Описание

Лабораторная работа 71

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный технологический университет

Лабораторная работа № 7

«Определение и нормирование вредных веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений»

Цель работы. ознакомиться с требованиями, предъявляемыми к качеству воздуха рабочей зоны, методами и приборами газового анализа; выполнить практические замеры концентраций газов и паров в воздухе производственных помещений и сравнить их с санитарными нормами.

Приборы и оборудование. УГ-2, ГХ-4, ПГФ 2М1-ИЗГ.

студент факультета ТТЛП

группы ММЛ-5, Vкурса

Человек в состоянии покоя за 1 мин вдыхает 6-8 л воздуха, при работе этот объем увеличивается и может достигать 100-120 л/мин. Поэтому присутствие даже небольших количеств вредных веществ в воздухе рабочей зоны может привести к отравлениям и заболеваниям человека. Пары и газы, возникающие в производственном процессе и при хранении химических веществ, могут проникать в организм человека через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, неповрежденную кожу и при этом воздействовать на его ткани и биохимические системы, вызывая нарушения процессов нормальной жизнедеятельности.

При любой форме отравления характер действия вредного вещества определяется степенью его физиологической активности – токсичностью .

Токсичность вещества зависит от ряда факторов: его состава и строения, физико-химических свойств и агрегатного состояния, концентрации в воздухе, путей проникновения в организм, продолжительности действия, дозы, а также от особенностей состояния организма человека.

Чем выше дисперсность, тем легче проникают вещества в организм и тем сильнее их вредное действие. С увеличением растворимости веществ в воде и жирах возрастает их токсичность.

Действие ядовитого вещества на организм может быть местным и общим. Типичным местным действием обладают газы и пары, вызывающие раздражение слизистых оболочек носа, горла, бронхов (пощипывание, сухой кашель и др.) и глаз (резь, боль, слезотечение).

Большинство промышленных ядов обладает резорбтивным действием, проявляя свою токсичность после всасывания в кровь.

Для оценки вредности химических веществ в воздухе рабочей зоны устанавливаются предельно допустимые концентрации (ПДК).

Предельно допустимыми концентрациями вредных веществ в воздухе рабочей зоны являются такие концентрации, которые при ежедневной работе в пределах 8 ч или при другой продолжительности рабочего дня, но не более 40 часов в неделю, в течение всего рабочего стажа не могут вызвать у работающих заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований, непосредственно в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны являютсямаксимально разовыми .

При отсутствии утвержденного значения ПДК временно можно пользоваться величиной ОБУВ (ориентировочно безопасного уровня воздействия).

ОБУВ устанавливается, как правило, на период, предшествующий проектированию производства. Он рассчитывается исходя из физико-химических свойств веществ или путем интерполяций и экстраполяций в рядах, близких по строению соединений, или по показателям острой опасности. ОБУВ должны пересчитываться через два года после утверждения или заменяться ПДК с учетом накопленных данных о соотношении здоровья работающих с условиями труда. ОБУВ не должны применяться при проектировании производства.

По степени воздействия на организм человека вредные вещества подразделяются на 4 класса:

1 – вещества чрезвычайно опасные (ванадий и его соединения, оксид кадмия, карбонил никеля, озон, ртуть, свинец и его соединения, терефталевая кислота, тетраэтилсвинец, фосфор желтый и др.);

2 – вещества высокоопасные (оксиды азота, дихлорэтан, карбофос, марганец, медь, мышьяковистый водород, пиридин, серная и соляная кислоты, сероводород, сероуглерод, тиурам, формальдегид, фтористый водород, хлор, растворы едких щелочей и др.);

3 – вещества умеренно опасные (камфара, капролактам, ксилол, нитрофоска, полиэтилен низкого давления, сернистый ангидрид, спирт метиловый, толуол, фенол, фурфурол и др.);

4 – вещества малоопасные (аммиак, ацетон, бензин, керосин, нафталин, скипидар, спирт этиловый, оксид углерода, уайт-спирит, доломит, известняк, магнезит и др.).

Отнесение вредного вещества к классу опасности производят по показателю, значение которого является максимальным.

