Технологический процесс и основные требования, предъявляемые к промышленным зданиям

Производственный процесс включает передвижение материалов или изделий по территории предприятия, между цехами и внутри цеха, хранение их на складе или в цехах и собственно технологический процесс, при котором происходит качественное изменение обрабатываемого материала.

При проектировании промышленного предприятия в целом или его отдельного цеха составляют технологическую часть проекта и решают все вопросы, связанные с выбором способа производства, типов оборудования, его производительности и т.п. В эту часть на первой стадии проектирования входит технологическая схема, ус­танавливающая последовательность операций в технологическом процессе и, следовательно, последовательность расстановки оборудования и компоновки производственных помещений.

Технологическую часть проекта составляют инженеры-технологи данной отрасли производства. Архитектор и инженер-строитель совместно с инженером-технологом, а также со специалистом по промышленному транспорту размещают оборудование по схеме в заданной последовательности, компонуя расположение цехов, выбирая материал и конструкции здания, отвечающие условиям технологического процесса.

Как следует из предыдущего, можно условно выделить следующие четыре вида требований к зданиям вообще и производственным зданиям в частности: технологические (или функциональные), технические, архитектурно-художественные и экономические.

К технологическим следует отнести требования:

а) к пространству, размеры которого должны быть достаточными, чтобы разместить технологическое и подъемно-транспортное оборудование и обеспечить перемещение материалов и изделий, а также технологического оборудования при его монтаже или демонтаже (рис. 1.23);

Рис. 1.23. Использование пространства: a – в здании без кранов с этажерками; б – в здании с кранами без этажерок: 1 – мостовой кран; 2 – пространство для перемещения людей, материалов и изделий; 3 – пространство для монтажа и демонтажа оборудования

 

б) к рабочему пространству для людей, занятых на производстве, и к пространству для передвижения людей в помещении (проходы). При этом общее пространство здания, т.е. объем производственных помещений (включая пространство для оборудования и рабочее пространство) по санитарно-гигиеническим соображениям, согласно действующим Санитарным нормам проектирования промышленных предприятий (СН 245–71), должно составить не менее 15 м³ на одного работающего, а площадь – не менее 4,5 м²/чел Следует также иметь в виду, что в условиях ускоряющегося научно-технического прогресса при определение размеров пространства в ряде случаев целесообразно учитывать перспективы совершенствования технологического процесса;

в) к воздушной среде для обеспечения здоровых условий труда человека требуемого качества продукции или сохранности технологического оборудования, на которое могут влиять температура воздуха, его влажность, степень загрязнения вредными вещества ми. Например, в ткацком производстве особенно в производстве высокосортных тканей, к воздушной среде предъявляют жесткие требования, так как при влажности воздуха больше или меньше определенных величин качестве ткани понижается в результате обрыв; нитей, образования узлов и пр.;

г) к световому режиму для обеспечения требуемой освещенности пространства цеха, рабочих мест и необходимого спектрального состава света. Согласно СН 245–71, в промышленных зданиях без естественного освещения или при недостаточном по биологическому действию естественном освещении предусматривают специальные мероприятия, компенсирующие недостатки искусственного освещения. Несомненно, что естественный свет более благоприятен для человека. Поэтому выбор светового режима представляет собой важный этап проектирования;

д) к акустическому режиму для обеспечения требуемого уровня шума и изоляции от посторонних звуков, превышающих допустимый уровень, мешающих технологическому процессу и утомляющих рабочих.

Очевидно, что перечисленные технологические требования ставятся в зависимость от вида производств. Для одних производств, например, параметры воздушной среды или акустический режим не имеют существенного значения. Для других, наоборот, требования, связанные с состоянием воз­душной среды, наиболее важны.

В свою очередь производственный процесс активно воздействует на окружающую среду, изменяя ее характер нередко в сторону, неприемлемую по технологическим и санитарно-гигиеническим требованиям. При этом следует иметь в виду не только искусственную среду, созданную в промышленном здании, но и природную среду, окружающую его.

