Разработка специальной одежды для защиты работников нефтедобывающей отрасли южного региона России от пониженных температур

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Актуальность темы. Нефтехимический бизнес является преобладающим в современных экономических отношениях, а обеспечение отраслей топливно-энергетического комплекса защитной одеждой - задачей актуальной, в значительной степени определяющей высокую производительность труда.

Улучшение условий труда нефтяников, сохранение их жизни, здоровья и работоспособности побуждает искать новые эффективные научные решения по совершенствованию методов промышленного проектирования.

Отечественная наука накопила значительный опыт в вопросах проектирования теплозащитной специальной одежды в результате научно- исследовательских работ ЦНИИШП, МГУДТ, РосЗИТЛП, НИИ медицины труда РАМН.

Анализ существующих средств индивидуальной защиты работающих в нефтедобывающей отрасли показал, что специальная одежда не полностью отвечает реальным условиям ее эксплуатации, требованиям комплексной защиты от большего количества вредных опасных производственных и климатических факторов. Выбор комплектности теплозащитной одежды не согласован с принципами и механизмами формирования ее теплоизоляции, так как отсутствуют исследования реальных условий эксплуатации защитной одежды, а также сведения об основных производственных движениях и энерготратах, производимых в течение рабочей смены основными категориями работающих.

Таким образом, проектирование теплозащитной специальной одежды, обеспечивающей тепловое равновесие организма в течение всего периода эксплуатации, особенно на юге России, для которого характерна неоднородность климатических условий, представляет собой актуальную задачу.

Важную научную задачу представляет разработка технологии формирования регулируемой структуры одежды за счет обоснования рациональной конструкции пакета материалов и технологии проектирования многофункциональной теплозащитной одежды.

Целью диссертационной работы является разработка технологии модульного проектирования специальной одежды с регулируемыми теплофизическими параметрами для защиты работников нефтедобывающей отрасли южного региона России от пониженных температур.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

– получение исходной информации для проектирования спецодежды и формирование информационного блока;

– формирование номенклатуры требований, предъявляемых к теплозащитной одежде с учетом реальных условий эксплуатации;

– установление взаимосвязи теплоизоляции комплекта с его толщиной, воздухопроницаемостью внешнего слоя, энерготратами и климатическими условиями;

– разработана технология формирования конструкции пакета материалов с регулируемыми теплофизическими параметрами на основе анализа реальных условий эксплуатации проектируемой одежды;

– расчет теплопотерь, необходимой теплоизоляции и толщины комплекта, времени допустимого непрерывного пребывания на холоде;

– исследование способов построения чертежей конструкции спецодежды;

– установление величин прибавок и приращений к размерным признакам в целях обеспечения эргономичности конструкции в статике и динамике.

Объект исследований. Компоненты системы «человек - специальная одежда - окружающая среда».

Методы исследований. В работе используется методология системного подхода к проектированию специальной одежды, методы и средства эргономической биомеханики, методы маркетинговых исследований.

Методической основой исследования является системно-структурный анализ, методы сравнений, теории механизмов теплоизоляции, статистическая обработка результатов экспериментов, согласованность с общими тенденциями проектирования спецодежды. Исследования проведены с позиций модульного проектирования, на основе теории разработки баз данных математического моделирования, теорий стандартизации и методов унификации.

Информационно-теоретической базой диссертации послужили труды отечественных и зарубежных ученых по исследуемой проблеме, нормативно-техническая документация, результаты научно-исследовательских работ, отчетов ЦНИИШП, методические рекомендации НИИ медицины труда РАМН и др.

Научная новизна. Впервые определены реальные условия труда в нефтедобывающем производстве на месторождениях южного региона России, что позволило обосновать уровни энерготрат работников, классифицировать их в профессионально-производственные группы, выделить в этих группах характерные движения.

Разработана технология проектирования конструкции спецодежды с учетом условий эксплуатации, теплофизических параметров, динамики движений работников, а также новой размерной типологии населения.

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена структура регулируемой комплектности защитной одежды, обеспечивающая взаимосвязь теплофизических параметров и свойств материалов, переменных энерготрат и климатических условий.

Определена математическая зависимость теплоизоляции и толщины комплекта от условий его эксплуатации в виде экспоненциальной регрессии.

Разработана математическая модель и программное обеспечение для решения задачи технологии формирования регулируемой структуры одежды с учетом теплофизических параметров и реальных условий эксплуатации.