Средняя смертельная доза при введении в желудок – это доза вещества, вызывающая гибель 50 % животных при однократном введении в желудок.

Средняя смертельная концентрация в воздухе – это концентрация вещества, вызывающая гибель 50 % животных при двух–четырехчасовом ингаляционном воздействии.

Средняя смертельная доза при нанесении на кожу – доза вещества, вызывающая гибель 50 % животных при однократном нанесении на кожу.

Коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО) – отношение максимально достижимой концентрации вредного вещества в воздухе при 20?С к средней смертельной концентрации вещества для мышей.

Зона острого действия – отношение средней смертельной концентрации вещества к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей изменения биологических показателей на уровне целостного организма, выходящих за пределы приспособленческих физиологических реакций.

Зона хронического действия – отношение минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей изменение биологических показателей на уровне целостного организма, выходящих за пределы приспособительных физиологических реакций к минимальной концентрации, вызывающей вредное действие в хроническом эксперименте по 4 часа, пять раз в неделю на протяжении не менее 4-х месяцев.

При одновременном присутствии в воздухе помещений некоторые вещества могут обладать однонаправленным действием. Как правило, сюда относятся соединения, близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на организм человека.

Однонаправленным действием обладают следующие сочетания веществ: сернистый и серный ангидриды; формальдегид и соляная кислота; различные спирты; различные кислоты; различные щелочи; различные ароматические углеводороды (толуол и ксилол, бензол и толуол); сероводород и сероуглерод; другие вещества.

При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ однонаправленного действия расчет общеобменной вентиляции необходимо производить путем суммирования объемов воздуха, необходимых для разбавления каждого вещества в отдельности до его ПДК с учетом загрязнения приточного воздуха, а сумма отношений фактических концентраций каждого из них (С₁. С₂. С_n ) в воздухе к их ПДК (ПДК₁. ПДК₂. …, ПДК_n ) не должна превышать единицы:

При одновременном присутствии в воздухе разнонаправленных вредных веществ количество приточного воздуха допускается принимать по тому вредному веществу, для которого требуется подача наибольшего объема чистого воздуха.

При концентрации в воздухе рабочей зоны вредных веществ, превышающей ПДК, у работающих могут возникать острые и хронические отравления, а такжепрофессиональные заболевания .

В соответствии с СанПиН № 11-19-94 для ряда вредных веществ нормируется предельно допустимый уровень (ПДУ) загрязнения кожи работающих (мг\см 2 ).

Контроль загрязнения кожи осуществляют во время технологических процессов и операций при наибольшем контакте работающих с вредными веществами не менее 3-х раз в смену.

Отбор проб осуществляют способом смыва с тыльной стороны кисти или ладони (площадь 50 см 2 ) поочередно 3-мя ватными тампонами (массой по 0,3 г), смоченными растворителями. Тампоны укладываются в стаканчик с притертой пробкой и затем исследуются как одна проба. Пробы с кистей рук (площадь 360 см 2 ) отбираются способом полива (30 мл растворителя постепенно поливают ватный тампон, которым протирают участок кожи сверху вниз над фарфоровой чашкой или лотком), обмыва (тампоном протирают кожу, ополаскивая его растворителем, налитым в чашку или лоток).

Кроме отравлений и заболеваний, пары и газы в смеси с воздухом могут вызвать взрывы. Для предотвращения такого явления необходимо знать нижний иверхний концентрационные пределы распространения пламени (взрываемости) смесей.

В производствах, где в рабочих помещениях могут образовываться опасные концентрации вредных веществ или взрывоопасные смеси газов и паров с воздухом, производится систематический контроль состояния воздушной среды. Такой контроль осуществляется не только в помещениях, но и в аппаратах, резервуарах и колодцах при подготовке их к ремонту, и особенно с применением огневых работ.

Контроль состояния воздушной среды производственных помещений проводится по графику, утвержденному главным инженером предприятия.

