СД(М).Ф.5 Экологическая безопасность судовых энергетических

Аннотация
Учебно-методический комплекс включает в себя:
- рабочую учебную программу дисциплины;
- конспекты лекций (опорную лекцию);
- материалы для организации самостоятельной работы студентов;
- контрольно-измерительные материалы.
Учебно-методический
комплекс
дисциплины
«Экологическая
безопасность СЭУ» разработан для студентов направления Кораблестроение
и океанотехника в соответствие с требованиями ГОС ВПО по данному
направлению.
Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 56 часов.
Учебным
планом
предусмотрены
лекционные
занятия
(28
часов),
самостоятельная работа студента (28 часов). Дисциплина реализуется на 4
курсе в 7 семестре.
2
3
Аннотация
Рабочая программа учебной дисциплины «Экологическая безопасность
СЭУ» предназначена для реализации государственных требований к
минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по направлению
180100.62 Кораблестроение и океанотехника.
Дисциплина
«Экологическая
специальным
дисциплинам.
безопасность
судовых
безопасность
Изучение
энергетических
СЭУ»
дисциплины
установок»
относится
к
«Экологическая
требует
знаний
естественных наук – биологии, экологии, химии.
Учебным планом предусмотрены лекционные занятия (28 часов),
самостоятельная работа студента (28 часов). Дисциплина читается на 4 курсе
в 7 семестре.
Экологическая безопасность — это совокупность процессов и
действий, при которой обеспечивается экологический баланс в окружающей
среде.
Основным
правилам
экологической
безопасности
судовых
энергетических установок (СЭУ) является рациональное использование
мощностей СЭУ при минимизировании или отсутствии вредных факторов
для окружающей среды.
Одним из экономически приемлемых путей повышения экологической
эффективности и экологической безопасности судов является переход на
альтернативные топлива, использование которых обеспечивает сокращение
вредных выбросов в окружающую среду судовыми двигателями.
1 Цели и задачи дисциплины
Экологическая безопасность судовых энергетических установок – это
учебная и научная дисциплина, изучающая вредные загрязнения и сбросы,
4
поступающие в окружающую среду при работе судовых энергетических
установок и их воздействие на окружающую среду.
Цель: Ознакомить студентов со способами, методами и устройствами,
необходимыми при очистке или обезвреживании токсичных, твердых и
газообразных отходов; энергосберегающими технологиями и обеспечения
экологической безопасности.
Задачи:
- научить находить необходимую нормативную документации и
использовать ее при решении профессиональных задач;
- подготовить к профессиональной деятельности.
2 Начальные требования к освоению дисциплины
Изучение
дисциплины
«Экологическая
безопасность
судовых
энергетических установок» базируется на знаниях, полученных при изучении
социально-экономических, естественно-научных и общепрофессиональных
дисциплин.
3 Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен знать:
- вредные загрязнения и сбросы, поступающие в окружающую среду
при работе судовых энергетических установок;
- факторы, определяющие токсичность отработавших газов СЭУ и
методы их нейтрализации;
- состав и свойства отработавших газов;
- методы снижения токсичности судовых дизелей.
Уметь:
- осуществлять поиск необходимой нормативной документации и
использовать ее при решении профессиональных задач.
Владеть:
5
1. Терминологией
в
области
метрологии,
стандартизации
и
сертификации.
2. Полученными знаниями и умениями и использовать их при
принятии инженерных решений.
4 Объем дисциплины и виды учебной работы
4.1 Очная форма обучения
Вид учебной работы
Всего часов
Распределение
по семестрам
7
Общая трудоемкость дисциплины
56
56
Лекции
28
28
Всего самостоятельная работа
28
28
В том числе: курсовая работа
-
-
28
28
зачет
зачет
другие виды
Вид итогового контроля
4.2 Заочная форма обучения
Вид учебной работы
Всего часов
Распределение
по курсам
5
Общая трудоемкость дисциплины
56
56
Лекции
8
8
Всего самостоятельная работа
48
48
В том числе: курсовая работа
-
-
48
48
зачет
зачет
другие виды
Вид итогового контроля
6
5 Содержание дисциплины
5.1 Распределение учебного материала по видам занятий
Очная форма обучения
№
Наименование раздела дисциплины
Распределение
п/п
по видам (часов)
Л
пространства
ЛЗ
ПЗ
СРС
1
Защита водного и воздушного
загрязнения топливом.
от
2
2
Отработавшие газы СЭУ, их состав, токсичность и
воздействие на окружающую среду.
2
4
3
Основные компоненты отработавших
воздействие на окружающую среду.
их
4
4
4
Факторы, определяющие токсичность отработавших
газов и методы их нейтрализации.
4
4
5
Физическая и химическая очистка отработавших газов.
4
4
6
Очистка вод, загрязнённых нефтепродуктами.
4
4
7
Контроль и критерии оценки загрязнения атмосферы и
вод.
2
4
8
Конструирование отдельных элементов судового
оборудования с учётом защиты окружающей среды.
4
4
9
Оценка эффективности защиты окружающей среды.
2
Итого
28
газов
и
-
-
28
Заочная форма обучения
№
Наименование раздела дисциплины
Распределение
п/п
по видам (часов)
Л
1
Защита
водного
и
воздушного
пространства
от
ЛЗ
ПЗ
СРС
4
7
загрязнения топливом.
2
Отработавшие газы СЭУ, их состав, токсичность и
воздействие на окружающую среду.
1
6
3
Основные компоненты отработавших
воздействие на окружающую среду.
их
2
4
4
Факторы, определяющие токсичность отработавших
газов и методы их нейтрализации.
