Тема 6. Воздушная среда рабочих помещений

Рабочей зоной помещения является пространство высотой до 2м над уровнем пола или площадки, где находится рабочее место.

Гигиеническая характеристика воздуха определяется климатическими параметрами (т.е., температурой, влажностью, давлением, скоростью движения) и его чистотой. Оздоровление воздушной среды – это устранение таких вредных факторов, как газы, пары, пыль, избытки тепла, влаги.

Наиболее благоприятный для организма состав воздуха: азот – 78,08%; кислород – 20,95%; Аr, Ne, Kr – 0,93%; СО₂ – 0,03%; прочие газы – 0,01%.

Воздух в рабочей зоне может быть загрязнен парами, газами, твердыми и жидкими частицами. Пары и газы образуют с воздухом смеси, а твердые и жидкие частицы – дисперсные системы –аэрозоли. Аэрозоли делятся на:

-пыль с размером твердых частиц более 1мкм;

-дым с размером твердых частиц менее 1мкм;

-туман с размером жидких частиц менее 10мкм.

Пыль бывает крупная (частицы более 50мкм); средняя (10-50мкм); мелкодисперсная (1- 10мкм).

Пылевыделение бывает основным (т.е., образующимся в технологическом процессе, например, при дроблении, грохочении, при смешивании, при загрузке, выгрузке и т.д.) и вторичным (например, при уборке помещений, при движении людей). Дым образуется при сгорании топлива; туман может образовываться при использовании смазочно-охлаждающих жидкостей, в гальванических и травильных цехах и т.д.

Вредным называют вещество, которое при контакте с организмом вызывает производственную травму, профессиональное заболевание или отклонения в состоянии здоровья, которые могут проявляться как в процессе роботы, так и отдаленное время жизни современного и будущих поколений. Вредные вещества могут проникать в организм через дыхательные пути, через кожу, с пищей и большинство из них относятся к опасным и вредным производственным факторам. Они оказывают токсичное действие на организм и вызывают нарушение жизнедеятельности. Последствия их действия на организм зависит от вида вещества, его концентрации и продолжительности воздействия.

По характеру действия на организм вредные вещества делятся на группы:

-общетоксичные, которые вызывают отравление всего организма (СО, цианистые соединения, ртуть, мышьяк и его соединения, свинец и т.д.). Например, оксид углерода СО – это бесцветный газ, образующийся при неполном сгорании органического топлива. Его еще называют угарный газ. Он вступает в химическое взаимодействие с гемоглобином крови, что снижает ее способность усваивать кислород. Содержание кислорода в крови снижается, иногда с 18-20% до 8%; затрудняется отдача кислорода к тканям. Ухудшается сердечно-сосудистая деятельность, работа центральной нервной системы, наблюдается расстройство дыхания вплоть до его остановки и может наступить смерть от удушья.

Из цианистых соединений в металлургии наиболее часто встречается цианистый водород НСN. Это жидкость с запахом миндаля; вымывается из коксового газа при его очистке и выносится в атмосферу с каплями воды при конечном ее охлаждении на градирне. НСN нарушает тканевое дыхание вследствие блокирования дыхательных ферментов. Вдыхание паров цианистого водорода вызывает потерю сознания, паралич дыхания, а затем сердца.

-раздражающие, вызывающие раздражение дыхательного тракта и слизистых оболочек (хлор, аммиак, SO₂, фтористый водород, оксиды азота и т.д.). Например, аммиак NН₃ – это бесцветный газ с запахом нашатырного спирта; содержится в сбросных газах предприятий минеральных удобрений, в неочищенном коксовом газе. Он раздражает слизистую оболочку глаз и верхних дыхательных путей, вызывает слезотечение, кашель, головную боль, расстройство дыхания и кровообращения; может наступить смерть от сердечной недостаточности.

Сернистый ангидрид SО₂ образуется при сгорании сернистых топлив или переработке сернистых руд. Он раздражает слизистую оболочку и дыхательные пути, вызывает спазм бронхов и увеличение сопротивления дыхательных путей. Это ведет к одышке и расстройству сознания.

Оксиды азота NО_Х образуются при горении топлива, при производстве азотных удобрений, азотной кислоты, нитратов, анилиновых красителей, вискозного шелка, целлулоида. Вызывают раздражение в зеве, бронхопневмонию, отек в легких, а при больших концентрациях приводят к тяжелым отравлениям, вплоть до смертельных.