При проведении химического исследования воздуха важное значение имеет выбор точек отбора проб, которые определяются особенностями технологического процесса (периодичность, температурный режим), физико-химическими свойствами контролируемых веществ (плотность, давление пара, летучесть и др.), опасностью и характером действия химического вещества, расположением и функционированием оборудования и санитарно-технических устройств, компоновкой здания (этажность, наличие межэтажных проемов и др.), количеством рабочих мест, длительностью пребывания рабочих на данном месте.

При выборе точек и периодичности отбора проб в производственных помещениях особое внимание должно уделяться рабочим местам аппаратчиков, операторов и других работников основных профессий. Точки отбора определяются с учетом участков возможного выделения в воздух наибольшего количества вредных веществ. Отбор проб воздуха производится в рабочей зоне (пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой находятся места постоянного или временного пребывания работающих) на расстоянии 0,5 м от источников выделения вредных веществ в условиях действующей приточно-вытяжной вентиляции вне действия факела приточной вентиляции и открытых окон.

При возможном поступлении в воздух рабочей зоны химических веществ, опасных для развития острых отравлений, а также в количествах, способных вызвать взрывы, отбор проб должен быть непрерывным с применением систем самопишущих автоматических приборов, выдающих сигнал превышения уровней ПДК или НКПРП (нижнего концентрационного предела распространения пламени) веществ. При отсутствии автоматических газоанализаторов допускается контроль указанных веществ не реже одного раза в сутки.

Обычно периодичность отбора проб и анализа устанавливается в зависимости от класса опасности и применяется для веществ 1 класса опасности – не реже 1 раза в 10 дней, 2 – не реже 1 раза в месяц, 3 и 4 классов опасности – не реже 1 раза в квартал.

Содержание вредного вещества в данной конкретной точке характеризуется следующим суммарным временем отбора для токсичных веществ:

– не менее 15 мин, для веществ преимущественно фиброгенного действия;

– 30 мин. За указанный период времени может быть отобрана одна или несколько последовательных проб через равный промежуток времени. Результаты, полученные при однократном отборе или при усреднении последовательно отобранных проб, сравнивают с величинами ПДК.

Для контроля воздушной среды применяются лабораторные, индикационные и экспресс-методы. Существуют также автоматические приборы контроля газовой среды.

Лабораторные методы очень точны и дают возможность определить микроколичества токсичных веществ в воздухе. При применении этого метода берется проба воздуха в производственном помещении и анализируется в лаборатории. Однако такие методы требуют значительного времени и применяются главным образом в исследовательских работах. Для этой цели используют различные методы химического (объемные и весовые) и физико-химического (фотоколориметрия, спектроскопия, кулонометрия, хроматография, полярография и др.) анализа.

Экспресс-методы служат для качественного и количественного определения концентрации вредных паров и газов непосредственно в рабочей зоне. Для проведения контроля экспресс-методами применяются газоанализаторы марок УГ, химический газоопределитель ГХ, газоанализатор типа ПГФ 2 М1– ИЗГ и др.

Экспресс-методы преимущественно основаны на получении цветной реакции при взаимодействии определяемого вещества с твердым сорбентом – индикаторным порошком, помещенным в узенькую стеклянную трубку. При протягивании загрязненного воздуха через трубку индикаторный порошок окрашивается на определенную длину, по величине которой судят о концентрации определяемого вещества. В известных пределах концентраций наблюдается линейная зависимость, что позволяет вычислить коэффициент пропорциональности, т.е. количество вещества, соответствующее 1 мм длины окрашенного слоя. Основные положения линейно-колористического метода реализованы в газоанализаторах УГ-1 и УГ-2.

Индикационные методы отличаются простотой, с их помощью можно быстро определить качественный состав загрязнителей. Индикационные методы применяются, когда нежелательно присутствие токсичных веществ даже в малых концентрациях, а при их наличии требуются особые срочные меры (пуск аварийной вентиляции, нейтрализация загазованного участка, применение средств индивидуальной защиты и т.д.). Однако количественное определение токсичных веществ в воздухе при помощи индикационных методов можно произвести весьма ориентировочно.

