CC BY
2
Гигиена труда
© А. В. ИЛЬНИЦКЛЯ. 1990 613.6:621.791.947.53
А. В. Ильницкая
ГИГИЕНА ТРУДА ПРИ ПРИМЕНЕНИИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Московский НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
В двенадцатой пятилетке предусматривается дальнейшее развитие плазменной технологии с освоением производства универсальных плазменных установок и внедрением плазменного оборудования высокой производительности.
Существующие технологические плазменные установки, применяемые для различных целей, существенно отличаются друг от друга по конструкции и физическим параметрам генерируемой плазмы; вместе с тем в основу действия каждой из них положен принцип принудительной ионизации газа для получения плазмы.
Современный период характеризуется широким внедрением типовых установок, например типа УПУ, УМП, АПР, машин плазменной резки типа «Кристалл», «Зенит», «Енисей», «Киев», а также созданием гибких модулированных комплексов большой мощности с автоматизированным управлением. Поэтому достаточно острым является вопрос рациональной организации плазменных участков и ограничения вредного влияния на организм работающих неблагоприятных факторов, присущих плазменной технологии.
* В настоящей работе обобщены материалы многолетних комплексных исследований по гигиене труда при технологическом применении низкотемпературной плазмы и обоснованы ведущие направления оздоровления условий труда.
Большая концентрация энергии в плазменной струе, высокая температура среды и высокие скорости протекания физико-химических реакций определяют качественное своеобразие и высокие уровни неблагоприятных факторов, образующихся в процессе плазменной обработки. К ним относятся высокочастотный аэродинамический шум, аэрозоли, содержащие металлы и их окислы, озон, окислы азота, высокие концентрации аэроионов, электромагнитное излучение, включающее ультрафиолетовый (УФ), видимый и инфракрасный диапазоны волн, а также высокочастотное (ВЧ) излучение в случаях применения для генерации плазмы ВЧ-плазмо-тронов.
Гигиенические исследования показали, что уровни факторов зависят от мощности плазмотронов, стабильности работы установок, физико-
химических свойств обрабатываемых металлов, а также от степени автоматизации процессов и эффективности применяемых средств коллективной защиты.
При отдельных видах технологии ведущим фактором в формировании условий труда является шум (напыление, резка, плазменно-механи-ческая обработка). Особенность шума плазмотронов состоит в широком спектре колебаний с преобладанием максимума звуковой энергии в области высоких частот (2, 4, 8, 16 кГц). Средние значения уровней шума при работе установок различного типа приведены в табл. 1.
Как видно из приведенных данных, шум наиболее высокого уровня создавался установками типа УПУ, УМП, АПУ при применении водорода и его смесей для плазмообразования и превышал санитарную норму (СП № 3223—85) на 40—50 дБ.
Производственный эксперимент, поставленный с целью обоснования гигиенической оптимизации технологических режимов как одного из направлений снижения шума в источнике его образования, показал слабую зависимость шума от энергетических характеристик дуги; уменьшение скорости истечения плазмы, а также расхода плазмообразующего газа сопровождалось значительным снижением уровня звуковых колебаний по всему спектру. Однако уменьшение расхода газа для снижения шума оказалось технологически невозможным, что вызвало необходимость разработки способов и средств звукоизоляции и звукопоглощения для ограничения действия шума на организм [1].
Гигиеническими исследованиями установлено наличие в воздухе при плазменной обработке пылегазовых композиций, в основе образования которых лежит тепловое взаимодействие плазмы, обрабатываемого материала и окружающего воздуха. Присутствие реакционноспособных газов приводит к окислению, азотированию, обезуглероживанию и другим физико-химическим превращениям напыляемых материалов [2].
