Гигиенические характеристики основных источников ультрафиолетового излучения

Особенностям и характеристикам основных видов источников УФ-излучения посвящены п. 13 и 14 СН 2.2.4.13-45-2005.

"13. Источники ультрафиолетового излучения условно разделяют на две группы - открытые и закрытые. К открытым относятся электро-, газосварочные и плазменные технологии, медицинские источники (бактерицидные облучатели, средства коллективной физиотерапии и др.), различные виды ламп и облучателей, применяемых в полиграфии, дефектоскопии и др., которые являются потенциально опасными, безопасность при работе с ними зависит от соблюдения требований охраны труда, применения необходимых средств коллективной и индивидуальной защиты, ограничения времени нахождения в условиях облучения и др.".

Открытые источники, функционирование, работа которых сопровождается прямым выходом УФ-излучения в рабочую зону персонала, являются наиболее опасными в условиях производства, требуют специальных средств защиты, особых условий и дополнительных мер безопасности при организации работ по их обслуживанию. Все указанные требования достаточно полно разработаны и представлены в различных специальных документах и инструкциях по охране труда и технике безопасности, технологических регламентах и т. д. Основные мероприятия по защите от избыточного влияния УФ-излучения на работников предусматривают, в первую очередь, обязательное использование индивидуальных средств защиты (спецодежда, средства индивидуальной защиты - щиток, маска, очки и т. д.).

При выполнении электрогазосварочных работ обязательны и меры коллективной защиты:

- осуществление таких работ на специально оборудованных рабочих местах (стационарные или передвижные сварочные посты, сварочные кабины);

- использование специальных щитов и заграждений для защиты от искр, брызг раскаленного металла, интенсивного излучения;

- наличие специальных надписей и знаков, предупреждающих об опасности нахождения в зоне ведения сварочных работ;

- выполнение других гигиенических и технологических требований при оборудовании сварочных кабин, постов и рабочих мест в целом для выполнения электрогазосварочных и других работ, где возможно формирование, выход в рабочую зону обслуживания и воздействие на работников ультрафиолетового излучения.

В пункте 14 СН 2.2.4.13-45-2005 содержится информация о"закрытых источниках" (рециркуляторах воздуха, установках для обеззараживания воды, аппаратах искусственной погоды, климатических камерах, установках для фотокопирования, ультрафиолетового облучения крови и др.). Работа с такими источниками относительно безопасна для работников при обычных режимах эксплуатации: обслуживающий персонал защищен от вредного воздействия УФ-излучения конструкцией установок, препятствующей выходу УФ-лучей за пределы корпуса. Однако при ремонтных работах, юстировке, наладке оборудования, которую проводит персонал, уровни излучения могут превышать допустимые. Отметим, что некоторые закрытые УФ-источники имеют так называемые "глазки" - небольшие окна для периодического (в случае необходимости) визуального наблюдения за работой оборудования, контроля за УФ-лампами, находящимися внутри источника. Такие окна, во-первых, должны быть закрыты, когда нет необходимости визуального контроля, а во-вторых, само такое наблюдение должно проводиться с использованием средств индивидуальной защиты органа зрения - специальных очков.

Высокотемпературные источники УФ-излучения, в первую очередь сварочная электрическая дуга, - одновременно источники мощного потока видимого излучения (чрезвычайно высокие уровни яркости, прямой блескости заставляют инстинктивно закрывать глаза, отводить взгляд от источника излучения в сторону). Напротив, видимый поток от спектральных источников УФ-излучения (различные лампы, облучатели и др.), как правило, не является высокоинтенсивным, однако доля УФ-спектра в общем потоке может быть велика и опасна для работника. В этом плане наибольшую опасность представляют бактерицидные лампы и облучатели, так как конструктивное исполнение многих таких облучателей часто по внешнему виду не отличается от обычных люминесцентных светильников, но уровни УФ-потока в бактерицидной, наиболее опасной и активной области (УФ-С), от бактерицидных облучателей примерно такие же, как и от электросварочной дуги. Сказанное также относится и к закрытым источникам: видимая часть излучения может быть и невелика, а неопределяемая визуально, "на глаз" интенсивность УФ-потока представляет безусловную опасность для глаз и кожных покровов обслуживающего персонала.

