CC BY
7
Гигиена труда
О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2011 УДК 613.6:622.(76
Б. Т. Величковский1, Ю. К. Маликов2, Н. А. Троицкая3, М. А. Беленькая3, Н. В. Сергеева3, О. В. Широкова3, С. В. Кашанскии3, Т. В. Слышкина3, О. В. Симонова3, В. А. Зыкова3
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРЯМОГО ПОДОГРЕВА ВОЗДУХА, ПОДАВАЕМОГО В ШАХТУ
'Российский государственный медицинский университет, Москва; ^Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург; 3ФГУН Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промышленных предприятий
Представлены результаты исследований использования опытной системы предварительного нагрева воздуха (ПНВ), подаваемого в шахту. Система впервые была применена на Урале. Подогрев приточного воздуха происходит при сжигании в его потоке природного газа. Система ПНВ с воздухонагревателем РГ производства ООО "Газ-Инжиниринг" оборудована в дополнение к существующим калориферам для повышения надежности теплоснабжения в условиях севера. Данные исследований показывают, что при соблюдении проектных режимов эксплуатации системы ПНВ во все периоды отопительного сезона (межсезонье, умеренные морозы, самый холодный месяц) концентрации вредных веществ: азота оксидов, азота диоксида, серы диоксида, углерода оксида, бенз(а)пирена, твердого аэрозоля — в подаваемом в шахту воздухе не превышают существующего регламента. Только в самый холодный месяц при максимальном расходе газа содержание азота диоксида превышало норматив, в результате чего максимальная проектная величина расхода природного газа в системе ПНВ была снижена. Основный гигиеническим показателем при эксплуатации данного воздухонагревателя оказалось содержание в воздухе азота диоксида.
Ключевые слова: воздухонагреватель, система предварительного нагрева воздуха, природный газ, азота диоксид
В. Т. Velichkovsky, Yu. К. Malikov, N. A. Troitskaya, М. A. Belenkaya, N. V. Sergeyeva, О. V. Shirokova, S. V. Kashansky, Т. V. Slyshkina, О. V. Simonova, V. A. Zykova. - HYGIENIC EVALUATION OF DIRECT HEATING OF THE AIR DELIVERED TO THE SHAFT
The paper gives the results of exploring a test pre-heating system for the air (APHS) delivered to the shaft. The system has been first used in the Urals. The supply air is heated by burning natural gas in the air current. The APHS system with a RG air heater (ООО "Gas-Engineering") is equipped in addition to the existing heaters to enhance heat supply reliability in northern conditions. The data of the studies show that in all periods of the heating season (interseason, moderate frosts, the coldest month), the concentrations of hazardous substances, such as nitric oxides, nitric dioxide, sulfur dioxide, carbon dioxide, benz(a)pyrene, solid aerosol in the shaft-delivered air, do not exceed those given in the existing regulation provided that the design operating conditions are met. With the maximum gas consumption, the coldest month only was marked by the nitric dioxide content being greater than the standard values, causing the maximum projected natural gas consumption to be lower in the APHS system. The air level of nitric dioxide proved to be a major hygiene indicator while using this air heater. Key words: air heater, air pre-heating system, natural gas, nitric dioxide
Использование систем подогрева приточного воздуха за счет сжигания в его потоке природного газа находит широкое распространение в зарубежных странах не только в условиях производства, но и в гражданском строительстве. В отечественной промышленности в последние десятилетия также применяются газовые смесительные воздухонагреватели с разной конструкцией газогорелочных устройств [1—3].
В северных районах в холодный период года эксплуатация калориферов для нагрева приточного воздуха в шахтах является малоэффективной прежде всего из-за легко замерзающего теплоносителя и невозможности автоматического регулирования теплопроизводительности калориферов.
На предприятиях горнорудной промышленности в России системы предварительного нагрева воздуха (ПНВ) для вентиляции шахты не применя-
Величковский Б. Т. — акад. РАМН, д-р мед. наук, проф. каф. экономики здравоохранения и медицинского образования (Borisvel@comtv.ru).