В силу того что распределение температур в плазменной струе характеризуется неоднородностью по сечению шнура плазмы, при некото-
Таблица I
Параметры шума при работе плазменных установок различного типа на расстоянии 0,5 м от плазмотрона
Уровни звукового давления (в дБ) в октавных полосах с среднегеометрическими частотами, Гц
Тип ус- Уровень
ПОВКИ 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 1С 000 31 500 звука. дБ А Л
УПУ 90,7 96,2 97,6 100,4 100,4 105,0 113,8 121,8 121,2 118,5 * 125,2±2,2
±3,0 ±3,9 ±2,5 ±2,4 ±1,7 ±2,2 ±2,1 ±2,3 ±1,3 ±2,2
УМП 77,1 77,1 82,3 86,0 93,0 102,0 109,0 115,0 112,0 108,3 105,0±1,8
±1,0 ±1,0 ±0,5 88,8 ±1,0 ±1,5 ±1,0 ±1,6 ±1,0 ±2,2 ±1,0
АПР 76,3 87,6 89,6 89,3 95,3 99,3 101,3 101,6 96,0 104,6± 1,2
±2,9 ±5,0 ±5,4 ±2,9 ±2,5 ±1,7 ±1,7 ±1,3 ±1,0 ±1,0
АПУ 87 103 101 94 99 110 120 119 122 123 125
«Плазма- 78,0 72,3 78,0 84,0 89,0 94,0 95,1 93,2 90,4
4» ±1,0 ±1,3 ±1,5 ±1,0 ±1,6 ±2,1 ±1,0 ±1,5 ±1,0
«Крис- 82,6 77,5 77,5 79,7 79,0 80,7 85,5 96,7 89,2 74,7 93,0±3,9
талл» ±2,2 ±2,2 ±1,0 ±1,0 ±5,0 ±3,0 ±3,6 ±5,3 ±5,9 ±7,0 88
ЭДР-60 77 75 79 81 88 87 99 102 95 104
УГЭР-500 79 75 74 78 85 90 102 104 103 88 106
рых видах технологии не происходит достаточного для испарения нагрева вещества и поэтому образуются лишь оплавленные сферические частицы. Удельная поверхность такого рода порошков различна: по нашим данным, величина ее у аэрозоля двуокиси циркония, поступающего в воздух при плазменном напылении, составляла 3,37 м2/г; при напылении порошков на основе никеля удельная поверхность образующегося аэрозоля равнялась 5,2 м2/г. Нагрев обрабатываемого материала до испарения (резка, плазмохимическая технология) приводит к выделению аэрозоля чрезмерно высокой дисперсности, для которого характерна высокая удельная поверхность и сорбционная способность по отношению к газам [31.
По результатам электронной микроскопии аэрозоль, образующийся при плазменной обработке, состоит из частиц размером до 5 мкм (более 80% — до 1 мкм). Фазовый анализ по-
казал сложную структуру аэрозолей: составляющими их являются металлы и их окислы, карбиды, силициды, двойные и тройные окислы типа . шпинелей. Наиболее сложный состав имеют т аэрозоли, образующиеся при обработке легированных сталей и сплавов на основе никеля и хрома. Они содержат соединения трех- и шестивалентного хрома, закиси железа, никеля, окиси меди, цинка.
Наличие высокотоксичных металлов в аэрозоле подтверждено результатами лазерной масс-спектрометрии.
Таким образом, физико-морфологическая, химическая и фазовая структура аэрозолей позволяет предполагать его высокую биологическую активность, так как, по данным многих исследователей, субмикронная дисперсность обеспечивает глубокое проникновение и задержку частиц в межальвеолярных перегородках, аль- ц веолах, возможность переноса их фагоцитами
Таблица 2
Факторы, формирующие условия труда при разных видах плазменной технологии
Вид технологии Шум, дБ л Аэрозоль, мг/м* Озон, мг/м-1 Окислы азота , мг/м3 Оптическое излучение, Вт/м2 Аэромоны. эл. зар/см'
Напыление:
ручное 125—130 16,06±1,73 0,123±0,01 4,0±0,45 5,0—11,7 1,1±0,Ы08
механизированное 120—124 3,95±0,56 0,038±0,005 1,0±0,08 5,0—11,7 —
автоматизированное 85—90 1,68±1,0 Отсутствуют —
Резка:
ручная 100—120 6,5±0,8 0,75±0,08 12,2±1,3 2,9—7,7 5,0-Ю6
механизированная 95—119 3,9±0,3 0,25±0,03 4,02±0,52 2,9—7,7 3,0-10°
автоматизированная 90—103 3,15±0,9 0,34±0,028 0,63±0,05 2,9—7,7 —
Плазменно-механическая обра-
ботка на станках:
карусельных 100—106 2,6±0,4 0,27±0,02 3,0±0,5 0,96—2,5 _
токарных 92—97 2,3±0,4—5,7±0,7 0,15±0,002 Следы 0,96—2,5 —
Наплавка 55-60 0,7±0,01 0,76±0,026 2,74±0,18 3,0-7,5 3,45±0,009 • 10е
Сфероидизация 85 Следы 0,25±0,03 1,8±0,26
Примечание. Прочерк — не определяли.
непосредственно в кровеносную и лимфатическую системы и взаимодействие металлов с биосубстратами организма [4—7].
