Улучшение условий и охраны труда работников АПК путем обоснования, разработки и использования дыхательных аппаратов

Приведенные выше основные математические зависимости являются основой для моделирования и расчета параметров конструкции дыхательного аппарата.

Одним из основных показателей надежности дыхательного аппарата является вероятность Р(t) безотказной его работы на некотором временном интервале или функция надежности. Функция Q(t) = 1 - P(t) дополняющая Р(t) до единицы и характеризующая вероятность отказа, является функцией риска выхода из строя аппарата - аварии.

Функция риска аварии из-за отказа нормального функционирования дыхательного аппарата или так называемая вероятность отказа будет выражаться

(49)

где P(t) - вероятность безотказной работы (функция надежности), л(t) - интенсивность отказов, равная вероятности того, что после безотказной работы до момента времени t авария произойдет в последующем малом отрезке времени.

Опыт показывает, что после небольшого начального периода эксплуатации (приработки) функция л(t) длительный период достаточно стабильна, т.е. л(t)= const. Влияние интенсивного старения за счет коррозионного износа, усталости и других факторов должно исключаться регламентированием допустимого срока службы дыхательного аппарата.

Принимая для периода нормального (спокойного) функционирования л(t)= const, из (49) получаем экспоненциальное распределение

, (50)

причем - математическое ожидание срока службы (ресурса) или средняя выработка на отказ. Функцию риска теперь можно записать в виде

, (51)

При функции надежности в виде (50) частота отказов в системе (поток случайных событий) соответствует дискретному распределению Пуассона

(52)

Согласно этой формуле, выход из строя дыхательного аппарата на временном интервале произойдут N раз с вероятностью , а отсутствие отказов - с вероятностью

, (53)

Вероятность того, что аварии произойдут n раз при n<N (т.е. менее N раз), определяется функцией распределения

(54)

Вероятность возникновения хотя бы одной аварии представляет оценку риска выхода из строя дыхательного аппарата в период ф

(55)

Для математического ожидания Т, дисперсии D и стандарта (среднеквадратического отклонения) у имеет место равенство Т = D = у² = лф, т.е. имеется возможность экспериментальной проверки правдоподобия гипотезы применимости закона Пуассона к конкретному виду аварии по факту хотя бы приблизительного соблюдения равенства Т = D.

Деятельность работающего (оператора), использующего дыхательный аппарат, характеризуется быстродействием и надежностью.

Критерием быстродействия является время решения задачи. Надежность работающего определяет его способность выполнять в полном объеме возложенные на него функции при определенных условиях работы и характеризует его безошибочность, готовность, восстанавливаемость, своевременность и точность.

Надежность системы «работающий - дыхательный аппарат»

Р = Р_Т (t) + [ 1 - P_T (t)] · К_оп [Р₀ Р_св +( 1 - Р₀ )Р_в ], (56)

где P_T (t₀, t,) - вероятность безотказной работы технических средств в течение времени;

К_оп - коэффициент готовности оператора;

Р₀ - вероятность безошибочного выполнения всей операции;

Р_св - вероятность своевременности выполнения задачи работающим;

Р_св - вероятность исправлений работающим допущенной ошибки (восстанавливаемость).

Система «работающий - дыхательный аппарат» в своем развитии проходит три стадии: проектирование, изготовление и эксплуатацию. Правильный и обоснованный учет всех факторов на каждой из этих стадий способствует достижению максимальной эффективности и безопасности.

В четвертой главе «Исследование элементной базы и компоновочных схем дыхательного аппарата» приведена оценка структурных составляющих и возможных компоновочных схем аппарата, а также результаты исследования двухступенчатой системы очистки воздуха.

На основании аэродинамических испытаний отдельных элементов дыхательных аппаратов и их интегральных компоновочных схем было выявлено, что наиболее подходящей схемой является: пневмошлем ЛИЗ-4 - соединительный шланг - две противогазовые коробки МКПФ. В выбранной компоновочной схеме начальные потери давления при расходе воздуха 3,0х10-3 м3/с, составляют 850 Па. До достижения максимально допустимого уровня потерь давления в системе аппарата (1030 Па) возможен рост аэродинамического сопротивления фильтрующего элемента (противогазовых коробок) в процессе эксплуатации на 180 Па.

Расчеты времени защитного действия противогазовой коробки марки А при различных концентрациях пестицидов - ронита и базудина и повышенных расходах воздуха, показали возможность ее использования в дыхательных аппаратах. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили, что противогазовые коробки обеспечивают защиту при максимально возможной концентрации этих пестицидов не менее 80 часов.

В процессе воздействия пестицидов на фильтрующе-сорбционные материалы и узлы СИЗ возможно изменение их прочностных свойств, которые влекут за собой снижение защитных и эксплуатационных характеристик изделий. Для оценки последствий воздействия нами разработана установка для испытания материалов и изделий на порез, защищенная патентом на изобретение № 2158912.

Испытания противогазовых коробок по твердым аэрозолям проводились нами в специально разработанной аэрозольной камере. В качестве тестируемого аэрозоля применялся реальный с.х. аэрозоль - доломитовая мука; его концентрация в камере находилась в пределах от 47*10-6 до 230*10-6 кг/м3.

В результате проведенных испытаний на экспериментальном стенде в аэрозольной камере был выявлен характер изменения аэродинамического сопротивления противогазовой коробки МКПФ в зависимости от массы поступившего аэрозоля, который может быть выражен аналитическим выражением:

Р = f(m) = 1,9810⁴ m^0,605 +455 (57)

Максимально допустимое сопротивление коробки МКПФ - 635 Па достигается уже при поступлении на нее 45010^-6 кг аэрозоля, что соответствует 45 минутам ее эксплуатации в дыхательном аппарате при расходе воздуха через одну коробку 1,66710^-3 м³/с и реальной концентрации аэрозоля на входе, равной 10010^-6 мг/м³ (например, средняя запыленность воздуха рабочей зоны при протравливании зерна). Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что коробка МКПФ не может обеспечить нормальной эксплуатации дыхательного аппарата в течение рабочей смены (6 часов) при концентрации аэрозоля в воздухе 10010^-6 мг/м³.