лись. Впервые такие установки были оборудованы на Урале в 2002 г. [2].
Для гигиенической оценки использования прямого подогрева воздуха в шахтах нами были проведены исследования на шахте "Кальинская" ОАО "Севуралбокситруда", где в дополнение к водяным калориферам оборудована опытная система ПНВ с целью повышения надежности теплоснабжения и снижения затрат на подогрев воздуха.
Установка ПНВ (производство ООО Таз-Ин-жиниринг") выполнена по схеме один вентилятор — один воздухонагреватель и состоит из 4 смесительных воздухонагревателей РГ 1000 КМТ, каждый мощностью 1,98 МВт и производительностью 46,2 нм3/с. Система позволяет автоматически поддерживать температуру воздуха на входе в ствол шахты 6°С при изменении температуры наружного воздуха от -39°С до 8°С. Наружный воздух подается в воздухонагреватель, а продукты горения газа, создаваемые газосжигающим устройством, направляются с потоком воздуха непосредственно на калорифер без специальных устройств для их отвода.
в
гиена и санитария 4/2011
Рис. 1. Схема установки системы ПН В.
/ — вентиляторы; 2— калориферы (К1, К2, КЗ, К4); 3 — вошухозаборные решетки; 4— воздухонагреватели; 5 — наружный воздух; 6 — "лялы"; 7 — воздушный канал № I (под "лядами"); 8— воздушный канал № 2 (под "лядами"); 9 — нагретый воздух; /0 — объединенный канал (120 м); II — ствол шахты.
Далее воздух движется по двум сборным подпольным каналам (под "лядами"), затем по общему каналу (длиной 120 м) в ствол шахты (рис. 1).
Содержание вредных веществ в получаемой газовоздушной смеси определялось практически во всем диапазоне вероятных режимов работы системы ПНВ, предусмотренных проектом (табл. 1). Исследования проводились в 3 периода отопительного сезона: самый холодный месяц, умеренные морозы, межсезонье. Расход газа соответствовал либо максимальной проектной величине, либо среднему ее значению для того или иного периода отопительного сезона и регистрировался по газовым счетчикам, а также с монитора оператора.
В газовоздушной смеси с помощью стандартных методик определялось содержание азота оксидов, азота диоксида, серы диоксида, углерода оксида, бенз(а)пирена, твердого аэрозоля (сажи). Пробы отбирались одновременно в двух воздушных каналах под "лядами", на выходе из ствола шахты и на входе в квершлаг, а также у воздухозаборной решетки на крыше помещения калориферной (атмосферный воздух).
Для отработки методики отбора проб воздуха в труднодоступных местах при низких наружных температурах перед основными "генеральными" испытаниями системы ПНВ проводились предварительные исследования. В ходе последних пробы воздуха в подпольных каналах под "лядами" отбирались методом внешней фильтрации. У воздухозаборной решетки отбор проб осуществлялся непосредственно из калориферной с помощью специально изготовленных воздухозаборных трубок и
длинных шлангов, пропущенных через отверстие в стене. В других точках (выход из ствола и вход в квершлаг) пробы воздуха отбирались методом внутренней фильтрации. Отбор проб на пыль в воздушных проемах производился с соблюдением изокинетичности.
В предварительных исследованиях в межсезонье при расходе газа 164,5 нм3/ч, превышающем максимальную проектную величину на 40 нм3/ч, и средних значениях для умеренных морозов 189 нм3/ч концентрации вредных веществ в получаемой газовоздушной смеси во всех точках отбора проб не превышают 30% ПДК для воздуха рабочей зоны. Это соответствует гигиеническим требованиям, предъявляемым к приточному воздуху в шахтах. Однако в ходе предварительных исследований наблюдались кратковременные отключения воздухонагревателей, а также установлено, что для интерпретации полученных результатов необходимы более подробные повременные данные расхода газа. Все это было учтено нами при проведении последующих "генеральных" испытаний системы ПНВ в отдельные периоды отопительного сезона.
