3.3. Средства коллективной защиты от мощности источника опасности

Рассмотрим наиболее распространенное средство коллективной защиты от пыли, позволяющее снизить мощность источника опасности – вентиляционные системы.

Назначение вентиляционных систем, как средства защиты от пыли, – обеспечить вытяжку из помещения запыленного воздуха и приток в помещение воздуха чистого.

Основным показателем, характеризующим эффективность работы вентиляционной системы, является объем воздуха, который эта вентиляционная система в состоянии подать в помещение (вытянуть из помещения).

Необходимое количество воздуха, подаваемого в помещение для снижения в нем вредных веществ до нормы (в том числе пыли), может быть определено из следующего выражения.

. (1)

Здесь G – выделяющиеся в помещении вредные вещества (мг/ч), L_пр, L_выт – требуемые количества приточного и вытяжного воздуха соответственно (м³/ч), q_пр, q_выт – концентрации вредного вещества в приточном и вытяжном воздухе соответственно (мг/м³).

Учитывая что L_прL_выт и обозначая их за L, получим следующее соотношение.

. (2)

Концентрация пыли в воздухе производственного помещения (q_выт) с учетом вида пыли определяет мощность источника опасности и должна удовлетворять следующему выражению.

.

Здесь ПДК – предельно допустимая концентрация пыли в воздухе производственного помещения, соотнесенная к виду пыли (мг/м³).

Следует отметить, что для эффективной системы вентиляции необходимо соблюдение еще одного условия.

. (3)

Примеры ПДК для различных видов пыли приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Предельно допустимые концентрации некоторых видов пыли

Вид пыли	ПДК
Алюминий и его сплавы (в перерасчете на алюминий)	2
Аминопласты (пресс-порошки)	6
Известняк	6
Кремния диоксид кристаллический при содержании в пыли более 70% (кварцид, динас и др.)	1
Кремния диоксид кристаллический при содержании в пыли 10-70% (гранит, шамот, углепородная пыль и др.)	2
Силикатсодержащие пыли, силикаты, алкмосиликаты (цемент, оливин, апатит, глина)	6
Синтетические моющие средства	5
Углерода пыли: ископаемые угли и углепородные пыли с содержанием своболного диоксида кремния
до 5%	10
5-10%	4

Рассмотрим различные вентиляционные системы, как средство защиты от пыли в производственном помещении.

Напомним, основной характеристикой вентиляционных систем является объем перекачиваемого ими воздуха.

Классификация видов вентиляционных систем представлена в таблице 3.

Таблица 3.

Классификация видов вентиляционных систем

Вентиляционная система
Естественная			Искусственная (механическая)
Неоргани- зованная	Организованная (аэрация)		Приточная		Вытяжная		Приточно- вы­тяжная
	Бесканаль- ная	Канальная	Местная	Обще- обменная	Местная	Обще- обменная	Местная	Обще- обменная

Вентиляционные системы бывают естественные и искусственные.

Естественная вентиляция производственных помещений осуществляется за счет разно­сти давлений (следствие разности температур) внутри помещения и снаружи, а также за счет ветра.

Естественная вентиляция бывает неорганизованной и организованной.

Неорганизованная естественная вентиляция реализуется за счет открытых форточек, окон, дверей и фрамуг.

Организованная естественная вентиляция, называемая аэрацией, обеспечивает воздухо­обмен в заранее рассчитанных объемах с учетом метеорологических условий.

Аэрация бывает безканальной и канальной.

Безканальная аэрация осуществляется за счет проемов в стенах и в кровле здания, закрытых фрамугами. Манипулируя открытием и закрытием фрамуг можно (разумеется, со значительной погрешностью) обеспечить требуемый воздухообмен. Площади перекрываемые фрамугами рассчитывают в зависимости от конкретных требований.

Рассмотренные выше виды вентиляционных систем на современном этапе развития техники и технологий являются устаревшими средствами защиты от пыли.