На рис. 6 показана зависимость времени работы дыхательного аппарата от концентрации аэрозоля доломитовой муки на входе в блок фильтрации при условии достижения им уровня максимальнодопустимого сопротивления (1030 Па).

Концентрация аэрозоля на входе в блок фильтрации, при которой достигается сопротивление 1030 Па, за 6 часов работы аппарата может быть найдена из уравнения

(58)

где- допустимая сумма потерь давления в аппарате, Па; - начальное аэродинамическое сопротивление системы аппарата при расходе воздуха L = 3,310^-3 м³/с.

При значениях = 1030 Па; = 850 Па концентрация на входе из уравнения (58) будет равна С_вх = 11,710^-6 кг/м³.

Следовательно, дыхательный аппарат с коробками МКПФ можно эксплуатировать в течение 6 часов при концентрациях аэрозоля на входе в блок фильтрации С С_вх = 11,710^-6 кг/м³. При концентрациях С С_вх = 11,710^-6 кг/м³ для снижения входной концентрации аэрозоля необходимо перед коробками МКПФ устанавливать фильтр предварительной очистки воздуха.

Коэффициент защитной эффективности 1-ой ступени очистки воздуха (блока фильтрации) - предфильтра определяется выражением

, (59)

где - концентрация вредного вещества в наружном воздухе, т.е. на входе в предфильтр; - концентрация вредного вещества на выходе из предфильтра.

Из (59) =(1 -з_пф), (60)

Вторая ступень очистки - противогазовая коробка имеет коэффициент защитной эффективности

, (61)

=(1 -з_пк)=С_пп, (62)

где - концентрация вредного вещества на выходе из противогазовой коробки и подаваемая в подмасочное пространство С_пп аппарата.

Скорость снижения концентрации вредного вещества, а также установившаяся концентрация в подмасочном пространство С_пп аппарата

С_пп =f(,L, з_пф з_пф,V_пп),

где V_пп - объем подмасочного пространства.

За интервал времени dt произойдут следующие изменения содержания вредного вещества в подмасочном пространстве:

- первая ступень внесет к противогазовой коробке за интервал времени dt следующее количество вредного вещества

М₁=(1 -з_пф)Ldt, (63)

- в воздухе, прошедшем через противогазовую коробку содержится вредное вещество

М₂=(1 -з_пк) Ldt, (64)

- из подмасочного пространства за интервал времени dt будет вынесено следующее количество вредного вещества

М₃= С_ппLdt. (65)

Запишем изменение концентрации вредного вещества в подмасочном пространстве за интервал времени dt

. (66)

Решение этого дифференциального уравнения первого рода с разделяющими переменными находится прямым интегрированием

, (67)

где К - свободный коэффициент.

Уравнение (67) не содержит величин, характеризующих способ достижения параметров L,з_пф,з_пк следовательно является универсальным, т.е. может быть применимо для обоснования параметров любых устройств очистки воздуха в дыхательных аппаратах.

Коэффициент проскока блока фильтрации на основе противогазовой коробки с предфильтром может быть выражен следующим соотношением

К = К_пк К_пф = С_вых / С_вх (68)

где К_пк - коэффициент проскока противогазовой коробки (для МКПФ К_пк = 0,01%); К_пф - коэффициент проскока предфильтра; С_вых - концентрация аэрозоля на выходе из блока фильтрации, не должна превышать ПДК (С_вых ПДК); С_вх - концентрация аэрозоля на входе в блок фильтрации.

Из формулы (68) можно определить максимально допустимую концентрацию аэрозоля на входе, при которой возможно применение коробки МКПФ без предфильтра для защиты от аэрозолей с минимальной ПДК= 0,005 мг/м³.

С_вх = С_вых / К = 0,005 / 0,0001 = 50 мг/м³

Рассчитанная максимально допустимая концентрация превышает максимальную реальную (1,6 мг/м³) более чем в 30 раз, т.е. исходя из условия обеспечения достаточной защитной эффективности коэффициент проскока предфильтра может быть не ограничен.

Максимально допустимый коэффициент проскока предфильтра из условия допустимого роста аэродинамического сопротивления коробки МКПФ будет выражаться неравенством

, (69)

где - реальная концентрация аэрозоля на входе в блок фильтрации соответствующая средней запыленности воздуха (ранее нами принято = 10010^-6 кг/м³); - концентрация аэрозоля на входе, при которой достигается сопротивление блока фильтрации 1030 Па (ранее полученное значение = 11,7 10^-6 кг/м³).

Следовательно, К_пф 11,7 10^-6 / 100 х 10^-6 или К_пф 11,7%.

В случае если К_пф 11,7%, масса поступившего на предфильтр аэрозоля за 6 часов работы дыхательного аппарата не будет вызывать сопротивления больше допустимого 1030 Па.

С целью выбора материала для предфильтра нами были проведены исследования фильтрующих материалов: полиуретанового поропласта (фильтр грубой очистки респираторов РП-КМ и У-2К); материала нетканого полипропиленового; сеток проволочных С200 и №004.

Лабораторные испытания фильтрующих материалов проводились в аэрозольной камере при концентрациях аэрозоля - микропорошка М-5 (стандартный аэрозоль для испытания СИЗОД) от 107 до 545 мг/м³, скорость фильтрации составляла 0,125 м/с.

Результаты анализа экспериментальных данных показали, что наиболее подходящим фильтрующим материалом для предфильтра является материал нетканый полипропиленовый.

Дополнительные его испытания по реальному с.х. аэрозолю - доломитовой муке показали, что средний коэффициент проскока фильтра за период запыления составил 8,94%, что также ниже среднего максимально допустимого значения (11,7%).

С целью подтверждения правильности выбора был проведен расчет его эффективности по методу Кирша, Стечкиной, Фукса при возможных скоростях фильтрации, характерных для его применения в блоке фильтрации дыхательного аппарата.