Количественные показатели содержания аэрозоля в воздухе рабочей зоны характеризуются достаточно высокой вариабельностью концентраций в зависимости от условий его образования ^ эффективности локализации. Однако если рассмотреть запыленность на рабочих местах в динамике совершенствования плазменного оборудования, то следует отметить существенное снижение концентрации на современном этапе применения механизированных и автоматизированных плазменных установок (табл. 2).
Необходимо отметить постоянство образования озона и окислов азота в струе плазмы, а также фотохимическое образование озона в воздухе за счет ионизирующего эффекта УФ-излу-чения.
Результаты изучения пространственного распределения концентраций газов свидетельствуют о преимущественном накоплении их над плазменным факелом и в ближней рабочей зоне, ? указывают на повышенную способность к об-' разованию озона в аргоноводородной плазме и прямую связь концентраций с мощностью УФ-излучения.
При плазменной наплавке, ручной плазменной резке высоколегированных сталей, плазмен-но-химической технологии средние концентрации озона составляли соответственно 0,76± ±0,026, 0,75±0,08 и 0,36+0,08 мг/м3.
Наибольшая плотность мощности УФ-излуче-ния установлена в диапазоне 220—290 им и составляла максимально 11,7 Вт/м2 при напылении, до 10 Вт/м2 при наплавке, 7,5 Вт/м2 при резке, что превышало допустимый уровень энергетической облученности для кратковременного ^воздействия.
Интенсивность инфракрасного излучения плазменных струй на расстоянии 0,5 м от сопла плазмотрона не превышала 1047—1398,4 Вт/м2. Однако тепловое излучение от нагретого металла составляло 3544 Вт/м2.
Ионизирующий эффект плазмы и УФ-излуче-ния обеспечивал высокие концентрации аэроионов: концентрации тяжелых аэроионов при плазменной обработке металлов достигали 1,1-108 положительных электронных зарядов в 1 см3, 6,0±0,7-106 отрицательных зарядов в 1 см3. Несмотря на временные флюктуации, отмечена относительная стабильность ионного состава на рабочем месте во время работы.
Анализируя результаты исследований в производственных условиях с позиций гигиенической характеристики отдельных видов технологии, следует выделить плазменное напыление и £ резку цветных металлов, особенно при обработке крупногабаритных изделий, как наиболее не соответствующие санитарным нормам и требо-
ваниям ввиду высоких уровней и широкого представительства вредных факторов.
Система оздоровительных мероприятий, поэтапно реализуемая по мере внедрения плазменной технологии, включала требования к проектированию оборудования и плазменных участков, режимам работы установок, организации рабочих мест, разработке и эффективному использованию средств коллективной защиты от воздействия неблагоприятных факторов производственной среды. Результаты гигиенических исследований, проведенных в период опытно-промышленного освоения плазменной технологии в различных отраслях промышленности, позволили разработать и в значительной мере внедрить мероприятия оздоровительного характера, а также обосновать требования к устройству и эксплуатации плазменных установок («Санитарные правила на устройство и эксплуатацию оборудования для плазменной обработки» № 4053—85).
В связи с особой ролью шума в развитии возможных нарушений состояния здоровья предложены устройство звукоизолирующих кабин, кожухов, экранов, звукопоглощающая облицовка стен и потолка помещений плазменных участков, применение дистанционного управления.
Испытания, проведенные на установках плазменного напыления, показали, что звукоизолирующая способность экранов составила 21— 23 дБ, кожухов — 40 дБ и более; в отдельных случаях при применении звукоизолирующих камер достигнуты предельно допустимые уровни звука по всем частотам спектра.
В системе оздоровительных мероприятий большое значение придается организации вентиляции. Предложены и опробованы конструкции местных отсосов и условия их эксплуатации, в частности скорости удаления вредных веществ, способы очистки воздуха от твердой фазы аэрозоля; определены рациональные принципы проектирования вентиляции при дальнейшем развитии плазменной техники.
При осуществлении плазменного напыления и резки в машиностроении, плазменно-механи-ческой обработки в металлургии высокий оздоровительный эффект получен в связи с автоматизацией управления установками. При автоматизированной плазменной резке в сравнении с механизированной содержание озона в воздухе рабочей зоны снижено с 0,25±0,029 до 0,015± ±0,003 мг/м3, окислов азота — с 4,02±0,52 до 0,7±0,057 мг/м3.
Своевременное внедрение системы оздоровительных мероприятий обеспечило отсутствие профессиональных заболеваний и стабильно низкие уровни общей заболеваемости с временной утратой трудоспособности.
