Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энергетические загрязнения биосферы. Учебное пособие
.pdf
В зависимости от класса опасности завод-изготовитель снабжает лазерную
установку определенными средствами защиты.
Лазеры III и IV классов снабжены экранами из огнестойкого неплавящегося
материала. Лазеры II-IV классов – сигнальными устройствами. Лазеры IV класса в
эксплуатацию должна иметься следующая документация:
- паспорт на лазерное изделие;
- инструкция по эксплуатации и технике безопасности;
- утвержденный план размещения лазерных изделий;
- санитарный паспорт.
При обслуживании лазерных установок необходимо предусматривать
организационные, технические, планировочные, санитарно-гигиенические меры
безопасности.
Приведение лазеров в рабочее положение блокируется с установкой экрана. В
зоне основного луча лазера исключается пребывание людей.
Лазеры IV класса размещают в отдельных помещениях, где стены и потолок
имеют матовую поверхность.
Для лазеров III-IV классов измеряют уровни шума и вибрации на рабочем
месте.
Для лазеров IV класса контролируют интенсивность ЭМП, ионизирующего
излучения и наличие токсичных веществ. При работе с ними используют защитные
маски. Юстировку (совокупность операций по регулировке оптических элементов
лазерного изделия для получения требуемых пространственно-энергетических
характеристик лазерного излучения) лазеров проводят в спецодежде и защитных
очках.
61
6 Излучения оптического диапазона
6.1 Тепловое загрязнение
По распространению и по масштабам воздействия тепловое загрязнение –
один из наиболее крупных видов физического загрязнения окружающей среды: с
довольно большой степенью достоверности можно объединять объёмы потребления
энергопотребителем топлива, горячей воды, пара одновременно с объёмами
теплового загрязнения прилегающего района.
Проблема теплового загрязнения имеет два измерения: глобальное
(планетарное) и локальное. Можно допустить, что в глобальном масштабе это
загрязнение пока невелико и составляет лишь 0,019 % от поступающей на Землю
солнечной радиации. То есть ситуация находится в рамках правила одного
процента. Гораздо более впечатляющи локальные очаги теплового загрязнения в
промышленных районах. Так, плотность потока антропогенного тепла от Земли на
территории ФРГ, в среднем, составляет 1,6 Вт/м
17 Вт/м
2
, в Берлине - 22 Вт/м2, в центре Манхеттена – 630 Вт/м
2
, в Вестфалии – 4,5 Вт/м2, в Руре –
2
, в зоне бумажной
фабрики – 2000 Вт/м2, на угольной ТЭС 1000 МВт – 24000 Вт/м2 [36]. Заметим, что
максимальная плотность потока солнечной радиации вблизи поверхности Земли
составляет 935 Вт/м2. Значит, тепловое загрязнение по ФРГ составляет, в среднем,
0,17 % от падающей на Землю радиации, а на отдельных территориях (в Руре,
например) достигает 2 % [17].
В большинстве промышленных стран установлены пределы теплового
загрязнения. Они относятся, как правило, к режимам водоёмов, так как по
сложившейся технологии отвода «тепловых отходов» водоёмы (реки, озёра, моря)
принимают основную часть сбросного тепла и наиболее страдают от теплового
загрязнения. В Европе принято, что вода водоёма не должна подогреваться больше,
чем на 3
воды в реках не должен превышать 3 ○С, а озёрах – 1,6
○
С по сравнению с естественной температурой водоёма. В США нагрев
○
С, в прибрежных водах
морей и океанов – 0,8 ○С летом и 2 ○С в остальное время [12]. В России, согласно
62
«Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами»,
действующим с 1975 г., температура воды в водоёмах хозяйственно-питьевого и
культурно-бытового назначения не должна повышаться более чем на 3
○
С по
сравнению со среднемесячной температурой самого жаркого месяца в последние
10 лет. Для водоёмов, в которых обитают холодноводные рыбы (лососевые и
сиговые), температура не должна повышаться более чем на 5 ○С с общим
повышением не более чем до 20 ○С летом и 5 ○С зимой.
В настоящее время около 30 % энергопотребления приходится на
электроэнергетику, 35 % – на отопление и горячее водоснабжение, 30 % – на
технологическое потребление тепла. Согласно статистике, из всех тепловых сбросов
18 % приходятся на отходы использования тепла, 22 % – отопления и горячего
водоснабжения и 42 % – теплоконденсации на ТЭС. Первый и третий виды сбросов,
как правило, отводят непосредственно в атмосферу, второй – через системы
водяного охлаждения. Если говорить о масштабах теплового загрязнения
атмосферы, то показательны такие оценки: от промышленного центра с
населением 2 млн. человек, с электростанциями суммарной мощностью
4600 МВт и нефтехимическими заводами шлейф тепловых загрязнений
распространяется на 120 км при ширине зоны загрязнения 50 км и высоте около
1 км [15].
