Зниження забрудненості повітря робочої зони при формуванні поліамідних ниток

Размещено на http://www.allbest.ru

1

Державний комітет України з промислової безпеки,

охорони праці та гірничого нагляду

Національний науково-дослідний інститут

промислової безпеки та охорони праці

ДЕНИСОВА НАТАЛЯ МИКОЛАЇВНА

УДК 677.494.017.85:613.14/15(043.3)

зниження забрудненості повітря робочої зони

при формуванні поліамідних ниток

Спеціальність 05.26.01 - Охорона праці

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному науково-дослідному інституті промислової безпеки та охорони праці Державного комітету України з промислової безпеки, охорони праці та гірничого нагляду.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор,

Ткачук Костянтин Нифонтович,

кафедра охорони праці, промислової та цивільної безпеки Національного технічного університету України ”КПІ”.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Лапшин Олександр Єгорович,

кафедра рудникової аерології та охорони праці Криворізького технічного університету;

- кандидат технічних наук, доцент Клейнер Юрій Якович,

кафедра опоряджувального виробництва Київського національного університету технології та дизайну.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного науково-дослідного інституту промислової безпеки та охорони праці за адресою: 04060, м. Київ, вул. Вавилових, 13.

Автореферат розісланий „23” серпня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук М.В. Ігнатович

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТКА РОБОТИ

Актуальність теми. Забезпечення належних умов праці на виробництвах є одним з найважливіших соціальних завдань. Виробництво синтетичних волокон належить до галузей зі шкідливими та небезпечними умовами праці. Під час формування полі-е-капроамідних (поліамідних - ПА) ниток, одних з найбільш поширеніших, у повітря робочої зони виділяються шкідливі речовини, які призводять до розвитку захворювань органів дихання. Так захворюваність апаратників формування ПА ниток на органи дихання в 3 рази перевищує показники виробництв з безпечними умовами праці.

Технологічний процес формування супроводжується інтенсивним виділенням забруднюючих речовин - низькомолекулярних сполук капролактаму (НМС КЛ), що спричиняє перевищення ГДК аерозолю капролактаму в повітрі робочої зони у 3-4 рази (ГДК_кл=10 мг/м³). З метою покращення санітарно-гігієнічних умов праці та зменшення рівня захворюваності працюючих необхідними є дослідження в напрямку зниження забрудненості повітря при формуванні ПА ниток. Важливим завданням на цьому шляху є досягнення стандарту ЄС зі вмісту аерозолю КЛ у повітрі робочої зони, що становить 5 мг/м³.

Відомо, що дотепер основними методами зниження забрудненості повітря робочої зони формувальної дільниці є установка формувальних машин закритого типу та використання систем вентиляції. Як свідчить статистика ці методи не є досконалими та мають ряд недоліків через те, що спрямовані на усунення наслідків, а не на причину виникнення забруднення. З цієї позиції перспективним завданням є впровадження технологічних методів. Варто зазначити, що обмеження їх розвитку обумовлене протиріччям між якістю продукції та зменшенням виділень. Тому розробка та удосконалення технологічних та існуючих інженерно-організаційних методів зниження забрудненості повітря при формуванні ПА ниток, зі збереженням їх якості, є актуальною науково-технічною задачею

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках наукової тематики ВАТ „Хімтекстильмаш” та науково-дослідних робіт Чернігівського державного технологічного університету: „Исследование влияния технологических факторов, испытание и модернизация оборудования для усовершенствования научно-технической продукции нитей на основе полиамида” (№ ДР 0107U012900), „Освоение научно-технической продукции - окрашенных и неокрашенных нитей и ниток” (№ ДР 0105U007777), „Дослідження впливу виробничих факторів з метою підвищення ефективності засобів охорони праці” (№ ДР 0106V002522), у яких автор брав участь у перших двох - виконавцем, в останній - відповідальним виконавцем.

Мета і завдання досліджень. Метою роботи є зниження забрудненості повітря робочої зони за рахунок регулювання параметрів технологічного процесу в діапазоні збереження якості продукції та зменшення негативного впливу забруднюючих речовин на здоров'я апаратників формування ПА ниток.

Для досягнення поставленої мети визначені наступні задачі досліджень: забрудненість повітря негативний здоров'я працюючий

- дослідження джерел та факторів, що впливають на процес утворення забруднюючих речовин у повітрі формувальної дільниці;

- розроблення методики проведення досліджень та контролю виділень забруднюючих речовин з поверхні ниток, що формуються;

- встановлення діапазону зміни технологічних параметрів для зменшення інтенсивності виділень зі збереженням якості продукції;

- дослідження інтенсивності виділень забруднюючих речовин та розроблення математичної моделі процесу;

- розроблення комплексу методів зниження забрудненості повітря та зменшення негативного впливу на здоров'я працюючих базуючись на результатах досліджень інтенсивності та розподілу виділень у повітрі формувальної дільниці.

Об'єкт дослідження - процес утворення та розповсюдження забруднюючих часток в повітрі дільниць формування поліамідних ниток.

Предмет дослідження - шляхи зниження забрудненості повітря робочої зони та зменшення негативного впливу на апаратників формування поліамідних ниток.

Методи дослідження. Для контролю параметрів повітряного середовища використовували стандартну методику ДСН - 3.3.6.042-99. Контроль технологічних параметрів виробничого процесу та якісних характеристик ниток проводили за методиками ДСТУ ГОСТ 2263-2002. Зони ежекції та турбулентності в обдувній шахті досліджували за допомогою направленого потоку мильних бульбашок. Для експериментальних досліджень виділень НМС та їх розподілу в повітрі робочої зони використовували розроблений точковий метод оцінки. Результати експериментів обраховували методами математичної статистики та системного аналізу (двофакторний дисперсійний аналіз впливу відстані та часу знаходження апаратників в забрудненій зоні, метод найменших квадратів для розробки математичних моделей виділень забруднюючих речовин та прогнозного керування притиком повітря, метод математичного лінійного програмування з пошуком мінімальних значень для знаходження безпечних мінімально забруднених зон). Використовували комп'ютерні програми Microsoft Excel, Calс із пакету Oрen Office та MathCad.