Более современным и эффективным средством защиты от пыли является канальная аэрация. Здесь загрязненный пылью (а также иными вредными и опасными веществами) воздух удаляется через каналы в стенах. Для усиления эффекта на выходе из каналов устанавливают специальные устройства, создающие дополнительную тягу при обдувании их ветром. Эти устройства называются дефлекторами.

Наибольшее распространение получили дефлекторы типа ЦАГИ (см. рис. 1).

Рисунок 1.

Схема дефлектора типа ЦАГИ

Здесь 1 – диффузор; 2 – конус; 3 – лапки, удерживающие колпак и обечайку; 4 – обечайка; 5 – колпак.

Вычисление параметров дефлектора сводится к определению диаметра патрубка d. На практике при этом обычно прибегают к следующим эмпирическим формулам.

. (4)

Здесь V_в – скорость воздуха в патрубке (м/с).

. (5)

Здесь V_ветр – скорость ветра (м/с),  - сумма коэффициентов местного сопротивления вытяжного воздуховода (при его отсутствии =0,5), l – длина патрубка или вытяжного воздуховода (м), p – тепловое давление (Па).

. (6)

Здесь h_д – высота дефлектора (м), _в, _н – плотности наружного воздуха и воздуха внутри помещения (кг/м³).

При искусственной вентиляции воздух подается осевыми или центробежными (радиальными) вентиляторами.

При расчете искусственных вентиляционных систем особое внимание уделяют выбору подходящего вентилятора, поскольку он определяет ведущие характеристики эффективной работы системы искусственной вентиляции.

Вентилятор характеризуется следующими параметрами:

а) производительность, L (м³/ч);

b) развиваемое давление, p (Па);

c) электрическая мощность, N (кВт);

d) коэффициент полезного действия, .

Осевые вентиляторы принимают, когда требуется значительная производительность (L), то есть необходимо, чтобы вентиляция в больших объемах обеспечивала воздухообмен.

Здесь речь идет о больших объемах веществ (в том числе пыли), которые оказывают вредное воздействие, и только с течением времени могут оказать воздействие опасное.

Центробежные вентиляторы используют, когда необходимо обеспечить высокое давление (p), то есть нагнетать (или вытягивать) пусть малые объемы воздуха, но с большой скоростью.

Здесь речь идет о малых объемах опасных веществ.

Виды вентиляторов представлены на рисунке 2.

Рисунок 2.

Центробежный и осевой вентилятор

Центробежный вентилятор представлен на рисунке 2,а, осевой – на рисунке 2,б.

Здесь 1 – корпус, 2- крылатка, 3 – электродвигатель, 4 – станина, 5 – цилиндр с лопастями.

Для подбора марки вентилятора необходимо знать не только объем перекачиваемого воздуха (L), но и развиваемое вентилятором давление (p). С целью определения давления, которое предстоит преодолевать воздуху на каждом i-том участке вентиляционной сети, расчетные сопротивления вычисляют по следующей формуле.

. (7)

Здесь R_i – удельные потери давления на трение на i-том участке сети, L_i – длина i-того участка сети, E_i – сумма коэффициентов местных потерь на i-том участке сети, V_i – скорость движения воздуха на i-том участке сети, Y – плотность воздуха.

Величины R_i определяют по справочникам в зависимости от диаметра воздуховода и скорости движения воздуха по нему, E_i определяют по справочникам в зависимости от типа местного сопротивления, L_i, V_i определяют при помощи соответствующих измерений (реже – вычисляют).

Расчетные сопротивления отдельных участков сети суммируют, определяя требуемую мощность вентилятора. При этом создается 10% запас на непредвидимое сопротивление. Таким образом, результирующее давление, развиваемое вентилятором должно быть удовлетворять следующему неравенству.

. (8)

Здесь n – количество рассматриваемых участков вентиляционной сети.

При выборе вентилятора по его производительности (L) также делают 10% запас.

Вентилятор снабжается электродвигателем, мощность которого определяется по следующей формуле.

. (9)

Здесь L_p – результирующая производительность вентилятора, _в – КПД вентилятора, _рп – КПД ременной передачи.

Конкретная марка вентилятора и электродвигателя определяется по справочникам с учетом всех рассчитанных характеристик.

