Календарный график и порядок контроля выполнения выпускной квалификационной работы

 

Выпускная квалификационная работа выполняется студентом в течение времени, отведенного для этого учебным планом.

Сбор материалов к выпускной работе и выполнение отдельных разделов может частично реализовываться при выполнении курсовых проектов и при прохождении преддипломной практики.

Текущий контроль за ходом выполнения квалификационной работы осуществляется руководителем, который проводит со студентом систематические консультации и проверяет отдельные части работы. Для этого преподаватель устанавливает дни и часы консультаций на весь период выполнения работы. В случае невозможности личной явки студента-заочника консультации могут быть проведены в «он-лайн» режиме через электронную почту с использованием Интернета (если работа студента заочного отделения выполняется в другом городе по месту жительства дипломника). По специальным частям выпускной квалификационной работы в форме проекта (экономической, охране труда, строительной части, гражданской обороне) кафедра может привлекать консультантов.

В случае необходимости профилирующая кафедра может привлекать консультантов и по другим частям проекта теплотехнической, автоматизации, патентоведению, стандартизации. Консультантами по отдельным частям выпускной квалификационной работы могут быть преподаватели, высококвалифицированные специалисты как института, так и других организаций.

Перечень и объем консультационных услуг определяет руководитель выпускной квалификационной работы по согласованию с заведующим кафедрой.

В период выполнения квалификационной работы заведующий кафедрой инженерной защиты окружающей среды назначает контрольные проверки, на которых устанавливается ориентировочная степень готовности работы и возможность ее представления к защите на заседании Государственной Аттестационной Комиссии. Итоговая проверка проводится не позднее одного месяца до дня защиты. Полностью оформленная дипломная работа (проект) и все графические материалы со всеми требуемыми подписями не менее чем за неделю до защиты представляются рецензенту, который дает письменный отзыв на выполненную работу. Дипломник несет личную ответственность за представленные к защите результаты научно-исследовательских, опытно-конструкторских, проектно-графических работ и правильность их оформления.

 

 

3 СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

 

Дипломный проект выполняемый дипломником состоит из графической части и расчетно-пояснительной записки (ПЗ).

Графическая часть проектов технологического характера состоитиз 5-7 листов чертежей формата А1 по ГОСТ 2.301-68, включает технологическую схему, чертеж основного аппарата (технологического агрегата) и компоновочные чертежи: генеральный план предприятия, план производственных корпусов, основные планы и разрезы цехов, а также (при необходимости) чертеж-схему автоматизации и управления технологическим процессом и таблицу основных технико-экономических показателей проектируемого объекта. При проектировании отдельных отделений или участков допускается выполнять часть генерального плана предприятия, а также планы и разрезы тех сегментов производственного здания, где расположены проектируемое отделение, участок или технологическая установка.

Графическая часть проектов связанных с разработкой конструкций природоохранного оборудования включает технологическую схему, чертеж компоновки оборудования, сборочные чертежи общих видов машин, аппаратов (агрегатов), и при необходимости, схему автоматизации.

Применение электронно-вычислительной техники и (САПР) обязательно при выполнении выпускной квалификационной работы

При проведении дипломного проектирования необходимо стремиться к внедрению элементов систем автоматизированного проектирования (САПР). Работа с САПР может быть двух типов:

· создание или совершенствование элементов системы (алгоритмы расчетов, модули и части модулей аппаратов или процессов, типовые схемы производства, элементы организующих программ);

· использование готовых подсистем и систем в дипломном проектировании.

Дипломный проект (или его часть) может быть выполнен с использованием автоматизации графической части. К защите в этом случае представляется чертеж, выполненный автоматизированным методом с использованием компьютера и соответствующих периферийных устройств (кодировщика графической информации и графопостроителя).

 

Пояснительная записка[1] к дипломному проекту включает:

Титульный лист;

Задание на проектирование;

Содержание;

Введение;

1 Аналитический обзор;

2 Выбор и технико-экономическое обоснование места расположения проектируемого объекта;

3 Патентный поиск;

4 Технологическая часть;

5 Автоматизация и автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) - (этот раздел выполняется, если он предусмотрен заданием);

6 Строительная часть;

7 Стандартизация;

8 Охрана труда и безопасность технологического процесса;

9 Экономическая оценка проектных решений;

10 Гражданская оборона (при необходимости этого раздела – допускается дать его в приложении);

11 Заключение и проектные предложения;

Список использованных литературных источников;

Приложения.

 

Во введении должна быть обоснована актуальность выполняемого проекта с учетом основных природоохранных задач, стоящих перед соответствующим предприятием, отраслью промышленности или населенным пунктом и тенденций их решения; обоснована принятая в проекте производственная мощность и выбранный аналог для сравнения технико-экономических показателей.

 

3.1 Раздел «Аналитический обзор»

Компонуется в соответствии с темой квалификационной работы, представленной в индивидуальном задании для определения путей рационального решения поставленных задач и обоснования их актуальности. Он содержит анализ современного состояния техники и технологии, относящейся к объекту квалификационной работы. Результатом такого анализа является обоснованный выбор способов и методов, позволяющих решить поставленную задачу, что дает возможность разработать необходимый технологический процесс, обозначить его параметры, а также выбрать основное технологическое и вспомогательное оборудование, которое необходимо для реализации технологического процесса.

Для этого студент начинает работу над проектом с изучения специальной литературы, учебников, журнальных статей, нормативной документации и имеющегося на кафедре информационного массива на электронных, носителях.

 

3.2 Раздел "Выбор и технико-экономическое обоснование места расположения проектируемого объекта»

Выполняется в проектах технологического характера при проектировании новых природоохранных объектов путем сравнения возможных вариантов размещения проектируемого объекта и экономико-географической характеристики выбранного места его расположения.

При проектировании объекта на территории действующего предприятия дается экономико-географическая характеристика расположения предприятия. При реконструкции или модернизации действующего объекта в данном разделе дается краткое технико-экономическое обоснование возможности реконструкции объекта и ожидаемых преимуществ реконструкции по сравнению с новым строительством в условиях конкретного предприятия.

