МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

_______________________________________________________

1. Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт техники, технологии и управления

БЕЗОПАСНОСТЬ 

ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 

Определение содержание пыли в воздухе рабочей зоны весовым методом

Методические указания к лабораторной работе

для студентов всех специальностей

Одобрено

редакционно–издательским советом

2. Балаковского института техники,

3. Технологии и управления

Балаково 2006

Цель работы: ознакомиться с влиянием пыли на организм человека, ознакомиться с весовым методом определения концентрации пыли на рабочих местах, производить санитарно–гигиеническую оценку результатов измерений в соответствии с санитарными нормами ГН 2.2.5.1313–03 и ГОСТ 12.1.005–88.

Основные понятия

Пыль – мельчайшие частицы твердого вещества, способные длительное время находится во взвешенном состоянии в воздухе. Взвешенная в воздухе пыль носит название аэрозоли, в отличие от пыли в осевшем состоянии, которая называется аэрогелью.

В зависимости от способа образования различают аэрозоли дезинтеграции (образуются при механическом дроблении, измельчении, обработки материалов и.д.) и аэрозоли конденсации (образуются вследствие сгущения высоко нагретых паров при их охлаждении, например, при электросварке).

С точки зрения безопасности для здоровья человека большое значение имеют физико–химические свойства пыли, дисперсность, форма пылинок, их концентрация, наличие электрического заряда, растворимость, степень токсичности.

По физико–химическим свойствам пыль делится на органическую (древесная, хлопчатобумажная и т.п.), минеральную (кварцевая, керамическая, цементная и т.п.), смешанную – наиболее распространенная в реальных условиях производства.

По дисперсности (размеру) пыль делится на три группы:1 – видимая (размер частиц 10 мкм), 2 – микроскопическая (размер частиц от 10 мкм до 0,25 мкм), 3 – ультрамикроскопическая (размер частиц менее 0,25 мкм).

Наибольшую опасность представляют пылевые частицы размером от 0,25 до 5 мкм, так как они составляют до 80% находящихся в воздухе аэрозолей. Именно эти фракции пыли интенсивно осаждаются в легких человека, вызывая профессиональные заболевания: пневмокониозы (силикоз, талькоз, цементоз и т.п.) и пылевой бронхит.

По форме наиболее опасны пылинки с острыми зазубренными кроями и игольчатые (асбест, стекло, металлы и т.д.), которые могут травмировать легочную ткань, слизистую оболочку глаз и носоглотки.

Токсичные пыли (ртуть, мышьяк, свинец и т.п.), растворяясь в биологических средах и тканях человека, действуют как введенный в организм яд и вызывают отравления.

Пыль, обладающая электрическим зарядом (обычно неметаллическая пыль заряжается положительным, металлическая отрицательным зарядом), способствует осаждению ее в легких человека, увеличивая тем самым количество задерживающийся в организме пыли.

Кроме непосредственного вредного действия на организм человека пыль, в условиях производства ухудшает видимость, приводит к преждевременному износу оборудования, что увеличивает травмоопасность персонала на рабочих местах. При определенных концентрациях в воздухе мелкодисперсной пыли она становится взрывоопасной (практически все органические и некоторые металлические пыли, например, магниевая, алюминиевая и др.).

Степень запыленности в производственных помещениях характеризуется концентрацией, т.е. массовым содержанием пыли в единице объема воздуха рабочей зоны, выраженная в миллиграммах на кубический метр (мг/м³). Именно по концентрации в нашей стране осуществляется гигиеническое нормирование и контроль пылевого фактора. Гигиеническими нормативами ГН 2.2.5.1313–03 [1] и ГОСТ 12.1.005–88 [2] установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ и пыли. Под ПДК понимается такая концентрация, которая при ежедневной работе в течении 8 часов или при другой продолжительности, но не более 40 часов в неделю, в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными средствами и методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего или будущих поколений.

Большое многообразие методов и средств контроля запыленности воздуха сводится к двум группам:

1. Прямые методы, основанные на предварительном осаждении пылевых частиц (фильтрационные, седиментационные, и др.) с последующим взвешиванием.

