Совершенствование индивидуальных средств защиты органов дыхания сварщиков арматурных цехов завода жби
На правах рукописи
МАРИНИНА ОЛЬГА НИКОЛАЕВНА
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ СРЕДСТВ
ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ СВАРЩИКОВ
АРМАТУРНЫХ ЦЕХОВ ЗАВОДА ЖБИ
05.26.01 Охрана труда (строительство)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Волгоград – 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно–строительный университет».
| Научный руководитель: доктор технических наук, профессор | МЕНЗЕЛИНЦЕВА НАДЕЖДА ВАСИЛЬЕВНА |
| Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор | СИДОРЕНКО ВЛАДИМИР ФЁДОРОВИЧ ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет», заведующий кафедрой «Экологическое строительство и городское хозяйство» |
| кандидат технических наук, доцент | МИШТА ВАЛЕРИЙ ПАВЛОВИЧ ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», доцент кафедры «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности» |
| Ведущая организация: | ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» |
Защита диссертации состоится 31 мая 2012 г. в 1200 час. на заседании диссертационного совета ДМ 212.026.05 при ГОУ ВПО Волгоградском государственном архитектурно–строительном университете по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1 (ауд. Б-203)
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»
Автореферат разослан 27 апреля 2012г.
| Ученый секретарь диссертационного совета |  | Юрьев Ю.Ю. |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. При проведении сварочных работ в арматурных цехах заводов железобетонных изделий в рабочую зону в зависимости от вида сварки, марок электродов и флюса поступает сварочный аэрозоль, в состав которого входят, твердые составляющие и газообразные вещества, вредные для здоровья человека. Общий фон загрязнения в таких цехах, как правило, не превышает уровня ПДК. Но в зоне дыхания сварщика, выполняющего ручные операции, содержание вредных веществ значительно превосходит как фон, так и ПДКр.з. Так содержание твердых частиц в воздухе рабочей зоны превышает ПДКр.з в 5-6 раз, а концентрация фтористого водорода превышает предельно допустимую концентрацию( ПДК р.з.) от 1,5 до 15 раз.
Традиционным способом улучшения состояния воздушной среды на рабочем месте сварщика являются местные вытяжные устройства, однако фактические расходы удаляемого воздуха зачастую не соответствуют требуемым. Обеспечение нормативной чистоты воздуха в рабочей зоне за счет применения местной вытяжной и общеобменной вентиляции далеко не всегда возможно. Поэтому необходимо использовать индивидуальные средства защиты органов дыхания – респираторы.
Многие из выпускаемых в настоящее время респираторов воспринимаются работниками как дополнительная нагрузка и помеха, создающая ощущение дискомфорта. В промышленных условиях наиболее хорошо зарекомендовали себя облегченные каркасные респираторы типа «Снежок», создание которых стало возможно только благодаря использованию в качестве фильтрующего элемента пористого слоя из ионообменных волокнистых материалов.
Широкому внедрению респираторов такого класса в значительной мере препятствует отсутствие номенклатуры текстильных материалов с ионообменными свойствами.
Поэтому актуальным является работа, направленная на совершенствование респираторов путем разработки материалов для фильтрующего элемента на основе ионообменных волокнистых материалов с целью улучшения защитных и гигиенических свойств.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Цель работы: совершенствование защитных и эксплутационных свойств респираторов для защиты органов дыхания при проведении сварочных работ в арматурных цехах завода ЖБИ.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- анализ условий труда сварщиков арматурных цехов завода ЖБИ для оценки воздействия вредных производственных факторов на организм работающих;
- оценка перспективности применения респираторов, оснащенных фильтрующими элементами из ионообменных волокон при проведении сварочных работ в арматурных цехах завода ЖБИ;
- разработка сорбционно-фильтрующих материалов из ионообменных волокон для формирования защитного слоя респиратора при работе сварщиков в цехах завода ЖБИ, исследование и оптимизация свойств разработанного материала;
- экспериментальное исследование закономерностей поглощения фтористого водорода сорбционно-фильтрующими материалами из ионообменных волокон для средств индивидуальной защиты органов дыхания;
- уточнение математической модели для описания процесса поглащения фтористого водорода сорбционно-фильтрующим элементом в виде нетканого иглопробивного материала из ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна, в условиях рабочей зоны сварщика арматурных цехов завода ЖБИ;
- исследование защитных и эксплуатационных свойств респираторов типа «Снежок», оснащенных фильтрующими элементами из разработанного материала, в производственных условиях;
- разработка практических рекомендаций по выбору и применению респираторов, оснащенных пористыми защитными элементами из разработанных материалов.
