Экологическая опасность пожарного автомобиля

Одним из источников загрязнения окружающей среды являются автотранспортные средства. Доля пожарных автомобилей в их номенклатуре невелика. Однако специфика условий и режимов эксплуатации их двигателей оказывает большое влияние на состав отработавших газов.

Невозможность отводить отработавшие газы двигателей при проверке герметичности центробежных насосов газоструйными вакуумными аппаратами приводит к загрязнению помещений гаражей. Отработавшие газы двигателей в условиях неблагоприятного направления ветра могут поступать в зону работы водителя, управляющего насосом, при подаче воды на тушение пожара.

Особенность режимов эксплуатации двигателей пожарных автомобилей характеризуется, как указывалось раньше, следующим.

Пожарные автомобили в боевой готовности содержатся в гаражах пожарных частей при температурах окружающего воздуха, а зимой не ниже +12⁰С. Температура окружающей жидкости их двигателей, как правило, равна температуре воздуха в гараже. В этих условиях производится запуск двигателей для проверки герметичности центробежных насосов.

В транспортном режиме при следовании по вызову на пожар двигатели работают в режиме прогрева. На боевых позициях они эксплуатируются в стационарных режимах, при температурах охлаждающей жидкости часто ниже оптимальной. В этих условиях осуществляется забор воды, подача ее на тушение пожаров.

Все это сказывается на составе различных веществ в отработавших газах двигателя.

Состав отработавших газов (ОГ) двигателей автомобилей. Общее количество различных химических соединений, входящих в состав отработавших газов достигает 200 наименований. Это в основном такие вещества, как оксид углерода (СО), окислы азота (NОх), углеводороды (СН), альдегиды (НСНО) и др.

Их количество в ОГ двигателей зависит не только от конструкции и типа двигателей, но и от ряда причин: нарушения состава рабочей смеси, ухудшения условий ее воспламенения, изменения дорожных сопротивлений при движении автомобиля и др. Однако в среднем содержание основных вредных продуктов в ОГ можно характеризовать величинами, приведенными в табл.15.3.

Таблица 15.3

Из этой таблицы следует, что дизели сравнительно мало содержат продуктов неполного сгорания (СО и СН). Однако содержание окислов азота и сажи в них значительно больше, чем в ОГ карбюраторных двигателей, что представляет серьезную опасность для окружающей среды.

При работе дизелей по внешней скоростной характеристике концентрация сажи в ОГ находится в пределах 0,6…1,2 мг/л, а иногда и больше. Экологическая опасность сажи заключается в том, что на поверхности ее частиц адсорбируется бензпирен (до 0,01 мг/м³), являющийся, по некоторым данным, канцерогенным веществом. Сажа, в отличие от других веществ ОГ не улетучивается в атмосферу, а осаждается на землю.

По воздействию на человека основные вредные вещества в ОГ подразделяются: ядовитые – СО и соединения свинца (в этилированных бензинах), канцерогенные – бензпирен, раздражающие – Nох, серные соединения, альдегиды; надоедающие – сажа и акролеин (СН₂СН СНО).

Нормативы и методы измерения оксида углерода, углеводородов в ОГ карбюраторных двигателей и сажи в ОГ дизелей.

В ОГ карбюраторных двигателей определяют содержание оксида углерода и углеводороды Государственным стандартом (ГОСТ 17.2.2.03-87) установлены нормы их содержания в ОГ (табл.15.4).

Таблица 15.4

Примечание: 1. При контрольных проверках автомобилей в эксплуатации допускается содержание СО до 30% при n_min.

2. n_пов в диапазоне от 2000 … 0,8 n _ном, об/мин

Перед определением содержания СО в ОГ двигатель должен быть прогрет до t_ож= 80⁰С. Пробоотборный зонд устанавливают в выпускную трубу автомобиля на глубину не менее 300 мм от ее среза. Запустив двигатель, следует увеличить частоту вращения вала двигателя до n_пов и проработать на этом режиме более 15 с. Затем, установив n_min, через 20 с измерить содержание СО и СН₃ в ОГ.

Определение весовой концентрации СО определяют по формуле

G_CO = , (15.14)

где: ν - содержание СО в ОГ, %; М – молекулярный вес СО (28).