На рисунках 7 и 8 приведены расчетные кривые фракционной эффективности предфильтра в зависимости от скорости фильтрации. Обрыв кривых на графике (рис. 8) связан с дискретностью счета.

На основании анализа графиков можно сделать вывод, что для частиц больше 0,4 мкм увеличение скорости фильтрации вызывает снижение коэффициента проскока, в то же время для частиц меньше 0,4 мкм наблюдается обратная картина. Это, видимо, связано с более выраженным влиянием механизма диффузии и инерционного осаждения частиц в фильтре.

На рис. 9 показана теоретическая кривая фракционной эффективности = f(d_ч) для скорости фильтрации 0,2 м/с в вероятностно-логарифмической системе координат (ВЛСК).

Рис. 7 Расчетные кривые фракционной эффективности предфильтра в зависимости от скорости фильтрации для диапазона частиц 0,1...1,0 мкм

Рис. 8 Расчетные кривые фракционной эффективности предфильтра в зависимости от скорости фильтрации для диапазона частиц 0,1...1,0 мкм

Из графика видно, что в ВЛСК она имеет вид прямой линии, т.е. она может быть записана в виде известного интеграла вероятности

 (70)

Рис. 9 Фракционная эффективность предфильтра в ВЛСК:1 - экспериментальные данные; 2- теоретический расчет

где lg (d_ч / d₅₀) - логарифм отношения текущего размера частиц d_ч к диаметру d₅₀, осаждаемых в фильтре при данном режиме его работы на 50%; lg _п - стандартное отклонение в функции распределения фракционных коэффициентов.

Фракционную эффективность _ф предфильтра по результатам эксперимента можно определить по формуле:

(71)

где - защитная эффективность фильтра, = 1 - К; ,- содержание данной фракции в воздухе, соответственно, начальное (на входе в фильтр) и конечное (на выходе из фильтра), %.

На рис. 9 показана экспериментальная кривая фракционной эффективности = f(d_ч) предфильтра из материала нетканого полипропиленового в ВЛСК. Как видно из рис.9, теоретическая и экспериментальная кривые фракционной эффективности несколько не совпадают. В литературе показано, что при 90% расчетные значения фракционной эффективности получаются завышенными по сравнению с экспериментальными.

Распределение частиц аэрозоля доломитовой муки является также нормально-логарифмическим, следовательно, исходя из этих условий, полная защитная эффективность предфильтра, для которого теоретически рассчитана фракционная эффективность, может быть определена по базовой формуле:

, где (72)

(73)

Подставив соответствующие значения, получим = 0,9145 = 91,45%, откуда полный коэффициент проскока предфильтра

К = 100 - 91,45 = 8,55%

Теоретически рассчитанный полный коэффициент проскока, равный 8,55%, отличается от экспериментального, полученного ранее нами коэффициента проскока 8,94%, всего на 4,56%, что свидетельствует о хорошей сходимости экспериментальных данных и теоретического расчета.

Экспериментальные исследования фракционного коэффициента эффективности очистки (при скорости фильтрации 0,32 м/с) проводились на установке с просасыванием атмосферного воздуха через образцы фильтроматериала и контролем количества частиц до и после фильтра счетчиком аэрозольных частиц АЗ-5. Фракционные коэффициенты эффективности очистки материала нетканого полипропиленового показаны в табл. 1.

Таблица 1

Фракционные коэффициенты эффективности очистки материала нетканого полипропиленового

Фракция частиц, мкм	0,40,5	0,50,6	0,60,7	0,70,8	0,80,9	0,91,0	1,01,5	1,52	24	47	710
Коэффициент	0,107	0,188	0,258	0,283	0,181	0,454	0,292	0,451	0,474	0,751	0,91

Экспериментальные данные и теоретический расчет показывают возможность применения материала нетканого полипропиленового в качестве фильтра предварительной очистки блока фильтрации дыхательного аппарата при скоростях фильтрации от 0,05 до 0,5 м/с.

В пятой главе «Практическая реализация теоретических предпосылок по созданию дыхательного аппарата» приведены технические решения образцов дыхательного аппарата, расчет их конструктивных параметров, экспериментальные и натурные исследования комплекса эксплуатационных и защитных показателей.

Для отработки конструктивных и компоновочных решений, проверки эксплуатационных и защитных свойств отдельных элементов и узлов дыхательного аппарата был изготовлен действующий макетный образец.

На рис. 10 показана схема макетного образца дыхательного аппарата.

На примере макетного образца нами графоаналитически определены конструктивные параметры ИПВ дыхательных аппаратов.



Рисунок 10 Схема макетного аппарата: 1-шлем ЛИЗ -4; 2-прозрачный экран; 3-перелина; 4-воздухопод-водящий шланг; 5 - патрон от респиратора РУ-60М; 6-воздуходувка; 7-регулятор расхода воздуха; 8-источ-ник питания; 9-корпус; 10 - ремень крепления

Определение конструктивных параметров ИПВ дыхательного аппарата осуществлялось графоаналитически. В соответствии с исходными уравнениями, составленными на основе

(74)

(75)

известными значениями и принятыми нами ориентировочными условиями-ограничениями для входящих в уравнения (74) и (75) параметров =628 рад/с, N 20 Вт, L 0,0025 м³/с, P 500 Па, были проведены расчеты на ПЭВМ и построены зависимости D=f(P) при заданных значениях L и D=(L) при заданных значениях Р (рис.11).

В соответствии с полученными зависимостями и конструктивными возможностями была определена область допустимых значений D, P и L, удовлетворяющих заданным условиям и ограничениям.

Подставив значение Р из формулы (33) в формулу (20), получим

P_изб = P_пп = N L^-1 - ( P _пт + P_бф) (76)

Из построенной графически зависимости избыточного давления в подмасочном пространстве P_пп от мощности ИПВ (N= 5, 10, 15 Вт) и расхода воздуха (5х10^-3 м³/с L 2,5х10^-3 м³/с), при = 0,6 (рис.12), видно, что создание избыточного давления в подмасочном пространстве в рекомендуемом диапазоне от 10 до 50 Па будет возникать при расходах воздуха от 2,5 х 10^-3 до 4,167 х 10^-3 м³/с, при этом мощность ИПВ должна находиться в пределах от 4 до 10 Вт.