Основная идея работы заключалась в использовании в качестве фильтрующего элемента респираторов пористого слоя в виде нетканого иглопробивного ионообменного материала содержащий слой поликапроамидного волокна и слой из хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, моделирование изучаемых процессов, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПК, лабораторные и опытно-промышленные исследования.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений механики газа и теоретического анализа, планированием объема экспериментальных исследований, и подтверждена удовлетворяющей сходимостью теоретических результатов с результатами экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и промышленных условиях.
Научная новизна работы:
- теоретически и экспериментально обоснована перспективность использования нетканого иглопробивного материала из ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна в качестве фильтрующего пористого слоя средств индивидуальной защиты органов дыхания при проведении сварочных работ;
- разработана математическая модель для описания процесса поглощения фтористого водорода сорбционно-фильтрующим элементом в виде нетканого иглопробивного материала на основе ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна в условиях рабочей зоны сварщика арматурных цехов завода ЖБИ;
- установлены экспериментальные зависимости, характеризующие изменение времени защитного действия по фтористому водороду, воздухопроницаемости материала в зависимости от содержания в нем хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна, числа смен до замены фильтрующего элемента и толщины фильтрующего слоя;
- исследованы закономерности поглощения фтористого водорода разработанным материалом в условиях рабочей зоны арматурных цехов завода ЖБИ;
- получены экспериментальные данные по защитным и эксплутационным свойствам респираторов, оснащенных фильтрующим элементом из разработанного материала, при проведении сварочных работ в производственных условиях;
- уточнен компонентный и дисперсный состав сварочного аэрозоля, поступающего в рабочую зону сварщика арматурного цеха.
Практическое значение работы:
- разработан сорбционно-фильтрующий иглопробивной материал на основе ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна, который используется в качестве фильтрующего элемента респиратора для улавливания фтористого водорода и твердых составляющих сварочного аэрозоля (ТССА) при проведении сварочных работ;
- разработаны практические рекомендации по выбору и применению респираторов, оснащенных пористыми защитными элементами из ионообменных материалов.
Реализация результатов работы:
- проведены производственные испытания респираторов типа «Снежок», оснащенных сорбционно-фильтрующими элементами из разработанного материала при проведении сварочных работ в арматурных цехах завода ОАО «Фирма ЖБИ-6»;
- рекомендации по выбору и применению респираторов, оснащенных пористыми защитными элементами из ионообменных материалов, использованы при проектироваии;
- материалы диссертационной работы использованы кафедрой «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета при подготовке инженеров по специальности 280102.65 «Безопасность технологических процессов и производств».
На защиту выносятся:
- результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей поглощения фтористого водорода пористыми защитными элементами из иглопробивного нетканого материала на основе ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна, в условиях рабочей зоны сварщиков арматурных цехов завода ЖБИ;
- математическая модель для описания процесса поглощения фтористого водорода в пористом элементе из иглопробивного нетканного материала на основе ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна в условиях рабочей зоны сварщика арматурных цехов завода ЖБИ;
- экспериментальные зависимости изменения времени защитного действия по фтористому водороду и воздухопроницаемость сорбционно-фильтрующего слоя из иглопробивного нетканого материала на основе ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна, позволившие оптимизировать структуру материала для получения сорбентов с требуемым комплексом свойств;
- результаты исследований защитных и эксплутационных свойств респираторов типа «Снежок», с сорбционно-фильтрующим элементом из нетканого иглопробивного материала на основе ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна, в производственных условиях.
Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Волгоград 2009, 2010, 2011); ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВолгГАСУ (Волгоград, 2011-2012гг).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 6 работах, в том числе 1 из них в рецензируемых изданиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 131 страница, в том числе: 112 страниц – основной текст, содержащий 27 таблиц, 25 рисунков, список литературы из 147 наименований на 15 страницах, 4 приложения на 4 страницах.
Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, основные научные положения, выносимые на защиту, практическая значимость работы.
В первой главе проведен анализ качества воздушной среды в арматурных цехах заводов ЖБИ, где изготавливают арматурные сварные сетки, каркасы, при этом арматуру очищают от ржавчины, окалины, правят, режут. При проведении сварочных работ в воздух рабочей зоны выделяется сварочный аэрозоль, в состав которого входят вредные для здоровья человека оксиды металлов (железа, марганца, хрома, ванадия, алюминия и др.), газообразные соединения (фтористые, оксиды углерода, азота, озон). Одним из наиболее опасных соединений является фтористый водород (первый класс опасности, ПДКр.з=0,05 мг/м3). В ряде случаев концентрация фтористого водорода в рабочей зоне сварщика достигает (0,75-1 ) мг/м3, твердых частиц - (20-25) мг/м3, что превышает ПДКр.з. в 15 раз по фтористому водороду и в и в 5 раз по твердым частицам соответственно. Такое высокое содержание вредных веществ а рабочей зоне вызывает необходимость применять средства индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД).
Проведен анализ существующих СИЗОД, применяемых в сварочном производстве для защиты от твердых компонентов сварочного аэрозоля. В настоящее время наиболее часто используются облегченные противоаэрозольные респираторы типа «Лепесток-5»,»Лепесток-40», «Лепесток-200» при кратности превышения ПДК в 5, 40, 200 раз соответственно, коэффициент проницания не более 0,01 %, масса около 12г., респиратор «Кама -200» применяется при концентрации пыли до 100 мкм, при кратности превышения ПДК не более 100, коэффициент проницания не более 0,1 %, масса около 20 г, респиратор «РП-91Ш» применяется при концентрации пыли до 500 мг/м3 коэффициент проницания пыли не более 0,1 %, масса около 200 г, респиратор «У-2К» - коэффициент проницания не более 0,05 %, масса около 60 г. Однако эти респираторы не защищают от кислых газов
Для улавливания кислых газов в настоящее время используют респираторы типа «РГ-Т», содержание газов в рабочей зоне не должно превышать 15 ПДК, коэффициент проницания не менее 3 %, масса около 100 г., время защитного действия 20-30 мин., респиратор «РПГ-67», прилагаются патроны для различных видов газов, содержание газов не должно превышать ПДК в 15 раз масса около 300 г. время защитного действия 30-50 мин., «РУ-60М» масса около 350 г, концентрация газов в рабочей зоне не должна превышать ПДК в 15 раз. Все перечисленные респираторы имеют ряд недостатков значительная масса, невысокое время защитного действия, сменные фильтры для каждого вида газов, кроме того, они некомфортны в применении. Респиратор «Снежок-ГП-В» единственный в своем классе облегченный респиратор удобный в использовании, имеет маленькую массу, это стало возможным при использовании в качестве фильтрующего элемента материалов из ионообменных волокнистых материалов. В комплект респираторов входит различное содержание противоаэрозольных и противогазовых фильтров.
Широкому применению этих и подобных респираторов мешает отсутствие номенклатуры разнообразных материалов с ионообменными свойствами. Разработкой таких материалов занимались многие ученые: А.А. Эннан, О.Г. Левченко, В.И. Байденко, Т.А. Асаулова, В.А. Желтобрюхов, М.П. Зверев и др.
Наиболее высокими защитными показателями обладают ионообменные волокнистые материалы на основе поликапроамидных волокон типа КМ: статическая обменная емкость (СОЕ) по HCl – (1,5-2,5) мг- экв/г сух. волокна. Эти свойства, а также высокая механическая прочность и стойкость к кислым средам позволяют использовать данный материал в качестве защитного слоя при работе с фтористым водородом.