В основу индикационных методов положены цветные реакции между загрязненным воздухом и поглотительным раствором или реактивной бумажкой. По интенсивности окрашивания поглотителя можно ориентировочно судить о концентрации определяемого вещества в воздухе. Так, бумажка, пропитанная уксуснокислым свинцом, чернеет в присутствии следов сероводорода; бумажка, пропитанная парами диметиламинобензольдегида (бумажка Прокофьева), краснеет в присутствии следов фосгена и т.д.

Автоматические газоанализаторы непрерывного действия осуществляют обычно непрерывную регистрацию уровня загазованности на диаграммной ленте. Газоанализаторы могут обладать различной чувствительностью. Газоанализаторы, настроенные на уровни ПДК или НКПРП, при достижении соответствующей концентрации дают световой или звуковой сигнал, автоматически включают вентиляцию и др. Такие приборы называютсягазосигнализаторами .

Из стационарных автоматических газосигнализаторов, определяющих концентрации горючих газов, паров и их смесей с воздухом, не превышающие взрывоопасные, следует отметить следующие: СГП-1 ХЛЧ (горючие пары нефти и нефтепродуктов); СДК-2 (органические вещества и их смеси); СВИ-4 (аммиак, ацетон, бензин, бензол, сероводород, стирол и многие другие).

Для определения и сигнализации о превышении ПДК токсичных веществ используются газоанализаторы следующих марок: ФКГ-3М (хлор); ФЛС (сероводород, аммиак, фосген, синильная кислота); ФЛ-550 1М (озон, диоксид азота, сероводород, аммиак, хлор, сернистый газ); ГМК-3 (оксид углерода); ГКП-1 (сернистый ангидрид); ФК (оксиды азота, фтористый водород) и другие.

Для обеспечения необходимого качества воздуха в рабочей зоне производственных помещений требуется выполнение ряда организационных и технологических мероприятий.

В состав мероприятий по борьбе с загрязнением воздуха газами и парами и защите от действия их на организм человека входят: 1) рационализация производственных процессов, устраняющая образование пыли, паров и газов или удаляющая вредные вещества из технологического процесса; 2) герметизация промышленного оборудования; 3) улавливание и нейтрализация промышленных выбросов; 4) устройство общеобменных и местных вентиляционных систем; 5) санитарно-гигиеническое содержание производственных помещений и выполнение работающими правил личной гигиены; 6) использование индивидуальных средств защиты и ношение спецодежды; 7) профессиональный отбор лиц для работы в цехах с вредными условиями труда и их периодический осмотр; 8) инструктаж и обучение работающих безопасным приемам труда.

В данной работе производится определение концентрации вредных паров и газов экспресс-методом.

Для имитации помещений, содержащих газы и пары вредных веществ, в работе используются стеклянные емкости с соответствующими компонентами. Отбор проб и анализ воздуха из указанных сосудов производится с помощью следующего оборудования.

1.Универсальный переносной газоанализатор типа УГ-2

Газоанализатор УГ-2, устройство которого представлено на рис. 1, предназначен для определения в воздухе производственных помещений хлора, аммиака, сероводорода, оксида углерода, бензина, бензола, ксилола, ацетилена и др. газов и паров.

Погрешность показаний газоанализатора составляет ?10 % от верхнего предела каждой шкалы определяемого вещества.

Взакрытой части корпуса (1) помещается резиновый сильфон (2) с двумя фланцами и стаканом, в котором находится пружина (3). Во внутренних гофрах сильфона установлены распорные кольца (4) для придания сильфону жесткости и сохранения постоянства объема. На верхней плате (9) имеется неподвижная втулка (7) для направления штока (6) при сжатии сильфона. На штуцере (11) с внутренней стороны надета резиновая трубка (12), которая вторым концом через нижний фланец соединяется с внутренней полостью сильфона. К свободному концу трубки (10) при анализе присоединяется индикаторная трубка и при необходимости фильтрующий патрон. Просасывание исследуемого воздуха через индикаторную трубку производится после предварительного сжатия сильфона штоком. На гранях (под головкой штока) обозначены объемы просасываемого при анализе воздуха. На цилиндрической поверхности штока имеются четыре продольные канавки, каждая с двумя углублениями (5), служащими для определения фиксатором (8) объема просасываемого воздуха. Расстояние между углублениями на канавках подобрано таким образом, чтобы при ходе штока от одного углубления до другого сильфон забирал необходимое для анализа данного газа количество исследуемого воздуха.

