Защита от тепловых излучений

 

Содержание

Введение …………………………………………………………………….….....	3
1 Источники и характеристики тепловых излучений……………………....…………	4
2 Воздействие на организм тепловых излучений……………………………………..	6
3 Меры защиты от тепловых  излучений…………………………………...	8
Заключение ………………………………………………………….…………....	17
Список используемой литературы………………………………….……………	18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Тепловым излучением называется процесс, при котором теплота излучения распространяется в основном в форме инфракрасного излучения с длиной волны около 10 мм. Источниками тепловых излучений являются все тела, нагретые до температуры выше температуры окружающей среды.

Теплота излучения воздухом почти  не поглощается, она передается от более  нагретых тел к телам с меньшей  температурой, вызывая их нагревание. Окружающий воздух нагревается не тепловым излучением, а конвекцией, т.е. при соприкосновении с поверхностями нагретых тел. Превышение температуры воздуха в помещении выше оптимальной вызывает нарушение нормальной терморегуляции организма и может быть причиной расстройства сердечно-сосудистой системы.

Прогресс в металлургии связан с интенсификацией процессов, укрупнением  агрегатов, увеличением их тепловой мощности, что приводит к увеличению избыточных тепловыделений в горячих  цехах. Теплонапряженность этих помещений составляет 290—350 Вт/м3, но уже при 23 Вт/м3 цех, согласно СН 245—71, считается горячим.

Теплообмен в производственных помещениях горячих цехов происходит излучением и конвекцией. В процессе теплообмена различают две стадии: между источниками теплоты (с t > 33 °С) и окружающими предметами (эта стадия в металлургических цехах отличается высокой интенсивностью лучистого обмена и сравнительно малой интенсивностью конвективного), между нагретыми облучением телами и воздухом (в этой стадии преобладает конвекция). При температуре источников тепловыделений более 50 °С, что характерно для металлургии, в теплообмене преобладает излучение. Поэтому для обеспечения нормальных условий труда металлургов снижение теплоизлучений является основной задачей.

 

1. Источники и характеристики тепловых излучений

К числу горячих цехов с терморадиационным  режимом (преобладает лучистый теплообмен) относятся доменные, сталеплавильные и прокатные цехи заводов черной металлургии, электролизные цехи алюминиевых заводов и плавильные цехи заводов цветной металлургии, кузнечно-прессовые и литейные цехи машиностроительных предприятий. Пространство горячего цеха заполнено излучением от стационарных агрегатов и подвижных источников: ковшей с металлом, заготовок и изделий.

Каждый источник теплоты создает  в пространстве поле излучения, независимое  от взаимного положения источников. Поля излучений, распространяясь в  пространстве, накладываются одно на другое, создавая некоторую картину  терморадиационной напряженности  цеха. Таким образом, пространство горячего цеха представляет собой поле распределения энергии излучения. Лучистая энергия не поглощается окружающим воздухом, она превращается в тепловую в поверхностных слоях облучаемого тела. 

Передача теплоты излучением происходит в инфракрасном (ИК), видимом (В) и ультрафиолетовом (УФ) диапазонах спектра распространения электромагнитных волн и зависит, в первую очередь, от температуры источника. Энергия тепловых излучений металлургических            источников располагается главным образом в инфракрасном диапазоне спектра.

Производственные источники лучистого  тепла по характеру излучения  можно разделить на 4 группы:

1. Источники с температурой поверхности до 500 °С (паропроводы, наружная поверхность нагревательных, плавильных, обжиговых печей, сушил, парогенераторов и водогрейных котлов, выпарных аппаратов, теплообменников и др.). Их спектр содержит исключительно длинные инфракрасные лучи с длиной волны l =3,7¸9,3 мкм.
2. Поверхности с температурой t = 500 ¸ 1200 °С (внутренние поверхности печей, горнов, топок парогенераторов, расплавленные шлаки и металл и др.) Их спектр содержит преимущественно длинные инфракрасные лучи, но появляются и видимые лучи.
3. Поверхности с t = 1200 ¸ 1800 °С (расплавленный металл и шлаки, пламя, разогретые электроды и др.) Их спектр - инфракрасные лучи вплоть до наиболее коротких, а также видимые, которые могут достигать высокой яркости.
4. Источники с t > 1800 °С (дуговые печи, сварочные аппараты и др.). Их спектр излучения содержит наряду с инфракрасными и световыми лучами, ультрафиолетовые лучи.