 

3.3 Раздел "Патентный поиск"

Содержит сведения о патентном поиске: перечень просмотренных источников патентной документации (таблица 1), перечень отобранных в процессе поиска аналогов (таблица 2). Даются рекомендации об использовании в дипломной проекте (работе) в качестве исходного (с последующим внесением изменений) или базового (без внесения изменений) отобранного(ных) технического(их) решений, либо проводится сравнение предлагаемого дипломником объекта (технологии, устройства, способа, вещества) с аналогами по технико-экономическим показателям.

Таблица 1 - Источники патентной документации

Страна	Индекс МПК (международная патентная классифика­ция)	Период, за который просмотрена патент­ная документация	Наименование источника патентной документации (по ГОСТ 7.1-84)

 

Таблица 2 - Перечень возможных аналогов

Страна	Индекс МПК	№ заявки или охранного документа (А.С. или патента)	Название изобретения	Дата публика­ции

 

Раздел завершается выводом о возможности или невозможности патентования объекта квалификационной работы. При выявлении возможности обязательного патентования и до ответа патентного ведомства на поданную заявку, объекту патентной заявки присваивается гриф ограничения доступности.

 

3.4 Раздел "Технологическая часть"

Включает технологические расчеты, где с помощью уравнений материального и при необходимости теплового балансов определяют расходы рабочих сред и теплоносителей, тепловые нагрузки аппаратов. Инженерные расчеты включают: расчёты по выбору основного и вспомогательного оборудования, а при необходимости - расчеты химико-технологических и теплотехнических процессов; а также механические расчеты (прочностные, кинематические и др.). Приводится система оперативного технологического контроля производства. В пояснительной записке проектов конструкторского характера приводятся расчеты, в которых определяются нагрузки и выполняются расчеты на прочность основного оборудования, его узлов и деталей.

Конкретный перечень требуемых инженерных расчетов определяется заданием на проектирование.

3.4.1 Рекомендуемая структура и содержание раздела «Технологическая часть»

 

Раздел «Технологическая часть» пояснительной записки является, как правило, одним из наиболее представительных и крупных по объему в пояснительной записке..

В нем необходимо привести технологическую схему, выполненную на стандартном формате на кальке или ватмане или миллиметровке, обоснование выбранной схемы и ее подробное описание. При описании технологической схемы следует указать сводный перечень оборудования с обозначением марок и основных технических характеристик, указать назначение основных аппаратов, а также движение материальных потоков и их изменение при прохождении каждой стадии процесса. Желательно проанализировать различные варианты схемы, позволяющие интенсифицировать процесс и повысить технико-экономические показатели. Предлагаемая технология не должна оказывать отрицательное воздействие на природные экосистемы, и, следовательно, при проведении рассматриваемого технологического процесса должны быть сведены к минимуму выбросы в гидросферу, атмосферу и литосферу.

При выборе природоохранного оборудования необходимо руководствоваться определенными требованиями определяющими предпосылки его выбора.

Все оборудование подразделяется на три класса: машины, аппараты, транспортирующие средства.

В зависимости от назначения, области применения и масштабов производства технологическое оборудование условно делят на специальное, специализированное и универсальное.

К специальному относят оборудование, предназначенное для проведения конкретного технологического процесса или операции и не используемое в других производствах (например, печи пиролиза и т. д.).

Специализированное оборудование предназначено для одного или нескольких близких по типу производств. В таком оборудовании проводят идентичные по сути тепло- или массообменные процессы. К специализированному оборудованию относятся адсорберы, ионообменные фильтры, отстойники, абсорберы, каталитические реакторы, ректификационные колонны, выпарные аппараты, кристаллизаторы и др.

К универсальному или общезаводскому оборудованию относится типовое оборудование, пригодное для многих производств различных отраслей промышленности: насосы, компрессоры, теплообменники, центрифуги и т. д.

Технологическое оборудование по его роли в производстве подразделяется на основное и вспомогательное. К основному технологическому оборудованию относят машины и аппараты, необходимые для проведения химических, физико-химических или физических процессов, в результате которых решается основная технологическая задача (образуются целевые продукты). Вспомогательное оборудование (мерники, емкости, хранилища, бункера) не оказывают существенного влияния на технологический процесс. Производительность технологической установки (линии) или выход целевого продукта не зависят от размеров и конструкции вспомогательного оборудования, поэтому их параметры можно варьировать в определенных пределах. По режиму работы различают непрерывно и периодически действующее технологическое оборудование. Кроме того, все технологические машины и аппараты в зависимости от основной величины, определяющей их производительность, делятся на поверхностные и объемные.

К поверхностному типу относится все оборудование, производительность которого определяется поверхностью тепло или массопередачи, а также некоторые устройства для осуществления гидромеханических процессов, производительность которых зависит от площади поверхности фильтрации или отстаивания. В оборудовании объемного типа величиной, определяющей производительность, является объем, а поверхность тепло- или массопередачи не играет существенной роли.

По технологическому назначению различают теплообменное, массообменное, гидромеханическое и реакционное оборудование. Вместе с тем, следует иметь в виду, что в промышленных природоохранных аппаратах могут одновременно протекать процессы различных типов; например, при сушке одновременно происходят теплообмен и массопередача, а процессы абсорбции (массообменные) часто сопровождаются химическим взаимодействием.

Используемое при проектировании оборудование должно удовлетворять определенным технологическим и конструктивным требованиям.

Технологические требования к промышленному оборудованию:

- максимальная производительность при минимальных затратах материалов, энергии и труда на обслуживание. Достигается выбором оптимальной конструкции и режима работы, обеспечивающего максимальную интенсивность процесса;

- устойчивость заданного технологического режима и основных параметров процесса (Р, Т, С), точность и удобство регулирования, возможность применения автоматического контроля и управления, обеспечивающаяся правильным выбором конструкции, установкой приборов контроля и средств регулирования параметров процесса;

- возможность механизации и автоматизации загрузки и выгрузки;

- конструкция аппаратов должна отвечать требованиям техники безопасности и промышленной санитарии: обеспечивать безопасность труда, исключать вредные выбросы, что достигается путем их герметизации и изоляции.

Конструктивные требования: механическая прочность и устойчивость формы, долговечность и надежность, конструктивное совершенство, транспортабельность и унификация.