Выводы 1. Неблагоприятными факторами, формирующими условия труда при работе на
2 Гигиена и санитария № 1
— 33 —
плазменных установках, являются шум, ультразвук, пылегазовые смеси, электромагнитное излучение оптического спектра, интенсивная аэроионизация в сочетании с нервно-эмоциональным характером труда.
2. Многообразие параметров и сочетаний неблагоприятных факторов, их качественные особенности требуют дифференцированного подхода к гигиенической оценке условий труда при конкретных видах плазменной технологии.
3. Поэтапное совершенствование плазменной технологии и оборудования с учетом отраслевых особенностей ее применения и осуществление комплекса оздоровительных мер в период опытно-промышленных разработок и на стадии проектирования обеспечивают социальный и гигиенический эффект: достигнуты ПДК вредных веществ, на 20—30 дБ снижен шум и ограничено влияние оптического излучения (при работе установок закрытого типа) путем внедрения светозащитных экранов.
Литература
1. Ильницкая А. В., Блохин В. С., Мельников Е. В.// Гиг.
труда. — 1976. — № 4. — С. 50—52.
2. Лясников В. Н.. Украинский В. С., Богатырев Г. Ф. Плазменное напыление покрытий в производстве изделий электронной техники. — Саратов, 1985.
3. Ивлев Л. С., Сирота В. Г., Скобликова А. Л. и др.// Труды Центр, аэрологической обсерватории.— 1982.— Т. 149, —С. 85—90.
4. Лейте В. Определение загрязнения воздуха в атмосфере и на рабочем месте: Пер. с нем. — Л., 1980.
5. Рощин А. В. //Гиг. труда. — 1975. — № 6. — С. 58—60.
6. Günter R. // Schweiss. u. Schnied. — 1982. — Bd 3& N 2. —S. 112—114.
7. Hewitt P. S., Gran С. N. // Amer. Industr. Hyg. Ass. J. — 1983. — Vol. 44, N 10. — P. 727—732.
Поступила 14.11.88
S i! m m a r y. Hygienic aspects of the development of plasma technology are considered. As illustrated by the most widespread kinds of industrial technology, hygienic characteristics of noise, dust and gaseous mixtures, electromagnetic radiation and aeroionic air composition are described along with the qualitative indicators of these factors under various ways of plasma treatment. Trends in sanitation of labor conditions are demonstrated and examples of efficacy ' of various sanitation measures presented.
© В. П. ДЯДИЧКИН, 1990 УДК 612.745.6:[612.825.8+ 612.766.1
В. П. Дядичкин
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАБОЧЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ УМСТВЕННОМ И ФИЗИЧЕСКОМ ТРУДЕ
Гомельский университет
Трудовая деятельность обладает свойством создавать у человека рабочее, или функциональное, напряжение, под которым понимается совокупность изменений состояния человека, обусловленных трудом и его условиями, т. е. интегральный ответ организма на трудовую нагрузку [17, 19, 28]. Обобщенная количественная оценка этих изменений — один из главных вопросов гигиены и физиологии труда, решение которого необходимо для физиологического нормирования труда, построения режима труда и отдыха, определения оптимальной с физиологической и экономической точек зрения интенсивности труда, контроля за эффективностью оздоровительных мероприятий. Основная трудность состоит в методологической неразработанности количественного описания явлений, с которыми приходится сталкиваться при целостном подходе к исследованию функционального состояния работающего человека. Затруднения обусловлены в первую очередь тем, что исследователи часто отмечают улучшение показателей к концу работы, в том числе и ведущих функций [3, 8, 31]. Авторы [22, 28] указывают на необходимость учета «закона» исходного уровня, который состоит в том, что при высоких исходных
значениях под влиянием работы имеет место их снижение, а при низких значениях — повышение. Кроме того, профессионально значимые функции обладают устойчивой работоспособ^ ностыо [26, 27]. Существенное значение имеют* индивидуальные различия, которые часто бывают большими, чем сдвиги показателей функций в течение рабочего времени. Немаловажную роль играет наличие отрицательных корреляционных связей между ведущими физиологическими функциями при выполнении реальных трудовых операций [10].
Общепринятой обобщенной оценки реакций организма на трудовую нагрузку нет. На возможность ее указано в работах [18, 24, 29, 30]. Из наиболее значимых методик следует назвать интегральную количественную оценку утомления [15] и интегральную количественную оценку работоспособности [5]. Главными недостатками первой методики являются исключение из расчета положительных сдвигов в функционировании физиологических систем, а также использование усредненной оценки по разным показа- , телям, второй — учет качественных, а не коли-^ чественных сдвигов показателей физиологических функций.
