Методичка по лабораторным работам 4, 6

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ “МАМИ”
Кафедра “Экология и безопасность жизнедеятельности”
Одобрено
методической комиссией
по общетехническим дисциплинам
Н. Н. Шарипова
Э. Е. Смирнова
Т. Б. Сурикова
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам №4 и №6 по дисциплине
“Безопасность жизнедеятельности” для студентов всех специальностей
Под редакцией
д. т. н., проф. Б. Н. Нюнина
МОСКВА 2001
2
УДК [331.45; 621] (083.74)
Шарипова Н. Н., Смирнова Э. Е., Сурикова Т. Б. Методические указания к лабораторным работам №4 и №6 по дисциплине “Безопасность жизнедеятельности” для студентов всех специальностей. - М.: МГТУ “МАМИ”,
2001. - 23 c.
В методических указаниях дано описание лабораторной работы №4 по
исследованию теплового излучения и методов защиты от него и лабораторной работы №6 по исследованию и расчету запыленности воздуха рабочей
зоны.
Указания предназначены для студентов всех специальностей, изучающих дисциплину “Безопасность жизнедеятельности”.
С Московский государственный технический университет “МАМИ”, 2001 г.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Лабораторная работа №4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ И МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ (Н. Н. Шарипова,
Т. Б. Сурикова) …..……………………………………………………. 3
3
1.1. Цель работы ……………………………………………………………
3
1.2. Задачи лабораторной работы …………………………………………
1.3. Теоретическая часть …………………………………………………... 3
1.4. Применяемые приборы ……………………………………………….. 7
9
1.5. Порядок выполнения работы …………………………………………
1.6. Содержание отчета ……………………………………………………. 12
1.7. Контрольные вопросы ………………………………………………... 12
2. Лабораторная работа №6. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА РАБОЧЕЙ ЗОНЫ (Н. Н. Шарипова,
Э. Е. Смирнова) ……..………………………………………………...
2.1. Цель работы ……………………………………………………………
2.2. Задачи лабораторной работы …………………………………………
2.3. Теоретическая часть …………………………………………………..
2.4. Применяемые приборы ………………………………………………..
2.5. Порядок выполнения работы …………………………………………
2.6. Содержание отчета …………………………………………………….
2.7. Контрольные вопросы ………………………………………………...
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………….…..
14
14
14
14
19
21
22
22
23
3
1. Лабораторная работа №4
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
И МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ
1.1. Цель работы
Изучить методы оценки, нормирования теплового излучения и способы
защиты от него.
1.2. Задачи лабораторной работы
1. Ознакомление с негативным влиянием теплового излучения на организм человека.
2. Изучение методов нормирования теплового излучения.
3. Ознакомление с методами расчета характеристик теплового излучения.
4. Изучение способов снижения интенсивности теплового излучения на
рабочем месте.
5. Знакомство с приборами для оценки интенсивности теплового излучения.
1.3. Теоретическая часть
Общие положения
В процессе производства рабочие "горячих" цехов, находясь вблизи
расплавленного или нагретого металла, пламени, горячих поверхностей и
т. п., подвергаются воздействию избыточной теплоты, излучаемой источниками, т. е. воздействию теплового излучения. В результате поглощения падающей энергии повышается температура кожи и нижележащих тканей на
облучаемом участке, нарушается тепловой баланс в организме человека, что
в конечном итоге может вызвать у человека тепловой удар. Признаками наступления теплового удара является головокружение, неуверенная походка,
потеря слуха, изменение зрителъного восприятия и др.
Интенсивное теплоизлучение может травмировать органы зрения (помутнение хрусталика), особенно при длине волны от 0,76 до 1,5 мкм.
Под влиянием облучения в организме человека происходят биохимические сдвиги, наступают нарушения деятельности сердечно-сосудистой и
нервной систем.
Помимо непосредственного воздействия на рабочих лучистая теплота
нагревает окружавшие конструкции (пол, стены, оборудование). В результате
чего температура воздуха внутри помещения повышается, что также ухудшает условия работы.
При оценке действия теплового излучения на организм человека учитывается: интенсивность и длина волны с максимальной энергией; площадь
4
облучаемой поверхности и угол падения тепловых лучей на эту поверхность;
длительность облучения за рабочий день и продолжительность непрерывного
воздействия; интенсивность физического труда и подвижность воздуха на
рабочем месте; качество спецодежды; индивидуальные особенности рабочего
и степень акклиматизации организма в производственных условиях.
По данным гигиенических исследований на рис. 1.1 представлена переносимая зона облученности Е РМ в зависимости от длительности воздействия t и показаны две огибающие кривые по максимальным и минимальным
значениям. Минимальные значения приняты для работающих в горячих цехах менее 3 лет (не акклиматизированный рабочий).
Рис. 1.1. Переносимые облученности в зависимости от времени воздействия для
акклиматизированных 1 и не акклиматизированных 2 рабочих
На постоянных рабочих местах допустимые значения облученности
(рис.1. 2) зависят от температуры, источника лучистой теплоты (низкотемпературные источники 2 вызывают нагрев кожи больше, чем высокотемпературные 1) и температуры воздуха на рабочем месте.
Рис. 1.2. Допустимые облученности в зависимости от температуры воздуха для
высокотемпературных 1 и низкотемпературных 2 источников лучистой теплоты
5
Характер воздействия теплового излучения на организм человека
можно оценить также по табл. 1.1.