Расчет оборудования производят с целью определения его необходимого количества и основных конструктивных и технологических размеров.

Основанием для расчета и выбора оборудования являются данные материального и теплового балансов, технологического режима работы оборудования, физико-химических и гидродинамических условий проведения в нем процессов химического взаимодействия, массообмена, теплообмена и т. д.

Расчет технологического оборудования осуществляют в следующей последовательности: технологический расчет, тепловой расчет, гидравлический расчет, энергетический расчет, механический расчет.

При расчете и выборе оборудования необходимо обращать особое внимание на необходимость интенсификации режимов его работы с тем, чтобы таким образом увеличить производительность, уменьшить требуемое количество единиц оборудования или их размеры и снизить, тем самым, капитальные затраты.

При выборе типа технологического оборудования надлежит:

- учитывать, что экономия на эксплуатационных расходах (паре, топливе, хладоагенте, воде, электроэнергии и реагентах) в ряде случаев может намного превысить стоимость амортизации оборудования, вызванную установкой более дорогого, но и более эффективного аппарата или машины;

- учесть возможность максимальной механизации и автоматизации работы данного оборудования;

- помнить, что установка аппаратов большой мощности приводит к уменьшению количества требуемого оборудования, снижает капитальные и эксплуатационные расходы.

При выборе оборудования следует всегда ориентироваться на применение типового, стандартного и унифицированного оборудования, серийно выпускаемого отечественной промышленностью, и только в случае отсутствия такого оборудования идти на применение конструкций, требующих разработки новых рабочих чертежей и выполнения специальных заказов па нестандартное оборудование

Общая методика расчета оборудования первоначально предусматривает определение основного технологического параметра осуществляемого в нем процесса (емкость, поверхность массо- или теплообмена, площадь фильтрации и т.д.), необходимого для обеспечения часовой производительности проектируемого природоохранного объекта.

Далее, с учетом требований технологического процесса (температуры, давления, среды и пр.), а также требований охраны труда и производственной безопасности, возможностей механизации и автоматизации обосновывают требования к аппарату (машине) после чего осуществляют подбор стандартного оборудования с близкими характеристиками по соответствующим каталогам, типоразмерам, заводским нормалям, ценникам, справочной и рекламной литературе, информации из Интернета.

При отсутствии опубликованных сведений о необходимом оборудовании для проектируемого производства выбирают нестандартное оборудование, разработанное проектными организациями, имеющееся на соответствующем действующем предприятии и хорошо зарекомендовавшее себя в процессе эксплуатации.

В случае отсутствия такого оборудования, в проекте разрабатывается новое нестандартное, причем при определении его емкостных характеристик, размеров и конструкции необходимо строго руководствоваться действующими ГОСТами и другими нормативными документами.

Предлагаемая схема расчета числа и производительности устанавливаемых аппаратов (машин), характеризуется относительно большой универсальностью.

При расчете приняты следующие условные обозначения:

N - требуемое число аппаратов;

М - мощность производства (годовая) но данным материального баланса;

Mz - суточная производительность по данным материального баланса;

Z - запас производительности аппарата, сотые доли единицы;

m_а - производительность одного аппарата;

m_ас - очная производительность одного аппарата;

Vp - бочий объем аппарата, м³;

Vт - объем реакционной массы, приходящейся на 1 т готовой продукции, м³/т;

Vc - суточный объем перерабатываемой массы, м³;

Va - объем аппарата, м³;

T - для непрерывных производств — продолжительность пребывания реакционной массы в аппарате в часах; для периодических производств — общая продолжительность одной операции (включая время, необходимое на подготовку операции, ее проведение и на эвакуацию реакционной массы из аппарата), ч;

Φ - степень заполнения аппарата, доли ед.;

ά - число операций, проводимых на данной стадии в течение суток;

δ - число операций, которое можно провести на одном аппарате в течение суток,

Нетрудно видеть, что число необходимых аппаратов n прямо пропорционально заданной мощности производства М, запасу производительности устанавливаемого аппарата z и обратно пропорционально производительности одного аппарата m_а:

(1)

Требуемая производительность устанавливаемого аппарата m_a соответственно прямо пропорциональна мощности производства М и запасу производительности устанавливаемого аппарата z и обратно пропорциональна числу устанавливаемых аппаратов n:

(2)

Таким образом, при расчете числа и производительности устанавливаемых аппаратов возможны два случая:

1) задаются производительностью устанавливаемого аппарата m_а, тогда искомой величиной будет число аппаратов n;

2) задаются числом устанавливаемых аппаратов n, тогда искомой является производительность аппарата m_a.

Одними из наиболее широко распространенных в природоохранной практике являются емкостные аппараты, при расчете которых определяющим фактором служит длительность пребывания реакционной массы в аппарате.

В этом случае суточная производительность аппарата m_ac прямо пропорциональна рабочему объему аппарата Vp; обратно пропорциональна объему реакционной массы, приходящейся на единицу массы готовой продукции Vt и обратно пропорциональна доле суток, в течение которых реакционная масса пребывает в аппарате, т. с. частному от деления продолжительности пребывания реакционной массы в аппарате в часах t на 24:

= , (3)

где Vp = Vaφ.

Переходя от годовой мощности М к суточной производительности Мс и заменяя в уравнении (1) М на Мc=Vс/Vt и m_а на m_ас из уравнения (3), будем иметь:

. (4)

Отсюда

(5)

Уравнения (4) и (5) являются основными для расчета числа и объема устанавливаемых аппаратов. В приведенном виде эти уравнения пригодны для расчета аппаратов как непрерывных, так и периодических производств при соответствующих значениях t.

Для периодически действующих производств число операций в сутки рекомендуется сохранять постоянным на всех стадиях производства, так как это облегчает контроль за процессом и учет расходуемых реагентов. Поэтому число и объем основных аппаратов периодической схемы производства определяют по уравнениям (4) и (5), а аппаратов для осуществления последующих стадии технологического процесса определяют с учетом сохранения постоянства числа операций в сутки на всех стадиях производства. Для этого первоначально определяют число операций, которое будет проводиться в сутки на основной стадии процесса:

(6)

После этого находят значение t для последующей стадии процесса, а затем определяют число операций р, которое может быть проведено в сутки па одном аппарате;

(7)

Отсюда требуемое число аппаратов n для проведения последующих операций при условии сохранения постоянства числа операций α по всему производству:

(8)

Зная n, по уравнению (5) определяют объем аппаратов, необходимых для проведения последующей операции.

