被破坏而发生罐内池火灾时,消防队员穿着消防服可增大消防救援安全距离,计算结果如表3所示。
5 结论
防护距离 篇6
(1) 项目概况。
清林径引水调蓄工程位于深圳市龙岗区辖区内, 工程任务是充分利用东深、东部供水工程增加的境外引水, 建立新增境外引水的输配及调蓄系统, 在发生突发供水事件时将储备水量通过网络干线供往其他地区, 参与全市供水调配, 以供水调蓄和储备应急为主, 兼顾防洪。其中3号隧洞全长4 010 m, 隧洞断面为城门洞型, 尺寸为B×H=2.5 m×2.7 m, 施工采用进、出口相向掘进, 单方向掘进长度为2 005 m。
(2) 地质概况。
隧洞施工区地处低山丘陵地貌, 根据钻探资料, 施工区域的土 (岩) 为第四系残坡积层、全风化花岗岩、强风化花岗岩、弱风化花岗岩、微风化花岗岩。自上而下分述为:第四系残坡积层、全风化、强风化、弱风化、微风化。地下水活动中等。
2隧洞氡气和γ射线基本情况
2.1隧洞环境辐射基本情况
施工图设计总说明对辐射情况作了如下说明, 3号隧洞SZK46地质钻孔孔口附近地表γ辐射剂量率为180 nGy/h, 该处施工人员放射性照射剂量估算值为2.617 mSv/a;地质钻孔水样中总α为1.117 Bq/L, ;地质钻孔水样中氡浓度为79.36 Bq/L。
2.2辐射检测情况
为保证隧洞作业人员安全, 在隧洞出口端掘进235 m时, 对洞内放射性情况进行了检测, 结果如下:工作面γ辐射剂量率最高为0.71 μSv/h, 处于作业面的工作人员所接受的年剂量估算值为1.59±0.06 mSv/a;在作业面所采集地下水中的氡浓度为435.96、541.44 Bq/L;在作业面区域 (0+220～0+235) 的瞬时空气氡浓度最低305.31 Bq/m3、最高737.19 Bq/m3。掘进510 m时, 再次进行放射性检测, 结果如下:爆破前 (即钻孔过程) 作业面区域的空气中氡浓度为1 797.55 Bq/m3, 爆破后通风半小时 (即出渣过程) 作业面区域的空气中氡浓度为471 Bq/m3。
根据上述两次检测结果, 在隧洞掘进540 m时, 由广东省职业病防治院进行了一次详细的对比检查, 为下一步处理提供依据。该次放射性检测结果如表1～表4所示。
注:①与2月28日的喷浆后相比, p<0.01;②隧道外工程指挥办公处本底水平范围0.13～0.15 μGy/h;③该表中检测结果已扣除本底水平。
注:①与常规通风工况下的喷浆作业相比, P<0.01;②与常规通风工况下的打钻作业相比, P<0.01;③与常规通风工况下的爆破后相比, P<0.01;④与常规通风工况下的出渣作业相比, P<0.01。
3隧洞内放射性检测结果的分析
(1) 隧道内土壤核素分析。
土壤样品核素检测结果显示, 铀-238含量均大于全省土壤中的放射性核素平均值, 且部分样品超出全省土壤中的铀-238波动范围;钍-232含量均低于全省土壤中的放射性核素平均值;镭-226含量均大于全省土壤中的放射性核素平均值, 但均未超出全省土壤中的镭-226波动范围;钾-40含量均大于全省土壤中的放射性核素平均值, 但均未超出全省土壤中的钾-40波动范围。
(2) 水样总α、β检测结果分析。
本项目水样总α放射性不能满足国家标准《生活饮用水卫生标准》 (GB5749-2006) 的指导值, 总β放射性能满足国家标准《生活饮用水卫生标准》 (GB5749-2006) 的指导值。主要是由于本项目工作面岩石和土壤中含有放射性核素铀、氡、钍和镭, 其中铀-238含量较高, 部分样品超出全省土壤中的波动范围, 故作业面水样总α超出国家标准较多。
(3) 工作面γ辐射检测结果分析。
本项目各个工作面γ辐射水平高于全省γ辐射剂量率平均值, 并且超出全省γ辐射剂量率波动范围, 主要是由于本项目工作面岩石和土壤中含有较高的钍、镭和钾。