1.1. Воздействие теплового излучения на организм человека
Интенсивность
Характер воздействия
теплового излучения
Е РМ , Вт/м2
Порог чувствительности
Переносимо в течение рабочего дня и более, слабое действие без
нарушения терморегуляции
Терпимо до 3…5 мин., умеренное действие со слабым нарушением терморегуляции
Терпимо до 40…50 с, среднее действие с незначительным нарушением терморегуляции
Терпимо до 20…300 с, большое действие со значительным нарушением терморегуляции
Терпимо до 12…24 с, высокое действие и нарушение терморегуляции
Терпимо до 8…10 с, сильное действие с возможными ожогами
кожи и пожаро-взрывная опасность
Терпимо не более 2…5 с, очень сильное действие, возможен тепловой удар
До 280
280…560
560…1050
1050…1630
1630…2090
2090…2790
2790…3940
Более 3490
Определение интенсивности теплового излучения
Выражение для определения интенсивности теплового излучения имеет вид:
Е РМ

 Т  4
= Со 
 − А ε пр ϕ cos α ,

 100 
(1.1)
где С о - коэффициент, зависящий от физических свойств излучающей поверхности;
T - абсолютная температура излучающей поверхности в градусах Кельвина; A - коэффициент, учитывающий защитные свойства спецодежды ( A = 85 - для кожи человека и хлопчатобумажной ткани;
A = 110 - для сукна);
ε пр =
1
ε1
+
1
ε2
−1
- приведенная степень черноты, где ε 1 - степень
черноты излучающего тела; ε 2 - степень черноты облучаемого объекта;
6
ϕ - коэффициент, учитывающий долю облучения, падающего на человека. Обычно ϕ <1. При близком расположении источника
света от рабочего места ϕ =1;
α - угол падения лучей на облучаемый объект.
В случае нормальной направленности излучения ( α =0) и близкого
расположения рабочего места ( ϕ =1) допустимо пользоваться упрощенной
зависимостью
Е РМ
F
= 1,605 ⋅ 2
R
 Т  4

 − 110 ,

 100 

(1.2)
где F – площадь источника излучения, м2; R – расстояние от источника до
рабочего места, м.
Примечание: ввиду наличия старой маркировки приборов при необходимости перевода единиц физических величин в систему СИ можно пользоваться следующим соотношением:
 кал 
 Bт 
 Bт 
1 2
698
700
=
≈
2
 м 
 м 2  .
 см мин 
Спектральная характеристика теплового излучения
Спектральная характеристика тепловых излучений представляет практический интерес при оценке воздействия лучистой энергии на рабочего и,
правде всего, на его органы зрения.
Для большинства производственных источников теплового излучения
длина волны с максимальной энергией приходится на инфракрасные лучи с
λ > 0,78 мкм . Теплоизлучение с длинами волн λ ≤ 1,5 мкм в незначительной степени поглощается кожным покровом и, проникая вглубь биологических тканей, вызывает их усиленный разогрев. Излучение с длинами волн
λ ≥ 3 мкм ведет, в основном, к разогреву наружных кожных покровов.
Длительное воздействие инфракрасных лучей с длиной волны
λ = 0,72...1,5 мкм (лучи Фохта) вызывают катаракту глаз.
Длина волны с максимальной энергией теплового излучения определяется по закону смещения Вина:
λmax
2,9 ⋅ 10 3
, мкм
=
T
(1.3)
Методы защиты от теплового излучения
Защита человека от избыточного теплового излучения осуществляется
по следующим направлениям:
7
- теплоизоляция нагретых поверхностей;
- экранирование теплового излучения;
- использование воздушного душирования;
- использование защитной одежды.
Теплоизоляция позволяет не только уменьшить величину интенсивности излучения на рабочем месте, но и уменьшить выделение теплоты в рабочую зону, а также исключить возможность ожогов при прикосновении к нагретым поверхностям.
Согласно санитарным нормам (СН 245-7l), температура поверхностей
машин, механизмов и прочего производственного оборудования, с которым
возможен контакт рабочего, должна иметь температуру не выше +45 оС.
Наиболее распространенным и эффективным способом защиты от излучения является экранирование. Экраны применяют как для экранирования
источников, выделяющих теплоту, так и для защиты рабочего места. По
принципу действия экраны подразделяются на теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие.
В качестве, материалов для теплоотражающих экранов используются
листовой алюминий, белая жесть, алъфоль (алюминиевая фольга) и другие
материалы, имеющие хорошие отражательные способности.
Материалом для теплопоглощающих экранов служат вещества с достаточно высоким термическим сопротивлением - асбест, огнеупорный кирпич,
минеральная вата и т. д. К теплопоглощающим относятся также экраны в виде цепных звеньев. Такой экран уступает по эффективности сплошным и потому используется, как правило, при интенсивности излучения до 1160
Вт/м2, но оставляет открытым доступ в рабочее пространство печи.
Теплоотводящие экраны представляют собой различные конструкции,
охлаждаемые, как правило, водой. Используются при любых интенсивностях
излучений. Наиболее простыми по схеме и распространенными в практике
являются экраны в виде водяной завесы, устраиваемой у рабочих окон печей.
При относительно небольших интенсивностях излучений (до 2320
2
Вт/м ) с целью сохранения теплового баланса в организме человека и, как
следствие его полной трудоспособности, используется воздушное дущирование или обдувание на рабочем месте от передвижных или стационарных вентиляционных установок.