Одним из недостатков респираторов при длительной их эксплуатации является резкое ухудшение гигиенических свойств, образование наминов на коже лица у рабочих по полосе обтюрации, что вызывает необходимость частой замены фильтрующего элемента, при невыработанном защитном ресурсе.
Для повышения комплекса защитных и эксплутационных свойств респираторов для работы в условиях арматурных цехов ЖБИ необходимо разрабатывать материалы для фильтрующего слоя, обладающие как высоким временем защитного действия по кислым газам, так и значительной эффективностью улавливания твердых частиц и высокими гигиеническими показателями.
Во второй главе разработана структура сорбционно-фильтрующего материала для защитного слоя респиратора, и исследованы его свойства. Для обоснования требуемой структуры и волокнистого состава материала, был проведен анализ компонентного состава сварочного аэрозоля по твердым и газообразным составляющим (табл. 1) и анализ дисперсного состава пыли в воздухе рабочей зоны арматурного цеха завода ЖБИ.
Таблица 1 - Компонентный состав твердых составляющих сварочного аэрозоля (ТССА) при сварке покрытыми электродами.
| Состав ТССА при сварке электродами УОНИ 13/55, г/кг | ||||||||||
| SiO2 | TiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | MnO | CaO | MgO | K2O | Na2O | F | |
| 3,8-11,5 | 01-0,93 | 0,1-2,2 | 10,5-35,2 | 2,5-8,8 | 1,5-1,7 | 0,1- 15 | 1,9-33,6 | 1,0-33,3 | 11,4-23,5 | |
Анализ дисперсного состава сварочного аэрозоля выполнялся микроскопическим методом с применением ПК и программы DUST для обработки экспериментальных данных. Полученные интегральные кривые распределения массы частиц аэрозоля по диаметрам в вероятностно-логарифмической сетке представлены на рис.1.
Рис. 1. Интегральные кривые распределения массы частиц сварочного аэрозоля по диаметрам в воздухе рабочей зоны арматурного цеха завода ЖБИ.
По результатам анализа дисперсного состава можно сделать вывод о том, что в среднем медианный диаметр частиц сварочного аэрозоля при проведении сварочных работ равен 0,65 1,0 мкм.
Разработан иглопробивной нетканый материал, содержащий слой из анионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна. При работе с лицом сварщика соприкасается слой хлопкоподобного вискозного волокна. В табл.2 приведены показатели основных физико-химических свойств разработанного материала. Анализ приведенных данных показал, что материал обладает высоким временем защитного действия, значительной воздухопроницаемостью и гигроскопричностью.
Исследована поровая структура материала. Микропоровую структуру нетканых материалов исследовали методами термограмм сушки и по методу изотерм сорбции-десорбции. Макропоровую структуру изучали методом капиллярного поднятия жидкости. По результатам исследований построены дифференциальные и интегральные кривые распределения пор по размерам, анализ которых показал, что основной объем порового пространства образуют микропоры, размером (5-25)104 мкм, и макропоры размером (250-630) мкм.
Таблица 2 - Сравнительные характеристики свойств разработанного фильтрующего материала
| № | Общая масса слоёв, гр/м2 | Масса слоя ионообменного волокна, г\м2 | Масса слоя вискозного волокна, г\м2 | Время защитного действия, час | Разрывная нагрузка (Н) по длине и ширине | Жесткость при изгибе по длине и ширине | Воздухопрница-емость дм2/м2 | Гигроскопич- ность % | Число смен до замены | ||
| 1 | 300 | 210 | 90 | 30 | 120 | 140 | 6,5 | 6,7 | 250 | 9,5 | 15 |
| 2 | 300 | 180 | 120 | 26 | 115 | 100 | 7,8 | 8,2 | 210 | 9 | 13 |
Для оптимизации структуры и свойств фильтрующего материала проведен эксперимент по плану В3. В качестве параметров оптимизации были выбраны: У1 – время защитного действия по НF, (час), У2 – воздухопроницаемость, (дм3/м2с)
В качестве варьируемых факторов были приняты: Х1(N) – содержание хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна, %; Х2(n) – число смен работы до замены фильтрующего элемента; Х3(h) – толщина фильтрующего слоя, мм.
