Производственная безопасность
(курс лекций)
1. Введение
Современнаяцивилизация столкнулась с огромной проблемой, заключающейся в том, что основабытия общества – промышленность, сконцентрировав в себе колоссальные запасыэнергии и новых материалов, стала угрожать жизни и здоровью людей, окружающейсреде. Человек, работая на промышленном предприятии, постоянно подвергаетсявоздействию различных опасностей. Средства массовой информации практическиежедневно сообщают об очередных инцидентах, авариях, катастрофах и др.происшествиях на производстве, повлекших за собой заболевания, гибель людей иматериальный ущерб. Причинами подобных явлений могут быть несовершенствотехнологических процессов и оборудования, износ технологического оборудования иего отдельных деталей, использование в качестве сырья и материалов горючих,агрессивных и токсических веществ, некомпетентность и ошибочные действияпроизводственного персонала и многие другие. В реальных производственныхусловиях часто возникают ситуации, когда здоровье, а иногда и жизнь человека,зависят только от его своевременных и грамотных действий. Разрешению многих проблем,связанных с негативными последствиями производственной деятельности человека,способствует специальная учебная дисциплина «Производственная безопасность».
1.1 Предмет, содержание и задачи производственнойбезопасности
Производственнаябезопасность является научно-учебной дисциплиной, изучающей производственныеопасности с целью разработки профилактических мер защиты от нихпроизводственного персонала.
Предметомизучения (исследования) дисциплины являются: производственные (технологические)процессы; технологическое (производственное) оборудование; опасности,возникающие при эксплуатации.
2. Общие вопросы производственной безопасности
2.1Опасность как фактор производственной среды
Производственнаясреда – всё, что окружает человека в процессе производственной деятельности ипрямо или косвенно влияет на его состояние, здоровье, результаты труда и т.п.
Опасность –предметы, объекты, явления, процессы, характеристики среды и т.п., способные вопределенных условиях вызывать нежелательные последствия.
Нежелательныепоследствия – ущерб здоровью, утомление, заболевание, угроза жизни, травма,отравление, пожар и т.п.
Опасность хранят всесистемы, имеющие энергию, химические или биологические активные компоненты, атакже характеристики не соответствующие комфортным условиям деятельности(работы) человека. Опасность является понятием сложным, иерархическим, имеющиммного признаков, поэтому многообразие их таксонормируется (классифицируется,систематизируется) по различным признакам. Например:
по природепроисхождения (природные, техногенные, антропические, экологические, смешанныеи др.);
полокализации (литосферные, гидросферные, атмосферные, космические и др.);
по сферепроявления (производственные, бытовые, спортивные, дорожно-транспортные и др.);
по вызываемымпоследствиям (утомление, заболевание, травмы, аварии, пожары, летальный исход идр.);
по временипроявления отрицательных последствий (импульсивные, кумулятивные);
по структуре(простые и производные, порождаемые взаимодействием простых);
по характерувоздействия на человека (активные и пассивные).
Признакипроявления опасности могут быть априорными (предвестниками) и апостериорными(следы). Опасности в своем большинстве носят потенциальный (скрытый) характер,поэтому любой их анализ начинается с процесса идентификации.
Идентификацияопасностей – процесс обнаружения и установления качественных, количественных,временных, пространственных и др. характеристик опасностей, необходимыхи достаточных для разработки профилактических и оперативных мероприятий,направленных на обеспечение комфортной трудовой деятельности человека илибезаварийного функционирования производственных процессов.
В процессе идентификацииопасностей выявляются: признаки, пространственная локализация, вероятность(частота) проявления, возможный ущерб и др. параметры опасностей.
Сложный,взаимозависимый характер производственных опасностей не всегда даёт возможностьоднозначно определить их количественные параметры, поэтому часто для этогоприменяют процесс квантификации.
Квантификация– это введение количественных параметров для оценки сложных, но качественноопределяемых явлений, процессов и т.п.
Опасностиквантифицируются понятием «риск».
Поскольку напроизводстве превалируют потенциальные опасности, необходимо выявлять условияих проявления, которые называют причинами.
Опасности, причины ихпроявления и вызываемые нежелательные последствия являются основнымихарактеристиками таких событий, как несчастный случай, чрезвычайная ситуация,пожар, профессиональное заболевание и др. Триада «опасность – причины – последствия»– это логический процесс развития, реализующий потенциальную опасность вреальный ущерб. Например: алкоголь – злоупотребление – деградация личности. Воснове профилактики несчастных случаев на производстве по сути лежит поиск ихвозможных причин.
Практика жизни человекаво всех сферах её проявления (бытовая, трудовая и др.) показывает, что любаядеятельность потенциально опасна, т.е. невозможно достичь абсолютногоисключения опасностей. Современный мир принял это утверждение как аксиому,которая имеет исключительно важное методологическое значение.
Теперь можнодать определение безопасности.
Безопасность– такое состояние трудовой (производственной) деятельности человека, прикоторой потенциальные опасности реализуются в нежелательные последствия сопределенной вероятностью.
2.2Основные положения теории риска
Как былоуказано выше, опасности, являющиеся сложными иерархическими понятиями,квантифицируются количественной величиной, называемой риском.
Риск –вероятность реализации потенциальных опасностей в реальный ущерб заопределенный промежуток времени.
Вероятностьможет быть выражена через частоту реализации потенциальных опасностей заопределенный промежуток времени, которая определяется по формуле:
/> (1)
где f – частота реализациипотенциальных опасностей за определённый промежуток времени, τ–1;
R – риск, τ–1;
n – количествореализованных потенциальных опасностей за время t ;
N – количествопотенциальных опасностей, которые могли бы реализоваться за это же время;
τ –промежуток времени, за который рассматривается реализация потенциальныхопасностей, (год, месяц, сутки, час, и т. п.).
Например,риск гибели людей на производстве в течение 2000 г в РФ составил:
R = 4404/(29557046 ∙1)= 1,49 ∙10-4 г-1
где 4404 –количество людей, погибших при несчастных случаях на производстве за 2000 г;
29557046 –количество людей, работающих на производстве в РФ.
В определениириска часто используется величина ущерба, нанесенного человеку, обществу,предприятию и т.п. при реализации потенциальных опасностей, например, поформуле:
/> (2)
где f – частота реализацииопасности, t -1;
Y – ущерб, нанесенныйчеловеку, обществу, предприятию и т.п. (например, в баллах или денежномвыражении).
Использованиериска как количественной меры опасности позволяет объективно сравниватьразличные объекты по уровням их опасности, а также избежать субъективных ошибокв оценке различных опасностей. Так, например, люди крайне негативно реагируютна события или несчастные случаи редкие, но с большим числом жертв, носовершенно спокойно относятся к событиям более частым с малым количествомжертв.
Впроизводственной деятельности риск можно определить четырьмя путями:
инженерный(расчет частот, вероятностей, построение графических зависимостей типа «деревоопасностей», «дерево отказов» и др.);
модельный(построение моделей воздействия опасностей на человека, профессиональнуюгруппу, общество и т.п. с получением соответствующих откликов);
экспертный(оценка вероятности реализации опасностей путем опроса специалистов (экспертов)по определенной системе);
социологический(оценка вероятности реализации опасностей путем опроса всех работающих, в томчисле и неспециалистов, включая население).
Поскольку всепути отражают разные стороны риска, их применяют в совокупности.
Учитываяпринятую выше аксиому о потенциальной опасности любой деятельности человека,можно заключить, что нулевой риск невозможен. В связи с этим возникает вопрос –к какой же величине риска необходимо стремиться на производстве? Параллельнонапрашивается и второй вопрос – сколько денежных средств (затрат) необходимоизрасходовать на обеспечение безопасности?
Для выясненияэтих вопросов построим график зависимости риска от затрат на его изменение:
/>
Рис. 1.Зависимость технического, социального и суммарного риска от затрат на егоизменение
RT– риск технический; RC– риск социальный; RΣ– риск суммарный; Rmin– минимальный(допустимый) риск; Зmax – максимальные затраты для обеспечения Rmin
Величинасуммарного риска включает в себя совокупное влияние на человека (общество)производственных опасностей и социальных факторов (величина заработной платы,компенсации воздействия опасностей, льготы и т.п.).
Задачей«риск-анализа» на любом производстве является выявление минимальных(допустимых) величин технического риска для различных опасных и вредныхпроизводственных факторов (ОВПФ) и соответствующих максимальных затрат для ихдостижения.
С учётомконцепции приемлемого (допустимого) риска им можно управлять следующими путямис соответствующим расходованием средств:
совершенствованиетехнических систем (технологические процессы, оборудование и т.п.);
подготовкаперсонала (обучение, инструктаж, аттестация и т.п.);
ликвидациянекоторых потенциальных опасностей и предупреждение аварийных ситуаций (отказот применения токсичных и горючих веществ, исключение импульсов воспламенения,разработка планов ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС) и др.).
Квантифицированиеопасностей риском открывает принципиально новые возможности повышения уровняпроизводственной безопасности. Так, к организационным, административным итехническим методам добавляются экономические (страхование, денежнаякомпенсация ущерба, платежи за риск и др.).
3. Категорирование иклассификация производственных объектов как мера оценки опасности
Классификацияи категорирование производственных объектов является одним их ориентирующихпринципов обеспечения производственной безопасности. Данный принцип заключаетсяв делении производственных объектов на классы и категории в зависимости откачественных и количественных характеристик опасности.
Принципоценки опасностей путем классификации объектов позволяет учитывать возможнуюреализацию потенциальных опасностей при проектировании, строительстве,эксплуатации, реконструкции, консервации и ликвидации производственногообъекта, т.е. на всех стадиях его жизненного цикла.
Классы икатегории производственных объектов по видам опасностей закрепляются внормативной документации, обязательной к исполнению на всех стадиях жизненногоцикла объектов. Так как постоянно изменяются технологические процессы,оборудование, сырье, материалы и т.п., классы и категории периодическипересматриваются, как правило, не реже одного раза в 5 лет.
Нижеприведены примеры действующих нормативных документов РФ, в которыхпроизводственные объекты подразделяются на классы и категории по видамопасностей.
Санитарно-защитныезоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов (санитарно-эпидемиологическиеправила и нормативы СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03). Предприятия, группыпредприятий, их отдельные здания и сооружения (далее предприятия) стехнологическими процессами, негативно воздействующими на среду обитания издоровье человека, подразделяются на 5 классов (I, II, III, IV, V), при этом степеньуказанного воздействия уменьшается от I-го класса к V-му. Для каждого классапредприятий установлена соответствующая ширина санитарно-защитной зоны (СЗЗ),которая отделяет территорию промышленной площадки от жилой застройки(селитебная территория), ландшафтно-рекреационной зоны, зоны отдыха, курорта ит. п. В соответствии с требованиями указанных СанПиН ширина санитарно-защитнойзоны составляет: для предприятий I-го класса – 1000 м; II-го – 500 м; III-го – 300 м; IV-го – 100 м; V-го – 50 м. Например:тепловые электростанции мощностью 600 МВт и выше, использующие в качестветоплива уголь и мазут, относятся к предприятиям I-го класса, а работающиена газовом и газомазутном топливе – ко II-му классу; угольныеразрезы и горно-обогатительные фабрики относятся к предприятиям I-го класса, апроизводства по добыче угля подземным способом – к III-му классу; производствасвязанного азота (аммиака, азотной кислоты, азотно-туковых удобрений) и хлораэлектролитическим путём относятся к предприятиям I-го класса, апроизводства по переработке пластмасс – к IV-му классу.
Категорированиепомещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности(нормы государственной противопожарной службы НПБ 105-03). Помещения и зданияпроизводственного и складского назначения по взрывопожарной и пожарнойопасности в зависимости от количества и пожаровзрывоопасных свойств находящихся(обращающихся) в них веществ и материалов с учётом особенностей технологическихпроцессов размещённых в них производств подразделяются на категории А, Б,В1…В4, Г и Д. Степень пожаровзрывоопасности указанных объектов при этомуменьшается от категории А к категории Д. Категории определяются по методикам,изложенным в НПБ, с учётом расчётных критериев взрывопожарной и пожарнойопасности помещений и зданий для наиболее неблагоприятных в отношении пожара ивзрыва условий.
Категорированиевзрывоопасности технологических блоков (общие правила взрывобезопасности длявзрывоопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производствПБ 09-540-03). Технологические блоки (аппараты или группа аппаратов, которые взаданное время могут быть отключены от технологической системы без опасныхизменений режима, приводящих к развитию аварии в смежной аппаратуре илисистеме) в зависимости от величины их относительного энергетического потенциалаподразделяются на категории I, II, III. Степень взрывоопасности при этом уменьшается от категории I к категории III. Величина относительногоэнергетического потенциала технологического блока (показатель степени имасштабов возможных разрушений при взрыве парогазовой среды, содержащейся вблоке, с образованием ударной волны) рассчитывается по методикам, изложенным вПБ.
Классификацияпомещений по опасности поражения людей электрическим током (правила устройстваэлектроустановок ПУЭ). Все производственные помещения в зависимости от наличияусловий, создающих опасность поражения людей электрическим током,подразделяются на классы: помещения без повышенной опасности (помещения, вкоторых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность);помещения с повышенной опасностью (помещения, в которых имеется одно изследующих условий, создающих повышенную опасность: относительная влажностьвоздуха длительно более 75%; токопроводящая пыль; токопроводящий пол;температура воздуха длительно превышает +35оС; возможностьодновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землёйметаллоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., содной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования – с другойстороны); особо опасные помещения (помещения, в которых имеется одно изследующих условий, создающих особую опасность: относительная влажность воздухаблизка к 100 %; химически активная или органическая среда, разрушающая изоляциюи токоведущие части электрооборудования; наличие одновременно двух и болееусловий повышенной опасности).
4.Производственный травматизм и аварийность
4.1Общие понятия
Травма (отгреч. trauma – ранение, повреждение) – нарушение анатомической целостности илифизиологических функций тканей и органов человека, вызванное внезапным внешнимвоздействием.
Впроизводственных условиях травмы являются следствием внезапного воздействия наработника какого-либо опасного производственного фактора при выполнении имтрудовых обязанностей.
Ситуация,связанная с получением работником травмы, называется несчастным случаем.
Всоответствии с видом воздействия травмы подразделяют на механические (ушибы,раны, переломы и др.), тепловые (ожоги, обморожения, тепловые удары),химические (химические ожоги, острое отравление, удушье), электрические (всевиды травм, обусловленные действием электрического тока), комбинированные и др.
В зависимостиот тяжести последствий травмы подразделяются на лёгкие (по выздоровлениитрудоспособность работника восстанавливается полностью), тяжёлые (повыздоровлении трудоспособность работника восстанавливается не полностью),смертельные.
Совокупностьтравм за определённый промежуток времени на одном или группе производственныхобъектов называется производственным травматизмом.
Авария (отитал. avaria – повреждение, ущерб) – разрушительное высвобождение энергозапасапромышленного предприятия, при котором сырьё, промежуточные продукты, продукцияи отходы производства, установленное на промышленной площадке технологическоеоборудование, вовлекаясь в аварийный процесс, создают поражающие факторы длянаселения, персонала, окружающей природной среды и самого предприятия.
Любой авариина производстве обычно предшествуют один или несколько инцидентов.
Инцидент (отлат. incidens – случай, происшествие, недоразумение, столкновение) – отказ илиповреждение технических устройств, применяемых на производственном объекте,отклонение от технологического регламента параметров протекающих процессов,нарушение положений нормативных правовых актов, а также нормативных техническихдокументов, устанавливающих правила ведения работ на объекте.
Совокупностьаварий за определённый промежуток времени на одном или группе производственныхобъектов называется производственной аварийностью.
4.2Основные причины производственного травматизма и аварийности
Причиныпроизводственного травматизма и аварийности можно разделить на 4 основныегруппы: организационные; технические; санитарно-гигиенические; личностные.Рассмотрим каждую из групп причин в отдельности.
Организационныепричины: несоответствующая условиям труда продолжительность рабочей смены;отсутствие или несоответствие трудовому ритму перерывов в работе;неудовлетворительные обучение и аттестация работников по знаниям безопасныхприёмов работы и др. производственных факторов; формальное проведениеинструктажей работников по вопросам производственной безопасности; отсутствиеили неудовлетворительное состояние информационно-справочного материала обопасных и вредных производственных факторах на рабочих местах; отсутствие илинеудовлетворительное состояние нормативной документации; отсутствие плановликвидации аварийных ситуаций; отсутствие или нарушение эргономических требованийбезопасности труда и др.
Техническиепричины: неудовлетворительное состояние электрохозяйства; наличие открытыхдвижущихся частей технологического оборудования; неудовлетворительное состояниезащитных ограждений и экранов; отсутствие или неудовлетворительное состояниепредохранительных устройств и блокировок и др.
Санитарно-гигиеническиепричины: наличие в воздухе рабочей зоны токсических веществ и пыли сконцентрациями выше ПДК; отклонение параметров микроклимата помещений отдопустимых значений; превышение нормативных параметров шума, вибрации,неионизирующих электромагнитных и ионизирующих излучений; неудовлетворительноесостояние светового климата; превышение нормативных показателей тяжести инапряжённости трудового процесса; отсутствие или неудовлетворительное состояниесредств индивидуальной защиты; отсутствие или неудовлетворительное состояниевентиляции помещений и др.
Личностныепричины: профессиональная некомпетентность; отсутствие опыта работы на данномрабочем месте; эмоциональная неустойчивость; слабая воля; низкая способность ксамоуправлению; рассеянность; невнимательность; низкое чувство ответственности;недисциплинированность; склонность к аффективным состояниям и др.
С цельюустановления причин производственного травматизма и аварийности каждыйнесчастный случай, авария и инцидент на промышленных предприятиях Россииобязательно расследуются. Расследование несчастных случаев на производствепроводится в соответствии с требованиями, изложенными в Трудовом кодексе РФ(ст. 227…231) и «Положении об особенностях расследования несчастных случаев напроизводстве в отдельных отраслях и организациях». Техническое расследованиепричин аварий и инцидентов проводится в соответствии с требованиями,изложенными в Федеральном законе «О промышленной безопасности опасныхпроизводственных объектов» (№ 116–ФЗ) и «Положении о порядке техническогорасследования причин аварий на опасных производственных объектах» (РД03-293-99).
4.3Показатели производственного травматизма и аварийности
Уровень идинамику производственного травматизма и аварийности на конкретныхпроизводственных объектах, в отдельных отраслях и в целом по странецелесообразно характеризовать количественными показателями, отражающими разныестороны этих явлений. К настоящему времени наиболее полно такие показателиразработаны для производственного травматизма, на примере которых мы ирассмотрим данный вопрос.
Коэффициентчастоты, отражающий среднее количество несчастных случаев, приходящееся на 1000работников; определяется по формуле
/> (3)
где: Н –количество несчастных случаев за определённый период времени (месяц, квартал,год); Р – среднесписочное число работников на объекте в данный период.
Коэффициенттяжести, отражающий среднее число дней нетрудоспособности в результате одногонесчастного случая; определяется по формуле
/>
/> (4)
где ΣДН– суммарное число дней нетрудоспособности по всем несчастным случаям (Н) заданный период времени.
Коэффициентопасности производства, отражающий число дней нетрудоспособности по всемнесчастным случаям, приходящееся на 1000 работников; определяется по формуле
/> (5)
Рассмотренныепоказатели являются основными и определяются на основании статистическихматериалов по производственному травматизму (отчёты предприятий по форме 7 –«травматизм», копии актов расследования несчастных случаев по форме Н–1 и др.материалы, представляемые в Федеральную инспекцию труда, Госкомстат России,органы исполнительной власти).
4.4Анализ производственного травматизма и аварийности
С цельюпредупреждения (профилактики) травматизма и аварийности необходимо проводитьанализ всех случаев их проявления. Основными исходными материалами для анализаявляются результаты расследования причин производственных несчастных случаев,аварий и инцидентов. Для анализа производственного травматизма применяютсяследующие основные методы: статистический; групповой; топографический;монографический; вероятностный и др. Ниже приводится краткая характеристикасути указанных методов.
Статистическийметод основан на анализе статистических материалов расследования причинпроизводственного травматизма. В процессе анализа определяются показателитравматизма (см. п. 6.3.) и их динамика во времени. Результаты анализапредставляются в виде таблиц, диаграмм и графиков. Сравнивая показатели идинамику травматизма различных производственных объектов, можно делать выводы оприоритетных направлениях профилактической работы по борьбе с этим опаснымявлением.
Разновидностьюстатистического метода являются групповой и топографический методы.
Групповойметод основан на сортировке несчастных случаев по группам однородных признаков(времени травмирования, возрасту, квалификации и специальности пострадавших ит. п.), что позволяет выявить наиболее узкие места в организации работ,состояние условий труда на отдельных рабочих местах, состояние технологическогооборудования и др. факторы.
Топографическийметод предполагает систематическое нанесение условными знаками местапроисшествия несчастных случаев на план размещения анализируемогопроизводственного объекта. Скопление таких знаков на определённом местехарактеризует его повышенную травмоопасность с соответствующим приоритетомпрофилактических мер.
Монографическийметод представляет собой анализ опасных и вредных производственных факторов,свойственных тому или иному (моно) производственному участку, конкретномуоборудованию, технологическому процессу, технологической операции и т. п. Поэтому методу углублённо рассматриваются все обстоятельства несчастного случая.Такой же анализ целесообразно проводить на аналогичном производстве другихпредприятий. Кроме установления причин происшедших несчастных случаев, этотметод применим для выявления потенциальных опасностей как на исследуемомобъекте, так и на вновь проектируемом.
Вероятностный метод. Воснову метода положено представление о травматизме как о случайном явлении. Дляанализа таких явлений целесообразно применять положения теории вероятностей.Многолетняя практика анализа травматизма на промышленных предприятиях показала,что травматизм подчиняется закону Пуассона, который применим для случайныхвеличин.
Однако травматизм, какслучайный процесс, не следует понимать как явление беспричинное,незакономерное, не связанное с другими явлениями. Любой несчастный случай, каки всякое другое явление, не бывает без причин. Причинность – одна из формвсеобщей закономерной связи явлений. Проявление причин каждого несчастногослучая происходит при действии множества случайных факторов. В результате приодних и тех же основных определяющих факторах несчастный случай может произойтиили не произойти; а в первом случае степень тяжести его может быть различной.
При случайном процессе,подчиняющемуся закону Пуассона, вероятность того, что в рассматриваемыйпромежуток времени Dt событие произойдет m раз, можно определить по уравнению
/> (6)
а вероятность того, чтособытие (несчастный случай) произойдет хотя бы один раз, равна
Р = 1 – е-а,(7)
гдеа — параметр законаПуассона, зависящий от интенсивности (плотности) события у, который можноопределить по формуле:
/>,(8)
гдеу –интенсивность (плотность) события (количество событий в единицу времени).
Из выражения(7) с учетом зависимости (8) можно записать
/>(9)
Следовательно, задачаопределения вероятности какого-то события сводится к определению интенсивностиего свершения.
Несчастный случай можетпроизойти тогда, когда, например, в рабочей зоне одновременно происходят двасобытия: реализуется потенциальная опасность; человек выполняет работу. Такаяже ситуация возможна при одновременной реализации трёх событий, если к двумпредыдущим добавить отказ «защитного экрана» (защитные устройства, охраняющиечеловека от воздействия опасного производственного фактора: защитныеограждения, заземление, зануление и др.).
Если обозначитьвероятность проявления опасного производственного фактора через Р0,вероятность отказа защитного экрана через РЭ и вероятность появлениячеловека в зоне, где возникла опасная ситуация через РЧ, товероятность несчастного случая определяется по формуле
РНС =Р0 × РЭ × РЧ.(10)
Зная интенсивностичастных событий у0, уЭ и уЧ,, поформуле (9) можно определить их вероятности (Р0, РЭ и РЧ),а по формуле (10) – вероятность хотя бы одного несчастного случая на конкретномрабочем месте, причём, чем меньше величина РНС, тем безопаснеерабочее место.
