Экраны отражающие тепловое излучение выполняются из. Меры и средства индивидуальной защиты от тепловых излучений

Для защиты от теплового излучения используют различные теплоизолирующие материалы, устраивают теплозащитные экраны и специальные системы вентиляции (воздушное душирование). Перечисленные выше средства защиты носят обобщающее понятие теплозащитных средств. Теплозащитные средства должны обеспечивать тепловую облученность на рабочих местах не более 35 Вт/м 2 и температуру поверхности оборудования не выше 35°С при температуре внутри источника тепла до 100°С и не выше 45°С – при температуре внутри источника тепла выше 100°С.

Основным показателем, характеризующим эффективность теплоизоляционных материалов, является низкий коэффициент теплопроводности, который составляет для большинства из них 0,025-0,2 Вт/(м·К).

Наиболее простым методом защиты от тепловых излучений является защита расстоянием.

Защита расстоянием от опасного воздействия осуществляется в помещениях с избытками тепла от производственных объектов (печей, топок, реакторов и т.д.). Обычно осуществляется механизацией и автоматизацией производственных процессов, дистанционным управлением ими. Автоматизация процессов не только повышает производительность, но и улучшает условия труда, поскольку работники выводятся из опасной зоны и осуществляют контроль или управление технологическими процессами из помещений с нормальными микроклиматическими условиями.

При температуре воздуха на рабочих местах выше или ниже допустимых величин в целях защиты работающих от возможного перегревания или переохлаждения ограничивают время пребывания на рабочих местах (непрерывно или суммарно за рабочую смену) СанПиН 2.2.4.548–96 . При работе закрытых необогреваемых помещениях в холодное время года при определенных температурах и скоростях движения воздуха устанавливают перерывы для обогревания рабочих.

Одним из самых распространенных способов борьбы с тепловым инфракрасным излучением является экранирование излучающих поверхностей. Различают экраны трех типов: непрозрачные, прозрачные и полупрозрачные.

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

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

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

По принципу действия экраны классифицируют на теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие.

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

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

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

Оценить эффективность снижения интенсивности от теплового излучения с помощью экранов можно по формуле:

где Q – интенсивность теплового излучения без применения защиты, Вт/м 2 ;

Q З – интенсивность теплового излучения с применением защиты, Вт/м 2 .

При устройстве общеобменной вентиляции, предназначенной для удаления избытка явного тепла, объем приточного воздуха L ПР (м 3 /ч) определяют по формуле:

где Q ИЗБ – избыток явного тепла, кДж/ч;

T УД – температура удаляемого воздуха, °С;

T ПР – температура приточного воздуха, °С;

ρ ПР – плотность приточного воздуха, кг/м 3 ;

c – удельная теплоемкость воздуха, кДж/кг×град.

Температуру воздуха, удаляемого из помещения, определяют по формуле:

где T РЗ – температура в рабочей зоне, которая не должна превышать установленную санитарными нормами, °С;

DT – температурный градиент по высоте помещения, °С/м; (обычно 0,5 – 1,5 °С/м);

Н – расстояние от пола до центра вытяжных проемов, м;

2 – высота рабочей зоны, м.

Тепловыми излучениями называется процесс, при котором лучистая энергия распространяется в форме инфракрасных лучей с длиной волны до 10 мм. Источниками тепловых излучений являются все нагретые тела.

В условиях производства источниками тепловых излучений могут быть наружные стенки котлов, горячих теплопроводов, машин, проводников электросетей, электрических машин и аппаратов, нагревательных приборов и др. Источниками инфракрасных лучей являются расплавленные и раскаленные металлы и другие вещества.

Выделение тепла в воздух помещения оценивают количеством его (ккал/ч, Дж/ч) на 1 м 3 строительного объема здания.

Лучистая тепловая энергия воздухом почти не поглощается, а передается от более нагретых тел к поверхности менее нагретых, повышая их температуру. Сам же воздух нагревается от нагретых тел путем конвекции.

