Введение к работе
Актуальность проблемы. При проведении сварочных работ в арматурных цехах заводов железобетонных изделий в рабочую зону в зависимости от вида сварки, марок электродов и флюса поступает сварочный аэрозоль, в состав которого входят, твердые составляющие и газообразные вещества, вредные для здоровья человека. Общий фон загрязнения в таких цехах, как правило, не превышает уровня ПДК. Но в зоне дыхания сварщика, выполняющего ручные операции, содержание вредных веществ значительно превосходит как фон, так и ПДКр.з. Так содержание твердых частиц в воздухе рабочей зоны превышает ПДКр.з в 5-6 раз, а концентрация фтористого водорода превышает предельно допустимую концентрацию( ПДК р.з.) от 1,5 до 15 раз.
Традиционным способом улучшения состояния воздушной среды на рабочем месте сварщика являются местные вытяжные устройства, однако фактические расходы удаляемого воздуха зачастую не соответствуют требуемым. Обеспечение нормативной чистоты воздуха в рабочей зоне за счет применения местной вытяжной и общеобменной вентиляции далеко не всегда возможно. Поэтому необходимо использовать индивидуальные средства защиты органов дыхания – респираторы.
Многие из выпускаемых в настоящее время респираторов воспринимаются работниками как дополнительная нагрузка и помеха, создающая ощущение дискомфорта. В промышленных условиях наиболее хорошо зарекомендовали себя облегченные каркасные респираторы типа «Снежок», создание которых стало возможно только благодаря использованию в качестве фильтрующего элемента пористого слоя из ионообменных волокнистых материалов.
Широкому внедрению респираторов такого класса в значительной мере препятствует отсутствие номенклатуры текстильных материалов с ионообменными свойствами.
Поэтому актуальным является работа, направленная на совершенствование респираторов путем разработки материалов для фильтрующего элемента на основе ионообменных волокнистых материалов с целью улучшения защитных и гигиенических свойств.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Цель работы: совершенствование защитных и эксплутационных свойств респираторов для защиты органов дыхания при проведении сварочных работ в арматурных цехах завода ЖБИ.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- анализ условий труда сварщиков арматурных цехов завода ЖБИ для оценки воздействия вредных производственных факторов на организм работающих;
- оценка перспективности применения респираторов, оснащенных фильтрующими элементами из ионообменных волокон при проведении сварочных работ в арматурных цехах завода ЖБИ;
- разработка сорбционно-фильтрующих материалов из ионообменных волокон для формирования защитного слоя респиратора при работе сварщиков в цехах завода ЖБИ, исследование и оптимизация свойств разработанного материала;
- экспериментальное исследование закономерностей поглощения фтористого водорода сорбционно-фильтрующими материалами из ионообменных волокон для средств индивидуальной защиты органов дыхания;
- уточнение математической модели для описания процесса поглащения фтористого водорода сорбционно-фильтрующим элементом в виде нетканого иглопробивного материала из ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна, в условиях рабочей зоны сварщика арматурных цехов завода ЖБИ;
- исследование защитных и эксплуатационных свойств респираторов типа «Снежок», оснащенных фильтрующими элементами из разработанного материала, в производственных условиях;
- разработка практических рекомендаций по выбору и применению респираторов, оснащенных пористыми защитными элементами из разработанных материалов.
Основная идея работы заключалась в использовании в качестве фильтрующего элемента респираторов пористого слоя в виде нетканого иглопробивного ионообменного материала содержащий слой поликапроамидного волокна и слой из хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, моделирование изучаемых процессов, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПК, лабораторные и опытно-промышленные исследования.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений механики газа и теоретического анализа, планированием объема экспериментальных исследований, и подтверждена удовлетворяющей сходимостью теоретических результатов с результатами экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и промышленных условиях.
Научная новизна работы:
- теоретически и экспериментально обоснована перспективность использования нетканого иглопробивного материала из ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна в качестве фильтрующего пористого слоя средств индивидуальной защиты органов дыхания при проведении сварочных работ;
- разработана математическая модель для описания процесса поглощения фтористого водорода сорбционно-фильтрующим элементом в виде нетканого иглопробивного материала на основе ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна в условиях рабочей зоны сварщика арматурных цехов завода ЖБИ;
- установлены экспериментальные зависимости, характеризующие изменение времени защитного действия по фтористому водороду, воздухопроницаемости материала в зависимости от содержания в нем хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна, числа смен до замены фильтрующего элемента и толщины фильтрующего слоя;
- исследованы закономерности поглощения фтористого водорода разработанным материалом в условиях рабочей зоны арматурных цехов завода ЖБИ;
- получены экспериментальные данные по защитным и эксплутационным свойствам респираторов, оснащенных фильтрующим элементом из разработанного материала, при проведении сварочных работ в производственных условиях;
- уточнен компонентный и дисперсный состав сварочного аэрозоля, поступающего в рабочую зону сварщика арматурного цеха.
Практическое значение работы:
- разработан сорбционно-фильтрующий иглопробивной материал на основе ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна, который используется в качестве фильтрующего элемента респиратора для улавливания фтористого водорода и твердых составляющих сварочного аэрозоля (ТССА) при проведении сварочных работ;
- разработаны практические рекомендации по выбору и применению респираторов, оснащенных пористыми защитными элементами из ионообменных материалов.
Реализация результатов работы:
- проведены производственные испытания респираторов типа «Снежок», оснащенных сорбционно-фильтрующими элементами из разработанного материала при проведении сварочных работ в арматурных цехах завода ОАО «Фирма ЖБИ-6»;
- рекомендации по выбору и применению респираторов, оснащенных пористыми защитными элементами из ионообменных материалов, использованы при проектироваии;
- материалы диссертационной работы использованы кафедрой «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета при подготовке инженеров по специальности 280102.65 «Безопасность технологических процессов и производств».
На защиту выносятся:
- результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей поглощения фтористого водорода пористыми защитными элементами из иглопробивного нетканого материала на основе ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна, в условиях рабочей зоны сварщиков арматурных цехов завода ЖБИ;
- математическая модель для описания процесса поглощения фтористого водорода в пористом элементе из иглопробивного нетканного материала на основе ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна в условиях рабочей зоны сварщика арматурных цехов завода ЖБИ;
- экспериментальные зависимости изменения времени защитного действия по фтористому водороду и воздухопроницаемость сорбционно-фильтрующего слоя из иглопробивного нетканого материала на основе ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна, позволившие оптимизировать структуру материала для получения сорбентов с требуемым комплексом свойств;
- результаты исследований защитных и эксплутационных свойств респираторов типа «Снежок», с сорбционно-фильтрующим элементом из нетканого иглопробивного материала на основе ионообменного поликапроамидного волокна и хлопкоподобного высокомодульного модифицированного вискозного волокна, в производственных условиях.
Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Волгоград 2009, 2010, 2011); ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВолгГАСУ (Волгоград, 2011-2012гг).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 6 работах, в том числе 1 из них в рецензируемых изданиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 131 страница, в том числе: 112 страниц – основной текст, содержащий 27 таблиц, 25 рисунков, список литературы из 147 наименований на 15 страницах, 4 приложения на 4 страницах.
