Краткие теоретические сведения по теме занятия

Вредные вещества - это такие вещества, которые при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности могут вызывать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами как в процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Чтобы правильно и своевременно оценить условия труда работающих на производстве людей и сохранить их здоровье, необходимо знать, какие вредные вещества в виде газов, паров и аэрозолей (пыли, дыма, тумана) могут выделяться в воздух рабочей зоны при данных процессах и в каких количествах. Содержание этих веществ в воздухе не должно превышать установленных для них предельно допустимых концентраций.

Под вредными веществами подразумевают обычно производственные (промышленные) яды, вызывающие отравления работающих; аэрозоли фиброгенного действия, способствующие возникновению заболеваний органов дыхания; канцерогенные вещества, способствующие возникновению раковых заболеваний (злокачественных опухолей). Хотя ядовитые свойства могут проявлять практически все вещества, даже такие, как поваренная соль в больших дозах или кислород при повышенном давлении, к ядам принято относить лишь те, которые проявляют свое вредное действие в обычных условиях и в относительно небольших дозах.

Многие вещества являются не только профессиональной вредностью, но и одновременно могут быть производственной опасностью, так как при определенной концентрации в воздухе они образуют сильные взрывчатые смеси, которые могут быть причиной аварий и катастроф с человеческими жертвами. Например, к числу вредных и одновремен­но взрывоопасных относятся окись углерода, сероводород, анилин, бензол, сероуглерод, скипидар и многие другие газы и пары жидкос­тей, встречающиеся в промышленности.

Токсичные и взрывоопасные вещества могут поступать в воздух рабочей зоны при разнообразных производственных процессах: химических, термических, механических, транспортных и др. Например, в отделочных производствах при обработке ткани на опаливающих машинах выделяется продукт неполного сгорания - окись углерода (СО), при белении тканей и в процессе приготовления белящих раство­ров выделяется хлор (Сl), при кубовом и сернистом крашении - сернистый газ (SO₂) и сероводород (H₂S), при производстве искус­ственного шелка выделяются пары сероуглерода (CS₂); сероуглерод может встречаться и в других процессах, так как он применяется как растворитель жиров, серы, фосфора и других веществ. В процессе приготовления растворов диазокрасителей и их использования в крашении выделяются окислы азота (NO, NO₂); при использовании анилина (C₆H₅NH₂) в черно-анилиновом крашении и е выделяются в воздух рабочей зоны весьма ядовитые пары анилина и пары синильной кислоты (HCN), которые являются опасным ядом.

Все вредные вещества, выделяемые в воздух рабочей зоны можно подразделить:

- общетоксические - вызывающие отравление всего организма (окись углерода, цианистые соединения, свинец, ртуть, бензол, мышьяк и его соединения и др.);

- раздражающие - вызывающие раздражение дыхательного тракта и слизистых оболочек (хлор, аммиак, сернистый газ, фтористый водород, окислы азота, озон, ацетон и др.);

- сенсибилизирующие - действующие как аллергены (формальдегид, различные растворители и лаки на основе нитро- и нитрозосоединений и др.);

- канцерогенные - вызывающие раковые заболевания (никель и его соединения, амины, окислы хрома, асбест и др.);

- мутагенные - приводящие к изменению наследственной информации (свинец, марганец, радиоактивные вещества и др.);

- влияющие - на репродуктивную (детородную) функцию (ртуть, свинец, марганец, стирол, радиоактивные вещества и др.).

Ряд вредных веществ оказывает на организм человека преимущественно фиброгенное действие, вызывая раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и оседая в легких, практически не попадая в круг кровообращения вследствие плохой растворимости в биологических средах (крови, лимфе). В основном - это пыли металлов (чугунная, железная, медная, алюминиевая и др.), пластмассовая, наждачная, карборундная, древесная, пыль стеклянного и минерального волокна, кремнеземсодержащие пыли и др.

Наибольшую опасность представляет мелкодисперсная пыль. Такая пыль в отличие от крупнодисперсной практически не оседает в воздухе производственных помещений, находится во взвешенном состоянии и легко проникает в легкие. При высокой дисперсности пыль отличается повышенной химической активностью из-за большой поверхности. Например, в сварочной пыли содержится 90% частиц размером менее 5 мкм, что делает ее особо вредной для организма человека, учитывая, что в составе этой пыли есть марганец и хром.