Скорости подаваемого потока воздуха в зависимости от категории работы, времени года, температуры воздуха и величины интенсивности излучения (при нормальной относительной влажности ϕ =40…60% и барометрическом давлении 1013 гПа) приведены в СН 245-71.
1.4. Применяемые приборы
В качестве оборудования для проведения лабораторной работы используется специальная установка ОТ 5А (рис. 1.3), предназначенная для опреде-
8
ления интенсивности и эффективности поглощения лучистой энергии цепной
и водяной завесой.
Рис. 1.3. Установка ОТ-5А:
1 – кнопка “Стоп” водяной завесы; 2 – кнопка “Пуск” водяной завесы; 3 – сигнальная
лампа; 4 – кнопка “Пуск” нагревательной спирали; 5 – кнопка “Стоп” нагревательной спирали; 6 – датчик для замера тепловых излучений; 7 – гнездо датчика; 8 – индикатор датчика 6; 9 - секция цепных завес; 10, 15 – ванна водяной завесы и направляющие отвесы; 11 –
ручка управления отражателем; 12 – ручка крана управления водяным насосом; 13 – панель управления; 14 – спираль накаливания за стеклянным экраном; 16 – корпус установки; 17 – рычаги управления цепными навесами; 18 – общий выключатель
Установка состоит из следующих основных узлов: секции цепных завес
9, гидроагрегата в корпусе 16, панели управления 13.
Источником лучистой энергии служит нагревательное устройство, состоящее из спирали накаливания 14 с температурой излучающей поверхности порядка 1000 оС, обеспечивающей интенсивность излучения на расстоянии 0,5 м примерно 1745 Вт/м2.
Секция завес состоит из ванночки 10, в которую из бака подается вода.
Слив воды из ванночки для образования завесы происходит по направляющим отвесам 15 в сливной коробок, по которому вода снова попадает в бак.
Конструкция обеспечивает регулирование положения в горизонтальной
9
плоскости, что позволяет получить водяную завесу равномерной толщины по
всей ее ширине.
Толщина поглощающей водяной завесы регулируется ручкой 12 крана
управления водяным насосом. Секция 9 цепных завес состоит из трех рядов
висящих металлических цепей, установленных на поворотных кронштейнах,
которые дают возможность устанавливать на пути излучения один, два или
три ряда цепей.
Лучистую энергию направляют к одной из завес (водяной или цепной)
при помощи отражателя. Поворот отражателя осуществляется ручкой 11.
На панели управления установлен пульт. Включение насоса производится кнопкой 2 “Пуск”, а его отключение - кнопкой 1 “Стоп”. Сбоку на
корпусе размещен общий выключатель 18. Включение питания сигнализируется лампочкой 3. Включение и выключение спирали накаливания производится кнопками соответственно 4 и 5. Слева на панель выведен индикатор 8
датчика интенсивности тепловых излучений.
Измерение излучений производится актинометром, действие которого
основано на неодинаковой поглощающей способности зачерненных и блестящих полосок алюминиевой пластинки. Вследствие различия в температуре зачерненных и незачерненных участков пластинки и расположенных под
ними спаев термобатареи, в последней возникает электрический ток. Сила
тока измеряется гальванометром шкала которого отградуирована в
кал/(см2·мин). Для снятия показания открывают крышку термоприемника, затем ее закрывают либо убирают.
1.5. Порядок выполнения работы
Требования техники безопасности при проведении работы
1. Строго соблюдать общие требования по электробезопасности, помня,
что источник теплового излучения включен в сеть переменного тока с напряжением 220 В. Приступать к экспериментальной части работы можно
только с разрешения преподавателя после изучения теоретической части,
правил пользования установкой.
2. Нагревательный элемент включать только при работающем насосе.
3. Источник излучения и рефлектор при работе в режиме максимальной
яркости имеет температуру значительно выше 100 оС, поэтому во избежание
электротравм и ожогов должно быть исключено попадание рук внутрь установки.
4. Категорически запрещается проводить какой-либо ремонт установки.
5. Сразу после выполнения необходимых замеров выключить установку.
6. Запрещается выключать установку отсоединением вилки из розетки.
7. Экспериментальную часть работы проводить только в присутствии
преподавателя или лаборанта.
10
Экспериментальная часть работы
1. Ознакомиться с устройством установки ОТ 5А (рис. 1.3) и уяснить
задание по лабораторной работе.
2. Включить установку с помощью выключателя 16.
3. Включить насос, нажав кнопку 2. Нагревательный элемент можно
включать только при работающем насосе.
4. Включить кнопкой 4 источник лучистой энергии (спираль накаливания 14).
5. Через 10…15 мин, необходимых для нагрева спирали накаливания
14, измерить с помощью актинометра (гальванометра 8) интенсивность излучения ЕO на расстоянии 0,3 м от источника (срез боковой стороны установки). При проведении первого замера параболический отражатель датчика 6
актинометра должен быть повернут в положение, фиксирующее тепловые
лучи на правую сторону установки, а цепные экраны выведены с помощью
рычагов 17 (№1, №2 и №3) управления в нерабочее положение. Результат
замера ЕO занести в табл.1. 2.