Рассмотрим искусственные вентиляционные системы.

По области действия они бывают местными и общеобменными.

Местные имеют привязку к конкретным рабочим местам, общеобменные обеспечивают вентиляцию в целых помещениях.

По направлению движения воздуха вентиляционные системы бывают приточными (см. рис. 3,а), вытяжными (см. рис. 3,б) и приточно-вытяжными (см. рис. 4).

Приточные обеспечивают приток свежего воздуха, вытяжные – удаление воздуха запыленного (в общем случае – загрязненного), приточно-вытяжные – обеспечивают полную циркуляцию воздуха.

Рисунок 3.

Приточная и вытяжная общеобменные вентиляционные системы

Здесь 1 – воздухоприемник для забора чистого воздуха; 2 – воздуховод; 3 – фильтр для очистки воздуха от пыли; 4 – калорифер; 5 – вентилятор; 6 – воздухораспределительное устройство (насадка); 7 – вытяжная труба для удаления воздуха; 8 – устройство для очистки удаляемого воздуха; 9 – воздухозаборные отверстия для удаляемого воздуха.

В приточной общеобменной вентиляционной системе в общем случае наружный воздух всасывается (1), очищается (3), нагревается (4) и распределяется по помещению (6).

В частных случаях фильтр для очистки воздуха и калорифер могут отсутствовать.

В вытяжной общеобменной вентиляционной системе в общем случае воздух производственного помещения всасывается (9), очищается (8) и удаляется из помещения (7).

В частных случаях фильтр для очистки удаляемого воздуха может отсутствовать.

Рисунок 4.

Приточно-вытяжная общеобменная вентиляционная система

Здесь 1 – клапан для регулирования количества свежего, вторично рециркулированного и выбрасываемого воздуха; 2 – воздуховод для системы рециркуляции; 3 – помещение, обслуживаемое приточно-вытяжной вентиляцией.

С помощью клапанов (1) регулируется объем воздуха подаваемого в помещение, удаляемого из него и воздуха циркулирующего в помещении по воздуховоду (2). Воздухораспределительные и воздухозаборные отверстия должны располагаться по отношению к рабочим местам и источникам пыли таким образом, чтобы оптимально обеспечить циркулирование свежего и запыленного воздуха в защищаемом помещении.

При проектировании вентиляционной системы необходимо определять площадь выходного сечения воздуховода (F) и диаметр воздуховода (d).

Площадь воздуховода зависит от допустимой скорости движения воздуха в воздуховоде (V) и объема вентилируемого воздуха (L). Они связаны следующим соотношением.

. (10)

Диаметр воздуховода (d) определяют по справочникам исходя из площади выходного сечения (F).

Рассмотрим местные вентиляционные системы, как средство защиты от пыли.

Как средство защиты от пыли местные вентиляционные системы реализуются в виде вытяжных шкафов, вытяжных зонтов, отсосов у станков и воздушного душирования. Первые два вида могут работать на естественной и искусственной вентиляции.

Рассмотрим вытяжной шкаф с естественной вытяжкой (см. рис. 5).

Рисунок 5.

Схема вытяжного шкафа

Здесь 1 – уровень нулевых давлений; 2 – эпюра распределения давлений в рабочем отверстии; Т₁ – температура воздуха в производственном помещении; Т₂ – температура газов с пылью внутри шкафа.

Объем воздуха удаляемый вытяжным шкафом с естественной вычисляется по следующей формуле.

. (11)

Здесь h – высота открытого проема шкафа (м), Q – количество тепла, выделяемого в шкафу (ккал/ч), F – площадь открытого (рабочего) проема шкафа (м²).

Необходимая высота вытяжной трубы (м) вычисляется по следующей формуле.

. (12)

Здесь _вх+вых – сумма всех сопротивлений прямой трубы на пути движения воздуха, d – диаметр трубы (м).

Вытяжной шкаф с естественной вентиляцией, естественно, может функционировать только в том случае, если температура удаляемого запыленного воздуха превышает температуру воздуха окружающей среды.