按γ辐射水平检测结果最大值 (0.68 μGy/h) 和《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》 (GB 18871-2002) 中假定的标准作业时间2 000 h/a (每天工作8 h, 每年工作250 d) 对作业人员受到的γ射线外照射剂量进行估算, 结果如下:
式中:D1为工作人员γ射线年受照射剂量;P为作业场所照射剂量率;H为工作人员受照时间。
(4) 空气中氡浓度结果分析。
根据大量观测数据统计表明, 氡浓度与通风时间的关系呈现出对数曲线的趋势。变化趋势如图1所示。
《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》 (GB18871-2002) , 其附录H中规定工作场所中氡持续照射情况下补救行动的行动水平是在年平均活度浓度为500～1 000 Bq/m3 (平衡因子0.4) 范围内, 达到500 Bq/m3时宜考虑采取补救行动, 达到1 000 Bq/m3时应采取补救行动。
按作业场所氡浓度检测结果最大值1 024 Bq/m3和《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》 (GB 18871-2002) 中假定的标准作业时间2 000 h/a (每天工作8 h, 每年工作250 d) 对作业人员受到的氡及其子体暴露有效剂量进行估算, 结果如下:
式中:D2为工作人员氡及其子体年受照射剂量;C1为工作场所空气中氡浓度;C2为工作场所单位氡浓度与氡子体年照射量的转换系数;C3为工作场所单位氡子体照射量与有效剂量的转换系数。
根据本项目的检测结果, 隧洞施工过程宜考虑采取补救行动的作业是打钻和爆破, 应采取补救行动的作业是出渣。
4隧洞施工过程的安全防护措施
根据放射检测结果, 隧洞洞内存在氡气和γ射线放射源, 为有效改善洞内工作环境、保障作业人员的健康安全, 须采取加强新鲜空气输入、增加污浊空气排出、控制作业时间、增添个人劳保防护、加强工人营养等措施, 同时开展施工过程中的动态监测及时了解施工作业环境以便采取相应的防护措施。
(1) 工程防护措施。
①加强送风。在隧洞口设置一台30 kW的压入式的轴流风机, 经Φ800粘胶布通风管往洞内工作面连续送风, 并尽可能把风口延长, 穿过爆破影响区至工作面附近, 爆破后及时更换爆破影响区内的破损通风管, 确保通风效果。考虑风阻、风损和风机效率, 需在隧洞中间增设一定量的风机进行接力, 才能保证作业面的通风效果, 经优化计算, 最佳风机布置在0+600、1+100、1+600、2+400、2+900、3+400处, 每处设一台30 kW的轴流风机进行接力送风, 保证洞内有足够的新鲜空气。②增设排风措施。因隧洞作业空间较小, 在压入式送风的基础上, 设置一条DN700HDPE双壁波纹管从距掌子面小于25 m处向洞口排风的抽风硬质管道, 并且每隔1 000 m设置一台30 kW的轴流风机进行接力抽风, 形成有效置换洞内受污染空气, 抽送相结合的混合式通风。每次爆破后首先运行Φ700排风管, 再启动Φ800送风管。由DN700硬管抽风的混合式通风形式风管布置见图2。③由于洞内裂隙水中含有一定的氡, 水从岩石中流出后析出一定量的氡气, 加大空气中的氡浓度, 故在隧洞内出水点或段, 设置通畅的排水沟和足够的集水井, 及时将其收集并排离隧洞, 以减少氡及其子体的逸出。
(2) 时间防护措施。
氡及其子体造成的内照射和γ射线造成外照射, 其防护的手段通常有3种。 ①时间防护, 在工作场所存在内外照射线的环境下, 受照射的累积剂量与照射时间成正比, 受照时间越长, 所受照射累积剂量越大。因此, 在不影响工作的前提下, 应尽可能减少在放射源旁停留的时间。根据本项目的施工特点, 当照射量达到国家安全标准后可组织数人 (班组) 轮流作业, 使个人所受的射线剂量在最高允许剂量以下, 施工过程需根据实时监测结果对作业人员的可接受作业时间进行调整, 确保人身安全, 达到防护目的。②距离防护, 点状放射源所产生的辐射强度, 与距离的平方成反比, 距离增加一倍, 剂量率减少到原来的1/4。为此在实践工作中常使用远距离的操作工具, 如长柄钳子、机械手、远距离自动控制装置等, 都是为了增大人体与放射源间的距离。根据本项目的施工特点, 该防护方法无法起到有效的作用。③屏蔽防护, 在实践工作中, 由于条件所限, 往往单靠缩短工作时间和增大距离并不能达到安全操作的目的。在辐射源很强的情况即使受照时间很短, 对人体的伤害也是很大的, 这种情况下就必须采取屏蔽防护, 高密度物质如铅、铀等都具有良好的屏蔽效果。根据本项目的施工特点, 该防护方法也无法起到有效的作用。