В целом закрытые источники следует оценивать с позиции работы оборудования в обычном режиме и визуальном контроле при устранении неполадок. Источники закрытого типа не представляют опасности для обслуживающего персонала при обычных режимах эксплуатации и исправном оборудовании, однако все работы, связанные с устранением неполадок, могут сопровождаться выходом УФ-лучей в рабочую зону, что требует обязательного контроля за выполнением таких работ, соблюдения дополнительных мер безопасности.

Наконец, кроме источников открытого и закрытого типа выделяют комбинированные источники, для которых при основном режиме работы УФ-излучение не имеет выхода наружу, но на отдельных стадиях технологического процесса ультрафиолетовый поток может выходить в пределы рабочей зоны обслуживания.

Примеры различных видов источников УФ-излучения приведены в таблице 26.

Таблица 26

Основные виды источников УФ-излучения

Основные характеристики и гигиенические особенности технологических процессов и производственного оборудования, являющихся источниками излучения в УФ-диапазоне, приведены в п. 4.1-4.3 МР 105-9807-99, согласно которым к первой и основной группе оборудования и технологических процессов относятся электрогазосварочные работы и работы с использованием плазменных технологий.

Электросварочные работы связаны с образованием оптического излучения во всех диапазонах - ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном. Характеристики уровней и особенностей УФ-излучения при сварочных работах зависят от силы тока, напряжения, количественных и качественных особенностей используемых электродов, оборудования и других факторов. Особенность всех видов электросварки, в отличие от некоторых других источников УФ-излучения, - формирование потока УФ-излучения во всех трех спектрах (А, В и С) при суммарной интенсивности потока излучения в рабочей зоне от нескольких единиц до десятков Вт/м2. На расстояниях, близких к минимальному от источника излучения, указанные параметры увеличиваются до пяти и более раз.

Условия формирования и интенсивность УФ-излучения при использовании специальных плазменных технологий (наплавление, плазморезка, плазменное напыление) практически не отличаются от аналогичных показателей при электросварочных работах, а при отдельных плазменных процессах уровни УФ-излучения - более высокие, чем при электросварочных работах.

Оптическим излучением в УФ-области, а также в видимом и инфракрасном спектрах сопровождается газовая резка и газовая сварка с использованием кислорода, пропана, ацетилена, водородного пламени. При газосварке и газорезке металлов УФ-излучение в обычных условиях определяется только на минимальном расстоянии от источника и, чаще всего, на уровне чувствительности используемого метода измерений данного параметра.

Ниже приведены некоторые результаты наших исследований и измерений по определению параметров УФ-излучения от производственных источников. Основной источник УФ-излучения в условиях производства - электрическая дуга при проведении сварочных работ (табл. 27).

Таблица 27

Плотность потока УФ-излучения при сварочных работах

Надо обратить внимание на более высокие уровни УФ-излучения от полуавтоматической сварки, особенно в наиболее опасном для работника с точки зрения биологического влияния на организм спектре УФ-С, хотя максимальные значения в областях А и В отмечены при ручной дуговой электросварке, тогда как в спектре УФ-С максимальные значения установлены при электросварке на полуавтоматических машинах, с использованием специальной сварочной проволоки.

В целом уровни УФ-излучения при основных, наиболее часто применяемых в промышленности видах сварки (ручная, полуавтоматическая) превышают гигиенический регламент, установленный СН 2.2.4-13-45-2005 для таких работ в спектральных областях УФ-В и УФ-С, и находятся на уровне ПДУ в области УФ-А. Так, в спектре УФ-А (320-400 нм) наиболее высокие уровни отмечены при ручной дуговой (25,1 Вт/м2), а средние значения - при полуавтоматической сварке (10,3 Вт/м2). В средневолновой области (УФ-В) параметры излучения при всех видах электросварки примерно равны (максимальные величины - до 18 Вт/м2, а средние - около 7,5 Вт/м2). В коротковолновом (УФ-С) спектре более высокие максимальные и средние значения установлены при полуавтоматической электросварке (соответственно 28,5 Вт/м2 и 16,1 Вт/м2).