Фтористый водород НF раздражает дыхательные пути, глаза, слизистую оболочку носа, рта, что может привести к изъязвлениям, конъюктивиту глаз, слизистой оболочки носа, полости рта, гортани и бронхов, гнойному бронхиту, носовым кровотечениям. Действие НF может вызывать рвоту, колики, удушье; проявляются симптомы действия на центральную нервную и сердечно-сосудистую систему.

-сенсибилизирующие или аллергенты (формальдегиды, лаки, растворители и др.). Например, формальдегид или муравьиный альдегид вызывает профессиональное заболевание - астму в тяжелой форме. Кроме того, он раздражает слизистые оболочки глаз, верхних дыхательных путей, вызывает слезотечение, резь в глазах, першение в горле, насморк, чихание и кашель, одышку, удушье. Постепенно нарастает общая слабость, потливость, головная боль; снижается чувствительность к болевым и температурным раздражителям.

-канцерогенные, вызывающие злокачественные заболевания (никель и его соединения, бериллий, оксиды хрома, асбест, полициклические ароматические углеводороды, например,бенз--пирен, и др.). Бенз--пирен С₂₀Н₁₂ обладает кумулятивным действием; его накопление в организме ведет к возникновению и развитию злокачественных опухолей. Он образуется в процессе пиролиза углеводородов, т.е. их термического разложения и синтеза новых соединений, или неполном горении органического топлива. Значительные количества его содержатся в выхлопных газах автотранспорта; при коксовании угля прямой коксовый газ содержит до 0,7мг/м³ С₂₀Н₁₂, в то время как его предельно допустимая концентрация в рабочей зоне помещения составляет 0,00015 мг/м³. Опухоли возникают, в основном, в месте контакта, но небольшое их количество может возникать и в более отдаленных органах.

Никель действует как канцероген, очень опасен для органов кровообращения, обмена веществ, дыхания. Он вызывает головные боли, одышку, нарушения работы центральной нервной системы, печени, гастриты, носовые кровотечения, прободение носовой перегородки, лейкоцитоз. Его действием также может быть обусловлено раздражение кожи и аллергические заболевания.

-мутагенные, которые приводят к изменению наследственной информации (свинец, кадмий, бор, радиоактивные вещества и др.);

-влияющие на репродуктивную(т.е., детородную) функцию (ртуть, свинец, стирол, радиоактивные вещества).

По степени опасности эти вещества делятся на классы:

1.чрезвычайно опасные;

2.высокоопасные;

3.умеренно опасные;

4.малоопасные.

Пыль, особенно мелкодисперсная с размером частиц менее 5мкм, оказывает на организм фиброгенное действие, т.е., раздражает слизистые оболочки и оседает в легких, и вызывает профессиональные заболевания – пневмокониозы. Наиболее тяжелой формой из них является силикоз. Он возникает от попадания в легкие кремнеземистой пыли. Степень опасности пыли зависит также от формы, твердости, волокнистости, электрозаряженности ее частиц.

Для нормирования вредных веществ в воздухе рабочей зоны санитарными нормами установлены их предельно допустимые концентрации в мг/м³. Предельно допустимая концентрация (ПДК) – это концентрация, которая при ежедневной 8-ми часовой работе, кроме выходных, или при другой деятельности, но не более 41 часа в неделю, на протяжении всего рабочего стажа не может вызвать заболевания или отклонений в состоянии здоровья. Всего нормируется более 700 веществ, характеристики некоторых из них приведены в таблице.

Вещество	ПДК, мг/м3	Класс опасности
Бериллий и его соединения	0,001	1
Свинец	0,01	1
Марганец	0,05	1
Озон	0,1	1
Хлор	1,0	2
Соляная кислота	5	2
Кремнеземистая пыль	1	3
Оксиды железа	4-6	4
СО, аммиак	20	4
Бензин	100	4
Ацетон	200	4

В воздухе, поступающем в помещение, концентрация вредных веществ не должна превышать 0,3 ПДК. Для веществ однонаправленного действия должно соблюдаться условие:

С₁/ПДК₁+С₂/ПДК₂+…..< 1,

где С₁, С₂, ….- фактические концентрации веществ в воздухе рабочей зоны;

ПДК₁, ПДК₂… - их ПДК.

К таким веществам относят вещества, близкие по химическому строению и характеру биологического действия на организм человека. Это, например, сернистый и серный ангидрид; SО₂ и оксиды азота; сернистый ангидрид и фтористый водород; SО₂, SО₃, NН₃, NО_Х и т.д.