1
6
5
Физическая и химическая очистка отработавших газов.
1
6
6
Очистка вод, загрязнённых нефтепродуктами.
1
6
7
Контроль и критерии оценки загрязнения атмосферы и
вод.
1
6
8
Конструирование отдельных элементов судового
оборудования с учётом защиты окружающей среды.
1
6
9
Оценка эффективности защиты окружающей среды.
газов
Итого
и
4
8
-
-
48
5.2 Содержание лекционного курса
Тема 1. Защита водного и воздушного пространства от загрязнения
топливом (2 часа)
Загрязнение моря нефтью и
мероприятия
борьба с ним. Конструктивные
против разлива нефти. Очистка поверхности воды от нефти.
Борьба с испарением нефти и бензина.
Тема 2. Отработавшие газы СЭУ, их состав, токсичность и воздействие
на окружающую среду (2 часа)
Классификация загрязнений, вносимых в окружающую среду и при
работе СЭУ. Тепловые сбросы СЭУ в окружающую среду. Тепловой баланс
дизельной и паротурбинной установки. Методы снижения токсичности
дизелей.
Тема 3. Основные компоненты отработавших газов и их воздействие
на окружающую среду (4 часа)
8
Состав и свойства отработавших газов. Продукты неполного сгорания
топлива. Влияние коэффициента избытка воздуха на выход токсичных
веществ. Нормирование вредных веществ в окружающей среде.
Тема 4. Факторы, определяющие токсичность отработавших газов и
методы их нейтрализации (4 часа)
Влияние вида топлива, смазки и присадок к топливу на токсичность
отработавших
газов.
Способы
очистки,
снижения
токсичности
и
нейтрализации отработавших газов.
Тема 5. Физическая и химическая очистка отработавших газов (4 часа)
(4 часа)
Утилизация тепловых потерь на судах. Каталитическая нейтрализация.
Термическая
нейтрализация.
Жидкостная
нейтрализация.
Фильтрация
отработавших газов.
Тема 6. Очистка вод, загрязнённых нефтепродуктами (4 часа)
Системы очистки. Сепараторы. Испытания сепараторов. Способы
уменьшения количества загрязнённых вод.
Тема 7. Контроль и критерии оценки загрязнения атмосферы и вод (2
часа)
Нормы загрязнения и критерии оценки. Измерение загрязнения
атмосферы. Измерение загрязнения вод.
Тема 8. Конструирование отдельных элементов судового оборудования
с учётом защиты окружающей среды (4 часа)
Топливная аппаратура, поршни, камеры сгорания ДВС. Топочные
устройства
парогенераторов.
Поршневые
и
торцевые
уплотнения,
работающие без масляной смазки. Уплотнения гребных валов и лопастей
ВРШ.
Тема 9. Оценка эффективности защиты окружающей среды (2 часа)
Вероятностные методы оценки. Экономическая оценка мероприятий по
защите окружающей среды.
9
6 Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Фасолько
О.Ю.,
Баранов
А.В.
Производственный
процесс
реноваций судового энергетического оборудования // Судостроение. – 2007. –
№ 6. – С. 46–49.
2. Крюков А.А., Гладкова Н.А. Экологическая безопасность судовой
энергетической установки, работающей на органическом топливе //
Молодежь и научно-технический прогресс: Материалы региональной
научно-практической конференции.- Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2010.ч.3.- С.62-64.
3. Крюков А.А., Гладкова Н.А. Влияние рабочих параметров
энергооборудования на экологическую безопасность судовых энергетических
установок
//
Электронное
Дальневосточного
переодическое
государственного
издание
технического
«Вестник
университета».-
Владивосток: Изд-во ДВГТУ.- 2011.- С. 128-133.
Дополнительная литература
1.
Тимофеев
А.Н.
Факторы
экономической
и
экологической
безопасности морского транспорта // Судостроение. – 2008. – № 6. – С. 61–
62.
2. Портнова О.С. Топливо для котельных установок // Формирование
инновационных комплексов в малых городах Дальнего Востока России:
Материалы региональной научно-практической конференции.- Владивосток:
Издательский дом ДВФУ, 2012.- С. 156-160.
Электронные образовательные ресурсы
1. Бурков В.Н., Щепкин А.В. Экологическая безопасность. - М.: ИПУ
РАН,
2008.-92с.
[Электронный
ресурс].
–
Режим
доступа
[http://window.edu.ru/resource/697/47697].
10
2. Лиханов В.А., Лопатин О.П. Экологическая безопасность: Учебное
пособие. - Киров: Вятская ГСХА, 2008.-126с.
[Электронный ресурс]. –
Режим доступа [http://window.edu.ru/resource/275/75275].
3. Логвиновский В.Д. Экологическая безопасность. Экологический
риск: Учебно-методическое пособие. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 2003. - 32 с.
[Электронный
ресурс].
–
Режим
доступа
[http://window.edu.ru/resource/273/27273].
7
Перечень типовых вопросов для итогового контроля
1. Загрязнение моря нефтью и борьба с ним.
2. Очистка поверхности воды от нефти.
3. Классификация загрязнений, вносимых в окружающую среду и при
работе СЭУ.
4. Методы снижения токсичности дизелей.
5. Состав и свойства отработавших газов.
6. Продукты неполного сгорания топлива.
7. Влияние коэффициента избытка воздуха на выход токсичных
веществ.
8. Нормирование вредных веществ в окружающей среде.
9. Влияние вида топлива, смазки и присадок к топливу на токсичность
отработавших газов.