Таблица 1. Характеристики источников излучения.

Источники излучения	t, оС, излучения	λ,мкм, ИК излучения	Спектральная характеристика излучения
Наружные поверхности печей, остывающие изделия	< 500	3,7-9,3	ИК (Еик=100%)
Внутренние поверхности печей, пламя, нагретые заготовки	500-1200	1,9-3,7	ИК,В (Ев < 0,1%)
Расплавленный металл, разогретые электроды	1200-1800	1,2-1,9	ИК,В (Ев < 1%)
Пламя дуговых печей, сварочные  аппараты	> 1800	0,8-1,2	ИК, В, УФ (Еуф< 0,1%)

 

Интенсивность теплового излучения  зависит от температуры и площади  источника и степени черноты  его поверхности. Для рассмотрения аналитических зависимостей по лучистому  теплообмену обратимся к законам теплового излучения.

 

При теплообмене излучением между  двумя а.ч.т. с температурами Т₁ и Т₂ тепловой поток, Вт, рассчитывается по формуле:

Q = С_о[ (Т₁/100)⁴ - (Т₂/100)⁴]F₁φ₁₂, где

С_о = 5,67 Вт/(м²*К⁴) – коэффициент излучения а.ч.т.;

Т₁,Т₂ -  температуры тел 1 и 2 соответственно, К;

F₁— площадь поверхности тела 1;

φ₁₂ = 0÷1 — коэффициент облученности, который показывает, какая часть лучистого потока, излучаемого телом 1, попадает на тело 2 (φ₁₂ часто определяют по графикам).

Тепловой поток при теплообмене  между серыми телами:

Q = ε_прС_о[ (Т₁/100)⁴ - (Т₂/100)⁴]F₁φ₁₂, где

ε_пр = (ε₁^-1 + ε₂^-1 -1)^-1  - приведенная степень черноты серых тел.

Плотность теплового потока на расстоянии l от точечного источника обратно пропорциональна квадрату расстояния:    q = Q/ l² .

 

2. Воздействие на организм тепловых излучений

Терморадиационный режим в горячих  цехах характеризуется облученностью  от стационарных и подвижных источников.

Рассеянное излучение от первичных  и вторичных источников создает  фоновую облученность. Абсолютное количество тепловыделений подвижных источников при формировании терморадиационного режима цеха невелико, но эти источники оказывают значительное влияние на отдельные рабочие места.

Интенсивность теплового облучения  рассчитывают на основании уравнений  для Q и ε_пр, имея в виду, что Т₁ и ε_1, Т₂ и ε₂ - соответственно температура и степень черноты источника, кожи и одежды человека. Интенсивность облучения человека, Вт/м², от нагретой поверхности рекомендуется определять по формуле:

ρ = ε_прС_о[(Т/100)⁴ - А]соsα, где

ε_пр  - приведенная степень черноты серых тел;

С_о = 5,67 Вт/(м²*К⁴) – коэффициент излучения а.ч.т.;

Т -  температура источника, К;

А = 85 (при t₂= 31 °С) — для кожи и хлопчатобумажной ткани,

А = 110 (при U = 51^оС) — для сукна;

α — угол между нормалью к излучающей поверхности и направлением от ее центра к рабочему месту,

cosα - поправка на смещение работающего от линии, перпендикулярной к центру излучающей поверхности.

