Підвищення ефективності протиаерозольних засобів індивідуального захисту органів дихання працюючих - Автореферат

Незважаючи на комплекс заходів, які проводяться з метою зниження пилоутворення на гірничодобувних підприємствах, запиленість повітря під час основних технологічних процесів значно перевищує гранично допустиму величину, що веде до росту захворювань гірників пневмоконіозами та пиловими бронхітами. Враховуючи те, що на деяких підприємствах використання ЗІЗОД є майже єдиним заходом із профілактики професійних захворювань, зумовлених пиловим фактором, проблеми, повязані з виробництвом та підвищенням якості і ефективності протипилових ЗІЗОД, сьогодні дуже актуальні. У звязку зі складними умовами праці на гірничодобувних підприємствах найбільше розповсюдження отримали респіратори багаторазового використання, основними елементами яких є гофровані фільтри, параметри котрих були визначені ще в 50-х роках виходячи з властивостей фільтруючих матеріалів ФПП певного типу (фільтри Петрянова, виготовлені на основі перхлорвінілової смоли). Методики розрахунку фільтрів до респіраторів, які б враховували структурні особливості фільтруючих матеріалів, а також вплив підкладки та покривного шару на ефективність фільтрів, не розроблені. Дисертація виконана відповідно до Національної програми поліпшення охорони праці на 1996-2000 рр. № 1345 від 02.11.96 р., прийнятої Кабінетом Міністрів України, і відповідає планам науково-дослідних робіт Національного гірничого університету за темами: “Розробити методи та засоби контролю пилового навантаження гірників на основі даних про вміст пилу в повітрі робочої зони гірничих виробок” (№ держ. реєстрації 0102U003025), “Дослідження фільтруючих елементів до респіратора РПА і розробка рекомендацій по підвищенню їх ефективності”.Встановлено залежності, які повязують технічні параметри поліпропіленових матеріалів, що використовуються для виготовлення фільтрів, з фільтруючими та ергономічними показниками. Показано, що при малих швидкостях фільтрації найвагоміший вплив у процесі уловлювання аерозольних часток у цих матеріалах має електростатичний ефект. Розроблена математична модель для оцінки пилоємності поліпропіленових матеріалів, яка відрізняється від відомих урахуванням звязку показників фільтрації з показниками структури фільтруючого матеріалу та враховує те, що накопичення пилу в цих матеріалах відбувається не тільки на поверхні фільтруючого шару, а й по товщині. Уперше встановлено, що найкращі ергономічні та фільтруючі показники, на відміну від відомих, мають фільтруючі елементи до респіраторів Пульс та РПА при співвідношенні висоти фільтра до кроку складки (1,8...3,2):1 та площі фільтрації (320...550) см2. Достовірність наукових положень та результатів підтверджується: коректністю постановки і вирішення задач; застосуванням сучасних методів теоретичного аналізу з урахуванням загальноприйнятих припущень; достатнім обсягом експериментів, проведених на атестованому обладнанні із застосуванням атестованих методик в лабораторії, яка акредитована в системі УКРСЕПРО, що забезпечило з імовірністю 0,95 відхилення результатів не більш 10 %; узгодженістю результатів теоретичних та експериментальних досліджень; позитивними результатами дослідно-промислової перевірки розроблених конструкцій фільтруючих елементів.У першому розділі проаналізовано технічні характеристики респіраторів багаторазового використання, конструкції фільтруючих елементів, фільтруючі властивості сучасних матеріалів, які використовуються для виготовлення засобів індивідуального захисту органів дихання; приведено аналіз літературних джерел, що характеризують сучасний рівень у цій області знань, і встановлено таке: - найкращі показники мають респіратори РПА і Пульс, тому вони найбільш розповсюджені на підприємствах вугільної промисловості, але їх фільтруючі елементи мають малий термін використання [1]; У другому розділі шляхом моделювання процесів, що відбуваються у фільтруючих матеріалах під час уловлювання аерозольних часток, та їх експериментальних досліджень у лабораторних умовах уточнені основні закономірності розрахунку технологічних характеристик поліпропіленових матеріалів і розроблено метод оцінки їх пилоємності. За результатами експериментальних досліджень був встановлений взаємозвязок між опором і середнім радіусом волокон поліпропіленових матеріалів, а також встановлено коефіцієнт похибки [5]: , (1) де - опір фільтруючого матеріалу, Па; н - швидкість повітряного потоку, м/с; м - динамічна вязкість повітря, Н·с/м2; в - щільність упакування волокон у матеріалі; Н - товщина фільтруючого шару, м; - радіус волокон, м; л-поправочний коефіцієнт; у - дисперсія волокон. Захисна ефективність фільтруючих матеріалів залежить як від структури матеріалу так і від сумарного коефіцієнта уловлювання, що зумовлюється дифузійним, інерційним, гравітаційним та електростатичним механізмами захвату аерозольних часток: , (2) де К - коефіцієнт проникнення аерозолю через фільтруючий матеріал; - сумарний коефіцієнт уловлювання аерозольних часток. Виконані нами дослідження показали, що для матеріалів з полідисперсним розподілом необхідно також врахову