Легко определить, что при содержании в выпускной трубе СО в ОГ равному 2% весовое содержание его равно 24976 мг/м³. Предельно допустимая концентрация (ПДК) СО равна 20 мг/м³, следовательно, в выпускной трубе концентрация СО превышает ПДК в 12488 раз.

В ОГ дизелей оценивается содержание сажи (С). Его определяют специальными дымомерами по степени ослабления светового потока или по затемнению стекла, на котором осаждается сажа. Такая оценка относительная, поэтому дымность определяют в процентах.

Содержание С определяют на режимах внешней скоростной характеристики и свободного выбега, т.е. при разгоне при полностью выжатой педали топлива. Предельное содержание сажи в ОГ дизеля указаны в табл.15.5.

Таблица 15.5

Для измерений разработана специальная процедура, однако, она не распространяется на дизели, находящиеся в эксплуатации.

Зависимость величин выбросов СО и С ПТ режимов работы двигателей ПА.

По количеству СО в ОГ и дымности один ПА эквивалентен трем грузовым автомобилям (одинаковой грузоподъемности). Это соотношение обусловлено, главным образом, специфическими режимами работы двигателей ПА в стационарных условиях.

Холостой ход реализуется при ЕТО и кратковременных остановках ПА. Содержание СО и С в ОГ двигателей ниже, указанных в табл.15.5, нормативов.

Проверка ПН на герметичность производится при ЕТО в гаражах. Содержание СО и С ОГ двигателей зависит от температуры охлаждающей жидкости двигателя и частоты вращения его коленчатого вала. При проверке герметичности насоса ПН-40 на АЦ-40(130)63Б содержание СО в ОГ может определяться по формуле:

, (15.15)

где: t_ож - температура охлаждающей жидкости, ⁰С; n - частота вращения вала двигателя, об/мин.

При t_ож = 20⁰С и n = 3000 об/мин количество СО = 11,45%, а при t_ож = 40⁰С – СО = 11,2%. Это более чем в 5 раз больше нормативов, указанных в табл.15.4.

При такой концентрации оксида углерода в выпускной трубе двигателя его концентрация в атмосфере гаража значительно превысит ПДК, равное 20мг/м³. Так, при объеме гаража V = 2000 м³ и проверке 4 насосов ПН-УВ концентрация СО в гараже достигает значений 0,3 г/м³, что в 15 раз превышает ПДК.

Содержание сажи в ОГ некоторых дизелей оценивается дымностью в %. Она достигает значений 60…70%, что 1,3…1,5 раза превышает нормативные значения.

Транспортный режим. При следовании на пожар содержание СО в ОГ карбюраторных двигателей и сажи в ОГ дизелей на 10-20% выше, чем у грузовых автомобилей в первые минуты движения. Их количество в ОГ двигателей тем меньше, чем выше температура охлаждающей жидкости в двигателях, скорость движения и передача, на которой оно совершается.

Забор воды производится из водоемов при отсутствии пожарных водопроводных сетей. В отработавших газах содержание СО будет зависеть не только от факторов, рассмотренных при проверке герметичности насосов. Окажет влияние и глубина забора воды.

При заборе воды из водоемов температура охлаждающей жидкости двигателя может находиться в пределах 60…80⁰С. Это приводит к уменьшению содержания СО в ОГ, но добавляется влияние глубины всасывания.

Количество диоксида углерода определяется по формуле

,%, (15.16)

где: t_ож - температура охлаждающей жидкости в двигателе ⁰С; n – частота вращения вала двигателя, об/мин; h - глубина забора воды, м.

При заборе воды насосом ПН-40УВ, установленном на АЦ-40(130)63Б при t_ож = 60⁰С содержание диоксида углерода достигало (при n = 2000 и n = 3000 об/мин) значений 11 и 11,5%. При t_ож = 80⁰С содержание СО уменьшилось до 10,5…11,2%.

Дымность от дизелей находилась в пределах 57…61% при t_ож = 60⁰С и 55…59% при t_ож = 80⁰С. Эти величины незначительно превышали нормативные величины.

Работа двигателя на привод пожарного насоса производится при t_ож > 60⁰С в широком интервале времени от нескольких минут до 6 часов. Основными факторами, влияющими на содержание СО в ОГ двигателей (кроме t_ож) являются величины напоров, развиваемые насосами и их подачи.