Уровни УФ-излучения при электросварочных работах определяются в основном величиной тока, используемым сварочным и вентиляционным оборудованием, а также находятся в прямой зависимости от расстояния до источника. Так, интегральный поток УФ-излучения в рабочей зоне был ниже в 2,2-4,0 раза аналогичного параметра, определяемого вблизи источника.

Для гигиенической оценки УФ-облучения работников при использовании плазменных технологий следует учитывать: высокую температуру плазменной дуги, определяющую высокие уровни интенсивности УФ-излучения, и автоматизацию большинства современных плазменных технологий и процессов. Интенсивность потока УФ-излучения, например, при воздушно-плазменной резке металла составляет 35 Вт/м2, в рабочей зоне - 11 Вт/м2 (спектр УФ-С). В спектральных областях УФ-В и УФ-А эти значения соответственно равны 2,8 и 1,2; 7,5 и 2,3 Вт/м2. При плазменном наплавлении параметры ультрафиолетового излучения в рабочей зоне во всех трех спектрах составляют около 11-15 Вт/м2; при плазменной резке металлов интегральный поток УФ-излучения равен 6-9 Вт/м2 в зависимости от вида разрезаемого металла с максимумом излучения в коротковолновой части спектра (до 56 %). Отметим, что такие работы чаще носят плановый характер и выполняются на постоянных рабочих местах при стабильных технических параметрах. Кроме того, при целом ряде процессов с использованием плазменных технологий рабочие места персонала находятся в специально оборудованных кабинах, расположенных на расстоянии до 5 м от источника, а удельный вес времени, когда работник непосредственно находится у места плазменной обработки, незначителен. Следует также добавить, что многие производственные процессы, связанные с использованием плазменных технологий, в настоящее время выполняются в автоматическом или полуавтоматическом режимах и не требуют постоянного, длительного пребывания работника непосредственно в рабочей зоне, где наблюдаются максимальные и высокие уровни УФ-излучения.

При выполнении газосварочных и газорезательных работ интенсивность УФ-потока меньше, чем при электросварке. Температура источника (факела горелки) при газовой резке и газовой сварке в несколько раз ниже, чем электрической дуги, поэтому и интенсивность УФ-излучения при газовых работах, намного ниже, чем при электросварке. Указанные в таблице 27 максимальные значения в основном определялись при розжиге горелки, на близком расстоянии от факела. Реально же при газосварке (газорезке) в рабочей зоне эти уровни еще ниже.

С гигиенической точки зрения опасность ручной электросварки, особенно при выполнении ремонтных работ, обусловлена проведением работ на непостоянных рабочих местах, часто в "нестандартных" условиях, преимущественно при выполнении "срочных" ремонтных работ, когда не всегда есть возможность применить в полном объеме необходимые меры защиты. При выполнении таких работ технологические условия и технические параметры сварочного процесса более вариабельны, что обуславливает широкий диапазон колебаний уровней УФ-излучения. Так, разница между минимальными и максимальными параметрами УФ-потока при ручной сварке составляет более 12 раз, а при полуавтоматической - около 6 раз. Например, при ремонтных работах с использованием ручной дуговой электросварки время нахождения в условиях непосредственного УФ-облучения работников составляет около 40 % смены (средние данные), а при полуавтоматической сварке это время увеличивается до 64 % смены. Более точно время непосредственной занятости электросварочными работами, самого процесса сварки можно определить на основе учета количества использованных расходных материалов (электродов, сварочной проволоки) и времени сгорания электрода.

Измерения интенсивности УФ-излучения на разных расстояниях от сварочной дуги выявили особенности распределения УФ-потока с определением коэффициентов ослабления в зависимости от расстояния до источника. При увеличении расстояния от 0,1 до 0,4 м коэффициент ослабления составляет в среднем по всему спектру 2,7 раза, при увеличении расстояния до одного метра - в среднем 8,4 раза. Снижение интенсивности потока УФ-излучения на расстоянии двух метров от источника происходит в среднем по всему спектру в 35 раз.