Нормальной температурой воздуха в производственном помещении считается температура порядка 20° С. При этой температуре в организме человека наилучшим образом осуществляется терморегуляция, т.е. поддержание постоянной температуры тела на уровне около 37° С.

Относительная влажность воздуха определяется как отношение содержания водяных паров в 1 м 3 воздуха к их максимально возможному содержанию в процентах при определенной температуре. Влажность воздуха в значительной мере влияет на теплообмен организма человека, главным образом на отдачу тепла испарением.

Подвижность воздуха , определяется скоростью его движения, влияет на охлаждение человека при температуре воздуха до 35-36° С, т.е. более низкой, чем температура тела. В случае же более высокой температуры воздуха, например 40° С, при большей его подвижности вместо охлаждения происходит внешний подогрев тела, а для охлаждения его требуется, чтобы происходило испарение, следовательно, происходит потеря влаги организмом.

При значительном перегреве организма возникает опасное заболевание, характеризуемое нарушение работы сердечнососудистой системы. Такое внезапное заболевание, называется также тепловым ударом, в тяжелых случаях может быть смертельным. Поэтому санитарными нормами проектирования регламентированы параметры благоприятного микроклимата в производственных помещения. Так, например, наилучшим (комфортным) условиям для организма человека при неподвижном воздухе соответствует температура 25° С при влажности 60 %.

В зависимости от наличия в помещении источников тепла и опасности перегрева для поддержания нормального микроклимата применяется вентиляция или более совершенное средство –кондиционирование воздуха, т.е, подача в помещение очищенного от пли и примесей воздуха с определенными температурой и влажностью. Следует отметить, что вентиляция и кондиционирование воздуха не защищают организм от тепловых лучей, которые проходят через воздух почти беспрепятственно. Защита от лучистого тепла может осуществляться путем устранения источников тепловых лучей и при помощи защиты людей от их действия экранами из малотеплопроводных материалов (асбест, шифер). Индивидуальная защита осуществляется применением спецодежды и защитных средств (брезентовые или суконные костюмы, очки со светофильтрами, щитки из органического стекла и др.).

В горячих цехах важную роль играет снабжение рабочих питьевой подсоленной или газированной водой, что улучшает водный баланс организма.

Лабораторная работа №7

Оценка эффективности экранов для защиты от теплового излучения

Цель работы

Определение интенсивности теплового облучения на рабочем месте и оценка эффективности защитных экранов.

1. Измерить интенсивность теплового облучения на разных расстояниях от источника излучения:

а) при отсутствии защитных экранов;

б) при наличии защитного теплопоглощающего экрана - цепной завесы;

в) при наличии защитного теплоотводящего экрана - водяной завесы.

2. Измерить температуру источника излучения.

Тепловое излучение и защита от него

Процессы теплопередачи имеют широкое распространение в тепловой и атомной энергетике, ракетно-космической технике, металлургии, химической технологии, светотехнике, гелиотехнике и др.

Перенос теплоты от нагретых тел в окружающем пространстве осуществляется по законам теплопроводности, конвективного теплообмена и теплообмена излучением.

В отличие теплопроводности и конвекции, где плотность теплового потока зависит от температуры в первой степени, перенос энергии излучением определяется четвертой степенью абсолютной температуры. Вследствие этого при высоких температурах основным видом переноса теплоты является излучение.

При температурах 500°С около 60-90% всей теплоты, выделяемой производственным оборудованием и материалами, распространяется в окружающем пространстве путем излучения. При этом энергия излученияпроходит воздушную среду практически без потерь, снова превращаясь в тепловую энергию облучаемых тел.

Основополагающие законы теплового излучения были установлены физиками в конце 19 века и носят их имена.

Закон Стефана-Больцмана выражает зависимость плотности теплового излучения абсолютно черного тела от абсолютной температуры в четвертой степени

С = s Т 4 = С о (Т/100) 4 , (1)

где s, С о - постоянная и коэффициент излучения абсолютно черного тела (С о = 10 8 s = 5,67 [ Вт/м 2 К 4 ]). На практике приходится иметь дело с серыми телами, для них закон Стефана-Больцмана имеет вид:

Е i = e i e = С (Т/100) 4 , (2)

где e i =E i /e - степень черноты i-го тела (0 < e < 1),

С - коэффициент излучения серого тела [Вт/м 2 К 4 ].