4.5Основы профилактики травматизма и аварийности
Мероприятия,способствующие предупреждению травматизма и аварийности должны быть направленына реализацию следующих основных требований:
1.Совершенствование технических систем (безопасные технологические процессы иоборудование; применение эффективных предохранительных устройств; использованиеблокировочных устройств и др.).
2.Совершенствование методов организации труда (качественное обучение и аттестацияработников; эффективный распорядок режимов труда и отдыха; разработка плановпрофилактики производственного травматизма и ликвидации аварийных ситуаций идр.).
3. Созданиездоровых санитарно-гигиенических условий труда (снижение опасных и вредныхпроизводственных факторов до нормативных величин; нормализация световогоклимата и метеорологический условий в помещениях; эффективная вентиляцияпроизводственных помещений и др.).
4. Расширениеэкономических способов воздействия на травматизм и аварийность (стимулированиеработы без травм и аварий; компенсация ущерба, причинённого, например,населению производственной аварией из фондов предприятия и др.).
5.Прогнозирование проявления опасностей и условий, при которых они могутвоздействовать на работников.
5.Безопасность производственных процессов
5.1Безопасность производств на стадии проектирования
5.1.1Разработка, согласование, утверждение и состав проектной документациипроизводственных объектов
Процесс разработки,согласования, утверждения, а также состав проектной документации (ПД)регламентируется «Инструкцией о порядке разработки, согласования, утверждения исоставе проектной документации» (СНиП 11-01-95).
Одним изосновных разделов проектной документации на строительство объектов являетсятехнико-экономическое обоснование (ТЭО). На основании утвержденноготехнико-экономического обоснования разрабатывается рабочая документация.
Основнымдокументом, регулирующим правовые и финансовые отношения сторон (заказчик — исполнитель) являетсядоговор (контракт), неотъемлемой частью которого является задание напроектирование, которое составляется на основании обязательного «Перечняосновных данных и требований» (16 позиций), среди которых 4 позиции посвященывопросам безопасности:
– требования к качеству,конкурентоспособности и экологическим параметрам продукции;
– требования кприродоохранным мерам;
– требования к режимубезопасности и гигиены труда;
– требования по разработкеинженерно-технических мероприятий гражданской обороны (ГО) и предупреждениячрезвычайных ситуаций (ЧС).
Вместе сзаданием на проектирование заказчик выдаёт проектной организациисоответствующие исходные данные.
Проектнаядокументация разрабатывается в соответствии с государственными нормами,правилами и стандартами с учётом региональных и отраслевых особенностей. Если впроцессе проектирования указанные документы изменяются, то заказчик иисполнитель ПД обязаны своевременно вносить в рабочую документацию изменения,связанные с введением в действие новых нормативных документов. Отступления оттребований нормативных документов допускаются только при наличии разрешенийорганов, которые утвердили или ввели в действие эти документы.
Проектнаядокументация согласовывается с теми органами государственного надзора иконтроля, которым в процессе строительства, эксплуатации, реконструкции,технического перевооружения, консервации и ликвидации проектируемого объектапредстоит осуществлять надзорную деятельность. Разработанная документацияподлежит государственной экспертизе.
Утверждениепроектов производится в зависимости от источников финансирования следующимобразом:
министерствомРФ совместно с заинтересованными отраслевыми министерствами и ведомствами прифинансировании из федерального бюджета;
органамигосударственного управления республик, краёв, областей, автономных образований,г.г. Москвы и Санкт-Петербурга при финансировании из их бюджетов;
непосредственнозаказчиком при финансировании за счёт собственных финансовых ресурсов.
Проектнаядокументация состоит из следующих разделов:
– общая пояснительнаязаписка;
– генеральный план итранспорт;
– технологические решения;
– организация и условиятруда работников;
– управление производствоми предприятием;
– архитектурно-строительныерешения;
– инженерное оборудование,сети и системы;
– организациястроительства;
– охрана окружающей среды;
– инженерно-техническиемероприятия ГО. Мероприятия по предупреждению ЧС;
– сметная документация;
– эффективность инвестиций.
5.2Краткая характеристика некоторых разделов проекта
Общаяпояснительная записка. В этом разделе приводятся основания для разработкипроекта и исходные данные для проектирования. Даётся краткая характеристикапредприятия и входящих в него производств. Характеризуются сырье, потребности вводе, тепловой и электрической энергии. Рассматриваются вопросы комплексного использованиясырья и энергоресурсов, образования и переработки отходов производства,социально-экономических и экологических условий района строительства.Приводятся основные показатели по генеральному плану, инженерным сетям икоммуникациям, инженерные меры по защите территории. Даются общие сведения поохране труда работников и санитарно-эпидемиологическим мероприятиям. В этомразделе приводятся сведения о проведенных согласованиях проектных решений иподтверждение соответствия проектной документации государственным нормам,стандартам, требованиям органов государственного надзора, исходным данным ит.п.
Генеральныйплан и транспорт. Разрабатывается ситуационный план размещения предприятия суказанием размещения существующих и проектируемых инженерных сетей икоммуникаций, селитебных территорий и границ санитарно-защитной зоны (СЗЗ) сучётом преобладающего направления ветра (розы ветров) в данной местности(чертежи и соответствующие описания их). Разрабатывается генеральный планразмещения зданий, сооружений, коммуникаций, транспортных путей и т.п. натерритории предприятия с учётом технологической целесообразности, санитарных ипротивопожарных требований, а также преобладающего направления ветра.Разрабатываются мероприятия по благоустройству и озеленению территории (чертежии соответствующие описания их).
Технологическиерешения. В данном разделе приводится краткая характеристика и обоснованиерешений по принятой технологии производства. Разрабатываются мероприятия помеханизации и автоматизации технологического процесса. Приводится состав иобоснование выбора применяемого оборудования. Приводятся сведения о применениималоотходных и безотходных процессов и производств, рекуперации тепла исырьевых материалов. Приводятся расчётные данные о количестве и составе отходовпроизводства. Разрабатываются инженерно-экологические решения по предотвращениюзагрязнения окружающей природной среды (ОПС). Проводится априорная оценкавозможности аварийных ситуаций и соответствующие решения по их предупреждению.Разрабатываются принципиальные технологические схемы производств (чертежи исоответствующие их описания). Разрабатываются схемы компоновки технологическогооборудования и коммуникаций (чертежи и соответствующие их описания).
Организация иусловия труда работников. Данный раздел посвящён разработке организационных иинженерных решений по охране труда работников проектируемого предприятия.Разрабатываются мероприятия по следующим направлениям: организация работ поохране труда; система управления охраной труда; гигиена труда ипроизводственная санитария; техника безопасности; электробезопасность; пожарнаябезопасность; компенсация возможного негативного воздействия на работниковопасных и вредных производственных факторов.
Архитектурно– строительные решения. В этой части проекта приводятся сведения об инженерно –геологических, гидрогеологических и сейсмических условиях площадкистроительства. Разрабатываются решения по снижению производственного шума ивибрации (за счёт применения соответствующих строительных материалов и конструкций),обеспечению естественного освещения помещений, санитарно-бытовому обслуживаниюработающих. Разрабатываются мероприятия по пожаро-, взрыво- иэлектробезопасности (за счёт применения соответствующих строительных материалови конструкций, а также планировочных решений). Разрабатываются планировочныерешения по обеспечению принятой в технологической части компоновки оборудования(планы и разрезы основных производственных зданий). Разрабатываютсяинженерно-строительные мероприятия по повышению устойчивости зданий исооружений в условиях ЧС.
Инженерноеоборудование, сети и системы. Разрабатываются инженерные решения по обеспечениюпроизводственного и санитарно-бытового водоснабжения, канализации, тепло-,газо- и электроснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха(чертежи, соответствующие расчёты и описания). Принимаются решения пообеспечению электроосвещения, связи, сигнализации, радиофикации и телевидения,противопожарных устройств, молниезащите и др. (схемы, чертежи, расчёты и описания)
Охранаокружающей среды. Разрабатываются мероприятия по снижению выбросов в атмосферуи сбросов в водоёмы газообразных и жидких, а также размещению на почветвёрдофазных отходов производства. Принимаются или разрабатываютсясоответствующие очистные сооружения, обеспечивающие санитарно-гигиенические иэкологические нормативы (обоснования, расчёты, схемы, чертежи).
6.Устройство предприятий и цехов
6.1Территория промышленного предприятия
Территорияпредприятия должна быть расположена по отношению к ближайшему жилому массиву сподветренной стороны (согласно розе ветров в данной местности) на расстоянииравном ширине санитарно-защитной зоны. Санитарно-защитная зона принимается всоответствии с требованием СанПиН. Застройка территории должна производиться попринципу: здания с более вредными выделениями газов, паров, пыли и др.негативных факторов должны располагаться с подветренной стороны по отношению кзданиям с менее вредными выделениями. Расстояние между соседними зданиямиопределяются санитарными и противопожарными нормами и увеличиваются свозрастанием соответствующей опасности. Разрывы между зданиями с мощнымиисточниками шума (LA> 85 дБА) и другими зданиями должны быть неменее 100 м (компрессорные, дробильные отделения и т.п.). Для обеспечения безопасноститранспортных потоков устраиваются магистральные дороги шириной от 6 до 9 ммежду рядами зданий, а также подъезды к каждому зданию. В целях обеспеченияпожарной безопасности количество подъездов к каждому зданию должно быть неменее 2-х или устраиваются подъезды по всей длине здания; на территориипредприятия проектом предусматриваются пожарные гидранты и искусственный илиестественный водоём. Для обеспечения эффективного отдыха работников на открытомвоздухе в установленные перерывы в работе необходимо предусматриватьоборудованные соответствующим образом зоны. Площадь, не занятая зданиями,сооружениями, дорогами и подъездами, озеленяется. Территория предприятия должнаотвечать санитарным требованиям в отношении прямого солнечного облучения, естественногопроветривания и отводов поверхностных и сточных вод (ровная открытаявозвышенность с небольшим уклоном в одну сторону).
6.2Устройство производственных зданий и помещений
При выборетипа производственных зданий следует отдавать предпочтение прямоугольнымформам, т.к. при этом упрощается освещение и вентиляция входящих в нихпомещений. Конструкция зданий, число этажей и их площадь обусловливаютсятехнологическим процессом, используемым оборудованием, наличием опасных ивредных производственных факторов и категорией взрывопожарной и пожарнойопасности.
Объём иплощадь помещений на каждого работающего должны быть соответственно не менее 15м3 и 4,5 м2 высота помещений должна быть не менее 3,2 м.Все площадки на высоте >0,6 м от пола, лестницы, переходные мостики, проёмы,люки, канавы и т.п. ограждаются перилами высотой не менее 1,2 м со сплошнойобшивкой нижней части на высоту не менее 0,2 м. Лестницы должны иметь уклон неболее 40°.Полы помещений должны быть ровными без выступов и порогов, горизонтальными,нескользкими и отвечающими специфическим требованиям (химической стойкостью,отсутствие искрообразований и др.). Стены помещений должны быть хорошозвукоизолирующими и звукопоглощающими, но плохо сорбирующими вредные газы ипары из воздуха. Поверхность стен должна легко обеззараживаться путём мытья.
6.3Устройство рабочих мест
Рабочее место(РМ) – часть территории помещения постоянного или периодического пребыванияработников в процессе трудовой деятельности.
Рабочая зона(РЗ) – пространство, ограниченное высотой 2 м от уровня пола или площадки, накоторых находится рабочее место.
Рабочееместо может быть постоянным и непостоянным. Постоянным считается такое рабочееместо, на котором работник находится более 50 % рабочей смены или более 2 часовнепрерывно. Если работа производится в разных местах рабочей зоны, топостоянным рабочим местом считается вся РЗ.
Рабочее месточеловека-оператора рассчитывается на работу сидя, стоя и сидя-стоя попеременно.Конструкция рабочего места и взаимное расположение всех его элементов (сиденье,средства отображения информации (СОИ), органы управления и др.) должнысоответствовать антропометрическим, физиологическим и психологическимтребованиям, а также характеру работы, т.е. требованиям эргономики.
Конструкциярабочего места должна обеспечить выполнение трудовых операций в пределах зоныдосягаемости моторного поля человека как в вертикальной, так и в горизонтальнойплоскостях. Кроме того, при конструировании рабочего места и обслуживаемогооборудования должно быть обеспечено оптимальное положение работающего впространстве путем регулирования высоты рабочей поверхности, сиденья ипространства для ног.
6.4Производственная эстетика
Производственнаяэстетика (ПЭ) разрабатывает способы эмоционального и эстетического воздействияна человека в производственной обстановке.
В процессетрудовой деятельности у человека формируется определённый комплекс эмоций(чувства, переживания, ощущения), а также художественная оценкапроизводственной среды (совершенство форм оборудования, цветовая гаммаокрашенных поверхностей и т.п.). В совокупности указанные факторы могут какстимулировать повышение работоспособности и производительности труда, так иугнетать их.
Одним изосновных направлений производственной эстетики является использование цвета какфактора, формирующего эстетическое отношение к труду. Это достигаетсярациональной окраской помещения и оборудования.
Производственная эстетикаотносится не только к рабочим местам и к интерьеру помещения, но и к территориипредприятия и прилегающим к нему зонам города. Решить эти проблемыпроизводственной эстетики можно с помощью архитектурно-художественных средств итехнической эстетики (художественное конструирование и размещение оборудования,конструкция и размещение органов управления и т.п.).
6.5Вспомогательные здания и помещения
Каждоепредприятие в своём составе должно иметь 5 групп вспомогательных зданий ипомещений:
– санитарно-бытовыепомещения и устройства (гардеробные, душевые и др.);
– помещения общественногопитания (столовые, пункты приёма пищи и др.);
– помещения медицинскогообслуживания (медпункт, медсанчасть и др.);
– помещения культурногообслуживания (клуб, спортзал и др.);
– помещения управления иобщественных организаций (дирекция, отдел охраны труда, бухгалтерия, профком идр.).
В основувыбора состава и количества бытовых помещений и устройств положена санитарнаяхарактеристика производственных процессов. Все производственные процессы взависимости от характера и степени воздействия на работающих опасных и вредныхпроизводственных факторов делятся на 4 санитарные группы, каждая из которыхподразделяется на подгруппы, детализирующие степень воздействия ОВПФ.
I группа –производственные процессы в условиях нормативного микроклимата (оптимальный идопустимый) при отсутствии выделений пыли и вредных газов и паров.
II группа –производственные процессы при неблагоприятном микроклимате или припылевыделениях, а также при напряжённой физической работе.
III группа –производственные процессы с резко выраженными факторами вредного воздействиятоксических веществ и загрязнения рабочей одежды (соединения мышьяка, ртути,фосфора и др. в условиях превышения их ПДК).
IV группа –производственные процессы, требующие особого режима для обеспечения качествапродукции (производство пищевых продуктов, стерильных материалов, изделийрадиоэлектроники и др.).
Расчётплощадей санитарно-бытовых помещений и количества соответствующих устройствпроизводится для наиболее многочисленной смены, кроме гардеробных, которыерассчитываются на списочное число работающих, т.е. на весь персонал. Расчётпроизводится на основании требований нормативного документа? .
При наличиипрофессий разных санитарных групп расчёт санитарно-бытовых помещений ведётся понормам каждой группы, если же одна из групп составляет 70 % и более общегоколичества работающих, то расчёт производится по нормам для этой группы.
Независимо от санитарнойгруппы производственных процессов при количестве персонала более 250 человек внаиболее многочисленную смену предусматриваются столовые, менее 250 человек –буфеты с доставкой горячей пищи из столовых, менее 30 человек – комнаты дляприёма пищи. Комнаты для приёма пищи, приносимой из дома, должны иметь площадьне менее 12 м2.
8.Безопасность производственного оборудования
8.1Классификация производственного оборудования
Пофункциональному назначению производственное оборудование (ПО) подразделяется науниверсальное, специализированное, специальное.
Универсальное(общезаводское) – ПО, применяемое в различных производствах. К нему относятсянасосы, компрессоры, вентиляторы, газоочистное и пылеулавливающее оборудование,а также транспортные средства.
Специализированное– ПО, применяемое для проведения одного процесса различных модификаций:теплообменники, водонагревательные котлы и др.
Специальное –ПО, предназначенное для проведения только одного процесса: проходческийугледобычной комбайн, электрогенератор переменного тока, паровая турбина и др.
Вышеуказанныевиды производственного оборудования относятся к основному технологическомуоборудованию.
Вспомогательнымпроизводственным оборудованием принято считать ёмкости, резервуары, хранилища ит.п.
8.2Требования к надёжности производственного оборудования
С укрупнениеммощностей технологических агрегатов существенно повышаются требования к ихнадёжности и безопасной эксплуатации. Повышение надёжности производственногооборудования имеет особое значение, т.к. его эксплуатация в условияхтопливно-энергетического комплекса (ТЭК) сопряжена с обработкой токсичных, пожаро-и взрывоопасных веществ и осуществляется при воздействии вибрации, ударов,высокой температуры, агрессивной среды и других опасных факторов.
Поднадёжностью понимают свойство оборудования выполнять заданные функции присохранении эксплутационных показателей в течение требуемого промежутка времениили требуемой наработки.
Надёжностьобусловливается безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью.
Безотказность– свойство системы непрерывно сохранять работоспособность в течение некотороговремени или при выполнении определённого объёма работ в заданных условияхэксплуатации.
Отказ –событие, характеризующееся полной или частичной утратой работоспособностиоборудования. Отказы делятся на приработочные, внезапные (случайные) иизносовые (постепенные).
Приработочныеотказы являются результатом дефекта элементов оборудования и ошибок, допущенныхпри его сборке и монтаже, поэтому после сборки и монтажа производственногооборудования необходимо время для его проверки в работе (приработка) – десяткии сотни часов. После окончания приработки, наступает период нормальнойэксплуатации.
Внезапные(случайные) отказы происходят в период длительной эксплуатации оборудования(годы).Износовыеотказы характерны в период приближения срока окончания эксплуатационной службыоборудования. Для предотвращения износовых отказов необходимо производитьпрофилактическую замену элементов ПО до наступления их износа.Основнаязадача безопасной эксплуатации производственного оборудования – регулирование,вплоть до полной ликвидации, приработочных и износовых отказов, а такжесоздание условий для минимального проявления и быстрого устранения внезапныхотказов.
Долговечность– свойство системы сохранять работоспособность до наступления предельногосостояния, т.е. в течение всего периода эксплуатации при установленной системетехнического обслуживания и ремонтов.
Долговечностьоборудования определяется технически и экономически целесообразными сроками егоэксплуатации.
Экономическицелесообразным пределом эксплуатации оборудования следует считать тот срок,когда предстоящие расходы на капитальный ремонт приближаются к стоимости новогоПО. При этом выгоднее приобрести новое оборудование, нежели ремонтироватьстарое, да и показатели нового оборудования в результате непрерывного техническогопрогресса значительно выше.
Ремонтопригодность– свойство системы приспосабливаться к предупреждению, отысканию и устранению вней отказов и неисправностей, что достигается техническим обслуживанием иремонтом.Производственное оборудование может быть ремонтируемым(восстанавливаемым) и неремонтируемым (невосстанавливаемым).Ремонтируемымпринято называть оборудование, работоспособность которого в случае отказа можновосстановить в данных условиях эксплуатации.Неремонтируемымсчитается оборудование, работоспособность которого в случае отказа невосстанавливается вообще или в данных условиях эксплуатации.
Основныенаправления повышения надёжности производственного оборудования
Надёжностьоборудования рассчитывают и закладывают при проектировании, обеспечивают приизготовлении и поддерживают в условиях эксплуатации.
Припроектировании важное значение имеет выбор конструкционных материалов с учётомобщих и специальных условий эксплуатации: давления, температуры, агрессивностисреды и др. при этом необходимо упрощать кинематические схемы, уменьшатьдействующие в машинах динамические нагрузки, предусматривать средства защиты отперегрузок и т.п.
В процессеизготовления необходимо применять заготовки высокого качества, повышатьсопротивление деталей износу, стремиться к повышению точности изготовленияотдельных элементов и к тщательности их сборки.
Приэксплуатации надёжность оборудования поддерживается строгим соблюдениемзаданных параметров режима работы, качественным текущим и профилактическимобслуживанием.
Одним изметодов повышения надёжности оборудования является его резервирование –введение в систему добавочных (дублирующих) элементов, включаемых параллельноосновным.
Посколькурезервирование значительно удорожает оборудование и его обслуживание, этот способповышения надёжности применяется в том случае, когда нет более простых решений.
8.3Требования безопасности, предъявляемые к основному производственномуоборудованию
Несмотря на большоеразнообразие технологического оборудования по назначению, устройству иособенностям эксплуатации, к нему предъявляются общие требования безопасности,соблюдение которых обеспечивает безопасность эксплуатации ПО. Эти требованиясформулированы в ГОСТ 12.2.003-91 ССБТ «Оборудование производственное. Общиетребования безопасности».
В соответствии с ГОСТомоборудование производственное должно удовлетворять требованиям безопасности примонтаже, эксплуатации, ремонте, транспортировании и хранении, при использованииотдельно или в составе комплексов и технологических систем.
В процессе эксплуатациипроизводственное оборудование должно удовлетворять следующим требованиям:
– незагрязнять окружающую природную среду выбросами вредных веществ выше санитарныхнорм;
– должнобыть пожаро- и взрывобезопасным;
– несоздавать опасности в результате воздействия влажности, солнечной радиации,вибрации, экстремальных температур и давления, агрессивных веществ и др.негативных факторов.
Требования безопасностипредъявляются к производственному оборудованию в течение всего срока службы,при этом его безопасность должна обеспечиваться следующими мерами:
– правильнымвыбором принципов действия, конструктивных схем, материалов, способовизготовления и др.;
– применениемсредств механизации, автоматизации и дистанционного управления;
– применениемспециальных средств защиты;
– выполнениемэргономических требований;
– включениемтребований безопасности в техническую документацию на монтаж, эксплуатацию,ремонт, транспортирование и хранение.
В соответствии стребованиями ГОСТ на все основные группы оборудования производственногоразрабатываются стандарты требований безопасности, включающие в себя следующиеразделы:
1. Требованиябезопасности к основным элементам конструкции и системе управления.
Здесь отражаютсятребования безопасности, обусловленные особенностями назначения, устройства иработы данной группы производственного оборудования и его составных
частей:
– предупреждениеили снижение до нормативных величин возможного воздействия ОВПФ;
– устранениепричин, способствующих возникновению ОВПФ;
– устройствоорганов управления;
– движущиеся,токоведущие и другие опасные части, подлежащие ограждению;
– допустимыезначения шумовых и вибрационных характеристик, методы определения и средствазащиты от них;
– допустимыеуровни излучений и методы их контроля;
– допустимыетемпературы органов управления и наружных поверхностей оборудования;
– допустимыеусилия на органах управления;
– наличиезащитных блокировок, тормозных устройств и других средств защиты.
2. Требования к средствамзащиты, входящим в конструкцию производственного оборудования.
В этом разделе стандартовотражаются требования, обусловленные особенностями конструкции, размещения,контроля работы и применения средств защиты (защитные ограждения, экраны,аспирация, блокировки, сигнализация, сигнальная окраска оборудования и егочастей, предупредительные надписи и др.).
3. Требованиябезопасности, определяемые особенностями монтажных и ремонтных работ,транспортированием и хранением различных веществ.
Здесь отражаютсятребования к грузоподъёмным и транспортным устройствам, местам их размещения,массе поднимаемого или транспортируемого груза, грузозахватным средствам,устройствам фиксации перемещения грузов и другие требования, обеспечивающиебезопасность указанных работ.
8.4Требования к средствам защиты, входящим в конструкцию производственногооборудования, и сигнальным устройствам
Конструкция средствзащиты должна обеспечивать возможность контроля выполнения ими своегоназначения до начала и (или) в процессе функционирования оборудования.
Средства защиты должнывыполнять своё назначение непрерывно в процессе работы ПО или при возникновенииопасной ситуации. Действие средств защиты не должно прекращаться раньше, чемзакончится действие ОВПФ. Отказ одного из средств защиты или его элемента недолжен приводить к прекращению нормального функционирования других системзащиты.