Сформирована рациональная конструкция многослойного пакета материалов спецодежды, реализована в изготовлении опытных изделий «Защита» и «Комфорт» и апробирована в экспериментальной носке.

Разработан и внедрен в учебный процесс прибор для определения паропроницаемости пакета материалов с учетом атмосферного давления. Предложен метод определения коэффициента паропроницаемости.

Практическая значимость работы заключается в разработке комплектов теплозащитной одежды для нефтяников, отвечающих реальным условиям эксплуатации в южном регионе России. Комплект одежды обеспечивает необходимую защиту от неблагоприятных и опасных факторов, а также соразмерность фигуре потребителя, эргономичность в статике и динамике.

Прибор по определению паропроницаемости пакета материалов может использоваться в лабораториях при оценке применяемых материалов.

Разработана компьютерная программа технологии формирования регулируемой структуры теплозащитной одежды. Программа позволяет обосновать выбор пакета материалов, комплектность изделий, уровень теплоизоляции, что необходимо предприятиям для проектирования теплозащитной одежды.

Результаты исследований используются в учебном процессе Академии маркетинга и инженерно-информационных технологий (ИМСИТ, г. Краснодар) на кафедре «КШИ».

Результаты исследований могут быть использованы в нормативно-технической документации на специальную защитную одежду.

Апробация работы:

Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на научно-практических конференциях студентов и аспирантов ИМСИТ, г. Краснодар, 2006, 2007, 2008 гг.

Опытная эксплуатация готовых комплектов проведена на Сладковско-Морозовском месторождении в условиях лиманно-плавневой зоны.

Апробация теплоизоляционной способности комплектов в климатической камере с участием человека получила положительное заключение.

1. Анализ исходной информации, посвященный вопросам проектирования теплозащитной спецодежды для работающих в нефтедобывающей отрасли

Стабильное развитие нефтедобывающей отрасли в регионе повышает роль защитной одежды работающих на открытом воздухе.

Показано, что климатические условия южного региона России отличаются изменчивостью в течение рабочего дня. Для целей проектирования защитной одежды от пониженных температур установлены в соответствии с многолетними метеорологическими данными реальные параметры климатических условий южного региона России: наиболее вероятная скорость ветра (2,9 м/с), температура воздуха (в диапазоне от -2,2С до -35 С), влажность воздуха (81%), длительность зимнего и переходного периодов (9 месяцев).

В условиях современных производственных технологий специальная одежда должна представлять надежный барьер, обеспечивающий комплексную защиту, соответствовать реальным условиям эксплуатации.

Установлена необходимость формирования рациональной структуры видового и модельного многообразия ассортимента защитной одежды в рамках единых функциональных требований нефтедобывающего производства с учетом реальных условий труда и потребительских предпочтений. Типовые отраслевые нормы бесплатной выдачи не обеспечивают комплектности спецодежды в соответствии с энерготратами и профессиональной деятельностью.

Показано, что среди отечественных производителей имеются текстильные предприятия, которые разработали современные материалы, способные обеспечить высокие защитные и гигиенические показатели спецодежды.

Сформулированы основные направления исследований.

2. Разработка научно обоснованных требований к специальной одежде работающих в нефтедобывающей отрасли

Проведены маркетинговые исследования и установлено, что существующая спецодежда для нефтяников не учитывает реальных условий труда, не обеспечивает должный тепловой баланс, затрудняет движения. Применяемый пакет материалов не дифференцирован с учетом условий эксплуатации.

В целях функционально-эргономического обоснования проектных решений в соответствии с конкретными условиями труда классифицированы профессионально-производственные группы работающих с определенным уровнем энерготрат. Многообразие трудовых и экстремальных движений и поз при выполнении технологических операций обусловили их исследования в целях обоснования динамических приращений к размерным признакам и конструктивных прибавок. Характерные эргономические позы и движения в нефтедобывающей отрасли представлены в виде сводной диаграммы на рис 1.

Сформирована номенклатура требований, предъявляемых к спецодежде нефтяников, которая включает показатели функциональности, стойкости к внешним воздействиям, защитные, эргономические и эстетические и др.

3. Результаты исследования механизмов формирования теплоизоляции специальной одежды для защиты работающих от пониженных температур и выбор конструкции оптимального пакета материалов

На основании исследований реальных условий эксплуатации одежды, теории определения теплоизоляции, разработанной НИИ медицины труда, проведен расчет теплофизических параметров, который позволил определить теплопотери, необходимую теплоизоляцию защитной одежды и время допустимого непрерывного пребывания на холоде.