3акон Планка устанавливает связь спектральной плотности теплового излучения абсолютно черного тела I o l [Вт/м 2 ], с длиной волны излучения [м] и абсолютной температурой тела:

I o l = C 1 l -5 / [ ехр (С 2 /lТ) - 1] . (3)

В этом выражении: C 1 =3,74×10 -18 [Вт/м 2 ] и С 2 =1,44×10 [м×К] - постоянные излучения.

Графически закон Планка представлен на рис.1.

В.Вин в 1893 году установил, что произведение абсолютной температуры тела на длину вечны максимальной энергии теплового излучения есть величина постоянная:

Тl MAX = 2,898 [м×К]. (4)

Это выражение получило название закона смещения Вина: с ростом температуры максимум спектральной плот-ности потока излучения смещается в коротковолновую область.

Расчет теплообмена излучением между двумя телами является сложной задачей. В общем случае поток энергии между телами определяется температурами тел, их формами, размерами и состоянием поверхностей, взаимным расположением в пространстве и расстоянием между ними. Аналитически эту зависимость можно представить в виде:

Q 1,2 = e пр С S 1 [(T 1 /100) 4 - (Т 2 /100) 4 ] j 1,2 , (5)

где e пр =[ l/e 1 + (S 1 /S 2) (1/e 2 -1)] - приведенная степень черноты двух тел;

S 1 , S 2 - площади поверхностей теплоизлучающего и теплопринимающего тел [м 2 ];

j 1,2 = Q 2 /Q 1 - коэффициент облученности, показывающий какая доля энергии излучения первого тела (Q 1) попадает на второе тело (Q 2). Коэффициент облученности можно рассчитать по законам геометрической оптики или взять из справочной литературы.

При длительном пребывании человека в зоне лучистого потока теплоты происходит нарушение теплового баланса в его организме, что может вызвать заболевание, называемое тепловой гипотермией (перегревом). В нормальных условиях в организме человека поддерживаются стабильные и постоянные условия для функционирования биологических клеток. Это явление называется гомеостазом. Одним из механизмов гомеостаза является система поддержания постоянства внутренней температуры тела человека. Если гомеостатическая система поддержания постоянства температуры организма не справляется с рассеянием избыточного поступающего тепла наступает гипотермия. При этом нарушаются и другие защитные гомеостатические функции организма. Поэтому это заболевание характеризуется не только повышением температуры тела, но и обильным потоотделением, значительным учащением пульса и дыхания, резкой слабостью, головокружением, изменением зрительных ощущений, шумом в ушах и, зачастую, потерей сознания.

Гомеостатические системы поддержания стабильности жизнедеятельности организма связаны между собой и помогают друг другу преодолевать отрицательные внешние воздействия иногда заменяя вышедшие из строя. Поэтому даже при уровнях теплового излучения, не вызывающих гипотермию наблюдается ослабление внимания, замедление реакций, ухудшение координации движений, что в свою очередь приводит к снижению производительности труда.

Тепловой эффект воздействия облучения зависит от многих факторов. Интенсивность облучения менее 700 Вт/м не вызывает у человека неприятного ощущения, если действует несколько минут; свыше 3500 Вт/м - уже через 2 с вызывает жжение, а через 5 с возможен тепловой удар. Производственные источники по характеру спектрального излученияусловно можно разделить на четыре группы:

1) с температурой излучающей поверхности до 500 °С (паропроводы, сушильные установки, низкотемпературные аппараты, наружная поверхность различных печей и др.); их спектр содержит длинные инфракрасные лучи (длина волны 3,7 - 9, 3 мкм);

2) с температурой поверхности от 500 до 1300 °С (открытое пламя, открытые проемы нагревательных печей и топок, нагретый металл - слитки, заготовки, расплавленные чугун и бронза и др.); их спектр содержит преимущественно инфракрасные лучи (1,9-3,7 мкм), но появляются и видимые лучи;

3) с температурой 1300-1800 °С (открытые проемы плавильных печей, расплавленная сталь и др.); их спектр содержит как инфракрасные лучи вплоть до коротких (1,2-1,9 мкм), так и видимые большой яркости;

4) с температурой выше 1800 °С (пламя электродуговых печей, сварочных аппаратов и др.) их спектр излучения содержит наряду с инфракрасными (0,8-1,2 мкм) и видимыми (0,4-0,8 мкм) также и ультрафиолетовые лучи.