В самый холодный месяц исследования происходили при средней температуре наружного воздуха —26°С, работали все 4 воздухонагревателя и вентилятора (см. табл. 1).
Расход газа системы ПНВ составил в среднем 524,5 нм3/ч, что даже превысило максимальную проектную величину 466 нм3/ч. Распределение количества подаваемого газа имело некоторые различия по дням исследований. В 1-й день на средние воздухонагреватели подавалось приблизительно по 205 нм3/ч, на крайние приблизительно по 57,3 нм3/ ч. Во 2-й день газ на все воздухонагреватели распределялся равномерно по 131,6 нм3/ч. При этом если рассматривать расход газа на подогрев воздуха, проходящего по отдельным сборным каналам под "лядами", то он был примерно одинаковым в оба дня. Колебания в расходе газа за все время отбора проб по разным воздухонагревателям были не более 10—20 нм3/ч. Температура воздуха, входящего в ствол шахты, наблюдалась несколько ниже проектной величины, равной 6°С (см. табл. 1).
Установлено, что концентрации вредных веществ при максимальном расходе газа во всех точках отбора проб не превышают 30% ПДК для воздуха рабочей зоны. Исключением является содержание азота диоксида в 2 сборных воздушных каналах и объединенном канале (табл. 2). Концентрации азота диоксида в первом подпольном канале превышают допустимый уровень во всех пробах, во втором канале — почти в половине проб, что, воз-
можно, связано с ббльшим количеством воздуха, подаваемого в этот канал.
В объединенном потоке воздуха в 1-й день исследований средняя концентрация азота диоксида составляла 0,699 мг/м3, а во 2-й день при прочих равных условиях, но равномерном распределении газа на воздухонагреватели она была равна 0,658 мг/м3. Следует отметить, что наиболее высокие концентрации обнаруживались в первых пробах непосредственно после розжига газовых горелок.
Анализ данных одновременного отбора проб воздуха на азота диоксид во всех точках показал, что наиболее низкое содержание наблюдается в атмосферном воздухе. В сборных и объединенном каналах концентрации достигают максимального уровня; при выходе воздуха из ствола шахты концентрации снижаются в 1,5—2 раза. На входящей струе в квершлаг азота диоксид обнаруживается еще на более низком уровне, так как входящая струя в квершлаг формируется не только из подаваемого воздуха в ствол шахты (рис. 2). Такая тенденция снижения концентрации азота диоксида
прослеживается и в отношении других вредных соединений.
Таким образом, учитывая, что в самый холодный месяц при расходе газа 524,5 нм3/ч содержание азота диоксида в воздушном потоке общего канала во всех пробах выше 30% ПДК, то и при максимальной проектной величине расхода газа 466 нм3/ч высока степень вероятности превышения этого регламента (см. рис. 2).
В умеренные морозы испытания проводились при средних наружных температурах —9,5 и -22,2°С, являющихся переходными для данного периода отопительного сезона (см. табл. 1). В 1-й день работали 4 вентилятора и 3 воздухонагревателя (крайние и один из средних). Расход газа соответствовал средней проектной величине для умеренных морозов приблизительно 221 нм3/ч. Половина поступающего газа распределялась в равных количествах на крайние воздухонагреватели, другая половина подавалась на средний воздухонагреватель.
Во 2-й день работали все 4 вентилятора и воздухонагревателя. Расход газа, согласно проекту,
Темлературно-тепловой режим при работе системы ПНВ
Таблица 1
Самый холодный месяц Умеренные морозы Межсезонье
День исследований температура наружного воздуха, •с количество работающих ВН расход газа, нм'/ч температура воздуха на входе в ствол,"С температура наружного воздуха, •с количество работающих ВН* расход газа, нм'/ч температура воздуха на входе в ствол,°С температура наружного воздуха, •с количество работающих ВН расход газа, нм'/ч температура воздуха на входе в ствол,"С
1-й 2-й
-27,0 -25,3
522,50 526,50
4,9 5,5
-9,5 -22,5
220,88 329,80
8,3 6,5
-4,5 -0,8
2 119,20 1 120,73
6,8 7,2
Примечание. Самый холодный месяц — средняя температура наружного (Ц,) воздуха -24*С; умеренные морозы — средняя ^ воздуха -14*С; межсезонье — средняя ц, воздуха 0*С; ВН — воздухонагреватели.