В соответствии с полученными зависимостями и конструктивными возможностями, а также в связи с тем, что применение выбранной компоновочной схемы дыхательного аппарата требует напор, создаваемый ИПВ 1080 Па при производительности 3,3 х 10^-3 м³/с, из графика (рис.11) был определен наружный диаметр лопаточного колеса D ИПВ, равный 0,17 м.

В результате лабораторных исследований макетного образца было выявлено, что основной вклад в суммарное сопротивление пневмотракта (до 80%) вносят фильтрующие элементы. Были получены зависимости аэродинамических характеристик, объемного расхода воздуха и давления создаваемого источником подачи воздуха.

Опытный образец дыхательного аппарата (рис.13) состоит из лицевой части в виде пневмошлема ЛИЗ-4, гибкого соединительного шланга, блока электропитания, крепежного гарнитура и устройства для принудительной фильтрации воздуха (ИПВ).

Конструкция устройства для принудительной фильтрации воздуха дыхательного аппарата защищена авторским свидетельством № 1251391. В качестве лицевой части, возможно, применение разработанной нами защитной маски защищенной авторским свидетельством № 1556674.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 11 Зависимость диаметра колеса от производительности и напора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 12 Зависимость избыточного давления в подмасочном пространстве от расхода воздуха и мощности воздуходувки

Рис. 13 Общий вид опытного образца дыхательного аппарата

В результате лабораторных исследования дыхательного аппарата было выявлено, при минимально подаваемом напряжении в подмасочном пространстве существует избыточное давление (6 Па), при номинальном напряжении сопротивление выдоху находилось в пределах допустимых норм (30 Па), а сопротивление вдоху отсутствовало. Содержание СО₂ в подмасочном пространстве аппарата составляло 0,207 0,062 % и ниже нормируемого значения 2% почти в 10 раз.

Анализ зависимости объемного расхода воздуха и давления, создаваемого ИПВ от напряжения (рис.14) и аэродинамических характеристик (рис.15) показывает, что источником подачи воздуха обеспечивается требуемая производительность при удовлетворительном напоре. Кпд ИПВ без коробок МКПФ около 10%, а при их установке снижается до 1%.

Нами изучалось также влияние на характеристики ИПВ различных вариантов конструкции блока фильтрации.

Анализ полученных данных показывает, что при использовании коробок большого габарита, ИПВ развивает большее давление и расход воздуха, чем с коробками МКПФ. В тоже время мощность и к.п.д. ИПВ при использовании коробок большого габарита и МКПФ практически одинаковы. Снижение сопротивления блока фильтрации в противоаэрозольных вариантах конструкции закономерно улучшает аэродинамические характеристики ИПВ и требует меньших энергозатрат на подачу воздуха.



Рис. 14 Зависимость объемного расхода воздуха и давления, создаваемого источником подачи воздуха, от напряжения:1,2- объемный расход воздуха без фильтрэлементов и с ними; 3,4 - давление воздуха без фильтрэлементов и с ними

Рис. 15 Аэродинамические характеристики источника подачи воздуха без фильтрующих элементов и с ними:1,2 - соответственно зависимости динамического давления от расхода воздуха; 3,4 - мощности от расхода воздуха; 5,6 - КПД от расхода воздуха

Потери давления в гофрированном соединительном шланге при различных расходах воздуха и углах изгиба шланга описываются уравнением степенной функции: ДР=а·L^в,где а,в - эмпирические параметры уравнения, для =0^о - а=2,71; в=1,6; для =90^о - а =3,81; в = 1,6.

Сравнительные испытания ИЭС, составленных из аккумуляторов типа НКГ-1,5 емкостью 1,5 Ач., и аккумуляторов 7-Д-0,115 емкостью 1,15 Ач., показали, что наиболее подходящим ИЭС является блок из аккумуляторов типа НКГ-1,5, обеспечивающий устойчивую работу ИПВ в течение четырех часов и подачу им в лицевую часть очищенного воздуха в требуемом количестве.

Результаты экспериментальных измерений шума воздуходувки ИПВ показали, что он носит высокочастотный характер, при этом повышение нормативных значений наблюдается в диапазоне 1000 - 2000 Гц. С целью снижения шума нами был разработан и установлен глушитель шума абсорбционного типа на соединительный шланг аппарата. Испытания глушителя показали, что глушитель обладает хорошей эффективностью 10... 25 дБ в широком диапазоне частот и позволяет снизить шум ниже нормативных значений.

Уровни виброускорений в 4-х измеренных точках на корпусе аппарата практически не отличаются и ниже нормативных значений уровней локальной вибрации.

Рис. 16 Рабочий в опытном образце дыхательного аппарата при выполнении технологических операций в теплицах



Рис. 17 Рабочий в опытном образце дыхательного аппарата при протравливании зерна на складе с помощью машины протравителя ПС-10

Физиолого-гигиеническая оценка дыхательного аппарата проводилась в основном в соответствии с ГОСТ 12.4.061. Они показали, что физические нагрузки средней тяжести в дыхательном аппарате вызывают более благоприятные изменения функционального состояния организма, чем при нагрузке в промышленном противогазе.

Производственная проверка опытного образца дыхательного аппарата проводилась в теплицах хозяйства “Юбилейное” (рис.16), на базе Орловского районного объединения “Сельхозхимия” и в ОПХ “Красная Звезда” Орловской области (рис.17).

Отбор проб воздуха, для последующего химического анализа осуществлялся с помощью стандартных устройств, а также разработанного и изготовленного нами модифицированного дыхательного аппарата с новой функциональной возможностью - автономным отбором проб в зоне загрязненного воздуха. Конструкция модифицированного дыхательного аппарата защищена авторским свидетельством № 1369045. Применение дыхательного аппарата возможно и при испытании других СИЗ, так разработанный нами «Способ определения газопылезащитной эффективности защитных очков закрытого типа» защищен патентом РФ на изобретение №1460632.