Следует обратить особое внимание и на возможную опасность влияния на работающих отраженного и рассеянного излучения, составляющего до 20 % от прямого потока, что свидетельствует о необходимости проведения контроля и измерений уровней потока, отраженного от разных поверхностей на территории сварочного поста и смежных участках. Наибольшими отражающими свойствами обладают металлические поверхности, при этом в большей степени отражаются лучи спектра УФ-А, а в коротковолновой области (УФ-С) это выражено в меньшей степени. Высокие уровни отраженного потока определены при сварке крупногабаритных деталей в основном за счет многократного переотражения, при работах в ограниченных пространствах, достигая в УФ-С диапазоне 0,04 Вт/м2. Последние представляются наиболее опасными для работников, так как в этих случаях не всегда есть возможность применить необходимые средства коллективной защиты, оборудовать такие места системами вентиляции, что увеличивает профессиональный риск за счет более высоких концентраций вредных веществ (оксидов марганца, сварочного аэрозоля и др.), а также повышенного облучения сварщика от прямого и отраженного, рассеянного потоков ультрафиолетового излучения.

При проведении контроля за состоянием условий труда, соблюдением правил охраны труда и техники безопасности отдельно следует выделить группу работников разных профессий (так называемые "прихватчики"), выполняющих совместные со сварщиком работы по фиксации деталей крупногабаритных конструкций в момент наложения первичного шва. Эти работы выполняют как сами сварщики (разных специальностей), так и работники других профессий - слесари механосборочных работ, монтажники и др. Особенность таких работ - кратковременность использования сварочной дуги, ее "импульсный" характер во время "прихватки" деталей свариваемой конструкции. Указанные работы, как правило, выполняются в защитных очках, при этом уровни излучения составляют 0,4-0,8 Вт/м2, превышая допустимые величины. Общая продолжительность работ по прихватке составляет до 15-30 мин за смену, при этом дозовые нагрузки достигают 720 Дж/м2, что выше расчетных гигиенических норм. Тем не менее в условиях производства (особенно в цехах и участках по сборке объемных металлоконструкций и др.) довольно часто многие "прихватчики" пренебрегают СИЗ органа зрения.

Видеодисплейные терминалы, экраны и мониторы также могут быть источником излучения в ультрафиолетовом диапазоне. Реальная интенсивность генерируемого излучения и его спектральный состав зависит от технической конструкции конкретного видеотерминала, режимов работы, возможного защитного экранирования, цвета люминофора и других факторов. Выполненные нами измерения интенсивности потока УФ-излучения от мониторов ПЭВМ показали, что регистрируемые уровни на исследуемых образцах ВДТ были, как правило, ниже допустимых санитарных норм.

Высокие уровни излучения определены при использовании спектральных источников. Так, на рабочем месте копировщика печатных форм при использовании галогенной ртутной лампы ДРГТ плотность потока на расстоянии 2 м от источника составляет в рабочей зоне 0,07 Вт/м2 (спектр УФ-В), при воздействии отраженного потока излучения - 0,02-0,03 Вт/м2 и еще выше на расстоянии 0,6 м от источника - до 0,4 Вт/м2. В спектре УФ-С эти значения равны соответственно 0,9-0,22-6,5 Вт/м2 и значительно превышают установленные допустимые величины.

Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей с длиной волны 0,20-0,28 мкм определило широкое применение облучателей и других источников коротковолнового излучения для стерилизации, обеззараживания воздушной среды, других объектов в лечебных учреждениях, различных лабораториях, а также в бытовых целях. При работе бактерицидных облучателей разных типов (потолочные, настенные, комбинированные) уровни облучения вблизи источника составляют 0,02-4,0 Вт/м2 в спектре УФ-С, от 0,01 до 1,5 Вт/м2 и выше в спектре УФ-В и до 1,0 Вт/м2 в спектре УФ-А. В центре облучаемых помещений, рабочей зоне эти величины в 2-5 раз ниже. Примером мощного источника УФ-излучения служит лампа ОКН-11 (около 1,0 Вт/м2 в коротковолновой и средневолновой частях спектра и 5-6 Вт/м2 в спектре УФ-А).