1.2. Результаты экспериментальных исследований и их анализ
Варианты исследоваЭкранирование цепями
Водяная завеса
ния
Стекло
Без
С
3
Без
1
2
экрана экран экрана экрана завесы завесой
ЕCT
'
Параметр
ЕO
Е3
Е
Е
Е
E
1
2
O
ВЗ
Интенсивность
теплового излучения
кал
см 2 мин
Вт
Е
м2
Эффективность экраниро-
вания ηэi , %
Допускаемое время облучения, с
Температура источника
T , оС
Длина волны облучения с
max энергии λ max , мкм
Допустимое значение облучения [ ЕРМ ] , Вт\м2
-
-
6. Произвести замер интенсивности излучения при наличии одного
( Е1 ), двух ( Е2 ) и трех ( Е3 ) однотипных, последовательно расположенных
экранов из цепей. Результаты замеров занести в табл. 1.2.
11
7. Создать водяную завесу, отрегулировав ее толщину ручкой 12 крана
управления водяным насосом. Необходимо, чтобы водяная завеса была
сплошной без видимых разрывов.
8. Переставить датчик 6 актинометра на левую сторону установки (на
уровне среза корпуса) и произвести замер ( ЕВЗ ) по гальванометру 8. Результат замера Е ВЗ занести в табл. 1.2. Рекомендуется сделать новый замер ин'
тенсивности излучения E O без экрана для проверки величины интенсивности излучения с левой стороны стенда. Результат замера занести в табл. 1.2.
9. С помощью ручки 11 повернуть отражатель в положение, фиксирующее лучи на смотровое стекло в передней части стенда.
10. Приложив датчик 6 актинометра рабочей поверхностью к стеклу,
произвести замер по гальванометру 8 теплового излучения ЕCT , проходящего через экран из стекла. Результат замера ЕCT занести в табл. 1.2.
11. Выключить излучатель (нажав кнопку 5), затем насос (нажав кнопку 1) и только после этого – установку (нажав кнопку 18).
Расчетная часть работы
1. Рассчитать эффективность теплозащитных экранов по формуле:
ηэi =
ЕО − Е
⋅100% .
ЕО
(1.4)
Здесь Е - эффективность теплового излучения для различных вариантов исследования Расчет произвести для одинарного, сдвоенного и тройного экрана
из цепей, водяной завесы и стекла.
Результаты расчетов занести в табл.1. 2.
2. По данным измерений, пользуясь табл. 1.1 и графиками на рис. 1.1,
определить переносимое время облучения для всех вариантов замеров (без
экранов и с различными типами экранов). При работе с графиками на рис. 1.1
брать случай для неакклиматизированного рабочего.
Результаты анализа занести в табл. 1.2.
3. Воспользовавшись выражением (1.2) и данным замеров интенсивности облучения определить температуру источника теплового излучения.
В результате получим
8
 Е РМ R 2

T = 100 ⋅ 4 
+ 110  ,
 1,605 ⋅ F

K
(1.5)
При расчете температуры T источника теплового излучения по выражению (1.5) принимать, что E РМ = ЕO , площадь источника теплового излу-
12
чения F = 0,005 м , расстояние от источника теплового излучения до рабочего места R = 0,3 м .
Результаты расчета температуры T после ее перевода из градусов
Кельвина в оС занести в табл. 1.2.
4. Определить по выражению (1.3) длину волны λ max с максимальной
энергией теплового излучения. Результаты расчета занести в табл. 1.2.
2
5. Пользуясь данными рис. 1.2. и значением температуры в помещении, определить допустимое значение облученности [ ЕРМ ] для лабораторного оборудования. Значение температуры взять по комнатному
термометру на рабочем месте лабораторной работы №3 “Исследование
метеорологических условий на рабочем месте”. Величину [ ЕРМ ] занести
в табл. 1.2.
1.6. Содержание отчета
1. Название, цель и задачи лабораторной работы.
2. Оформленный протокол измерений с результатами замеров (см.
табл. 1.2).
3. График функции эффективности экранирования η эi цепными экранами от их числа n (см. рис. 1.4).
4. Качественный анализ эффективности защиты от теплового излучения
экранами различных конструкций.
5. Количественный анализ теплового излучения – температура источника T
теплового излучения, длина волны λ max
с максимальной энергией теплового излучения. Влияние данного типа теплового излучения на организм человека.
6. Вывод о необходимых условиях
экранирования источника теплового излучения, обеспечивающих возможность
восприятия излучения в течение рабочего
Рис. 1.4.
дня человеком, условно находящимся в
лаборатории на расстоянии R = 0,3 м от
источника.
1.7. Контрольные вопросы
1. Учет каких факторов необходим при определении степени вредности
и опасности теплового облучения на рабочем месте в производственных условиях?
13
2. Каково влияние теплового облучения на организм рабочего в зависимости от интенсивности и длины волны?
3. Каковы методы защиты от теплового облучения?
4. Как регламентируется ГОСТом эффективность теплоизоляции?
5. К какому виду экранирования можно отнести водяные завесы?
6. Какова величина интенсивности излучения, допускаемая в течение
всего рабочего дня без использования какой-либо защитной спецодежды?
7. В каких случаях допустимо использование в качестве защиты методов воздушного душирования?
8. Что такое “категория работы” по ГОСТ I2.2.005?
9. Учет каких факторов необходим при использовании защиты по месту воздушного душирования?
10. Какие материалы рекомендуется для теплоотражающих экранов?
11. Каков принцип устройства актинометра?
12. При каких величинах интенсивности теплового облучения возможен тепловой удар?
13. Как устроена установка для исследования теплового облучения?
14. В какой области спектра расположены тепловые лучи?