10. Способы очистки и нейтрализации отработавших газов.
11. Каталитическая нейтрализация.
12. Термическая нейтрализация.
13. Жидкостная нейтрализация.
14.Фильтрация отработавших газов.
15. Сепараторы. Испытания сепараторов.
16.Способы уменьшения количества загрязнённых вод.
11
17. Конструирование отдельных элементов судового оборудования с
учётом защиты окружающей среды (топливная аппаратура, поршни).
18. Конструирование отдельных элементов судового оборудования с
учётом защиты окружающей среды (камеры сгорания ДВС).
19. Конструирование отдельных элементов судового оборудования с
учётом защиты окружающей среды (топочные устройства парогенераторов).
20. Конструирование отдельных элементов судового оборудования с
учётом защиты окружающей среды (поршневые и торцевые уплотнения,
работающие без масляной смазки).
21 Конструирование отдельных элементов судового оборудования с
учётом защиты окружающей среды (уплотнения гребных валов и лопастей
ВРШ).
22. Экономическая оценка мероприятий по защите окружающей среды.
12
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. БОЛЬШОЙ КАМЕНЬ
КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ
по дисциплине «Экологическая безопасность СЭУ»
180100.62 Кораблестроение и океанотехника
г. Большой Камень
13
Тема лекции: «Отработавшие газы СЭУ, их состав, токсичность и
воздействие на окружающую среду».
План лекции:
1. Экологические проблемы при эксплуатации СЭУ.
2. Проблемы
снижения
выброса
загрязняющих
веществ
в
окружающую среду при эксплуатации СЭУ.
1. Экологические проблемы при эксплуатации СЭУ
Эксплуатация судов неизбежно связана с возникновением и решением
экологических проблем. Как и все другие объекты деятельности человека,
морские и речные суда являются источником экологической опасности для
окружающей среды и, следовательно, еще на этапе их проектирования
должны
решаться
задачи
предотвращения
экологически
опасной
эксплуатации судов – недопущения или (по крайней мере) минимизации
количества вредных веществ, выбрасываемых в окружающую среду.
К наиболее опасным следует отнести вещества, которые образуются и
выбрасываются в атмосферу в процессе преобразования потенциальной
энергии энергоносителя (топлива) в СЭУ (дизелях, котлах, газотурбинных
двигателях).
Использование
на
судах
топлив
и
смазочных
материалов
предусматривает:
- прием в танки запаса и судовые емкости ГСМ в количествах,
необходимых для выполнения рейса;
- хранение ГСМ в запасных танках и емкостях в течение времени,
предусмотренного для выполнения рейса;
- подготовку топлива перед подачей для преобразования его
потенциальной энергии;
- очистку моторных масел многоразового использования в дизеле;
- сбор и утилизацию отходов процесса подготовки топлив и очистку
моторных масел многоразового использования, а также отработавших
14
цилиндровых масел;
- очистку танков запаса, емкостей и другого оборудования от
отложений топливного и масляного происхождения с применением
промывочных жидкостей;
- сбор отходов мойки танков, емкостей и другого оборудования и сдача
их на берег.
2. Проблемы
снижения
выброса
загрязняющих
веществ
в
окружающую среду при эксплуатации СЭУ
В процессе использования горюче-смазочных материалов возникает
проблема защиты окружающей среды от продуктов их испарения.
Испаряемость неодинакова у различных ГСМ: у бензина испаряемость
значительно выше, чем у смазочных материалов или тяжелых мазутов.
Испаряемость нефтепродукта определяется его фракционным составом.
Исходным сырьем для изготовления нефтепродуктов является сырая
нефть. Фракционный состав нефти самый широкий. Переработка нефти
базируется на том, чтобы поэтапно извлечь из нее фракции промышленные
продукты, которые и поставляются потребителю. Из нефти получают
следующие фракции: от бензиновых до самых тяжелых остаточных
продуктов типа гудрона, а также масляную фракцию – для выработки
базового масла. Путем ввода в базовое масло соответствующей композиции
присадок получают товарный продукт – масло того или иного назначения.
Аналогичным образом вырабатывают все виды топлив – от самых легких
(бензинов, лигроина и др.) до самых тяжелых (мазутов). И все это
достигается
путем
перегонки
последовательного выпаривания
нефти,
т.
е.
путем
фракций, начиная
ее
нагрева
с самых
и
легких.
Последующая конденсация паров отогнанных фракций позволяет получить
товарный продукт в его жидкой фазе.
В процессе прямой перегонки могут быть изготовлены бензины,
лигроины,
реактивные
и
дизельные
топлива,
прямогонные
мазуты
15
(остаточные топлива) различных марок. В целях увеличения выхода при
переработке нефти дистиллятных продуктов остаточный компонент прямой
перегонки
обычно
подвергают
деструктивной
переработке,
которая
представляет собой разрушение молекул тяжелых компонентов нефти
(остатков прямой перегонки), в результате чего формируются более легкие
молекулы (такие, например, получают в процессе прямой перегонки для
выработки дизельных дистиллятных топлив).
Таким образом, доля получения из нефти наиболее дефицитных
продуктов (каковыми являются легкие дистиллятные топлива) существенно
возрастает. Применение этих продуктов всегда сопровождается испарением в
атмосферу наиболее легких компонентов. Количество испаряющихся
компонентов зависит от эксплуатационных условий использования того или
иного нефтепродукта. Естественно, испаряющаяся доля нефтепродукта
является непроизводительной потерей и, кроме того, наносит огромный вред
окружающей среде.
