Защита от тепловых излучений

Допустимая интенсивность теплового облучения ρ_д работающих от нагретых поверхностей технологического оборудования (на постоянных и непостоянных рабочих местах) зависит от величины облучаемой поверхности тела человека S, %, (значения согласно ГОСТ 12.1.005—88 приведены в таблице 2.)

Таблица 2. Допустимая интенсивность теплового облучения

Облучаемая поверхность тела S, %	Интенсивность теплового  облучения ρд , Вт/м2
50 и более	35
25-50	70
не более 25	100

 

Интенсивность теплового облучения  работающих открытыми источниками (нагретым металлом, "открытым пламенем" и др.) не должна превышать 140 Вт/м², при этом облучению не должно подвергаться более 25% поверхности тела при обязательном использовании средств индивидуальной защиты.

При наличии теплового облучения температура воздуха на постоянных рабочих местах не должна превышать указанные в ГОСТ 12.1.005—88 верхние границы оптимальных значений для теплого периода года, на непостоянных рабочих местах — верхние допустимые значения для постоянных рабочих мест.

Температура нагретых поверхностей оборудования (например, печей), по оценкам гигиенистов, не рекомендуется более 35 °С. По действующим санитарным нормам (СН 245—71) температура нагретых поверхностей и ограждений на рабочих местах не должна превышать 45 °С, а температура на поверхности оборудования, внутри которого t < 100 °С, не должна превышать 35 °С.

При невозможности по техническим  причинам достигнуть указанных температур вблизи источников значительных тепловых излучений предусматривается защита работающих от возможного перегрева:

• водовоздушное душирование,
• высокодисперсное распыление воды на облучаемые поверхности и кабины,
• помещения для отдыха и др.

Правильная организация отдыха имеет большое значение для восстановления работоспособности. Длительность перерывов  и их, частота определяются с учетом интенсивности облучения и тяжести  работы. В местах отдыха недалеко от места работы обеспечиваются благоприятные  метеорологические условия. Регулярно  организуются медосмотры для своевременного лечения.

 

Технические меры защиты

Технические меры защиты от тепловых излучений:

• механизация, автоматизация и дистанционное управление и наблюдение за производственными процессами,
• тепловая изоляция и герметичность печей,
• экранирование печей и рабочих мест.

Совершенствование способов и технологии производства сталей и цветных металлов (например, замена мартеновского производства конвертерным), применение средств автоматизации и вычислительной техники в металлургии позволяет резко сократить количество рабочих мест вблизи мощных источников тепловых излучений.

Снижение интенсивности теплового  излучения источника обеспечивается заменой устаревших технологических  схем современными (например, замена пламенных печей на электрические); рациональной компоновкой оборудования, обеспечивающей минимальную площадь нагретых поверхностей.

Тепловая изоляция поверхностей источников излучения (печей, ковшей, трубопроводов с горячими газами и жидкостями) снижает температуру излучающей поверхности и уменьшает как общее тепловыделение, так и радиационную его часть. Тепловая изоляция, уменьшая тепловые потери оборудования, обуславливает сокращение расхода топлива (электроэнергии).

Наиболее распространенным и эффективным  способом защиты от теплового излучении является экранирование. Экраны применяются для локализации источников лучистой теплоты, снижения облученности на рабочих местах, снижения температур окружающих рабочее место поверхностей.

Цели экранирования — снижение температуры наружного ограждения теплового источника и локализация его тепловыделений (рисунок 1а), защита отдельных объектов от излучения источника (рисунок 1б)  — теплозащита отдельных рабочих мест, постов управления, кабин кранов, строительных несущих конструкций.

Рисунок 1. Расчетные схемы экранирования:

а – локализация источника; б  – защита от внешнего источника.

 

Если экранирование снижает поток излучения Q₁₂ в т раз, то температура наружной поверхности экрана Т_э будет в μ раз меньше температуры поверхности источника Т₁, т.е. μ = T₁/T_э.

Качество экранирования характеризует  коэффициент эффективности экрана:

η = 1 - = , где

Q₁₂ - поток излучения от источника;

Q_э2 - поток излучения от экрана.

Для достижения заданной температуры  экрана Тэ=Т₁/μ ∠35 ^оС необходимо n экранов, количество которых рассчитывается по формуле:

n = ([1 – ()⁴]/[μ^-4 – ()⁴]) - 1

Конструкция экрана должна обеспечивать свободный восходящий поток воздуха  в межэкранном пространстве, чтобы максимально использовать охлаждающее действие конвективных потоков.

По конструкции и возможности  наблюдения за технологическим процессом экраны можно разделить на:

• непрозрачные,
• полупрозрачные,
• прозрачные.

В непрозрачных экранах энергия  электромагнитных колебаний взаимодействует  с веществом экрана и превращается в тепловую энергию. Поглощая излучение, экран нагревается и, как всякое нагретое тело, становится источником теплового излучения. При этом излучение  поверхностью экрана, противолежащей экранируемому источнику, условно  рассматривается как пропущенное  излучение источника. К непрозрачным экранам относятся, например, металлические (в т.ч. алюминиевые), альфолевые (алюминиевая фольга), футерованные (пенобетон, пеностекло, керамзит, пемза), асбестовые и др.

В прозрачных экранах излучение, взаимодействуя с веществом экрана, минует стадию превращения   в   тепловую   энергию   и   распространяется   внутри   экрана   по   законам геометрической оптики, что и обеспечивает видимость  через экран. Так ведут себя экраны, выполненные из различных стекол: силикатного, кварцевого, органического, металлизированного, а также пленочные водяные завесы (свободные и стекающие по стеклу), вододисперсные завесы.