15. Что является определяющим при разделении видов работ по категориям?
I6. Как воздействует на организм рабочего лучи Фохта?
14
2. Лабораторная работа №6
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА
РАБОЧЕЙ ЗОНЫ
2.1. Цель работы
Изучить методы экспериментального определения и расчета запыленности воздуха рабочей зоны при анализе санитарно-гигиенических условий
на рабочих местах в соответствии с требованиями системы стандартов безопасности труда (ССБТ).
2.2. Задачи лабораторной работы
1. Изучение основных видов загрязнения воздуха рабочей зоны и их
влияния на безопасность производственных условий.
2. Ознакомление с некоторыми методами исследования и анализа запыленности воздуха.
3. Ознакомление с аппаратурой для отбора проб воздуха.
4. Изучение и расчет запыленности воздуха гравиметрическим методом.
5. Оценка запыленности воздуха и расчет потребного воздухообмена
для общеобменной вентиляции.
2.3. Теоретическая часть
Загрязнение воздуха рабочей зоны
В условиях машиностроения и металлообработки наибольшее значение, с точки зрения загрязнения воздуха рабочей зоны, имеют место
разнообразные пыли - взвешенные в воздухе частицы твердых веществ.
Газ или воздух, в котором неопределенно долгое время находятся во
взвешенном состоянии пыль или капельки жидкости называют аэродисперсной средой (аэрозолем). В аэрозоле пыла или частицы жидкости
представляют собой дисперсную фазу, а воздух - дисперсную среду.
Природа пыли, т.е. материал, из которого она образовалась, и механизм ее образования, определяет ее физико-химические свойства.
Промышленные пыли образуются в процессе дробления, истирания (аэрозоли дезинтеграции); испарения с последующей конденсацией в твердые частицы (аэрозоли конденсации); горения с образованием в воздухе
твердых частиц, как результата не полного сгорания топлива (дымы).
Механизм образования пыли влияет, как правило, только на ее дисперсный состав. Дисперсионность пыли определяет размер составляющих ее
частиц дисперсной фазы: крупнодисперсионные пыли - размер частиц более
10 мкм, и мелкодисперсионные - размер частиц менее 10 мкм. Дисперсион-
15
ный состав пыли определяет скорость осаждения (седиментации) частиц.
Следует отметить, что мелкодисперсионные пыли, как правило, отличаются
большой химической активностью, обуславливаемой большей активной поверхностью по сравнению с крупнодисперсионной. На практике в большинстве случаев аэрозоли являются полидисперсионными, т. к. содержат частицы разных размеров.
Формы частиц пыли определяют и материал вещества, из которого она
образовалась, и механизм образования. В зависимости от формы частиц пыль
подразделяется на: аморфную - пылинки округлой формы; кристаллическую - пылинки с острыми гранями; волокнистую - пылинки удлиненной
формы; пластинчатую - пылинки в виде слоистых пластинок и т. п.
Жидкие выбросы в воздух рабочей зоны (туманы) представляют собой
аэрозоли, образованные мельчайшими капельками распыленных жидкостей
(СОЖ, кислоты, щелочи, горючие и смазочные материалы и т. д.).
Газообразные и парообразные выбросы, т. е. вещества, загрязняющие
атмосферу в виде примесей газов или паров, обладают дисперсионностью,
достигшей молекулярного уровня. Чаще всего газообразные загрязнения
(сернистый газ, окись углерода и др.) образуются в процессе горения, а парообразные (углеводороды, кислоты и т. п.) - результат процессов испарения.
Основными физико-химическими характеристиками газо- и парообразных
загрязнений воздуха являются химический состав и плотность.
Массовая концентрация всех видов выбросов измеряется в граммах или
миллиграммах на кубический метр воздуха (г/м3 или мг/м3) и обычно приводится к нормальным условиям, т. е. температуре окружающей среды 293 К
(20оС) и барометрическому давлению 101325 Па (760 мм. рт. ст.).
Систематическое пребывание работающих в воздушной среде с большой концентрацией вредных веществ, в том числе и нетоксичной пыли может привести к тяжелым профессиональным заболеваниям.
Основными профессиональными заболеваниями от действия пыли являются: раздражение и ранение слизистой оболочки верхних дыхательных
путей; пневмоканиозы легких при глубоких проникновениях частиц пыли с
размерами от 0,2 мкм до 5 мкм в структуру легких; воспалительные процессы
наружного уха; воспаление слизистой оболочки глаз (коньюктивиты); кожные заболевания - экземы, дерматиты; литейная (металлическая) лихорадка
от вдыхания паров меди, цинка, магния и других металлов; нарушения обмена веществ, приводящие к аллергическим реакциям, например, астме.
Кроме этого, запыленность воздушной среды в производственных условиях снижает прозрачность воздуха и создает предпосылки для увеличения
взрыво- и пожароопасности в помещениях.
Методы исследования и анализа запыленности
воздуха рабочей зоны
За составом воздуха в производственных помещениях ведется постоянное наблюдение с целью недопущения превышения предельно допустимых
16
концентраций вредных веществ, регламентируемых стандартами безопасности труда.
Методы анализа состава разнообразны и условно могут быть разделены
на две группы:
1) точные - колометрический, спектрофотометрический, хроматографический, акустический и другие, отличающиеся высокой точностью, но
требующие значительных затрат времени и средств;
2) экспрессные – колометрический, индикационный, гравиметрический (весовой).