Ниже рассмотрим методы определения составляющих уравнений (4) и (5).

Мощность производства М представляет собой годовую производительность, которую может обеспечить оборудование в условиях нормальной эксплуатации. Она выражается в единицах массы или объема готового технического продукта (очищенных газов, воды, извлеченных из них компонентов и т.п.). Производительность отделения, установки, машины или аппарата, отнесенная к месяцу, суткам или часу, не всегда правильно отражает мощность производства, так как не учитывает остановки оборудования на ремонт и чистку, перегрузки сорбентов, катализаторов, ионообменных смол и т. д. Поэтому, для определения средней суточной мощности, необходимо знать продолжительность работы оборудования в течение года и длительность работы производства в течение суток.

Работа в одну или две смены с остановкой в общие выходные дни допустима лишь на некоторых производствах, в большинстве случаев малотоннажных, работающих периодически (производство реактивов, химико-фармацевтических препаратов и т. п.). Такой режим работы позволяет во время остановок производить ремонт оборудования, коммуникаций, зданий. Однако, как правило, это не компенсирует потерь мощности производства, обусловливаемых остановкой. Для большинства крупных производств характерна работа по непрерывному графику.

С учетом затрат времени на капитальный ремонт продолжительность работы оборудования принимают обычно равной 330 суткам в течение года. Кроме того, должны быть учтены остановки, связанные с планово-предупредительным и текущим ремонтами оборудования, коммуникации, арматуры контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации, (КИП и СА), составляющие 10—15% рабочего времени. Для непрерывных производств, где графики работы большинства аппаратов жестко связаны между собой, целесообразно расчетное число рабочих суток в году уменьшить на 10%, т. е. до 300, соответственно увеличив среднюю расчетную суточную производительность оборудования.

Для периодических производств запас производительности оборудования, компенсирующий простои, связанные с указанными выше мероприятиями, учитывается коэффициентом z. В зависимости от конструкции оборудования, условий его работы, а также сложности и продолжительности ремонтов коэффициент z принимает различные значения. Для аппаратов, предназначенных для выполнения ответственных операции или работающих в условиях повышенной коррозии, принимают более высокий запас производительности.

Коэффициент запаса производительности z определяют как

, (9)

где 8640 — число календарных часов в году; tэф —эффективный фонд времени или число работы оборудования в год за вычетом времени остановок на капитальный, планово-предупредительный и текущий ремонты.

Обычно коэффициент запаса производительности составляет 0,05-0,25.

Рассчитывая количество устанавливаемых аппаратов, следует учитывать, что при установке малопроизводительных аппаратов увеличивается число операций загрузки и выгрузки, точек контроля и объектов наблюдения, возрастает фронт обслуживания аппаратов, площадь и объем производственного сооружения. При установке аппаратов большой производительности эти недостатки устраняются, но осложняются некоторые монтажные, строительные и демонтажные работы из-за увеличения размеров оборудования. Как правило, установка меньшего числа высокопроизводительных аппаратов целесообразна в подавляющем большинстве случаев. Почти всегда при этом значительно сокращаются капитальные затраты и уменьшаются эксплуатационные расходы.

При расчете цеховых хранилищ в первую очередь следует установить нормы запасов реагентов и, если это необходимо, промежуточных и готовых продуктов. Эти нормы определяются мощностями типового оборудования и характером продуктов. Так как склады в большинстве случаев работают только в дневную смену, то нижним пределом запаса емкости хранилищ следует считать примерно полуторасуточный запас, чтобы наполнять цеховые хранилища один раз в сутки, в дневную смену, имея при этом всегда некоторый избыток продукта в хранилищах. Сказанное в равной мере относится как к используемым реагентам, так и к готовым продуктам.

В периодических производствах хранилища для промежуточных продуктов (если по условиям производства они получаются) должны вмещать продукты не более чем от одной операции. Как правило, установка меньшего числа высокопроизводительных аппаратов целесообразна в подавляющем большинстве случаев. Почти всегда при этом значительно сокращаются капитальные затраты и уменьшаются эксплуатационные расходы.

При расчете цеховых хранилищ в первую очередь следует установить нормы запасов используемых реагентов и материалов. Эти нормы определяются мощностями типового оборудования и характером продуктов. Так как склады в большинстве случаев работают только в дневную смену, то нижним пределом запаса емкости хранилищ следует считать примерно полуторасуточный запас, чтобы наполнять цеховые хранилища один раз в сутки, в дневную смену, имея при этом всегда некоторый избыток продукта в хранилищах. Далее следует собственно расчет, завершающийся выводом, сколько необходимо установить аппаратов или машин, какой производительности и с какими характеристиками. Для типового оборудования следует указать номер типа или марку.

Результаты расчета числа единиц и мощности устанавливаемого оборудования сводятся в таблицу 3 по следующей форме:

Таблица 3 - Результаты расчета числа единиц и мощности оборудования

№ п/п	Аппарат	Число еди-ниц	Основная характеристика аппарата (объем, поверхность, производительность)	Материал	Номер по техноло-гической схеме

 

Кроме основного технологического оборудования в спецификации непременно должно быть перечислено все подъемно-транспортное оборудование, предназначенное для механизации технологических процессов, для монтажа и демонтажа ремонтируемого оборудования {лифты, тали, транспортеры, вагонетки, электрокары, бункеры, весы, дозаторы, питатели и т. д.}, а также все вспомогательное оборудование, перечень которого обусловлен и каждом отдельном случае спецификой технологического процесса. Отсутствие указанного оборудования в спецификации не позволяет учесть его стоимость в технико-экономических расчетах, а это может привести к существенным ошибкам при определении суммы капитальных затрат.