(3) 个体防护措施。
《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》GB18871-2002规定:注册者、许可证持有者和用人单位应根据实际需要为工作人员提供适用、足够和符合有关标准的个人防护用具, 如各类防护服、防护围裙、防护手套、防护面罩及呼吸防护器具等, 并应使他们了解其所使用的防护用具的性能和使用方法。施工过程现场作业人员需配备防护口罩、防尘服、防尘帽及手套。①本项目施工过程防护口罩采用美国3M中国有限公司生产的6800全面罩和6006滤毒盒, 并定期检查其滤毒效果及时更换到期产品, 该产品能有效保护作业人员的呼吸道健康。②防护服采用3M公司生产微护佳Microchem3000 轻盈防护服, 该产品舒适柔软, 3层结构布料能有效阻隔大多数化学品, 能防护浓缩无机化学品、生物有害物质和小于1 μm的微粒, 适合本项目使用。③防护帽采用梅思安V-GARD标准型防护帽:该防护帽由HDPE或ABS材料支撑, 两侧插槽, 可与防护面罩、耳罩、电焊面罩、手电配合使用, 符合GB2811-2007标准, HDPE材质符合ANSI Z89.1-2009标准。④为了尽量减少作业人员的身体与含氡的气体和水接触, 作业人员的手套可采用织女牌贴胶手套。
5隧洞施工过程的放射安全管理
(1) 项目建设单位应建立职业卫生管理机构和责任制, 配备专职职业卫生管理人员。
(2) 项目建设单位负责人、职业卫生管理人员应经过职业卫生相关法律法规和专业知识培训。
(3) 作业人员应按卫生部55号令进行上岗前、在岗期间和离岗时放射工作人员职业健康体检。在岗期间职业健康检查两次检查的时间间隔不应超过2 a, 必要时可增加临时性检查。
(4) 加强个人剂量监测, 给隧洞开挖相关人员佩戴个人剂量计, 制定个人剂量监测计划, 每月更换1次, 并委托有关资质单位检测。
(5) 配备γ射线剂量巡测仪, 定期对工作场所进行剂量监测, 发现有异常波动时, 及时上报安全生产监督管理和环保部门。
(6) 进行上岗前放射工作人员防护专业知识培训, 考核合格后才能上岗。
(7) 制定以下放射防护管理制度:①施工期间放射防护安全操作规程;②放射工作人员健康管理办法;③放射意外事故处理程序 (应急组织、职责、启动程序等) ;④放射工作场所监测制度。
(8) 配备应急事故急救员、医疗急救设备、急救药品、通讯工具、个人防护用品等应急救援装备。
(9) 在施工现场入口处醒目位置设置防尘和防电离辐射等公告栏、在施工岗位设置警示标志和说明。
(10) 施工过程不得吸烟、饮食。
(11) 根据职业病防治法的要求, 用人单位必须依法参加工伤保险, 尽可能为作业人员购买商业保险, 同时将用于预防和治理职业病危害、工作场所检测、职业健康监护和职业卫生培训等费用纳入项目经费概算。
(12) 隧洞中氡浓度和γ射线可能会随岩层的不同结果波动较大, 应加强工作场所放射性危害因素的检测, 并对检测结果进行动态分析与评价。
摘要：深圳市清林径引水调蓄工程3号输水隧洞单向掘进2km, 完成断面9.2m3, 洞内氡气、γ射线超标, 通过加强新鲜空气输入、增加污浊空气排出、控制作业时间、增添个人劳动防护、加强工人营养等防护措施来改善隧洞施工环境, 为相类似工程施工提供参考。
关键词：长距离,小断面隧洞,氡气,γ射线,超标,防护
参考文献
[1]中华人民共和国职业病防治法 (中华人民共和国主席令第60号) [Z].