Основна ідея роботи полягає у зниженні інтенсивності виділень забруднюючих речовин за рахунок зміни технологічних параметрів разом з удосконаленими інженерно-організаційними методами в діапазоні збереження якості продукції.

Основні наукові положення, що виносяться на захист.

1. Виявлена закономірність зміни інтенсивності виділень НМС в повітрі робочої зони від параметрів процесу формування (температури формування та тиску обдувного повітря), що підпорядковується експоненційній закономірності, в показнику якої вони змінюються в межах 543?t_ф ?568 К, 350?Р?540 Па.

2. Отримана залежність прогнозної концентрації забруднюючих речовин у повітрі робочої зони дільниці формування поліамідних ниток, що є прямо пропорційною інтенсивності надходжень НМС та зворотно пропорційною об'єму припливного повітря, що подається на виробничу дільницю.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше розроблено модель процесу виникнення забруднюючих часток з гарячої нитки, що формується, яка відрізняється від відомих тим, що дозволяє оцінити інтенсивність виділень НМС в залежності від температури формування та тиску обдувного повітря.

2. Вперше встановлено максимуми виділень за висотою обдувної шахти та можливість зміни їх розташування шляхом керування технологічними параметрами, що дозволяє при виведенні максимуму із зони дихання в нижню частину обдувної шахти знизити негативний вплив забруднюючих часток НМС завдяки зміні їх форми та розміру від голчатої (0,5-70 мкм) до кульової або форми паралелепіпеду (більше 110 мкм).

3. Вперше визначено мінімально забруднену зону виробничої дільниці для встановлення пункту керування обладнанням та науково обґрунтована необхідність зменшення тривалості робочої зміни апаратників, що базується на результатах розподілу інтенсивності виділень НМС із застосуванням методів лінійного програмування та дисперсного аналізу.

4. Удосконалено експериментальний метод оцінювання інтенсивності виділень забруднюючих речовин з поверхні поліамідних ниток, що формуються, який відрізняється від існуючих використанням електростатичних сил та адсорбційних властивостей мідних поверхонь з полярними групами НМС.

5. Набули подальшого розвитку принципи керування загально обмінною вентиляцією з урахуванням розробленої моделі виділень та залежності прогнозної концентрації виділень, що дозволяє при зміні технологічних режимів або продуктивності обладнання зменшити негативний вплив НМС на апаратників формування.

Обґрунтованість та достовірність наукових результатів, висновків та рекомендацій обумовлена використанням положень теорії тепло-масообміну та врахуванням специфіки умов формування, збіжністю аналітичних та експериментальних результатів та отриманням прогнозованого ефекту у виробничих умовах.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що на основі запропонованої моделі процесу виділень забруднюючих речовин при формуванні поліамідних ниток розроблено залежність інтенсивності виділень НМС від параметрів керування технологічним процесом (температури формування та тиску обдувного повітря); складено алгоритм проведення технологічних заходів зі зменшення забрудненості повітря робочої зони без погіршення якості ниток; розроблено рекомендації щодо методики планування працеохоронних заходів. Розробки передано до впровадження на виробництво ВАТ „Чернігівське „Хімволокно” та в навчальний процес Чернігівського державного технологічного університету. Розроблено, запатентовано та передано до впровадження індивідуальний пристрій контролю забруднення повітря робочої зони апаратників.

Особистий внесок здобувача в друкованих працях, опублікованих у співавторстві дисертанту належать: у [1, 2, 3] - аналіз статистичного матеріалу ВАТ „Чернігівське „Хімволокно” щодо захворюваності органів дихання, завантаженості виробництва та динаміці зміни концентрацій капролактаму в повітрі робочої зони, розробка методики дослідження питомого показника захворюваності органів дихання апаратників; у [4] - відбір проб, аналіз результатів, розрахунок параметрів забруднюючих часток; у [5, 6] - формування гіпотези щодо механізму виділень, експериментальні дослідження швидкості руху повітря в обдувній шахті, інтенсивності виділень забруднюючих речовин, перевірка якісних та фізико-механічних показників поліамідних ниток; у [7] - експериментальне дослідження інтенсивності виділень НМС та розрахунок мінімально-забрудненої зони з використанням методу лінійного програмування пошуку мінімальних значень; у [9] - експериментальне дослідження накопичення осаду на зразках-індикаторах, розробка конструкції та перевірка роботи пристрою у виробничих умовах.

Апробація результатів дисертації. Основні етапи та результати досліджень доповідались та були обговорені на: Міжнародних науково-практичних конференціях „Техніка для хімволокон” (Чернігів, 2005-2007 рр.), „Екологічні проблеми водного та повітряного басейнів. Утилізація відходів” (Алушта, 2006 р.), „Охорона праці та соціальний захист працівників” (Київ, 2008 р.), наукових семінарах ННДІОПБ (Київ, 2007-2009 рр.), щорічних студентсько-викладацьких конференціях ЧДТУ (Чернігів, 2006-2010 рр.) та НТУУ „КПІ” (Київ, 2008-2009 рр.).

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 9 статей в наукових журналах, збірниках праць та тез доповідей, з них 6 публікацій - в фахових виданнях України (з них 1 стаття без співавторів) та 1 патент.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел зі 102-ма найменуваннями та 8 додатків, містить 35 рисунків, 27 таблиць. Загальний обсяг роботи становить 135 сторінок, в тому числі 110 сторінок основного тексту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовано мету та завдання дослідження, висвітлено наукову новизну роботи та практичну цінність результатів дослідження.