Существуют следующие способы защиты от вредного воздействия теплового излучения: тепловая изоляция нагретых поверхностей, экранирование источников теплового излучения, применение воздушного душирования, удаление от источника теплового излучения (дистанционное управление), сокращение времени пребывания в зоне воздействия теплового излучения, использование средств индивидуальной защиты (защитные очки, маски, одежда).

Наиболее распространенным и эффективным способом защиты от теплового излучения является экранирование - создание определенного термического сопротивления на пути теплового потока в виде экранов различных конструкций (жестких глухих, сетчатых, полупрозрачных водяных, воздушно-водяных и др.). Различают теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие экраны. В свою очередь, по степени прозрачности они делятся на три класса: непрозрачные, полупрозрачные и прозрачные. К теплоотражающим экранам относятся жесткие глухие преграды, изготовленные из материалов с высокой степенью отражения такие, как алюминий листовой, белая жесть, альфоль (алюминиевая фольга), а также закаленные стекла с пленочным покрытием. В последнее время получила распространение вакуумно-многослойная изоляция, изготовленная из множества полированных металлических пластин с зазорами, из которых откачен воздух. Эти экраны отличает высокая эффективность (отражается до 58% излучения), малая масса, экономичность. Однако, эти экраны не выдерживают высоких механических нагрузок, эффективность их существенно снижается при отложении на них пыли, при окислении.

В настоящее время нашли широкое применение экраны, выполненные из металлической плотной сетки или из металлических мелких цепей, подвешенных против излучающего проема в один или несколько рядов. Хотя цепные экраны не могут защищать от излучения так хорошо, как глухие (цепные завесы снижают тепловой поток на 60-70%), их применение в ряде случаев оправдано, поскольку они позволяют наблюдать за ходом технологического процесса.

Теплоотводящие экраны (водяные и вододисперсные завесы) применяют в тех случаях, когда через экран необходимо вводить инструмент или заготовки. Коэффициент эффективности водяных завес в значительной степени зависит от спектрального состава излучения м толщины слоя и может достигать 80%. Экраны в виде водяной пленки, стекающей по стеклу более устойчивы по сравнению со свободными водяными завесами. Их эффективность порядка 90%.

В определении оптимальных условий защиты от теплового излучения важное значение имеет характер его спектрального состава, так как материал экрана должен поглотить или отразить лучи, несущие максимум энергии. Как видно из рис.2 для организации эффективной защиты от теплового излучения необходимо устранить в лучистом потоке по возможности наибольший диапазон длинноволнового излучения, которое хорошо поглощается поверхностью кожи человека.

Вода является активным поглотителем инфракрасных лучей. Наиболее сильное поглощение отмечается в зоне лучей с длиной волны l=1,5-6,0 мкм.

Слой воды толщиной 1мм полностью поглощает участок спектра с l= 3 мкм, а слой 10 мм - тепловой поток с длиной волны l= 1,5 мкм.

Таким образом, слой воды, применяемый в защитных экранах, должен иметь толщину порядка нескольких мм, при этом однако коротковолновое излучение высокотемпературных источников не будет поглощено, что проявляется, например, в видимости светового излучения: являющегося коротковолновой части теплового излучения. Поэтому тонкие водяные завесы эффективны в основном для экранирования излучений от низкотемпературных источников (до 800 °С).