Таблица 2
Содержание азота оксидов в приточном воздухе шахты при работе системы ПНВ
День исследований Средние концентрации, мг/м1*
Место отбора проб самый холодный месяц умеренные морозы межсезонье
азота оксиды азота диоксид азота оксиды азота диоксид азота оксиды азота диоксид
1-й 1. Воздухозаборная решетка 0,190 ± 0,013 0,105 ± 0,008 0,492 ± 0,053 0,209 ± 0,032 0,368 ± 0,039 0,171 ± 0,018
2. Воздушный канал № 1 (под "лядами") 1,086 ± 0,063 0,767 ± 0,030 0,717 ± 0,030 0,542 ± 0,027 0,499 ± 0,054 0,363 ± 0,045
3. Воздушный канал № 2 (под "лядами") 0,967 ± 0,078 0,642 ± 0,070 0,813 ± 0,044 0,633 ± 0,038 0,697 ± 0,083 0,432 ± 0,041
4. Выход из ствола (отметка -680 м) 0,491 ± 0,027 0,336 ± 0,016 0,297 ± 0,025 0,220 ± 0,022 0,311 ± 0,023 0,183 ± 0,015
5. Вход в квершлаг (отметка —680 м) 0,324 ± 0,021 0,204 ± 0,021 0,221 ± 0,016 0,138 ± 0,017 0,392 ± 0,030 0,207 ±0,017
2-й 1. Воздухозаборная решетка 0,256 ± 0,009 0,143 ± 0,006 0,230 ±0,015 0,127 ± 0,012 0,162 ± 0,013 0,078 ± 0,007
2. Воздушный канал № 1 (под "лядами") 0,830 ± 0,053 0,716 ± 0,044 0,834 ± 0,036 0,613 г 0,023 0,814 ± 0,036 0,650 ± 0,045
3. Воздушный канал № 2 (под "лядами") 0,863 ± 0,056 0,601 ± 0,051 0,633 ± 0,034 0,442 = 0,022 0,197 ± 0,011 0,097 ± 0,008
4. Выход из ствола (отметка -680 м) 0,583 ± 0,044 0,420 ± 0,024 0,423 ± 0,035 0,300 ± 0,024 0,344 ± 0,029 0,209 ± 0,021
5. Вход в квершлаг (отметка -680 м) 0,329 ±0,017 0,245 ±0,011 0,208 ± 0,014 0,142 ± 0,010 0,184 ± 0,007 0,102 ± 0,006
Примечание. * — 0,3 ПДК: азота оксидов —1,5 мг/м3; азота диоксида - - 0,6 мг/ м5.
гиена и санитария 4/2011
120 220 320 420 520 620 нм3/г
Рис. 2. Концентрация азота диоксида в приточном воздухе в зависимости от расхода газа (отбор проб в точках одновременный).
По оси абсцисс — расход газа (в нм'/ч); по оси ординат — концентрация азота диоксида (в мг/м!): / — объединенный канал (до входа в ствол); 2 — выход из ствола (отметка — 680 м); 3 — вход в квершлаг (отметка — 680 м).
был максимальным — приблизительно 330 нм3/ч. Исследовался наиболее часто используемый рабочий режим, при котором расход газа на подогрев воздуха, проходящего по обоим сборным каналам, был примерно одинаковым (на средние воздухонагреватели подавалось приблизительно по 108 нм3/ч, на крайние — приблизительно по 56 нм3/ч).