Показана зависимость теплоизоляции комплекта защитной одежды от толщины пакета материалов, которая представлена параболой, и от климатических условий - экспоненциальной регрессией.

Рис. 1 - Диаграмма наиболее характерных поз и движений при выполнении технологических операций

Расчет толщины и теплоизоляции комплекта (табл. 1) позволил обосновать конструкцию пакета применяемых материалов. В качестве основного материала выбраны два варианта: влагостойкая хлопко-полиэфирная ткань с полиуретановой мембранной пленкой (поверхностной плотностью 255 г/м2) и ткань с нефте-масло- водоотталкивающей, антистатической отделкой (поверхностной плотностью 210 г/м2), выработанные ООО «Чайковской текстильной компанией». В качестве подкладки использована хлопчатобумажная ткань поверхностной плотностью 150 г/м2. Рациональная толщина и снижение массы одежды обеспечены использованием термоскрепленного объемного утеплителя из бикомпонентных волокон в наружном слое, прилегающем к ткани верха, и во внутреннем слое - из натуральных шерстяных волокон.

Предложен метод определения коэффициента паропроницаемости с учетом атмосферного давления для оценки материалов.

Проведенные исследования позволили установить рациональную структуру пакета материалов защитной одежды, обеспечивающую взаимосвязь между свойствами современных материалов, основным функциональным назначением защитной одежды, ее теплофизическими характеристиками и реальными условиями эксплуатации.

4. Разработка технологии проектирования рациональной конструкции защитной одежды для нефтяников

Традиционным способом построения чертежей конструкции специальной одежды является координатный. При этом размероростовочные шкалы на мужскую и женскую спецодежду объединены в два смежных размеро-роста.

Однако вопрос повышения удовлетворенности потребителей спецодеждой соответствующих размеров и эргономически рациональной конструкции остается открытым, что побуждает искать новые проектные решения.

Проведенные исследования, многослойный пакет обоснованных материалов определили целесообразность применения способа построения конструкции по измерениям фигур и прибавкам к ним, с использованием новых типовых размерных признаков мужчин, разработанных ЦНИИШП и обоснованных оптимизированных прибавок при построении конструкции.

Таблица 1 - Теплоизоляция и толщина комплекта спецодежды с учетом температуры воздуха, скорости ветра, энерготрат человека и воздухопроницаемости внешнего слоя одежды

Построения чертежей способом использования типовых размерных признаков мужских фигур и прибавкам к ним, позволил рассчитать параметры конструкции, применяя новую размерную типологию мужчин. В конструкции учтены эргономические приращения к размерным признакам в соответствии с динамикой движений, что обеспечивает эргономичность изделия в статике и динамике, функциональность в процессе эксплуатации, соразмерность деталей фигуре потребителя. В процессе построения базовой конструкции решены задачи оптимизации конструктивных параметров.

Модельная конструкция разработана на основе приемов конструктивного моделирования. Модели и комплектующих элементы обоснованы, исходя из исследований условий труда с позиций функционально-конструктивной целесообразности. Учтены свойства пакета материалов, условия труда, эргономические и защитные требования, теплоизоляционные свойства комплекта.

Проведенные исследования позволили определить комплектность спецодежды, возможность регулирования теплозащитных свойств комплекта в соответствии с изменяющимися условиями эксплуатации.

Комплектность специальной одежды представлена четырьмя модулями, модулем связи (МС), с различным набором предметов одежды:

– модуль связи первый (МС1) состоит из куртки, полукомбинезона, сорочки фланелевой, трикотажного белья. Комплект эксплуатируется буровыми бригадами и бригадами по ремонту скважин при температуре воздуха от -2,2°С до -10°С.

– модуль связи второй (МС2) включает модуль первый с добавлением жилета. Для операторов при температуре окружающей среды от 0 до -2,2°С

– модуль связи третий (МС3) включает модуль связи второй с добавлением утепляющей прокладки, но без жилета. Комплект эксплуатируется ИТР при температуре окружающей среды -2,2°С и операторами при -10°С.

– модуль связи четвертый (МС4) включает модуль связи первый с добавлением утепляющей прокладки и жилета, составляет полный комплект - куртка, полукомбинезон, утепляющая прокладка, жилет, сорочка, трикотажное белье. Полный комплект эксплуатируется всеми работающими при температуре воздуха до -35°С, при температуре воздуха -10°С его используют ИТР.

