Cварочное производство в настоящее время оснащено конвейерными и поточными линиями, где применяются механизированные методы сварки и резки. Однако в большинстве арматурных цехов заводов по производству железобетонных конструкций преобладает в основном ручная и полуавтоматическая электросварка, что сопровождается неблагоприятными факторами - выделением в воздушную среду сварочного аэрозоля и вредных газов. Изучение нормативных документов условий труда сварочного производства, замеры воздуха рабочей зоны сварщика позволяют сделать вывод, что сварочный аэрозоль, поступающий в атмосферу цеха, превышает допустимые концентрации по твердым составляющим в 5-6 раз. Вентиляция сварочных цехов не всегда эффективна: вредные вещества, оседая в воздушном пространстве сварщика, распределяются неравномерно, газы и твердые частицы сварочного аэрозоля, попадая в воздух, фактически проникают под маску сварщика. Вытяжные устройства в большинстве случаев не обеспечивают требуемую чистоту воздуха. Поэтому для улучшения санитарно-гигиенических условий труда необходимы средства индивидуальной защиты органов дыхания - респираторы.
Мелкие частицы (от 2 до 5 мкм) способны проникать глубоко в легочные ткани, что представляет опасность для здоровья, пылинки до 10 мкм и более задерживаются в бронхах, также вызывая различные заболевания [8].
В свете современных представлений улавливание твердых частиц разделяется на две стадии. На первой стадии, называемой стационарной, происходит осаждение частиц в чистом фильтре. В этом случае эффективность улавливания и аэродинамическое сопротивление не изменяются во времени и определяются структурой фильтрующего материала, а также свойствами улавливаемых частиц и параметрами газовоздушной смеси. Принимают, что на стадии стационарной фильтрации структурные изменения в волокнистом слое за счет накопления уловленных частиц незначительны, поэтому их не учитывают.
Вторая стадия называется нестационарной. Для нее характерны структурные и другие модификации в волокнистом фильтре в результате накопления твердых частиц, воздействия влаги, агрессивных газов и т.д., что приводит к изменению качества улавливания и аэродинамического сопротивления во времени. Явления, которые приводят к указанным выше изменениям, называют вторичными [7, 9, 10].
Поэтому защита органов дыхания от вредных сварочных выбросов воздуха в зоне сварки служит основой многих технологических процессов и является актуальной проблемой [8].
Экспериментальные результаты и их обсуждение
Нами проведены исследования сварочного аэрозоля на наличие твердых частиц и газообразных веществ в воздушной среде рабочей зоны сварщика в цехах завода железобетонных конструкций. Исследование проводилось методом анализа газовой хроматографии [5]. В табл. 1 представлен состав твердых частиц сварочного аэрозоля (ТССА)при сварке электродами УОНИ 13/55.
Таблица 1
Состав твердых частиц сварочного аэрозоля при сварке электродами УОНИ 13/55
|
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 |
Для исследования дисперсного состава сварочного аэрозоля были отобраны пробы из зоны сварки арматурных цехов. Обработка результатов проводилась микроскопическим методом. Размеры измеряемых аэрозольных частиц от 0,1 до 250 мкм. Также проводилось измерение отдельных концентраций ТССА размером от 0,1 до 2,5 мкм; от 2,5 до 10 мкм и т.д. Процент от общей отобранной пыли составляла фракция мелкодисперсной пыли более 95%. Графики распределения массы по диаметрам частиц представлены на рис. 1.
Рис. 1. Интегральные кривые распределения массы частиц сварочного аэрозоля по диаметрам в вероятностно-логарифмической сетке рабочей зоны
По результатам анализа на дисперсный состав в сварочном аэрозоле выявлено, что медианный диаметр частиц колеблется от 0,65 до 1 мкм. Общее содержание частиц до 1 мкм составляет 80%.
Исходя из проведенного анализа дисперсного состава аэрозоля и учитывая, что в состав выбросов входят фтористый водород, фториды, диоксид серы, которые улавливаются по различным механизмам, для получения максимальной эффективности рекомендуется использование смешанных ионообменных сорбентов в виде нетканых материалов [1, 6].
В качестве сорбционно-фильтрующих материалов в респираторах наиболее часто используют иглопробивные. Они вырабатываются путем перепутывания волокон холста с помощью игл специальной конструкции.