Некоторые вещества при одновременном нахождении в воздухе не оказывают суммарного воздействия. Для них ПДК каждого вещества сохраняется в отдельности. Например, это оксид углерода, обладающий общетоксичным действием, и сернистый ангидрид, действующий раздражающе на организм; сероводород Н₂S и сероуглерод СS₂.

Сероводород – это бесцветный газ с неприятным запахом; является сильным ядом и может вызвать смерть от остановки дыхания. Он образуется на предприятиях по производству искусственного волокна, сахара, в коксохимическом производстве, в нефтепереработке и на нефтепромыслах.

Сероуглерод – это бесцветная жидкость с запахом редьки. Его пари в воздухе действуют на организм наркотически; длительное воздействие малых концентраций ведет к заболеваниям нервной системы. СS₂ образуется в результате термической деструкции органических топлив, например, в процессе коксования угля.

Метеоусловия в производственных помещениях.

Метеоусловия или микроклимат определяются температурой, относительной влажностью и скоростью движения воздуха. Важным параметром является также и атмосферное давление, но оно не может регулироваться в рабочем помещении. Нормальное давление 101325Па или 760мм рт. ст.; при давлениях 73400-126700Па (550-950мм рт. ст.) не возникает нарушений жизнедеятельности. Опасным является не само давление в этом диапазоне, а его резкий перепад.

Тепловыделение человека от 85 Вт в состоянии покоя до 500 Вт при тяжелой работе. Отдача тепла организмом осуществляется теплопроводностью через одежду, конвекцией, излучением с открытых поверхностей, испарением пота с поверхности кожи и нагревом выдыхаемого воздуха.

Температура одежды обычно – 27-31⁰С; открытых поверхностей тела 33,4⁰С; нормальная температура внутренних органов – 36,6⁰С.

В состоянии покоя при температуре окружающей среды 18⁰С доля теплоотдачи конвекцией около 30%, излучением – 45%, за счет испарения – 20%, на нагрев выдыхаемого воздуха – 5%, доля теплоотдачи теплопроводностью незначительна. Нормальная деятельность организма возможна лишь, если выделяемое им тепло отводится в окружающую среду. Если этот баланс не соблюдается, то возможен либо перегрев, либо переохлаждение организма.

Способность организма поддерживать постоянную температуру называется терморегуляцией. При температуре окружающей среды 30-35⁰С теплоотдача излучением прекращается, поэтому при высокой температуре усиливается приток крови к поверхности тела, открываются поры, и тепло теряется, в основном, за счет испарения пота. При сильном потоотделении организм интенсивно теряет влагу и соли, что может грозить его обезвоживанием и обессоливанием. Поэтому в горячих цехах дают подсоленную воду. Установлено, что при 5-ти часовом пребывании при температуре более 31⁰С и влажности 80-90% работоспособность падает до 62%, на 30-40% снижается сила мышц рук, в 2 раза снижается координация движений.

Влажность воздуха определяется степенью насыщения его водяными парами. Абсолютная влажность –это масса водяных паров в 1 м³ воздуха. Она равна плотности пара при его парциальном давлении Р_n и и температуре воздуха Т:

,

где R_n=461,58кДж/(кг*К) газовая постоянная пара.

Относительная влажность – это отношение абсолютной влажности воздуха ρ_n к его максимально возможной абсолютной влажности ρ_max при одной и той же температуре, т.е.:

φ= 100ρ_n /ρ_max.

Приближенно φ можно определить из соотношения парциального давления пара в воздухе Р_n и давления насыщенного водяного пара при одинаковых температурах:

φ= 100Р_n /Р_Н,

причем значение Р_Н находят из таблиц насыщенного водяного пара при температуре воздуха.

Оптимальная влажность в рабочем помещении 40-60%; при влажности более 85% снижается испарение пота, при влажности менее 20% пересыхают слизистые оболочки дыхательных путей.

Минимальная скорость воздуха, воспринимаемая человеком 0,2м/с. Допустимая скорость воздуха в зимнее время 0,2-0,5м/с; летом 0,2-1м/с; в горячих цехах допускается воздушное душирование до 3,5м/с.