Для анализа токсичных веществ в воздухе рабочей зоны и в материалах средств индивидуальной защиты работников нами был разработан хемилюминесцентный детектор токсичных веществ. Прибор защищен патентом на изобретение №2282177. Еще один разработанный прибор для анализа следовых количеств токсичных веществ в материалах спецодежды защищен патентом на изобретение № 2284505.

Результаты производственных испытаний показывают, что концентрация вредных веществ в воздухе рабочих зон превышало в некоторых случаях ПДК более чем в 100 раз. В тоже время дыхательный аппарат обеспечивал достаточно высокую защитную эффективность, например, коэффициент защиты по аммиаку находился в пределах 100. Органолептический метод обнаружения вредных веществ (пестицидов) не выявил их проникания в подмасочное пространство.

Физиологическое обследование работающих в дыхательном аппарате выявили, что состояние сердечно-сосудистой системы, центральной нервной системы, тепловое состояние, легочная вентиляция находились в пределах нормы с учетом возраста, выполняемой работы и циркадной ритмики организма.

Индивидуальный опрос лиц принимавших участие в испытаниях, выявил единодушное мнение о возможности применения дыхательных аппаратов на работах, связанных с использованием агрохимикатов. В целом, применение дыхательного аппарата на базе “Сельхозхимии” и в ОПХ “Красная Звезда” в течение двух лет позволило улучшить условия труда персонала базы занятого на работах с агрохимикатами.

Шестая глава «Перспективы создания и внедрения новых дыхательных аппаратов» посвящена разработке модификаций дыхательных аппаратов и исследованию аппаратов модели «НИВА», приведены результаты исследований по созданию блока фильтрации на основе новых материалов и технологий.



Рис. 19 Дыхательный аппарат ИДА-1

Рис. 20 Дыхательный аппарат ИДА-2

Результаты проведенных исследований позволили разработать схему параметрического типоряда ИВА (рис.18) для различных условий эксплуатации.

Реализация приведенной схемы частично была осуществлена нами при создании опытных модификаций дыхательных аппаратов. В соответствии с исходными техническими требованиями разработана техническая документация и изготовлены опытные партии дыхательных аппаратов ИДА-1 с противогазовыми коробками большого габарита (рис. 19) и ИДА-2 с малогабаритными коробками (рис. 20).



Рис. 18Схема параметрического типоряда ИВА: L-расход воздуха: Р_п.л.ч. -давление под лицевой частью; _зд-время защитного действия; К_з - коэффициент защиты; К_эмт -коэффициент защиты по масляному туману; ПДК - предельно-допустимая концентрация; U - напряжение питания; _пк -время защитного действия противогазовой коробки

В результате лабораторных испытаний были получены характеристики: зависимости объемного расхода воздуха и давления, создаваемого источниками подачи воздуха, от напряжения; вольтамперные характеристики; аэродинамические характеристики опытных образцов ИДА-1 и 2.

Сравнивая аппарат ИДА-1 с первым опытным образцом, можно сделать вывод, что хотя объемный расход воздуха в этом режиме в аппарате ИДА-1 ниже в 2 раза (однако он находится в допустимом пределе, около 150 л/мин), потребляемый ток снизился в 3 раза. К.п.д. дыхательного аппарата ИДА-1 выше к.п.д. первого опытного образца в среднем на 20%.

Дополнительно был проработан вопрос использования дыхательных аппаратов типа ИДА для защиты работающих при выполнении сварки, наплавки и резки металлов, а также на процессах окраски изделий.

Для защиты органов дыхания и лица человека при проведении сварочных работ нами также была разработана защитная маска, защищенная авторским свидетельством на изобретение №1556674. При создании защитного экрана для лицевых частей дыхательных аппаратов может быть использовано разработанное нами устройство для защиты оператора от теплового облучения (а.с. №850423).

На основе проведенных исследований и опыта создания дыхательных аппаратов совместно со специализированной организацией - ЛенНИИхиммаш (г. С.Петербург) были подготовлены технические требования на разработку автономного ранцевого источника воздухоснабжения (ИВА-Р1).

На основании результатов проработки вариантов конструкции изделия ИВА-Р1 разработан и изготовлен действующий макет (рис.21), который был подвергнут испытаниям.



Рис. 21 Общий вид ИВА-Р1

Рис. 22 Зависимость повышения давления ДР и силы тока I от напряжения питания U при различных значениях производительности V, при Z=2

В целом по результатам испытаний макетного образца изделия ИВА-Р1 построены следующие зависимости: повышение давления Др и силы тока от напряжения питания U при различных значениях производительности V и разном количестве фильтров (на рис.22 два фильтра); силы тока I от напряжения U при различных значениях объемной производительности V. Полученные результаты использованы при подготовке рабочей документации изделия ИВА-Р1.

Результаты проведенных исследований нашли свое логическое продолжение в нашей совместной разработке с фирмой «Газозащита и комфорт» дыхательном аппарате типа «НИВА»

Были проведены исследования источника "НИВА-Э-1" с соответствующей доработкой систем фильтрации в комплекте с различными лицевыми частями. В процессе исследований определялись эксплуатационные - аэродинамические и энергетические характеристики НИВА. Защитные свойства изделия НИВА характеризовались давлением воздуха в подмасочном пространстве, препятствующем попаданию вредных веществ из окружающего воздуха в зону дыхания вне системы фильтрации.

В результате проведенных исследований выявлено, что наиболее приемлемым для использования в комплекте с НИВА является пневмошлем ЛИЗ-4, среднее избыточное давление в подмасочном пространстве которого составляет 24 Па, в то же время, даже при глубоком вдохе испытателя и соответствующем создании разрежения в лицевой части, существует избыточное давление около 10 Па.