Часто этот расчет затруднен ввиду  сложности определения коэффициента облученности φ и приведенной степени черноты ε_пр. Если человек находится вблизи большой, по сравнению с его размерами излучающей поверхности F, то φ = 1, а интенсивность облучения ρ не зависит от расстояния l от источника. Если, излучающая поверхность невелика, интенсивность облучений обратно пропорциональна расстоянию или его квадрату (l²). Поэтому выражение для расчета интенсивности облучения от нагретой поверхности или через отверстие в печи для практических расчетов можно преобразовать:

ρ = 0,91[(Т/100)⁴ - А] F/ l² , при l >

ρ = 0,91[(Т/100)⁴ - А] , при l ∠

 

Если рабочее место смещено  от нормали к центру излучающей поверхности, необходимо ввести поправку, равную косинусу угла смещения. В некоторых справочниках принято А = 90 (при t₂ = 35 ^оС).

Чтобы оценить воздействие теплового облучения на организм в работающих горячих цехах, необходимо учесть, что интенсивность облучения разных участков тела человека на рабочем месте изменяется в течение смены или цикла технологического процесса. Поэтому энергия, Дж, поглощенная поверхностью тела человека, определяется по формуле:

Е = , где

τ — время, с;

S — площадь облучаемой поверхности тела человека, м².

Таким образом, степень воздействия  тепловых излучений на организм человека зависит от интенсивности и времени облучения, размеров облучаемой поверхности. В формулу для ρ заложена зависимость интенсивности облучения от вида одежды (коэффициент А) и спектрального состава облучения (через температуру источника). В производственных условиях тепловое излучение имеет длины волн λ = 0,1÷440 мкм, в горячих цехах λ < 10 мкм.

Под действием высоких  температур и теплового облучения  работающих происходят резкое нарушение  теплового баланса в организме, биохимические сдвиги, появляются нарушения  сердечнососудистой и нервной систем, усиливается потоотделение, происходит потеря нужных организму солей, нарушение зрения.

Все эти изменения могут  проявиться в виде заболеваний:

- судорожная болезнь, вызванная нарушением водно-солевого баланса, характеризуется появлением резких судорог, преимущественно в конечностях;

- перегревание (тепловая гипертермия) возникает при накоплении избыточного тепла в организме; основным признаком является резкое повышение температуры тела;

- тепловой удар возникает в особо неблагоприятных условиях: выполнение тяжелой физической работы при высокой температуре  воздуха в сочетании с высокой влажностью. Тепловые удары возникают в результате проникновения коротковолнового инфракрасного излучения (до 1,5 мкм) через покровы черепа в мягкие ткани головного мозга;

- катаракта (помутнение кристалликов) – профессиональное заболевание глаз, возникающее при длительном воздействии инфракрасных лучей с λ = 0,78-1,8 мкм. К острым нарушениям органов зрения относятся также ожог, конъюнктивиты, помутнение и ожог роговицы, ожог тканей передней камеры глаза.

 Кроме того, ИК-излучение  воздействует на обменные процессы  в миокарде, водно-электролитный  баланс в организме, на состояние  верхних дыхательных путей (развитие  хронического ларингоринита, синуситов), не исключается мутагенный эффект  теплового излучения.

Поток тепловой энергии, кроме  непосредственного воздействия  на работающих, нагревает пол, стены, перекрытия, оборудование, в результате чего температура воздуха внутри помещения повышается, что также ухудшает условия работы.

 

3 Меры защиты от тепловых излучений

Для снижения опасности воздействия  тепловых излучений используют следующие  способы:

• уменьшение интенсивности излучения источника,
• защитное экранирование источника или рабочего места,
• воздушное душирование,
• применение средств индивидуальной защиты,
• организационные и лечебно-профилактические мероприятия.

 

Нормирование параметров и организационные меры

Прежде чем реализовывать в  горячих цехах те или иные способы  защиты необходимо знать, до каких значений рекомендуют снизить параметры  микроклимата на рабочих местах врачи-гигиенисты или позволяет сделать это современный уровень развития техники. Эти данные приведены, как известно, в нормативно-технической документации.