Производственноеоборудование, в состав которого входят средства защиты, требующие их включениядо начала его работы и (или) выключения после окончания работы, должно иметьустройство, обеспечивающие такую последовательность.
Конструкция ирасположение средств защиты не должны ограничивать технологические возможностиоборудования, обеспечивая удобство его эксплуатации и техническогообслуживания.
Если конструкция средствзащиты снижает технологические возможности производственного оборудования, топриоритетным является требование обеспечения защиты обслуживающего персонала.
Форма, размеры, прочностьи жёсткость защитного ограждения, его расположение относительно ограждаемыхчастей оборудования должны исключать воздействие на персонал ограждаемых частейПО и выбросов материала, инструмента, обрабатываемых деталей и т.п. Конструкциязащитного ограждения должна также удовлетворять следующим требованиям:
исключать возможностьсамопроизвольного перемещения из положения, обеспечивающего защиту, допускаяперемещение (в случае необходимости) только с помощью специального инструмента,а также блокировки работы оборудования, если защитное ограждение переводится вположение, не обеспечивающее его защитные функции;
обеспечивать возможностьвыполнения персоналом рабочих операций, включая наблюдение за состояниемограждаемых частей, если это необходимо;
не создаватьдополнительных опасных ситуаций;
не снижатьпроизводительность труда.
Сигнальные устройства,предупреждающие об опасности должны быть выполнены и расположены так, чтобы ихсигналы были хорошо различимы и слышны в производственной обстановке всемуперсоналу, которому угрожает опасность.
Части оборудования,представляющие опасность, должны быть окрашены в сигнальные цвета и обозначенысоответствующим знаком безопасности, регламентируемым стандартами.
8.5Конструкционные материалы производственного оборудования
Специфические условияработы производственного оборудования топливно-энергетического комплекса(высокие давление и температура, агрессивная среда, эрозия твёрдымиматериалами, вибрация и др.) предъявляют высокие требования к выборуконструкционных материалов при его изготовлении.
Наряду с обычнымитребованиями высокой коррозионной стойкости в агрессивных средах (например,химический состав), одновременно предъявляются требования высокой механическойпрочности, жаростойкости и жаропрочности, устойчивости при знакопеременных илиповторных нагрузках (циклической прочности), малой склонности к старению.
При выборе материалов дляпроизводственного оборудования, работающих под давлением при высокихтемпературах, необходимо учитывать, что механические свойства материаловсущественно понижаются.
При статическомприложении нагрузки важными характеристиками для оценки прочности материалаявляются: предел текучести sТ; предел прочности sВ; модуль нормальнойупругости Е; коэффициент Пуассона m. Эти характеристикиявляются основными при расчётах на прочность деталей производственногооборудования, работающего под давлением и при высоких температурах.
При динамическихнагрузках кроме указанных выше характеристик необходимо учитывать также ивязкость, которая для многих углеродистых и легированных сталей при низкихтемпературах (
Для оборудования,подверженного ударным и пульсирующим нагрузкам при низких температурах,например, следует применять металлы и сплавы с ударной вязкостью не
При высоких температурахзначительно снижаются основные показатели прочности металлов и сплавов. Крометого, поведение металлов под нагрузкой при высоких температурах значительноотличается от такового при обычной температуре. Предел прочности sВ и предел текучести sТ зависят при этом отвремени пребывания под нагрузкой и скорости нагружения, т.к. с ростомтеипературы металлы из упругого состояния переходят в упругопластическое и поднагрузкой непрерывно деформируются (явление ползучести). Температура, прикоторой начинается ползучесть, например у обычных углеродистых сталей,составляет ~ 375 °С, для низколегированных сталей ~ 525 °С, для жаропрочных ~ 1000и > °С.
Поскольку основнымспособом получения металлических неразъёмных соединений в ПО является сварка,хорошая свариваемость металлов является одним из основных и необходимыхусловий, определяющих пригодность их для безопасной эксплуатации оборудования.
Учитывая вышеизложенное,при изготовлении оборудования, отвечающего требованиям безопасной эксплуатации,к конструкционным материалам должны предъявляться следующие требования:
– достаточнаякоррозионная стойкость материала в агрессивной среде;
– достаточнаямеханическая прочность при заданных давлении и температуре;
– наилучшаяспособность металла свариваться с обеспечением высоких механических икоррозионно-стойких свойств сварных соединений.
Для изготовленияпроизводственного оборудования ТЭК, как правило, применяются следующие стали:
– качественные,углеродистые конструкционные – обозначают их двумя цифрами, показывающимисреднее содержание углерода в сотых долях %, например, Ст20. Если такие стали можноприменять в котельных установках, работающих при высоких температурах, то кэтому обозначению добавляется буква К (Ст20К).
– легированные– обозначают комплексом букв и цифр, причём первые две цифры указываютсодержание углерода в сотых долях % масс (отсутствие цифр означает, что среднеесодержание углерода ~ 0,01), затем последовательно идут буквы, означающиеналичие в стали конкретного легирующего элемента, а за каждой буквой одной илидвумя цифрами указывается примерное содержание данного элемента в % масс(отсутствие цифр означает, что содержание элемента не > 1,5).
Для обозначениялегирующих элементов в марках стали применяются следующие буквенныеобозначения: Г – марганец; С – кремний; Х – хром; Н – никель; М – молибден;
В – вольфрам; Ф –ванадий; Т – титан; Д – медь; Ю – алюминий; Б – ниобий; Р – бор; А – азот (вконце обозначения буква А не ставится).
Наличие в концеобозначения марки стали буквы А означает высококачественную сталь, а цифры III (через дефис) – особовысококачественную сталь.
Например,высококачественная сталь марки Х18Н10ТА (нержавеющая) означает состав (% масс):углерода – 0,01; хрома – 18; никеля – 10; титана – 1,5.
8.6Снижение шума и вибрации производственного оборудования
8.6.1Снижение шума и вибрации в подшипниковых узлах
Наиболее широкоеприменение в конструкциях производственного оборудования нашли подшипникикачения. Уровни шума и вибрации, генерируемые при работе таких подшипников,зависят от многих факторов (размера, частоты вращения вала, типа тел вращения идр.). При выборе подшипников необходимо учитывать, что уровни шума и вибрациивозрастают на 1…2 дБ с увеличением номера, определяющего типоразмер подшипника.Уровень звукового давления от работы роликовых подшипников на 1…3 дБ сильнее таковогошариковых подшипников при прочих равных условиях. Уровень виброускорения вроликовых подшипниках превышает таковой у шариковых на 4…6 дБ. Если классточности изготовления подшипников увеличивается, то уровни шума и вибрацииуменьшаются.
Увеличение частотывращения вала подшипников ведёт к увеличению уровня звукового давления навеличину DL, дБ, определяемую по формуле:
DL=23.3 lg(n2/n1), (11)
где n1, n2 — соответственноначальная и конечная частоты вращения вала, с -1.
Значительное влияние нагенерацию шума и вибрации оказывает тип и качество смазки.
Шум и вибрация вподшипниковых узлах значительно снижаются при применении специальных вкладышейс высоким коэффициентом затухания колебаний (металловолокнистые, резиновые,пластмассовые). Это происходит благодаря компенсации несовершенства геометриипосадочных мест и виброизоляции корпуса оборудования от подшипника. Суммарныйэффект при этом достигается ~ 12…15 дБ.
Значительное влияние нагенерируемые уровни шума и вибрации оказывают условия монтажных работ, такразличные осевые сдвиги и перекосы установки подшипников в оборудование могутувеличить уровни звукового давления и виброскорости на 13…16 дБ.
Для снижения уровней шумаи вибрации в ПО с опорными узлами на основе подшипников качения рекомендуютсяследующие меры:
– выбиратьподшипники минимально необходимых размеров;
– применятьоднорядные шарикоподшипники;
– применятьсамоустанавливающиеся опоры;
– применятьупругие вкладыши из вибродемпфирующих материалов;
– обеспечиватьсоосность посадочных мест на валу и в корпусе подшипникового узла;
– обеспечитьминимальный радиальный зазор между подшипником и корпусом узла;
– обеспечитьпараметры шероховатости посадочных мест в соответствии с классом точностивыбранного подшипника;
– заполнятькамеры подшипниковых узлов смазочным материалом (на 50 %).
8.6.2Снижение уровней шума и вибрации в зубчатых передачах и редукторах
Шум и вибрация в такихсистемах возникают как в результате деформации сопрягаемых зубьев под действиемпередаваемой мощности, так и вследствие динамических процессов, обусловленныхдефектами, допущенными при изготовлении и монтаже зубчатых передач. На величинуизлучаемых шума и вибрации здесь влияют частота вращения валов и передаваемаямощность. Так, например, при двукратном увеличении этих параметров уровеньзвукового давления возрастает на 5…7 дБ. Снижение уровня генерируемого шума вэтом случае возможно за счёт применения: двухступенчатых передач той же мощности;косозубых передач; уменьшения диаметра шестерен и др. Эти меры могут датьснижение уровня звукового давления на 3…6 дБ.
Большое значение длягенерации шума имеет материал зубчатых колёс и его термообработка. Например,замена стали на чугун снижает уровни звукового давления на 3…5 дБ; закалка идругие виды термообработки, наоборот, ведут к увеличению уровня звуковогодавления на 4…6 дБ, т.к. при этом возрастают деформации зубчатых колёс. Навеличину генерируемого шума также влияет наличие смазочного материала(отсутствие его или наличие могут изменять величину уровня звукового давления вдиапазоне ± 10…15 дБ).
Ориентировочно уровеньзвукового давления L, дБ, генерируемый силовой зубчатой передачей можно определить поформуле:
L= L0 + 20 lg u,(12)
где L0 – поправка на уровеньзвукового давления, зависящая от качества изготовления зубчатых колёс, дБ(40…55 дБ);
u – окружная скоростьвращения зубчатых колёс, м/с.
Шум в редукторахскладывается из шума, возникшего в результате колебаний корпусов под действиемвибрации, генерируемой при работе зубчатых передач, и шума, производимоговоздухом, проникающим через неплотности в корпусе. Для снижения шума редукторовкроме выше приведенных рекомендаций целесообразно покрывать их корпусазвукопоглощающими материалами, а весь редуктор накрывать звукоизолирующимкожухом.
8.6.3Снижение шума и вибрации, вызванных неуравновешенностью масс вращающихсядеталей
Одной из причинвозникновения вибрации и шума при работе производственного оборудованияявляется неуравновешенность масс вращающихся деталей. При этом, в зависимостиот взаимного расположения осей инерции и вращения, различают статическую идинамическую неуравновешенность.
Статическаянеуравновешенность вызвана разностью масс конструктивных элементов, находящихсяна диаметрально противоположных сторонах детали, а также кривизной вала,несоосностью поверхности детали с поверхностью шеек вала. При этом суммарнаяось инерции и ось вращения параллельны.
Динамическаянеуравновешенность возникает при пересечении суммарной оси инерции с осьювращения не в центре масс детали, т.е. ось инерции и ось вращения непараллельны друг другу.
Частота вибрации,вызванной неуравновешенностью масс вращающихся деталей, равна частоте ихвращения.
Снижение уровней вибрациии сопровождающего её шума при этом достигается балансировкой вращающихсядеталей.
Причиной вибрации (исоответственно шума) может быть также нарушение соосности валов оборудования ипривода (например, электродвигателя). Снижение уровней вибрации и шума в этомслучае достигается соответствующей центровкой валов.
8.6.4Снижение шума газодинамических процессов
Основными причинамигенерирования шума в газовых потоках являются вихревые процессы(турбулентность), колебания среды под действием рабочих органов оборудования,пульсация давления, а также колебания, вызванные неоднородностью газовогопространства по его плотности. Снижение уровня звукового давлениянепосредственно в производственном оборудовани достигается увеличением зазорамежду деталями, находящимися в газовой струе, и улучшением газодинамическиххарактеристик проточной части оборудования.
Значительное снижениешума достигается установкой специальных глушителей на всасывающих и выхлопныхлиниях компрессоров, вентиляторов и др. Глушители представляют собойцилиндрическое устройство с наполнением из стеклянного или базальтового волокнасо средней объёмной плотностью ~ 20 кг/м3. Снижение уровня звуковогодавления при этом достигает 70 дБ на средних частотах (~ 2000 Гц) и 15…30 дБ нанизких и высоких частотах. Принцип действия глушителя шума основан на явлениизвукопоглощения.
8.6.5Снижение вибрации производственного оборудования путём вибропоглощения ивиброизоляции
Вибропоглощение. Принципвибропоглощения заключается в уменьшении амплитуды колебаний аппарата (машины)или отдельных его частей за счёт облицовки вибрирующих поверхностей жёсткими имягкими демпфирующими покрытиями. При этом энергия колебательного процессапереходит во внутреннюю энергию облицовки в результате трения между её отдельнымичастицами (доменами), которые имеют различную собственную частоту колебаний.
В качестве жёсткихпокрытий используются пластмассы с динамическим модулем упругости 100…1000 МПа,которые наиболее эффективны на низких и средних частотах (1… 1000 Гц).
Мягкие покрытия (резина,мягкие пластмассы, мастики и т. п. материалы) с динамическим модулем упругости ~10МПа более эффективны на высоких частотах (> 1000 Гц).
Толщина вибропоглощающегослоя в обоих случаях составляет 2…3 толщины стенки защищаемого оборудования.
Виброизоляция.Принцип виброизоляции заключается в создании упругой связи между источникомколебаний (машины и аппараты) и поддерживающей его конструкцией (опора,основание и др.) путём размещения между ними амортизаторов. В качествеамортизаторов используются стальные пружины или упругие прокладки из резины и другихподобных материалов.
Эффективностьвиброизоляции характеризуется коэффициентом передачи действующей силывиброколебаний на основание (опору), определяемым по формуле
К = [(f/foz)2 – 1]–1(13)
где: f – частота колебанийсистемы (аппарат–опорная плита–виброизолятор) под действием возмущающей силы,Гц;
foz – собственная частотаколебаний системы, Гц.
Из данноговыражения следует:
1. При f
2. При f = foz возникает явлениерезонанса, при этом амплитуда колебаний резко возрастает;
3. При /> системаоказывает инерционное сопротивление, и эффективность виброизоляторов возрастаетс увеличением частоты колебаний.
Таким образомусловием надёжной работы виброизоляторов является обеспечение соотношения
/> (14)
9.Безопасность эксплуатации систем, работающих под давлением
9.1Сосуды, работающие под давлением
Под сосудомпонимается геометрически замкнутая ёмкость, предназначенная для веденияхимических, тепловых и других технологических процессов, а также для хранения итранспортировки газообразных, жидких и других веществ. Границей сосуда являютсявходные и выходные штуцера для подключения различных коммуникаций и устройств.
В зависимостиот условий эксплуатации сосуды могут быть передвижными (для временногоиспользования в различных местах или во время их перемещения) и стационарными(постоянно установленные в одном определённом месте).
Рабочеедавление в сосуде может быть как избыточное (по отношению к атмосферному)внутреннее, так и избыточное наружное, возникающее при нормальном протеканиирабочего процесса.
Чаще всегоиспользуются сосуды следующих видов:
баллон –сосуд, имеющий одну или две горловины для установки вентилей, фланцев илиштуцеров, предназначенный для транспортировки, хранения и использования сжатых,сжиженных или растворённых под давлением газов;
бочка – сосудцилиндрической или другой формы, который можно перекатывать с одного места надругое и ставить на торцы без дополнительных опор, предназначенный длятранспортировки и хранения веществ, указанных выше;
цистерна –передвижной сосуд, постоянно установленный на раме ж/д вагона, на шассиавтомобиля (прицепа) или других средствах передвижения, предназначенный длятранспортировки и хранения веществ, указанных выше;
резервуар –стационарный сосуд, предназначенный для хранения веществ, указанных выше;
Конструкциясосуда должна обеспечить надёжность и безопасность эксплуатации в течениерасчётного срока службы и предусматривать возможность проведения техническогоосвидетельствования, очистки, промывки, полного опорожнения, продувки газом илипаром, ремонта, эксплуатационного контроля состояния металла и соединений.Сосуд должен иметь необходимое количество люков и смотровых лючков для осмотра,очистки, ремонта, монтажа и демонтажа разборных внутренних устройств.
Сосуд долженбыть изготовлен цельнокованным или сварным способом. Отверстия в стенках сосудадолжно быть вне сварных соединений.
Материалы,применяемые для изготовления сосудов должны обеспечивать их надёжную работу втечение расчётного срока службы с учётом заданных условий эксплуатации (повеличине давления, температуры, составу и др.).
В качествематериала для сосудов, работающих под давлением, используется сталь(углеродистая и легированная), цветные металлы и их сплавы. Неметаллическиематериалы могут применяться только с разрешения органов «Федеральной службы потехнологическому, экологическому и атомному надзору РФ» (Ростехнадзор, РТН) наосновании заключения специализированной организации.
Все сварныесоединения сосудов, работающих под давлением, должны быть подверженынеразрушающему контролю на наличие в них дефектов.
9.1.1Опасности, возникающие при эксплуатации сосудов, работающих под давлением
Основнаяопасность при эксплуатации сосудов заключается в возможности их разрушения привнезапном адиабатическом расширении газов и паров (физический взрыв). Прифизическом взрыве потенциальная энергия сжатой среды в течение малогопромежутка времени реализуется в кинетическую энергию осколков разрушенногососуда и ударную волну.
Особенноопасны взрывы сосудов, содержащих горючие вещества, так как при этом возникаетхимический взрыв, являющийся причиной пожара.
При взрывахсосудов развиваются большие мощности, что и является причиной сильных разрушений.Так, например, при разрыве сосуда V = 1/>со сжатым до Р = 1,2 МПа воздухомс длительностью физического взрыва 0,1 с развивается мощность, равная 28 МВт.
Наиболеечастыми причинами аварий сосудов, работающих под давлением, являются:
– несоответствиеконструкции максимально допустимым давлению и температуре;
– превышение давления сверхпредельного для данного сосуда;
– потеря механическойпрочности в результате внутренних дефектов, коррозии, местных перегревов и др.;
– несоблюдениеустановленного режима работы;
– низкая квалификацияобслуживающего персонала;
– отсутствие техническогонадзора.
Так какнаиболее часто на производствах топливно-энергетического комплекса используютсябаллоны для транспортирования, хранения и использования сжатых, сжиженных ирастворённых газов, рассмотрим подробнее опасности, возникающие при ихэксплуатации.
Взрывыбаллонов возможны при повреждении корпуса в случае падения или удара побаллону, особенно при температуре
Причинойвзрыва может быть также переполнение баллона сжиженными газами из-за резкогоповышения давления при росте температуры, что объясняется следующим образом.При повышении температуры баллона, полностью заполненного сжиженным газом,величина возросшего при этом давления рассчитывается по формуле
р = ∆t ·α/β (15)
где: ∆t – диапазон повышениятемпературы содержимого баллона, град.;
α –коэффициент объёмного теплового расширения газа, содержащегося в баллоне;
β –коэффициент объёмного теплового сжатия сжиженного газа, содержащегося вбаллоне;
Длябольшинства газов, использующихся в промышленности, величина α большеβ на порядок, что при повышении ∆t на 10 градусов даётприрост давления на 100 атм.
Взрывыбаллонов, содержащих сжатый кислород возможны при попадании масел и другихжировых веществ во внутреннюю полость вентиля или баллона за счёт применения,например, необезжиренных уплотняющих прокладок. В кислородной среде масла ижиры окисляются до пероксидов, которые разлагаются взрывным способом, крометого масла и жиры в струе кислорода способны самовоспламеняться, что такжеприводит к взрыву баллонов.
Баллоны сводородом представляют опасность при загрязнении водорода, содержащегося в них,кислородом в количестве > 1 % об., т. к. при этом образуется взрывоопаснаясмесь, воспламеняющаяся в взрывной форме при наличии соответствующего импульса.
Баллоны сацетиленом представляют опасность из-за возможности этого вещества разлагатьсясо взрывом в отсутствии кислорода при давлении > 0,2 МПа. Из-за этогообстоятельства баллоны с ацетиленом заполнены активированным углём, который пропитанацетоном, что позволяет повысить давление газа в баллоне до 1,6 МПа.
Авариибаллонов происходят также по причине отсутствия сведений о веществе,содержавшемся в них при полном расходовании его, а также отсутствияопознавательной окраски поверхности баллона и соответствующих надписей, врезультате чего внутрь баллона может быть закачан или воздух или горючеевещество, что приведёт к образованию взрывоопасной смеси и взрыву при наличиисоответственного импульса воспламенения.
Поскольку вбаллонах могут содержаться и токсические вещества, при их разгерметизациисуществует также опасность отравления персонала токсическими веществами.
9.1.2Основные меры безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением
Основныеспособы и средства безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлениемрегламентируются нормативным документом «Правила устройства и безопаснойэксплуатации сосудов, работающих под давлением» (ПБ 03-576–03), которыераспространяют своё действие на:
сосуды,работающие под давлением воды с температурой выше 115 оС или другихнетоксичных, невзрывопожароопасных жидкостей при температуре, превышающейтемпературу кипения при давлении 0,07 МПа;
сосуды,работающие под давлением пара, газа или токсичных взрывопожароопасных жидкостейсвыше 0,07 МПа;
баллоны,предназначенные для транспортировки и хранения сжатых, сжиженных и растворённыхгазов под давлением свыше 0,07 МПа;
цистерны ибочки для транспортировки и хранения сжатых и сжиженных газов; давление паровкоторых при температуре до 50 оС превышает давление 0,07 МПа;
цистерны исосуды для транспортировки и хранения сжатых, сжиженных газов, жидкостей исыпучих тел, в которых давление выше 0,07 МПа создаётся периодически для ихопорожнения;
барокамеры.
Дляуправления работой и обеспечения безопасной эксплуатации сосуда в зависимостиот назначения в соответствии с требованиями ПБ 03-576–03 должны быть оснащены:
запорной илизапорно-регулирующей арматурой;
приборами дляизмерения давления;
приборами дляизмерения температуры;
предохранительнымиустройствами;
указателямиуровня жидкости.
Запорная изапорно-регулирующая арматура должна устанавливаться на штуцерах,присоединённых непосредственно к сосуду или на трубопроводах, подводящих иотводящих из него рабочую среду. На маховике запорной арматуры должно бытьуказано направление его вращения при открывании или закрывании прохода длясодержимого сосуда с соответствующей надписью. Сосуды для горючих веществ итоксических веществ 1 или 2 класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76, испарителей согневым или газовым обогревом должны иметь обратный клапан на линии междузапорной арматурой сосуда и насосом (компрессором), автоматически закрывающимсядавлением из сосуда, например, при отказе компримирующего устройства.
На каждомсосуде или его самостоятельной полости, имеющей другое давление,устанавливаются манометры прямого действия. Манометр устанавливается на штуцересосуда или трубопроводе между сосудом и запорной арматурой. Между манометром исосудом устанавливается трехходовой кран для периодической поверки прибораконтрольным манометром. Манометры защищаются от воздействия агрессивной средысосуда буферными жидкостями в сифонной трубке (например, маслом). Поверкаманометра проводится не реже одного раза в год специализированнымиорганизациями (с последующим опломбированием), а не реже одного раза в шестьмесяцев – владельцем сосуда с записью в соответствующий журнал.
Каждый сосуд(полость комбинированного сосуда) снабжается предохранительными устройствами отповышения давления выше допустимой величины. Такими устройствами являются:
пружинныепредохранительные клапаны;
рычажно-грузовыеклапаны;
импульсныепредохранительные устройства (ИПУ), состоящие из главного предохранительногоклапана (ГПК) и управляющего импульсного клапана (ИПК) прямого действия;
предохранительныеустройства с разрушающимися мембранами (мембранные предохранительные устройства– МПУ);
другиеустройства, применение которых согласовано с Ростехнадзором.
Установкарычажно-грузовых клапанов на передвижных сосудах не допускается из-за нарушенияработы их механизма за счёт инерционных эффектов, возникающих при неравномерномдвижении.
Отбор газовиз сосудов на технологические и другие нужды производится через редуцирующиеустройства, снижающие исходное давление до необходимой величины.