Использование ГСМ на судах предполагает поставку их и хранение в
емкостях бункерующих нефтебаз, подачу на борт судна, хранение и
применение в СДУ. На всех этапах движения ГСМ к дизелю используется
определенная технология их обработки, каждая из которых предусматривает
его подогрев для поддержания в жидкотекучем состоянии, а также
достижения требуемых пределов вязкости и плотности. Следовательно, на
всех этапах создаются условия для испарения наиболее легких компонентов
из обрабатываемого нефтепродукта.
Исходя, из особенностей испарения ГСМ одним из путей снижения
выброса в атмосферу вредных веществ являются режимы обработки
нефтепродуктов в процессе использования. При назначении режима
подогрева на каждом этапе обработки следует иметь в виду, что чем выше
его температура, тем больше испарений выбрасывается в окружающую
среду. Одним из путей решения проблемы является применение присадок к
топливам,
снижающих
испаряемость
последних
полностью
или
до
16
безопасного уровня. В настоящее время разработана и рекомендована в
качестве образца для опытной проверки в эксплуатационных условиях
присадка ЧАС-9.
Процесс испарения из топлива наиболее легких компонентов при
нагревании состоит в их перемещении из нижних слоев топливной среды в
результате вытеснения более тяжелыми, опускающимися под действием
силы тяжести. Механизм действия присадки базируется на том, что она обладает высокими поверхностно-активными свойствами и состоит из сложных
молекул с разветвленной нейтральной частью и несколькими полярными
участками. Такое молекулярное строение присадки является основой
взаимодействия с молекулами топлива на базе "эффекта солюбилизации". В
результате этого в топливной среде затрудняются процессы замещения
легких компонентов топлива более тяжелыми и замедляется перемещение их
вверх. Таким образом, уменьшается вероятность интенсивного испарения
легких компонентов.
Экспериментальные данные показывают, что использование присадки
ЧАС-9 при вводе ее в дизельное топливо в количестве 0,3 % (по массе)
снижает его испаряемость в 4 – 5 раз [3]. Наиболее эффективен ввод
присадки путем разбрызгивания на свободную топливную поверхность в
емкости. Механизм действия присадки ЧАС-9 позволяет предполагать, что
наряду с уменьшением испаряемости она способна уменьшить также
склонность топлива к осадкообразованию.
Любая проблема наиболее эффективно решается путем использования
комплекса технических решений. Поскольку количество испаряющегося
топлива
зависит
от
температуры
подогрева,
то
целесообразно
эту
температуру поддерживать на возможно низком уровне. Известно, что
температура застывания топлив повышенной и высокой вязкости может быть
плюсовой (до 25°С). Таким образом, чтобы иметь возможность поддерживать
температуру на нижнем пределе, необходимо уменьшить его температуру
застывания. Это можно обеспечить путем ввода в топливо депрессорной
17
присадки. В настоящее время такие присадки находят широкое применение.
Комплексность решения проблемы снижения выброса в окружающую
среду топливных испарений состоит во введении в топливо композиции
присадок, включающей присадку ЧАС-9 и какой-либо из депрессорных
присадок [3].
К категории наиболее опасных загрязнителей относятся также
газообразные
вещества,
потенциальной
энергии
образующиеся
топлива
в
в
процессе
энергетической
преобразования
установке
и
выбрасываемые с выпускными газами: окислы азота NOx, образующиеся в
цилиндрах дизеля при температуре выше 1500°С. Когда азот становится
химически активным газом; окись углерода СО и двуокись углерода СО2,
образующиеся в результате сгорания топлива; сернистый и серный
ангидриды
SО2
и
SО3,
образующиеся
в
результате
окисления
присутствующей в топливе серы (элементарной, меркаптановой и др.);
продукты неполного сгорания топлива СНx, агломерация мелких частиц не
полностью сгоревшего топлива, частицы не полностью сгоревшего масла,
сажи и др.
Образование окислов азота NOx сопровождает рабочий процесс любой
энергетической установки, если температура этого процесса выше 1500°С.
При таких условиях атомы азота становятся химически активными в
результате потери ими одного или нескольких электронов. Процесс потери
электронов
при
высоких
температурах
рабочего
цикла
дизеля
сопровождается образованием большого хаотичного потока свободных
электронов, ионизированных атомов азота, кислорода и топлива. Смесь
топлива и воздуха переходит как бы в полуплазменное состояние.
Одновременно с процессом образования ионизированных атомов и молекул
идет процесс рекомбинации, т. е. захвата свободных электронов этими
атомами и молекулами. Поток свободных электронов к концу рабочего
процесса становится менее интенсивным в результате их ухода через стенку
камеры сгорания, несущую положительный заряд. В этом случае создаются
18
условия, когда процесс рекомбинации замедляется, и образование химически
активного азота к концу рабочего процесса возрастает. Однако это еще не
значит, что начнется интенсивное образование окислов азота. В случае
интенсификации процесса окисления углеводородов (сгорания топлива) и
уменьшения содержания смеси кислорода образование окислов азота
замедляется.
Таким образом, для того чтобы уменьшить содержание в выпускных
газах окислов азота, необходимо:
- создание в камере сгорания условий, при которых не происходит
интенсификация процесса образования химически активного азота;
- обеспечение максимально допустимой интенсификации процесса
окисления углеводородов (топлива) в камере сгорания.
Окись углерода СО образуется в результате неполного сгорания
топлива, что указывает на недостаточно эффективное протекание рабочего
процесса в камере сгорания дизеля.