Многие технологические процессы – источники загрязнения воздуха вредными веществами в здании и вне здания. Если в здании от этих вредностей в известной мере человек может быть защищен при помощи систем аэрации, искусственной вентиляции или других средств, о которых будет сказано далее, то через фонари, трубы, шахты производственные вредности выбрасывают в атмосферу, губительно воздействуя на природу и человека.

Технологические процессы также источник шума, вибрации, электромагнитных волн, радиочастот, статического электричества, ионизирующих излучений и других вредных факторов внутренней и внешней среды.

Для промышленных предприятий и производств, тепловых электрических станций, складских зданий и сооружений, являющихся источниками выделения производственных вредностей в окружающую среду, установлена так называемая санитарная классификация (см. СН 245–71, раздел 8), согласно которой все промышленные предприятия разделяют на пять классов. К первому классу относят предприятия, имеющие производства с наиболее вредными выделениями, к пятому – с наименее вредными выделениями.

В соответствии с санитарной классификацией устанавливают санитарно-защитные зоны, т.е. пространство вокруг промышленного предприятия, где не должно строиться никаких объектов, связанных с длительным пребыванием людей (рис. 4.3). Размеры санитарно-защитных зон составляют для первого класса 1000 м, для пятого – 50 м. Защиту людей, работающих на предприятиях, от технологических вредностей осуществляют мерами строительного характера за счет санитарно-технического и инженерного оборудования здания.

Наибольший эффект достигают от совершенствования самого технологического процесса. Поэтому в СН 245–71 предлагаются меры, которые необходимо предусматривать при разработке технологической части проектов: замена вредных веществ менее вредными, замена твердого или жидкого топлива газообразным, герметизация технологического оборудования для предотвращения утечки вредных отходов в пространство цеха, внедрение автоматических герметизированных производственных процессов и др. Например, перевод московских тепловых электрических станций на газообразное топливо позволил значительно оздоровить воздушный бассейн Москвы, сделать его наиболее чистым по сравнению с другими крупными городами мира.

Для современного промышленного строительства с технологическими процессами, являющимися источниками выделения вредных веществ, должна предусматриваться очистка от них выбросов в атмосферу и рекуперация.

Снизить шум в производственных помещениях также возможно строительными средствами (звукоизоляция и звукопоглощение). Однако наиболее эффективна борьба с шумом в самом источнике путем замены процессов и технологических операций, вызывающих шум и вибрации, другими процессами и операциями с меньшей ин­тенсивностью этих факторов.

К техническим требованиям относятся:

а) требования к прочности строительных конструкций здания, зависящей от применяемых материалов и типов конструкций, их способности воспринимать передаваемые на них силовые и несиловые воздействия, т.е. воздействия от технологического оборудования (нагрузки) и воздействия сре­ды (температуры, влаги, агрессивных химических примесей, содержащихся в воздухе и пр.);

б) требования к устойчивости (жесткости) строительных конструкций многих промышленных зданий по сравнению с гражданскими имеют особо важное значение. Следует учитывать наличие динамических нагрузок, и ряде случаев значительных, при работе подъемно-транспортного оборудования (мостовых кранов, подвесных кранов, напольного транспорта) и технологического оборудования (станков для механической обработки, кузнечно-прессового оборудования и пр.). Динамические нагрузки могут вызывать вибрации, опасные для конструкций здания и вредные для работающих;

в) требования к долговечности материалов и основных конструкций здания, зависящей от ряда факторов, таких, как ползучесть, морозостойкость, влагостойкость, коррозиестойкость и биостойкость. Долговечность определяет срок службы здания, т. е. потерю требуемых эксплуатационных качеств основными конструкциями.

Промышленные здания по долго­вечности разделяют на четыре степе­ни со сроками службы 20–100 лет и выше. Долговечность, выраженная в указанном количестве лет, весьма условна. Она сокращается при плохой эксплуатации зданий (например, при допускаемой перегрузке конструкций, при отсутствии контроля за их состоянием и нарушении сроков профилактических ремонтов) и, наоборот, возрастает при хорошо организованной технической эксплуатации.