[2]放射性同位素与射线装置安全和防护条例[Z].中华人民共和国国务院第449号令, 2005年12月1日起施行.
[3]放射工作人员职业健康管理办法[Z].中华人民共和国卫生部令 (第55号) .
[4]GB18871-2002, 电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].
[5]深圳市水务规划设计院.清林径引水调蓄工程3号隧洞氡气及γ射线防护方案 (第2版) [Z].
[6]广东省职业病防治院.氡气防护技术监测试验及γ射线危害评价 (第YP-FQC-12001号) [Z].
防护距离 篇7
在压力供水管道的水流中, 假如水的流动速度变化很大, 这样将会造成管道中水的动量转变, 水流动量变化将造成压力相继变化, 如此将会发生比较严重的水力撞击现象, 这种现象在水力界被称为水锤现象。当前国际和国内基本统一称多种多样的泵站管路系统中由于水流速度的变化而发生的水锤现象为泵站管路系统水力过渡过程。停泵后泵站管路系统水力过渡过程的基本特点是:由于各种各样的事故造成水泵停止运转以后, 水泵就将转到水力过渡过程工作状况, 最初阶段是是水泵工况, 此种工况条件下, 由于水泵停转, 失去了主驱动力矩, 水泵运行机组的力矩是不平衡的, 根据牛顿第二定律可以得出, 在惯性的作用下, 水泵机组将保持正转一段时间, 随着时间推移转速就会慢慢减小。可以得出泵站处将会首先降低压力。降低的压力波将由泵站向连接泵站的管路方向传播, 当降压波传到高位水池处以后又将引起升高的压力波。这里的升高的压力波会反方向从高位水池向管道系统和泵站机组继续传播。水管中流动的压力水流, 一般在各种各样的停泵事故以后, 都会在惯性作用的影响下, 以慢慢变缓的速度继续向管路方向和高位水池方向流动, 管路的沿程阻力和局部阻力作用以及水流受到的重力, 会把水流的流速逐渐降低到零, 这是一种不稳定的状态, 水流在管道中又受到重力的作用又将反向流回水泵站, 水流流速又从零慢慢变大, 往后的水流特点, 受到水泵出水口是否安装了普通止回阀或可控阀门以及缓闭阀等工作情况。
2 工程概况
甘肃某市建设一段长距离输水工程, 供水管道的管径为0.35m, 相对比较小, 但是该管道的沿程高程变化很大, 按照泵站设计规范的要求, 并与已建成的大部分工程做比较, 分析得出, 当比较长的输水管道的首尾端起伏比较大时就需要进行相关的水锤分析计算。针对该工程的实际, 沿线高程起伏非常大, 那么就很有必要保证该条输水管道的安全运行问题。所以, 为了保证该管线运行过程的安全、尽量避免发生水锤事故, 对该输水管道系统在运行和调节中可能会发生的水锤问题进行分析, 最终得出比较合理可靠的相关水锤防护手段, 这样即可相应的避免事故发生后的经济损失。
该压力流输水管线总长约8985米。管道起端高程为660.52米, 尾端高程为1009.65米, 首尾端高程差为349.13米, 沿管线的高程起伏很大。该输水管全线均选择DN350的钢管, 承受的压力:前面3000m为0.5M Pa, 中间3500m为0.4M pa, 后2385米0.2 M pa。详细管线的纵断面图如图1所示。