Колометрический метод основан на окрашивании индикатора (раствора, порошка) при прохождении через него воздуха, содержащего вредные
примеси. При этом интенсивность окраски соответствует концентрации примесей. Концентрацию вещества в воздухе определяют сравнивая окраску индикатора с эталонными, приведенными в специальных колометрических таблицах.
Химический состав пыли устанавливают известными методами химического и физико-химического анализа в Центральной заводской лаборатории (ЦЗЛ), так как обычно можно предположить, какие вещества могут находиться в воздухе рабочей зоны, анализируя химический состав материалов
используемых в технологическом процессе.
Для определения концентрации пыли в производственных помещениях
машиностроительных предприятий широко используются весовые (гравиметрические) методы: воздух прокачивается
через специальные фильтры (например, аллонж), который взвешивают до и
после опыта. Одновременно замеряют количество просасываемого воздуха.
При этом общую концентрацию пыли различных веществ CΣ в воздухе рабочей зоны определяют по выражению:
CΣ =
m2 − m1
, мг м3 .
VH
(2.1)
Здесь m1 и m2 - вес фильтра-аллонжа соответственно до и после просасывания пробы воздуха в мг; V H - объем пробы просасываемого воздуха в м3,
приведенный к нормальным условиям.
Используя уравнение Клайперона-Менделеева для смеси газов, объем
пробы просасываемого воздуха, приведенный к нормальным условиям, можно определить по формуле:
VH = VФ
293 ⋅ В
,
101325 ⋅ Т
(2.2)
где VФ - объем воздуха, протяиутого через фильтр в м3 при абсолютной темT = 273 + t в градусах Кельвина (tпературе окружающей среды
температура окружающей среды в градусах Цельсия) и барометрическом
давлении B в Паскалях (1 мм. рт. ст. = I33, 322 Па).
17
Как правило, количество воздуха определяется с помощью расходометров, которые замеряют объемную скорость проходящего воздуха Q в кубических дециметрах (литрах) в минуту.
Фактический объем воздуха VФ , просасываемого через аллонж определяют по выражению:
VФ = 1,67 ⋅ 10 −5 Q τ ,
(2.3)
где Q - объемный расход воздуха в л/мин; τ - время отбора пробы в с.
После определения суммарной концентрации пыли фильтр с пылью
передается в Центральную заводскую лабораторию для проведения химического анализа с целью определения химического состава пыли и процентного
содержания в ней отдельных составляющих Al . В настоящей лабораторной
работе химический анализ различных вариантов проб пыли был проведен на
кафедре “Химия”. В табл. 2.I. приведены состав и процентное содержание
вредных компонентов в исследуемом варианте пыли.
Концентрацию i -го вида вредного вещества C i при известных суммарной концентрации вредностей в пробе C Σ и процентном содержании
вредности Al определяют по выражению:
Ci = 0,01 ⋅ С Σ Аi .
(2.4)
2.1. Состав и процентное содержание вредных компонентов в исследуемом варианте
пыли
Наименование Направленность ПДК
% содержания ингредиента пыли Al
вещества
воздействия
мг/м3
по вариантам
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
Алюминий и
его сплавы
Фиброгенная
2
20 30 18 42 10 20 7
Бора карбид
Карборунд
Магний
Марганец
Медь
Никель и его
соединения
Окись железа
Сода кальцинированная
Чугун
Фиброгенная
Фиброгенная
Фиброгенная
Фиброгенная
Фиброгенная
Кровотворные
органы
Фиброгенная
Кровотворные
органы
Фиброгенная
6
6
0,5
0,3
1
15
15
3
20
35
15
4
3
3
15
15
30
8
7
8
2
10
15
6
3
1
10
24
1
1
10
14
1
-
17
10
10
8
9
15
10
1
1
-
10
15
28
3
2
0,5
4
15
10
1
2
1
-
2
8
8
5
8
11
2
3
3
6
1
2
15
-
2
6
2
-
10
27
9
-
2
35
7
10
3
42
50
2
22
12
38
18
-
Нормирование содержания вредных веществ в воздухе
Основным параметром, ограничивающим содержание вредных примесей в воздухе рабочей зоны являются их предельно допустимые концентра-
18
ции (ПДК) - концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней)
работе в течение 8 часов или при другой продолжительности, но не более 4I
часа в неделю, в течение всего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний
или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований. В процессе работы или в отдельные сроки жизни настоящего и будущего поколений.
При установлении ПДК ориентируются на токсикологический показатель вредности или рефлекторную реакцию организма, определяемых клинико-статистическим методом. В настоящее время в России установлены ПДК
для 828 вредных и токсичных веществ, перечень которых приведен ГОСТ
12.1.005 “Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей
зоны”.
При одновременном содержании в воздухе нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием, ПДК остаются такими же,
как и при изолированном воздействии. Если же вредные вещества имеют однонаправленное действие (например, на органы дыхания), то сумма отношений фактической концентрации каждого ингредиента C i в воздухе помещения к их предельно допустимой концентрации ПДК i не должна превышать единицы, т. е. для n ингредиентов должно выполнятся условие:
n
Ci
∑ ПДК
i =1
≤ 1.
(2.5)
i
Действие ГОСТ 12.1.005 распространяется на все рабочие места независимо от их расположения (цех, открытая площадка, транспортное средство
и т. д.).