Согласно ГОСТ 12.1.005-88 установлены оптимальные и допустимые метеоусловия в рабочей зоне. При их выборе учитывают среднесуточную температуру наружного воздуха (+ 10⁰С и выше или ниже + 10⁰С) и категорию работ по тяжести. Например, для легкой работы (тепловыделения 85-90 Вт) в помещении с незначительными избытками явного тепла в холодный период года допустимые параметры микроклимата: температура 19-25⁰С; относительная влажность не более 75%; скорость воздуха не более 0,2м/с.

Явная теплота – это теплота поступающая в помещение от оборудования, отопительных приборов, нагретых материалов, людей и других источников. Избыток явного тепла (или избыточный тепловой поток) – это остаточное количество явной теплоты за вычетом теплопотерь. В холодных цехах (например, механосборочных и т.д.) избытки явного тепла составляют 23 -25 Вт/м³; в горячих – 300 – 500 Вт/м³.

Мероприятия по оздоровлению воздушной среды.

Основными направлениями являются:

1.Механизация и автоматизация производственных процессов, использование роботов и манипуляторов.

2.Применение технологий, исключающих образование вредных веществ, герметизация оборудования.

3.Защита от тепловых излучений.

Рабочие, которые находятся вблизи расплавленного или нагретого металла, пламени, горячих поверхностей подвергаются действию теплоты, излучаемой этими источниками. Если интенсивность облучения более 3 кВт/м² , то лучистый поток становится особо вредным производственным фактором, нарушается деятельность сердечно-сосудистой и нервной систем.

Длительное действие инфракрасных лучей ( = 0,72 – 1,5 мкм) вызывает катаракту глаз (помутнение кристаллика).

Если интенсивность излучения на работника более 348 Вт/м², то нужно проводить мероприятия по его уменьшению.

Способы защиты от теплового излучения - это теплоизоляция нагретых поверхностей, экранирование, воздушное душирование, использование защитной одежды, организация отдыха в период работы.

Теплоизоляцию применяют для снижения теплопотерь и температуры наружной поверхности оборудования. По действующим санитарным нормам температура поверхностей оборудования и ограждений на рабочих местах не должны превышать 45С. Для теплоизоляции применяют теплоизоляционный бетон и кирпич, минеральную и стекловату, асбест, войлок и т.д.

Экранирование применяют для защиты рабочих мест от излучений. Экраны бывают теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие; в зависимости от прозрачности - прозрачные, полупрозрачные, непрозрачные.

Если между двумя поверхностями установить тонкостенный экран и степени черноты поверхностей ε и экрана ε_Э одинаковы, то происходит ослабление лучистого потока энергии в 2 раза; если экранов два, то в 3 раза, а если установлено n экранов, то степень излучение будет ослаблено в (n+1) раз. Еще больший эффект дает установка экранов с малой степенью черноты. В этом случае степень ослабления лучистого теплового потока составляет (1+ ). Например, если установить 1 экран с ε_Э=0,1 при степени черноты излучающей и тепловоспринимающей поверхностей ε=0,8, то степень ослабления лучистого потока составит (1+ )=13,66, т.е. почти в 14 раз. Поэтому для теплоотражающих экранов применяют алюминий, белую жесть, алюминиевую фольгу на несущей сетке или раме. В теплопоглощающих экранах используют асбестовые щиты на металлической сетке; огнеупорный или теплоизоляционный кирпич.

Теплоотводящие экраны – это водоохлаждаемые сварные или литые конструкции, которые применяться при любой интенсивности излучения.

Применяют также остеклованные сетки с размером ячейки 3-3,5 мм; сетки, орошаемые водой; водяные завесы у рабочих окон агрегата.

Специальные места отдыха должны быть удалены от источников теплового излучения и снабжены питьевой водой.

Промышленная вентиляция

Задачей вентиляции является обеспечение чистоты воздуха и заданных метеоусловий в производственном помещении. Она обеспечивает удаление загрязненного и нагретого воздуха из помещения и подачу в него свежего.

Классификация вентиляции.

-по способу перемещения воздуха:

1)естественная или аэрация;

2)механическая

3)смешанная, т.е., сочетание естественной и механической.

-по назначению:

1)приточная, т.е. для подачи воздуха;

2)вытяжная, т.е. для удаления воздуха;

3)приточно-вытяжная

-по месту действия:

1)общеобменная

2)местная.

Требования к системам вентиляции.

