5. Способы защиты от тепловых излучений

В зависимости от условий работы, характера и местонахождения источника излучения применяют следующие способы защиты: ограничение времени воздействия излучения, расположение рабочего места на безопасном расстоянии от источника, теплоизоляцию источника, экранирование источника, экранирование рабочего места, экранирование обслуживающего персонала индивидуальными средствами защиты.

Защита ограничением времени воздействия применяется тогда, когда нет возможности снизить интенсивность излучений до допустимой величины. В этом случае, в зависимости от интенсивности излучений, ограничивается время нахождения человека в зоне излучения (см. табл. 1).

Защита «расстоянием» является наиболее простым методом. Он вполне применим для персонала, которому при выполнении работы нет необходимости находится вблизи источников излучения, а также в случаях возможности дистанционного управления и автоматизации производственных процессов. Безопасное расстояние определяют из уравнения (1.10), решив его относительно (х)

х= , м (1.11)

Тепловая изоляция – эффективное и самое экономичное мероприятие не только по уменьшению интенсивности инфракрасного излучения от нагретых поверхностей / печей, сосудов, трубопроводов и др./, но и от общих тепловыделений, а также для предотвращения ожогов при прикосновении к этим поверхностям и сокращении расходов топлива. По действующим санитарным нормам температура нагретых поверхностей оборудования и ограждений на рабочих местах не должна превышать 45ºС. При этом доля инфракрасного излучения с понижением температуры уменьшается, благодаря чему интенсивность облучения персонала при устройстве теплоизоляции снижается в значительно большей степени, чем общее тепловыделение. Большое значение имеет применение внутренней теплоизоляционной футеровки для снижения рабочих температур конструкций и оборудования.

Для теплоизоляции применяют самые разнообразные материалы и конструкции / специальные бетоны, легковесный кирпич, минеральную и стеклянную вату, асбест, войлок и др./. широкое распространение находит смешанная изоляция из нескольких различных слоев. Целесообразно устраивать алюминиевые кожухи снаружи теплоизоляции.

Охлаждение теплоизолирующих поверхностей – для снижения тепловых _излучений от наружных поверхностей применяется водяное охлаждение. При этом температура наружной поверхности не превышает температуры отходящей воды 35-50 ºС. Расход воды на охлаждение, кг/с:

σ =, (1.12)

где Ф – тепловой поток, Вт; С – удельная теплоемкость воды, Дж/кг · К;

∆t – разность температур уходящей и поступающей воды, К.

Основной недостаток водоохлаждения – опасность взрыва в случае утечки воды из системы охлаждения и контакта ее с жидким металлом и нагретыми материалами или перегрев воды и парообразование внутри охлаждаемого элемента в результате появления накипи, что ведет к нарушению циркуляции воды.

Защита путем экранирования источника излучения или рабочего места основана на принципе отражения и поглощения тепловых излучений материалом экрана. По принципу действия экраны подразделяются на теплоотражающие, теплопоглотительные и теплоотводящие. Это подразделение условно, так как каждый материал обладает способностью отражать, поглощать и отводить тепло. Отнесение экрана к той или иной группе производится в зависимости от того, какая способность более сильно выражена.

Прозрачные экраны и область их применения

В настоящее время для прозрачных экранов применяют стекла силикатные, кварцевые и органические (плексиглас), а также воду в слое и дисперсном состоянии.

Защитные свойства прозрачных экранов заключается в отражении поверхностями экрана и поглощении его веществом тепловых излучений.

Для общего усиления поглощения тепловых излучений или усиления поглощения в определенном диапазоне спектра излучения в массу вещества экранов вводят различного рода добавки. Например, оконное стекло хорошо поглощает тепловые лучи длиной свыше 4 мкм. Введение в массу оконного стекла 0,5 – 1,5 % закиси железа усиливает поглощение тепловых лучей в диапазоне 0,75 – 2,0 мкм.

Отражательную способность стекол усиливают путем нанесения на одну или обе стороны поверхностей тонких (менее 1 мкм) пленок на основе двуокиси олова, легированной добавками ряда элементов. Кроме того, при нанесении пленок отражательная способность защитных экранов из стекол расширяется в коротковолновую область инфракрасного излучения. Так стекло без покрытия начинает заметно отражать лучи с длиной волны от 2 мкм и более, с односторонним покрытием – с 1,5 мкм и двухсторонним – с 1,0 мкм, что охватывает почти всю область промышленных источников тепловых излучений.

Основные характеристики экранов из стекла и оргстекла и область их применения приведены в табл. П. 1.1 Коэффициенты отражения поверхностей и пленок (К₁, К₂) в табл. 1.1 представлены в удобном виде для расчета на ЭВМ (К₁ = I + α₁,К₂ = I + α₂ , где α_1, α₂ – фактические коэффициенты отражения соответственно поверхностями и пленками экранов).

К прозрачным теплоотводящим относятся и вододисперсные экраны. Они представляют собой плоскую воздушную струю со взвешенными в ней капельками воды радиусом 10 – 15 мкм. Вододисперсную смесь получают в форсунках при помощи сжатого воздуха. Одна форсунка создает факел размером в среднем 0,15Х0,15 м. Форсунки устанавливают через 0,10 – 0,15 м.

Эффективность вододисперсных завес в диапазоне длин волн от 1 до 3 мкм практически постоянна. Коэффициент эффективности вододисперсных завес составляет около 0,75. Она эффективно работает при интенсивностях теплового излучения до 10 кВт/м². Светопропускание через вододисперсную завесу толщиной 0,10 – 0,15 м составляет 50 – 60 %.