В результате реализации эксперимента и его обработки получены адекватные уравнения(проверка на адекватность осуществлялась по критерию Фишера), которые с учетом значимых коэффициентов (значимость коэффициентов проверяли по критерию Стьюдента) имеют вид в кодированных величинах:
У1=29,01+11,22х3-4,54х32 (1)
У2=427,57+14,57х2-172,07х3-32,38х1х2-31,66х2х3+55,66х22 (2)
и в именованных:
(3) 
(4)
Построены двумерные сечения поверхностей отклика. Анализ полученных закономерностей позволил сделать вывод о преимущественном влиянии толщины материала на рассматриваемые параметры. Проведена оптимизация структуры и свойств разработанного материала методом наложения сечений поверхностей отклика. Найдены оптимальные параметры структуры: толщина материала 2-2,5мм, содержание хлопкоподобного высокомодульного вискозного волокна (30-40)%.
В третьей главе проведены теоретические и экспериментальные исследования закономерностей улавливания фтористого водорода разработанным материалом. Эксперименты проводили как в статических, так и в динамических условиях, Динамическую активность (ДА) выражали отношением количества поглощенного сорбентом газа до проскока или до насыщения к его статической обменной емкости (СОЕ). Эксперименты проводили на установке ДП-3 при следующих условиях: при концентрации НF-2,5 мг/м3, скорости пропускания ГВС 3см/с, влагосодержании образца 5,5 %, температуре ГВС 250 и влажности ГВС 65%
На рис. 2 приведена зависимость ДА от высоты слоя сорбента, анализ которой показал, что при увеличении толщины слоя ДА сначала возрастает, а затем остается практически постоянной. На рис. 3 показана зависимость скорости поглощения от времени сорбции. Увеличение скорости сорбции с течением времени можно объяснить увеличением толщины диффузионного слоя.
Рис.2. Зависимость времени защитного действия: от высоты слоя (h, мм).
Рис. 3. Зависимость скорости поглощения фтористого водорода от времени сорбции.
Рис.4. Зависимость времени защитного действия от толщины слоя. Анализ полученной зависимости показал, что она с достаточной степенью точности описывается уравнением динамики сорбции Шилова:
=кН–0, (5)
где Н – длина работающего слоя сорбента (см), 0 - потеря времени защитного действия 0=9(мин), к – коэффициент защитного действия к=5,8(мин./см)
Для описания процессов поглощения HF разработанным сорбентом использовали изотермическую модель адсорбции.
+ 
(6)
0[C-C равн(а)], (7)
a= f(C). (8)
Граничные и начальные условия математической модели при первоначально незаполненном слое следующие:
при =0 C(0,x)=0, a (0,x)=0 (9)
при >0 С(,0)=C0, a(,0)=f(),x=0 (10)
Для решения рассматриваемой системы уравнений введем переменную:
z=x-, (11)
где – скорость движения границы сорбции,м/с.
Решение уравнений (7-9) имеет вид:
; (12)
; (13)
. (14)
Значение а0 находилось по формуле:
, (15)
где К – коэффициент защитного действия определенный из уравнения
;
где G – расход ГВС.
Скорость Un можно определить из уравнения Дарси:
, (16)
где Un – скорость газа в канале пористой среды, м/с; РТК – перепад давления на участке пористого элемента, Па; – вязкость газа, Па·с; hион - толщина пористого сорбирующего элемента, м; k – коэффициент пропорциональности, характеризующий абсолютную проницаемость среды, принимаемый для идеального учета равным
,
с учетом строения материала, его поровой структуры
.
Скорость поглощения газа, то есть количество поглощенного газа, отнесённое к массе адсорбента, (I) в единицу времени или скорость поглощения газа (Unr) можно определить по формуле:
. (17)
где Мг – масса поглощенного газа, Мтк – масса чистого сорбента.
Скорость газа, обусловленная процессом адсорбции, с учетом пористости и удельной поверхности рассчитывается по формуле:
.
Тогда определённую за время tк скорость газа, обусловленную процессом адсорбции, находим по формуле:
(18)
Четвёртая глава посвящена практической реализации результатов проведенных исследований.