При некоторых видах термообработки, других высокотемпературных процессах (например, металл в зоне расплава, расплавленное кварцевое стекло, ацетиленовое пламя, низкоамперные сварочные дуги и др.) не исключено формирование УФ-излучения, однако это возможно только при температуре не менее 2 000 0С. Учитывая, что в доступной литературе отсутствует полный перечень всех источников УФ-излучения и условий его формирования, для уточнения необходимости выполнения измерений в УФ-диапазоне от тепловых, высокотемпературных источников при их оценке спектральную область излучения можно определить расчетным путем. Так, п. 4.2 МР 105-9807-99 предлагает метод, позволяющий получить приблизительные величины длины волны с максимумом энергии и ориентировочно определить спектральные границы излучения источника. Для этого используют уравнение:

_max = С / T_к,

где С - постоянная Вина, равная 2 880 мкм град.,

Т_к - абсолютная температура источника, Т_к = (t ⁰С + 273)⁰.

Полученные данные определяют длину волны с максимумом энергии источника. Так, для тепловых излучателей с температурой источника 1 000-1 500 0С lmax = 2,3-1,6 мкм и находится в инфракрасной области. При более высоких температурах (3 500-4 000 0С и выше) значение max уменьшается, достигая видимого диапазона (0,7 мкм и менее). В этих случаях - высокие температурные параметры и мощность оборудования, большие поверхности излучателя - левая (коротковолновая) граница всего потока излучения может находиться в УФ-области, что является основанием для измерений данного фактора производственной среды.

МР 105-9807-99 выделяет две основные группы источников УФ-излучения. К первой относятся электрогазосварочные работы, плазменные технологические процессы, некоторые другие высокотемпературные источники ультрафиолетового излучения, рассмотренные выше.

Ко второй группе относится большая группа спектральных источников - различных облучателей, ламп и других источников света, являющихся источниками УФ-излучения.

Облучатели, облучательные установки и другие источники оптического излучения разделяют на тепловые и люминесцент­ные, а различные источники света, в свою очередь, на лампы накаливания (ЛН) и газоразрядные лампы (ГЛ). Температура нити накала у обычных вольфрамовых ЛН составляет около 2 500 0К, а у ламп с повышенной цветопередачей - до 4 000 0К. Граница полосы пропускания УФ-излучения у ламп из обычного стекла составляет около 300 нм, а из специальных стекол еще меньше. С учетом этого, а также высокой мощности отдельных типов ЛН некоторые из них могут быть источниками излучения в УФ-области, как и галогенные ЛН, у которых минимальная температура нити накала выше 1 600 0С, а колба ламп изготовлена из кварцевого стекла.

Широко распространенный техногенный источник УФ-излучения - газоразрядные лампы (ГЛ) низкого, высокого и сверхвысокого давления. Характерный представитель ГЛ низкого давления - люминесцентные лампы (ЛЛ). Практически все ЛЛ - источник УФ-излучения, хотя и в незначительной степени: доля УФ-спектра в общем потоке излучения составляет около 0,2 %.

К газоразрядным лампам высокого и низкого давления относятся лампы типа ДРТ (дуговые, ртутные, трубчатые) мощно­стью от 100 до 1 000 Вт, со спектром излучения от 250 нм, ДРЛ (дуговые, ртутные, люминесцентные) мощностью от 80 до 2 000 Вт, среди которых есть и специальные источники УФ-излучения. Разновидность газоразрядных ламп - специальные лампы типа ДРВЭ (дуговые, ртутно-вольфрамовые, эритемные), спектр излучения которых начинается с 280 нм. К ГЛ сверхвысокого давления относятся шаровые лампы типа ДРШ со спектром излучения от с 200 нм.