Действие вредных веществ в условиях высоких температур, шума и вибраций значительно усугубляется, хотя количественную оценку этого явления в настоящее время дать трудно. Так, при высокой температуре воздуха расширяются сосуды кожи, усиливается потоотделение, учащается дыхание, что ускоряет проникновение вредных веществ в организм.

В результате воздействия вредных веществ могут возникать профессиональные заболевания: так, при длительном вдыхании пыли-пневмокониозы.Наиболее тяжелым из них является силикоз, возникающий при попадании в легкие пыли, содержащей двуокись кремния.

По ГОСТ 12.1.005-88 установлены предельно допустимые концентрации вредных веществ q_пдк (мг/м ) в воздухе рабочей зоны производственных помещений.

Вредные вещества по степени воздействия на организм человека подразделяются на следующие классы: 1-й - чрезвычайно опасные, 2-й - высокоопасные, 3-й - умеренно опасные, 4-й - малоопасные. Приведенные в ГОСТ 12.1.005-88 требования к содержанию вредных веществ рассматриваются с точки зрения воздействия их на организм человека.

Воздух, удаляемый системами вентиляции и содержащий пыль, вредные или неприятно пахнущие вещества, перед выбросом в атмосферу должен очищаться с тем, чтобы в атмосферном воздухе населенных пунктов не было вредных веществ, превышающих санитарные нормы, а в воздухе, поступающем внутрь производственных помещений, концентрации не превышали величины 0,3 q_пдк для рабочей зоны этих помещений.

Большинство токсичных газов и паров (окись углерода, анилин и др.), попадая с воздухом в органы дыхания, всасывается в кровь, поглощает гемоглобин, что приводит к кислородной недостаточности, удушью и головной боли. Ряд токсичных веществ (хлор, окислы азота) вызывает раздражение и воспаление слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, отек легких. Поэтому в таких цехах необходимо систематически осуществлять контроль качества воздушной среды для установления фактических концентраций вредных газов и паров в воздухе рабочих зон. Такие исследования необходимо проводить не только на действующих предприятиях, но и на вновь вводимых производственных объектах, при изменении технологии, установке нового оборудования, при реконструкции цехов и отдельных участков.

Таблица 1

Предельно допустимые концентрации некоторых вредных веществ

Специфика исследований качества воздушной среды заключается в том, что в большинстве случаев требуется определить очень малые количества вещества, измеряемые миллиграммами или их долями. Поэтому используемые методы должны быть высокочувствительными, точными и быстрыми.

Таблица 2

Пределы воспламенения некоторых веществ

Современный этап контроля воздушной среды на производстве связан со все большим переходом к непрерывной регистрации содержания вредных веществ в воздухе с помощью автоматических анализаторов. Вместе с тем усложнились задачи анализа состава загрязнений, что обусловлено развитием химии и производств органического синтеза. Это привело к разработке новых методов исследований, в частности хроматографических, позволяющих определять отдельные ингредиенты в составе сложных противогазовых смесей, органических кислот, спиртов и др.

Наряду с обычными лабораторными методами широко практикуется применение экспресс-методов, позволяющих в короткие сроки обнаружить наличие и замерить концентрацию ядов в воздухе. Являясь несколько менее точными по сравнению с другими методами, экспресс-методы имеют такие достоинства, которые в ряде случаев делают их незаменимыми (например, в случаях, когда необходимо дать быстрый ответ о наличии ядовитых или взрывоопасных газов и паров в воздухе, изменении их концентрации в течение какого-либо периода и др.).

Анализы воздушной среды проводят при максимальной загрузке оборудования. Пробы воздуха берут не только на основных рабочих местах, но и на местах, на которых рабочие могут находиться кратковременно. При исследовании содержания ядовитых веществ в воздухе пробы отбирают на высоте 2 м от пола 3-4 раза и более. Сравнивая результаты анализа с ПДК, можно сделать заключение о вредности воздушной среды данного цеха, эффективности герметизации производственного оборудования и вентиляции цеха.