Рис. 1. Устройство газоанализатора

еред началом определения концентрации примеси в воздухе необходимо приготовить индикаторные трубки с соответствующим поглотителем.

Индикаторная трубка представляет собой стеклянную трубку, заполненную индикаторным порошком. Приготавливается она следующим образом. В один из концов стеклянной трубки (1) (рис. 7.2) вставляют стержень (2), а в противоположный вкладывают прослойку из гигроскопической ваты (3) и штырьком (4) до соприкосновения с торцом стержня сжимают вату. При этом толщина прослойки из ваты не должна превышать 2,5 мм.

Затем вынимают стержень и через воронку с тонким концом (5) индикаторный порошок из ампулы (6), вскрытой перед самым применением, насыпают до края в открытый конец трубки.

Постукиванием по стенке трубки стержнем достигается уплотнение столбика порошка, после чего сверху столбика накладывают такую же прослойку из гигроскопической ваты.

Неплотное заполнение порошка в индикаторной трубке способствует увеличению длины окрашенного столбика и размытости его границ. Длина уплотненного столбика порошка в трубке должна составлять 68-70 мм.

Для перезарядки использованных индикаторных трубок с помощью крючка (7) извлекают тампон и высыпают использованный индикаторный порошок в специальную коробку.

Дальнейшая подготовка прибора к измерению состоит в следующем: из гнезда прибора вынимают шток (6) (рис. 1), который вставляют в отверстие в центре прибора. Просасывание исследуемого воздуха через индикаторную трубку производится после предварительного сжатия сильфона штоком.

Объем просасываемого воздуха указан под головкой штока. Выбранное значение объема просасываемого воздуха устанавливается в сторону стопора. Далее, оттягивая левой рукой стопор, нажимают на головку штока, топя его. При этом сильфон сжимается. Топят шток до тех пор, пока верхнее углубление не дойдет до стопора (8). Шток фиксируется стопором и остается в этом положении. Затем индикаторную трубку вставляют в резиновую (10). Перед просасыванием воздуха через трубку слегка надавливают на головку штока, отводят стопор (8). Освобожденный шток под действием пружины (3) движется вверх. Стопор сразу же нужно отпустить. Когда нижнее углубление на канавке штока совпадет со стопором, последний со щелчком войдет в

Рис. 2. Принадлежности для подготовки индикаторной трубки:

1 – стеклянная трубка; 2 – стержень;

3 – вата; 4 – штырек; 5 – воронка;

6 – ампула с индикаторным порошком;

него и остановит шток.

Просасывание воздуха через индикаторную трубку необходимо проводить в течение времени, указанного на соответствующей шкале (общее время просасывания). После этого индикаторную трубку отсоединяют и накладывают на специальную шкалу для определения концентрации примеси. Индикаторную трубку размещают так, чтобы границы порошка в ней со стороны просасывания воздуха совпадали с нулевым делением шкалы. Деление на шкале напротив участка с изменившимся цветом порошка в индикаторной трубке укажет содержание исследуемой примеси в воздухе в мг/м 3 .

На шкалах к прибору приведены время хода поршня и общее время просасывания воздуха через трубку, которые следует учитывать при исследовании воздуха.

2. Химический газоопределитель ГХ-4 (5)

Химический газоопределитель предназначен для прямого экспресс–определения концентраций оксида углерода, оксидов азота, сернистого газа, сероводорода, углекислого газа и других веществ в воздухе.

Общий вид прибора с принадлежностями показан на рис. 3. Газоопределитель ГХ-4 (5) представляет собой меховой насос-аспиратор АМ-5 (1), предназначенный для просасывания анализируемого воздуха через индикаторные трубки, с набором готовых индикаторных трубок (2), являющихся его измерительной частью.