2. Косвенные методы, основанные на измерении какого–нибудь параметра (перепада давления на фильтрующем материале, частоты или амплитуды вибрации, тока смещения от трения пыли о стенку корпуса, интенсивности проникновения через фильтр радиации и т.д.) с последующей интерпретацией на концентрацию.

Вместе с тем, при всем многообразии принципиальных возможностей измерения концентрации пыли в воздухе рабочей зоны в настоящее время для надежной гигиенической оценки запыленности помещения главным образом, прямой весовой (гравиметрический) метод, заключающийся в отборе всей находящейся в зоне дыхания пыли.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Теоретические сведения

Весовой метод основан на задержке пыли из известного объема воздуха на фильтре, который взвешивают до и после прокачивания запыленного воздуха через него.

Массовая концентрация пыли С (мг/м³) определяется по формуле:

, (1)

где и – масса фильтра соответственно до и после отбора пробы запыленного воздуха, мг;

– приведенный к нормальным условиям объем запыленного воздуха, прошедшего через фильтр, м³.

Для обеспечения безвредных для человека условий труда должно соблюдаться соотношение:

, (2)

Поскольку величина ПДК приводится в нормативной литературе [1,2] для так называемых нормальных условий, т.е. при атмосферном давлении на уровне моря Р₀ = 760 мм рт. ст. и температуре воздуха Т₀ = 20°С, то и объем V (м³) в формуле (1) приводится к таковым согласно формуле:

, (3)

где – измеренное в месте отбора атмосферное давление, мм рт. ст.;

– измеренная в месте отбора температура воздуха, °С;

_t – объем воздуха, пропущенный через фильтр в месте отбора при данном атмосферном давлении Р и температуре Т, м³.

Объем _t рассчитывают по формуле:

, (4)

где – заданная производительность аспиратора, фиксируемая по реометру, л/мин;

– время прокачивания запыленного воздуха через фильтр, фиксируемое по секундомеру, мин.

Таким образом, вначале задаются производительностью Q (л/мин) аспиратора и временем t (мин) прокачивания запыленного воздуха через фильтр. Обычно, если запыленность большая, то Q и t задают поменьше, и наоборот.

Далее с помощью аналитических весов измеряют массу фильтра М₁ (мг) до и М₂ (мг) после прокачивания, с помощью баротермогигрометра – давление Р (мм рт.ст.) и температуру Т (⁰С) в месте отбора пробы. Подставляя полученные значения указанных параметров последовательно в формулы (4), (3) и (1), получают массовую концентрацию пыли С (мг/м³) и сравнивают ее со значением ПДК согласно выражению (2).

Описание экспериментальной установки

Установка типа ОТ–1 (рис. 1) предназначена для имитации пылевого состава среды производственного помещения и последующего определения запыленности весовым методом.

Установка состоит из приборного отсека 1 и пылевой камеры 2 объемом 0,05 м³, которая имитирует производственное помещение. Поворотом влево рукоятки 5 открывается передняя дверца. На ее внутренней стороне вмонтирован бункер – дозатор с пылью, а с наружной стороны дверцы имеется рукоятка, при повороте которой на один щелчок, в пылевую камеру вводится определенная порция пыли. Отбор запыленного воздуха из камеры производится че­рез отверстие на передней дверце, которое в нерабочем состоянии закрыто съемной крышкой 3.

Рис.1. Схема стенда: 1 – приборный отсек; 2 – пылевая камера; 3 – съемная крышка окна; 4 – рукоятка бункер–дозатора; 5 – рукоятка дверцы камеры; 6 – тумблер вентилятора; 7 – тумблер аспиратора; 8 – тумблер сети; 9 – штуцер аспиратора; 10 – реометр; 11 – поплавок; 12 – регулятор расхода воздуха через реометр; 13 – общий регулятор расхода воздуха.