Следующей модификацией защитного комплекса явился источник воздухоснабжения НИВА-Э-2М (в дальнейшем НИВА-2М). Он представляет собой герметичный носимый центробежный компрессор, состоящий из следующих основных элементов (рис.23): - блок нагнетания с крышкой приемной 2 аккумуляторная батарея 3, комплект фильтрующих элементов 7.

Рис. 23 Общий вид источника воздухоснабжения НИВА-2М



Рис. 24 Аэродинамические характеристики источника подачи воздуха

Результаты испытаний НИВА-2М показывают (рис. 24), что источник воздухоснабжения в комплекте с различными лицевыми частями обеспечивает подачу воздуха в подмасочное пространство в объемах (V=150л/мин). При использовании лицевой части маски - ППМ-80, снабженной двойной линией обтюрации, подмасочной и клапанной системами, за счет сопротивления клапанной системы и отсутствия прямого выхода воздуха объем воздуха, подаваемого в лицевую часть, несколько ниже (140 л/мин), чем при применении других изделий - однако в связи с высокими защитными свойствами маски ППМ-80 данный объем воздуха достаточен для обеспечения эффективной работы защитного комплекта.

Как было показано ранее, одним из основных узлов дыхательных аппаратов является система очистки воздуха - блок фильтрации (БФ). В связи с этим нами был проведен ряд работ по исследованию перспективных фильтрующих и сорбционно-фильтрующих материалов с целью создания нового БФ с улучшенными характеристиками.

Оценка пылезащитных свойств фильтрующих материалов и элементов проводилась в лабораторных условиях на разработанной нами экспериментальной установке. В качестве тестируемых применялись реальные производственные аэрозоли, характерные для предприятий АПК, а именно - доломитовая мука, поваренная соль, комбикорм, почвенная пыль, суперфосфат. Также использовался микропорошок М-5.

По всем выбранным аэрозолям проведены испытания различных материалов и элементов: ФПП-15-1,5; термоскрепленное полотно - ВИОН; термоскрепленное полотно - ПАН - термоскрепленное полотно; элемент респиратора "Юлия" Дополнительно по аэрозолю доломитовой муки проведены испытания СФЭ респираторов "Снежок - ГП", "Лепесток-КД", "Лепесток-Г".

Анализ результатов испытаний показывает, что фильтрующие элементы с использованием высокоэффективного материала ФПП имеют наиболее низкий коэффициент проскока. Наиболее проникающими аэрозолями являются модельный порошок М-5 и поваренная соль. Это и закономерно, количество частиц размером до 2 мкм в этих аэрозолях составляют соответственно 47 и 28%.

Оценка защитной эффективности сорбционно-фильтрующих элементов (СФЭ) из новых материалов по парогазовой фазе пестицидов проводилась на основе теоретического расчета их времени защитного действия, а также экспериментальным путем на динамической установке.

Расчет времени защитного действия проводился для сорбционно-активного материала ПАН-У. Рассчитанные величины адсорбции пестицидов (ронит, эптам, тиллам, севин, гардона, дибром, карбофос) и время защитного действия СФЭ из материала ПАН-У показывают, что они могут обеспечивать надежную защиту от пестицидов, 'находящихся в воздухе в парообразном состоянии в концентрациях до 10 ПДК, в течение рабочей смены.

Результаты испытаний СФЭ на динамической установке показывают, что для однослойного материала ПАН-У (толщина 1 мм) время защитного действия при концентрации бензола в паровоздушной смеси 1500 мг/м³ составляет 60 минут, а при концентрации 7600 мг/м³ - 10 минут. Для двухслойного материала (толщина 2 мм) при концентрации бензола 800 мг/м³ время защитного действия составит 180 минут.

Дополнительно изучались поглотительные способности других материалов для СФЭ. В качестве объектов исследования сорбции паров органических растворителей (бензол, хлорбензол) и пестицидов (карбофос) были выбраны активированные углеродные войлоки (АУВ). Для сравнения в сопоставимых условиях были изучены статические и динамические сорбционные характеристики по парам бензола ионообменных волокнистых материалов типа ВИОН и ЦМ различного типа, а также ПAH-волокон, наполненных активированным углем СКТ.

Сравнительное исследование защитных свойств материалов АУВ и ПАН по отношению к парам хлорбензола показало, что АУВ обладает лучшими защитными свойствами, что дает возможность рекомендовать АУВ в качестве СФЭ, предназначенных для защиты органов дыхания при работе с органическими растворителями, а также хлор содержащими пестицидами.

На динамической установке проведены дополнительные испытания СФЭ из материала ПАН по ряду широко распространенных пестицидов: байлетону, даконилу, кельтану, децису. Эффект адсорбции оценивали по времени наступления проскока пестицида через СФЭ, т.е. «времени защитного действия» в зависимости от содержания сорбента в СФЭ и скорости аспирации.

В результате испытаний СФЭ на динамической установке по байлетону было выявлено (рис. 25), что при концентрации паров байлетона в паровоздушной смеси системы до ячейки с СФЭ - 4,6 мг/м³ (т.е. на уровне 10 ПДК) только после 4,5 - часовой подачи смеси с объемной скоростью 2,4 л/мин наблюдался "проскок" с концентрацией на выходе на уровне ПДК, равной 0,7 мг/м³.

При концентрации паров даконила в паровоздушной смеси системы до ячейки с СФЭ - 8,82 мг/м³ после 210 мин работы обнаруживается незначительная концентрация деконила, равная 0,18 мг/м³, а после 240 мин - 0,6 мг/м³, т.е. СФЭ обеспечивает защиту от пестицида практически в течение всего заданного времени эксплуатации.