У першому розділі наведений огляд літературних джерел щодо проблеми забрудненості повітря робочої зони дільниць формування ПА ниток, розглянуті джерела забруднення повітря робочої зони апаратників формування поліамідних ниток, проведений аналіз факторів технологічного процесу, що мають вплив на процес виникнення та інтенсивність виділень НМС.

Відзначено, що в повітря робочої зони апаратників формування виділяються низькомолекулярні сполуки капролактаму (НМС КЛ) в кількості від 0,2 до 0,35 % від загальної кількості переробленої сировини. Основну частину забруднюючих часток складають мономери та димери капролактаму. Вони мають різні температури плавлення та кипіння і в умовах виробничих температур (від 293 К до 555 К) неоднаковий фазний стан. Тому в повітрі робочої зони присутня нестаціонарна паро-газова повітряна суміш, що піддається постійній дії термоокисної деструкції, продукти якої мають особливо токсичний вплив на організм людини. Тому зниження інтенсивності виділень цих речовин має першочергове значення.

Аналіз впливу стратегічних та оперативних параметрів керування процесом формування на інтенсивність виділень НМС з ниток, що формуються, показав, що в умовах виробництва доцільно варіювати параметрами тиску обдувного повітря та температурою формування для зменшення інтенсивності виділень. При цьому температура середовища (t_НС), яка залежить від інтенсивності повітря, що подається в обдувну камеру (Q_об) і характеризується тиском перед напірною камерою (Р) та від температури формувального блоку (температури формування - t_ф) впливає на швидкість охолодження нитки та інтенсивність випаровування НМС.

З'ясовано, що процес виділення забруднюючих часток НМС з поверхні гарячих ниток при формуванні в навколишнє середовище складається з 3 стадій: дифузії з центральної частини („ядра”) на поверхню нитки („сорочку”); перехід НМС з поверхні у граничний шар (ГШ), що виникає внаслідок руху нитки від фільєри до пристрою намотування; масообмін між ГШ та навколишнім середовищем (НС). В залежності від характеру руху повітря в ГШ формуються зони підвищеної турбулентності, де частки НМС виділяються в НС за механізмом конвекції (рис. 1).

Рис. 1. Схематичне зображення коробу обдувної шахти:

1 - фільєра;

2 - підфільєрна зона;

3 - камера місцевого відсмоктування;

4 - зони підвищеної турбулентності повітря ГШ;

5 - супроводжувальна шахта;

6 - комплексний пучок елементарних ниток;

7 - напрямок обдувного повітря.

Зони підвищеної турбулентності:

а) верхня частина шахти з максимальною швидкістю руху обдувного повітря, що співпадає з зоною розташування камери місцевого відсмоктування (до 0,3 м від фільєри);

б) зона де Rе наближується до 300000 (від 0,6 до 0,9 м) та залежить від температури формування та тиску обдувного повітря;

в) нижня частина обдувної шахти на вході у супроводжувальну шахту (від 1,5 до 1,8 м), де ГШ порушується завдяки зустрічному потоку повітря з дільниці намотування.

Виходячи з існування зон підвищеної турбулентності, можна очікувати, що виділення НМС за висотою шахти є нерівномірним. Але наведені на основі аналізу теоретичного матеріалу припущення експериментально не підтверджені через відсутність методики, що дозволяла би оцінити інтенсивність виділень в досить малих зонах.

Відомо, що для контролю забрудненості повітря НМС КЛ використовується хроматографічний метод в поєднанні з калориметричним визначенням. Але для дослідження інтенсивності виділень за висотою обдувної шахти існуюча методика не може бути використана оскільки має ряд недоліків, пов'язаних з трудомісткістю, довготривалістю та недостатньою селективністю. Тому розробка методики проведення досліджень, що давала б можливість оцінити механізм виділень забруднюючих речовин з поверхні ПА ниток, що формуються, є одною з важливих задач роботи.

Аналіз сучасного досвіду показав, що серед основних методів зниження забрудненості повітря робочої зони та засобів захисту працюючих найбільш поширеними є застосування закритих обдувних шахт, систем загальної та місцевої вентиляції, засобів індивідуального захисту органів дихання. Але розроблені методи мають ряд недоліків, що обмежують їх використання. Так відомо, що постійне використання ЗІЗОД працівниками призводить до появи помилок та дискомфорту в обслуговуванні машин та як наслідок зниження працездатності. Основними недоліками закритих шахт є перешкоди в обслуговуванні та управлінні технологічним процесом, неповне видалення НМС з робочої зони (15 % від їх загальної кількості відносяться з ниткою), складність очищення великих об'ємів обдувного повітря (350 - 500 м³/год замість 60 - 70 м³/год - у відкритих шахтах) і висока собівартість самої конструкції.

На підставі проведеного аналізу сформульовано мету та завдання досліджень, визначено об'єкт, предмет і методи виконання роботи, які наведені у вступі.

В другому розділі обрано напрям та розроблено методику проведення досліджень. В основу вибору напряму дослідження крім аналізу теоретичного матеріалу покладено результати аналізу статистичного матеріалу ВАТ „Чернігівське „Хімволокно”, найбільшого в Європі виробника хімічних волокон. Вплив концентрацій КЛ у повітрі робочої зони дільниці формування та завантаженості виробництва на захворюваність органів дихання апаратників за період 2003-2008 рр. наведені на рис.2.

Рис. 2. Динаміка зміни:

1 - варіативності значень концентрації КЛ в повітрі робочої зони формувальної дільниці (С_кл);

2 - завантаженості цеху (В_кл)

3 - захворюваності органів дихання апаратників прядильного цеху ВАТ Чернігівське „Хімволокно” (ж);

4, 5 - ГДК за стандартами України та ЄС відповідно;

6, 7 - середньорічної концентрації С_кл в повітрі плавильної частині та формувальної частини машини ПП-1-1000-Ир відповідно.