Проведены испытания универсальных газовых респираторов типа «Снежок ГП-В», снаряженных противогазовыми (ПГ) элементами, изготовленными из разработанного материала при выполнении сварочных работ в производственных условиях арматурного цеха завода ЖБИ. В испытаниях участвовало 20 рабочих специальности - сварщик, которые использовали сорбционно-фильтрующий элемент респиратора в течении 14 дней. Концентрация фтористых соединений составляла (0,2-1,85) мг/м3, температура в местах отбора проб (+2662) оС, относительная влажность воздуха (50 – 60) %, подвижность воздуха (0,6 – 1,2) м/с.
В табл. 3 приведены значения концентрации фтористого водорода (НF) в рабочей зоне в подмасочном пространстве для всех 20 сварщиков, принявших участие в испытаниях, в течение 1,6,14 смен.
Таблица 3 – Результаты испытаний сорбционно-фильтрующих элементов из ионообменных материалов группы КМ.
| Концентр. фтор иона мг/м3 | № испы тателя | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 1 смена | |||||||||||||||||||||
| в зоне дыхания | 0,2 | 0,2 | 0,15 | 0,2 | 1,3 | 0,8 | 0,7 | 0,3 | 0,6 | 0,5 | 0,3 | 0,2 | 0,3 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,1 | 0,8 | 0,6 | 0,1 | |
| под полумаской респиратора | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,04 | 0,03 | 0,02 | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,03 | 0,03 | 0,02 | 0,01 | |
| 6 смена | |||||||||||||||||||||
| в зоне дыхания | 0,4 | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,6 | 0,6 | 0,3 | 0,2 | 0,2 | 0,8 | 1,3 | 0,7 | 0,7 | 0,8 | 0,8 | 0,2 | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,6 | |
| под полумаской респиратора | 0,01 | 0,04 | 0,01 | 0,01 | 0,02 | 0,04 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,04 | 0,04 | 0,03 | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,03 | 0,04 | 0,02 | 0,02 | |
| 14 смена | |||||||||||||||||||||
| в зоне дыхания | 0,5 | 0,7 | 0,6 | 0,4 | 0,6 | 0,3 | 0,8 | 0,5 | 0,7 | 0,2 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,7 | 0,3 | 0,6 | 0,8 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | |
| под полумаской респиратора | 0,01 | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,03 | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,03 | 0,01 | 0,02 | 0,04 | 0,03 | 0,01 | 0,02 | |
В табл. 4 приведены результаты испытаний защитных свойств респираторов по ТССА.
Таблица 4 - Результаты испытаний респираторов, снабженных сорбционно-фильтрующими элементами из ионообменных материалов группы КМ.
| Смена | Покой | Повороты головы | Покой | Подъем груза | Покой | Приседания | Покой |
| Длительность периода/Время пробоотбора от начала опыта, мин | |||||||
| 10/5 | 20/25 | 10/35 | 20/55 | 10/65 | 20/85 | 10/95 | |
| 1 | 0,01 | 0,02 | 0,02 | 0,03 | 0,02 | 0,04 | 0,02 |
| 4 | 0,01 | 0,015 | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,03 | 0,02 |
| 9 | 0,012 | 0,01 | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,03 | 0,01 |
| 12 | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,03 | 0,02 | 0,02 | 0,01 |
| 14 | 0,02 | 0,01 | 0,015 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 |
Анализ данных табл. 4 показал, что разработанный сорбционно-фильтрующий материал обеспечивает эффективную защиту по фтористому водороду в течении 14 смен. Далее резко ухудшаются гигиенические свойства, что вызывает необходимость замены сорбционно-фильтрующего элемента респиратора.
Проведен анализ дисперсного состава сварочного аэрозоля в подмасочном пространстве сварщиков (рис.5).
Рис. 5. Интегральная кривая распределения массы частиц аэрозоля по диаметрам в вероятностно-логарифмической сетке в подмасочном пространстве сварщика арматурного цеха завода ЖБИ.
Рис. 6. График зависимости изменения во времени концентрации фтористого водорода в арматурном цехе завода ЖБИ.