В ГОСТ 12.1.005-88 ПДК даются в миллиграммах на кубический метр, а приборы измеряют содержание вредных газов и паров чаще всего в миллиграммах на литр. Поэтому для сравнения с ПДК фактические концентрации необходимо умножить на 1000, чтобы получить результаты в миллиграммах на кубический метр.

К экспресс-методам анализа воздуха относятся колориметрические и линейно-колористические методы, позволяющие оперативно в месте отбора пробы определить концентрацию загрязняющих воздух веществ.

Колориметрические методы основаны на протягивании воздуха, содержащего загрязняющее вещество, через раствор, фильтровальную бумагу или зернистый твердый сорбент и измерении интенсивности полученной на них окраски путем сравнения со стандартными шкалами (образцами-эталонами) с указанной на них концентрацией исследуемого вещества.

Линейно-колористический метод основан на протягивании исследуемого воздуха через стеклянные индикаторные трубки и измерении длины окрашенного столбика порошка по заранее приготовленным шкалам, показывающим зависимость этой длины от концентрации данного вещества.

Рис.2. Прибор для определения окиси углерода: 1 - головка аспиратора; 2 - резиновый уплотнитель; 3 - регулировочный винт; 4 - аспиратор

Применяемые приборы. Анализ воздуха проводится на приборах УГ-1, УГ-2, ГХ-4, на приборе СО, фирмы «Дрегер» (Германия) и др. Все они имеют один и тот же принцип действия, в основе которого лежит метод цветных реакций. Например, в приборе для определения окиси углерода (рис. 4.1) желтый силикономолибденовый комплекс при взаимодействии с окисью углерода окрашивается в синий цвет (чувствительность метода 0,01 мг/л, пределы определяемых концентраций 0,01-1 мг/л). В качестве воздушного насоса при отборе пробы воздуха на анализ используется резиновый аспиратор грушевидной формы, во входное отверстие которого вставляется индикаторная трубка (ампула с реактивом).

Химические газоанализаторы ГХ-1, ГХ-2 и ГХ-4 (рис.4.2) предназначены для определения в рудничном воздухе и воздухе других производственных помещений концентраций окиси углерода, сернистого газа, сероводорода и окислов азота. Они состоят из мехового аспиратора и индикаторных трубок (ампул), заполненных соответствующим реактивом и запаянных с двух сторон. На каждой ампуле имеются стрелка, указывающая направление движения воздуха, и кольца для облегчения снятия отсчета при определении содержания газа.

Меховой насос (резиновая гармоника), который приводится в дей­ствие одной рукой, служит для просасывания воздуха через индикаторную трубку. За один полный ход (разжатие) меха через трубку в течение 6-9 с присасывается 100 мл воздуха. В сжатый (до упора) насос вставляется вскрытая ампула (индикаторная трубка) так, чтобы стрелка на ней была направлена в сторону головки насоса. Отпустив мех, ждут, когда закончится протягивание воздуха до полного раскрытия меха. Если при этом окраска реактивного порошка достигла первого деления шкалы или превысила его, замер газа следует прекратить и выйти из рабочей зоны на свежий воздух, так как концентрация любого из определяемых газов в этом случае превышает ПДК. Если после одного хода меха окраска не появилась или не достигла первого деления шкалы (на левой стороне, где стоит отметка 100 мл), продолжают просасывание воздуха, делая еще девять ходов меха (всего 10). В этом случае концентрация газа определяется по правой стороне шкалы (где стоит отметка 1000 мл). Шкалы имеются на упаковке ампул. Ампулы прикладывают к шкале так, чтобы кольца ампулы (индикаторной трубки) совпадали с делениями шкалы, а начало окрашенного столбика - с нулевым ее делением.

Рис. 1. Газоанализатор химический ГХ-4: а - аспиратор с индикаторной трубкой; б - шкала

Индикаторные трубки-ампулы для различных газов заполняются соответствующими реактивами.

Еще более широкими возможностями для экспресс-анализа воздушной среды обладают универсальные газоанализаторы УГ-1 и УГ-2 (рис.2).