Внутри пылевой камеры справа установлен фонарь для создания освещения с целью визуального определения наличия пыли, а слева – крыльчатка вентилятора для создания запы­ленности воздуха в камере.

Приборный отсек включает в себя аспиратор (воздуходувку) модели 822 (з–д "Красногвардеец"), который служит для отбора воздуха из пылевой камеры путем прокачивания его через специальный фильтр.

На передней панели приборного отсека расположены:

– тумблер 8, включающий установку в сеть, при этом должна загореться сиг­нальная лампа ;

– тумблер 7, включающий аспиратор во время отбора пробы, при этом должна загореться сигнальная лампа ;

– тумблер 6, включающий вентилятор внутри пылевой камеры для создания запыленности, при этом должна загореться сигнальная лампа ;

– входные штуцеры 9, к которым присоединяется свободный конец резинового шланга;

– реометры (стеклянные трубки со шкалой от 0 до 3 л/мин) 10 для контроля производительности аспиратора;

– рукоятки 12 соответствующих реометров для регулировки производительности аспиратора, фиксируемой по верхнему срезу алюминиевых поплавков 2;

– рукоятка 13 общего регулятора расхода воздуха.

В комплект установки входят следующие принадлежности:

– резиновый шланг 1 (рис .2), свободный конец которого присоединяют к одному из штуцеров аспиратора;

– фильтр–патрон (аллонж) 2, присоединяемый к другому концу резинового шланга;

– бумажный фильтр 5 типа АФА–В–10 (аналитический фильтр аэрозольный для весового метода площадью 10 см²), который вставляется в бумажный держатель 4.

До взятия пробы держатель 4 вместе с фильтром 5 вставляется в конусную часть аллонжа с последующим закреплением прижимной гайкой 3.

Измерительные приборы

В процессе проведения лабораторной работы по определению концентрации пыли в воздухе весовым методом применяются измерительные приборы:

1) электронные весы типа ВЛЭ–1кг, предназначенные для взвешивания грузов массой до 1 кг, класс прибора 4;

Рис. 2. Приспособления и принадлежности: 1 – резиновая трубка; 2 – фильтр–патрон (аллонж); 3 – прижимная гайка; 4 – бумажный держатель; 5 – фильтр; 6 – держатель с фильтром в собранном виде.

2) секундомер одно–стрелочный типа 6–1–2А, предназначенный для измерения времени прокачивания запыленного воздуха через фильтр;

3) баротермогигрометр типа БМ–2, предназначенный для измерения атмосферного давления Р (мм рт. ст.) и температуры воздуха Т (С) в момент взятия пробы.

На передней панели электронных весов располагаются три клавиши (рис. 3):

– клавиша 8 сумматора ;

– клавиша 9 навески Н;

– клавиша 7 тарировки весов Т.

Наверху имеется чашка 1, на которую помещают измеряемый груз. В левом переднем углу находится окно уровнемера 3, с помощью которого фиксируется горизонтальное положение весов. Это достигается путем вращения винтов 5 в нижней части весов таким образом, чтобы капелька жидкости уровнемера располагалась в центре окна 3.

Подготовка и измерения на электронных весах ВЛЭ–1 кг производится в следующей последовательности:

1. Убедившись по уровнемеру в горизонтальной установке весов, включить штепсельную вилку в розетку "220В", а на задней панели справа тумблер 10, при этом на экране дисплея в средней части высвечивается произвольная группа цифр 6, а в левой части с края весов индуцируется знак "111", который указывает на не успокоенность весов, в этом случае снимать показания нельзя.

Рис.3. Передняя панель весов ВЛЭ–1 кг: 1 – чашка весов; 2 – дисплейное табло; 3 – окно уровнемера; 4 – знак неуспокоенности весов; 5 – винты ножки регулировки горизонтального положения весов; 6 – цифровое показание; 7 – клавиши тарировки; 8 – клавиши сумматора; 9 – клавиши навески груза; 10 – тумблер включения весов в сеть

Примечание. Электронные весы очень чувствительны к малейшим изменениям температуры, скорости движения воздуха, колебаниям при хождении людей и работе двигателей и т.п.