Аналіз наведених даних показав, що:

1) одночасно зі зміною С_кл, що залежить від завантаженості виробництва В_кл, змінюється й кількість перевищень ГДК (П_р) - від 8,3% при С_кл=6,9 мг/м³ до 41,1% при С_кл=9,65 мг/м³: П_р = -63,99+10,51·С_кл, (R=0,60);

2) захворюваність органів дихання працюючих (ж) прямо пропорційна концентрації С_кл: ж = а + b·С_кл, де а - визначає відносно постійну кількість хвороб органів дихання, що не залежать від виробничих умов, b·С_кл - критерій збільшення кількості захворювань, зумовлених дією підвищених концентрацій шкідливих речовин в повітрі виробничої дільниці: ж = 44,84 + 8,53·С_кл, (R=0,85).

Таким чином, кількість перевищень ГДК стає незначною при С_кл=5,0 мг/м³, що відповідає вимогам міжнародних стандартів. Для досягнення такого рівня необхідно знизити середнє значення С_кл = 8,15 мг/м³, на 35- 40%, знижуючи інтенсивність виділень зі збереженням об'ємів та якості продукції.

Зниження коливань С_кл, що виникають внаслідок зміни завантаженості виробництва, технологічних параметрів та при виконанні робіт із запуску або зупинці формувальних машин, очищення обдувних шахт парою та ін. можливо за рахунок удосконалення існуючої системи загальнообмінної вентиляції шляхом розроблення та впровадження її прогнозного керування. Оскільки повністю виключити перевищення ГДК внаслідок використання відкритих обдувних шахт неможливо, то крім розробки технологічного методу зниження інтенсивності виділень необхідним є проведення комплексного дослідження, направленого на мінімізацію негативного впливу забрудненого повітря на апаратників формування. Комплекс повинен включати розробку рекомендацій з розміщення пункту керування обладнанням, обґрунтування тривалості робочої зміни, використання пристроїв контролю забрудненості повітря.

Для дослідження стану повітряного середовища в якості дослідницької установки обрано окреме робоче місце формувальної машини ПП-1-1000-Ир на працюючому виробництві ВАТ „Чернігівське „Хімволокно”. Вибір саме цього типу машин обумовлено мінімальним часом знаходження розплаву в плавильному пристрої (біля 0,03 год.), що дозволяє мінімізувати вплив коливань температури плавлення на інтенсивність виділень, а розміщення на працюючому виробництві дозволяє враховувати фактори, які неможливо моделювати у лабораторних умовах.

Розробка методики проведення досліджень базується на теоретичних та серії експериментальних досліджень в лабораторних та виробничих умовах з визначенням стабільних зон швидкості та температури обдувного повітря, а також порівнянням властивостей матеріалу зразків-індикаторів (залізо, алюміній, мідь). В результаті розроблено метод точкової оцінки інтенсивності виділень, що базується на властивостях підвищеної адгезії часток НМС до мідних поверхонь (зумовлено електростатичною взаємодією між полярними групами молекул забруднюючих часток та металу, який має тонку окисну плівку та низьку роботу виходу електрону з атому). Використання наведеного дозволяє оцінити розподіл інтенсивності виділень НМС на невеликих ділянках, в різних напрямках та під будь-яким кутом нахилу. Розроблена методика для машини ПП-1-1000-Ир включає наступне:

1) розмір мідних зразків-індикаторів 40x40 мм, дорівнює половині відстані між ниткою та стінками обдувної шахти;

2) зразки - індикатори розташовані на 13 рівнях за висотою обдувної шахти через кожні 0,15 м та на відстані 40 мм від переднього коробу шахти, в зоні незначних коливань температури та швидкості повітря;

3) час експозиції - 3 год., для надійного зважування та врахування розбігу результатів, викликаних нормальними коливаннями процесу формування;

4) кількість необхідних дослідів для забезпечення точності - не менше 3 разів послідовно; відносне відхилення не перевищує 10 % при довірчій ймовірності 0,95.

В третьому розділі обрано діапазон зміни технологічних параметрів для зменшення виділень НМС зі збереженням якості кінцевої продукції та наведено результати експериментальних досліджень щодо інтенсивності виділень забруднюючих речовин в повітрі робочої зони на шляху формування ПА ниток.

Встановлено, що в ділянці мінімальних значень подвійного променезаломлювання Дn (від 7,2 до 7,8 ·10^-3) температурою формування можливо варіювати в діапазоні від 543 до 568 К (зміна ? 25% до базових виробничих умов), а тиском обдувного повітря - від 350 до 540 Па (зміна ?70% до базових виробничих умов).

Аналіз отриманих експериментальних даних показав, що розподіл інтенсивності виділень НМС не корелює з епюром швидкості обдувного повітря, за виключенням зони „а” (рис.3).



Рис. 3. Інтенсивність виділень НМС (накопичення в середньому на зразку) () та швидкість обдувного повітря (V) вздовж шляху формування:

1, 2, 3 - середня інтенсивність виділень НМС, мг/год., при Р - 300 Па, 400 Па, 500 Па відповідно;

4, 5 - -«- при t_ф - 543 К, 568 К відповідно;

1^/, 2^/, 3^/ - швидкість обдувного повітря, м/с, при Р - 300 Па, 400 Па, 500 Па відповідно;

а, б, с - інтервали максимумів виділень (зони турбулентності повітря ГШ).

Зі збільшенням тиску обдувного повітря, крім зменшення інтенсивності виділень НМС, також змінюється розташування максимумів виділень та при значенні тиску 500 Па з'являються лише два незначних максимальних значення на рівнях l_х=0,25 м та 1,45 м. Ефект зміщення максимумів виділень вниз при збільшенні тиску обдувного повітря може бути використаний для відводу забруднень з зони дихання працюючих в нижню частину обдувної шахти.