该工程详细的计算数据按下列取值:对城市长距离供水工程中比较常用的球墨铸铁管来讲, 水温一般取为20℃, 水的密度ρ=999.58kg/m3;体积弹性系数取K=21.08×108 N.s2/m4;弹性模量E=19.6×1010/Pa, 将上述各参数值代入水锤计算理论公式中, 得出水锤波速a=1000m/s.一般水力摩阻系数多是按照一个比较理想的流态得出来的。为了方便科学的计算, 这里提出假设, 该管路运行状态稳定, 采用海曾-威廉摩阻计算公式得出管道摩阻系数, 该工程实际管道采用350mm的钢管, 那么C=100, 通过已知的流量、管长、管径即可计算出水头损失。
3 最佳水锤防护方案的确定
该工程选择在水泵出水管和桩号为4500m处均设置缓闭型止回阀的水锤防护基本方案。在此分别分析整条管线中, 采用各个缓闭止回阀不同的关阀时间的条件下, 该管路中水流压力的变化状态, 设置完成快速关闭止回阀后对应的角度为20度。通过编制水锤计算程序后, 采用不同的关阀工况, 可以得出最大水头包络线和最小水头包络线: (a) 前后缓闭止回阀的关阀时间均为快关10s、全关360s; (b) 前面缓闭止回阀的关阀时间为快关10s、全关600s, 后一个止回阀的关阀时间为快关5s、全关360s; (c) 前一个止回阀的关阀时间为快关20s、全关600s, 后一个止回阀的关阀时间为快关10s、全关360s; (d) 两个止回阀的关阀时间均为快关20s、全关600s, 如图2所示。
从图2的各不同关阀工况的图中可得出, 在某些关闭止回阀的情况下, 事故后突然停泵, 输水管道中水流由于水锤造成的压力升高较小, 但是因为缓闭止回阀关闭时间长短有时不一定非常精确, 所以为了供水管线的安全, 同样采用一些防护措施来防护。通过计算得出, 将箱式双向调压塔和超压泄压阀分别安装在水泵出水口和桩号为4500米处的止回阀出口端, 就满足了该工程水锤防护的要求, 能保证输水管道安全运行。
4 结论与建议
本文对输水工程中由于事故产生的水泵水力过渡过程进行了分析, 重点探讨了事故停泵后的水力过渡过程, 并对甘肃某市长距离小管径高扬程供水管线泵站水利过渡过程发生的可能性及其危害进行了详细的上机计算分析和预测, 通过对水锤包络图的分析, 总结了合理的防护措施:将箱式双向调压塔和超压泄压阀分别安装在水泵出水口和桩号为4500米处的止回阀出口端, 就满足了该工程水锤防护的要求, 能保证输水管道安全运行。
摘要：本文针对停泵过程中水泵的水力过渡过程的分析需要, 重点探讨了停泵水力过渡过程这一现象的特点, 并对宁夏某长距离小管径高扬程输水工程的管路可能发生的泵站水力过渡过程进行了水力分析, 对发生的停泵水力过渡过程进行了预测研究, 对类似的水锤防护工程有一定的参考意义。
关键词：水锤,水利过渡,水锤防护
参考文献
[1]刘竹溪, 刘光临.泵站水锤及其防护.北京:水利电力出版社, 1988.
[2]金锥, 姜乃昌, 汪兴华等.停泵水锤及防护[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.
[3]中国市政工程东北设计研究院、长安大学主编.城镇供水长距离输水管 (渠) 道工程技术规程.中国计划出版社, 2005.