Для группы сосудов,работающих при одном и том же давлении, допускается установка одногоредуцирующего устройства с манометром, предохранительным клапаном на общем,подводящем трубопроводе до первого ответвления к одному из сосудов. В этомслучае установки предохранительного устройства на самих сосудах необязательна,если в них исключена возможность повышения давления.
Количествопредохранительных клапанов, их размеры и пропускная способность должны бытьвыбраны по расчёту так, чтобы в сосуде не создавалось давление, превышающеерасчётное более, чем на 0,05 МПа для сосудов с давлением до 0,3 МПа; на 15% –для сосудов с давлением от 0,3 до 6 МПа и на 10% – для сосудов с давлением >6 МПа.
Сбрасываемыепри срабатывании предохранительных устройств токсичные, взрыво- и пожароопасныетехнологические среды направляются в закрытые системы для дальнейшейутилизации.
Мембранныепредохранительные устройства устанавливаются в следующих случаях:
– вместо рычажно-грузовых ипружинных предохранительных клапанов, когда последние в рабочих условиях немогут быть применимы вследствие их инерционности;
– перед предохранительнымиклапанами в случаях, когда они не могут работать надёжно, например, из-закоррозии, примерзания и др. причин или при возможных утечках через клапаны токсичных,горючих и др. опасных веществ;
– параллельно спредохранительными клапанами для увеличения пропускной способности системысброса избыточного давления.
В сосудах,имеющих границу раздела фаз различных сред, устанавливаются указатели ихуровня.
9.1.3Установка, регистрация, техническое освидетельствование и разрешение наэксплуатацию сосудов, работающих под давлением
Установкасосудов. Устанавливаться сосуды должны на открытых площадках, где нет скоплениялюдей или в отдельно стоящих зданиях. При невозможности обеспечения этихусловий допускается установка сосудов:
– впомещениях, примыкающих к производственному зданию при разделении ихкапитальной стеной;
– заглублениемв грунт при условии обеспечения доступа к арматуре и защиты стенок сосуда отпочвенной и электрохимической коррозии.
Недопускается установка сосудов, работающих под давлением в жилых, общественных ибытовых зданиях, а также в примыкающих к ним помещениях.
Регистрациясосудов. Сосуды, на которые распространяются Правила ПБ 03-576–03, до пуска в работурегистрируются в органах Ростехнадзора. Регистрации не подлежат следующиесосуды:
сосуды,работающие при давлении > 0,07 МПа с рабочей средой, состоящей извзрывоопасных, пожароопасных или токсических веществ первого или второго классаопасности, у которых произведение давления в МПа (кг/см) на вместимость в м3(л) не превышает 0,05 (500), а также сосуды с иной рабочей средой, у которых произведениедавления на ёмкость /> 1,0 (10000);
– резервуары воздушныхэлектрических выключателей;
– бочки для перевозкисжиженных газов, баллоны ёмкостью до 100 л включительно, установленныестационарно, а также перемещающиеся в процессе эксплуатации;
– сосуды, для хранения илитранспортировки сжиженных газов, жидкостей и сыпучих веществ, находящихся поддавлением периодически при их опорожнении;
– сосуды со сжатыми исжиженными газами, предназначенные для обеспечения топливом двигателейтранспортных средств, на которых они установлены;
– сосуды, установленные вподземных горных выработках.
Регистрациясосудов производится на основании письменного заявления владельца сосуда спредоставлением следующих документов:
паспорта,установленной формы;
удостоверенияо качестве монтажа;
схемывключения сосуда в технологическую линию, утвержденной руководителеморганизации, с указанием источника давления и величины его, температуры,рабочей среды, арматуры, контрольно-измерительных приборов (КИП), средствавтоматического управления, предохранительных и блокирующих устройств.
паспортапредохранительного клапана с расчётом его пропускной способности.
Удостоверениео качестве монтажа предоставляется организацией его производившей иподписывается руководителями обеих сторон (монтажной организацией иорганизацией владельцем) с соответствующими печатями. В удостоверении должныбыть приведены следующие данные:
наименованияобеих организаций (монтажной и владельца);
– наименование организацииизготовителя;
– заводской номер сосуда;
– сведения о материалах,примененных монтажной организацией, дополнительно указанных в паспорте сосуда;
– сведения о сварке,включающие вид сварки, тип и марку электродов, о термообработке и её режиме;
– фамилия, имя, отчествосварщиков, термистов и номера их квалификационных удостоверений;
– результаты испытанийконтрольных стыков и их неразрушающего контроля;
– заключение о соответствиивыполненных монтажных работ сосудов Правилам ПБ 03-576–03, проекту, техническимусловиям, руководству по эксплуатации и пригодности к эксплуатации приуказанных в паспорте параметрах.
ОрганРостехнадзора обязан в течение 5-ти дней рассмотреть представленнуюдокументацию. Если документация соответствует требованиям Правил ПБ 03-576–03,орган РТН в паспорте сосуда ставит штамп о регистрации, пломбирует документы ивозвращает их владельцу сосуда. Отказ о регистрации сообщается владельцу сосудав письменном виде с указанием причин отказа и ссылкой на соответствующие пунктыПравил ПБ 03-576–03.
Если сосудпереустанавливается на новое место или вносятся изменения в схему его включенияв технологическую линию, или сосуд передаётся другому владельцу, то до пуска вэксплуатацию сосуд должен быть перерегистрирован в органах Ростехнадзора.
Для снятия сучёта зарегистрированного сосуда его владелец предоставляет в орган РТНзаявление с указанием соответствующих причин и паспорт сосуда.
Длярегистрации сосудов, не имеющих технической документации изготовителя, паспортсосуда может быть составлен специализированной организацией, имеющей лицензиюРостехнадзора на проведение экспертизы промышленной безопасности техническихустройств.
Техническоеосвидетельствование. Сосуды, на которые распространяется действие Правил ПБ03-576-03, подвергаются техническому освидетельствованию (ТО) после монтажа, допуска в работу, периодически в процессе эксплуатации и в необходимых случаях –внеочередному освидетельствованию.
Объём, методыи периодичность технического освидетельствования сосудов (за исключениембаллонов) определяются изготовителем и указываются в руководстве поэксплуатации. Если таких сведений нет, то техническое освидетельствованиепроводится в соответствии с требованиями ПБ 03-576-03.
Техническоеосвидетельствование включает в себя:
наружный ивнутренний осмотры с целью проверки соответствия установки и оборудованиясосудов требованиям Правил ПБ 03-576–03 и другой нормативной документации, атакже обнаружения визуально определяемых повреждений (трещины, вздутия и т.п.);
гидравлическоеиспытание, осуществляемое с целью проверки прочности элементов сосудов иплотности соединений (проводится с установленной арматурой).
Передтехническим освидетельствованием сосуд останавливается, охлаждается(отогревается), освобождается от рабочей среды, отключается заглушками от всехкоммуникаций. Металлические сосуды очищаются до металла.
Если в сосуденаходились токсические вещества 1 или 2 класса опасности, перед внутреннимосмотром проводится их нейтрализация и дегазация. Футеровка, изоляция и другиевиды защиты сосуда от коррозии должны быть частично или полностью удалены, еслиимеются признаки их разрушения. Сосуды также отключаются от электрической сети.
В целомпериодичность технического освидетельствования определяется условиямиэксплуатации (например, передвижной или стационарный сосуд, постоянноеизбыточное давление или периодическое и др.), параметрами рабочей среды (сжатыйили сжиженный газ, агрессивность по отношению к материалу сосуда и др.),свойствами материала, из которого он изготовлен (скорость коррозии по толщинематериала в мм/г, металл или неметалл и др.)
Например,периодичность ТО для баллонов, не подлежащих регистрации в органахРостехнадзора, составляет 5 лет, если скорость коррозии материала сосуда ≤0,1 мм/г и 2 года, если скорость коррозии > 0,1 мм/г; если баллоныустановлены стационарно, в том числе и на передвижных средствах, и в ниххранятся некорродирующие газы (воздух, азот, аргон, гелий, обезвоженныйуглекислый газ и т.п.), то техническое освидетельствование проводится не реже 1раза в 10 лет.
Внеочередноетехническое освидетельствование сосудов, находящихся в эксплуатации, проводитсяв следующих случаях:
если сосуд неэксплуатировался больше 1 года;
если сосудбыл демонтирован и установлен на новом месте;
еслипроизведены ремонт или реконструкция сосуда;
передналожением защитного покрытия на стенки сосуда;
после авариисосуда или его элементов, работающих под давлением;
по требованиюинспектора Ростехнадзора или ответственного лица по надзору за осуществлениемпроизводственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасностипри эксплуатации сосудов, работающих под давлением.
Техническоеосвидетельствование сосудов, не регистрируемых в органах РТН, проводится лицом,ответственным за осуществление производственного контроля по соблюдениютребований промышленной безопасности при эксплуатации сосудов, работающих поддавлением.
Первичное,периодическое и внеочередное техническое освидетельствование сосудов,зарегистрированных в органах РТН, проводится специалистом организации, имеющейлицензию Ростехнадзора на проведение экспертизы промышленной безопасноститехнических устройств опасных производственных объектов.
На сосудах,признанных по результатам ТО годными к дальнейшей эксплуатации наносятся привыдаче разрешения на эксплуатацию следующие сведения (на специальной табличкекраской):
– регистрационный номер;
– разрешённое давление;
– число, месяц, годследующих наружного и внешнего осмотров и гидравлического испытания.
Если притехническом освидетельствовании обнаружены дефекты, снижающие прочность сосуда,то эксплуатация его может быть разрешена при пониженных параметрах (давление итемпература), при подтверждении этой возможности соответствующими расчётами.Если при техническом освидетельствовании установлено, что сосуд имеет дефекты,создающие опасные условия эксплуатации, то его эксплуатация запрещается.
ОрганамРостехнадзора в исключительных случаях предоставляется право на продление до3-х месяцев срока очередного технического освидетельствования, по обоснованномуписьменному ходатайству владельца сосуда.
Разрешение наввод сосуда в эксплуатацию. После регистрации сосуда инспектором РТН выдаётсяразрешение на ввод его в эксплуатацию на основании результатов техническогоосвидетельствования и проверки организации обслуживания и надзора, при которойконтролируется:
соответствиеустановки сосуда требованиям правил безопасности;
правильностьвключения сосуда в технологическую схему;
наличиеаттестованного рабочего персонала и специалистов;
наличиедолжностных инструкций для лиц, ответственных за осуществлениепроизводственного контроля по соблюдению требований промышленной безопасностипри эксплуатации сосудов, работающих под давлением, лиц, ответственных заисправное состояние и безопасную эксплуатацию конкретного сосуда;
наличиеинструкции по режиму работы и безопасному обслуживанию, сменных журналов другойдокументации, предусмотренной Правилами ПБ 03-576–03.
Разрешение наввод в эксплуатацию сосуда, не подлежащего регистрации в органах РТН, выдаётсялицом, назначенным приказом по организации (предприятию) для осуществленияпроизводственного контроля по соблюдению требований промышленной безопасностипри эксплуатации сосудов, работающих под давлением, на основании документацииизготовителя после технического освидетельствования и проверки организацииобслуживания.
Разрешение наввод в эксплуатацию сосуда записывается в его паспорте. Сосуд может бытьвключён в работу только после реализации рассмотренных выше требований.
9.1.4Надзор, содержание, обслуживание и ремонт сосудов
Организациянадзора. Владелец сосуда обязан обеспечить исправное состояние и безопасныеусловия его работы. Для этого на предприятии проводятся следующиеорганизационные работы:
1.назначается приказомлицо, ответственное за исправное состояние и безопасную работу сосуда из числаспециалистов, прошедших проверку знаний Правил ПБ 03-576–03, а также лиц,ответственных за осуществление производственного контроля по соблюдениютребований промышленной безопасности при эксплуатации сосудов, работающих поддавлением, число которых зависит от количества сосудов, условий их эксплуатациии др. факторов;
2.назначается необходимоеколичество обслуживающего персонала, обученного и имеющего удостоверения направо работы с сосудами, работающими под давлением;
3.обеспечивается проведениетехнического освидетельствования и диагностики сосуда в установленные сроки;
4.определяетсяпериодичность и порядок проверки знаний Правил ПБ 03-576–03 руководящимиработниками и специалистами;
5.организуетсяпериодическая проверка знаний персоналом инструкций по безопасному обслуживаниюсосудов;
6.специалистыобеспечиваются Правилами ПБ 03-576–03 и руководящими указаниями по безопаснойэксплуатации сосудов, работающих под давлением, а обслуживающий персонал –соответствующими инструкциями;
7.разрабатываются иутверждаются инструкции для ответственного за исправное состояние и безопаснуюэксплуатацию сосуда и ответственного за осуществление производственногоконтроля по соблюдению требований промышленной безопасности при эксплуатациисосудов, работающих под давлением.
Содержание иобслуживание сосудов. К обслуживанию сосудов допускаются лица обученные,аттестованные и имеющие соответствующие удостоверения. Подготовка и проверказнаний персонала, обслуживающего сосуды, проводятся в учебных заведениях, атакже на курсах, специально создаваемых на предприятии. Лицам, успешно сдавшимэкзамен, выдаются удостоверения с указанием наименования и параметров рабочейсреды сосуда, к обслуживанию которых они допускаются.
Аттестацияперсонала, обслуживающего сосуды с быстросъёмными крышками (реакторы), а такжесосудов с токсическими веществами 1…4 классов опасности, проводится комиссией сучастием инспектора Ростехнадзора, в остальных случаях его участиенеобязательно.
Периодическаяпроверка знаний персонала проводится не реже 1 раза в год.
Внеочереднаяпроверка знаний персонала проводится в следующих случаях:
– при переходе на работу вдругую организацию;
– при внесении изменений винструкцию по режиму работы и безопасному обслуживании сосуда;
– по требованию инспектораРТН.
При перерывев работе по специальности > 1 года персонал после проверки знаний переддопуском к работе проходит стажировку для восстановления практических навыков.
Результатыпроверки знаний персонала оформляются протоколом с отметкой в удостоверении.
Допускперсонала к самостоятельной работе оформляется приказом по предприятию илираспоряжением по цеху.
Предприятиемразрабатывается и утверждается инструкция по режиму работы и безопаснойэксплуатации сосудов, работающих под давлением. Инструкция выдаётся персоналупод расписку и находится на рабочем месте.
Схемывключения сосудов в технологический процесс вывешиваются на рабочих местах.
Аварийнаяостановка работы сосудов, работающих под давлением. Сосуды, работающие поддавлением, немедленно останавливаются в следующих случаях:
– давление в сосуде поднялосьвыше разрешённой величины и не снижается при принятии соответствующих мерперсоналом;
– выявлены неисправностипредохранительных устройств от повышения давления;
– обнаружены неплотности,выпучины и т.п. нарушения нормального состояния сосуда;
– неисправен рабочийманометр и невозможно определить величину давления в сосуде по другим приборам;
– снижен уровень жидкостиниже допустимой величины в сосуде с огневым обогревом;
– вышли из строя всеуказатели уровня жидкости;
– неисправны дополнительныеблокировочные устройства;
– возник пожар, угрожающийнормальному состоянию сосуда;
Кроме этогоаварийная остановка сосуда производится в случаях, указанных в инструкции поего безопасной эксплуатации, в которой также регламентируется порядокостановки.
Факт ипричины аварийной остановки сосуда фиксируется в сменном журнале.
Ремонтсосудов. Для поддержания сосуда в исправном состоянии владелец его обязансвоевременно в соответствии с утверждённым графиком проводить ремонт. Ремонт сприменением сварки проводится по технологии изготовителя, конструкторской илиремонтной организацией, разработанной до начала работ. Результаты этой работызаносятся в паспорт сосуда.
До началаремонтных работ сбрасывается (до атмосферного) давление, отсоединяютсякоммуникации с соответствующими заглушками, сосуд опорожняется.
При работевнутри сосуда для освещения его пространства применяются светильники,питающиеся переменным электрическим током с напряжением не больше 12 В, а еслирабочая среда взрывоопасная, то и во взрывобезопасном исполнении. Если в сосудерабочая среда – токсическое или взрывоопасное вещество, то после его удалениясосуд продувается инертным газом. Ремонтные работы внутри сосуда выполняется понаряду-допуску.
9.2Безопасность эксплуатации компрессорных установок
9.2.1Устройство и основные характеристики компрессорных установок
Компрессорпредставляет собой машину для повышения давления и перемещения газа.Компрессоры относятся к классу воздухо- и газодувных машин также как газодувкии вентиляторы.
В отличие отвентиляторов и газодувок в компрессоре газ в процессе сжатия охлаждается, авеличина отношения давления нагнетания к давлению всасывания превышает 3,5.
По принципусжатия компрессоры делятся на объёмные и динамические.
В объёмномкомпрессоре сжатие происходит в результате периодического уменьшения объёма,занимаемого газом. По виду рабочего органа объёмные компрессоры делятся напоршневые, мембранные и роторные.
Вдинамическом компрессоре сжатие происходит в результате непрерывного созданияускорений в потоке газа. По принципу действия динамические компрессоры делятсяна турбинные (турбокомпрессоры) и струйные.
В зависимостиот величины рабочего давления все компрессоры делятся на:
– вакуумные – начальноедавление ниже атмосферного;
– низкого давления – конечноедавление ≤ 1 МПа;
– среднего давления –конечное давление 1…10 МПа;
– высокого давления –конечное давление 10…100 МПа;
– сверхвысокого давления –конечное давление > 100 МПа.
Конечноедавление может создаваться одной ступенью или последовательно несколькимиступенями сжатия. Под ступенью компрессора понимается совокупность элементов,обеспечивающих повышение давления и перемещение газа в определённыхнаправлениях и интервале давлений. Ступень или группу ступеней компрессора,после которых газ направляется на охлаждение или потребителю, называетсясекцией компрессора.
Величинойрабочего давления, создаваемого компрессором обусловлены характеристикипрочности ступени, конструкция клапанов, конструкционные материалы.
Компрессорымогут быть стационарными и передвижными, а в зависимости от компримируемойсреды – воздушными, газовыми и холодильными.
Вкомпрессорную установку наряду с компрессором входят:
– электропривод(как правило);
– межступенчатаяи концевая теплообменная аппаратура;
– влагомаслоотделители;
– трубопроводыобвязки ступеней;
– средстваавтоматического контроля и регулирования параметров сжатия;
– средствазащиты.
Поршневыекомпрессоры. Поршневые компрессоры являются машинами объёмного действия, вкоторых изменение объёма осуществляется поршнем, совершающим прямолинейноевозвратно-поступательное движения в цилиндре.
Поршневыекомпрессоры могут быть одно-, двух- и многоцилиндровыми, а по расположению осейцилиндров в пространстве горизонтальными, вертикальными и угловыми (V-образные, W-образные,прямоугольные).
Горизонтальныепоршневые компрессоры в зависимости от расположения цилиндров по отношению коси коленчатого вала могут быть односторонними и оппозитными.
Поршневойкомпрессор состоит из следующих основных групп деталей: цилиндровой; механизмадвижений; вспомогательного оборудования.
В цилиндровуюгруппу входят узлы цилиндра, поршня и уплотнения.
Группадеталей механизма движения включает в себя картер, коренной вал, крейцкопфы ишатуны.
Группадеталей вспомогательного оборудования состоит из узла смазки, фильтров,холодильников, влагомаслоотделителей, ресиверов, системы регулирования изащиты.
Вертикальныепоршневые компрессоры занимают меньшую площадь, чем горизонтальные, афундамент, воспринимающий вертикальные нагрузки, имеет меньшую массу.
Угловыепоршневые компрессоры получили наибольшее распространение, благодаря лучшейкомпактности и меньшей массе по сравнению с предыдущими компрессорами.
Поршневыекомпрессоры наиболее часто применяются для получения сжатого воздуха.
Мембранныекомпрессоры. Мембранные компрессоры являются машинами объёмного действия, вкоторых изменение объёма достигается мембраной, совершающей колебательныедвижения. Мембрана полностью изолирует сжимаемый газ от окружающегопространства, предотвращая попадание масла и воды в компримируемую среду.Мембранные компрессоры применяются там, где требуется получение сжатого газавысокой чистоты (например, при компримировании О2, F2, CI2 и др. газов).
Недостаткамимембранных компрессоров являются: малая частота вращения вала; большие габаритыи масса; малая долговечность мембран.
Роторныекомпрессоры. Роторные компрессоры также являются машинами объёмного действия.Изменение объёма в них осуществляется ротором, совершающим вращательноедвижение.
В зависимостиот конструкций рабочей камеры роторные компрессоры подразделяются напластинчатые, жидкостно-кольцевые, винтовые, шестерёнчатые и роторно-поршневые.
Рабочаякамера в пластинчатом компрессоре, например, образуется корпусом и эксцентричнорасположенным по отношению к нему ротором, в котором имеются подвижные илигибкие пластины.
Турбокомпрессоры.В компрессорах этого типа ускорение газового потока происходит в результате еговзаимодействия с вращающейся решёткой лопаток.
Понаправлению потока в меридиональной плоскости колеса турбокомпрессоры делятсяна радиальные, осевые, диагональные и вихревые.
Если врадиальном компрессоре поток газа направлен от центра к периферии, его называютцентробежным; если от периферии к центру – центростремительным.
В радиальныхцентробежных компрессорах давление газа создаётся действием центробежных сил,возникающих во вращающемся газовом потоке. По сравнению с поршневымикомпрессорами центробежные турбокомпрессоры имеют следующие преимущества:
– газ не загрязняетсясмазочным маслом, т. к. оно подаётся только в подшипники;
– благодаря большей частотевращения вала достигается большая производительность;
– практическое отсутствиевибрации позволяет сооружать облегченный фундамент;
– из-за равномерной подачигаза отпадает необходимость в ресиверах.
К недостаткамцентробежных компрессоров можно отнести ухудшение технико-экономическихпоказателей при увеличении степени сжатия, а также меньшая по сравнению споршневыми компрессорами величина достигаемого давления газа (до 35 МПа).
Длядостижения большей производительности турбокомпрессора по сжимаемому газу (>25 м3/с) применяются осевые компрессоры, принцип действия которыхзаключается в превращении кинетической энергии движущегося газа в энергиюдавления на лопатках ротора и статора.
Осевыекомпрессоры имеют больший коэффициент полезного действия (КПД), меньшие массу игабариты по сравнению с радиальными компрессорами.
Струйныекомпрессоры. В струйных компрессорах ускорение газового потока происходит врезультате смешения потоков разных удельных энергий. Сжатие пассивного газа,подаваемого под низким давлением, происходит за счёт кинетической энергииактивного газа, подаваемого под высоким давлением. Таким образом, запас энергииактивного газа используется для сжатия пассивного газа, в результате получаетсяпоток, расход которого больше, а давление меньше, чем у активного газа.
Экономичностьструйного сжатия газов значительно ниже, нежели механического.
Присопоставлении технико-экономических показателей воздушных компрессоровразличных типов одинаковой производительности следует, что поршневыекомпрессоры более экономичны, чем машины других типов, но уступают им пометаллоёмкости, габаритам и надёжности.
Компрессорыдвух основных типов – поршневые и турбинные – не конкурируют, а дополняют другдруга. Однако применение турбокомпрессоров предпочтительнее припроизводительности 15 м3/с и выше.
9.2.2Опасности, возникающие при работе компрессорных установок
Основнымиисточниками опасностей при эксплуатации компрессорных установок являются:
– повышенное(по сравнению с атмосферным) давление газа;
– разрежение(пониженное по сравнению с атмосферным давление газа) на всасывающий линии(всасе);
– повышениетемпературы сжигаемого газа;
– возвратно-поступательноеи вращательное движение рабочих органов;
– возможностьожижения отдельных компонентов сжимаемых газовых смесей;
– наличиев объёме сжатия горючих и токсичных веществ.
Высокоедавление газа, создаваемое компрессором, способствует нарушению прочностиматериалов, из которых изготовлены детали ступеней. В результате нарушенияпрочности деталей возможно появление вздутий, трещин и т.п., что неизбежноприводит к физическому взрыву. Повышение давления газа происходит практическиадиабатически, что ведет к нагреванию сжимаемого газа и машины до высокойтемпературы (400 0С и >).