 

3.5 Раздел «Строительная часть»

 

Раздел "Строительная часть " в проектах технологического характера включает:

- характеристику выбранного участка (климатическую, гидрогеологическую и др.);

- обоснование принятого компоновочного решения генерального плана (зонирование территории, блокирование зданий и др.);

- обоснование принятых транспортных путей (внешних и внутризавод­ских);

- обоснование принятого типа и этажности зданий;

- выбор высот зданий и помещений в зависимости от внутризаводского транспорта;

- определение коэффициента застройки и использования участка;

- обоснование и описание принятых конструктивных решений и выбранных материалов (для каркасов, стен, полов и т.д.);

- определение кубатуры зданий;

- расчет и компоновку помещений бытового обслуживания по категориям.

Составление информации о сооружении в дипломном проектировании заключается в ориентировочном определении типов и объемов здания. На основании этих данных в экономической части проекта с помощью укрупненных показателей определяют стоимость сооружении. Для определения типа и объема сооружения необходимо выполнить ориентировочную компоновку оборудования. Объем сооружения будущего природоохранного объекта зависит от ряда факторов и в первую очередь от характера технологического процесса (периодический или непрерывный, огне- или взрывоопасный и г. п.), от числа единиц и размеров технологического и вспомогательного оборудования, от возможности установки оборудования на открытых площадках, от размеров административно-хозяйственных и бытовых помещений и т. д.

При разработке компоновок оборудования необходимо учитывать нормативы и директивные указания по вопросам создания новых природоохранных объектов, обратив особое внимание на указания, определяющие типы и размеры будущего объекта. Следует иметь в виду, что нормы и правила периодически пересматриваются. В них вносят изменения и дополнения, учитывающие развитие техники, опыт промышленности и строительства. Основными исходными данными для компоновки оборудования являются принципиальная технологическая схема со спецификацией и чертежи или эскизы оборудования, на которых нанесены габаритные размеры. При дипломном проектировании компоновка оборудования выполняется в виде планов и разрезов здания, на которых показано расположение основного технологического и вспомогательного оборудования, а также всех производственных, вспомогательных, административно-хозяйственных и бытовых помещений, необходимых для нормального функционирования производственного объекта. Малогабаритное оборудование на планы и разрезы можно не наносить, предусматривая для него соответствующие площади и объемы сооружения.

Планы оборудования обычно вычерчивают в масштабе 1: 100, а разрезы - в масштабе 1: 50. На планы наносят все основное оборудование, устанавливаемое в корпусе. Разрезы могут выполняться только частично, для определения высоты здания или его части. На планах и разрезах изображают лишь наружный контур аппаратов с учетом теплоизоляции. Планы каждого этажа и каждой площадки разрабатывают отдельно, в противном случае получаются неточные чертежи, которыми трудно пользоваться. Каждый аппарат на плане, в разрезе и в спецификации должен быть пронумерован, причем номер аппарата обязательно должен совпадать с номером аппарата по технологической схеме.

Чертежи компоновки являются материалом, служащим для определения типа и объема сооружения. В графическую часть проекта включают планы и разрезы с расположением оборудования, совмещенные со строительными чертежами.

По данным компоновочных чертежей в тексте пояснительной записки требуется указать тип сооружения, материал основных строительных конструкций, площадь застройки

 

3.5.1 Компоновка технологического оборудования

 

Перед началом компоновки оборудования одним из первых должен быть решен вопрос о конфигурации здания. Сооружения, имеющие в плане форму прямоугольника, позволяют относительно просто и удобно организовать общезаводскую территорию без нарушения симметричного расположения зданий и проездов и достаточно просто вписываются в кварталы заводских площадок. Прямоугольная форма сооружения позволяет достигнуть относительно большей простоты конструктивных решений, максимальной повторяемости отдельных конструктивных элементов здания, что сокращает объем проектных работ и упрощает строительство. В здании прямоугольной формы можно удобно расположить оборудование и достигнуть хорошей двусторонней освещенности рабочих мест. Поэтому в большинстве случаев прямоугольная форма здания предпочтительнее других.

Важным вопросом компоновки оборудования природоохранных производств является выбор между расположением оборудования в помещениях и расположением его на открытых площадках. За последние годы расположение оборудования па открытых площадках получает все более широкое распространение и является одной из ведущих тенденций в проектировании многих производств.

При размещении оборудования на открытых площадках стоимость строительства снижается па 15—20%. Снижаются также сроки проектирования и строительства. При установке вне зданий агрегатов, работающих при высокой температуре, значительно улучшаются условия труда обслуживающего персонала, поскольку исключается вредное влияние выделения больших количеств тепла. Непременным условием размещения оборудования па открытых площадках является высокая надежность работы оборудования, высокая степень механизации и автоматизации технологического процесса, а также наличие дистанционного контроля и регулирования технологического процесса. Следует также учитывать климатические условия предполагаемого района строительства будущего производственного объекта. При выборе этажности здания необходимо руководствоваться конкретными условиями работы данного производства. Заранее, без учета особенностей технологического процесса, нельзя сказать, какая этажность здания наиболее рациональна. Преимущества одноэтажных зданий — в удобной связи с наружной территорией, с вспомогательным хозяйством, в простом и дешевом транспорте (перевозка только в горизонтальной плоскости), отсутствии лестниц и подъемников, простоте строительной конструкции и пр. При размещении производств в многоэтажных зданиях представляется возможным сократить площадь застройки, уменьшить протяженность общезаводских коммуникаций, организовать самотек в технологическом процессе и т. д. Считается, что создание производств в условиях малоэтажных сооружений затрудняет рациональное решение вопросов механизации транспорта, дозирования продуктов и обслуживания технологических схем. Более рациональным является создание цехов с вертикальной компоновкой технологических схем, позволяющих в максимальной степени обеспечить самотек перерабатываемых продуктов. В некоторых случаях высота здания или части здания определяется размерами устанавливаемого оборудования. Например, при установке колонных аппаратов и башен минимальная высота здания определяется высотой этих аппаратов. Производства с вредными выделениями должны располагаться в высоких зданиях с повышенным соотношением объема сооружения к объему аппаратов. Это облегчает аэрацию, препятствует созданию повышенных местных концентраций вредных веществ, улучшает условия труда. При компоновке оборудования производств использующих химические технологии следует исключить строительство подвалов и приямков, в которых могут скапливаться вредные, пожаро- и взрывоопасные вещества.