,%, (15.17)

где: Н – напор, развиваемый насосом, м вод.ст.; Q - подача насоса, л/с.

В поле работы насоса о содержании оксида углерода при различных скоростях вращения вала насоса и температурах t_ож можно судить по результатам, представленным на рис.15.11. Из их рассмотрения следует, что содержание оксида углерода (%) тем меньше, чем больше расходы и напоры, характеризующие работу насоса. Следовательно, для уменьшения выбросов СО в атмосферу целесообразно при высоких t_ож возможно больше загружать насос.

Согласование режимов работы двигателя с пожарным насосом оказывает большое влияние на величины выбросов СО с отработавшими газами. Так, в двигателе ЗИЛ-130 часовые выбросы СО (рис.15.12) представлены в виде изолиний. Цифры у каждой из них характеризуют величину выброса СО в км/час.

Чем меньше величина крутящего момента, развиваемого двигателем и ниже частота вращения его вала, тем больше СО содержится в ОГ. Однако с их увеличением значительно возрастают часовые расходы топлива. Поэтому с увеличением крутящего момента и частоты вращения вала двигателя сильно повышается расход топлива и, следовательно, выброс ОГ и содержащегося в них оксида углерода. Как следует из рис.15.11 его величина измеряется в поле режимов работы двигателя от 0,5 до 25 кг/час. О величинах выбросов СО в ОГ при работе двигателя на привод пожарного насоса можно судить по координатам его поля крутящих моментов (площадь А). Количество различных веществ, содержащихся в ОГ, может быть во много раз больше допускаемых при неисправной топливной арматуре, приборах зажигания и т.д.

Поэтому для их уменьшения следует содержать ПА в надлежащем техническом состоянии, а двигатель эксплуатировать при температуре охлаждающей жидкости дизелей к оптимальной эксплуатационной.

Подписи к рисункам

Глава 15

Рис.15.1. Последовательность приемки и постановка ПА в боевой расчет.

Рис.15.2. Распределение гибели пожарных в различных сферах деятельности:

а – США; б – Россия

1 – на пожарах; 2 – в дорожно-транспортных происшествиях; 3 – при обслуживании ПМ; 4 – при ликвидации аварий; 5 – обучение (в России – хозяйственные работы).

Рис.15.3. Структура и обозначение в системе ССБТ.

Рис.15.4. Коррозия рабочих поверхностей деталей топливоподающей аппаратуры дизеля

а. Рейка топливного насоса: 1 – рейка; 2 – коррозия;

б. Детали регулятора: 1 – тарелка; 2 – шар; 3 – коррозия.

Рис.15.5. Схема микрогальванических элементов

1 – деталь из стали; 2 – капля влаги (электролит).

Рис.15.6. Формы коррозионных разрушений

1 – сплошная равномерная; 2 – сплошная неравномерная; 3 – пятнами; 4 – язвами; 5 – точечная; 6 – межкристаллитная.

Рис.15.7. Влияние загрязнений атмосферы на потери стали от коррозии

1 – чистая влага; 2 влага и 0,05% SiО₂; 3 – тоже, образцы покрыты пылью из SiО₂.

Рис.15.8. Методы защиты от коррозии.

Ри.15.9. Строение лакокрасочного покрытия

1 – окрашиваемая поверхность; 2 – грунт; 3 – местная шпатлевка; 4 – общая шпатлевка; 5 – слой краски.

Рис.15.10. Коррозия стали при разрушении слоя смазки или краски

1 – стальная поверхность; 2 – слой краски; 3 – коррозия.

Рис.15.11. Содержание оксида углерода в ОГ карбюраторного двигателя, приводящего ПН-40У

1 - n = 2700 об/мин; 2 - n = 2000 об/мин; 3 - n = 1700 об/мин; 4 – граница перехода в область с содержанием СО 1,5% при 60⁰С; 5 – тоже, при 80⁰С.

В числителе указаны содержание СО, % двигателя при температуре охлаждающей жидкости двигателя 60⁰С, а в знаменателе – при 80⁰С.

Рис.15.12. Изолинии содержания СО в ОГ двигателя ЗИЛ-130.