Навсасывающей линии компрессорных установок давление газа стремится быть нижеатмосферного (разрежение), что при разгерметизации трубопроводов может привестик попаданию кислорода воздуха в компримируемый горючий газ, или горючих газов вкомпримируемый воздух. Данное обстоятельство способствует образованиювзрывоопасной смеси в цилиндрах и полостях компрессоров, что при наличиивысокой температуры приведёт к химическому взрыву.
Высокаятемпература сжимаемого газа кроме вышеуказанного явления приводит к уменьшениювязкости смазочного масла, что инициирует его распыление и усилениетермического разложения. При этом выделяются водород, предельные и непредельныелёгкие углеводороды, в т.ч. ацетилен, а это способствует образованиювзрывоопасных смесей, если компримируется воздух. Смазочное масло, разлагаясьпри высокой температуре, способствует образованию так называемого нагара настенках цилиндров, клапанных устройств и нагнетательных трубопроводов,представляющего собой твёрдые продукты разложения (углерод, смолы, кокс,асфальтены и др.). Нагар ведет к увеличению трения между движущимися деталями,местным перегревам, заклиниванию поршней в цилиндрах поршневых компрессоров.
Возвратно-поступательноеи вращательное движение рабочих органов компрессорных установок из-занеуравновешенности движущихся масс являются главной причиной генерированиявибрации. При этом вибрация представляет опасность как для самой компрессорнойустановки, так и для обслуживающего персонала. Для компрессорной установкивибрация опасна за счёт того, что уменьшает прочность материала и соединенийдеталей друг с другом во всех узлах машины. Для обслуживающего персоналавибрация опасна тем, что вызывает повышенное отложение солей в суставах,сужение кровеносных сосудов и, как следствие, повышение кровяного давления идр. опасные для человека явления. Вибрация является также главной причинойгенерирования шума с высокими уровнями звука (80 дБА и >), который приводитк нарушению нормального функционирования практически всех систем организмачеловека (тугоухость, снижение остроты зрения, гипертония, неврозы и др.).
Прикомпримировании легкосжижаемых газов (NH3, CI2, SO2, CO2 и др.) возможно образование капель сжиженногогаза, которые инициируют гидравлические удары, что вызывает эрозию и разрушениепоршня и головки поршневого компрессора.
Прикомпримировании горючих газов, кроме указанных выше опасностей, приразгерметизации ступеней компрессора и нагнетательных трубопроводов возможнообразование взрывоопасных газовоздушных смесей в объёме помещения, гдеразмещается машина, что приводит к взрыву и разрушению не только компрессорнойустановки, но и помещения (здания).
Прикомпримировании токсических веществ вышеуказанные неисправности в работекомпрессорной установки могут привести к массовым отравлениям обслуживающегоперсонала и населения, т.к. концентрации этих веществ в воздухе могут превышатьсоответствующие ПДК.
При внезапнойостановке компрессорной установки, например, при отключении электроэнергии,возможно поступление указанных выше веществ из ёмкостей, аппаратов и т.п.обратно в машину, а из неё в помещение, вызывая рассмотренные выше явления.
9.2.3Основные способы и средства безопасной эксплуатации компрессорных установок
Безопаснаяэксплуатация компрессорных установок регламентируется следующими нормативнымидокументами: «Правила устройства и безопасной эксплуатации стационарныхкомпрессорных установок, воздуховодов и газопроводов» (ПБ 03-581-03); «Правилаустройства и безопасной эксплуатации компрессорных установок с поршневыми компрессорами,работающими на взрывоопасных и вредных газах» (ПБ 03-582-03).
Дляпредотвращения аварий, связанных с превышением рабочего давления, на всехступенях сжатия устанавливаются предохранительные клапаны. В тех случаях, когдапредохранительный клапан не может работать надежно (например, низкая пропускнаяспособность) перед предохранительным клапаном устанавливается разрывнаямембрана. Те и другие предохранительные устройства устанавливаются до запорнойарматуры и до обратного клапана.
Для обеспечениянадежной смазки (особенно поршневых компрессорных установок) предусматриваетсяподача масла под давлением специальными циркуляционными системами с циклическойфильтрацией его в фильтрах. Все линии подачи масла в системе смазки цилиндров исальников снабжаются обратными клапанами. На каждой ступени компримированиягаза установлены манометры для контроля давления масла. Для смазки цилиндров исальников газовых компрессорных установок применяются масла с температуройвспышки паров не менее, чем на 20 0С выше температуры нагнетаемогогаза. Как правило, температура вспышки паров компрессорных смазочных масел >200 0С, а температура самовоспламенения не менее 400 0С.
Для смазкикислородных компрессорных установок смазочные масла не применяются, а смазкатаких машин осуществляется водно-глицериновой эмульсией (глицериновое мыло, 10% раствор глицерина в воде).
Для смазкихлорных компрессорных установок применяется концентрированная серная кислота,которая в отличие от других веществ не подвергается хлорированию.
Многоступенчатыекомпрессорные установки имеют систему охлаждения сжимаемого газа после каждойступени в специальных холодильниках-сепараторах, что предотвращает повышениетемпературы и газа и машины, а также попадание в цилиндры сниженных газовыхкомпонентов.
Длясглаживания пульсаций давления сжатого газа между поршневым компрессором имагистралью устанавливаются буферные ёмкости и обратный клапан (между ёмкостьюи компрессором). При этом буферные емкости (ресиверы) устанавливаются наотрытой и ограждённой площадке и снабжены арматурой для спуска воды и масла,манометрами, предохранительными клапанами, лазами и люками.
В целяхпредотвращения образования взрывоопасных газовых смесей в цилиндрах и полостяхкомпрессорных установок давление на всасе поддерживается выше атмосферного, асистема энергоснабжения машины сблокирована с состоянием линии всаса такимобразом, что происходит отключение энергопитания электропривода при снижениидавления на всасе ниже атмосферного или при наличии кислорода в поступающем газе.
Снижениегенерируемой компрессорными установками вибрации достигается путём установки ихна массивные фундаменты, а между ними – виброизоляторов.
На случайнарушения герметичности компрессорной установки предусматривается рабочая иаварийная вентиляция, включающаяся автоматически при превышении ПДК или НКРП ввоздухе рабочей зоны.
Для контролязагазованности по ПДК и НКПРП в производственных помещениях (рабочей зонеоткрытых наружных установок) предусматриваются средства автоматическогогазового анализа с сигнализацией о приближении концентраций опасных веществ ккритическим значениям.
Дляобеспечения безаварийной работы компрессорные установки снабжаются необходимымиконтрольно-измерительными приборами (термометры, манометры, расходомеры и др.),а также звуковой и световой сигнализацией о нарушении эксплуатационныхпараметров.
Дляобслуживающего персонала в помещении компрессорной устраиваетсязвукоизолированная кабина, обеспечивающая необходимый обзор окружающегопространства. Уровень звука в кабине не должен превышать 80 дБА. Кабина должнабыть оборудована средствами связи с технологически сопряженными с машинойпомещениями. В кабине, как правило, размещаются щиты управления работойкомпрессорных установок.
Компрессорныеустановки размещаются в отдельно стоящих зданиях с подветренной стороны поотношению к другим зданиям предприятия. При этом в сторону других зданий должнабыть ориентирована глухая стена компрессорной.
В целяхпредупреждения разрушения здания компрессорной при возможном взрыве крыша выполняетсялегкосбрасываемой, а остекление–ленточным. При этом должно соблюдаться условие:суммарная площадь окон, дверей и легкосбрасываемых панелей покрытий должнасоставлять не менее 0,05 м2 на 1 м3 объёма помещениякомпрессорной.
Кобслуживанию компрессорных установок допускаются машинисты и аппаратчики,прошедшие специальную подготовку, аттестованные и имеющие соответствующиеудостоверения на право эксплуатации этих опасных машин.
10.Безопасность эксплуатации грузоподъёмных машин
10.1Общие сведения о грузоподъёмных машинах
Грузоподъёмныемашины – машины циклического действия, предназначенные для подъёма иперемещения грузов на небольшие расстояния в пределах определённой площадипромышленного предприятия.
По целевомуприменению грузоподъёмные машины (ГПМ) делятся на машины общего и специальногоназначения.
Грузоподъёмныемашины общего назначения являются универсальными и предназначены для выполнениямногообразных подъёмно-транспортных операций.
Грузоподъёмныемашины специального назначения предназначены для выполненияподъёмно-транспортных работ при осуществлении конкретных технологическихопераций и процессов.
Поконструктивному исполнению грузоподъёмные машины классифицируются на:
– подъёмные механизмы;
– подъёмники;
– грузоподъёмные краны;
– погрузчики;
– манипуляторы.
Подъёмныемеханизмы (домкраты, тали, лебёдки) – предназначены для подъёма грузовнебольшой массы (до 10 т) на небольшую высоту (домкраты и тали), а такжеперемещения грузов на небольшие расстояния (лебёдки). Силовой привод у этихмашин может быть ручным, пневматическим, гидравлическим и электрическим.Подъёмные механизмы применяются, как правило, при производствестроительно-монтажных работ.
Подъёмники –используются для подъёма груза и людей в специальных грузонесущих устройствах,движущихся по жёстким вертикальным (наклонным) направляющим или рельсовомупути. По способу передачи силового воздействия от привода к грузонесущимустройствам различают канатные, цепные, реечные, винтовые и плунжерныеподъёмники. Подъёмники имеют, как правило, электрический привод, реже –гидравлический.
По назначениюподъемники подразделяются на:
– лифты – подъёмникинепрерывного действия с вертикальным движением кабины или платформы по жёсткимнаправляющим, установленным в ограждённой со всех сторон шахте;
– фуникулеры – подъёмникидля перевозки грузов или пассажиров в вагонах, движущихся по наклонномурельсовому пути с канатной тягой;
– скиповые подъёмники –передвижные или стационарные установки для подъёма сыпучих грузов в скипах(специальных ковшах) по наклонным или вертикальным направляющим. Находятприменение в шахтах, рудниках, карьерах и др.;
– строительные подъёмники –перемещающиеся по вертикальным направляющим платформы (кабины) с грузом(людьми) для доставки их на этажи строящихся зданий или сооружений.
Грузоподъемныекраны. Грузоподъемные краны (ГК) являются наиболее распространенным средствоммеханизации погрузочно-разгрузочных работ на промышленных предприятиях. ГКклассифицируются:
– по конструктивномуисполнению (мостового типа, стрелового типа, самоходные и др.);
– по конструкции захватногоустройства (крюковые, грейферные (для сыпучих материалов), магнитные и др.);
– по виду перемещения(стационарные и передвижные);
– по конструкции ходовогоустройства (рельсовые, гусеничные, канатные, шагающие, плавучие);
– по виду приводамеханизмов (ручные, электрические, гидравлические, пневматические и др.);
– по степени поворотастрелы (полноповоротные, неполноповоротные, неповоротные);
– по способу опирания(опорные и подвесные).
Погрузчики.Используются преимущественно для погрузки, разгрузки и транспортированияштучных и насыпных грузов. Погрузчики могут быть периодического действия(штучные и насыпные грузы) и непрерывного действия (для насыпных грузов).Наиболее распространены погрузчики, смонтированные на автомобильном шасси. Приработах внутри помещений применяются электропогрузчики.
Роботы иманипуляторы. Робот – автоматическая машина, выполняющая двигательные иуправляющие функции, заменяющие аналогичные функции человека при перемещениигрузов. Грузоподъёмность роботов может достигать несколько тонн.
Манипуляторы– машины, используемые для механизации складских работ, при монтажеоборудования, для операций по установке тяжёлых деталей наметаллообрабатывающие станки и в др. случаях.
10.2Основные опасности, возникающие при эксплуатации грузоподъёмных машин
Приэксплуатации грузоподъёмных машин могут возникать следующие опасности:
обрыв груза иего падение с высоты при неудовлетворительном состоянии грузозахватныхустройств, при нарушении целостности тросов и канатов;
падениеподнятого груза и самой ГПМ (например, грузоподъёмного крана) при потереустойчивости системы (за счёт ветрового напора, несбалансированности масс,схода с рельсового пути, превышения нормативной грузоподъёмности, при перерывахв подаче электроэнергии).
Всегрузоподъёмные машины относятся к опасным производственным объектам.
10.3Обеспечение безопасной эксплуатации грузоподъёмных машин
Дляпредотвращения доступа людей в опасную зону работы ГПМ устраиваются защитныеограждения. Ограждаются также все движущиеся доступные для прикосновения людьмиорганы и системы ГПМ (тросы и др.).
Дляпредотвращения падения груза при отказе приводных устройств (например,электродвигателей) применяются тормозные механизмы (стопорные, спусковые и др).Тормозные устройства используются также для предотвращения неконтролируемогоперемещения ГПМ, например, по подкрановому рельсовому пути.
Для остановкинеконтролируемого движения и их органов в крайних точках (по высоте, длине идр.) применяются концевые выключатели, отключающие энергоисточник приприближении ГПМ к опасной точке.
Широкоприменяются ограничители грузоподъёмности, автоматически отключающие механизмподъёма груза, масса которого более предельной на 10 %.
Кромеперечисленных применяются и другие специальные устройства, обеспечивающиебезопасную эксплуатацию грузоподъёмных машин.
Наряду спредохранительными устройствами применяются также приборы безопасности,сигнализирующие персоналу о наличии или возникновении соответствующейопасности: указатели грузоподъёмности, сигнализаторы опасного электрическогонапряжения в близи ГПМ, анемометры, предупреждающие об опасной скорости ветра идр.
Всегрузоподъёмные машины подведомственны органам Ростехнадзора, также как исосуды, работающие под давлением.
Стационарноустановленные на предприятиях ГПМ подлежат регистрации, текущему надзору итехническому освидетельствованию.
Безопаснаяэксплуатация и техническое освидетельствование грузоподъёмных машинрегламентируются следующими нормативными документами:
– ПБ 10-382–00 «Правилаустройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов»;
– ПБ 10-518–02 «Правилаустройства и безопасной эксплуатации строительных подъёмников»;
– ПБ 10-6–03 «Правилаустройства и безопасной эксплуатации подъёмников»;
– ПБ 10-558–03 «Правилаустройства и безопасной эксплуатации лифтов»;
– ПОТ РМ 00–98 «Правила поохране труда при погрузочно-разгрузочных работах и размещении грузов» и др.
Всоответствии с указанными документами приводится полное или частичноетехническое освидетельствование ГПМ.
Полноетехническое освидетельствование – внешний осмотр, статическое и динамическоеиспытания ГПМ под нагрузкой.
Частичноетехническое освидетельствование – только внешний осмотр ГПМ.
Полномутехническому освидетельствованию подвергаются все ГПМ перед вводом в работу(первичное), а также периодически не реже 1 раза в 3 года.
Частичномутехническому освидетельствованию ГПМ подвергаются каждые 12 месяцев.
Отдельнотехнически освидетельствуются грузозахватные приспособления.
Требования кперсоналу, обслуживающему грузоподъёмные машины:
специальноеобучение и аттестация;
наличиеудостоверения на право эксплуатации ГПМ.
11.Безопасность эксплуатации котельных установок
11.1Общие сведения о котельных установках
Котельнаяустановка – комплекс устройств для получения водяного пара под давлением (илигорячей воды). Котельная установка (КУ) состоит из следующих основных систем:
– котлоагрегата;
– газо- и воздухопроводов;
– трубопроводов пара иводы;
– арматуры (отключающие,регулирующие, соединительные и т.п. устройства);
– тягодутьевых устройств;
– сооружений водоподготовкии др.
Мощныекотельные установки занимают помещения объёмом в сотни тысяч м3 ивырабатывают до 4 тысяч т пара в сутки.
Основнымсооружением любой котельной установки является парогенератор – аппарат дляпроизводства водяного пара.
Парогенератор,в котором пар получают за счёт тепла сжигаемого органического топлива,называется паровым котлом, а при использовании электрической энергии –электрокотлом.
Паровой котел– устройство, имеющее топку для сжигания углеводородного топлива,предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного.
Современныйпаровой котел представляет собой агрегат, конструктивно объединяющий в себекомплекс устройств для получения пара под давлением или горячей воды за счётсжигания топлива. Главной частью такого котлоагрегата является топочная камерас газоходами, в которых размещены поверхности нагрева, воспринимающие теплопродуктов сгорания топлива (пароперегреватель, водяной экономайзер,воздухоподогреватель). Элементы котлоагрегата опираются на каркас и защищены отпотерь тепла обмуровкой и теплоизоляцией.
В топочнойкамере происходит частичное сгорание топлива и частичное охлаждение продуктовсгорания, за счёт нагрева труб, покрывающих стены топочной камеры (топочныеэкраны), по которым циркулирует вода или пар. На выходе из топки газы имеюттемпературу ~ 1000 0С и на пути их движения устанавливаютсяпароперегреватели (трубчатые змеевики). После пароперегревателей температурагазов составляет 700…600 оС и далее тепло от них отбирается вводяном экономайзере и воздухоподогревателе. Температура газов, послерассмотренных устройств снижается до 170…130 оС. Дальнейшее снижениетемпературы отходящих газов путём полезного использования их тепла препятствуетконденсация паров воды и серной кислоты на рабочих поверхностях, приводящих косаждению на них золы и коррозии.
Охлаждённыегазы через систему золоулавливания и сероочистки выбрасываются из дымовой трубыв атмосферу. Твёрдые продукты сгорания топлива периодически или непрерывноудаляются из котлоагрегата и направляются в золошламонакопители.
Котлоагрегат,например, для энергоблока мощностью 300 МВт представляет собой постройкавысотой > 50 м и в плане занимает площадь ~ 1000 м2. Насооружение такого агрегата, расходуется ~ 4500 т металла, из которых ~ 33 % приходитсяна трубные системы, работающие под давлением > 2,5 МПа.
В качестветоплива в котлоагрегатах используются:
природныйгаз;
мазут;
каменныйуголь;
горючиесланцы;
торф.
11.2Основные опасности, возникающие при эксплуатации котельных установок
Котельныеустановки относятся к опасным производственным объектам т.к. при ихэксплуатации возможна реализация следующих потенциальных опасностей (основных):
неконтролируемыевзрывы газовоздушных и аэрозольных горючих систем;
– физические взрывы систем,работающих под давлением;
– разрушение трубопроводовс паром и горячей водой за счёт температурных градиентов, обусловленныхотложением солей жёсткости (накипи) из нагреваемой воды на нагретыхповерхностях;
– генерирование вибрации ишума за счёт работы дробильных, размольных и транспортных агрегатов, а такжетягодутьевых устройств;
– опасность термическихожогов при контакте работающих с нагретыми поверхностями и паром;
– загрязнение атмосферы,гидросферы и литосферы газообразными, аэрозольными, жидкими и твердымиотходами;
– загрязнение окружающейприродной среды неиспользованной теплотой отходящих газов, охлаждающей воды итвердофазных отходов.
11.3Основные способы обеспечения безопасной эксплуатации котельных установок
С цельюбезопасной эксплуатации котельных установок применяется следующая арматурабезопасности:
манометры,для контроля давления среды (воды, пара и др.);
предохранительныеустройства для сброса избыточного давления рабочей среды (разрывные мембраны,предохранительные клапаны, и др.);
парозапорныевентили для отключения КУ от паровой магистрали;
водозапорныевентили (задвижки) для впуска воды в КУ и регулирование её количества;
обратныйпитательный клапан, предотвращающий пропуск воды из КУ обратно в питательнуюмагистраль при аварии на питательном трубопроводе;
воздушныеклапаны для удаления из КУ воздуха и др. газов.
Вся арматурадолжна иметь сертификаты (паспорта), где отражаются параметры эксплуатации,схемы включения в технологическую систему и др. сведения.
Соединениятрубопроводов котельных установок выполняются фланцевыми или сварными.
Котельныеустановки оборудуются также необходимой гарнитурой безопасности:
заслонки ишиберы для регулирования тяги и дутья;
лазы вобмуровке для осмотра топочной камеры, газоходов и др. поверхностей нагрева ифутеровки;
предохранительныевзрывные клапаны для защиты обмуровки и каркаса КУ от разрушений при взрывахгорючей смеси в топке и газоходах;
затворы нашлаковых и золовых бункерах для удаления шлака и золы из топки, газоходов и др.мест.
В целяхпредупреждения взрывов автоматически контролируется температура топочных газов,пара и воды, причём системы контроля блокируются с питательными системами (потопливу и воде), которые отключаются при превышении критических величинтемператур.
Дляобеспечения безопасности процесса розжига КУ предусматриваются автоматическиесистемы контроля и регулирования подачи горючего на запальник и в топку.
Особоезначение для безопасной эксплуатации КУ являются, умягчение питательной воды сцелью предупреждения образования накипи на нагретых поверхностях. При умягчении(обессоливании) воды из неё удаляют соли жесткости ( Ca(HCO3)2; Mg(HCO3)2; CaSO4; MgSO4; MgCI2) обеспечивающиекарбонатную и некарбонатную жёсткость воды.
Умягчениепитательной воды производится при помощи ионообменных смол (катиониты ианиониты), а также реагентными методами (обработка кислотами с выпадением солейжёсткости в осадок).
Проектирование,эксплуатация, содержание и т.п. котельных установок подведомственны органамРостехнадзора (котлонадзор).
Безопаснаяэксплуатация котельных установок регламентируется рядом нормативных документов:
ПБ 10-574–03«Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов»;
ПБ 10-575–03«Правила устройства и безопасной эксплуатации электрических котлов иэлектрокотельных»;
ПБ 10-573–03«Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячейводы»;
ПБ 03-576–03«Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением»и др.
12.Безопасность эксплуатации газового хозяйства предприятия
12.1Назначение и общая характеристика газового хозяйства
Газовоехозяйство предприятия предназначено для обеспечения топливом котельныхустановок в целях отопления помещений и получения электроэнергии на тепловыхэлектростанциях.
В качестветоплива могут использоваться природные газы газовых и нефтяных месторождений исжиженные углеводородные газы (СУГ).
Газопроводысистем газоснабжения в зависимости от давления транспортируемого газаподразделяются на:
– газопроводывысокого давления 1-ой категории (0,6…1,2 МПа для природного газа; 0,6…1,6 МПадля СУГ);
– газопроводывысокого давления 2-ой категории (0,3…0,6 МПа);
– газопроводысреднего давления (0,005…0,3 МПа);
– газопроводынизкого давления (≤ 0,005 МПа).
Газопроводына территории промышленного предприятия прокладываются, как правило, надземно.Подземная прокладка газопроводов должна быть обоснована с учётом коррозионнойактивности грунта, наличия блуждающих токов и др. факторов. Ввод газопроводов вздание должен производиться непосредственно в помещение, где находятсяагрегаты, потребляющие газ, или ли в смежное с ним помещение при условиисоединения этих пространств открытым проёмом. Вводы не должны проходить черезфундаменты и под ними, через подвалы, вентиляционные камеры, трансформаторныеподстанции, складские помещения, помещения, имеющие категории А и Б попожаровзрывоопасности.
В системахгазоснабжения для снижения давления газа устраиваются газорегуляторные пункты(установки) (ГРП, ГРУ). На газопроводах перед вводом в здание игазорегуляторным пунктом (ГРП) устанавливаются отключающие устройства(задвижки, вентили и т.п.). Газорегуляторные пункты оснащаются средствамиавтоматического контроля и регулирования расхода, температуры, давления и др.параметров, обеспечения бесперебойного газоснабжения производственных объектов.
12.2Опасности, возникающие при эксплуатации газового хозяйства
Обращающиесяв системе газового хозяйства предприятия вещества являются токсичными и пожаровзрывоопасными.Природный газ представляет собой смесь различных веществ (метан, диоксидуглерода, азот, сероводород и др.), сжиженные углеводородные газы чаще всегопредставлены пропаном. В природном газе всех месторождений России превалируетметан (~ 90 % об.). Функциональное токсическое действие на организм человекаосновных компонентов природного и сжиженного углеводородного газов заключаетсяв угнетении функций центральной нервной системы.