К основным причинам неполного сгорания топлива относятся:
- низкие эксплуатационные свойства применяемого топлива;
- нарушения в регулировании подачи топлива в камеру сгорания
дизеля;
- неудовлетворительное состояние топливоподающей системы и
деталей ЦПГ (нагары на распылителе форсунок, образование недопустимых
отложений в газовыпускном тракте, потеря подвижности поршневых колец;
изношенность деталей топливной аппаратуры и ЦПГ).
Образования окиси углерода и окислов азота связаны между собой
прямо пропорционально, т. е. чем больше содержание в выпускных газах
окиси углерода, тем больше содержание и окислов азота. Образование окиси
углерода
как
результат
неполного
сгорания
топлива
указывает
на
неэффективное использование последнего в процессе преобразования его
потенциальной
энергии
в
дизеле.
Окись
углерода
при
нормально
организованном рабочем процессе, правильном выборе применяемого
19
топлива и требуемом техническом состоянии дизеля не образуется и в
выпускных газах не присутствует.
Сернистый и серный ангидриды SО2 и SO3 образуются в процессе
сгорания топлива, содержащего серу. Реакции окисления серы в сернистый и
серный ангидриды проходят с выделением теплоты, поэтому они участвуют
в выработке, преобразованной в дизеле полезной энергии. Чем выше доля
серного ангидрида SO3 , тем больше выделяется тепловой энергии. Однако
выбросы этих ангидридов с выпускными газами являются опасными
веществами для окружающей среды.
Среди указанных ангидридов наибольшую опасность представляет
сернистый ангидрит SO2 , выбрасываемый в виде газа и в результате
дальнейшего окисления переходящий в серный ангидрид SО3. При
температуре ниже 110°С серный ангидрид, соединяясь с парами воды,
образует наиболее химически активную серную кислоту H2 SO4 . Серный
ангидрид образуется в цилиндре дизеля, а серная кислота – еще в выпускном
тракте, и возможна ее нейтрализация очистительными устройствами.
Поэтому в процессе сгорания топлива необходимо обеспечить окисление
серы в серный ангидрид. Общее количество содержания сернистых веществ в
выпускных газах регламентируется содержанием в топливе серы, поэтому
необходимо ограничить наличие серы в применяемых топливах [1].
Твердые продукты сгорания топлива в дизеле образуются в результате
неполного окисления наиболее тяжелых его компонентов, и в первую
очередь присутствующих в нем структурных (агрегативных) образований:
смолистых, смолисто-асфальтеновых, смолисто-водяных, смолисто-твердых.
В основе процесса образования перечисленных структурных систем
лежат молекулярные и полярные взаимодействия. Полярные свойства
компонентов
топлива
определяют
их
способность
образовывать
на
поверхностях адсорбированный слой. К компонентам топлива, обладающим
наиболее сильными поверхностно-активными свойствами, относятся смолы,
которые способны адсорбироваться на поверхности асфальтенов, частиц и
20
глобулах
воды.
Асфальтены
также
являются
активным
элементом
структурных систем – полярным веществом, способным при отсутствии
стабилизирующих веществ в топливе (в частности, смол) ассоциироваться в
сложные постоянно увеличивающиеся образования. Процесс ассоциирования
асфальтенов прекращается по мере образования вокруг сгруппировавшихся
молекул адсорбированного слоя смол.
Сила взаимодействия молекул с молекулами вещества твердой фазы
топлива зависит от потенциала поверхности твердых частиц. Электрический
потенциал может изменяться в широком диапазоне в зависимости от
условий, в которых находится топливная среда. Сила взаимодействия
молекул смол с молекулами поверхности твердой частицы является
величиной переменной, зависящей от электрического потенциала. Как и в
случае взаимодействия молекул смол с молекулами твердых частиц, сила
взаимодействия молекулы смол с молекулой воды может изменяться в
широком диапазоне, поскольку глобула воды может быть электрически
нейтральной или нести электрический потенциал. При этом сцепление
адсорбированного слоя смолы с поверхностью глобулы воды менее прочно,
чем в случае сцепления такого слоя с твердой частицей, поскольку оно легко
нарушается в результате деформации самой глобулы.
Основой процессов формирования структурных систем являются
полярные свойства смолистых веществ, возникновение в определенных
условиях электрического потенциала на поверхностях частиц механических
примесей и глобул воды, а также асимметричное строение молекул смол
(углеводородная и полярные части молекул). Исходя
из этого, каждая
структурная система характеризуется наличием центрального тела (ядра) и
адсорбированного
на
нем
слоя
поверхностно-активных
веществ
с
асимметричным положением полярной части в их молекулах.
По характеру взаимодействия смолистых веществ с ядром образуются
системы со связью адсорбированного слоя поверхностно-активных веществ с
ядром:
21
- неподвижной (прочной), характеризующейся наличием двойного
полярного взаимодействия между молекулами вещества адсорбированного
слоя (смол) и молекулам и ядра.
-
полуподвижной
одинарного
полярного
(инертной),
взаимодействия
характеризующейся
наличием
между
вещества
молекулами
адсорбированного слоя и молекулами ядра;
-
подвижной,
характеризующейся
отсутствием
полярного
взаимодействия между молекулами.
Присутствующие в топливе такие структурные системы обычно не
успевают полностью окислиться и превращаются в твердые агломераты.
Смолисто-твердые системы вообще не могут полностью окислиться в связи с
наличием в них твердого ядра. Все эти несгоревшие структурные системы и
составляют основную массу твердых загрязнений, выбрасываемых в виде
сажи с выпускными газами [2].