По принципу действия эти приборы аналогичны описанным выше. Общий вид (наиболее распространенного в настоящее время) газо­анализатора УГ-2 показан на рис. 14. В комплект каждого прибора входят 6 штоков 1 и 14 ящиков ЗИП, в которых в зависимости от анализируемого газа имеются запасы индикаторных стеклянных тру­бок и химических реактивов, а также необходимые принадлежности для приготовления индикаторных трубок и фильтрующих патронов.

Газоанализатор УГ-2 состоит из корпуса 7, внутри которого располо­жен резиновый воздушный насос 5, называемый также аспиратором, или сильфоном. Аспиратор выполнен в виде широкой гофрированной резиновой трубы, закрепленной между двумя металлическими фланцами. Внутри аспиратора имеется стальная пружина 4, которая держит его в растянутом положении. Для сохранения формы гофрированных поверхностей (ребер жесткости насоса) с внутренней стороны в гофры вставлены распорные кольца 6. Сильфон сжимается штоком 1 путем нажатия рукой на его головку. Прибор оборудован направляющей втулкой 2, смонтированной на верхней плите 3. Для фиксации хода штока во время движения его по направляющей втулке предусмотрен стопор 12. Все шесть штоков газоанализатора имеют на противолежа­щих сторонах канавки 15. Над канавками вверху стоит цифра, соот­ветствующая объему просасываемого воздуха в миллилитрах. Каждая канавка имеет два отверстия для фиксации стопором обозначенного объема протянутого через индикаторную трубку воздуха. Ход поршня от нижнего отверстия до верхнего регулируется автоматически. После протягивания обозначенного объема воздуха слышится щелчок от срабатывания стопора на верхнем отверстии канавки штока.

Рис.2. Универсальный газоанализатор УГ-2.

Универсальный газоанализатор УГ-2 предназначен для определения присутствия в воздухе сернистого ангидрида, ацетилена, окиси углерода, сероводорода, хлора, аммиака, окислов азота, этилового эфира, бензина, бензола, толуола, ксилола, ацетона, керосина и уайт-спирита. Порошок в трубке удерживается с помощью двух пыжей из тонкой медной эмалированной проволоки диаметром 0,27 мм. Между пыжа­ми и порошком укладывается тонкая (0,5 мм) прослойка ваты.

Нижняя часть сильфона соединена резиновой трубкой 13 со штуце­ром 14, к которому присоединен гибкий резиновый шланг 11, предназначенный для подсоединения индикаторных трубок 10. Последние представляют собой стеклянные трубки длиной 90 мм с внутренним диаметром 2,5 мм, которые заполняются индикаторным порошком из ЗИПа соответствующего назначения (на 14 видов газов и паров 14 ЗИПов). На лицевой стороне панели прибора имеются гнездо 8 для хранения штока 1 и платформа 9 для крепления мерной шкалы-линейки.

При использовании прибора УГ-2 необходимо выбрать соответствующий шток и реактивы; проверить герметичность воздухозаборного устройства, для чего сильфон 5 (см. рис. 4.3) сжать штоком 1 на максимальном объеме воздуха и зафиксировать стопором 12. Затем перегнуть резиновый шланг 11, зажать его лабораторным зажимом, отвести стопор. Если шток после небольшого рывка остановится, прибор герметичен и им можно пользоваться. Если движение штока будет продолжаться, прибор негерметичен; следует проверить плотность прилегания шланга к штуцеру, устранить негерметичность (или взять другой, запасной, прибор). При ожидаемой большой концентрации газа (паров) в воздухе камеры следует выбирать наименьший объем всасываемого воздуха, и наоборот.

Порядок работы с прибором:

1. Взять необходимый фильтрующий патрон и индикаторную трубку на определяемый газ (пары). Если нет заранее приготовленных фильтрующего патрона и индикаторных трубок, их необходимо приготовить согласно указаниям в Инструкции по эксплуатации УГ-2;

2. Приготовить прибор УГ-2 к отбору пробы: вставить шток в на­правляющую втулку, давлением руки на головку штока сжимать сильфон до тех пор, пока стопорный механизм не зафиксирует его в верхнем отверстии канавки. После этого присоединить к шлангу выбранный (применительно к газовой среде камеры) фильтрующий патрон-поглотитель и одним ходом сильфона продуть его перед началом анализа воздуха в камере, затем отсоединить фильтрующий патрон от резиновой трубки прибора, вторично сжать сильфон, присоединить необходимую (для данного конкретного вещества) индикаторную трубку, а к ней при помощи небольшого переходника (короткий отрезок резиновой трубки около 2 см) присоединить фильтрующий патрон;