Особаяопасность природного и сжиженного углеводородного газов заключается в ихгорючих свойствах, т.к. их смеси с воздухом легко взрываются при наличииимпульса воспламенения. Взрывы таких смесей в помещениях могут создаватьизбыточное давление воздуха значительно более 5 кПа, что приводит разрушениямоборудования, зданий, а также человеческим жертвам.
Приэксплуатации газового хозяйства возможны также и физические взрывы за счётповышенного давления транспортируемых по газопроводам веществ.
12.3Основные способы безопасной эксплуатации газового хозяйства предприятий
Посколькуописанные выше опасные вещества содержатся в трубопроводах, оборудовании,приборах и т. п. газового хозяйства, необходимо обеспечивать их герметизацию.Наиболее предпочтительным способом герметизации в этом случае являютсянеразъёмные соединения элементов трубопроводов и оборудования путём сварки. Прииспользовании разъёмных соединений предпочтение следует отдавать фланцевымсоединениям. Для защиты оборудования газового хозяйства, расположенного наоткрытом воздухе или под землёй, от коррозии применяются специальные покрытия(краски, мастики и т.п.).
На случайаварийной ситуации в газовом хозяйстве, например, разгерметизация газовогоотопительного прибора, на питательных газопроводах устанавливаютсябыстродействующие отсечные клапаны, отключающие поток топлива за время непревышающее 3 с. Отсечные клапаны устанавливаются после запорного устройства(на входе газопровода в систему) перед газораспределительным пунктом и наотводах газопровода к потребителям после ГРП.
Дляпредотвращения физических взрывов, инициируемых высоким давлением газа, в газораспределительномпункте устанавливается 2 и более предохранительных сбросных клапана (ПСК).Сбросные трубопроводы от ПСК выводятся наружу на высоту не менее 2 м от конькакрыши здания и не менее 5 м от поверхности земли.
Нагазопроводах перед каждым потребителем последовательно устанавливаются 2запорных устройства, а между ними – продувочный трубопровод (свечабезопасности).
В целяхпредупреждения проявления импульсов воспламенения всё электрооборудованиегазорегуляторных устройств, газораспределительных пунктов, средствавтоматического контроля и регулирования параметров изготавливается вовзрывобезопасном исполнении.
13.Электробезопасность
Электричествошироко применяется во всех сферах деятельности человека (промышленной,сельскохозяйственной, бытовой, медицинской и др.). Оказывая человечествунеоценимую помощь в его прогрессивном развитии, электричество в определённыхситуациях является опасным для человека фактором. Поэтому в практической жизни человекабольшое внимание уделяется вопросам электробезопасности.
Электробезопасность – система организационных,инженерно-технических, правовых и др. мероприятий, обеспечивающих защиту людейот вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги,электромагнитного поля, статического и атмосферного электричества.
13.1 Действие электрического тока на организмчеловека
Включаясь в электрическую цепь постоянного или переменного тока,человек подвергается как местному, так и общему его действию.
Местное действие электрического тока приводит к поражению чащевсего кожного покрова, а иногда мышечных тканей, сухожилий и костей. Посколькууказанные поражения происходят за короткий промежуток времени, результат такогодействия называется электротравмой.
Различают следующие виды электротравм: электрические ожоги;электрические знаки; электрометаллизация кожного покрова; электроофтальмия;механические повреждения.
Электрический ожог – самая распространённая электротравма (~ 60…65% пострадавших). Ожоги бывают двух видов: токовый (или контактный) и дуговой.
Токовый ожог обусловлен прохождением тока через тело человека врезультате контакта с токоведущей частью электрооборудования и являетсяследствием преобразования электрической энергии в тепловую. Поскольку кожныйпокров человека обладает во много раз большим сопротивлением, чем другие тканитела, то в ней выделяется большая часть теплоты. Различают четыре степениожогов: I – покраснение кожи; II – образование пузырей, наполненных лимфой; III– омертвение всей толщи кожного покрова; IV – обугливание тканей. Тяжестьпоражения человека обусловливается как степенью ожога, так и площадьюобожжённой поверхности тела. Токовые ожоги возникают при действующихнапряжениях 1…2 кВ и чаще всего являются ожогами I и II степени; иногда бываюти более тяжёлые случаи.
Дуговой ожог возникает при более высоких действующих напряжениях(> 2 кВ), когда между токоведущей частью электрооборудования и теломчеловека образуется электрическая дуга (температура дуги выше 3500 °С). Дуговыеожоги, как правило, тяжелые – III или IV степени.
Электрические знаки – чётко очерченные пятна серого илибледно-жёлтого цвета на поверхности кожного покрова человека, подвергнувшейсявоздействию тока. Электрические знаки бывают в виде царапин, ран, порезов,ушибов, кровоизлияний в кожный покров, мозолистых образований, бородавок.Иногда форма знака соответствует форме токоведущей части, к которой прикоснулсяпострадавший, а также может напоминать фигуру молнии. Поражённый участок кожизатвердевает подобно мозоли и впоследствии отмирает. В большинстве случаевэлектрические знаки безболезненны и их лечение заканчивается благополучно: стечением времени верхний слой кожи сходит и пораженное место приобретаетпервоначальный цвет, эластичность и чувствительность. Электрические знакивозникают довольно часто, примерно у каждого пятого пострадавшего от действияэлектрического тока.
Электрометаллизация кожного покрова – проникновение в его верхниеслои (на глубину в доли мм) мельчайших частичек металла, расплавившегося поддействием электрической дуги. Это может произойти при коротких замыканиях,отключении рубильников под нагрузкой и в др. случаях. В месте поражения кожныйпокров становится шероховатым и жёстким, пострадавший в месте пораженияиспытывает напряжение кожного покрова от присутствия в нём инородного тела иболь от ожога за счёт теплоты занесённого в кожу металла. С течением временипоражённый участок отторгается и приобретает нормальный вид, болезненностьисчезает (электрометаллизация кожи наблюдается у 10 % пострадавших).
Электроофтальмия – воспаление наружных оболочек глаз, возникающеев результате воздействия мощного потока ультрафиолетовых лучей, которыеэнергично поглощаются клетками организма и вызывают в них химические изменения.Такое облучение возможно при наличии электрической дуги, например, возникшейпри коротком замыкании, которая является мощным источником в т.ч.ультрафиолетового и инфракрасного электромагнитных излучений.
Механические повреждения – возникают в результате резких непроизвольныхсудорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через тело человека.В результате могут произойти разрывы кожного покрова, кровеносных сосудовнервных волокон, а также вывихи суставов и переломы костей. К этому виду травмследует также отнести ушибы, переломы, вызванные падением человека с высоты,ударами о предметы в результате непроизвольных движений или потери сознания привоздействии электрического тока. Механические повреждения являются зачастуюсерьёзными травмами, требующими длительного лечения.
Электрический ток, проходя через организм человека, оказывает ненего также общее, имеющее сложный характер. Общее действие имеет 3 основныхнаправления: тепловое, электролитическое и биологическое. Поскольку результатобщего действия электрического тока (вплоть до смертельного исхода) проявляетсяза короткий промежуток времени (доли с), его называют электрическим ударом.
Тепловое действие выражается в нагревании отдельных участков телаи всего организма до температур выше соответствующего значения«физиологического нуля», т.е. постоянной температуры, обусловленной процессамитерморегуляции человека. Нарушение процессов терморегуляции организма негативноотражается на обмене веществ, состоянии центральной нервной системы и др.жизненно важных систем и органов человека.
Электролитическое действие выражается в появлении в организмечеловека несвойственных ему химических веществ за счёт электрохимическихреакций, протекающих в водных растворах веществ, содержащихся вжелудочно-кишечном тракте, в кровеносной, лимфатической и др. системах (соли,щёлочи, кислоты и др. вещества). При этом непосредственно в тканях организмачасто образуются токсические вещества и радикалы (NaOH, Cl2, H•, O• и др.), т.е. происходитинтоксикация организма. Рассмотренные процессы возможны потому, что в организмечеловека, состоящем на 70…80 % из воды, большинство растворённых в ней веществнаходятся в диссоциированном состоянии, т.е. в виде положительно и отрицательнозаряженных ионов. Последние под действием разности потенциалов (напряжения)электрического (элактромагнитного) поля направленно перемещаются в организмечеловека, вызывая описанные выше явления.
Биологическое действие проявляется в том, что под действиемэлектрического, магнитного и электромагнитного полей, обусловленных протеканиемчерез человека электрического тока, происходит искажение характера и структурыбиополя человека, которое имеет электромагнитную природу. В результатеописанного явления управляющие функции биополя искажаются и отдельными органамии системами может «управлять» внешнее электромагнитное поле, обусловленноепротеканием электрического тока через человека за счёт внешней электрическойцепи. Биологическое действие электрического тока проявляется в виде раздраженияи возбуждения живых тканей организма, что сопровождается непроизвольнымисудорожными сокращениями мышц, в том числе мышц грудной клетки и сердечноймышцы. Результатом описанных процессов могут быть паралич мышц грудной клетки состановкой дыхания и фибрилляция (вплоть до полной остановки) сердца. Наиболеечастым явлением в производственных условиях является непроизвольное удерживаниепострадавшим руками проводника с переменным электрическим током промышленнойчастоты, если, например, величина тока протекающего через человека превышает 10мА. При этом человек самостоятельно отделиться от этого проводника не может.
В зависимости от исхода общего действия электрического тока начеловека электроудары условно делятся на IV группы (степени):
I – судорожное сокращение мышц без потери сознания;
II – судорожное сокращение мышц, потеря сознания, но сохранениедыхания и работы сердца;
III – потеря сознания и нарушение сердечной деятельности илидыхания (либо того и другого вместе);
IV – клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и кровообращения.
Причинами смерти в результате поражения электрическим током могутбыть: прекращение работы сердца, прекращения дыхания и электрический шок.
Прекращение работы сердца, как следствие воздействияэлектрического тока на мышцу сердца, наиболее опасны. Это воздействие можетбыть прямым, когда ток протекает через область сердца, или рефлекторным, когдаток проходит через центральную нервную систему. В обоих случаях может произойтиостановка сердца или наступить его фибрилляция (беспорядочное сокращение мышечныхволокон сердца – фибрилл), что приводит к прекращению кровообращения.
Прекращение дыхания может быть вызвано прямым или рефлекторнымвоздействием электрического тока на мышцы грудной клетки, участвующим впроцессе дыхания. При длительном воздействии тока наступает, так называемаяасфиксия (удушье) – болезненное состояние в результате недостатка кислорода иизбытка СО2 в организме. При асфиксии последовательно утрачиваетсясознание, чувствительность, рефлексы, затем прекращается дыхание и в конечномитоге останавливается сердце – наступает клиническая смерть.
Электрический шок – тяжёлая своеобразная нервно-рефлекторнаяреакция организма на сильное раздражение электрическим током, сопровождающаясяглубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ. Шоковоесостояние длится от нескольких десятков минут до суток. После этого можетнаступить полное выздоровление как результат своевременного медицинскоговмешательства, или гибель организма из-за полного угасания его жизненно важныхфункций.
Клиническая смерть – переходный период от жизни к смерти(летальный исход), наступающий с момента прекращения деятельности сердца илёгких.
У человека, находящегося в состоянии клинической смерти,отсутствуют все признаки жизни: он не дышит, его сердце не работает, болевыераздражения не вызывают никаких реакций, зрачки глаз расширены и не реагируютна свет. Однако в этот период жизнь в организме не прекращается, ибо ткани егоумирают не сразу и не сразу прекращаются функции различных органов. При этомпочти во всех тканях организма протекают обменные процессы, хотя и на оченьнизком уровне, но достаточные для поддержания минимальной жизнедеятельности.Это обстоятельство может быть использовано для возвращения человека к жизни,если воздействовать на более стойкие жизненные функции.
При клинической смерти первыми начинают погибать оченьчувствительные к кислородному голоданию клетки коры головного мозга, сдеятельностью которых связаны сознание и мышление. Поэтому на длительностьклинической смерти большое влияние оказывает временнóй интервал «моментпрекращения сердечной деятельности и дыхания – начало гибели клеток корыголовного мозга», который в большинстве случаев составляет 4…5 мин, а пригибели здорового человека от случайной причины (например, от воздействияэлектрического тока) – 7…8 мин. Если клиническая смерть наступила от тяжёлой ипродолжительной болезни, когда организм исчерпал значительную часть сил,клиническая смерть может длиться всего несколько секунд.
Биологическая смерть (летальный исход) – необратимое явление,характеризующееся прекращением биологических процессов в клетках и тканяхорганизма и распадом белковых структур; она наступает по истечении периодаклинической смерти.13.1.1 Факторы,определяющие опасность поражения электрическим током
Характер и последствия воздействия на человека электрического токазависят от следующих факторов:
- электрическогосопротивления тела человека;
- величиныдействующего на человека напряжения и силы тока;
- продолжительностивоздействия электрического тока;
- родаи частоты электрического тока;
- путитока через человека;
- условиявнешней среды и факторы трудового процесса.
Электрическое сопротивление тела человека. Тело человека являетсяпроводником электрического тока, неоднородным по электрическому сопротивлению.Наибольшее сопротивление электрическому току оказывает кожный покров, поэтомусопротивление тела человека определяется главным образом состоянием кожногопокрова.
Кожный покров состоит из двух основных слоёв: наружного –эпидермиса и внутреннего – дермы. Эпидермис также имеет слоистую структуру, вкоторой самый верхний слой называется роговым. Роговой слой в сухом инезагрязнённом состоянии можно рассматривать как диэлектрик – его удельноеэлектрическое сопротивление достигает 105…106 Ом·м, т.е. втысячи раз превышает сопротивление других слоев кожного покрова и внутреннихтканей организма. Сопротивление внутреннего слоя кожного покрова (дермы)незначительно; оно во много раз меньше сопротивления рогового слоя.Сопротивление тела человека при сухом, чистом и неповреждённом кожном покровеколеблется от 3 до 100 кОм и более, а сопротивление внутренних органовсоставляет всего 300…500 Ом.
В качестве расчётной величины при действии переменного токапромышленной частоты (50 Гц) применяют активное сопротивление тела человекаравное 1000 Ом. В действительных условиях сопротивление тела человека неявляется постоянной величиной. Оно зависит от ряда факторов, в том числе: отсостояния кожного покрова и окружающей среды; параметров электрической цепи.
Повреждение рогового слоя кожного покрова (порезы, царапины,ссадины и т.п.) снижают сопротивление тела до 500…700 Ом, что увеличиваетопасность поражения электрическим током. Такое же влияние оказывают: увлажнениекожного покрова (например, пόтом); загрязнение вредными веществами(например, пыль, окалина и т.п. вещества).
На сопротивление тела человека оказывает влияние площадь контактас источником тока, чем она больше, тем меньше сопротивление. До десятков и дажеединиц Ом может уменьшаться сопротивление кожного покрова в местах расположенияакупунктурных точек на теле человека.
Величина тока и напряжения. Основным фактором, обусловливающимисход поражения электрическим током, является сила тока, проходящего через телочеловека. Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исходпоражения, но лишь постольку, поскольку оно определяет величину тока,проходящего через человека.
В практике электротравматизма принято выделять следующие порогидействия электрического тока:
– пороговыйэлектрический ток – величина тока, вызывающая в организме человека едваощутимые раздражения (небольшое повышение температуры в зоне контактасисточником элекатроэнергии, неуёмное дрожание пальцев рук, повышенноепотоотделение и т.п. факторы). Эти ощущения вызывает сила тока: 0,6…1,5 мА (дляпеременного тока частотой 50 Гц); 5…7 мА (для постоянного тока);
– неотпускающийток, – величина электрического тока, вызывающая непреодолимые судорожныесокращения мышц рук, в которых зажат проводник. Величина неотпускающего токапри времени действия 1…3 с составляет 10…15 мА для переменного и 50…60 мА дляпостоянного токов. При такой силе тока человек уже не может самостоятельноразжать руки, в которых зажаты токоведущие части электрооборудования;
– фибрилляционный(смертельный) ток – величина электрического тока, вызывающая фибрилляцию сердца(разновременное и разрозненное сокращение отдельных волокон сердечной мышцы,неспособное поддерживать её самостоятельную работу). При длительности действия1…3 с по пути рука-рука, рука-ноги величина этого тока составляет ~ 100 мА дляпеременного и ~ 500 мА для постоянного тока. В то же время сила тока величиной5 А и более фибрилляцию сердечной мышцы не вызывает – происходит мгновеннаяостановка сердца и паралич мышц грудной клетки.
Сила пороговых токов считается длительно безопасной величиной длячеловека.
Безопасных напряжений среди тех величин, которые используются впрактической деятельности человека, не существует, поскольку сила тока прилюбом малом из указанных напряжений может превысить силу пороговых токов прианомально малых сопротивлениях тела человека. Например, контакт полюсовгальванического элемента (U = 1,5 В) с акупунктурными точками человека (R ~ 10 Ом) может вызватьпротекание постоянного электрического тока между ними силой 1,5 А, что даже прикратковременном действии превышает смертельную величину в 3 раза.
Продолжительность воздействия электрического тока. С повышениемвремени протекания тока через человека повышается вероятность прохождения егочерез сердце в момент наиболее уязвимой для всего кардиоцикла фазы Т (окончаниесокращения желудочков и перехода их в расслабленное состояние ~ 0,2 с). Крометого, с увеличением времени протекания электрического тока через человекаусугубляются все негативные явления как местного, так и общего действия.
Род тока и частота переменного электрического тока. Постоянный токпримерно в 4…5 раз безопаснее переменного промышленной частоты (50 Гц).Объяснить этот факт можно сложной структурой сопротивления тела человека.Сопротивление человеческого тела включает в себя активную (омическую) иёмкостную составляющие, причём последняя возникает при включении человека вэлектрическую цепь (Рис. 1).
/>
Рис. 1. Упрощённая электрическая схема замещения сопротивлениятела человека
Ra – активная (омическая) составляющая; Rс – ёмкостнаясоставляющая
Наличие ёмкостной составляющей обусловлено тем, что междуэлектродом, касающимся тела человека (корпус электрооборудования, проводаэлектросети и т.п.), и землёй (пол, площадка для обслуживания оборудования ит.п.), на которой стоит человек, расположен роговой слой кожного покрова –практически диэлектрик, что образует конденсаторную систему (электрическуюёмкость). Если через человека протекает постоянный ток, то он воздействуеттолько на активную составляющую общего сопротивления (Ra), так как электрическаяёмкость для постоянного тока является разрывом цепи. Переменный ток протекает ичерез активную и через ёмкостную составляющие общего сопротивления человека (Ra и Rс), что, при прочихравных условиях, приводит к бόльшему отрицательному воздействию наорганизм.
С повышением частоты переменного тока (относительно 50 Гц) егообщее негативное действие снижается, сравниваясь на частоте ~ 1000 Гц с действиемпостоянного тока. На частоте ~ 50 Гц и выше переменный ток общего действия начеловека практически не оказывает. Это явление можно объяснить тем, чтонаибольшая плотность зарядов (ионов, электронов) в плоскости поперечногосечения проводника при протекании переменного тока высокой частоты наблюдаетсяна периферии этого сечения; если в качестве проводника рассматривать человека,то на периферии поперечного сечения туловища и конечностей мы увидим кожныйпокров, обладающий сопротивлением, близким к таковому у диэлектриков. Местноедействие переменного тока высокой частоты при этом сохраняется.
/>Это положение справедливо лишь донапряжений 250…300 В. При более высоких напряжениях постоянный ток болееопасен, чем переменный с частотой 50 Гц.
Путь тока через тело человека играет существенную роль в исходепоражения, т.к. электрический ток может пройти через жизненно важные органы:сердце, лёгкие, головной мозг и др. Влияние пути тока на исход пораженияопределяется также величиной сопротивления кожного покрова человека наразличных участках его тела.
Количество возможных путей тока через тело человека, называемыхпетлями тока, достаточно много. Чаще всего встречаются ток протекает по петлям:рука-рука; рука-ноги; нога-нога; голова-руки; голова-ноги. Наиболее опаснымиявляются петли: голова-руки и голова-ноги, но они возникают относительно редко.
Условия внешней среды и факторы трудового процесса оказываютсущественное влияние на величину сопротивления кожного покрова и в целом телачеловека. Так, например, повышенная температура (~ 30 °С и выше) иотносительная влажность воздуха (~ 70 % и выше) способствуют повышенномупотоотделению, а, следовательно, резкому уменьшению активного сопротивлениятела человека. Интенсивная физическая работа приводит к аналогичному результату.13.2 Анализ условийпоражения человека электрическим током в трехфазных сетях переменного токаПоражениечеловека электрическим током возможно лишь при замыкании электрической цепичерез его тело, т.е. при прикосновении не менее чем к двум точкам электрическойцепи, между которыми существует разность потенциалов (напряжение).Напряжениемежду двумя точками цепи тока, к которым одновременно прикасается человек, называетсянапряжением прикосновения.Опасностьтакого прикосновения определяется силой тока, проходящего через тело человека,которая зависит от следующих факторов:
- схемызамыкания цепи тока через тело человека;
- напряженияэлектрической сети;
- схемысети, режима работы её нейтрали (заземлена или изолирована);
- сопротивленияизоляции токоведущих частей относительно земли;
- величиныёмкости токоведущих частей относительно земли.
13.2.1 Характеристика основных систем«электроустановка – трёхфазная электрическая сеть переменного тока»,использующихся в производственных условиях
Электроустановка – совокупность машин, аппаратов, линий ивспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которыхони установлены), предназначенных для производства, преобразования,трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразованияеё в другие виды энергии.
Наибольшее распространение на производстве получили системы, вкоторых в качестве источника энергопитания используются трёхфазныеэлектрические сети переменного тока (далее электросети) с изолированной изаземлённой нейтралью. В соответствии с требованиями, изложенными в «Правилахустройства электроустановок» (ПУЭ), для таких систем напряжением до 1 кВприняты следующие обозначения:
система IT – система, в которой нейтраль источника питанияизолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющиебольшое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены(рис. 2а);
система TN – система, в которой нейтраль источника питанияглухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены кглухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников(рис. 2б, в, г);
система TN-С – система TN, в которой нулевойзащитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем еепротяжении (рис. 2б);
система TN-S – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочийпроводники разделены на всем ее протяжении (рис. 2в);
система TN-C-S – система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевогорабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начинаяот источника питания (рис. 2г);
система ТТ – система, в которой нейтраль источника питания глухозаземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощизаземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземлённой нейтралиисточника (рис. 2д).
Первая буква условного обозначения системы характеризует состояниенейтрали источника питания относительно земли:
Т – заземленная нейтраль;
I – изолированная нейтраль.
Вторая буква условного обозначения системы характеризует состояниеоткрытых проводящих частей относительно земли:
– Т –открытые проводящие части заземлены, независимо от отношения к земле нейтралиисточника питания или какой-либо точки питающей сети;
– N –открытые проводящие части присоединены к глухозаземленной нейтрали источникапитания.
Последующие (только после N) буквы характеризуютсовмещение в одном проводнике или разделение функций нулевого рабочего инулевого защитного проводников:
– S– нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ) проводники разделены;
– С –функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одномпроводнике (PEN-проводник).
Условные обозначения на схемах (рис. 2):
– N — /> – нулевойрабочий (нейтральный) проводник;
– РЕ — />– защитныйпроводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитныйпроводник системы уравнивания потенциалов);
– PEN — /> – совмещенный нулевой защитный инулевой рабочий проводники.
Глухозаземлённая нейтраль источника энергопитания – нейтральтрансформатора или генератора, присоединённая непосредственно к заземляющемуустройству.
Изолированная нейтраль источника энергопитания – нейтральтрансформатора или генератора, неприсоединённая к заземляющему устройству илиприсоединённая к нему через большое сопротивление приборов сигнализации,измерения, защиты и других аналогичных им устройств.
/> />
а) б)
/> />
в) г)
/>
д)
Рис. 2. Трёхфазные электрические системы переменного тока сизолированной и заземлённой нейтралью энергоисточника напряжением до 1 кВ
а) – система IT; б) – система TN-С; в) – система TN-S; г) – система TN- С- S; д) – варианты системы TT.