Двуокись углерода СО2 является конечным газообразным веществом
процесса
преобразования
потенциальной
энергии
углеводородных
энергоносителей в энергетических установках. В отличие от перечисленных
веществ, выбрасываемых в составе выпускных газов, исключить содержание
в них двуокиси углерода невозможно. Основное экологически опасное
воздействие двуокиси углерода состоит в разрушении озонового слоя и
создание, таким образом, "парникового эффекта" на нашей планете.
Анализ данных по содержанию экологически опасных веществ в
выпускных газах на единицу вырабатываемой мощности позволяет составить
баланс количества вводимых в установку и выбрасываемых из нее различных
химических веществ.
Эффективно
применение
многофункциональных
присадок,
обеспечивающих снижение образования вредных для окружающей среды
веществ. В этом случае интенсификация процесса сгорания топлива
достигается действием присадок в качестве доннарно-акцепторных веществ в
процессе окисления углеводородов.
22
Применяют множество различных присадок, интенсифицирующих
сгорание топлив, что хотя и способствует уменьшению образования в камере
сгорания экологически опасных веществ, однако не дает достаточных
результатов в отношении защиты окружающей среды (особенно это касается
окислов азота).
Решение данной задачи обеспечивается, если предотвратить или
существенно
уменьшить
в
процессе
сгорания
топлива
образование
химически активного азота. Химически активный азот в атомарном виде
образуется при температуре выше 1500°С, при которой с электронных орбит
начинается процесс срыва электронов. Одновременно с этим идет и процесс
рекомбинации, т. е. захват свободных электронов атомами и молекулами
азота.
Таким
образом,
для
уменьшения
образования
окислов
азота
необходимо создание в камере сгорания условий по интенсификации
процесса рекомбинации. Для этого необходимо, чтобы в камере сгорания
находилось большое количество свободных электронов. В условиях, когда
поток свободных электронов в результате их ухода через стенку камеры
сгорания становится менее плотным, процесс рекомбинации замедляется.
Чтобы этого не происходило, нужно вместе с топливом в камеру сгорания
ввести присадку, состоящую из химического вещества, которое при высокой
температуре легко распадается с образованием большого количества
свободных электронов, т. е. оно должно легко переходить в полуплазменное
(или плазменное) состояние. В настоящее время на этом принципе действия
разработаны и испытываются опытные образцы присадок, которые после их
промышленного освоения будут рекомендованы к широкому применению в
СДУ.
Кроме рассмотренных направлений решения экологической проблемы,
наиболее
эффективным
является
повышение
эксплуатационных
и
экологических свойств самих горюче-смазочных материалов. Топлива с
улучшенными свойствами (по сравнению с аналогичными топливами),
23
которые
вырабатываются
в
настоящее
узкофракционного состава, с меньшей
время,
должны
быть:
испаряемостью и склонностью к
осадкообразованию, меньшим содержанием серы, с контролируемым
содержанием тяжелых металлов и минусовой температурой застывания [3].
24
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. БОЛЬШОЙ КАМЕНЬ
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
СТУДЕНТОВ
по дисциплине «Экологическая безопасность СЭУ»
180100.62 Кораблестроение и океанотехника
г. Большой Камень
25
По дисциплине «Экологическая безопасность СЭУ» направления
180100.62 Кораблестроение и океанотехника в качестве итоговой аттестации
необходимо написание реферата и сдача зачёта.
Написание студентами реферата по дисциплине «Экологическая
безопасность СЭУ» осуществляется на заключительном этапе изучения
учебной дисциплины (или в процессе её изучения), в ходе которого
осуществляется обобщение полученных знаний (или углубление знаний).
Темы рефератов
1. Предотвращение загрязнения с судов сточными и льяльными водами.
2. Коррозия и её влияние на окружающую среду.
3. Атомная энергетика и её влияние на окружающую среду.
4. Основные компоненты отработавших газов и их влияние на
окружающую среду.
5. Утилизация РАО.
6. Экологические проблемы в энергетике.
7. Предотвращение загрязнения газовыми выбросами с судов.
8. Установка «СКМ-2» для очистки нефтесодержащих вод.
9. Проблемы развития подводных технологий.
10. Установка «Фрам» для нефтесодержащих вод.
11. Перспективы развития ядерной судовой энергетики.
12. Установка «Матик» для очистки нефтесодержащих вод.
13. Предотвращение разлива нефти на водной поверхности.
14. Удаление нефтесодержащих вод с помощью судов-нефтесборщиков
и плавучих станций.
15. Установка «Нептуматик» для очистки сточных вод.
16. Установка «Сток-150» для очистки сточных вод.
17. Способы ликвидации разлитой нефти с водной поверхности.
18. Установка «Матик» для очистки нефтесодержащих вод.
19.Утилизация и ликвидация твёрдых судовых отходов.
20. Суда комплексной переработки.
26
Объём реферата должен составлять 20 страниц, сюда не входят
приложения.
Подбор литературы
Подбор литературы следует производить в читальном зале института, а
также с использованием систематических указателей литературы в городской
библиотеке и нормативной документации предприятия.
Возможно использование данных, полученных при помощи глобальной
информационной сети Интернет. Однако, использование Интернет не должно
сводиться к скачиванию готовых работ, поскольку выполнение контрольной
работы является формой самостоятельной работы студента.
При подборе литературы необходимо сразу же описание отобранных
изданий.
Материал должен излагаться в соответствии с названием целевой
установки работы, логически стройно и последовательно, выводы должны
быть аргументированы.
Защита реферата
После прочтения и возращения руководителем работы следует
доработать материал с учетом отмеченных замечаний. В случае неясности
замечаний необходимо задать вопросы руководителю. Защита реферата
имеет своей целью выявление степени раскрытия студентом темы работы,
самостоятельности и глубины изучения проблем, обоснованности выводов.