Основний зміст роботи

1. Встановлено фактори, що зумовлюють малий термін роботи ЗІЗОД в умовах вугільних шахт. Показано, що, крім відомих факторів, на роботу фільтра впливає жорсткість і еластичність фільтруючих матеріалів, котрі використовуються для виготовлення гофрованих фільтрів.

2. Встановлено залежності, які повязують технічні параметри поліпропіленових матеріалів, що використовуються для виготовлення фільтрів, з фільтруючими та ергономічними показниками. Показано, що при малих швидкостях фільтрації найвагоміший вплив у процесі уловлювання аерозольних часток у цих матеріалах має електростатичний ефект.

3. Розроблена математична модель для оцінки пилоємності поліпропіленових матеріалів, яка відрізняється від відомих урахуванням звязку показників фільтрації з показниками структури фільтруючого матеріалу та враховує те, що накопичення пилу в цих матеріалах відбувається не тільки на поверхні фільтруючого шару, а й по товщині.

4. Показано вплив двомірного конфігурування фільтруючих матеріалів на показники фільтрів респіратора. Допрацьована відома математична модель розподілу повітряного навантаження по висоті гофрів і поширена на фільтри респіраторів. Уперше встановлено, що геометрія фільтрів респіратора залежить не тільки від показників фільтруючого матеріалу, а й від кількості повітря, що проходить крізь фільтр.

5. Уперше встановлено, що найкращі ергономічні та фільтруючі показники, на відміну від відомих, мають фільтруючі елементи до респіраторів Пульс та РПА при співвідношенні висоти фільтра до кроку складки (1,8...3,2):1 та площі фільтрації (320...550) см2.

Достовірність наукових положень та результатів підтверджується: коректністю постановки і вирішення задач; застосуванням сучасних методів теоретичного аналізу з урахуванням загальноприйнятих припущень; достатнім обсягом експериментів, проведених на атестованому обладнанні із застосуванням атестованих методик в лабораторії, яка акредитована в системі УКРСЕПРО, що забезпечило з імовірністю 0,95 відхилення результатів не більш 10 %; узгодженістю результатів теоретичних та експериментальних досліджень; позитивними результатами дослідно-промислової перевірки розроблених конструкцій фільтруючих елементів.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що результати досліджень дозволили оптимізувати габарити і форму високоефективних фільтрів до респіраторів багаторазового використання та розробити інженерні методики розрахунку параметрів поліпропіленових матеріалів та фільтруючих елементів до респіраторів, які передані Українському державному науково-дослідному інституту безпеки праці і екології в гірничорудній і металургійній промисловості (НДІБПГ, м. Кривий Ріг). На базі цих досліджень були також розроблені рекомендації щодо вибору матеріалів для виготовлення фільтрів виходячи із різних умов експлуатації, які передані НВП “Спецснаб” для подальшого впровадження їх у виробництво ЗІЗОД.

Особистий внесок здобувача полягає у вирішенні науково-практичної проблеми розвитку наукових і методологічних основ підвищення ефективності протиаерозольних засобів індивідуального захисту органів дихання. У роботах, написаних у спіавторстві, особистий внесок полягає в такому: [3] - обгрунтувано методики визначення коефіцієнта проникнення по аерозолях: масляного туману, диоктилфталату соляного та пилового; [4] - досліджено режими роботи генератора пилу; [7, 8, 9] - досліджено показники фільтрів у результаті лабораторних і промислових дослідів; [11, 12] - запропоновано рішення щодо підвищення строку дії фільтрів і ефективності використання поліпропіленового фільтруючого матеріалу.

Апробація результатів дисертації

Основні положення дисертаційної роботи доповідались на першій Всеукраїнській науково-практичній конференції “Україна наукова 2001” (м. Дніпропетровськ, 2001); на Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки” (м. Дніпропетровськ, 2001); на Міжнародній науково-практичній конференції “Неделя горняка 2002”, ИПКОН РАН - МГУ (Москва, 2002).

Публікації. За матеріалами досліджень опубліковано 12 наукових робіт у журналах та збірниках наукових праць, у тому числі 10 у наукових фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України, отримано 2 патенти, 2 - тези доповідей конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку літературних джерел із 88 найменувань, має 149 сторінок машинописного тексту, 54 рисунки, 25 таблиць, додатки. Загальний обсяг - 149 сторінок.