6.2 Инфракрасное излучение
Инфракрасное излучение (ИК-излучение) – электромагнитное излучение,
занимающее спектральную область между красным концом видимого излучения
(с длиной волны 0,74 мкм) и KB радиоизлучением (от 1до 2 мм). Инфракрасную
область спектра обычно условно разделяют на ближнюю (от 0,74 до 2,5 мкм),
среднюю (от 2,5 до 50 мкм) и далёкую (от 50 до 2000 мкм).
Инфракрасное излучение открыто англ. учёным В. Гершелем в 1800 году.
Оптические свойства веществ (прозрачность, коэффициент отражения,
коэффициент преломления) в инфракрасном излучении, как правило, значительно
63
отличаются от оптических свойств тел в видимой области. Многие вещества,
прозрачные для видимого света, оказываются непрозрачными в некоторых областях
ИК- излучения, и наоборот. Так, слой воды толщиной в несколько сантиметров
непрозрачен для ИК-излучения с длиной волны более 1 мкм (поэтому вода часто
используется как теплозащитный фильтр).
Отражательная способность большинства металлов в инфракрасном
излучении значительно выше, чем в видимом свете, и возрастает с увеличением
длины волны. Например, коэффициент отражения алюминия, меди, серебра с
длиной волны 10 мкм достигает 98 %.
Проходя через земную атмосферу, ИК-излучение ослабляется в результате
рассеяния и поглощения. Азот и кислород воздуха не поглощают ИК-излучение и
ослабляют его лишь в результате рассеяния, которое, однако, для ИК-излучение
значительно меньше, чем для видимого света. Вода, углекислый газ, озон и др.
вещества, имеющиеся в атмосфере, селективно поглощают это излучение. Особенно
сильно его поглощают пары воды (полосы поглощения Н2О расположены почти во
всей ИК области спектра), а в средней ИК области – СО
. Наличие в атмосфере
2
взвешенных частиц дыма, пыли, мелких капель воды (дымка, туман) приводит к
дополнительному ослаблению ИК-излучения в результате рассеяния его на этих
частицах, причём величина рассеяния зависит от соотношения размеров частиц и
длины волны. При малых размерах частиц (воздушная дымка) ИК-излучение
рассеивается меньше, чем видимое излучение (это используется в ИК фотографии).
Приёмники инфракрасного излучения основаны на преобразовании его
энергии в другие виды энергии, которые могут быть измерены обычными
методами. В тепловых приёмниках поглощённое ИК-излучение вызывает
повышение температуры термочувствительного элемента, которое и
регистрируется. В фотоэлектрических приёмниках поглощённое ИК-излучение
приводит к появлению или изменению электрического тока или напряжения.
Используют ИК- излучение в научных исследованиях, при решении большого
числа практических задач, в военном деле и пр. Спектры испускания и поглощения
ИК-излучения исследуют с целью изучения структуры электронной оболочки
64
атомов, определения структуры молекул, а также для качественного и
количественного спектрального анализа. Благодаря различию коэффициентов
рассеяния, отражения и пропускания тел в видимом и ИК-излучении, фотографии,
полученные на инфракрасном преобразователе обладают рядом особенностей по
сравнению с обычной фотографией, например, на ИК снимках часто видны детали,
невидимые на обычной фотографии [8].
В промышленности ИК- излучение применяется для сушки и нагрева
материалов. На основе фотокатодов, чувствительных к излучению, созданы
электронно-оптические преобразователи, в которых невидимое глазом ИК
изображение объекта на фотокатоде преобразуется в видимое. На этом принципе
построены различные приборы ночного видения (бинокли, прицелы и др.),
позволяющие при облучении объектов инфракрасным излучением от специальных
источников вести наблюдение или прицеливание в полной темноте. При помощи
высокочувствительных приёмников излучения можно создавать системы
самонаведения на цель снарядов и ракет. ИК локаторы и дальномеры позволяют
обнаруживать в темноте объекты, температура которых выше температуры
окружающего фона, и измерять расстояния до них. ИК лазеры, помимо научных
целей, используются также для наземной и космической связи.
Эвапорографы и тепловизоры применяются в промышленности для
обнаружения перегретых участков машин или электронных приборов, для
получения температурных карт местности и т. д. Создание высокочувствительных
приёмников излучения позволило построить теплопеленгаторы для обнаружения и
пеленгации объектов, температура которых выше температуры окружающего фона
(нагретые трубы кораблей, двигатели самолётов и др.), по их собственному
тепловому излучению.
Так как инфракрасное излучение действует на организм человека аналогично
тепловому воздействию, применяются одинаковые мероприятия по защите от его
негативного влияния.