На стадии проектирования предприятий должны быть предусмотрены меры, обеспечивающие пожарную безопасность. Например, прочность зданий при пожаре, ограничение площади развития пожара, предотвращение его распространения в здании и на территории, использование соответствующего инженерного оборудования, исключающего источники возникновения пожара и т.п.

Все эти требования изложены в строительных нормах и правилах и нормах пожарной безопасности. В каждом конкретном случае все требования пожарной защиты устанавливаются на основании оценки категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.

Все помещения и здания подразделяются на 5 категорий: А, Б, В, Г и Д.Категорирование - это установление категории помещений и зданий (или частей зданий между противопожарными стенами – пожарных отсеков) производственного и складского назначения в соответствии с номенклатурой категорий и методикой их определения, регламентированными НПБ 105-03, в зависимости от количества и характеристик пожаровзрывоопасности находящихся (обращающихся) в них веществ и материалов с учетом особенностей технологических процессов, размещенных в них производств.

Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности принимаются в соответствии с таблицей 4.

Таблица 4- Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

Категория помещений	Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении
А Взрывопо-жароопасная	Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28оС в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа
Б   Взрывопо-жароопасная	Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки более 280С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа
В1-В4   Пожаро- опасные	Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при воздействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся к категориям А или Б.
Г	Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива
Д	Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии

 

Для расчета избыточного давления взрыва необходимо знать количество веществ, принимающих в нем участие. При определении количества вещества, принимающего участие во взрыве, считается, что происходит расчетная авария одного из аппаратов, все содержимое которого поступает в помещение, происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов в течение времени, необходимого для их отключения, происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости или с любых других открытых поверхностей.

Если результат расчета избыточного давления взрыва для помещений, в которых обращаются горючие газы или легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) с температурой вспышки менее 28 ^оС, дает значение избыточного давления более 5 кПа, то они относятся к категории А. В противоположном случае производится проверка возможности отнесения помещений к категории Б, если в них обращаются горючие жидкости с более высокой температурой вспышки или горючие порошки и пыли.

Зная категорию производственного здания, по СНиП 2.09.02-85 «Производственные здания» находим допустимое число этажей, степень огнестойкости здания и площадь этажа здания в пределах пожарного отсека.

Например, здание относится к категории Б нефтеперерабатывающей промышленности (таблица 5).

Степень огнестойкости зданий определяется минимальными пределами огнестойкости строительных конструкций и максимальными пределами распространения огня по этим конструкциям в соответствии с тем же СНиП. Степеней огнестойкости – 8 (I, II, III, IIIa, IIIб, IV, IVa и V). Для V степени огнестойкости минимальные пределы огнестойкости и максимальные пределы распространения огня по ним не нормируются.

Таблица 5 – Пример рассмотрения здания категории Б

Категория зданий или пожарных отсеков	Допустимое число этажей	Степень огнестой-кости этажей	Площадь этажа в пределах пожарного отсека, м2
одноэтажные	многоэтажные
два этажа	три этажа и более
Б – здания нефтеперерабатыва-ющей, газовой, химической и нефтехимической промышленности		II	не нормируются
	IIIa		-	-

 

Таблица 6 – Пример. Минимальные и максимальные пределы огнестойкости

Степень огнестойкости	Минимальные пределы огнестойкости, ч (числитель) Максимальные пределы распространения огня по ним, см (знаменатель)
Стены	колонны	лестничные площадки	плиты, настилы	Элементы покрытия
несущие	самонесущие	наружные несущие	внутренние перегородки	плиты	балки
I
II
IIIa

 

Предел огнестойкости – это время (ч), в течение которого в условиях пожара конструкция может выполнять свои функции.

 

Размеры основных конструктивных элементов производственных зданий регламентируют «Нормы проектирования производственных зданий промышленных предприятий». В соответствии с этими нормами для многоэтажных зданий шаг колонн следует принимать кратным 6 м. Одноэтажные и многоэтажные здания категорий А и Б, как правило, следует проектировать каркасными.

Здания категорий А, Б должны проектироваться с применением легкосбрасываемых взрывной волной наружных ограждающих конструкций, минимальная площадь которых устанавливается расчетом или по требованиям СН и П. Указанная площадь для многоэтажных зданий определяется для объема каждого этажа в отдельности. При отсутствии расчетных данных площадь легкосбрасываемых конструкций следует принимать не менее 0,05 м² для производств категорий А и не менее 0,03 м² для производств категорий Б на 1м³ взрывоопасного помещения.

 

Высоту этажей многоэтажных зданий следует принимать от 3 м и выше, но кратным 0,6 м. Число эвакуационных выходов из производственных зданий должно быть не менее двух. Допустимое расстояние от наиболее удаленного рабочего места до эвакуационного выхода в многоэтажных зданиях категории А должно быть не более 40 м, а категории Б — не более 75 м. Ширина маршей и площадок лестниц должна быть в пределах 1,05—2,40 м. Для производств категории А и Б площадь отдельно стоящих наружных установок не должна превышать 5200 м² при высоте до 30 м и 3000 м² — при высоте 30 м и более. При большей площади установка делится на секции. Разрывы между секциями должны быть не менее 15 м.

Ширина установки при высоте этажерки оборудования до 18 м должна быть не более 42 м, а при высоте этажерки и оборудования более 18 м — не более 36 м.

Площадки наружных открытых этажерок, на которых размещены аппараты с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями и газами, должны иметь при длине до 12 м одну открытую лестницу, при длине от 12 до 50 м не менее двух, а при длине более 50 м лестницы должны быть расположены на расстоянии не более 50 м одна от другой. Открытые лестницы наружных этажерок должны быть расположены вне их пределов по наружному периметру.

Вертикальные лестницы должны иметь ограждение, защищенное сеткой, и площадки через каждые 6 м по высоте.

 

Конструкции покрытий, междуэтажных перекрытий и площадок зданий и помещений категорий А, Б должны исключать возможность образования непроветриваемых пространств.