1.Количество приточного воздуха должно соответствовать количеству удаляемого. Если в одном из соединенных между собой помещений выделяются ядовитые пары, то в этом помещении должно быть создано разряжение и для этого количество удаляемого воздуха должно быть больше, чем подаваемого. В этом случае в помещении используют вытяжную вентиляцию.

Иногда в помещении целесообразно поддерживать избыточное давление, например, чтобы пыль или газы снаружи не проникали в помещение. Тогда количество приточного воздуха должно быть больше, чем количество удаляемого. Здесь используют приточную вентиляцию.

2. Система вентиляции не должна вызывать перегрев или переохлаждение работников.

3. Свежий воздух следует подавать в зоны с минимальной концентрацией вредных веществ, а удалять из загазованных рабочих зон.

4. Система вентиляции не должна создавать шум, превышающий нормы.

5.Система вентиляции должна предусматривать противопожарные меры.

Аэрация- это общеобменная организованная естественная вентиляция.

Она осуществляется за счет разности плотностей воздуха внутри и снаружи помещения, а также действия ветра. Воздухообмен в помещении обеспечивается отверстиями в стенах (окнами) и в перекрытиях (фонарями). Нормы воздуха на человека: 30м³/час при объеме помещения на человека менее 20м³ и 20м³/час при объеме более 20м³ на человека. Достоинствами аэрации является ее простота, отсутствие затрат энергии. Однако в теплое время с повышением температуры наружного воздуха ее эффективность резко падает. Кроме того, поступающий в помещение воздух не очищается и его температура не регулируется.

Расход воздуха для удаления избытков тепла из помещения путем аэрации:

V_B = ,

где Q_изб – избыток тепла, выделяющегося в помещении в единицу времени;

С^/ - объемная теплоемкость воздуха;

t_B; t_H – температура воздуха внутри и снаружи помещения.

Расход воздуха для удаления вредных веществ:

V_B = ,

где К – количество вредных веществ, выделяющихся в помещении в единицу времени;

К_В; К_Н – их концентрация в воздухе внутри и снаружи помещения.

Критерием оценки вентиляции является коэффициент воздухообмена:

n = V_B/V_П,

где V_П – объем помещения.

Аварийная вентиляция используется в помещениях с возможными выделениями в воздух больших количеств вредных или взрывоопасных веществ в следствие нарушений технологии или аварии. Она, как правило, вытяжная и должна обеспечивать за час не менее 8-ми кратного воздухообмена в помещении с учетом работы механической вытяжной вентиляции. Система аварийной вентиляции обычно комплектуется вентиляторами во взрывобезопасном исполнении.

М естная вытяжная вентиляция предназначена для удаления вредных веществ или избытков тепла из источников их выделения и концентрации.

Она предотвращает распространение вредных веществ или конвективного избыточного тепла в рабочей зоне помещения. Применяют вытяжную вентиляцию открытого типа, как это показано на рис., и закрытого, примером которой является вытяжной шкаф.

Рекомендуемые скорости воздуха у нижней кромки зонта:

-для нетоксичных выделений 0,25-0,5м/с;

-для токсичных 1,05-1,25м/с;

-у окон сушил и печей 1м/с.

Местная приточная вентиляция

1.Воздушные души применяют на рабочих места при тепловом облучении более 350 Вт/м², при температуре на рабочих местах больше нормируемой и при открытых производственных процессах с токсичными выделениями;

2.Воздушные завесы с подогретым воздухом устанавливают у ворот, дверей, проемов в холодное время года, если нет возможности установки тамбуров или шлюзов. Их целесообразно применять у ворот, которые открываются чаще 5 раз или не менее 40 минут в смену в районах с температурой воздуха в холодный период -15⁰С и ниже. Воздух подогревают не более, чем до 50⁰С для внешних дверей или до 70⁰С для ворот и технологических отверстий. Его подают через щели снизу, но чаще сбоку под углом 45⁰к плоскости ворот или дверей со скоростью 10-15м/с.

3.Кондиционирование применяют для обеспечения оптимального качества воздуха в закрытых помещениях, а именно для поддержания требуемой температуры, влажности, чистоты, газового и ионного состава, скорости движения воздуха. Применяют местные и центральные системы. Они осуществляют фильтрацию, подогрев или охлаждение, подсушку или увлажнение, транспортировку и распределение воздуха в помещении. Кондиционирование применяют не только для создания комфортных условий работы персонала. Оно обеспечивает требуемые условия эксплуатации технических средств, в частности, современных систем управления на базе компьютерной техники.