65
6.3 Защита от теплового излучения
В условиях производства источниками тепловых излучений могут быть
наружные стенки котлов и горячих трубопроводов, технологическое оборудование,
провода и кабели электросетей, электрические машины и аппараты и др.
Расплавленные и раскаленные металлы являются источниками инфракрасных
излучений.
Теплота излучения воздухом почти не поглощается, она передается от более
нагретых тел к телам с меньшей температурой, вызывая их нагревание.
Окружающий воздух нагревается не тепловым излучением, а конвекцией, т. е. при
соприкосновении с поверхностями нагретых тел. Превышение температуры воздуха
в помещении выше оптимальной вызывает нарушение нормальной терморегуляции
организма и может быть причиной расстройства сердечно-сосудистой системы. В
ряде случаев возможно внезапное заболевание, называемое тепловым ударом.
Санитарные нормы допускают воздействие теплоты излучения на организм
работающих в количестве не более 1,25 МДж/(м
2
∙ч) [9].
Температура нагретых поверхностей производственного оборудования и
ограждений на рабочих местах (печей, ванн и др.) не должна превышать 45 °С, а для
оборудования, внутри которого температура равна или ниже 100 °С, температура на
поверхности не должна превышать 35 °С.
Для защиты людей от вредного воздействия теплового излучения и высоких
температур применяют теплоизоляцию горячих поверхностей, например путем
обмазки наружных поверхностей котлов и трубопроводов горячей воды каким-либо
строительным раствором с наполнителем в виде стекловаты или асбеста. Общей
защитой от излучения могут служить экраны из малотеплопроводных материалов
(асбест, шифер), а в качестве средств индивидуальной защиты применяются
спецодежда (брезентовые или суконные костюмы), очки со светофильтрами, щитки
из органического стекла и др.
66
В горячих цехах существенную роль играет снабжение рабочих питьевой
подсоленной или газированной водой, употребление которой улучшает водный
баланс организма.
Борьба с тепловым загрязнением с инженерной точки зрения идентична
работе по энергосбережению. Чем на более высоком уровне находится
энергосберегающая политика и работа, тем более интенсивно ведётся борьба с
тепловым загрязнением. Положим, если бы удалось благодаря внедрению
источников освещения с высокой светоотдачей и систем автоматического
отключения источников уменьшить электропотребление на нужды освещения в два
раза, то соответственно примерно в два раза уменьшилось бы и тепловое
загрязнение, связанное с данным сектором энергопотребления. И так обстоит дело в
любом секторе энергопотребления: в системе отопления жилых и производственных
помещений, в сфере транспорта, в промышленных отраслях.
В проблеме теплового загрязнения присутствует и, по-видимому, будет
присутствовать такой аспект: всегда стремиться найти полезное применение
тепловым отходам, а не просто сбрасывать тепло. Ниже приведены некоторые
достаточно привлекательные способы утилизации тепловых отходов
электростанций:
1) орошение сельскохозяйственных земель (правда, это ведёт к
возрастанию безвозвратных потерь воды;
2) использование в тепличном хозяйстве;
3) подогрев свежей воды, поступающей на электростанцию, для
предупреждения осаждения солей на стенках трубопроводов;
4) поддержание северных морских гаваней в свободном ото льда состоянии;
5) аквакультура – разведение рыб для вылова, выращивание тепло-любивых
видов в северных районах;
6) получение дополнительной электроэнергии, например, с помощью
термоэлементов;
7) ликвидация туманов и очистка посадочных и рулевых дорожек при
обеспечении безопасности в аэропортах.
67
6.4 Ультрафиолетовое излучение
Ультрафиолетовое излучение (УФ-излучение) – неионизирующее
электромагнитное излучение оптического диапазона с длиной волны от 400 до 10
нм и частотой от 1013 до1016 Гц. Условно делится на ближнее (от 400 до 200 нм) и
дальнее, или вакуумное (от 200 до10 нм).
Солнце является источником радиации в широком диапазоне длин волн. До
поверхности Земли доходит УФ-излучение в диапазоне от 400 до 280 нм, более
короткие волны УФ-излучения Солнца поглощаются озоном стратосферы.
Избыточному воздействию солнечной радиации подвергаются люди, работа
которых связана с пребыванием на открытом воздухе (сельскохозяйственные
рабочие разных специальностей, строительные и железнодорожные рабочие,
спасатели, шахтеры открытых разработок, персонал солнечных электростанций и
др.).