Интенсивность теплового облучения Е [Вт/м 2 ], которому подвергается человек применительно к условиям данного лабораторного стенда, можно оценить по приближенной формуле:

Е 0 =0,91S[(T изл /100) 4 -(T обл /100) 4 ]/L 2 , (6)

где S - площадь излучающей поверхности, м 2 ;

Т изл - температура излучающей поверхности, К;

Т обл - температура облучаемой части тел, К (для приближенного расчета можно принять Т обл = 309 К, то есть =36 °С);

L - расстояние от источника излучения, м.

Формула (6) верна при условии L ³ .

Расчет интенсивности облучения при наличии водяной завесы построен на принципе ослабления лучистого потока при прохождении через мутную среду с определенным оптическим показателем.

Уравнение поглощения лучистой энергии какой-либо средой имеет вид

Е= E o exp(-dd), (7)

где Е, Е о - интенсивность теплового облучения в данной точке при наличии и отсутствие завесы соответственно, Вт/м 2 ;

d - опытный коэффициент ослабления потока излучений мутной средой, равный для водяной завесы 1,3 мм -1 ;

d - толщина завесы, мм (при работе принять = 1мм).

В плоско-параллельной системе тел и экранов легко получается формула для определения снижения интенсивности лучистого теплообмена. В этом случае между двумя телами со степенью черноты e= e 1 = e 2 за счет установки между ними экранов со степенью черноты e э #e теплообмен уменьшается:

Е экр / Е 1,2 = . (8)

Коэффициент эффективности защитного теплового экрана в общем случае можно рассчитать по формуле:

h = (Е о - Е э) / Е о, (9)

где Е о и Е э - соответственно интенсивность облучения в данной точке при отсутствии и наличии экрана, Вт/м 2 .

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

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

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

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

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

1. Источники и характеристики тепловых излучений

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

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

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

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

1. Источники с температурой поверхности до 500 С (паропроводы, наружная поверхность нагревательных, плавильных, обжиговых печей, сушил, парогенераторов и водогрейных котлов, выпарных аппаратов, теплообменников и др.). Их спектр содержит исключительно длинные инфракрасные лучи с длиной волны =3,79,3 мкм.

2. Поверхности с температурой t = 500 1200 С (внутренние поверхности печей, горнов, топок парогенераторов, расплавленные шлаки и металл и др.) Их спектр содержит преимущественно длинные инфракрасные лучи, но появляются и видимые лучи.

3. Поверхности с t = 1200 1800 С (расплавленный металл и шлаки, пламя, разогретые электроды и др.) Их спектр инфракрасные лучи вплоть до наиболее коротких, а также видимые, которые могут достигать высокой яркости.

4. Источники с t 1800 С (дуговые печи, сварочные аппараты и др.). Их спектр излучения содержит наряду с инфракрасными и световыми лучами, ультрафиолетовые лучи.

Таблица 1. Характеристики источников излучения

Источники излучения	t, о С, излучения	л,мкм, ИК излучения	Спектральная характеристика излучения
Наружные поверхности печей, остывающие изделия			ИК (Е ик =100%)
Внутренние поверхности печей, пламя, нагретые заготовки			ИК,В (Е в < 0,1%)
Расплавленный металл, разогретые электроды			ИК,В (Е в < 1%)
Пламя дуговых печей, сварочные аппараты			(Е у ф < 0,1%)

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

При теплообмене излучением между двумя а.ч.т. с температурами Т 1 и Т 2 тепловой поток, Вт, рассчитывается по формуле:

Q = С о [ (Т 1 /100) 4 - (Т 2 /100) 4 ]F 1 ц 12 , где

Т 1 ,Т 2 - температуры тел 1 и 2 соответственно, К;

F 1 -- площадь поверхности тела 1;

ц 12 = 0ч1 -- коэффициент облученности, который показывает, какая часть лучистого потока, излучаемого телом 1, попадает на тело 2 (ц 12 часто определяют по графикам).

Тепловой поток при теплообмене между серыми телами:

Q = е пр С о [ (Т 1 /100) 4 - (Т 2 /100) 4 ]F 1 ц 12 , где

е пр = (е 1 -1 + е 2 -1 -1) -1 - приведенная степень черноты серых тел.