Снижение тепловой лучистой энергии прозрачным телом описывается законом Бугера

(1.13)

где Е₀ – интенсивность теплового излучения без экрана;

α – коэффициент отражения излучения поверхностью материала;

Δ – толщина прозрачного тела;

μ – коэффициент, характеризующий поглотительную способность прозрачного тела.

Алгоритм расчета прозрачных экранов:

1. Выбирают материал для экрана по допустимой тепловой нагрузке;

2. Выбирают вид отражающих пленок;

3. Из формулы 1.13 вычисляют необходимую толщину материала экрана (Δ).

В ПГТУ многовариантный расчет прозрачных экранов студенты делают на ПК по методическим указаниям, разработанным на кафедре ОТ и ОС.

Отражающие экраны и область их применения.

Теплоотражающие экраны изготовляют из материалов с высокой степенью отражения тепловых излучений. В качестве отражающих материалов применяют альфоль (алюминиевую фольгу), алюминий листовой полированный, белую жесть и алюминиевые краски. Отражающие материалы характеризуются коэффициентом отражения (α_отр) и предельно допустимой температурой на поверхности материала (Т_д.м). Для отражения инфракрасных лучей большое значение имеет состояние поверхности. Гладкие и полированные поверхности отражают инфракрасные лучи значительно лучше, чем шероховатые.

Основные теплоотражающие материалы имеют коэффициент отражения (α_отр) в пределах от 0,75 до 0,95, длительно выдерживают нагрев поверхности до температуры 623 – 723 ºК.

Расчет отражающих экранов заключается в определении числа слоев экрана при выбранном материале, интенсивности излучения и допустимой ее величине.

Количество отражающих слоев экрана, снижающего интенсивность излучения в m раз, определяется по формуле

, (1.14)

где - требуемый коэффициент снижения интенсивности излучения;

_1-э – приведенная степень черноты источника излучения и отражающей поверхности материала экрана;

­_1-2 – приведенная степень черноты противоположной стороны экрана от источника и поверхности кожного покрова человека или его одежды.

В ПГТУ многовариантный расчет отражающих экранов студенты делают на ПК по методическим указаниям, разработанным на кафедре ОТ и ОС.

В качестве теплоотводящих экранов используют металлические заслонки и щиты, футерованные огнеупорным или теплоизоляционным кирпичом, асбестовые щиты на металлической раме, сетке или листе и другие теплоизоляционные конструкции.

Футерованные экраны применяют при интенсивности облучения до 10500 Вт/м², асбестовые – 3500 Вт/м². Коэффициент эффективности футерованных экранов равен 0,3, асбестовых – 0,6.

Теплоотводящие экраны представляют собой сварные или литые конструкции, охлаждаемые протекающие внутри водой. Их можно футеровать с одной стороны, и в этом случаев теплоотводящие экраны применяются при любых встречающих в практике интенсивностях облучения, нефутерованные – при интенсивности 5000 – 14000 Вт/м², орошаемые щиты – 700 – 3500 Вт/м².

Теплоотводящие экраны при достаточном охлаждении практически теплонепроницаемые. Расход воды на охлаждение определяется из теплового баланса экрана, кг/с:

(1.15)

Коэффициент 0,93 учитывает неполноту поглощения падающего на экран излучения.

Таблица П. 1.1.

Кроме мер, направляемых на уменьшающие интенсивности теплового излучения на рабочих местах, предусматривают такие условия, при которых обеспечивается отдача тепла человека непосредственно на месте работы.

Это осуществляется созданием оазисов и душирования, с помощью которых непосредственно на рабочее место направляется воздушный поток определенной температуры и скорости в зависимости от категории работы, сезона года и интенсивности инфракрасной радиации.

При интенсивности инфракрасного облучения до 350 Вт/м² скорость движения воздуха на рабочих местах должна быть увеличена на 0,2 м/с по сравнению с величинами, рекомендованными ГОСТ.

Если техническими средствами защиты невозможно обеспечить снижение интенсивности инфракрасного излучения на рабочих местах до 350 Вт/м², то необходимо применять воздушное душирование.

В качестве индивидуальных защитных средств от тепловых излучений применяют теплозащитные костюмы, маски и очки. Теплозащитные костюмы изготавливают из полульняной алюминизированной ткани. Такая ткань сохраняет гибкость, мягкость и защитный слой при любых изгибах. Она выдерживает температуру до 573 К. Коэффициент отражения лучистого тепла алюминизированной тканью составляет 0,55 – 0,60, ее масса 0,4 кг/м². Предел применения 10,5 кВт/м² при кратковременной работе и 8,4 кВт/м² при длительной.

Теплозащитные маски выпускают в виде щитков из оргстекла (плексигласа), мелкоячеистой металлической сетки или их комбинации.

Сетки из латунной проволоки задерживают до 30 %, а прозрачное оргстекло около 22 % теплового излучения.

Защитные очки от теплового излучения изготавливают из стекла, в состав которого введены красящие добавки (кобальт) для усиления поглощения лучистой энергии. Применяют светофильтры из стекол СС – 4 ( синее стекло) и СЭС – 22 (сине – зеленое стекло). Стекло СЭС – 22 практически непроницаемое для излучения спектра от 0,63 до 1,5 мкм.