Полупрозрачные экраны объединяют в себе свойства прозрачных и непрозрачных экранов. К ним относятся металлические  сетки, цепные завесы, экраны из стекла, армированного металлической сеткой.

По принципу действия экраны подразделяются на:

• теплоотражающие,
• теплопоглощающие,
• теплоотводящие.

Однако это деление  достаточно условно, так как каждый экран обладает одновременно способностью отражать, поглощать и отводить тепло. Отнесение экрана к той или  иной группе производится в зависимости  от того, какая его способность  выражена сильнее.

Теплоотражающие экраны имеют  низкую степень черноты поверхностей, вследствие чего они значительную часть  падающей на них лучистой энергии  отражают в обратном направлении. В  качестве теплоотражающих материалов в конструкции экранов широко используют альфоль, листовой алюминий, оцинкованную сталь, алюминиевую краску.

Теплопоглощающими называют экраны, выполненные из материалов с высоким термическим сопротивлением (малым коэффициентом теплопроводности). В качестве теплопоглощающих материалов применяют огнеупорный и теплоизоляционный  кирпич, асбест, шлаковату.

В качестве теплоотводящих экранов наиболее широко используются водяные завесы, свободно падающие в виде пленки, орошающие другую экранирующую поверхность (например, металлическую), либо заключенные в специальный кожух из стекла, металла (змеевики) и др.

В таблице 3 отражены виды защитных экранов от теплового излучения.

 

 

 

Таблица 3 – Виды защитных экранов от теплового излучения

По принципу действия	По конструкции и возможности  наблюдения за технологическим процессом
	Непрозрачные	Полупрозрачные	Прозрачные
Теплопоглощающие	Материалы с большим термическим  сопротивлением; Используют при высоких интенсивностях излучений и температурах, механических ударах  и запыленной среде.	Металлические сетки, цепные завесы, армированное стальной сеткой стекло	Разные стекла (силикатные, органические, кварцевые), тонкие металлические пленки, осажденные на стекле
Теплоотводящие	Сварные или литые конструкции, охлаждаемые протекающей внутри водой; Практически теплонепроницаемы	Металлические сетки, орошаемые водяной  пленкой	Водяные завесы у рабочих окон печей, водяная пленка, стекающая по стеклу.
Теплоотражающие	Материал: листовой алюминий, белая  жесть, алюминиевая фольга; Достоинства: высокая эффективность, малая масса, экономичность; Недостатки: нестойкость к высоким  температурам, механическим воздействиям	-	-

 

Пульты управления (или кабины) должны удовлетворять следующим требованиям:

• объем кабины оператора > 3 м³;
• стены, пол и потолок оборудованы теплозащитными ограждениями;
• площадь остекления достаточна для наблюдения за технологическим процессом и минимальна для уменьшения поступления теплоты.

Местную приточную вентиляцию широко используют для создания требуемых  параметров микроклимата в ограниченном объеме, в частности, непосредственно на рабочем месте. Это достигается созданием воздушных оазисов, воздушных завес и воздушных душей.

Воздушный оазис создают  в отдельных зонах рабочих  помещений с высокой температурой. Для этого небольшую рабочую  площадь закрывают легкими переносными  перегородками высотой 2 м и в огороженное пространство подают прохладный воздух со скоростью 0,2 - 0,4 м/с. Воздушные завесы создают для предупреждения проникновения в помещение наружного холодного воздуха путем подачи более теплого воздуха с большой скоростью (10-15 м/с) под некоторым углом навстречу холодному потоку. Воздушные души применяют в горячих цехах на рабочих местах, находящихся под воздействием лучистого потока теплоты большой интенсивности (более 350 Вт/ м2).

Поток воздуха, направленный непосредственно на рабочего, позволяет  увеличить отвод тепла от его  тела в окружающую среду. Выбор скорости потока воздуха зависит от тяжести  выполняемой работы, а также от интенсивности облучения, но она  не должна, как правило, превышать 5 м/с, так как в этом случае у рабочего возникают неприятные ощущения (например, шум в ушах). Эффективность воздушных душей возрастает при охлаждении направляемого на рабочее место воздуха или же при подмешивании к нему мелко распыленной воды (водо-воздушный душ).

Средства индивидуальной защиты от теплового излучения предназначены для защиты глаз, лица и поверхности тела. Для защиты глаз и лица используют очки со светофильтрами и щитки, голову от перегрева защищают каской, иногда — широкополой войлочной или фетровой шляпой. Остальную часть тела защищают спецодеждой из трудновоспламеняемых, прозрачных и воздухопроницаемых материалов: сукна, брезента или льняных тканей и спецобувью. В горячих цехах для поддержания водного баланса в организме необходимо обеспечить питьевой режим.

Заключение

 

В заключении, можно сделать вывод о том, что снижение теплоизлучений является основной задачей для обеспечения нормальных условий труда металлургов, т.к., например, ИК излучение, которое способно проникать в ткани человеческого тела приводят к повышению температуры кожи и лежащих глубже тканей. При коротковолновом излучении повышается температура легких, головного мозга, почек и т.п.,  может появиться инфракрасная катаракта.

К основным мерам защиты от тепловых излучений можно отнести следующие: уменьшение интенсивности излучения источника, защитное экранирование источника или рабочего места, воздушное душирование, применение средств индивидуальной защиты,  организационные и лечебно-профилактические мероприятия, технические меры защиты (дистанционное управление и наблюдение,  тепловая изоляция и герметичность печей, экранирование печей и рабочих мест).