Плотность теплового потока на расстоянии l от точечного источника обратно пропорциональна квадрату расстояния: q = Q/ l 2 .

2. Воздействие на организм тепловых излучений

тепловое излучение организм защита

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

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

Интенсивность теплового облучения рассчитывают на основании уравнений для Q и е пр, имея в виду, что Т 1 и е 1, Т 2 и е 2 - соответственно температура и степень черноты источника, кожи и одежды человека. Интенсивность облучения человека, Вт/м 2 , от нагретой поверхности рекомендуется определять по формуле:

с = е пр С о [(Т/100) 4 - А]соsб, где

е пр - приведенная степень черноты серых тел;

С о = 5,67 Вт/(м 2 *К 4) - коэффициент излучения а.ч.т.;

Т - температура источника, К;

А = 85 (при t 2 = 31 °С) -- для кожи и хлопчатобумажной ткани,

А = 110 (при U = 51 о С) -- для сукна;

б -- угол между нормалью к излучающей поверхности и направлением от ее центра к рабочему месту,

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

Часто этот расчет затруднен ввиду сложности определения коэффициента облученности ц и приведенной степени черноты е пр. Если человек находится вблизи большой, по сравнению с его размерами излучающей поверхности F, то ц = 1, а интенсивность облучения с не зависит от расстояния l от источника. Если, излучающая поверхность невелика, интенсивность облучений обратно пропорциональна расстоянию или его квадрату (l 2). Поэтому выражение для расчета интенсивности облучения от нагретой поверхности или через отверстие в печи для практических расчетов можно преобразовать:

с = 0,91[(Т/100) 4 - А] F/ l 2 , при l >

с = 0,91[(Т/100) 4 - А] , при l ?

Если рабочее место смещено от нормали к центру излучающей поверхности, необходимо ввести поправку, равную косинусу угла смещения. В некоторых справочниках принято А = 90 (при t 2 = 35 о С).

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

ф -- время, с;

S -- площадь облучаемой поверхности тела человека, м 2 .

Таким образом, степень воздействия тепловых излучений на организм человека зависит от интенсивности и времени облучения, размеров облучаемой поверхности. В формулу для с заложена зависимость интенсивности облучения от вида одежды (коэффициент А) и спектрального состава облучения (через температуру источника). В производственных условиях тепловое излучение имеет длины волн л = 0,1ч440 мкм, в горячих цехах л < 10 мкм.

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

Все эти изменения могут проявиться в виде заболеваний:

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

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

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

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

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

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

3. Меры и средства индивидуальной защиты от тепловых излучений

Для снижения опасности воздействия тепловых излучений используют следующие способы:

· уменьшение интенсивности излучения источника,

· защитное экранирование источника или рабочего места,

· воздушное душирование,

· применение средств индивидуальной защиты,

· организационные и лечебно-профилактические мероприятия.

Нормирование параметров и организационные меры

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

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

Таблица 2. Допустимая интенсивность теплового облучения

Интенсивность теплового облучения работающих открытыми источниками (нагретым металлом, "открытым пламенем" и др.) не должна превышать 140 Вт/м 2 , при этом облучению не должно подвергаться более 25% поверхности тела при обязательном использовании средств индивидуальной защиты.

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

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

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

· водовоздушное душирование,

· высокодисперсное распыление воды на облучаемые поверхности и кабины,

· помещения для отдыха и др.

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

Технические меры защиты

Технические меры защиты от тепловых излучений:

· механизация, автоматизация и дистанционное управление и наблюдение за производственными процессами,

· тепловая изоляция и герметичность печей,

· экранирование печей и рабочих мест.

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

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

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

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

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

Рисунок 1. Расчетные схемы экранирования:

а - локализация источника; б - защита от внешнего источника

Если экранирование снижает поток излучения Q 12 в т раз, то температура наружной поверхности экрана Т э будет в м раз меньше температуры поверхности источника Т 1 , т.е. м = T 1 /T э.