При проектировании отнесение здания к той или иной группе по долговечности устанавливается в зависимости от народнохозяйственного значения предприятия (электростанция – длительный срок службы, временный склад – короткий срок), концентрации в нем материальных ценностей (оборудование), запасов сырьевых ре­сурсов, для переработки которых возводится здание, от предполагаемого срока моральной амортизации здания или производственного процесса;

г) требования по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности, поскольку технологические процессы могут представлять опасности подобного рода. По этим признакам производства классифицируют на шесть категорий: А, Б, В, Г, Д, Е (СНиП 2.09.02–85. Производственные здания)

Производства категории А наиболее взрывопожароопасные, так как к ним отнесены технологические процессы, в которых участвуют горючие газы и жидкости с низкими пределами взрываемости и температурами вспышки паров. При смешении они образуют взрывоопасные смеси, способные также взрываться и гореть при взаимо­действии с водой и кислородом воздуха.

Производства категории Б менее взрывопожароопасны (более высокие пределы вспышки паров и взрываемости); к этой категории относятся также производства с горючими пылями и волокнами, образующими взрывоопасные смеси с воздухом.

Производства категории В относятся только к пожароопасным (высокие пределы вспышки паров и пылевых смесей или работы, связанные с твердыми сгораемыми веществами). Производства категорий Г и Д связаны с обработкой несгораемых веществ соответственно в горячем и холодном состояниях. К категории Е отнесены все только взрывоопасные производства, когда после взрыва не происходит горение.

Категорию производства назначают по нормам технологического проектирования данной отрасли производства или в результате специальных исследований при производстве нового вида.

В соответствии с категорией производства в техническое решение здания вводят определенные ограничения, обеспечивающие повышение безопасности работающих, снижение вероятности возникновения пожара и ущерба в результате взрыва и пожара. Так, для производства категории А, Б, В здания должны быть не выше шести этажей с огнестойкостью I и II степени; для категорий Г и Д этажность не более десяти этажей при I и II степени огнестойкости, а при III, IV или V степени огнестойкости этажность зданий соответственно не должна превышать трех, двух и одного этажа.

От требуемой степени огнестойкости зависит выбор материалов и основных несущих и ограждающих конструкций здания. Например, для зданий. I степени огнестойкости все конструкции должны быть несгораемыми, для зданий V степени огнестойкости они могут быть сгораемыми, например, из дерева. Кроме того, для взрыво­опасных производств (категории А, Б и Е) наружные ограждающие конструкции целесообразно делать «легко-сбрасываемыми» взрывной волной, образующейся при взрыве.

Устройство легкосбрасываемых конструкций играет роль как бы пре­дохранительного клапана в сосуде с высоким давлением. При этом легкосбрасываемая ограждающая конструкция разрушается от взрыва, но основные несущие конструкции, определяющие возможность функционирования здания, остаются неповрежденны­ми или поврежденными незначительно.

К легкосбрасываемым конструкциям относят окна с обычным стеклом, двери, распашные ворота, фонарные переплеты, легкие ограждения с применением асбестоцементных, алюминиевых и стальных листов с легкими утеплителями и т.п. В отдельных случаях предусматривают специальные отверстия в стенах или покрытии, закрытые легкими ограждениями (рис. 1.24). Число легкосбрасываемых ограждений устанавливают по расчету.

Рис. 1.24. Устройство легкосбрасываемого покрытия. План: 1 – железобетонные плиты с проемами; 2 – проемы между плитами; 3 – волнистые асбестоцементные листы; 4 – теплоизоляция; 5 – цементная стяжка; 6 – рулонный гидронзоляционный ковер; 7 – защитный слой (посыпка гравием); 8 – обычные железобетонные плиты покрытия; 9 – асбестоцементные уголки; 10 – деформационные швы

 

 

Во избежание распространения огня при возникновении пожара здания разделяют противопожарными стенами (брандмауэрами) или зонами. Размеры площади этажа между противопожарными стенами назначают в зависимости от категории произ­водства, степени огнестойкости здания и этажности. При этом площадь будет тем меньше, чем выше этажность и чем меньше степень огнестойкости конструкций здания;

д) требования к санитарно-техническому и инженерному оборудованию здания, которые в зависимости от технологического процесса предусматривают отопление, ту или иную систему вентиляции или кондиционирования воздуха, водоснабжение, устройство лифтов для работающих и т.п.