В этой связи для производств категорий А, Б в многоэтажных зданиях следует предусматривать проемы: открытые или перекрытые решетчатым настилом площадью не менее 10% от общей площади помещений, в которых применяются пары или газы тяжелее воздуха и 15%, если газы или пары легче воздуха. Помещения должны иметь гарантированный подпор воздуха от постоянно действующих вентиляционных систем; На случай возникновения пожара должна быть обеспечена возможность безопасной эвакуации людей через эвакуационные выходы. Причем выходы считаются эвакуационными, если они ведут:

а) из помещений 1 этажа непосредственно наружу или через коридор, вестибюль, лестничную клетку;

б) из помещений любого этажа, кроме первого, в коридор или проход, ведущий к лестничной клетке или в нее, имеющей выход наружу непосредственно либо через вестибюль;

в) из помещений в соседние помещения на том же этаже, обеспеченные выходами согласно пунктам "а" и "б".

Лифты, эскалаторы и другие механические средства перемещения людей при расчете путей эвакуации не учитываются.

Количество эвакуационных выходов из здания должно быть не менее двух, причем они должны располагаться рассредоточенно.

Двери на путях эвакуации должны открываться по направлению выхода из здания. Двери на балконы и площадки, предназначенные для эвакуации, двери из помещений с одновременным пребыванием не более 15 человек, допускается проектировать с открыванием внутрь помещений.

Наружные пожарные лестницы должны сообщаться с помещениями через площадки или балконы, устраиваемые на уровне эвакуационных выходов и иметь ограждение высотой не менее 0,8 м. Допускается применение таких лестниц в качестве вторых эвакуационных выходов .

Для зданий производства с применением сильнодействующих ядовитых веществ, число эваковыходов устанавливается как для зданий категории А.

Расстояние от наиболее удаленного рабочего места до ближайшего эвакуационного выхода нужно принимать согласно таблице 7.

 

Таблица 7 - Расстояния от наиболее удаленного рабочего места до ближайшего

эвакуационного выхода

Категория здания	Степень огнестойкости строительных конструкций	Расстояния до эвакуационного выхода, м
в одно-этажных зданиях	в многоэтажныхзданиях
в два этажа	в три этажа и более
А	I-П
Б	I-П
В	I-П
	III
	IV			-
	V		-	-
Г	I-П	не ограничивается
	III
	1V			-
	V		-	-
Д	1-П	не ограничивается
	III
	1V			-
	V			-

 

 

При компоновке оборудования различных производств применяют различные принципы организации строительного объема: в едином зале (иногда с междуэтажными площадками и проемами); в цехе, разделенном на помещения, изолированные по горизонтали и вертикали; смешанный — в виде общего зала и изолированных отделении. На выбор принципа компоновки оборудования влияют число производств, располагаемых в цехе, вредность, огне- и взрывоопасность производства, стабильность ассортимента предполагаемой к выпуску продукции.

Расположение производств в общем зале обеспечивает хорошую вентиляцию за счет аэрации, простоту связи между персоналом, обслуживающим отдельные производственные агрегаты. В большинстве случаев целесообразно компоновать оборудование в общем зале при размещении в здании одного или двух производств с одинаковым санитарно-гигиеническим режимом работы и одинаковой пожаро- и взрывоопасной характеристикой. При размещении в одном здании нескольких производств иногда целесообразно компоновать оборудование в изолированных производственных помещениях. При этом производства или отдельные агрегаты с одинаковой вредностью или пожаро- и взрывоопасностью следует располагать в общем или смежных помещениях, отделяя более вредные, пожаро- и взрывоопасные участки от менее вредных и опасных.

При создании отделений в каждом из них целесообразно расположить одно или несколько сходных производств. Подобная компоновка оборудования позволяет сконцентрировать внимание обслуживающего персонала на технологических процессах каждого конкретного производства. Однотипные аппараты (машины) одинакового производственного назначения (например, смесители, грануляторы, фильтры), выполняющие идентичные технологические функции, иногда целесообразно объединять в специализированные агрегаты. Это обеспечивает удобство обслуживания аппаратов (загрузка из одних мерников, общие методы и приборы контроля, общие места приема сырья и выгрузки готовых продуктов, обслуживание аппаратов рабочими одинаковой квалификации) и их взаимозаменяемость.

При расположении аппаратов (машин) в цехе следует избегать перекрещивания материальных потоков. Это удлиняет коммуникации, затрудняет их обслуживание и контроль. Каждый аппарат должен быть размещен таким образом, чтобы его можно было легко установить и обслужить, произвести наружный осмотр и текущий ремонт, демонтировать или заменить. Для монтажа в цехе оборудования, а также для его демонтажа и ремонта должны быть предусмотрены монтажные проемы постоянные или временные. Лучше всего в качестве монтажного проема использовать двери или ворота цеха. Если габариты не позволяют этого, то в качестве монтажных можно использовать оконные проемы. Если же и этого оказывается недостаточно, то для редко демонтируемых аппаратов предусматривают возможность разбора части стены. Для подъема на верхние этажи и спуска при демонтаже должны быть предусмотрены монтажные проемы (постоянные или временно открываемые) в междуэтажных перекрытиях.

При компоновке оборудования необходимо предусмотреть возможность обслуживания арматуры, болтовых соединений, подтяжки фланцев, возможность маневрирования напольного и подвесного транспорта при подаче сырья, выдаче готовой продукции, транспортировке промежуточных продуктов, деталей и аппаратов при монтаже и демонтаже. В случае необходимости обслуживания оборудования (более трех раз в смену) расположенного на высоте 18 и более метров, следует предусмотреть установку грузопассажирского лифта.

При компоновке оборудования следует учитывать обвязку аппаратуры трубопроводами и установку КИП и СА. При большом числе регулирующих клапанов и запорной арматуры с механическими приводами площадь, занимаемая обвязкой, иногда составляет 40—50% общей площади производственного помещения.

В процессе эксплуатации оборудование должно подвергаться очистке от отложений, накипи. Для этого требуется открывать и снимать крышки аппаратов, извлекать трубчатки, менять змеевики. Эти работы выполняют с помощью соответствующего подъемно-транспортного оборудования (монорельсы, кран-балки, тали), установленного над аппаратами. Вокруг аппаратов должны быть зарезервированы соответствующие площади. Во избежание загромождения рабочих проходов в цехах должны быть предусмотрены ремонтные площадки, достаточные для разборки и ремонта аппаратов и их частей.