Рис. 3. Лабораторная установка, имитируюшая производственное помещение

3. Соединить газовую камеру, имитируюшая производственное помещение, с фильтрующим патроном так, как это показано на рис. 3. Оттянуть головку стопорного механизма - произойдет отбор пробы. Выждать после просасывания 3-4 мин, чтобы исчезло остаточное разрежение в сильфоне, а давление в нем поднялось до атмосферного. Совмещая индикаторную трубку со шкалой, произвести отсчет. Цифра, совпадающая с границей окрашенного реактива, укажет концентрацию исследуемой примеси в воздухе. При этом необходимо следить, чтобы уровень порошка в стеклянной трубке совпал с нулем на шкале линейки;

4. Фильтрующие патроны-поглотители после продувки должны немедленно закрываться заглушками (стеклянными пробками), так как они активно сорбируют примеси воздуха и быстро становятся непригодными для последующих анализов. Короткие стеклянные трубки, заполненные поглотителем на улавливание соответствующих примесей из исследуемого газа, в исследованиях можно использовать только один раз;

5. Если индикаторный порошок в трубке окрасился на малую высоту (ниже первого деления шкалы) даже при большом ходе штока, что соответствует и большему объему протянутого воздуха (указан ного над канавкой штока), можно сделать несколько протяжек газа (паров) из камеры через одну и ту же индикаторную трубку. При этом индикаторная трубка каждый раз должна отсоединяться от резинового шланга и после сжатия сильфона снова присоединяться. Фактическая концентрация вещества в воздухе в этом случае находится делением определенной по шкале-линейке концентрации на число рабочих ходов (просасываний) сильфона.

Концы трубок обертывают фольгой и герметизируют слоем конторского сургуча, который удаляется при исследованиях специальным скребком. Для определения окиси углерода в комплект входят короткие (малые) индикаторные трубки, используемые для сокращения времени анализа и продувки фильтрующих патронов. Фильтрующие патро­ны представляют собой стеклянные трубки диаметром 10 мм с перешейками (сужениями). Они заполняются соответствующими погло­тителями (сорбентами), предотвращающими влияние сопутствующих газов и паров (эффект наложения) на точность анализа исследуемого вредного вещества.

На каждый исследуемый газ, за исключением этилового эфира, ацетона и углеводородов нефти - керосина и уайт-спирита имеются две заметные шкалы-линейки (одна красного, другая черного цвета). По красной линейке замеряют концентрацию газов при использовании штоков с малым объемом просасывания воздуха, а по черной линейке - концентрацию газов при использовании штоков с большим объемом просасывания. При этом нулевое деление шкалы должно совпадать с началом границы поверхности порошка в индикаторной трубке. Отсчет берется по высоте окрашенного столбика реактива на линейке.

В настоящее время разработаны индивидуальные газосигнализаторы серии ИГС-98, предназначенные для оснащения персонала, помещений и промышленных зон предприятий, а также аварийно-спасательных формирований.

Они имеют контрольный выход, через который с помощью выносного табло (вольтметра) можно измерять концентрацию газа в атмосфере и определять места утечек (табл.3).

Определения места утечки

Таблица 3

Такая конструкция с выносным табло позволяет обследовать глубокие колодцы перед проведе­нием в них необходимых работ, при этом они имеют следующие характеристики:

1.Надежность и простота эксплуатации;

2.Малые габариты: 100 ´ 50 ´25 мм и масса: 110 г.;

3.Два уровня акустической и оптической сигнализации;

4.Год непрерывной работы без смены элементов питания.

Предназначены для непрерывного контроля газовой среды в помещениях котельных, компрессорных цехов, хлораторных и других промышленных объектов, на которых могут образоваться опасные концентрации горючих и токсичных веществ.

При превышении ПДК газосигнализаторы с помощью сухих контактов обеспечивают включение вентиляции с оптическим и акустическим оповещением, а при значительном превышении допустимых концентраций дополнительно включают аварийную сигнализацию.