Для изучения динамики изменения защиты в течении времени построен график изменения во времени концентрации фтористого водорода в зоне дыхания (1) и под полумаской респиратора «Снежок ГП-В» (2) в арматурном цехе завода ЖБИ (рис.6),
где t – чистое время использования респиратора в течении 112 часов (14 смен) час.,
С – концентрация НF, ПДК.
Кроме коэффициента защиты респиратора в ходе эксперимента выявляли изменение массы и сопротивление респираторов воздушному потоку при его расходе 25дм3/мин в течении всего времени испытаний. Полученные значения приведены в табл. 5.
Таблица 5 - Изменение массы и сопротивления респираторов в ходе эксперимента.
| Смена | Масса респиратора | Сопротивление воздушного потоку | ||
| Начальная, г. | Прирост от начальной, % | Начальное, Па. | Прирост от начального, % | |
| 1 | 40,0±0,2 | 5±2 | 20,4±1 | 6±6 |
| 4 | 40,2±0,2 | 4±2 | 22,3±2 | 5±6 |
| 9 | 41,2±0,2 | 4±3 | 25,4±2 | 5±4 |
| 12 | 41,6±0,3 | 5±1 | 29,3±1 | 6±7 |
| 14 | 42,5±0,2 | 4±2 | 31,5±3 | 8±5 |
Социально-экономический эффект составил 256000 руб/год.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе дано решение актуальной задачи, совершенствования средств индивидуальной защиты органов дыхания при проведении сварочных работ в арматурных цехах завода ЖБИ. На основании результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы по работе:
1. При проведении сварочных работ в воздух рабочей зоны выделяется сварочный аэрозоль, в состав которого входят оксиды металлов (железа, марганца, хрома, ванадия, алюминия и др.), газообразные соединения (фтористые, оксиды углерода, азота, озон). Одним из наиболее опасных соединений является фтористый водород концентрация которого в рабочей зоне превышает ПДК в 15 раз, твердых частиц превышает в 5 раз. Такое высокое содержание вредных веществ вызывает необходимость применять индивидуальные средства защиты органов дыхания.
2. Проведен анализ существующих респираторов применяемых в сварочном производстве, большая часть из которых предназначена для улавливания либо ТССА, либо газов. К числу недостатков можно отнести значительную массу и неудобство в применении. Одним из наиболее совершенных является респиратор типа «Снежок-ГП-В», за счет использования в качестве фильтрующего слоя ионообменных волокнистых материалов.
3. Уточнен компонентный состав сварочного аэрозоля. Установлено, что средний медианный диаметр частиц сварочного аэрозоля составил 0,651 мкм.
4. Разработан иглопробивной нетканый материал содержащий слой из анионообменного поликапроамидного волокна и слой холпкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна. Исследована структура и физико-химические свойства, исследована поровая структура, установлено, что разработанный материал обладает высоким временем защитного действия, высокой прочностью и достаточной гигроскопичностью.
5. Получены уравнения регрессии устанавливающие связь между показателями основных свойств сорбентов и параметрами их структуры. Определены оптимальные параметры структуры материала.
6. Проведены теоретические и экспериментальные исследования разработанного материала как в статических, так и в динамических условиях. Получены экспериментальные зависимости ДА от высоты слоя сорбента, скорости поглощения от времени сорбции, уточнено уравнение динамики Шилова для разработанного сорбента.
7. Уточнена математическая модель для описания процесса поглощения фтористого водорода сорбционно-фильтрующим элементом в виде нетканого иглопробивного материала из ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна, в условиях рабочей зоны сварщика арматурных цехов завода ЖБИ.
8. Проведены испытания респираторов «Снежок – ГП-В» снаряженного противогазовым сорбционным элементом в производственных условиях, результаты испытаний показали, что разработанный сорбционно-фильтрующий элемент, осуществляет защиту, как по ТССА, так и по газам в течении 14 рабочих смен. Проведен анализ дисперсного состава сварочного аэрозоля в подмасочном пространстве – 0,04 мкм. Исследована динамика изменения защитных свойств респиратора в течении времени.