Характерным представителем газоразрядных ламп, широко используемых в здравоохранении и других отраслях народного хозяйства, являются бактерицидные лампы низкого давления типа ДБ, основной поток излучения которых приходится на бактерицидную область с максимумом энергии при 265 нм, а также лампы эритемного и преимущественно загарного спектра, используемые в соляриях (315-400 нм).

В отдельную группу ГЛ выделены металлогалогенные лампы (МГЛ), являющиеся излучателями широкого диапазона, начиная с 300 нм. Наиболее распространены лампы типа ДРИ (дуговые, ртутные, с излучающими добавками) мощностью от 250 до 1 000 Вт, ДРИЗ, аналогичные вышеупомянутым, но с зеркальным отражателем. Для нужд телевидения выпускают лампы серии ДРИ и ДРИШ (шаровые), которые отличаются повышенной мощностью (3 500-4 000 Вт). Эти лампы - источники УФ-излучения (до 10 % от всего светового потока), причем спектр их излучения начинается с 220 нм, хотя основной поток приходится на менее биологически опасную область - 350 нм (УФ-А).

Среди других источников МГЛ отметим натриевые, а также ксеноновые лампы низкого и высокого давления, излучающие во всех спектрах оптического диапазона, причем УФ-излучение составляет до 10 %. Характерные представители - ДКсТ и ДКсШ (дуговые, ксеноновые, трубчатые или шаровые). Источниками УФ-излучения могут быть также импульсные лампы ИСТ, ИСШ (трубчатые, шаровые, с пропусканием излучения от 155 нм с кварцевой колбой и с 290 нм со стеклянной колбой). К группе прочих ГЛ, служащих источниками УФ-излучения, относятся и спектральные лампы (дейтериевая, водородная и т. д.). Такие специальные источники света, как электролюминесцентные панели, светодиоды, как правило, не являются УФ-излучателями.

Облучатели или приборы облучательного действия, используемые в производственных и бытовых условиях для оздоровительных целей, условно разделены на две группы. К первой относятся облучатели эритемного, а также загарного действия (типа УФО-1500, ОРК-21М, УГД, ОКН-11, ОКУФ 5М, "Saule", различные типы соляриев и др.). Источники света в этих облучателях - газоразрядные ртутные лампы типа ДРТ, ДРК, а также люминесцентные эритемного и загарного действия (ЛЭР-40, ЭУВ-15). Количество и набор используемых ламп, в числе которых могут быть и тепловые инфракрасные излучатели, определяется назначением приборов; они являются источниками УФ-излучения в широком диапазоне длин волн (280-400 нм), а также видимого и инфракрасного диапазона.

Во вторую группу входят бактерицидные источники - напольные, настенные и потолочные облучатели для дезинфекции воздуха и поверхностей в помещении. Основные типы бактерицидных установок - ОБН-450, ОБН-15б, БОД-9 и др. В качестве источников света, как правило, используются ртутные лампы низкого давления, излучающие УФ-поток с выраженным спектром бактерицидного действия. Уровни интенсивности облучателей, используемых в здравоохранении, пищевой и других отраслях промышленности, как источников УФ-излучения определяются условиями его применения, функциональным назначением прибора и характерными особенностями влияния на организм. Меры безопасности персонала и населения, основные правила эксплуатации при обслуживании облучательных бактерицидных установок определены соответствующими нормативными документами (МР 26-0101).

Ультрафиолетовый компонент естественной солнечной радиации - фактор производственной среды для ряда профессий, производств и работ, выполняемых на открытых территориях (строительные, сельскохозяйственные, полевые и дорожные рабочие, работники флота, геологи и т. д.). Для корректных измерений фактических уровней излучения естественной инсоляции в УФ-диапазоне требуются специальные методические подходы и соответствующая измерительная аппаратура. А измерения УФ-составляющей солнечной инсоляции обычными приборами, предназначенными для контроля техногенных источников, дают весьма приближенные, неточные данные. Отметим, что результаты измерений с применением обычной аппаратуры можно рекомендовать использовать только при сравнительном анализе, в основном в виде относительных величин измерений, полученных при разных условиях инсоляции, времени суток, сезона, облачности, а также для ориентировочного представления об интенсивности потока солнечного УФ-излучения.