2. Положить на чашку весов груз (в данном случае фильтр).

3. Как только погаснет знак "111", что говорит об успокоенности весов, можно снимать показания: до запятой – миллиграммы, после запятой – доли миллиграммов.

Внимание! Поскольку в условиях лаборатории добиться успокоенности весов практически невозможно, следует через 2–3 мин. после того, как весы нагружены, снять подряд 3 показания и зафиксировать их; для расчета вычислить среднее значение из этих трех показаний.

4. После снятия показаний весы отключить тумблером 10, а штепсельную вилку вынуть из розетки.

Подготовка стенда к работе

1. Открыть переднюю дверцу камеры 2 (рис. 1) и вынуть из нее все принадлежности; затем вновь закрыть дверцу.

2. На приборном отсеке 1 тумблеры 6,7,8 должны быть в положении "Откл.".

3. Вставить штепсельную вилку стенда в розетку "220В", тумблером 8 включить стенд в сеть; при этом должен загореться индикатор , а в камере включится освещение.

4. Тумблером 7 включить аспиратор; при этом загорается индикатор , а в стеклянных трубках реометра 10 поднимаются алюминиевые поплавки 2.

5. Вращением соответствующего винта регулировки 12 добиться, чтобы верхний срез поплавка установился на делении, соответствующему заданного преподавателем расхода воздуха Q (л/мин).

6. После установки заданного расхода воздуха тумблером 7 аспиратор отключить, а тумблером 8 отключить стенд.

7. Вращением рукоятки дозатора 4 засыпать в пылевую камеру пыль.

Стенд готов к работе!

Требования безопасности труда

1. Включение установки в сеть производится с разрешения преподавателя по окончания ознакомления студентами с порядком выполнения работы.

2. Во время выполнения эксперимента запрещается:

– прикасаться к токоведущим частям и контактам электрической схемы;

– открывать дверцу пылевой камеры при включенном вентиляторе.

3. Во избежание воздействия пыли нельзя открывать дверцу пылевой камеры сразу же после окончания эксперимента. Окно 3 для патрона с фильтром должно быть закрыто пробкой.

4. При обнаружении каких–либо неисправностей в процессе работы немедленно отключить установку от сети и сообщить об этом преподавателю.

5. По окончании проведения экспериментов необходимо отключить установку от сети: тумблер 8 в положение "Откл.", штепсельную вилку вынуть из розетки.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Оборудование и принадлежности: лабораторная установка ОТ–1, весы лабораторные электронные ВЛЭ–1кг, секундомер однострелочный 6–1–2А, баротермогигрометр БМ–2.

1. Подготовить стенд к работе в соответствии с разделом "Методика эксперимента".

2. Взвесить чистый фильтр вместе с держателем на весах ВЛЭ–1 кг в соответствии с методикой; полученные результаты зафиксировать в табл.1.

3. Вставить свободный конец резинового шланга в один из 4–х штуцеров аспиратора 9, который отрегулирован на заданный расход воздуха Q (л/мин).

На другом конце этого шланга вывернуть гайку 3 (рис.2) из фильтра–патрона 2 и вставить бумажный держатель с фильтром 6, вновь завернуть прижимную гайку 3.

4. Тумблером 8 (рис.1) включить стенд в сеть, тумблером 6 включить вентилятор – крыльчатка должна вращаться; вентилятор оставить включенным на 2–3 минуты с тем, чтобы развеять пыль в объеме камеры.

5. Выключив тумблер 6 вентилятор, снять крышку 3 (рис.1) и вставить в окно аллонж с фильтром.

6. Тумблером 7 включить аспиратор, при этом запыленный воздух проходит через фильтр в аллонже, далее по резиновому шлангу поступает в штуцер аспиратора и стеклянные трубки реометра, поднимая алюминиевые поплавки; время прокачивания задает преподаватель.

7. После прокачивания запыленного воздуха, тумблер 7 установить в положение "Откл.", тумблером 8 отключить установку, извлечь аллонж из окна, закрыв последний крышкой 3.