9. Социально-экономический эффект составил 2560000 руб/год.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:
dч, 
- эквивалентный размер частиц, мкм; d- Диаметр волокна, частицы, мкм, мм; F - Площадь поверхности,мм2 сила действующая на единицу длины волокна в фильтре, Н; а -Величина адсорбции, мг-экв.;
С- Концентрация, мг/м3; G - Поверхностное натяжение. н/м2; к - Коэффициент проницаемости,м2;коэффициент защитного действия, мин/см; К – Коэффициент проскока; I – Пористость волокон; М,Н,h – Толщина материала, холста, слоя мм, см; M, G – Масса, г; Р– Давление, Па; разрывная нагрузка, сн;Н; t– Температура, град.; U, u– Скорость, м/с V – Скорость, м/с, объем слоя, мм3, скорость поглощения, мг-экв/г сух. волокна;
- Относительное удлинение волокна, материала %, доля свободного слоя сорбента, пористость слоя; - удельное объемное электрическое сопротивление, ом. см –Молекулярная масса, коэффициент динамической вязкости, Па. с; -Время, сек, час; – Скорость движения границы фронта, м/с; - Эффективность газоулавливания, эффективность улавливания твердых частиц общая и отдельная по механизмам касания, диффузии, инерции.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:
| Публикации в ведущих рецензируемых научно-технических журналах изданиях, определенных ВАК России по направлению «Строительство» | |
| 1. | Маринина, О.Н. Исследование защитных свойств респираторов типа «Снежок-ГП-В» при проведении сварочных работ [Текст] / Н.В. Мензелинцева, О.Н.Маринина // Вестник Волгогр. гос. арх.-строит. ун-та; Сер.: Строительство и архитектура. - Волгоград: ВолгГАСУ, 2011. – Вып. 24(43). – С. 77-81 |
| Отраслевые издания и материалы конференций | |
| 2. | Маринина О.Н. Оценка защитных свойств сорбционно-фильтрующих материалов. [Текст] / Н.В. Мензелинцева, О.Н.Маринина// IV Российская научно-техническая конференция с международным участием, Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса региона г. Михайловка, май 2011. С.173-175 |
| 3. | Маринина О.Н Перспектива совершенствования респираторов «Снежок» для защиты органов дыхания сварщика при проведении строительных работ. [Текст] / Н.В. Мензелинцева, О.Н.Маринина, Н.А.Маринин // VII Международная научно-практическая конференция «Экологические проблемы современности» г.Пенза, 2011, С. 70-72. |
| 4. | Маринина О.Н. Оценка свойств противогазовых волокнистых сорбционно-фильтрующих элементов респираторов и респираторных установок. [Текст] / Н.В. Мензелинцева, Е.О.Фомина, О.Н.Маринина, В.Е.Мосейчук // Материалы УШ Международной научной конференции -май 2010г. г.Самарканд С.26-27 |
| 5. | Маринина О.Н. Исследование защитных свойств универсальных респираторов типа «Снежок». [Текст] /Н.В. Мензелинцева, О.Н. Маринина, Е.О. Фомина// Проблемы охраны производственной и окружающей среды: сб. материалов и науч. тр. инженеров-экологов Волгоград: ВолгГАСУ, 2009-С. 69-72 |
| 6. | Маринина О.Н Анализ эффективности использования средств индивидуальной защиты органов дыхания в строительной промышленности. [Текст] / Н.В. Мензелинцева, О.Н. Маринина // Материалы международной н.п.к.» Окружающая среда и здоровье» - Пенза 2009 - С. 77-80. |
МАРИНИНА ОЛЬГА НИКОЛАЕВНА
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ СРЕДСТВ
ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ СВАРЩИКОВ
АРМАТУРНЫХ ЦЕХОВ ЗАВОДА ЖБИ
05.26.01 Охрана труда (строительство)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Подписано в печать 20.04.2012 г. Заказ № 265 Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0
Формат 60 х 84 1/16
Бумага писчая. Печать плоская.
Волгоградский государственный архитектурно–строительный университет
400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1.
Сектор оперативной полиграфии ЦИТ