Для аналізу впливу технологічних факторів - тиску обдувного повітря (Р) та температури формування (t_ф) на інтенсивність виділень НМС з поверхні гарячої нитки, що формується, проведено дослідження інтенсивності накопичення НМС на зразках-індикаторах сумарно та в зоні дихання (l_х до 0,9 м від фільєри) за розробленою методикою. Отримані результати представлено на рис. 4.

а б

Рис. 4. Сумарна інтенсивність виділень НМС () по всій висоті шахти -(а) та зоні дихання працюючих в середньому на зразку () - (б) в залежності від t_ф - (1) та Р - (2).

В результаті проведених досліджень визначено, що зниження t_ф на 12-13 К призводить до зниження інтенсивності виділень забруднюючих речовин в повітря робочої зони приблизно на 25 % на базовому режимі Р=400 Па, а збільшення Р від 300 до 540 Па веде до зниження загальної інтенсивності виділень НМС приблизно в 1,7 разів, в зоні дихання - на 42%.

Якісні параметри отриманих ниток при зміні t_ф в діапазоні 543 -568 К та Р від 300-540 Па змінюються не суттєво в межах допустимих значень виробничих показників, тому можна вважати, що зниження температури формування до 543 К зі збільшенням тиску обдувного повітря до 500 Па забезпечує високу якість продукції, оскільки відповідає мінімуму орієнтації ниток, а інтенсивність виділень НМС значно зменшується.

Дослідження дисперсності забруднюючих часток НМС, що виділяються у повітря робочої зони, показали:

- дисперсний склад часток в повітрі зони дихання апаратників складає 96% часток з розміром від 0,5 до 70 мкм;

- розмір та частка великих за розмірами забруднюючих часток НМС (більше 70 мкм) при віддаленні від фільєри до входу в супроводжувальну шахту збільшується від 4% до 18%.

Базуючись на представленнях про активаційний процес виділень забруднюючих часток з поверхонь гарячих ниток, що формуються, рівняннях тиску насичених парів та швидкості дифузії розроблено математичну модель наступного вигляду:

, (1)

де - сумарна інтенсивність виділень на зразках-індикаторах за одну годину експозиції, мг/год; А, В₁, В₂, В₃ - постійні, що визначаються експериментально.

В результаті обробки експериментальних даних методом множинної регресії отримано рівняння (2), відносне відхилення не більше 10 % при довірчій ймовірності 0,95, та номограму прогнозування інтенсивності виділень при зміні технологічних параметрів формування (рис. 5):

. (2)

Рис. 5. Вплив температури формування (t_ф) та тиску обдувного повітря (Р) на інтенсивність виділень НМС () за годину робочої зміни:

1 - сумарна інтенсивність виділень НМС при значенні тиску обдувного повітря 300 Па; 2 - «- 350 Па; 3 - «- 400 Па; 4 - «- 450 Па; 5 - «- 500 Па; 6 - «- 540 Па; 7 - «- 590 Па.

Найбільший ефект зі зменшення інтенсивності виділень забруднення дає збільшення тиску обдувного повітря, особливо за низьких температур формування. Вплив температури формування неоднозначний. За високих значень Р при підвищенні t_ф збільшується інтенсивність виділень, при низьких - зменшується. Така зміна обумовлена підвищенням ККД камери місцевого відсмоктування через те, що зменшення Р та одночасне збільшення t_ф зменшує швидкість конденсації та агрегації часток та збільшує час перебування розплаву в зоні дії камери системи вловлювання НМС.

На основі проведених досліджень розроблено алгоритм технологічного методу зниження забрудненості повітря, що може бути використаним на підприємствах з випуску синтетичних волокон (поліефірні, анідні), які формуються за розплавною схемою:

1) виведення режиму формування, шляхом підбору температур формування та тиску обдувного повітря, в ділянку мінімальної орієнтації ниток;

2) визначення діапазону зміни температури формування та тиску обдувного повітря, де якість ниток не змінюється;

3) дослідження в межах обраного діапазону впливу параметрів на виділення НМС та їх розподіл за висотою обдувної шахти;

4) розрахунок методом множинної регресії, з використанням експоненційної залежності, зв'язку між параметрами та інтенсивністю виділень НМС;

5) вибір оптимального режиму з урахуванням вимог до якості ниток.

Ефективним, з точки зору зменшення забрудненості повітря, в умовах експерименту, є режим з підвищенням Р до 500 Па при базовій t_ф= 553±3 К, де якісні показники ниток зберігаються в межах допустимих значень. В порівнянні з іншими режимами - 300 Па та 400 Па, цей режим дозволяє зменшити загальну інтенсивність виділень НМС в 2,7 та 1,46 разів, а в зоні дихання в 1,29 та 1,7 разів відповідно.

У четвертому розділі досліджено інтенсивність та розподіл виділень на дільниці формування з метою розробки комплексу методів щодо зниження негативного впливу забруднень на здоров'я працівників.

Визначення небезпеки перебування апаратників в робочій зоні, з урахуванням розподілу забруднень, виконано з використанням двофакторного дисперсійного аналізу. В якості факторів були обрані відстань та час перебування апаратника в робочій зоні, а параметром функції відклику - інтенсивність накопичення НМС на зразках - індикаторах (у вузькому розумінні - це забруднення, що осіле у легенях апаратника) (рис. 6).

Аналіз показав, що найбільш шкідливою є зона на відстані до 0,5 м від переднього краю короба обдувної шахти. На цій відстані інтенсивність накопичення забруднень збільшується приблизно на 10% за кожну годину. Оскільки робота апаратника сконцентрована саме на цій відстані (біля 71% за зміну), то необхідно використовувати ЗІЗОД, пристрої контролю забрудненості та, в залежності від конкретних умов виробництва, скорочувати час робочої зміни.