Рис. 25 Хроматограммы разделения пестицида байлетон в элюенте: 1-стандартного раствора байлетона (С=100 мкг/мл), 2-паровоздушной смеси пестицида байлетон после прохождения СФЭ через 4 часа

Время защитного действия материала ПАН-У при пропускании паровоздушной смеси, содержащей пары фурадана в концентрации 14 мг/м³, составило 180 мин. Проскоковая концентрация после ячейки с фильтром определялась при концентрации 5,3 мг/м³ после 3 часов и 7,36 мг/м³ через 4 часа после начала исследований. Соответственно можно сделать вывод, что при концентрации 0,5 мг/м³ (10 ПДК) СФЭ обеспечит надежную защиту в течение необходимого времени работы (4 часа).

При концентрации кельтана в газовоздушной смеси 38,5 мг/м³ и скорости аспирирования 2,4 л/мин время защитного действия материала ПАН составило 3 часа при концентрации кельтана в ГВС после фильтра 3,89 мг/м³.

Время защитного действия материала ПАН при концентрации пестицида - децис в газовоздушной смеси 24,16 мг/м³ составило 60 мин. В пересчете на максимальную разовую концентрацию - 10 ПДК - время защитного действия фильтра из ПАН - волокон составило 1440 мин.

Полученные результаты свидетельствуют, что материал из ПАН-волокон, наполненный активированным углем АГ-3, имеет высокую сорбционную способность по отношению к исследованным веществам и может использоваться в СФЭ для защиты от пестицидов в концентрациях, превышающих ПДК в 10 раз.

В целом проведенные исследования позволяют вести разработку и изготовление принципиально новых СФЭ для дыхательных аппаратов.

В главе 7 «Организационно-технические мероприятия по повышению эффективности использования СИЗ работающих на предприятиях АПК» приведены методологические подходы к организации постоянно действующего отраслевого мониторинга обеспеченности работающих АПК средствами индивидуальной защиты, созданию информационно-консалтинговых систем и баз данных по СИЗ на основе новых информационных технологий, дается расчет социально-экономической эффективности применения дыхательных аппаратов в АПК

Нами разработана функциональная система отраслевого мониторинга обеспеченности работающих АПК средствами индивидуальной защиты.

Технология мониторинга базируется на аналитическом обзоре реальной ситуации, сложившейся в АПК с обеспечением СИЗ работающих. Основная информация получается от низовых потребителей или поставщиков СИЗ. В качестве носителя информации используются разноуровневые анкеты.

Проведенная нами территориальная выборка по исследованию обеспеченности средствами индивидуальной защиты работников АПК позволила получить данные из 16 субъектов Российской Федерации, что составляет 19 % выборку. Результаты мониторинга были использованы при разработке рекомендаций, типовых отраслевых норм выдачи СИЗ и правил по охране труда.

Объединение в единую система различных источников информации с условием представления возможности пользователям свободного доступа позволит не только минимизировать затраты на распространение информации и рекламы собственной деятельности предприятий, но и получить необходимую информацию о потенциальных поставщиках и производителях СИЗ, новой нормативной документации.

Одним из решений данной проблемы является создание на базе ведущего института по охране труда Минсельхоза России, на основе современных Internet-технологий, Web-сервера отраслевой информационно-консалтинговой системы по проблемам охраны труда, одним из основных разделов которой является информация по СИЗ.

Первым практическим шагом по реализации этого направления является создание модуля информационно-консалтинговой системы с условным названием «Поставщики СИЗ». В основе данного модуля системы лежит собранная нами и постоянно актуализируемая фактографическая база данных (БД) российских производителей и поставщиков СИЗ, применяемых на предприятиях отрасли. Объем БД в записях составляет более 25 тысяч. В дальнейшем планируется занесение в базу данных и зарубежных поставщиков. База данных сформирована на основе, наиболее распространенной программы Microsoft Access для Windows и содержит 23 информационных поля.

Обеспечение работников специальной одеждой, специальной обувью и другими CИЗ осуществляется в соответствии с Типовыми отраслевыми нормами (ТОН). Нами во ВНИИ охраны труда разработаны сборники Типовых отраслевых норм бесплатной выдачи спецодежды, спецобуви и других средств индивидуальной защиты для работников АПК.

Электронная версия вышеуказанных сборников легла в основу отраслевой базы данных по ТОН, которая также сформирована на базе программы Ассеss.

Программа предусматривает как просмотр всех данных по ТОН в целом, по отдельным отраслям и производствам, а также, что наиболее важно - выбор СИЗ для конкретных профессий из различных ТОН. Интерфейс БД представлен на рис. 26.

Информационные услуги, представляемые пользователям на основе БД системы: разовое обращение, фрагмент БД, поставка БД в полном формате, аналитический обзор по запросу. Поставка информации может осуществляться в формате СУБД на дискетах, СD, распечатках. Возможно, использование сети Internet и подключение к системе и базам данных отечественных и зарубежных поставщиков и потребителей СИЗ.

Немаловажным элементом информационно-консалтинговой системы может являться разработанная ранее нами во ВНИИОТ автоматизированная система определений потребностей в СИЗ на базе персональных ЭВМ для предприятий и организаций АПК.

Разработанная система предназначена для проведения расчетов и оформления документов с целью приобретения требуемых по типовым отраслевым нормам бесплатной выдачи средств индивидуальной защиты работникам предприятий и организаций с учетом росто- размерной спецификации. Система функционирует при наличии исходных антропометрических данных по контингенту работников, нуждающихся в СИЗ. Система позволяет наглядно увидеть, причем в динамике, процесс проведения расчетов и оформления документов на приобретение и выдачу СИЗ для работающих.

Еще одним из элементов разработанной нами системы являлся банк данных по применяемым в АПК пестицидам и рекомендуемым СИЗ органов дыхания. Номенклатура показателей, с которой оперирует банк данных, включает массив около 300 наименований пестицидов, их аналогов, назначение, способ применения, основные физико-химические характеристики пестицидов (агрегатное состояние, цвет, запах, молекулярный вес, летучесть), ПДК, токсические характеристики, наблюдаемые концентрации пестицидов в воздухе рабочих зон, рекомендуемые СИЗОД и их время защитного действия при трех значениях превышения ПДК.

Процесс выбора СИЗ в виде рационального комплекта обеспечивающего достаточную защиту работающего от воздействия ВОПФ, можно представить как систему массового обслуживания (СМО).