Качество экранирования характеризует коэффициент эффективности экрана:

з = 1 - = , где

Q 12 - поток излучения от источника;

Q э2 - поток излучения от экрана.

Для достижения заданной температуры экрана Тэ=Т 1 /м?35 о С необходимо n экранов, количество которых рассчитывается по формуле:

n = (/[м -4 - () 4 ]) - 1

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

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

· непрозрачные,

· полупрозрачные,

· прозрачные.

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

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

По принципу действия экраны подразделяются на:

· теплоотражающие,

· теплопоглощающие,

· теплоотводящие.

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

В таблице 3 отражены виды защитных экранов от теплового излучения.

Таблица 3 - Виды защитных экранов от теплового излучения

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

Пульты управления (или кабины) должны удовлетворять следующим требованиям:

· объем кабины оператора > 3 м 3 ;

· стены, пол и потолок оборудованы теплозащитными ограждениями;

· площадь остекления достаточна для наблюдения за технологическим процессом и минимальна для уменьшения поступления теплоты.

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

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

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

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

Заключение

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

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

Особое внимание уделяется экранированию целью, которого, является снижение температуры наружного ограждения теплового источника и локализация его тепловыделений, защита отдельных объектов от излучения источника -- теплозащита отдельных рабочих мест, постов управления, кабин кранов, строительных несущих конструкций. В свою очередь экраны по конструкции и возможности наблюдения за технологическим процессом можно разделить на непрозрачные, полупрозрачные, прозрачные, а по принципу действия на теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие.

Таким образом, защита от тепловых излучений должна производиться на каждом предприятии, где возможно нахождение таких источников излучения во избежание неблагоприятных последствий для здоровья работающих.

Список используемой литературы

1. Методы и средства защиты человека от опасных и вредных производственных факторов / под ред. В.А. Трефилова. - Пермь: Изд-во Перм. Гос. Техн. Ун-та, 2008.

2. Безопасность труда на производстве. Производственная санитария Справ, пособие/ Под ред. Б.М. Злобинского. М. Металлургия, 1968. 668 с.

3. ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования».

4.СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.

5. СН 245-71. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Основные типы радиоактивных излучений, их негативное воздействие на человека. Радионуклиды как потенциальные источники внутреннего облучения. Способы защиты от источников ионизирующих излучений. Пути поступления радитоксичных веществ в организм.

реферат , добавлен 24.09.2013

Виды инструктажа персонала. Тепловые излучения, их воздействие на человека. Меры защиты от тепловых излучений. Классификация шумов. Классификация производственных помещений по опасности поражения электрическим током. Условия возникновения горения.

контрольная работа , добавлен 31.08.2012

Источники и воздействие электромагнитных излучений. Природные и антропогенные источники электромагнитных полей. Излучение бытовых приборов. Воздействие электромагнитных полей на организм. Защита от электромагнитных излучений.

реферат , добавлен 01.10.2004

Радиоактивность и ионизирующие излучения. Источники и пути поступления радионуклидов в организм человека. Действие ионизирующих излучений на человека. Дозы радиационного облучения. Средства защиты от радиоактивных излучений, профилактические мероприятия.

курсовая работа , добавлен 14.05.2012

Воздействие ионизирующих излучений на неживое и живое вещество, необходимость метрологического контроля радиации. Экспозиционная и поглощенная дозы, единицы размерности дозиметрических величин. Физико-технические основы контроля ионизирующих излучений.

контрольная работа , добавлен 14.12.2012

Виды электромагнитных излучений. Влияние излучений монитора компьютера и экрана телевизора на человека. Биологическое действие электромагнитных излучений на организм человека. Санитарно-гигиенические требования при работе с компьютером и телевизором.

реферат , добавлен 28.05.2012

Источники внешнего облучения. Воздействие ионизирующих излучений. Генетические последствия радиации. Методы и средства защиты от ионизирующих излучений. Особенности внутреннего облучения населения. Формулы эквивалентной и поглощенной доз излучения.