Любой материал, нагретый до температуры, превышающей 2500 К, начинает
генерировать УФ-излучение. К источникам биологически эффективного УФизлучения можно отнести на газоразрядные и флуоресцентные лампы и источники
температурного (теплового) излучения. Наиболее важные типы газоразрядных ламп:
ртутные лампы низкого давления (большая часть излучаемой энергии имеет длину
волны 253,7 нм и соответствует максимуму противобактерицидной эффективности,
используется для борьбы с вредными микроорганизмами) и высокого давления (с
длинами волн 254, 297, 303, 313 нм – широко используются в фотохимических
реакторах, в печатном деле, для фототерапии кожных болезней); ксеноновые лампы
высокого давления (спектр близок к солнечному над стратосферой; применяются
так же, как ртутные); импульсные лампы (оптические спектры зависят от
использованного газа – ксенон, криптон,аргон, неон и др.) [15].
В люминесцентных лампах электрический дуговой разряд создается
в паре инертного газа при низком давлении. Спектр зависит от использованного
ртутного люминофора. К этим лампам относятся следующие источники излучения:
люминесцентные солнечные лампы (хороши для загара); источники невидимого
68
излучения (используются для обеспечения люминесценции в красках, чернилах, для
фототерапии).
Источниками теплового УФ-излучения является сварка кислородноацетиленовыми, кислородно-водородными, плазменными горелками.
Интенсивность различных диапазонов УФ-излучения при сварке зависит от многих
факторов, включая материал, из которого изготовлены электроды, разрядный ток
и газ, окружающий дугу.
Монохроматическое УФ-излучение генерируют лазеры. К ним относится
группа эксимерных лазеров с длинами волн 193, 248, 308, 351 нм. Основной
особенностью этих лазеров является, по мнению большинства исследователей,
отсутствие термического действия на биологические ткани, что позволяет
использовать их в медицине. УФ-эксимерным лазерам находят применение при
обработке металлов (серебро, золото, медь), пластмасс, стекла, керамики,
комбинированных материалов. Эксиплексные лампы способны заменить лазеры
там, где требуются мощные источники УФ-излучения.
Воздействие УФ-излучения приводит в первую очередь к ряду специфических
изменений в коже и органе зрения. Установлено, что оно может сопровождаться и
общими неблагоприятными реакциями организма. Наиболее подвержен
повреждающему действию УФ-излучения зрительный анализатор. Острые
поражения глаз, например, электроофтальмии (фотоофтальмии), представляют
собой острый конъюнктивит. Заболеванию предшествует латентный период,
продолжительность которого чаще всего составляет 12 часов. Проявляется
заболевание ощущением наличия постороннего тела (песка) в глазах, светобоязнью,
слезотечением, блефароспазмом. Нередко обнаруживается эритема кожи лица и век,
заболевание длится от 2 до 3 дней. С хроническими поражениями связывают
хронический конъюнктивит, блефарит, катаракту хрусталика. Профилактические
мероприятия по предупреждению электроофтальмий сводятся к применению
светозащитных очков или щитков при электросварочных и других работах.
Поражения кожи проявляются в виде острых дерматитов с эритемой, иногда
отеком, вплоть до образования пузырей. Наряду с местной реакцией могут
69
отмечаться общетоксические явления с повышением температуры, ознобом,
головными болями, диспепсическими явлениями. В дальнейшем наступают
гиперпигментация и шелушение. Классическим примером поражения кожи,
вызванного УФ-излучением, служит солнечный ожог. Хронические изменения
кожных покровов, вызванные УФ-излучением, выражаются в «старении»
(солнечный эластоз), развитии кератоза, атрофии эпидермиса; возможны
злокачественные новообразования. Для защиты кожи от УФ-излучения
используются защитная одежда, противосолнечные экраны (навесы и т. п.),
специальные кремы.
В целях профилактики неблагоприятного воздействия УФ-излучения важно
соблюдать гигиенические нормативы, в частности СН № 4557-88 «Санитарные
нормы ультрафиолетового излучения в производственных помещениях».
Минздравом России утверждены Методические указания № 5046-89
«Профилактическое ультрафиолетовое облучение людей». Наряду с перечнем
требований к облучательным установкам длительного и кратковременного действия,
контролю за УФ-облучением, проектированию и экспуатации УФ-оборудования,
этот документ устанавливает нормы УФ-облученности и дозы за сутки в
эффективных и энергетических единицах. Параметры УФ-облученности и суточной
дозы подразделяются на минимальные, максимальные и рекомендуемые. В качестве
одного из требований к облучательным установкам регламентируется диапазон УФизлучения от 280 до 400 нм.
Максимальные уровни УФ-облученности не должны превышать:
- 45 мВт/м2 – от люминесцентных ламп в рабочих помещениях
промышленных и общественных зданий, в помещениях детских больниц и
санаториев при продолжительности ежесуточного облучения от 6 до 8 ч;
- 16,5 мВт/м2 – от облучательных установок длительного действия с
осветительно-облучательными лампами независимо от времени облучения, вида
помещения и возраста облучаемых;
- 7,2 Вт/м2 для взрослых и 4,8 Вт/м2 для детей – от облучательных установок
кратковременного действия (в фотариях).
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]