1 – заземлитель нейтрали энергоисточника; 1а – сопротивлениезаземления нейтрали источника питания (если имеется, например, через приборыили устройства, имеющие большое сопротивление); 2 – открытые проводящие частиэлектроустановки; 3 – заземлитель открытых проводящих частей электроустановки
13.2.2 Основные схемы включения человека вэлектрическую цепь
Трёхфазная трёхпроводная электрическая сеть переменного тока сизолированной нейтралью (в системе IT).
Двухфазное прикосновение к токоведущим частям (рис. 3).
/>
Рис. 3. Двухфазное (двухполюсное) прикосновение к токоведущимчастям в системе IT
Uф – фазное напряжение; Ih– сила тока, протекающегочерез человека;
Rh – сопротивление человека; L1, L2, L3 – фазные проводники.
Сила тока (Ih, А), протекающего через человека, определяетсяпо формуле
/>, (16)
где Uл – линейное напряжение, В;
Uф – фазное напряжение, В;
Rh – сопротивление человека, Ом.
Например, в электросети с линейным напряжением 380 В (Uф = 220 В) присопротивлении тела человека 1000 Ом сила тока, протекающего через человека,составляет:
/>.
Эта сила тока смертельно опасна для человека.
При двухфазном прикосновении ток, проходящий через человека,практически не зависит от режима работы нейтрали. Опасность прикосновения неуменьшится и в том случае, если человек будет надёжно изолирован от земли.
Однофазное прикосновение (рис.4.) происходит во много раз чаще,чем двухфазное, но оно менее опасно, поскольку напряжение, под которымоказывается человек, не превышает фазного, т.е. меньше линейного в 1,73 раза и,кроме того, ток, протекающий через человека, возвращается к источнику(электросети) через изоляцию проводов, которая в исправном состоянии обладаетбольшим сопротивлением.
/>
Рис.4. Однофазное (однополюсное) прикосновение к токоведущимчастям в системе IT
r1,r2,r3 – сопротивление изоляциипроводов электросети; с1, с2, с3 – ёмкостьпроводов электросети
Сила тока (Ih, А), протекающего через человека, для этогослучая определяется по формуле
/> (17)
где Rп – переходное сопротивление, Ом (сопротивлениепола, на котором стоит человек и обуви); Z – сопротивление изоляциифазного провода относительно земли, Ом (активная и емкостная составляющие).
В наиболее неблагоприятной ситуации, когда человек имееттокопроводящую обувь и стоит на токопроводящем полу (Rп ~ 0), силатока, протекающего через тело, определяется по формуле
если Uф = 220 В, Rh = 1 кОм, Z = 90 кОм, то Ih= 220/(1000 + (90000 /3)) = 0,007 А (7 мА).
Трёхфазная четырёхпроводная электрическая сеть переменного тока сзаземлённойнной нейтралью (в системе TN).
Однофазное прикосновение к токоведущим частям.
/>
Рис.5. Однофазное (однополюсное) прикосновение к токоведущимчастям в системе TN
R0– сопротивление заземления нейтрали электросети
В четырёхпроводной электрической сети переменного тока сглухозаземлённой нейтралью (система TN) ток, проходящий через человека, возвращается кисточнику (электросети) не через изоляцию проводов, как в предыдущем случае, ачерез сопротивление заземления нейтрали (R0) источника тока (рис.5). Сила тока, проходящего через тело человека, определяется при этом поформуле:
/> (19)
где R0– сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.
Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединенанейтраль источника тока, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Омсоответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В. Это сопротивлениедолжно быть обеспечено с учётом использования естественных заземлителей, атакже заземлителей повторных заземлений PEN- или PE-проводника воздушныхлиний электропередач (ВЛ) напряжением до 1 кВ. Сопротивление заземлителя,расположенного в непосредственной близости от нейтрали источника тока, должнобыть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же линейных напряжениях660, 380 и 220 В.
Пример. В наиболее неблагоприятной ситуации, рассмотренной выше,при Uф = 220 В, Rh = 1000 Ом, Rп ~ 0 Ом R0 = 30 Ом сила тока,протекающего через тело человека, составит:
Ih= 220/1000 + 30 = 0,214 А (214 мА), чтосмертельно опасно для человека.
Если обувь не токопроводящая (например, резиновые галоши ссопротивлением 45 кОм) и человек стоит на не токопроводящем полу (например,деревянный пол с сопротивлением 100 кОм), т.е. Rп = 145 кОм, то силатока, протекающего через тело человека, составит:
Ih= 220/1000 + 60 + 145000 = 0,0015 А (1,5 мА), чтоопасности для человека не представляет.
Таким образом, при прочих равных условиях прикосновение человека кодному фазному проводу электросети сети с изолированной нейтралью менее опасно,чем в электросети с заземлённой нейтралью.
Рассмотренные выше схемы включения человека в электрическую цепьтрёхфазного переменного тока справедливы для нормальных (безаварийных) условийработы электрических сетей.
В аварийном режиме работы трёхфазной электрической сетипеременного тока один из фазных проводов, например, электросети с заземлённойнейтралью (в системе TN) может быть замкнут на землю (при срабатываниисистемы защитного заземления, падении фазного провода на землю и т.п.) черезсопротивление Rзм (рис. 6).
/>
Рис. 6. Однофазное (однополюсное) прикосновение к токоведущимчастям в аварийном режиме работы электросети.
Rзм – сопротивление замыкания фазного провода (L2) на землю
Сила тока, проходящего через тело человека, касающегося в этойситуации одного из исправных фазных проводов (L1, L3), определяется изуравнения
/>, (20)
где Rзм – сопротивление замыкания фазного провода на землю, Ом.
Если при этом Rзм ~ 0 или намного меньше и R0, и Rh, то имможно пренебречь, тогда сила тока, проходящего через тело человека, будетопределяться по формуле
/>, (21)
т. е. человек будет включаться в электрическую цепь двухфазно,причём вторая фаза подключается к нему через ноги и на величину Ih будет оказыватьсущественное влияние переходное сопротивление Rп.
При напряжениях до 1000 В в производственных условиях широкоераспространение получили обе рассмотренные выше схемы трехфазных электрическихсетей переменного тока: трёхпроводная с изолированной нейтралью (система IT) и четырёхпроводная сзаземлённой нейтралью (система TN).
Электрическую сеть с изолированной нейтралью целесообразноприменять в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровеньсопротивления изоляции фазных проводов и незначительную ёмкость последнихотносительно земли. Такими являются электрические сети малоразветвлённые, неподверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постояннымнадзором квалифицированного персонала. Так, например, в угольных шахтахиспользуются только электросети с изолированной нейтралью.
Электрическую сеть с заземлённой нейтралью следует применять там,где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (например, из-за высокойвлажности или агрессивной среды), когда нельзя быстро отыскать или устранитьповреждение изоляции, либо когда ёмкостные токи электросети вследствиезначительной её разветвлённости достигают больших значений, опасных длячеловека.
При напряжении выше 1000 В по технологическим причинам электрическиесети напряжением до 35 кВ включительно имеют изолированную нейтраль, свыше 35кВ – заземлённую. Поскольку такие электросети имеют большую ёмкость проводовотносительно земли, для человека одинаково опасным является прикосновение к ихфазным проводам независимо от режима работы нейтрали энергоисточника. Поэтомурежим работы нейтрали электросети напряжением выше 1000 В по условиямбезопасности не выбирается.
13.3 Явления при стекании электрического тока в землю.Напряжение шага
Стекание электрического токав землю происходит только через проводник, находящийся в непосредственномконтакте с землёй. Такой контакт может быть случайным или преднамеренным. Впоследнем случае проводник, находящийся в контакте с землей, называетсязаземлителем или электродом.
Для упрощения дальнейшихрассуждений считаем, что земля во всём своём объёме однородна, т.е. в любойточке обладает одинаковым удельным электрическим сопротивлением (ρ, Ом ·м). В этом случае ток будет растекаться во все стороны одинаково по радиусамполушария (рис. 7).
/>
Рис. 7. Схема образованиянапряжения шага
а) – общая схема; б) –растекание тока с опорной поверхности ног человека.
А, Б – опорные точки ногчеловека; З – точка замыкания на землю; Uз – напряжение замыкания;
Uш – напряжение шага; а –ширина шага; φ – электрический потенциал; x – радиальное расстояниеот точки замыкания на землю
В объёме земли, где проходит ток, возникает так называемое «полерастекания тока», имеющее полусферическую конфигурацию. Теоретически онопростирается до бесконечности. Однако в реальных условиях уже на расстоянии20-ти м от точки замыкания сечение слоя земли, по которому проходит ток,оказывается настолько большим, что плотность тока здесь практически равна нулю.На поверхности земли при этом возникает неравномерное электрическое (дляпостоянного тока) или электромагнитное (для переменного тока) круговое поле смаксимумом потенциала (φ, В) в точке замыкания на землю.
Если в этой ситуации человек будет радиально шагать к точкезамыкания на землю по её поверхности, то его ноги при каждом шаге будутоказываться под всё бóльшей разностью потенциалов(см. рис. 7а).
Напряжением шага называется напряжение между двумя точками наповерхности земли, расположенными на расстоянии 1 м одна от другой (принимаетсяравным длине шага человека), обусловленное растеканием тока замыкания на землю.
Основной путь тока при этом пролегает через ноги и тазобедреннуючасть тела, где расположены гонады – одна из важнейших составляющих половойсистемы человека. Указанное обстоятельство, кроме рассмотренных выше негативныхфакторов воздействия на человека электрического тока, нарушает нормальноесостояние репродуктивной функции организма. Действие электрического тока в этойситуации может усугубиться тем, что из-за судорожных сокращений мышц ног,возможно падение человека, после чего цепь тока замыкается на его теле черездругие жизненно важные органы (мозг, сердце, лёгкие и др.). Кроме того, ростчеловека, который больше ширины шага, обусловливает бóльшую разностьпотенциалов (напряжение, приложенное к телу).13.4Классификация помещений по опасности поражения электрическим током
Состояние окружающей среды, а также окружающая обстановка могутусиливать или ослаблять опасность поражения электрическим током. Так, сырость,токопроводящая пыль, едкие пары и газы разрушающе действуют на изоляциюэлектроустановок, резко снижая её сопротивление и создавая угрозу переходанапряжения на корпуса, станины, кожухи и другие нетоковедущие проводящие частиэлектрооборудования, к которым может прикасаться человек.
Вместе с тем, в этих же условиях, как и при высокой температуреокружающего воздуха, понижается сопротивление тела человека, что ещё большеувеличивает опасность поражение его электрическим током.
По действующим «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ) всепомещения делятся по степени опасности поражения людей электрическим током натри класса: без повышенной опасности; повышенной опасности; особо опасные.
К помещениям без повышенной опасности относятся сухие, беспыльныепомещения с нормальной температурой воздуха, с изолирующими (например, с сухимидеревянными) полами, в которых отсутствуют заземлённые предметы или их оченьмало.
Напроизводстве к таким помещениям могут относиться лишь только некоторыевспомогательные помещения (помещения культурного обслуживания, управления иобщественных организаций и др.).
К помещениям повышенной опасности относятся:
– сырые, в которыхотносительная влажность воздуха превышает 75 %;
– жаркие, в которых подвоздействием тепловых излучений температура воздуха превышает постоянно илипериодически (более 1 сут.) 35°С;
– пыльные, с токопроводящейпылью, в которых по условиям производства выделяется токопроводящаятехнологическая пыль в таком количестве, что она может оседать на провода,проникать внутрь машин, аппаратов;
– с токопроводящими полами(металлическими, земляными, железобетонными, кирпичными и др.);
– в которых возможноодновременное прикосновение человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциямзданий, технологическим аппаратам, механизмам с одной стороны и к металлическимкорпусам электрооборудования – с другой.
Помещениями повышенной опасности являются практически всевспомогательные и некоторые производственные.
К особо опасным помещениям относятся:
– особосырые с относительной влажностью воздуха близкой к 100 %;
– схимически активной или органической средой, разрушающей изоляцию и токоведущиечасти электрооборудования (агрессивные газы, пары; отложение плесени и др.);
– имеющиедва или более признаков, свойственных помещениям с повышенной опасностью.
Территория открытых электроустановок в отношении опасностипоражения людей электрическим током приравнивается к особо опасным помещениям.
Особо опасными являются: бóльшая часть производственныхпомещений; подземные выработки; рабочая зона с открытой подстилающейповерхностью.13.5Основные меры защиты от поражения человека электрическим током
Поражение производственного персонала электрическим током возможнокак при прямом прикосновении – электрический контакт людей с токоведущимичастями электрооборудования, находящимися под напряжением, так и при косвенномприкосновении – электрический контакт людей с открытыми проводящими частямиэлектрооборудования, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции.
Для предупреждения поражения электрическим током в нормальномрежиме работы Электросети должны быть применяются по отдельности или всочетании следующие меры защиты от прямого прикосновения:
основная изоляция токоведущих частей;
ограждения и оболочки;
установка барьеров;
размещение токоведущих частей вне зоны досягаемости;
применение сверхнизкого (малого) напряжения (СНН).
Для дополнительной защиты от прямого прикосновения вэлектроустановках напряжением до 1 кВ применяются также устройства защитногоотключения (УЗО).
Защита от прямого прикосновения не требуется, еслиэлектрооборудование находится в зоне системы уравнивания потенциалов (см.ниже), а наибольшее рабочее напряжение не превышает 25 В переменного или 60 Впостоянного тока в помещениях без повышенной опасности и 6 В переменного или 15В постоянного тока – во всех случаях.
Для защиты от поражения электрическим током в случае поврежденияизоляции применяются по отдельности или в сочетании следующие меры защиты прикосвенном прикосновении:
защитное заземление;
автоматическое отключение питания;
уравнивание потенциалов;
выравнивание потенциалов;
двойная или усиленная изоляция;
сверхнизкое (малое) напряжение;
защитное электрическое разделение цепей;
изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.
Защиту при косвенном прикосновении следует выполнять во всехслучаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного и 120 Впостоянного тока.
В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружныхэлектроустановках защита при косвенном прикосновении производится при болеенизких напряжениях: 25 В переменного и 60 В постоянного тока – в помещениях сповышенной опасностью; 12 В переменного и 30 В постоянного тока – в особоопасных помещениях и в наружных электроустановках.
Далее рассмотрим принципы указанных способов защиты.
Защита от прямого прикосновения.
Основная изоляция токоведущих частей:
Основная изоляция токоведущих частей должна иметь сопротивление,обеспечивающее утечки тока через неё, не превышающие безопасных величин (1 мАдля переменного тока промышленной частоты). Для изоляции используютсяматериалы, обладающие также механической прочностью, устойчивостью квоздействию агрессивных сред, повышенных температур и др. производственныхфакторов. Широкое распространение на практике получили изоляционные материалына основе каучука, пластических масс, керамики, стекловолокна и др.Лакокрасочные покрытия не являются изоляцией, защищающей от пораженияэлектрическим током. Изоляция электроустановок перед вводом их в эксплуатациюподвергается испытанию в соответствии с требованиями ПУЭ. Например, дляэлектроустановок напряжением до 1 кВ сопротивление изоляции должно быть не
Ограждения и оболочки:
Ограждения и оболочки в электроустановках напряжением до 1 кВпредставляют собой сплошные или сетчатые устройства, предотвращающиенесанкционированный доступ к открытым токоведущим частям электроустановок. Входза ограждение или вскрытие оболочки должны быть возможны только при помощиспециального ключа или инструмента либо после снятия напряжения с токоведущихчастей.
Установка барьеров:
Барьеры предназначены для защиты от случайного прикосновения ктоковедущим частям в электроустановках напряжением до 1 кВ или приближения кним на опасное расстояние в электроустановках напряжением выше 1 кВ, но неисключают преднамеренного прикосновения и приближения к токоведущим частям приобходе барьера. Для удаления барьеров не требуется применения ключа илиинструмента, однако они должны быть закреплены так, чтобы их нельзя было снятьнепреднамеренно. Барьеры должны быть изготовлены из изолирующего материала.
Размещение токоведущих частей вне зоны досягаемости:
Эта мера применяется для защиты от прямого прикосновения ктоковедущим частям в электроустановках напряжением до 1 кВ или приближения кним на опасное расстояние в электроустановках напряжением выше 1 кВ приневозможности сооружения ограждений, оболочек и барьеров. При этом расстояниемежду доступными одновременному прикосновению проводящими частями вэлектроустановках напряжением до 1 кВ должно быть не менее 2,5 м. Внутри зоныдосягаемости не должно быть частей, имеющих разные потенциалы и доступныходновременному прикосновению.
Установка барьеров и размещение токоведущих частей вне зоныдосягаемости допускаются только в помещениях, доступных квалифицированномуперсоналу.
Сверхнизкое (малое) напряжение (СНН):
СНН применяется для защиты от поражения электрическим током припрямом и/или косвенном прикосновениях в электроустановках напряжением до 1 кВ всочетании с защитным электрическим разделением цепей или в сочетании савтоматическим отключением питания (см. ниже). Суть этой меры защитызаключается в обеспечении наименьшей вероятности поражения человекаэлектрическим током за счёт применения малой величины напряжения питанияэлектроустановок.
При этом величина такого напряжения составляет: не > 25В переменногои не > 60 В постоянного тока – в помещениях с повышенной опасностью; не >12В переменного и не > 30 В постоянного тока – в особо опасных помещениях ив наружных электроустановках.
Защита от косвенного прикосновения
Защитное заземление:
Защитное заземление представляет собой преднамеренноеэлектрическое соединение с землёй нетоковедущих проводящих (электропроводных)частей электрооборудования, которые в результате нарушения изоляции могутоказаться под напряжением. Такой частью электрооборудования, как правило,является его металлический корпус.
Принцип защитного действия защитного заземления можно объяснитьследующим образом: при параллельном включении в электрическую цепь «аварийныйкорпус – заземление» сопротивлений заземляющего устройства и человека ток поним по закону Кирхгоффа для разветвлённых электрических цепей распределяетсяобратно пропорционально величинам сопротивлений, оставаясь практическинеизменным в сумме.
Подбор величины сопротивления заземляющего устройства, при которойсила тока, протекающего через человека, будет равна или меньше безопасныхзначений обеспечит его защиту от поражения. Наибольшая величина сопротивлениязаземляющего устройства, при которой обеспечивается указанное выше условие,называется допустимым сопротивлением защитного заземления.
Защитное заземление эффективно только в том случае, когда токзамыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземляющегоустройства. Поэтому защитное заземление применяется в качестве основной мерызащиты в электросетях с изолированной нейтралью, т.к. только в них при глухомзамыкании на землю любого из фазных проводов ток замыкания не зависит от сопротивлениязаземления.
Конструктивно заземляющее устройство состоит из заземлителей,размещённых в грунте (земле), заземляющего проводника и заземляющей шины(последние расположены вне грунта и служат для подключения заземлителей кэлектрооборудованию).
Варианты конструкций, схемы размещения в грунте, материалы дляизготовления конструктивных элементов, способы расчёта и др. сведения озаземляющих устройствах рассматриваются на лабораторных и практическихзанятиях.
Согласно требованиям ПУЭ сопротивление заземляющего устройства,используемого для защитного заземления открытых проводящих частей в системе IT напряжением до 1 кВ,должно соответствовать условию:
Rзу £ Uпр /Iзм, (22)
где Rзу – сопротивление заземляющего устройства, Ом;
Uпр – напряжение прикосновения, значение которого принимается равным50 В;
Iзм – полный ток замыкания на землю, А.
Как правило, не требуется принимать значение сопротивлениязаземляющего устройства менее 4 Ом. Допускается принимать сопротивлениезаземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдено приведенное выше условие, амощность источника тока не превышает 100 кВ×А.
Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие частиоборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться поднапряжением и к которым возможно прикосновение людей.
Автоматическое отключение питания:
Автоматическое отключение питания применяется для быстрогоотключения энергоисточника от аварийного электрооборудования. При этом времяотключения не должно превышать нормированные значения (табл. 1,2), т.к. впротивном случае человек, касающийся в этот момент электроустановки, получитопасную дозу электрической энергии. При выполнении автоматического отключенияпитания в электроустановках напряжением до 1 кВ открытые проводящие частиприсоединяются к глухозаземлённой нейтрали источника питания, если примененасистема TN, и заземлены, если применены системы IT или ТТ.
В электроустановках, в которых в качестве защитной меры примененоавтоматическое отключение питания, должно быть выполнено уравниваниепотенциалов (см. ниже).
Для автоматического отключения питания могут быть примененызащитно-коммутационные аппараты и устройства защитного отключения (УЗО).
Таблица 1
Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключениядля системы TN
Номинальное фазное напряжение uф, В Время отключения, с 127 0,8 220 0,4 380 0,2 Более 380 0,1
Таблица 2
Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключениядля системы IT
Номинальное линейное напряжение Uл, В Время отключения, с 220 0,8 380 0,4 660 0,2 Более 660 0,1
Уравнивание потенциалов:
Система уравнивания потенциалов предназначена для ликвидацииразности потенциалов между любыми точками открытых проводящих частейэлектроустановок, здания, инженерных коммуникаций и т.п.
Основная система уравнивания потенциалов в электроустановках до 1кВ должна соединять между собой следующие проводящие части:
нулевой защитный РЕ- или РЕN-проводник питающей линиив системе TN;
заземляющий проводник, присоединённый к заземляющему устройствуэлектроустановки, в системах IT и ТТ;
заземляющий проводник, присоединенный к заземлителю повторногозаземления на вводе в здание (если есть заземлитель);
металлические трубы коммуникаций, входящих в здание (горячего ихолодного водоснабжения, канализации, отопления, газоснабжения и т.п.);
металлические части каркаса здания;
металлические части централизованных систем вентиляции икондиционирования;
заземляющее устройство системы молниезащиты;
заземляющий проводник функционального (рабочего) заземления, еслитакое имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочегозаземления к заземляющему устройству защитного заземления;
металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.
Проводящие части, входящие в здание извне, должны быть соединеныкак можно ближе к точке их ввода в здание.
Для соединения с основной системой уравнивания потенциалов всеуказанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощипроводников системы уравнивания потенциалов.
Система дополнительного уравнивания потенциалов должна соединятьмежду собой все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие частистационарного электрооборудования и сторонние проводящие части, включаядоступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания, атакже нулевые защитные проводники в системе TN и защитные заземляющиепроводники в системах IT и ТТ, включая защитные проводники штепсельныхрозеток.
Для уравнивания потенциалов могут быть использованы специальнопредусмотренные проводники либо открытые и сторонние проводящие части, если ониудовлетворяют требованиям к защитным проводникам в отношении проводимости инепрерывности электрической цепи.
Выравнивание потенциалов:
Система выравнивания потенциалов предназначена для сниженияразности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола припомощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхностии присоединенных к заземляющему устройству, или путём применения специальных проводящихпокрытий земли.
Двойная или усиленная изоляция:
Защита при помощи двойной или усиленной изоляции может бытьобеспечена применением электрооборудования класса II (табл. 3) илизаключением электрооборудования, имеющего только основную изоляцию токоведущихчастей, в изолирующую оболочку.
Проводящие части оборудования с двойной изоляцией не должны бытьприсоединены к защитному проводнику и к системе уравнивания потенциалов.
Защитное электрическое разделение цепей:
Защитное электрическое разделение цепей предназначено дляуменьшения опасности однофазного прикосновения в разветвлённых электросетяхбольшой протяжённости, имеющих большую электрическую ёмкость и малоесопротивление изоляции проводов относительно земли.
Защитное электрическое разделение цепей источника тока иэлектроприёмника осуществляется при помощи разделительного трансформатора иприменяется, как правило, для одной питающей цепи, которая при этом имеет малуюэлектрическую ёмкость, большое сопротивление изоляции проводов относительно земли,а, следовательно, меньшую опасность при однофазном прикосновении.
Таблица 3
Классификация по способу защиты человека от пораженияэлектрическим током и условия применения электрооборудования вэлектроустановках напряжением до 1 кВ
Класс по ГОСТ 12.2.007.0
Р МЭК536 Маркировка Назначение защиты Условия применения электрооборудования в электроустановке Класс 0 - При косвенном прикосновении
1. Применение в непроводящих помещениях.