презентация , добавлен 18.02.2015

Основные характеристики ионизирующих излучений. Принципы и нормы радиационной безопасности. Защита от действия ионизирующих излучений. Основные значения дозовых пределов внешнего и внутреннего облучений. Отечественные приборы дозиметрического контроля.

реферат , добавлен 13.09.2009

Основные виды световых излучений и их негативное воздействие на организм человека и его работоспособность. Основные источники лазерного излучения. Вредные факторы при эксплуатации лазеров. Системы искусственного освещения. Освещение рабочего места.

доклад , добавлен 03.04.2011

Основные источники электромагнитного поля и физические причины его существования. Отрицательное воздействие электромагнитных излучений на организм человека. Основные виды средств коллективной и индивидуальной защиты. Безопасность лазерного излучения.

Защита человека от избыточного теплового излучения осуществляется по следующим направлениям: теплоизоляция нагретых поверхностей, экранирование теплового излучения, использование воздушного дублирования, использование защитной одежды.

Теплоизоляция позволяет не только уменьшить величинуинтенсивности излучения на рабочем месте, но и уменьшить тепловыделения в рабочую зону, а также исключить возможность ожогов при прикосновении к нагретым поверхностям.

Согласно санитарным нормам (СН 245-71), температура поверхностей машин, механизмов и прочего производственного оборудования, с которым возможен контакт рабочего, должка иметь температуру не выше +45°С.

Наиболее распространенным и эффективным способом защиты от излучения является экранирование. Экраны применяюткак для экранирования источников, так и дня зашиты рабочего места. По принципу действия экраны подразделяются на теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие.

В качестве материалов для теплоотражающих экранов используются листовой алюминий, белая жесть, алъфоль (алюминиевая фольга) и другие материалы, имеющие хорошие отражательные способности.

Материалом для теплопоглощающих экранов служат вещества с достаточно высоким термическимсопротивлением -асбест, огнеупорный кирпич, минеральная вата и т. д. К теплопоглощающим относятся также экраны в виде цепных звеньев. Такой экран уступает по эффективности сплошным и поэтому используется,какправило, при интенсивности излучения до 1160 Вт/м 2 , но оставляет открытым доступ в рабочее пространство печи.

Теплоотводящие экраны представляют собой различные конструкции, охлаждаемые, как правило, водой. Используются при любых интенсивностях излучений. Наиболее простым по съеме и распространенными в практике являются экраны в виде водяной завесы, встраиваемой у рабочих окон печей.

При относительно небольших интенсивностях излучений (до 2320 Вт/м 2) с целью сохранения теплового баланса в организме человекаи, как следствие его полной трудоспособности, используется воздушное душирование или обдувание на рабочем месте от переданных или стационарных вентиляционных установок.

Скорости подаваемого потока воздуха в зависимости от категории работы, времени года, температуры воздуха и величины интенсивности излучения (при нормальной относительной влажности = 40-60 % и барометрическом давлении 1013 гПА приведены в СН 245-71).

Результаты экспериментальных

Исследований

	Экранирование цепями	Водяная завеса	Стекло
Без экрана	1 экран	2 экрана	3 экрана	Без завесы	С завесой
Кал/см 2 мин	0,8	0,6	0,5	0,4	0,8	0,4	0.2
Вт/м 2
Эффективность экранирования, %	–		37,5		–
Допустимое время облучения		Переносимо в течении раб дня и более	Переносимо в течении раб дня и более	Порог чувствительности
Длина волны излучения с max энергии l MAX = 3,25 мкм
Температура источника в 0 С Т = 893,46
Допустимое значение облученности в Вт/м 2 [Е Р.М. ] = 330

По результатам исследований можно судить о необходимости экранирования теплового излучения при действии его на человека, условно находящего в лаборатории в 30 см от источника. Как видно, без экрана тепловое излучение будет выше допустимого значения, что неблагоприятно сказывается как на здоровье самого рабочего, так и на его труде. Допустимое значение облученности удовлетворяется и при экране из трёх цепей, а также при экране из сплошного стекла. Также можно сделать вывод, что для экранирования теплового излучения целесообразней применять экран из стекла.