Рис. 6. Інтенсивність накопичення забруднюючого осаду () на зразках в залежності від: куту нахилу б₁=0, б₂=р/2, часу відбору проб (Т) та відстані встановлення (L): 1 - L= 0,5 м; 2 - L= 1 м; 3 - L= 1,5 м.

Вибір мінімально забруднених зон для перебування апаратника виконано шляхом використання результатів досліджень за розробленою методикою, де розташування точок вимірювань обиралося за умови рівномірності по всій площі виробничої дільниці та тривалості встановлення пропорційно середньомісячному робочому часу.

Отримані результати щодо інтенсивності накопичення осаду НМС на зразках-індикаторах оброблялись методом лінійного програмування з пошуком мінімальних наскрізних потоків. Визначено, що раціональним розташуванням пункту керування обладнанням є зона, в яку надходить в 1,5 рази менше забруднень ніж в середньому по дільниці, та в 6,5 разів менш ніж в зоні максимальних виділень (в середній частині виробничої дільниці).

Розрахунок прогнозного керування об'ємів повітря, що нагнітається загальною вентиляцією, виконано з використанням розробленої методики з урахуванням особливості загально обмінної вентиляції дільниць формування - добавлення обдувного повітря к нагнітальному. Розроблено залежність виду:

, (3)

де - середня загальна інтенсивність виділень, мг/год;

n - кількість обдувних (працюючих) шахт;

k - коефіцієнт перерахунку даних точкового методу в концентрацію НМС, що визначена за стандартною методикою (в умовах експерименту k=2,17);

S_ш - площа передньої поверхні короба обдувної шахти, м²;

S_зр - площа поверхні зразка, м²;

V_пр, V_ш - об'єм повітря, що подається на дільницю та окреме робоче місце відповідно, м³/год.

За відомих значень , n, V_ш наведена залежність дозволяє розрахувати V_пр для забезпечення заданої концентрації НМС при будь-яких змінах технологічних параметрів, кількості працюючих місць та асортименту ниток.

Багатьма дослідниками відмічається, що використання ЗІЗОД є некомфортним, в той же час їх ігнорування впливає на підвищення рівнів захворюваності органів дихання. Тому розроблено, запатентовано та впроваджено у виробництво ВАТ „Чернігівське „Хімволокно” „Пристрій для визначення дози шкідливого впливу на персонал забрудненого пилом повітря виробничих зон” (патент на корисну модель №39915).

Запропонований пристрій та спосіб індикації забруднення простий у реалізації, не потребує значних енергетичних і фінансових витрат та має низку переваг:

- дає змогу своєчасно виявляти загрозу для здоров'я працівника;

- стимулює використання індивідуальних засобів захисту органів дихання;

- дозволяє гравіметричним шляхом визначити інтегральну забрудненість повітря робочої зони за певний період робочої зміни.

У п'ятому розділі наведено результати впровадження розробленого комплексу методів у виробництво ВАТ „Чернігівське „Хімволокно” (рис. 7).



Рис. 7. Зниження забрудненості повітря робочої зони та зменшення захворюваності органів дихання апаратників формування ПАниток в результаті впровадження розроблених методів у виробництво.

Комплекс методів включає:

- запобігання проникненню шкідливих речовин у повітря робочої зони за рахунок удосконалення технологічного процесу (технологічний метод зниження забрудненості повітря - регулювання технологічними параметрами процесу формування);

- видалення шкідливих речовин за рахунок вентиляційних систем (прогнозоване керування об'ємами повітря, що подається, з урахуванням зміни технологічних параметрів процесу формування);

- застосування засобів захисту працюючих (використання індикаторного пристрою візуального контролю забрудненості повітря, що спонукає до використання СІЗОД);

- організаційні методи (обґрунтоване скорочення часу робочої зміни, раціональне розміщення пункту керування обладнанням в мінімально-забрудненій зоні).

Розроблені рішення дозволяють знизити концентрацію НМС в повітрі формувальної дільниці на ?С_кл=43% та досягти рівня міжнародних стандартів зі вмісту аерозолю КЛ у повітрі робочої зони при формуванні ПА ниток - 5 мг/м³.

В результаті:

- захворюваність органів дихання працівників зменшується на ?ж =28 %,;

- скорочується чисельність апаратників, що працюють в умовах, що не відповідають вимогам нормативних документів, на 31,6 %;

- очікувана щорічна економія за рахунок впровадження комплексу методів зниження забрудненості повітря складає - 243,7 тис.грн..

висновки

У дисертаційній роботі розв'язана актуальна науково-технічна задача щодо зниження забрудненості повітря робочої зони при формуванні поліамідних ниток на базі теоретичних та експериментальних досліджень механізму утворення та закономірностей розповсюдження забруднюючих часток, що покладено в основу розроблення та удосконалення технологічних та інженерно-організаційних методів мінімізації викидів шкідливих речовин та зменшення їх негативного впливу на органи дихання апаратників. Одержано наступні наукові результати:

1. Обґрунтовано необхідність удосконалення методів захисту апаратників в зоні формування поліамідних ниток на основі аналізу сучасного стану причин виникнення захворюваності органів дихання. Проведений аналіз довів, що перспективним напрямком досліджень є розвиток теорії процесу утворення та розповсюдження забруднень при формуванні поліамідних ниток, що може стати підґрунтям для розроблення ефективних методів захисту працюючих при збереженні якості продукції.

2. На основі аналітичних досліджень джерел виділень тафакторів, що впливають на процес утворення забруднюючих речовин при формування ПА ниток встановлені основні оперативні параметри керування процесом виділень (температура формування та тиск обдувного повітря) та інтервал їх зміни (область мінімальних значень орієнтації ниток), де якість ниток стабільна та де доцільно варіювати цими параметрами для зменшення інтенсивності виділень.