Исходя из условий монтажа, демонтажа оборудования и устройства фундаментов все крупногабаритное и тяжелое оборудование следует устанавливать на первом этаже на специальных фундаментах. Как правило, на первом этаже устанавливают емкости для используемых в процессах реагентов, аппараты для их (в случае необходимости) растворения или разбавления или иной подготовки, а также располагают отделения упаковки готовой продукции и хранения тары. Емкости для реагентов, представляющие собой большей частью тяжелые аппараты, должны устанавливаться на фундаментах, Размещение таких аппаратов па верхних этажах вызывает утяжеление и, следовательно, удорожание строительных конструкций. Кроме того, такие емкости связаны со складами, поэтому их легче обслуживать на первом этаже. На верхних этажах устанавливают реакционную аппаратуру, размещая ее на междуэтажных перекрытиях или с «провисанием» через перекрытие.

При установке машин против дверей рекомендуется расстояние не менее 2 м. Центральные или основные проходы должны быть, как правило, прямолинейными и свободными от оборудования. Расстояния для проходов — это минимальные расстояния между выступающими частями оборудования с учетом фундаментов, изоляции, ограждений и т. п. При небольших размерах насосов их разрешается устанавливать на одном фундаменте, в этом случае минимальное расстояние между ними определяется условиями обслуживания. Наименьшая ширина проходов в цехах составляет 1 м. Ширина проходов, ведущих к одиночным рабочим местам, может быть уменьшена до 0,7 м.

Для пожаро- и взрывоопасных производств должны быть предусмотрены размеры проходов между аппаратами и расстояния между ними в соответствии с следующими рекомендациями:

- ширина основного прохода в местах постоянного пребывания работающих или по фронту обслуживания щитов управления (при наличии постоянных рабочих мест) не менее 2 м;

- ширина основных проходов по фронту обслуживания компрессоров, насосов, воздуходувок и т.п., имеющих «гребенки» управления, контрольно-измерительные приборы и т. п., при наличии постоянных рабочих мест — не менее 1,5 м;

- ширина проходов между аппаратами, между аппаратами и стенами помещений при необходимости кругового обслуживания— не менее 1 м;

- ширина прохода для осмотра и периодической регулировки и проверки аппаратов и приборов; проходы между насосами— не менее 0,8 м;

- ширина проходов между компрессорами — не менее1,5 м;

- ширина проходов между малогабаритными машинами шириной и высотой до 0,8 м — не менее 1 м.

Сосуды, работающие под давлением, не разрешается устанавливать в бытовых или примыкающих к ним помещениях, их следует располагать в отдельных зданиях или на открытых площадках; их можно устанавливать в помещениях, примыкающих к производственным зданиям, но отделенных от них капитальной стеной.

С целью защиты обслуживающего персонала и оборудования от последствий возможного разрушения сосудов, работающих под давлением (например, реактора или автоклава), их размещают в отдельных кабинах, отгороженных друг от друга капитальными перегородками. При установке сосудов, работающих под давлением, следует обратить особое внимание на обеспечение возможности их беспрепятственного осмотра, очистки, ремонта.

Установка компрессоров и газосборников к ним регламентируется соответствующими правилами [43]. Компрессоры следует размещать в отдельно стоящих одноэтажных несгораемых зданиях или в пристройках. Разрешается так­же устанавливать их внутри одноэтажных производственных зданий при условии отделения компрессорных помещений от смежных глухими сплошными огнестойкими стенками. Высота помещения должна быть не менее 4 м. Проходы между оборудованием в компрессорной должны обеспечивать возможность монтажа, ремонта и обслуживания оборудования и должны быть не менее 1,5 м, Расстояние от выступающих частей оборудования до стен здания должно быть не менее 1 м. С целью выполнения ремонтных работ в помещении компрессорной следует предусмотреть соответствующую площадь для размещения ремонтируемых частей компрессоров, вспомогательного оборудования и электрооборудования. Над компрессорами для монтажа и демонтажа деталей оборудования должны монтироваться мостовые краны. Другое оборудование, а также административно-хозяйственные и бытовые помещения над компрессорами размещать не разрешается. Воздухосборники разрешается устанавливать только вне здания на расстоянии не менее 1 м от стен. Расстояние между воздухосборниками должно быть не менее 1,5 м. К одному воздухосборнику разрешается присоединять несколько компрессоров. Вакуум-насосы целесообразно размешать в непосредственной близости от аппаратов, работающих под вакуумом. Это значительно сокращает потерн вакуума от неплотностей в коммуникациях и вследствие снижения их гидравлического сопротивления. Вакуум-ресиверы разрешается устанавливать внутри зданий.

На технологических схемах, как правило, не отражаются операции хранения сырья, готовой продукции и тары. Для приема сырья, выпуска готовой продукции и удаления отходов требуются соответствующие площади. Поэтому если сырье подастся в цех в вагонах или на автомашинах, должен быть предусмотрен фронт разгрузки сырья. При необходимости подачи сырья на верхние этажи или на верхние площадки в корпусе в непосредственной близости от места приема сырья устанавливают грузоподъемные механизмы (лифты, тали, тельферы). В корпусах с взрывоопасными производствами грузоподъемные механизмы устанавливают вне здания мест разгрузки сырья. В этих случаях сырье подают на верхние площадки вне здания, откуда затем вручную или с помощью взрывобезопасных механизмов его передают в цех. Если сырье подают в таре, должны быть предусмотрены площади для распаковки тары и ее промежуточного хранения до отправки из цеха.

Выпуск готовых продуктов связан с осуществлением ряда специфических операций. Поэтому должны быть предусмотрены площади для приема и хранения пустой тары, упаковки готового продукта (или отходов), хранения укупоренной про­дукции в ожидании анализа и формирования партий. Все перечисленные операции должны быть в максимальной степени механизированы.

 

3.5.2Компоновка вспомогательного оборудования. Холодильное оборудование обычно относят к вспомогательному. В