Принцип действия газоопределителя основан на изменении окраски индикаторной массы в трубке при пропускании через нее газовой смеси, содержащей определяемый газ, и измерении его концентрации по длине изменившего окраску слоя индикаторного порошка.

Индикаторные трубки длиной 125 мм и наружным диаметром 7 мм заполняются специфичными на каждый определяемый газ реактивными порошками, концы трубок оттянуты и запаяны.

Аспиратор АМ-5 представляет собой ручной резиновый мех с объемом хода 100 мл. Внутри меха расположены пружины, удерживающие его в разжатом положении. Наружная часть пружины в подвеске имеет отверстие и служит для обламывания концов индикаторных трубок, а резиновая трубка – для их вставки. Выпускной клапан обеспечивает выход воздуха из меха при его сжатии.

В местах, где нужно определить концентрацию газов, вскрывают индикаторную трубку так, чтобы не нарушить прокладку и слой порошка. Запаянные концы трубок необходимо отламывать осторожно, во избежание попадания осколков в глаза, для чего необходимо держать аспиратор на расстоянии вытянутой руки, повернув голову в сторону. Индикаторную трубку плотно вставляют в резиновую трубку прибора. Стрелка на трубке при этом должна быть направлена к аспиратору. Сжимают резиновый мех до упора, а затем отпускают его. При этом исследуемый воздух просасывается через индикаторную трубку. Если окрашенная часть индикаторного порошка не достигла первого деления, делают столько просасываний, чтобы можно было наиболее точно определить концентрацию примеси. При этом подсчитывают количество просасываний. После этого индикаторную трубку накладывают на шкалу для определения концентрации исследуемого газа, которая, как правило, помещена на обратной стороне коробки с индикаторными трубками. Концентрации указаны здесь в процентах на 1000 мл просасываемого воздуха. Если количество просасываний было больше или меньше 10 (т.е. больше или меньше того объема, на который градуирована шкала), производится пересчет концентрации. При окончательном расчете концентраций определяемого газа необходимо учесть значения поправочного коэффициента на величину атмосферного давления.

3. Переносной газоанализатор типа ПГФ 2М1-ИЗГ

Рис. 3. Химический газоопределитель ГХ-4 (5):

1 – аспиратор АМ-5; 2 – набор готовых индикаторных трубок

ля инструментального экспресс-анализа горючих газов в воздухе рабочих помещений, колодцах, химических аппаратах, газгольдерах и других замкнутых объемах используется переносной газоанализатор типа ПГФ во взрывозащищенном исполнении.

Газовая и электрическая схемы газоанализатора ПГФ 2М1-ИЗГ показаны на рис. 4.

Действие прибора основано на измерении сопротивления платиновой спирали в зависимости от ее температуры, которое может повышаться за счет тепла, выделяющегося при каталитическом окислении углеводородсодержащих газов в измерительной камере.

Электрическая схема газоанализатора представляет собой измерительный мостик, уравновешенный при отсутствии горючих газов.

В измерительную камеру (3) газоанализатора поршневым насосом, смонтированным в приборе, нагнетают анализируемую смесь воздуха с газом. При нажатии кнопки в цепи источника питания (батарея карманного фонаря) ток нагревает платиновую спираль, помещенную в измерительной камере. На этой спирали происходит сгорание анализируемой газовоздушной смеси. За счет дополнительного нагрева от сгорания сопротивление платиновой спирали в камере (3) изменяется по сравнению с сопротивлением в камере (4). Это нарушает равновесие моста, и стрелка гальванометра отклоняется. Чем выше концентрация газа (пара), тем больше отклоняется стрелка гальванометра.

Рис. 4. Принципиальная электрическая и газовая схемы

газоанализатора ПГФ 2М1-ИЗГ:

1 – трехходовый кран; 2,5 – взрывозащитные устройства; 3 – камера рабочего плечевого элемента; 4 – камера сравнительного плечевого элемента

Правила пользования прибором изложены на внутренней стороне крышки. Там же приведены шкалы определений концентраций паров бензина, этанола и др. веществ в мг/л (под металлической частью крышки).