Входящий поток требований, нуждающихся в обслуживании и поступающих в систему обслуживания, представляется в виде совокупности ВОПФ, от которых необходима защита работающего. Выходящий поток требований - это достаточная защита работающего, обеспеченная совокупностью обслуживающих аппаратов в виде отдельных СИЗ, входящих в состав рационального комплекта вместе с системой правил, регламентирующих использование того или иного изделия и устанавливающих организацию обслуживания. В целом выбор комплекта СИЗ как СМО включает основные этапы: определение интенсивности поступления требований (ВОПФ): определение комплекта СИЗ как СМО: одноканальная (использование одного изделия) или многоканальная, однофазная (защита от одного ВОПФ) или многофазная и т.д.; составление размеченного графа состояний (переходов от изделия к изделию); построение математической модели функционирования комплекта СИЗ в виде системы уравнений вероятностей состояний; исследование математической модели и определение основных характеристик функционирования системы защиты; определение оптимальной структуры системы.

Применение СМО при выборе СИЗ позволяет минимизировать затраты на их приобретение при обеспечении достаточной защиты работающего.

При выборе требуемых СИЗОД может быть применен подход к оценке системы защиты с использованием в качестве целевой функции минимума затрат. Для системы априори могут быть заданы полезный эффект и условия ее функционирования. Критерием эффективности для такой системы является минимум затрат при достижении определенного уровня защитной эффективности, т.е.

(77)

где З - приведенные затраты на приобретение и эксплуатацию СИЗОД, руб./год; W_n - заданный (нормативный) уровень защитной эффективности; M [W] - математическое ожидание защитной эффективности.

Выбирая эффективный вариант, следует иметь ввиду, что оптимальная альтернатива может не соответствовать ограничивающим условиям. Уровень безопасности обеспечивается уровнем риска не выше приемлемого. Материальные, временные и трудовые затраты могут быть ограничены. С учетом этих ограничений может быть принята к реализации неоптимальная, но близкая к ней альтернатива.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 27 Определение требуемого коэффициента защиты СИЗОД при достижении приемлемого риска (зависимость 1 - изменение риска от затрат на безопасность; 2 - изменение коэффициента защиты СИЗОД от затрат на приобретение и эксплуатацию; 3- область приемлемого риска)

В настоящее время в соответствии с международной договоренностью принято считать, что риск, связанный с действием техногенных опасностей (технический риск), должен находиться в пределах 10^-7…10^-6 смертельных случаев/(чел.· год), а величина 10^-8 является максимально допустимым (приемлемым) уровнем индивидуального риска.

На рис.27 показано определение требуемого коэффициента защиты СИЗОД при достижении приемлемого риска. Как видно из приведенного графика при увеличении затрат на безопасность снижается техногенный риск, а при соответствующем увеличении затрат на приобретение и эксплуатацию СИЗОД увеличивается коэффициент защиты. Полученная область приемлемого риска регламентирует диапазон необходимого коэффициента защиты СИЗОД.

Выбор требуемого СИЗОД позволит обеспечить надежную защиту в пределах приемлемого риска. Кроме того, предприятия смогут минимизировать свои расходы на приобретение СИЗ за счет выбора изделий с достаточной защитной эффективностью по критерию «цена-качество».

Реализация приведенных методических подходов позволяет выбрать оптимальный комплект СИЗ, обеспечивающий эффективную защиту работающего при минимальных затратах на его формирование и приобретение.

Проведен предварительный расчет социально-экономической эффективности применения дыхательных аппаратов типа «НИВА-2М» в овощеводстве закрытого грунта. По статистическим данным работников овощеводства закрытого грунта насчитывается около 300 тыс. человек. Из них примерно 30 тыс. нуждаются в применении средств защиты органов дыхания. Расчет социально-экономической эффективности проводился по двум вариантам: при сравнении дыхательного аппарата типа «НИВА-2М», со шланговым противогазом ПШ-20 ЭРВ и промышленным фильтрующим противогазом ППМ-88 с коробкой большого габарита марки А.

Полученные результаты показывают, что при сравнении дыхательного аппарата типа «НИВА-2М» со шланговым противогазом ПШ-20 ЭРВ социально-экономический эффект положителен и составляет 135,438 млн. руб., а в сравнении с фильтрующим противогазом эффект составлял 54,308 млн. руб.

Заключение

В диссертации, являющейся квалификационной научной работой, на основании выполненных автором исследований решена проблема снижения уровня профзаболеваний и травматизма работников АПК на основе предложенных методологических принципов создания и применения дыхательных аппаратов, путем использования установленных зависимостей, направленных на обеспечение их требуемой защитной и эксплуатационной эффективности, что в свою очередь повышает результативность индивидуальной защиты работающих и вносит значительный вклад в развитие отраслевой системы охраны труда и повышение социальной стабильности в АПК.

Основные научные выводы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Производственные процессы в агропромышленном производстве сопровождаются воздействием на работающих вредных и опасных факторов. Основными из них являются пыль и пестициды. Концентрация вредных веществ в воздухе рабочих зон может превышать ПДК в 500 раз. Более 95% объектов сельского хозяйства не отвечают санитарно-гигиеническим требованиям.

2. Ежегодно на производстве в АПК травмируется более 35 тыс. человек, около 600 человек гибнет. Профессиональные заболевания у работников сельского хозяйства составляют 11,56% от суммы всех профессиональных заболеваний.

3. В связи со спецификой производства, одним из эффективных путей в улучшении условий и охраны, является применение СИЗ органов дыхания. Перспективное направление в индивидуальной защите работающих - использование фильтрующих средств индивидуальной защиты органов дыхания с принудительной подачей воздуха (дыхательных аппаратов). Их разработка является актуальной. Однако создание данного вида СИЗ осложняется несовершенством научных основ их разработки. Анализ и систематизация конструктивных схем существующих дыхательных аппаратов позволили определить направления их совершенствования.

...