8. Извлечь фильтр с пылью из аллонжа и взвесить его на весах ВЛЭ–1 кг в соответствии с методикой; полученные результаты зафиксировать в табл.1.

9. Снять показания температуры и давления с помощью баротермогигрометра БМ–2; зафиксировать полученные результаты в табл.1.

Таблица 1

№ опыта	Измеряемые параметры
	М1, кг	М2, кг	Q л/мин	t, мин	Р, мм рт.ст.	Т, °С
1 2 3 и т.д.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

За окончательные результаты эксперимента принимаются средние значения измеряемых параметров: масса фильтра до прокачивания запыленного воздуха М₁ (кг) и после прокачивания М₂ (кг), а так же давления воздуха Р (мм рт.ст.) и температуры воздуха Т (°С).

Минимальное количество измерений в каждой точке по каждому параметру не менее 3–х. Определение погрешности измерений следует производить по методике, изложенной в Приложении Б.

При измерении массы фильтра следует ограничиться двумя значащими цифрами после запятой, при измерении атмосферного давления и температуры – одной.

По окончании статистической обработки изменяемых параметров необходимо дать гигиеническую оценку запыленности воздуха.

1. Определить по ГОСТ 12.1.005–88 (см. приложение А.1) или по гигиеническим нормативам ГН 2.2.5.1313–03 предельно допустимую концентрацию пыли, а также класс опасности ее по ГОСТ 12.1.007–76 (см. приложение А.2); результаты занести в табл.2.

Таблица 2.

Наименование пыли	ПДК, мг/м^3	Класс опасности	Измеренная концентрация С, мг/м^3	Превышение ПДК К= С/ПДК
Цементная Угольная и т.п.

2. Используя формулы (1), (3), и (4), рассчитать фактическую концентрацию пыли С (мг/м³) и занести в табл.2.

3. Экспериментально найденное значение концентрации пыли сравнить ПДК и сделать вывод по оценке запыленности:

а) если измеренная концентрация отвечает условию в соответствии с формулой (2), условия труда по пылевому фактору нормальные и не требуются мероприятий по снижению запыленности на рабочем месте;

б) если же измеренная концентрация превышает ПДК, то необходимо предусмотреть мероприятия по снижению запыленности (перечислить какие); например, одним из мероприятий является вентиляция, которая разбавляет пыль до концентрации, не превышающей ПДК – в этом случае расчет требуемого количества воздуха на проветривание необходимо произвести по следующей формуле:

( 5 )

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

Письменный отчет составляется на листах формата 210х297. На титульном листе указать название лабораторной работы, Ф.И.О. студента (студентов звена), дату выполнения, Ф.И.О. преподавателя, принявшего работу.

Отчет по работе должен включать в себя следующие обязательные пункты:

– номер и название лабораторной работы;

– формулировка цели работы;

– схема лабораторной установки (рис.1);

– основные понятия: что такое пыль, ее классификация, принцип измерения запыленности, применяемое при этом оборудование и приборы;

– расчетные формулы (1)÷(5):

– результаты измерений в виде таблицы 1:

– результаты расчета в виде таблицы 2;

– окончательные выводе и результаты по работе, дать гигиеническую оценку запыленности и привести основные мероприятия по снижению ее.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Что называется пылью? (дать определение).

2. В чем заключается гигиеническая вредность пыли?

3. Что такое ПДК? (дать определение).

4. В чем принципиально заключается сущность весового метода определения концентрации пыли?

5. Для каких целей служат аспиратор и реометр?

6. Каковы пределы измерения реометра?

7. С какой точностью необходимо взвешивать фильтры АФА на лабораторных весах типа ВЛЭ–1кг?

8. Как определяется класс опасности пыли?

9. Какие имеются нормативные документы, регламентирующие содержание пыли в воздухе рабочей зоны?

10. Какие санитарно–технические мероприятия позволяют снизить концентрацию пыли на рабочем месте до уровня ПДК?