На территории предприятия в воздухе может содержаться вредных веществ не более 30% от ПДК для рабочей зоны. В выбрасываемом из цехов
вытяжной вентиляцией в атмосферу воздухе концентрация вредных веществ
не должна создавать в приземном слое концентраций, превышающих предельно допустимые нормы вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест, периодически утверждаемых Министерством здравоохранения
РФ.
Различают два типа ПДК для воздуха населенных пунктов: максимальная из разовых концентраций вредной примеси, определяющая степень кратковременного воздействия примеси на организм человека, и среднесуточная
концентрация - допустимая степень загрязнения воздуха в течение длительного периода без строгого фиксирования его продолжительности.
Для классификации вредных веществ и общих требований безопасности введен ГОСТ 12.1.007 “Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности”, который подразделяет вредные вещества по степени
воздействия на организм человека на четыре класса опасности:
1-й класс - чрезвычайно опасные (ПДК меньше 0,1 мг/м3);
2-й класс - высокоопасные (ПДК от 0,1 до 1 мг/м3);
19
3-й класс - опасные (ПДК от 1 до 10 мг/м3);
4-й класс - малоопасные (ПДК больше 10 мг/м3).
В случае, когда по результатам замера концентрация инградиентов
в воздухе превышает ПДК, необходимо расчитать потребный воздухообмен для общеобменной вентиляции, исходя из того, что максимально
возможная концентрация вредных примесей в воздухе не превышает 0,3
ПДК для каждого вида (по направлению воздействия) вредных веществ.
При этом суммарная эквивалентно допустимая концентрация инградиентов однонаправленного действия ЭПДК j определяется из выражения:
N
Bi
1
=∑
, (2.6)
ЭПДК j i =1 100 ПДК i
где j – j-ый вид направленности воздействия; i – i-ый вид примеси однонаправленного действия; N – количество примесей j-того вида; Bi процентное содержание i-того инградиента в j-том виде направленности.
2.4. Применяемые приборы
Установка ОТ-1 (рис. 2.1) предназначена для имитации состава воздушной среды производственных помещений и отбора проб пыли.
Установка состоит из приборного отсека 1 и примыкающей к нему пылевой камеры 6, служащей емкостью для имитации производственного помещения.
Образцы пыли с различными инградиентами, химический состав которых определен заранее (см. табл. 2.1), помещены в специальные бункерыдозаторы. При повороте ручки 10 дозатора, расположенной на передней
стенке пылевой камеры 6, в последнюю вводится порция пыли. Развеивание
пыли в камере 6 осуществляется осевым вентилятором 5, двигатель которого
расположен в приборном отсеке 1. На правой стенке камеры 6 установлена
лампа 7 подсветки, испускающая световой луч вдоль прозрачного окна 9. На
передней стенке камеры имеется отверстие 8 (на рис. 1 закрыто пробкой) для
взятия пробы воздуха, которые в нерабочем состоянии обязательно должно
быть закрыто пробкой.
В приборном отсеке находятся аспиратор типа 822 для взятия пробы
воздуха, электроаппаратура и органы управления, вынесенные на переднюю
панель отсека: тумблер 2 включения прибора в сеть; тумблер 3 включения
аспиратора; тумблер 4 включения вентилятора; рукоятки 12 клапановрегуляторов скорости протяжки воздуха через расходомеры 13; входящие отверстик расходомеров воздуха 14.
20
Для взятия пробы воздуха из пылевой камеры служит патрон 15 с бумажным фильтром аллонжем 16. В нерабочем состоянии устанавливается в
верхней части прибора (см. рис. 2.1), при взятии пробы - в отверстие 8 камеры.
Рис. 2.1. Установка ОТ-1:
1 - приборный отсек; 2 - тумблер включения прибора в сеть; 3 - тумблер включения аспиратора; 4 - тумблер включения вентилятора; 5 - осевой вентилятор; б - пылевая камера; 7 лампа подсветки; 8 - пробозаборное отверстие (на рисунке закрыто пробкой); 9 - смотровое окно; 10 - ручка дозатора; 11 - pyкoятка клапана регулирования скорости протяжки
воздуха; I2 - рукоятки клапанов-регуляторов скорости протяжки воздуха через расходомеры; I3 - расходомеры воздухи; I4 - входные отверстия расходомеров; I5 - пылезаборный
патрон в сборе; 16 - фильтр-аллонж в сборе; 17 - фильтрующий элемент; I8 - бумажная
обечайка фильтрующего элемента
Весы лабораторные аналитические модели ВЛА-200-М предназначенны для точных определений массы при производстве анализов в лабора-
21
ториях с точностью до 0,1 мг. Весы имеют встроенные миллиграммовые гири
от 10 до 500 мг. Оптическая шкала прибора имеет цену деления 0,1 мг.
Взвешивание аллонжа до и после взятия пробы производится только
лаборантом или преподавателем.
Барометр-анероид БАММ и термометр служат для определения барометрического давления в кПа температуры окружающей среды в градусах
Цельсия. Температура воздуха пробы принимается равной температуре в лаборатории.
Таймер - злектронные часы с цифровой индикацией служат для отсчета
времени взятия пробы с точностью до 1 с.
2.5. Порядок выполнения работы
Требования техники безопасности при проведении работы
Внимание! Приступать к экспериментальной части работы можно
только с разрешения преподавателя после изучения теоретической части,
правил пользования установкой и приборами.