防护距离 篇8
对于有压输水而言,由于人为误操作或突然断电等外部因素导致水泵突然停机,压力管道中流速剧烈变化,从而在管路中产生急剧的压力交替变化过程,这种水力冲击现象称为事故停泵水锤[1]。特别是在长距离管道中,因为事故停泵水锤导致的压力升高尤为明显,可能造成严重的工程事故。本文针对一长距离有压管道引水工程进行事故停泵的数值仿真,分析泵出口液控蝶阀两阶段关闭、空气阀、调压塔联合防护措施的水锤防护效果,并提出优化建议,以确保输水管道安全稳定运行。
1 工程概况
某长距离有压管道引水工程由1座泵站(大(2)型)、2个水库(中型)、近20km的管道和隧洞等组成。取水泵站共设有6台VENUS-900/1000ZC型水泵(4用2备),配套6台1RN4636-3HE80-Z卧轴三相交流鼠笼式异步电动机。单泵设计扬程H=56.5m,设计流量Q=3.5m3/s,额定转速n=595r/min,效率η=92.2%,比转速ns=140,机组转动惯量GD2=33 5kg/m2。水泵出口依次设有一台TF/VSSJAF型液控止回蝶阀和两台D94A3X型电动蝶阀,直径均为DN1400,如图1所示,其中在4台泵同时运行时,两台电动蝶阀保持全开。引水工程的输水管线全长18.56 km,管道直径有DN2600、DN2800、DN3000、DN3400四种,管材种类分为钢管和玻璃钢夹砂管两种。沿线设置有单向调压室和双向调压塔等附属设施,以及各类蝶阀、空气阀等水锤防护设备,输水管线纵剖面高程变化和各设施设备的布置位置如图2所示,管线最高点高程为74.95m,受施工限制,双向调压塔设置在管线次高点处,管中心高程为68m。
2 事故停泵水锤的数值仿真
针对引水工程取水泵站的边界条件及运行工况,采用常波速的液柱分离模型[2]和特征线法对事故停泵水锤的基本方程进行求解,计算分析瞬态流动任一瞬时各断面上的压力和流量变化过程。
2.1 无防护措施下的停泵水锤
4台泵同时事故停泵时,无任何防护措施,即不考虑单向调压室、双向调压塔、空气阀,泵出口液控蝶阀不关闭的条件下,计算结果如图3、图4所示。图3中h、ν、α、β分别为水泵的无量纲扬程、无量纲流量、无量纲转速和无量纲转矩,τ为泵出口阀的水力开度;图4中Hmax、Hmin、HGL、Z分别为最大测压管水头、最小测压管水头、初始测压管水头和管中心高程。
从图3中可以看出,水泵在停泵后12.3s开始倒流,在停泵后的第12.9s开始倒转。水泵最大倒转转速为其额定转速的1.47倍,最大倒泄流量为额定流量的0.86倍。停泵后水泵的倒转转速不满足《泵站设计规范》规定的1.2倍要求,应确保停泵后泵出口阀的可靠关闭,一方面防止水泵长时间超速倒转,另一方面防止出水管内的水大量倒流回进水池,造成水量和能量损失。
从图4中可以看出,发生事故停泵后,由于管线中出现了水柱分离及再弥合现象,在水泵出水管起点处最大水锤压力达到94.79m,远远超过《泵站设计规范》规定的“最高压力不应超过水泵出口额定压力的1.3~1.5倍”要求;同时管线从水泵出口到隧洞末端之间大部分管段出现负压甚至发生汽化(按-8m考虑)。
2.2 现有防护措施下停泵水锤
4台泵同时事故停泵,考虑现有防护措施:泵出口液控蝶阀采用快关8s/60°、慢关20s/30°的两阶段关闭程序,沿线设置空气阀、单向调压室、双向调压塔(水深安全余量为1m),计算结果如图5、图6和图7所示。
从图5中可以看出,水泵在停泵后1.5s开始倒流,在停泵后的第2.1s开始倒转。水泵最大倒转转速为其额定转速的0.94倍,最大倒泄流量为额定流量的0.54倍。停泵后水泵的倒转转速满足《泵站设计规范》规定的1.2倍要求。
从图6中可以看出,事故停泵后水泵出水母管起点压力上升到最大水锤压力86.64m,接近《泵站设计规范》规定的“最高压力不应超过水泵出口额定压力的1.3~1.5倍”要求的上限;管线中无汽化压力出现,负压段集中在水泵出口到双向调压塔之间,最小水锤压力为-3m。