2. Питание от вторичной обмотки разделительного трансформатора только одного электроприёмника Класс I
Защитный зажим, знак /> или буквы РЕ, или желто-зелёные полосы При косвенном прикосновении Присоединение заземляющего зажима электрооборудования к защитному проводнику электроустановки Класс II
Знак /> При косвенном прикосновении Независимо от мер защиты, принятых в электроустановке Класс III
Знак /> От прямого и косвенного прикосновений Питание от безопасного разделительного трансформатора
Изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки:
Изолирующие (непроводящие) помещения, зоны и площадки применяютсяв электроустановках напряжением до 1 кВ, когда требования к автоматическомуотключению питания не могут быть выполнены, а применение других защитных мерневозможно либо нецелесообразно.
Сопротивление относительно земли изолирующего пола и стен такихпомещений, зон и площадок в любой точке должно быть не менее:
50 кОм при номинальном напряжении электроустановки до 500 Ввключительно;
100 кОм при номинальном напряжении электроустановки более 500 В;
Если сопротивление в какой-либо точке меньше указанных величин,такие помещения, зоны, площадки не должны рассматриваться в качестве мерызащиты от поражения электрическим током.
Для изолирующих (непроводящих) помещений, зон, площадокдопускается использование электрооборудования класса 0 (табл.3) при соблюденииодного из следующих условий:
открытые проводящие части удалены одна от другой и от стороннихпроводящих частей не менее чем на 2 м.
открытые проводящие части отделены от сторонних проводящих частейбарьерами из изоляционного материала;
сторонние проводящие части покрыты изоляцией, выдерживающейиспытательное напряжение не менее 2 кВ в течение 1 мин.
Пол и стены таких помещений не должны подвергаться воздействиювлаги.
Кроме рассмотренных основных способов защиты персонала отпоражения электрическим током используются: защитное зануление; блокировка;предупредительная сигнализация; электрозащитные средства (изолирующие штанги,диэлектрические коврики и др.).
13.6Защита от статического и атмосферного электричества
13.6.1Защита от статического электричества
13.6.1.1Возникновение заряда статического электричества
Впроизводственных условиях широко используются и получаются вещества, обладающиедиэлектрическими свойствами, что способствует возникновению зарядовстатического электричества (СЭ). Электрические разряды в таких системах частоявляются причиной взрывов и пожаров. Кроме того, статическое электричествоявляется причиной снижения точности показаний электрических приборов инадёжности работы средств автоматики. Определённое негативное воздействиестатическое электричество оказывает на человека, приводя, например, крефлекторным телодвижениям при кратковременном (доли секунды) протеканииэлектрического тока во время электрических разрядов. Это обстоятельство можетвызвать травмирование персонала, например, при падении с высоты или попадании вопасную зону машин и механизмов.
Посовременным представлениям статическое электричество возникает в результатесложных процессов, связанных с перераспределением электронов и ионов присоприкосновении двух поверхностей неоднородных жидких или твёрдых веществ. Приэтом на поверхности соприкосновения образуется двойной электрический слой,состоящий из расположенных определённым образом электрических зарядовпротивоположных знаков.
Двойнойэлектрический слой образуется в месте контакта поверхностей. При разделенииматериалов происходит механический разрыв зарядов двойного слоя, создаётсяразность потенциалов (U, В) и заряды начинают перемещаться в точку начала разделенияповерхностей веществ А (рис. 8). При достаточно большой величине U в зазоре разрываповерхностей возникает газовый разряд. При перемещении зарядов по разделяемымповерхностям и газовому промежутку возникает соответственно ток омическогосопротивления (Iо, А) и ток газового разряда (ионизации) (Iи, А). Если времяразделения поверхностей будет меньше времени перемещения зарядов в точку А, топоверхности после разделения будут иметь остаточные электрические заряды, что исоздаёт разность потенциалов, а вместе с нею и электростатическое поле. Такоеявление называется электризацией. Электризация твёрдых тел на производствевозможна, например, при движении ремённых передач, транспортёрных лент,запылённых газов в трубопроводах, пневмотранспорте сыпучих материалов,дроблении, перемешивании и в др. ситуациях. Электризации подвержены такжежидкости с низкой электропроводностью, например, нефтепродукты, движущиеся потрубопроводам или перемешивающиеся в ёмкостях, аппаратах.
/>
Рис. 8. Схемаэлектризации твёрдых материалов при разделении
Iо – ток, обусловленныйомической проводимостью разделяемых поверхностей; Iи – ток ионизации в зазоремежду разделяемыми поверхностями; А – точка начала разделения поверхностей
Явлениевозникновения электрических зарядов при взаимном трении двух диэлектриков,полупроводников или металлов с различными физико-химическими свойстваминазывается трибоэлектризацией (от греч. tribos – трение).
Впроизводственных условиях электризация зависит от многих факторов и, преждевсего, от физико-химических свойств перерабатываемых (перемещаемых) материалови характера технологического процесса.
Так,например, степень электризации зависит от величины удельного электрического сопротивленияматериала (ρ, Ом·м). При ρ />1·106 Ом·м электризацияпрактически не происходит. Вещества, имеющие ρ />1·108 Ом·мэлектризуются хорошо (полистирол, стекло, жидкие углеводороды, синтетическиеволокна, прорезиненные ткани и др.).
На степеньэлектризации влияет также относительная влажность воздуха и его температура,скорость движения жидкости и материала, степень дробления твёрдого материала ижидкости и др. факторы.
13.6.1.2Опасность разрядов статического электричества в производственных условиях
Разрядстатического электричества происходит тогда, когда напряжённостьэлектростатического поля над поверхностью диэлектрика или проводника достигаеткритической (пробивной) величины, которая для воздуха составляет около 30кВ/см.
Безопаснойсчитается такая степень электризации поверхности веществ, при которой максимальныезначения поверхностной плотности заряда не превосходят предельно допустимойвеличины для данной среды. За предельно допустимую величину поверхностнойплотности заряда принято такое её значение, при котором максимально возможнаяэнергия разряда (W, Дж) не превышает 0,25 минимальной энергии воспламенения(зажигания) горючих смесей различных веществ с воздухом.
Энергияразряда при этом определяется по формуле:
W = 0,5CU2 = 0,5QU (23)
где W – энергия разряда(искры), Дж;
C – электрическая ёмкостьразрядной цепи, Ф;
U – разность потенциаловмежду электродами, В;
Q – величина заряда, Кл.
Минимальнаяэнергия зажигания некоторых веществ в смеси с воздухом составляет (W, мДж): водород – 0,019;ацетилен – 0,19; метан – 0,28; монооксид углерода – 8,0; уголь (пыль) – 40;алюминий (порошок) – 50.
Разностьпотенциалов (U,В) относительно земли при электризации диэлектриков может достигать: привыпуске из баллона ацетилена, увлажнённого ацетоном – 900; при выпуске /> из баллона –8000 (по резиновому шлангу – 10000); при завихрении угольной пыли – 10000; придвижении резиновой ленты транспортёра – 45000; при движении кожаного приводногоремня – 80000.
Зарядыстатического электричества могут накапливаться и на людях. Электризация телачеловека происходит при ношении одежды из синтетических тканей, работе снаэлектризованными предметами и в др. случаях. Накопление зарядов на телечеловека возможно и тогда, когда он изолирован от земли и заземлённых предметовдиэлектрическими обувью, полами, перчатками.
Количествонакопившихся на людях зарядов статического электричества может быть достаточнымдля искрового разряда при контакте с заземлённым предметом, например, сжелезобетонной колонной здания. При этом энергия разряда (Wч, мДж) определяетсяформулой:
/> (24)
где Н – ростчеловека, см;
k – коэффициент,характеризующий материал покрытия пола.
Впроизводственных условиях Wч составляет около ~ 50 мДж, что достаточно длязажигания газовоздушных смесей, а также некоторых аэрозолей.
13.6.1.3Основные способы и средства защиты от разрядов статического электричества
Главныминаправлениями в предупреждении проявления опасных и вредных факторовстатического электричества являются предупреждение возникновения и накоплениязарядов, а также создание условий их рассеивания.
К основныминженерным мерам защиты от СЭ относятся:
заземлениеоборудования и коммуникаций, выполненных из электропроводных материалов;
уменьшениеэлектрического сопротивления перерабатываемых веществ;
снижениеинтенсивности возникновения зарядов СЭ;
нейтрализациязарядов СЭ;
отвод зарядовСЭ, накапливающихся на людях.
Заземлениеоборудования и коммуникаций:
Заземление –наиболее простая и часто применяемая на практике мера защиты от статическогоэлектричества. Каждую систему аппаратов и трубопроводов, где возможно появлениезарядов СЭ, следует заземлять не менее, чем в двух местах. Особое внимание приэтом уделяется дробилкам, смесителям, компрессорам, насосам, фильтрам,пневмосушилкам, транспортёрам, сливо-наливным устройствам и др. оборудованию, вкотором быстро возникают опасные потенциалы статического электричества.
Резиновыешланги с металлическими наконечниками, предназначенные для налива (слива),например, нефтепродуктов, заземляются медной проволокой (диаметром около 3 мм),обвитой по шлангу снаружи (шаг 100 мм) с припайкой одного её конца кметаллическому трубопроводу, а другого – к наконечнику шланга.
Предельнодопустимое сопротивление заземляющего устройства при этом составляет 100 Ом.
Неметаллическоеоборудование считается электрически заземлённым, если сопротивление любой еготочки относительно заземляющего устройства не превышает 100 МОм.
Уменьшениеэлектрического сопротивления перерабатываемых веществ:
Еслизаземлением оборудования не удаётся предотвратить накопление зарядовстатического электричеств, то принимаются меры по уменьшению поверхностных иобъёмных электрических сопротивлений обрабатываемых материалов. Это достигаетсяповышением относительной влажности, химической обработкой поверхности,применением антистатических веществ, нанесением электропроводных плёнок.Эффективный отвод зарядов СЭ обеспечивается при относительной влажности воздуха65…70 %, т.к. при этом на поверхности материала и оборудования образуетсяэлектропроводная плёнка воды.
Дляуменьшения электрического сопротивления твёрдых диэлектриков и диэлектрическихжидкостей в них вводятся антистатические присадки, увеличивающие объёмнуюпроводимость этих материалов (графит, сажа, мелкодисперсный металл).
Если оборудованиевыполнено из диэлектрического материала, то оно покрывается проводящимиэлектрический ток веществами и заземляется (например, металлизация пластмасс,окраска электропроводными эмалями и др.).
Снижениеинтенсивности возникновения зарядов СЭ:
Достигаетсяэтот результат подбором скорости движения веществ, исключением разбрызгиванияжидкостей и дробления твёрдых материалов, отводом зарядов СЭ, очисткой газов ижидкостей от взвешенных примесей и др.
Безопасныескорости транспортировки жидких и пылевидных веществ зависят от их удельногообъёмного электрического сопротивления (ρv, МОм·м). Так, например,для жидкостей с ρv
Принаполнении жидкостями ёмкостей необходимо исключать их разбрызгивание,распыление и бурное перемешивание, подавая струю под слой жидкости вдольнаиболее длинной стенки со скоростью 0,5…0,7 м/с. Во время наполнения илиопорожнения ёмкостей отбор горючих жидкостей из них производить нельзя, т.к. возможныйискровой разряд СЭ может воспламенить пробу.
Нейтрализациязарядов СЭ:
Есливышеуказанными способами цель не достигается, то для защиты от СЭ применяетсянейтрализация зарядов ионизацией воздуха в местах их возникновения инакопления. Ионизаторы воздуха в зависимости от принципа действия делятся наиндукционные, радиоизотопные и комбинированные.
Индукционныеионизаторы работают по принципу создания коронного (тихого) разряда в воздухеза счёт создания электрического поля высокой напряжённости вблизи заряженногостатическим электричеством тела. Образующиеся при этом ионы нейтрализуютнакопленные заряды. Индукционные ионизаторы просты и дёшевы и поэтому наиболеераспространены на практике.
Радиоизотопныенейтрализаторы представляют собой радиоактивные вещества – источникиионизирующих излучений (α, β, γ), причём, целесообразноиспользовать α и β лучи, обладающие наибольшей ионизирующейспособностью. На практике применяются такие радиоактивные вещества, как: 239Pu (Плутоний); 147Pm (Прометий); 3Н(Тритий). Радиоизотопные нейтрализаторы сами по себе опасны для человека из-заналичия ионизирующего излучения, поэтому находят ограниченное применение.
При сильнойэлектризации оборудования применяются комбинированные ионизаторы – сочетаниерадиоизотопных и индукционных ионизаторов.
Отвод зарядовСЭ, накапливающихся на людях:
Основнымиспособами отвода зарядов СЭ являются:
устройствоэлектропроводящих полов или заземлённых зон, помостов и рабочих площадок;
заземлениеручек дверей, поручней лестниц, рукояток приборов, машин и аппаратов;
обеспечениеперсонала токопроводящей обувью и антистатической спецодеждой. Кроме того, напредприятиях, где возможно появление СЭ, целесообразно не носить одежду изсинтетических материалов (найлона, перлона, и др.) и шёлка, а также колец ибраслетов, на которых аккумулируются заряды СЭ.
Покрытие полаи обувь считаются электропроводящими, если удельное сопротивление междуэлектродом, установленным на полу (внутри обуви) и землёй не превышает 100кОм·м (бетон, кирпич, метлахская плитка и др. материалы).
Кнепроводящим покрытиям относятся: асфальт; настил из обычной резины; линолеум.
13.6.2Защита от атмосферного электричества
13.6.2.1Возникновение зарядов статического электричества в атмосфере
Электрическиезаряды, формирующие грозовые разряды возникают в облачном воздухе атмосферы.Электричество безоблачной атмосферы (атмосферы «хорошей» погоды) является фономдля электрических процессов в облаках.
Электрическоеполе «хорошей» погоды направлено сверху вниз, т.е. земля заряжена отрицательно,а атмосфера – положительно. Это направление поля считается нормальным, авертикальный градиент электрического потенциала (далее – потенциала) –положительным. У поверхности земли градиент потенциала составляет в среднем ~130 В/м.
Электричество«хорошей» погоды обусловлено наличием в атмосфере так называемых лёгкихаэроинов, которые появляются за счёт ионизации воздуха при распадерадиоактивных веществ как в земле (почве), так и в атмосфере. Кроме того,ионизация воздуха происходит под действием космических лучей, однако втропосфере этот процесс малоинтенсивен.
За счётналичия градиента потенциала в атмосфере «хорошей» погоды в воздухе протекаюттоки диффузии, конвекции и проводимости, величина которых в совокупностисоставляет ~ 3∙10-12 А/м2.
С появлениемв атмосфере различного рода аэрозолей напряжённость электрического поля(градиент потенциала) несколько возрастает, однако существенно величинаэлектрических токов при этом не увеличивается.
С развитием втропосфере мощных конвективных потоков воздуха в летнее время появляютсякучевые облака разных типов, которые представляют собой аэрозольные системы.Скорость конвективных потоков при этом может достигать 50 м/с. Наряду сконвективными в таких облаках развиваются и мощные турбулентные потоки воздуха.Мощность кучевых облаков по высоте достигает 5…7 км, а диаметр их – 10-ти км иболее. Часть кучевого облака располагается над нулевой изотермой атмосферы, чтоспособствует образованию твёрдофазной воды (снежинки, крупа, градины). Кучевоеоблако при этом трансформируется в кучево-дождевое, в котором аэрозольныечастицы воды на высоте ниже нулевой изотермы укрупнены до диаметра ~ 1 мм засчёт слияния более мелких – диаметром ~ 50 мкм.
Вкучево-дождевом облаке за счёт мощных воздушных потоков идёт сильная трибоэлектризациячастиц, составляющих дисперсную фазу облачного аэрозоля. При этом могутсоздаваться флуктуации как положительных, так и отрицательных зарядов, имеющихв поперечнике километровые размеры. Напряжённость электрического поля междусоседними флуктуациями и землёй при разноимённых зарядах достигает 9·105В/м и более, что способствует возникновению газового электрического разряда –молнии.
Развитиеразряда, например, из облака, на землю начинается с образования стримера (отангл. stream – течь, проноситься), который с большей скоростью (до 106м/с) начинает движение в воздухе к заряду противоположного знака. Стример ещёне молния, а лишь её лидер, обеспечивающий за счёт фотоионизации воздухаизвилистый и ветвящийся токопроводный канал в атмосфере. По каналу лидераразвивается с поверхности земли главный возвратный удар молнии, который ипереносит основной электрический заряд кучево-дождевого облака.
Скоростьраспространения главного удара достигает 108 м/с, а силаэлектрического тока составляет при этом ~ 2∙105 А. Спустясотые доли секунды описанный процесс повторяется многократно. В среднем молниясостоит из трёх главных ударов (разрядов).
Послеописанных процессов начинается восстановление прежнего значения напряжённостиэлектрического поля, которое происходит ~ 7 с и ситуация повторяется.Заканчиваются грозовые разряды тогда, когда снижается мощность конвективныхпотоков воздуха за счёт охлаждения поверхности земли осадками, или когдарасходуется накопленный заряд атмосферного электричества.
13.6.2.2Опасность разрядов атмосферного электричества
При грозовомразряде в течение короткого промежутка времени (~ 100 мкс) при величинеэлектрического тока молнии ~ 2∙105 А в разрядном каналеразвивается температура до 30000 °С. За счёт этого быстро расширяется нагретыйвоздух и возникает взрывная волна (гром), способная производить локальныеразрушения объектов при прямых ударах в них молнии.
Высокаятемпература молнии является мощным импульсом воспламенения всех горючихвеществ, что приводит к взрывам и пожарам на производстве, а также в быту и вприродных условиях (например, масштабные лесные пожары).
Прямые ударымолнии (ПУМ)могут вызвать человеческие жертвы. Опасными факторами такжеявляются вторичные проявления молнии в виде электростатической и электромагнитнойиндукции.
Электростатическаяиндукция проявляется тем, что на изолированных от земли металлических предметахнаводятся опасные электрические потенциалы, в результате чего возможно искрениемежду отдельными проводящими элементами конструкций и оборудования, что можетвызвать взрывы и пожары.
В результатеэлектромагнитной индукции, обусловленной быстрым изменением силы тока молнии, вметаллических незамкнутых контурах наводится ЭДС, что приводит к опасностиискрообразования между ними в местах сближения этих контуров.
Во времяударов молнии в различные объекты, находящиеся вдали от производственных зданийи сооружений, возможно проникновение (занос) электрических потенциалов в них повнешним металлическим сооружениям и коммуникациям – эстакадам, монорельсам иканатам подвесных дорог, трубопроводам, оболочкам электрических кабелей и др.
Кромеуказанных опасностей грозовые разряды снижают безопасность полётов авиации,вызывают нарушение работы линий электропередачи и связи, генерируют интенсивныерадиопомехи и др.
13.6.2.2Защита производственных зданий и сооружений от молнии (млниезащита)
Молниезащитойназывается комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечениябезопасности людей, сохранности материалов, оборудования, сооружений и зданийот возможных загораний и разрушений, вызванных воздействием молнии.
Приразработке средств молниезащиты все защищаемые объекты подразделяются на двегруппы:
обычныеобъекты (жилые и административные здания и сооружения, высотой не > 60 м,предназначенные для промышленного и сельскохозяйственного производства, иторговли);
специальныеобъекты, представляющие опасность для непосредственного окружения, а также длясоциальной и физической окружающей среды, в которых при ударе молнии могутпроизойти вредные биологические, химические и радиоактивные выбросы. Кспециальным объектам относятся также строения высотой > 60 м, игровыеплощадки, строящиеся объекты.
По уровнюзащиты от ПУМ обычные объекты подразделяются на четыре класса:
I – надёжность защиты0,98;
II – надёжность защиты0,95;
III – надёжность защиты0,90;
IV – надёжность защиты0,80;
Надёжностьмолниезащиты определяется по формуле:
N = 1 – Р, (25)
где Р –предельно допустимая вероятность удара молнии в объект, защищаемыймолниеотводами – устанавливается в зависимости от значимости объекта и тяжестивозможных последствий.
Дляспециальных объектов надёжность защиты от ПУМ устанавливается в пределах от 0,9до 0,999 в зависимости от значимости объекта и тяжести возможных последствийпри прямых ударах молнии.
Защита отпрямых ударов молнии:
Комплекссредств от прямых ударов молнии включает в себя устройства защиты от ПУМ(внешняя молниезащита) и устройства защиты от вторичных воздействий молнии(внутренняя молниезащита).
Внешняямолниезащитная система (МЗС) может быть изолированный от защищаемого сооружения(отдельно стоящие стержневые или тросовые молниеотводы, а также соседниесооружения, выполняющие функции естественных молниеотводов), а такжеустановленной непосредственно на нём и даже быть его частью.
ВнутренняяМЗС предназначена для ограничения электромагнитных воздействий тока молнии ипредотвращения искрения внутри объекта. Токи молнии, попадающие вмолниеприёмники, отводятся в заземлитель через систему токопроводов (спусков) ирастекаются в земле.
Внешняя МЗСсостоит из молниеприёмников, токоотводов и заземлителей. В качествеискусственных молниеприёмников могут использоваться стержни, натянутые провода(тросы), металлические сетки. В качестве естественных молниеприёмников могутбыть использованы следующие конструктивные элементы зданий и сооружений:металлическая кровля; металлические конструкции крыши (ферма и др.);металлические элементы украшений; водосточные трубы и т.п. при условии, чтотолщина их стенки не
Токоотводыдля снижения вероятности опасного искрения располагаются так, чтобы междуточкой поражения и землёй ток растекается по нескольким путям, которые должныиметь минимальную длину. Следующие конструктивные элементы зданий могутсчитаться естественными токоотводами: металлические конструкции; металлическийкаркас здания; соединённая между собой стальная арматурная сетка и др. элементыпри условии, что соединения между разными элементами их надёжны и долговечны.
Заземлителиво всех случаях, за исключением отдельно стоящего молниеотвода, совмещаются сзаземлителями электроустановок и средств связи. В качестве заземлителейиспользуются вертикальные электроды, электроды, уложенные на дне котлована,заземлённые металлические сетки. При использовании в качестве естественныхзаземлителей арматуры конструкций из напряжённого железобетона необходимопомнить, что ток может ослабить её (за счёт нагрева) и вызвать тем самымразрушение конструкции. Сопротивление заземлителя при этом должно быть не более100 Ом.
Защита отвторичных воздействий молнии электрических и электронных систем: При разработкеспособов защиты в этом случае определяются защитные зоны вокруг защищаемогообъекта (рис. 9).
/>
Рис. 9. Зонызащиты от вторичных воздействий молнии.
Зоныхарактеризуются существенным изменением электромагнитных параметров на ихграницах. В общем случае, чем выше номер зоны, тем меньше значение параметровэлектромагнитных полей, токов и напряжений в её пространстве.
Зона 0 –пространство, где каждый объект подвержен прямому удару молнии с протеканиемполного тока молнии. Здесь электромагнитное поле имеет максимальное значение.
Зона 1 –пространство, где объекты не подвержены ПУМ, и ток во всех проводящих элементахвнутри здания меньше, чем в зоне 0; в этой зоне электромагнитное поле можетбыть ослаблено экранированием.
Другие зоныустанавливаются, если требуется дальнейшее уменьшение тока, напряжения иэлектромагнитного поля.
На границахзон осуществляется экранирование и соединение всех пересекающих границу зонметаллических элементов и коммуникаций между собой.
Защитноеэкранирование является основным способом уменьшения электромагнитных помехработе радиоэлектронных и др. подобных устройств. В качестве экрана широкоиспользуются металлические конструкции строительных сооружений (стальнаяарматура стен, полов, детали крыши, решётки и т.п.). Все названные элементыобъекта защиты электрически объединяются и соединяются с МЗС.
Соединенияметаллических элементов необходимы для уменьшения разности потенциалов междуними внутри защищаемого объекта. Осуществляются соединения с помощьюспециальных проводников и зажимов.
Соединения награнице зон производятся через каждые 5 м. Минимальное поперечное сечениемедных или стальных оцинкованных проводников, используемых для соединений – 50мм2.