Категорически запрещено:
- включать установку в сеть без разрешения преподавателя;
- самостоятельно открывать панели установки;
- открывать переднюю панель-дверцу при включенной в сеть установке;
- оставлять открытым пробозаборное отверстие;
- вынимать патрон пылезаборника при включенном вентиляторе;
- производить самостоятельно ремонт установки.
О всех неисправностях в работе приборов и установки необходимо сообщать преподавателю или лаборанту.
Экспериментальная часть работы
1. Взвесить фильтр-аллонж 16 (см. рис. 2.1) на аналитических весах.
(Взвешивание осуществляет лаборант).
2. Вставить фильтрующий элемент 17 в патрон 15, а патрон - в воздухозаборное отверстие 8 пылевой камеры 6, предварительно вынув пробку.
3. Включить установку тумблером 2. При этом зажигается специальная
лампа над тумблером.
4. Включить вентилятор 5 пылевой камеры тумблером 4.
5. Повернуть ручку дозатора 10 на два щелчка для введения пыли в камеру.
6. Включить аспиратор тумблером 3 и засечь время по таймеру. Время
прокачки воздуха не менее 30 мин. Объемный расход воздуха Q аспиратором через фильтр поддерживать равным 3 л/мин поворотом ручки 12 над расходомером, к которому подсоединен резиновым шлангом пробоотборник.
22
7. Через 5 мин после начала работы аспиратора выключить тумблером
4 вентилятор пылевой камеры.
8. Выключить аспиратор тумблером 3 и по таймеру определить время
прокачки воздуха с точностью до 1 с.
9. Замерить температуру воздуха и барометрическое давление.
10. Отключить прибор тумблером 2 от сети.
11. Извлечь фильтр-аллонж 16 из пылезаборного патрона 15 и произвести его взвешивание на аналитических весах (взвешивание производит лаборант).
12. По выражению (2.1), используя (2.2) и (2.3), произвести расчет
суммарной концентрации пыли CΣ в имитационной камере.
13. Исходя из варианта химического состава пыли (по величине CΣ ) и
данным табл. 2.1 произвести расчет концентрации каждого инградиента по
выражению (2.4).
14. Сравнить полученные данные с ПДК, приведенными в табл. 2.1.
Произвести расчет токсичности веществ однонаправленного действия по выражению (2.5). Сделать выводы о запыленности в имитационной камере и
выполнении регламентации ГОСТ 12.1.005 “Общие санитарно-гигиенические
требования к воздуху рабочей зоны”.
2.6. Содержание отчета
1. Название, цель и задачи лабораторной работы.
2. Результаты измерений и необходимые расчеты:
- вес фильтра-аллонжа m1 и m2 соответственно до и после просасывания пробы воздуха в мг;
- время τ отбора пробы в с;
- барометрическое давление B в Па;
- температура T окружающей среды в К;
- суммарная концентрация пыли различных веществ CΣ в воздухе
рабочей зоны в мг/м3.
3. Результаты расчетов (см. табл. 2.2).
4. Выводы о запыленности в имитационной камере и выполнении регламентации ГОСТ 12.1.005 “Общие санитарно-гигиенические требования к
воздуху рабочей зоны”.
2.7. Контрольные вопросы
1. Для какой цели исследуется запыленность воздуха рабочей зоны?
2. Какие существуют основные методы исследования и анализа запыленности воздуха?
23
2.2. Результаты расчетов
Наименование ПДК, Процентное совещества
мг/м3 держание инградиента Al , %
Алюминий и
его сплавы
Бора карбид
Карборунд
Магний
Марганец
Медь
Никель и его
соединения
Окись железа
Сода кальцинированная
Чугун
Концентрация i го вида вредного
вещества C i в
пробе, мг/м3
Ci
ПДК
Направленность
воздействия
2
6
6
0,5
0,3
1
0,5
4
2
6
3. Что такое гравиметрический метод определения запыленности? В
чем заключается его сущность?
4. Объясните основные принципы нормирования запыленности воздуха? Что такое ПДК?
5. Чем отличаются нормы запыленности воздуха рабочей среды от атмосферы населенных пунктов?
6. Как производится оценка вредных ингредиентов однонаправленного
действия, не обладающих однонаправленным действием?
7. Объясните основные положения расчета потребного воздухообмена
для общеобменной вентиляции при избыточном количестве вредностей в
воздухе рабочей зоны?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Охрана труда в машиностроении: Учебник для машиностроительных
вузов/ Под общ. ред. Е. Я. Юдина, С. В. Белова. - М.: Машиностроение, 1983.
432 с.
2. ГОСТ 12.1.005 “Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны”.
3. ГОСТ 12.1.007 “Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности”.
4. СН 245-71 “Санитарные нормы проектирования промышленных
предприятий”.
5. Месяц В. Г., Чалмаев В. В. Методические указания к лабораторным
работам №3-5 по курсу «Охрана труда». – М: МАМИ, 1988. 36 с
Составители:
Наталья Николаевна Шарипова,
Эльвира Евгеньевна Смирнова,
Татьяна Борисовна Сурикова.
Методические указания к лабораторным работам №4 и №6 по дисциплине “Безопасность жизнедеятельности” для студентов всех специальностей.
Лицензия ЛР № 021209 от 17.04.97 г.
Подписано в печать
Заказ
Усл. п. л.
Уч.- изд. л.
Бумага типографская. Формат 60x90/16
МГТУ “МАМИ”, Москва, 105839 Б. Семеновская, 38
Тираж 300