3. Удосконалено гравіметричну методику оцінки та контролю забрудненості повітря робочої зони апаратників формування поліамідних ниток, що дозволяє визначити ступінь забрудненості в будь-якій точці виробничої дільниці та на відміну від існуючих методик дозволяє дослідити механізм утворення, інтенсивність та напрямок розповсюдження забруднюючих часток завдяки тому, що враховує електростатичні та адгезійні властивості взаємодії мідних поверхонь зразків-індикаторів із забруднюючими частками НМС.

4. Встановлено, що виділення забруднюючих часток НМС КЛ в повітря робочої зони з обдувної шахти має дискретну закономірність з максимумами виділень в зонах підвищеної турбулентності повітря, а керування технологічними параметрами дозволяє перерозподіляти ці зони за тим, щоб виводити забруднення із зони дихання апаратників та зменшувати небезпеку їх дії на здоров'я за рахунок збільшення розмірів забруднюючих часток від 0,5-70 мкм до 110-140 мкм та форми від голчатої до кульової або форми паралелепіпеду.

5. Розроблено математичну модель, що зв'язує інтенсивність виділень НМС, тиск обдувного повітря в напірній камері та температуру формування. Показано, що зниження температури формування на 10-12 К та підвищення тиску обдувного повітря на 100 - 150 Па зменшують виділення НМС в 1,7 рази, не впливаючи на якість ниток.

6. Розроблено та впроваджено у виробництво ВАТ „Чернігівське „Хімволокно” комплекс методів зниження забрудненості повітря робочої зони апаратників формування, що дозволяє знизити концентрацію забруднюючих речовин НМС в повітрі формувальних дільниць на 43%, досягаючи рівня міжнародних стандартів щодо концентрації аерозолю капролактаму в повітрі дільниці формування 5 мг/м³. В результаті кількість захворювань органів дихання працівників знижується на 28 %. Комплекс включає:

а) використання технологічного методу керування параметрами процесу, номограми, що дозволяє прогнозувати інтенсивність виділень при зміні технологічних параметрів формування поліамідних ниток, та алгоритму зниження забрудненості повітря робочої зони апаратників, який є універсальним і може бути використаним на всіх виробництвах синтетичних ниток, що формуються за розплавною схемою (поліефірні, анідні та ін.);

б) прогноз концентрацій НМС в повітрі робочої зони при змінах в технологічному процесі та залежність, що враховує одночасне надходження обдувного та загально обмінного повітря для забезпечення заданої концентрації НМС;

в) оцінку небезпеки перебування апаратників в робочій зоні в залежності від відстані та часу перебування апаратника в шкідливій зоні;

г) визначення мінімально-забруднених зон та раціонального розміщення пункту керування обладнанням;

д) використання пристрою індивідуального візуального контролю забрудненості повітря, в якості додаткового засобу захисту працівників у нерегламентованих ситуаціях;

7. Очікувана економічна ефективність за рахунок втілення запропонованих методів складає 243,7 тис.грн. на рік від скорочення виплат по лікарняним листам та економії сировини.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Денисова Н.М. Формування полікапроаміду. Деякі питання охорони праці / Н.М. Денисова, І.М. Іванова // Вісник Чернігівського державного технологічного університету. - Чернігів, 2005 р. - № 25. - с. 90-93.

2. Денисова Н.М. Моніторинг і моделювання загазованості при формуванні поліаміду / Н.М. Денисова, І.М. Іванова // Вісник Інженерної академії України.-2006 р.-№1.-с.104-109.

3. Платонов Є.К. Деякі шляхи зменшення відходів виробництва полікапроаміду / Є.К. Платонов, І.М. Іванова, М.В. Ступа, Н.М. Денисова // Збірник наукових праць ХІV (щорічної) міжнародної науково-практичної конференції „Екологічні проблеми водного та повітряного басейнів. Утилізація відходів” 12-16 червня 2006 рік. - Алушта: Водгео, 2006. - С. 198 - 200.

4. Денисова Н.М. Дослідження параметрів забруднюючих часточок у повітрі робочої зони апаратників формовочного устаткування / Н.М. Денисова, І.М. Іванова // Вісник Чернігівського державного технологічного університету. - Чернігів, 2007 р. - № 30. - с. 106-112.

5. Денисова Н.М. Формування ПА-ниток. Вплив технологічних параметрів на запиленість та загазованість повітря робочої зони апаратників/ Н.М. Денисова, І.М. Іванова, М.Я. Гусаков // Збірник матеріалів Міжнародної наукової конференції „Охорона праці та соціальний захист працівників”, 19-21 листопада 2008 року, м. Київ.- К.: НТУУ „КПІ”, 2008. - С.106-108.

6. Денисова Н.М. Формування ПА-ниток. Дослідження механізму виділення забруднення в повітря робочої зони/ Н.М. Денисова, І.М. Іванова, М.Я. Гусаков // Вісник Чернігівського державного технологічного університету. - Чернігів, 2008 р. - № 34. - с. 182-193.

7. Денисова Н.М. Формування поліамідних ниток. Розробка методики визначення мінімально забруднених зон/ Н.М. Денисова, О.Л. Гуменюк // Вісник Чернігівського державного технологічного університету. - Чернігів, 2008 р. - № 36. - с. 133-138.

8. Денисова Н.М. Розроблення методу оцінювання забрудненості повітря робочої зони апаратників формувального устаткування / Н.М. Денисова // Проблеми охорони праці в Україні.- Київ: 2009.-№16.- С.71-80.

9. Пристрій для визначення дози шкідливого впливу на персонал забрудненого пилом повітря виробничих зон: Пат. №39915 Україна, МПК(2009) G01N15/00/ І.М. Іванова, Н.М. Денисова; ВАТ „Хімтекстильмаш”. - № а200612564; заявл. 29.11.2006; опубл. 25.03.2009, Бюл. № 6.