Защита работы проводится каждым студентом индивидуально.
На защите реферата студент должен показать не только знание
темы, но и степень овладения научным методом мышления, логическим
анализом исследуемых проблем, способность к самостоятельному научному
труду, умение четко и ясно излагать свои мысли и выводы.
27
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. БОЛЬШОЙ КАМЕНЬ
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
«по дисциплине «Экологическая безопасность СЭУ»
180100.62 Кораблестроение и океанотехника
г. Большой Камень
28
Контрольные вопросы по курсу дисциплины «Экологическая
безопасность СЭУ»
1. Загрязнение моря нефтью и борьба с ним.
2. Очистка поверхности воды от нефти.
3. Классификация загрязнений, вносимых в окружающую среду и при
работе СЭУ.
4. Методы снижения токсичности дизелей.
5. Состав и свойства отработавших газов.
6. Продукты неполного сгорания топлива.
7. Влияние коэффициента избытка воздуха на выход токсичных
веществ.
8. Нормирование вредных веществ в окружающей среде.
9. Влияние вида топлива, смазки и присадок к топливу на токсичность
отработавших газов.
10. Способы очистки и нейтрализации отработавших газов.
11. Каталитическая нейтрализация.
12. Термическая нейтрализация.
13. Жидкостная нейтрализация.
14.Фильтрация отработавших газов.
15. Сепараторы. Испытания сепараторов.
16.Способы уменьшения количества загрязнённых вод.
17. Конструирование отдельных элементов судового оборудования с
учётом защиты окружающей среды (топливная аппаратура, поршни).
18. Конструирование отдельных элементов судового оборудования с
учётом защиты окружающей среды (камеры сгорания ДВС).
19. Конструирование отдельных элементов судового оборудования с
учётом защиты окружающей среды (топочные устройства парогенераторов).
29
20. Конструирование отдельных элементов судового оборудования с
учётом защиты окружающей среды (поршневые и торцевые уплотнения,
работающие без масляной смазки).
21 Конструирование отдельных элементов судового оборудования с
учётом защиты окружающей среды (уплотнения гребных валов и лопастей
ВРШ).
22. Экономическая оценка мероприятий по защите окружающей среды.
Тесты по курсу дисциплины «Экологическая безопасность СЭУ»
Тест №1
№
1.
Вопрос
Варианты ответов
1.Влияние загрязнений на
окружающую среду
2.Совокупность
процессов
и
действий,
при
которой
обеспечивается
экологический
баланс в окружающей среде.
Экологическая безопасность - это
2.
В крупных городах более половины выбросов
в атмосферу производят
3.
Производственные отходы - это
4.
Способность экоситемы к поддержанию
динамического равновесия называется
3.Взаимодействие организмов с
окружающей средой
1.Промышленные предприятия
2.Энергетика
3.Химическая и угольная отрасли
промышленности вместе
4.Транспорт
1.Эксплуатационные отходы
2.Бытовые отходы
3.Пищевые отходы
1.Выживаемостью
2.Гомеостазом
3.Плотностью
4.Дигрессией
Тест № 2
№
1.
Вопрос
Экологическая безопасность СЭУ - это
Варианты ответов
1Дисциплина, изучающая вредные
загрязнения и сбросы,
поступающие в окружающую
30
среду при работе судовых
энергетических установок и их
воздействие на окружающую
среду.
2. Дисциплина, изучающая
влияние загрязнений на
окружающую среду
3.Дисциплина ,изучающая
Взаимодействие организмов с
окружающей средой
2.
Какой
документ
лежит
в
экологического законодательства?
3.
Одним из самых сильных канцерогенов
признаны
4.
Проблема разрушения озонового слоя
относится к проблемам
1.Конституция РФ
основе 2.Закон РФ «Об охране
окружающей природной среды»
3.Экологический кодекс
1.Хлорорганические соединения
2.Галогены
3.Тяжёлые металлы
4.Фосфорорганические
соединения
1.Локального характера
2.Регионального характера
3.Глобального характера
Тест №3
№
1.
2.
3.
4.
Вопрос
Варианты ответов
1.Флюс
2.Присадка
3.Шлак
1.Экологизация технологий
Разработка замкнутых «безотходных» и 2.Экологизация техники и
других «экологически чистых» технологий, технологических технологий
позволяющих
уменьшить
вредное 3.Экологическая безопасность
воздействие на природную среду – это…
1.Оксидов углерода
Наибольшее
загрязнение
атмосферного 2.Пыли
воздуха приходится на долю
3.Углерода
1.Токсичность
Способность ядовитых веществ оказывать 2.Техногенез
вредное действие на живые организмы 3.Автогенез
называется
4.Куммулятивность
Что такое ЧАС-9?
Тест №4
31
№
1.
2.
3.
4.
Вопрос
Варианты ответов
1.К.Мебусом
2.Э.Геккелем
3.Дж.Гриннелем
1.Многоядерные ароматические
Что такое МАУ?
углеводороды
2.Многофункциональная
автоматизированная установка
3. Многофункциональная
автоматическая установка
1.Техносфера
Производство, в котором совершается
2.Производственная среда
трудовая деятельность человека
3.Среда обитания
1.Ухудшением климата
Возросший дефицит пресной воды вызван в 2.Резким уменьшением объёма
основном
грунтовых вод
3.Загрязнением водоёмов
4.Глобальным засолением почв
Термин «экологическая ниша» предложен
Тест №5
№
Вопрос
1.