Структурная схема внутренней организации объекта модульного проектирования:

Разработка алгоритма проектирования конструкции осуществлена с использованием основных положений теории алгоритмизации, а при описании объекта проектирования в виде математической модели принята логико-математическая статическая модель.

5. Результаты исследований спецодежды для нефтяников в моделируемых эксплуатационных условиях климатической камеры с участием человека и в реальной опытной носке

модульный теплоизоляция спецодежда

По результатам исследования получено заключение и протоколы испытаний, которые подтвердили обоснованность выбора оптимального пакета материалов и разработанной конструкции спецодежды. Испытаниями установлено, что комплекты мужские для защиты от пониженных температур обеспечивают защиту от охлаждения в принятом расчетами диапазоне энерготрат.

Опытная носка комплектов теплозащитной спецодежды, как наиболее надежный способ ее оценки, была проведена в условиях южного региона России Сладковско-Морозовского месторождения, в условиях лиманно-плавневой зоны. Установлено, что комплекты соответствуют своему функциональному назначению, обеспечивают защиту от холода и осадков, сырой нефти и нефтепродуктов. Подтверждается рациональная комплектность изделий, способствующая регулировке теплоизоляционных свойств в условиях переменных климатических условий и физической нагрузки.

Заключение

Впервые исследованы реальные условия труда в нефтедобывающем производстве на месторождениях Анастасиевско-Троицкое, Чумаковское, Ханьков, Сладковско-Морозовское, обоснованы уровни энерготрат работающих, которые классифицированы в профессионально- производственные группы, выявлены характерные движения и позы, в целях проектирования спецодежды, отвечающей эргономическим требованиям. На основе анализа характера движений установлены динамические приращения и прибавки на свободу облегания в конструкции защитной одежды.

Для целей проектирования специальной одежды южного региона России на основе анализа многолетних метеорологических параметров определены их значения применительно к зимнему периоду. Расчет теплофизических параметров одежды, выбор пакета материалов и обоснование комплектности теплозащитного изделия выполнен для диапазона температур от -2,2 до -35?С, наиболее вероятной скорости ветра 2,9 м/с, влажности воздуха 81 %.

Разработана технология формирования регулируемой структуры теплозащитной специальной одежды и ее рациональной комплектации (видами предметов и съемными конструктивными элементами) с учетом реальных условий эксплуатации и свойств пакета материалов.

Разработана технология модульного проектирования многофункциональной специальной одежды для защиты от пониженных температур с регулируемыми теплофизическими параметрами на принципах системного подхода.

Определен рациональный ассортимент специальной одежды видового и модельного многообразия в рамках единых функциональных требований для нефтедобывающего производства на основе анализа реальных условий эксплуатации, обеспечивающий работнику возможность регулирования его теплового состояния.

6. Разработана математическая модель и программное обеспечение для решения задачи технологии формирования регулируемой структуры одежды с учетом теплофизических параметров и реальных условий эксплуатации.

7. Испытания спроектированных изделий, проведенные в климатической камере с участием человека, и опытная носка подтверждают обоснованность теоретических расчетов теплоизоляции защитной одежды, ее комплектность.

Литература

1. Иващенко И.Н., Байбуз В.Н., Русских Ю.А. Устройство для измерения паропроницаемости тканей // Вестник ИМСИТа. - 2006. № 1-2. - 0,07 п.л.

2. Беляева С.А., Иващенко И.Н., Байбуз В.Н. Специальная одежда для нефтяников юга России. Деп. в ВИНИТИ РАН. 06.04.07. № 388-В2007. - 0,2 п.л.

3. Беляева С.А., Иващенко И.Н., Байбуз В.Н. Материалы для специальной одежды нефтяников. Деп. в ВИНИТИ РАН. 06.04.07. № 387-В2007. - 0,3 п.л.

4. Беляева С.А., Иващенко И.Н. Разработка технических требований к спецодежде нефтяников, эксплуатируемой в южных районах России // Швейная промышленность. - 2007. № 2. - 0,36 п.л.

5. Иващенко И.Н. Теплоизоляционные свойства средств индивидуальной защиты. Деп. в ВИНИТИ РАН. 03.12.2007 № 1121-В2007. - 0,35 п.л.

6. Иващенко И.Н. Проектирование спецодежды для защиты от пониженных температур работающих в нефтедобывающей отрасли южного региона России // Швейная промышленность. - 2008. № 3. - 0,17 п.л.

Размещено на Allbest.ru