АНОТАЦІЇ

Денисова Н.М. Зниження забрудненості повітря робочої зони при формуванні поліамідних ниток. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01 - Охорона праці. - Національний науково-дослідний інститут промислової безпеки та охорони праці (ННДІПБОП), Київ, 2010.

Дисертація присвячена розробці комплексу методів по зменшенню виділень забруднюючих речовин та мінімізації їх впливу на персонал дільниці формування поліамідних ниток.

На основі проведеного аналізу механізму виділень забруднюючих речовин з поверхні гарячих поліамідних ниток, що формуються, та розробленого експериментального точкового методу оцінювання, що базується на використанні електростатичних сил та адсорбційних властивостей мідних поверхонь з полярними групами НМС, розроблена математична модель (експоненційного виду) залежності інтенсивності виділень від технологічних параметрів формування: температури формовочного блоку та тиску обдувного повітря в напірній камері.

Дослідження дисперсного складу виділень показали, що в повітрі робочої зони апаратників формування переважна кількість забруднюючих часток НМС (біля 96%) мають небезпечний розмір 0,5-70 мкм, та збільшуються в конгломерації по мірі віддалення від фільєри до супроводжувальної шахти.

Вперше розроблено алгоритм проведення технологічних заходів, що дозволяють зменшити кількість виділень НМС без погіршення якості ниток.

На основі проведених досліджень розроблений, запатентований та переданий до впровадження індивідуальний пристрій контролю забруднення повітря, що може бути використаним в якості індикатору та стимулятору використання засобів захисту органів дихання.

Удосконалено комплекс інженерних методів, що включають прогнозне керування загально обмінною вентиляцією при змінах в технологічному процесі для забезпечення заданої концентрації НМС; оцінку небезпеки часу перебування апаратників в шкідливій зоні та визначення мінімально-забруднених зон для розміщення пункту керування обладнанням.

Ключові слова: забрудненість повітря робочої зони, формування поліамідних ниток, низькомолекулярні сполуки, виділення, розповсюдження, методи зниження забрудненості.

Денисова Н.Н. Снижение загрязненности воздуха рабочей зоны при формовании полиамидных ниток. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 - Охрана труда. - Национальный научно-исследовательский институт промышленной безопасности, Киев, 2010.

Диссертация посвящена разработке комплекса методов по снижению выделений загрязняющих веществ и минимизации их влияния на персонал участка формования капроновых волокон.

На основании проведенного анализа механизма выделений загрязняющих веществ с поверхности горячих формуемых ниток и разработанного экспериментального точечного метода оценки выделений, который базируется на использовании электростатических сил и адсорбционных свойств медных поверхностей и полярных групп низкомолекулярных соединений, разработана математическая модель (экспоненциального вида) зависимости интенсивности выделений от технологических параметров формования: температуры формования и давления обдувочного воздуха.

Экспериментально установлено, что варьирование технологическими параметрами позволяет изменять зоны максимальных выделений для их смещения из зоны дыхания в нижнюю часть обдувочной шахты.

Впервые разработан алгоритм проведения технологических мероприятий, которые позволяют уменьшить количество загрязняющих веществ, которые выделяются при формовании, без снижения качества выпускаемой продукции.

На основании проведенных исследований разработано и запатентовано устройство индивидуального контроля загрязненности воздуха, которое может быть использовано в качестве индикатора и стимулятора для использования средств защиты органов дыхания.

Усовершенствован комплекс инженерных методов по снижению загрязненности воздуха, который включает прогнозное управление обще обменной вентиляцией при изменениях в технологическом процессе для обеспечения заданной концентрации НМС, оценку опасности времени пребывания аппаратчиков в загрязненной зоне и определение минимально загрязненных зон для размещения пункта управления оборудованием.

Ключевые слова: загрязненный воздух рабочей зоны, формование капроновых нитей, низкомолекулярные соединения, выделение, распространение, методы снижения загрязненности воздуха.

Denisova N. M. The development of the methods of air pollution reduction of working zone of operators moulding of capron thread. - A manuscript.

Thesis for obtaining a scientific degree of a Candidate of Technical Science in specialty 05.26.01 - Labour Protection. - The National Scientific-research Institute of Industrial Safety and Labour Potection. - Kyiv, 2010.

The thesis is devoted to the development of the methods on normalization of air environment of working zone, reduction of pollution agents discharge and minimization of their influence on staff of capron thread moulding section.

On the basis of implemented analysis of the mechanism of pollution agents discharge from the surface of capron threads which are being formed and the developed experimental point method of estimation which is based on usage of electrostatic forces and adsorbent features of copper surfaces with polar groups dust there has been developed the mathematical model (exponential kind) of dependence of discharge quantity from technological parameters of forming: the temperature of moulding block and the pressure of blow-off air in the pressure chamber.

It has been found experimentally that the change of technological parameters leads to the changing of zones of maximum discharge of contaminants in the pressure chamber which gives the opportunity for taking contaminants out of the breathing zone into the lower part of the chamber.

The research of discharge powder have shown that the most amount of contaminants dust (around 96%) in the air of working zone of moulding operators have dangerous size of 0,5-70 micrometers and get bigger in conglomeration as moving away from the draw plate to the spinning chamber.

For the first time the algorithm of technological measures has been developed which allows reducing the amount of dust discharge without poorer quality of threads.

On the basis of made researches there has been developed and patented the individual device for detection of influence of air pollution on operators of moulding section which can be used as an indicator and stimulator of use of respiratory organs' protection means.

Key words: polluted air of working zone, capron threads' moulding, low-molecular compounds, discharges, methods of pollution reduction.

Размещено на Allbest.ru

...