Для улавливания сварочного аэрозоля применяется иглопробивной материал, состоящий из двух слоев: 1 слой из анионобменных поликапроамидных модифицированных волокон; 2 слой - гидрофильное модифицированное хлопкоподобное вискозное волокно [2,4]. Соотношение слоев по массе соответственно составляет 1:(0,7-0,3). В качестве анионообменного волокна используется волокно на основе привитого сополимера поликапроамида и полидимитиламиноэтилметокрилата (КМ-А1) [2,4].
Таблица 2
Показатели структуры фильтрующих иглопробивных материалов
|
№ варианта |
Содержание анионообменного волокна,% |
Поверхностная плотность, г/м2 |
Неровнота по массе,% |
Толщина,мм |
Объемная плотность, г/м3 |
Общая пористость,% |
|
1 |
210 |
300÷10 |
4,3 |
4,6 |
0,094 |
92,0 |
|
2 |
180 |
300÷10 |
4,2 |
4,6 |
0,100 |
91,7 |
|
3 |
150 |
300÷10 |
4,2 |
4,7 |
0,096 |
91,5 |
|
4 |
120 |
300÷10 |
4,2 |
4,7 |
0,096 |
91,5 |
|
5 |
90 |
300÷10 |
4,2 |
4,7 |
0,096 |
91,5 |
Одним из основных показателей защитных свойств респираторов является коэффициент защиты, характеризующий кратность снижения содержания вредных веществ во вдыхаемом воздухе при использовании данного респиратора и позволяющий установить область его применения с учетом производственных условий:
Кз = 100/К , (1)
где К - коэффициент проникания вредного вещества через средства индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД).
Коэффициент проникания К определяют как процентное отношение содержания вредных веществ под маской респиратора (Н) к его концентрации в окружающем воздухе (Н0):
К=Н/Н0. (2)
Таким образом, коэффициент проникания представляет собой функцию одного или нескольких путей возможного поступления вредного вещества в подмасочное пространство СИЗОД, характеризуемых следующими коэффициентами: Кпр - коэффициент проникания через фильтр; Ккн - коэффициент подсоса через конструктивные неплотности; Кил - коэффициент обратного подсоса через клапаны выдоха; Коб - коэффициент подсоса по линии обтюрации [10].
В лабораторных условиях оценку коэффициента защиты СИЗОД проводят в аэрозольной камере при распылении эталонного аэрозоля NCl. Существующая ранее методика предусматривала определение коэффициента защиты СИЗОД при выполнении, как в движении, так и в покое следующих упражнений: проговаривание алфавита, наклоны головы вправо и влево, имитация улыбки, что соответствует работе средней тяжести [2].
Для получения уточненных значений Кз проведены испытания универсальных пылегазозащитных респираторов «Снежок ГП-В», снабженных фильтрующими элементами из нетканого материала, в состав которого входит модифицированное ионообменное поликапроамидное волокно [2], при выполнении сварочных работ в заводских условиях. Методика испытаний соответствовала новым стандартам [3]. Результаты испытаний приведены в табл. 3.
Таблица 3
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 |
Проанализированные результаты табл. 3 показали, что разработанный сорбционно-фильтрующий материал обеспечивает необходимую защиту органов дыхания сварщиков от твердых частиц сварочного аэрозоля при выполнении работы средней тяжести в течение, как минимум, 112 часов [3].
Выводы
- Установлено, что средний диаметр твердых частиц в составе сварочного аэрозоля (ТССА) колеблется от 0,65 до 1 мкм
- Разработанный материал для сорбционно-фильтрующих элементов респираторов обладает высокой эффективностью защиты по ТССА.
- Респираторы снаряженные элементами из разработанного материала обладают хорошими гигиеническими показателями в течение 112 часов. Далее сорбционно-фильтрующий элемент следует менять.
Рецензенты:
Першин И.М., д.т.н., профессор, заместитель директора филиала Северо-Кавказского федерального университета в г. Пятигорске по научной работе, заведующий кафедрой управления в технических и биомедицинских системах, г. Пятигорск.
Малков А.В., д.т.н., профессор, директор ООО «Нарзан-гидгоресурсы», г. Кисловодск.