По характеру воздействия на организм
человека, химической структуре и свойствам
отработавшие газы СЭУ делятся на
2.
Каждое
промышленное
разрабатывает...
3.
4.
Варианты ответов
1.Шесть групп
2.Пять групп
3.Десять групп
1.Экологический паспорт
предприятие 2.Экологическую экспертизу
3.Экологическую
стандартизацию
1.Шесть групп
Загрязнения, поступающие в окружающую 2.Пять групп
среду при эксплуатации судов можно 3.Три группы
разделить на
1.Озоновым экраном
Постепенное потепление климата на планете
2.Парниковым эффектом
называют
3.Фотохимическим смогом
4.Локальным загрязнением
атмосферы
32
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. БОЛЬШОЙ КАМЕНЬ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
по дисциплине «Экологическая безопасность СЭУ»
180100.62 Кораблестроение и океанотехника
г. Большой Камень
33
Основная литература
1. Фасолько
О.Ю.,
Баранов
А.В.
Производственный
процесс
реноваций судового энергетического оборудования // Судостроение. – 2007. –
№ 6. – С. 46–49.
2. Крюков А.А., Гладкова Н.А. Экологическая безопасность судовой
энергетической установки, работающей на органическом топливе //
Молодежь и научно-технический прогресс: Материалы региональной
научно-практической конференции.- Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2010.ч.3.- С.62-64.
3. Крюков А.А., Гладкова Н.А. Влияние рабочих параметров
энергооборудования на экологическую безопасность судовых энергетических
установок
//
Электронное
Дальневосточного
переодическое
государственного
издание
технического
«Вестник
университета».-
Владивосток: Изд-во ДВГТУ.- 2011.- С. 128-133.
Дополнительная литература
1.
Тимофеев
А.Н.
Факторы
экономической
и
экологической
безопасности морского транспорта // Судостроение. – 2008. – № 6. – С. 61–
62.
2. Портнова О.С. Топливо для котельных установок // Формирование
инновационных комплексов в малых городах Дальнего Востока России:
Материалы региональной научно-практической конференции.- Владивосток:
Издательский дом ДВФУ, 2012.- С. 156-160.
Электронные образовательные ресурсы
1. Бурков В.Н., Щепкин А.В. Экологическая безопасность. - М.: ИПУ
РАН,
2008.-92с.
[Электронный
ресурс].
–
Режим
доступа
[http://window.edu.ru/resource/697/47697].
34
2. Лиханов В.А., Лопатин О.П. Экологическая безопасность: Учебное
пособие. - Киров: Вятская ГСХА, 2008.-126с.
[Электронный ресурс]. –
Режим доступа [http://window.edu.ru/resource/275/75275].
3. Логвиновский В.Д. Экологическая безопасность. Экологический
риск: Учебно-методическое пособие. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 2003. - 32 с.
[Электронный
ресурс].
–
Режим
доступа
[http://window.edu.ru/resource/273/27273].
35
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. БОЛЬШОЙ КАМЕНЬ
ГЛОССАРИЙ
по дисциплине «Экологическая безопасность СЭУ»
180100.62 Кораблестроение и океанотехника
г. Большой Камень
36
1. Экологическая безопасность* — это совокупность процессов и
действий, при которой обеспечивается экологический баланс в окружающей
среде.
2. Экологическая безопасность судовых энергетических установок
(СЭУ) * – это учебная и научная дисциплина, изучающая вредные
загрязнения и сбросы, поступающие в окружающую среду при работе
судовых энергетических установок и их воздействие на окружающую среду.
3. Экологическая среда* – это вся природная среда.
4. Загрязнение* – это всё то, что появляется не в том месте, не в то в
время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит её
из равновесия, отличается от нормы, обычно наблюдаемой и (или)
желательной для человека.
5. Антропогенное загрязнение* – загрязнение, возникающее
в
результате хозяйственной деятельности человека.
6. Природная среда (также природа)* – совокупность компонентов
природной среды, природных и природно-антропогенных объектов.
7. Окружающая среда (ОС)* - совокупность компонентов природной
среды,
природных
и
природно-антропогенных
объектов,
а
также
антропогенных объектов.
8.
Компоненты
природной
среды*
–
земля,
недра,
почвы,
поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух, растительный,
животный мир и иные организмы, а также озоновый слой атмосферы и
околоземные космическое пространство.
9. Природный объект* – естественная экологическая система,
природный
ланшафт
и
составляющие
элементы,
сохранившие
свои
природные свойства.
10. Антропогенный объект* – объект, созданный человеком для
обеспечения его социальных потребностей и не обладающий свойствами
природных объектов.
37
Природно-антропогенный
11.
объект*
-
природный
объект,
измененный в результате хозяйственной и иной деятельности, и или объект,
созданный человеком, обладающий свойствами природного объекта и
имеющий рекреационное и защитное значение.
12.
Экологическая
намечаемой
экспертиза*
хозяйственной
–
установление
деятельности
и
иной
соответствия
деятельности,
экологическим требованиям и определение допустимости реализации
объекта экологической экспертизы.
13. Экологическая сертификация (экосертификация)* – деятельность по
подтверждению соответствия сертифицируемого объекта предъявляемым к
нему экологическим требованиям законодательных и нормативно-правовых
актов в сфере природопользования и охраны ОС.
14.Экологический
документированная
аудит*
оценка
–
соблюдения
независимая,
субъектом
комплексная,
хозяйственной
деятельности и иной деятельности (включая международные) в области
охраны ОС и подготовка рекомендаций по улучшению этой деятельности.
38