Вытяжной шкаф с искусственной вытяжкой внешне выглядит так же, как и с вытяжкой естественной. При этом в трубе настоящего вытяжного шкафа расположен вентилятор, создающий динамическое давление воздуха и искусственно вытягивающий воздух загрязненный вредными веществами (в том числе, пылью).

Объем воздуха удаляемый вытяжным шкафом с искусственной вычисляется по формуле (10).

Здесь V – средняя скорость всасывания в сечениях открытого проема (м/с).

Вытяжные зонты применяют, когда движение воздуха в помещении незначительно.

При естественной вентиляции вытяжным зонтом объем удаляемого воздуха вычисляется по следующей формуле.

. (13)

Здесь Q – количество конвективного тепла (Вт), F – площадь горизонтальной проекции поверхности источника тепловыделений (м²), H – расстояние от источника тепловыделений до кромки зонта (м).

Разумеется, естественная вентиляция вытяжным зонтом может функционировать только в условиях, когда в помещении присутствует достаточно мощный источник тепла.

При искусственной вентиляции расход воздуха, удаляемого зонтом вычисляется по формуле (10).

Рисунок 6.

Схема вытяжного зонта

Здесь D – диаметр вытяжного воздуховода; h(з) – высота развертки вытяжного зонта; h(б) – высота борта; H – расстояние от пола до вытяжного зонта; h – расстояние от источника пыли до вытяжного зонта; h(и) высота источника пыли; a и b – габариты источника пыли; A и B – габариты вытяжного зонта.

В частном случае, объемный расход воздуха L, удаляемого от заточных, шлифовальных и обдирочных станков, вычисляют в зависимости от диаметра круга станка d_кр (мм). При этом обычно для простоты руководствуются следующей таблицей.

Таблица 4.

Зависимость объема воздуха, удаляемого от станка от диаметра круга

Диаметр круга	Объем удаляемого воздуха
dкр<250 мм	L=2dкр
dкр(250 мм; 600 мм]	L=1,8dкр
dкр>600 мм	L=1,6dкр

Для удаления пыли от различных станков применяют пылеприемные устройства в виде защитно-обеспыливающих кожухов, воронок и т.п.

Расход воздуха, удаляемого воронкой, определяют по следующей формуле.

. (14)

Здесь V_н – начальная скорость вытяжного факела (м/с), равная скорости транспортирования пыли в воздуховоде, принимается для тяжелой наждачной пыли 14-16 м/с, для легкой минеральной – 10-12 м/с, l – рабочая длина вытяжного факела (м), k – коэффициент, зависящий от формы и соотношения сторон воронки: для круглого отверстия k=7,7, для прямоугольного с соотношением сторон от 1:1 до 1:3 принимается k=9,1, V_к – необходимая конечная скорость вытяжного факела у круга, принимается равной 2 м/с.

4.5. Средства коллективной защиты от пыли по расстоянию до источника и времени воздействия

Первым требованием, которое должно выполняться для обеспечения защиты от пыли по расстоянию и времени является систематический контроль уровня запыленности производственного помещения. Контроль осуществляют лаборатории центров санэпиднадзора и заводские санитарно-химические лаборатории. По результатам проводимого контроля принимается решение об аттестации рабочих мест.

Ответственность за поддержание допустимых условий труда возложена на администрацию предприятия.

Организация рационального режима труда, включая размещение рабочих мест, препятствующее работе вблизи источника пыли, рациональное размещение защитного оборудования – все это эффективный и дешевый способ защиты работников от вредного пылевого воздействия.

Рисунок 8.

Пример упрощенной схемы размещение рабочих мест, источников пыли

и приточно-вытяжной вентиляции

Здесь 1 – рабочее место; 2 – источник пыли; 3 – приточная вентиляция; 4 – вытяжная вентиляция; 5 – фильтр.

Отметим, что для удаления человека на безопасное расстояние от источника пыли можно применять перегородки и ограждения.

Изменение технологии производства, а именно, внедрение непрерывных технологий, автоматизация и механизация производственных процессов, дистанционное управление – все эти мероприятия позволяют удалить источник опасности из области деятельности человека и снизить время воздействия пыли на человеческий организм.