从图7中可以看到,事故停泵后,当管道内的压力降至低于双向调压塔内的水头时,水从双向调压塔流入管道,在停泵后的第56.7s,双向调压塔内的水位低于补水管顶高程,调压塔露底,空气开始进入管道,引起更加复杂的液气两相流过程。
2.3 现有水锤防护措施的效果评估
比较无防护措施和采用现有防护措施的事故停泵的计算结果,可以看到采用空气阀、调压室和调压塔的联合水锤防护措施[3],能有效减小管线最大水锤压力,防止管道中发生液柱分离及再弥合现象,避免汽化压力出现,减小管道负压段范围,起到了较好的水锤防护效果。但仍然表现出以下问题:管线仍然存在负压、多泵同时事故停泵时双向调压塔垂线露底等。因此,有必要对现有水锤防护措施进一步优化。
3 水锤防护措施的优化
3.1 泵出口阀关闭程序优化
由于泵出口阀的关闭程序对泵系统事故停泵过渡过程影响较大,对关阀程序进行优化[4],考虑到泵站的实际运行操作及沿线设施设备的影响,最终拟定两种泵出口阀关闭程序方案:①快关8s/60°,慢关15s/30°;②快关15s/60°,慢关55s/30°。比较以上优化后的两阶段关阀程序与现状运行采用的两阶段关阀程序的事故停泵计算结果,如表1所示。
从表1中可以看到,泵出口阀采用快关15s/60°、慢关55s/30°的关闭规律后,管线最大水锤压力明显下降;同时管线均未出现汽化压力。因此,建议将水泵出口阀的关闭速率优化调整为:快关15s/60°,慢关55s/30°。
3.2 空气阀防护优化
根据计算结果,管线中负压段主要出现在水泵出口到双向调压塔之间、管线最高点附近和隧洞进口附近三处位置,为了避免可能出现的弥合水锤,通过试算拟定在原有空气阀的配置基础上增设10处CARX-0400复合式排气阀[5],安装位置见表2及图8。
增设空气阀后,现有空气阀和空气阀优化后对事故停泵水力过渡过程的影响如表3所示。
从表3中可以看出,空气阀优化后,管线最大水锤压力不变,而管线最小水锤压力数值明显减小,这说明增设的空气阀能更好消除管线负压。
3.3 双向调压塔优化
在4台泵同时发生事故停泵时,双向调压塔的补水量不足,出现露底,为了增加补水量,可以采用在下游新建单向调压塔的方案[6]。经过优化计算,在下游新建一单向调压塔,其结构参数见表4,事故停泵水锤的计算结果如表5所示,新建单向调压塔对管线的最大和最小水锤压力没有影响,这是由于安装位置距离管线发生最大最小水锤压力的位置比较远的缘故,但因为增加了多台泵同时事故停泵时的补水量,保证双向调压塔不会出现露底[7]。
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4 结语
(1)采用空气阀、调压室和调压塔的联合水锤防护措施,能有效减小管线最大水锤压力,防止管道中发生液柱分离及再弥合现象,避免汽化压力出现,减小管道负压段范围,起到了较好的水锤防护效果。
(2)通过优化泵出口阀关闭速率,可以进一步减小管线最大水锤压力,建议将水泵出口阀的关闭速率优化调整为:快关15s/60°,慢关55s/30°。
(3)沿管线合理地增设空气阀,能够有效地消除管内负压。
(4)为了避免多泵同时事故停泵时,双向调压塔补水量不足出现露底,可以新建单向调压塔增加补水,确保输水系统的安全稳定运行。
参考文献
[1]金锥,姜乃昌,汪兴华,等.停泵水锤及其防护[M].2版.北京:中国建筑工业出版社,2004.
[2]E B怀利,V L斯特里特.瞬变流[M].北京:水利电力出版社,1983.
[3]董丽丽,冯民权,吕岁菊.长距离泵输水系统事故停泵水锤数值模拟研究[J].水资源与水工程学报,2013,(5):112-115.
[4]刘光临,蒋劲,易钢敏.泵系统水锤最优阀调节研究[J].流体工程,1992,(6):1-5,65.
[5]刘梅清,孙兰凤,周龙才,等.长管道泵系统中空气阀的水锤防护特性模拟[J].武汉大学学报:工学版,2004.
[6]刘光临,刘志勇,王听权,等.单向调压塔水锤防护特性的研究[J].给水排水,2002.