Концентрации вредных веществ в 1-й день исследований везде обнаруживались ниже 30% ПДК. Норматив превышало лишь содержание азота диоксида в подпольном канале, в котором на нагрев воздуха использовались 2 воздухонагревателя (см. табл. 2). Вместе с тем уже в объединенном воздушном потоке азота диоксид определялся на допустимом уровне. Следует отметить, что количество поступающего на воздухонагреватель газа для наружной температуры —9,5°С превышало проектную величину на 80 нм3/ч и соответствовало температуре наружного воздуха примерно — 14°С, но даже при таком превышении расхода газа концентрации азота диоксида в воздухе общего канала определялись в пределах установленного регламента.
Во 2-й день при максимальном проектном расходе газа вредные вещества в воздухе также обнаруживаются ниже допустимых величин, за исключением азота диоксида в первом подпольном канале, хотя количество газа, расходуемое на подогрев воздуха в обоих каналах, было одинаковым. Последнее, возможно, связано с меньшим количеством воздуха, подаваемого через первый канал. В объединенном воздушном потоке двух каналов ни в одной из усредненных одновременно отобранных проб азота диоксид не определялся выше нормативного уровня.
Таким образом, в период умеренных морозов при проектном режиме работы и максимальном расходе газа содержание вредных веществ в поступающем в ствол шахты воздухе не превышает 30% ПДК.
В межсезонье исследования проводились при средней температуре наружного воздуха —2,7°С. В
1-й день работали 3 вентилятора (один из средних отключен) и 2 крайних воздухонагревателя, во 2-й день — эти же 3 вентилятора и только 1 из средних воздухонагревателей (см. табл. 1).
Расход газа соответствовал максимальной проектной величине для межсезонья 120 нм3/ч. В 1-й день исследовался часто используемый рабочий режим — расходуемый газ равномерно распределялся на 2 крайних воздухонагревателя (приблизительно по 60 нм3/ч). Во 2-й день, согласно проектным данным, это же количество газа подавалось на один из средних воздухонагревателей. Во время отбора проб расход газа был практически постоянным, колебания не превышали 10 нм3/ч. Температура воздуха в стволе шахты приближалась к проектной (7°С).
При максимальном расходе газа, равномерно распределяемом на крайние воздухонагреватели, средние и максимальные разовые концентрации вредных веществ во всех точках отбора проб воздуха находились на уровне ниже 30% ПДК (см. табл. 2). При том же расходе газа, поступающем на один из средних воздухонагревателей, содержание вредных веществ в воздухе также ниже допустимых величин, кроме азота диоксида в сборном воздушном канале с работающим воздухонагревателем. При этом в другом сборном канале, как и следовало ожидать, концентрации азота диоксида близки к таковым в фоновой точке. В объединенном канале при смешивании потоков обоих сборных каналов ни в одной из усредненных одновременно отобранных проб не обнаруживалось превышения регламентированного уровня азота диоксида.
Таким образом, в межсезонье более предпочтительным в системе ПНВ является равномерное распределение подаваемого природного газа на 2 крайних воздухонагревателя, как это используется в рабочем режиме, нежели в предусмотренном проектом поступлении газа на один из средних воздухонагревателей.
Условия эксплуатации должны обеспечивать работу системы ПНВ в номинальных режимах и исключить максимальную подачу газа на 1 воздухонагреватель, поскольку это смещает процесс сгорания газа в область более высоких температур и увеличивает образование оксидов азота.
Рассмотрев положительные результаты приемочных испытаний, проведенных исследований и заключений экспертизы промышленной безопасности, Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору выдала Разрешение № РРС 00-39914 на применение воздухонагревателя газового смесительного РГ 2000М (изготовитель ООО "Газ-Инжиниринг", Екатеринбург) для подогрева воздуха, поступающего на проветривание шахт.
Выводы. 1. Проведение предварительных исследований систем прямого нагрева воздуха в шахтах является обязательным этапом перед основными испытаниями ПНВ с целью отработки методик отбора проб воздуха на вредные вещества в труднодоступных точках при низких наружных температурах.
2. В подаваемом в шахту воздухе при соблюдении проектных режимов эксплуатации системы ПНВ во все периоды отопительного сезона концентрации вредных веществ не превышают 30% ПДК. Исключение составляют содержание азота диоксида в подпольных и объединенном каналах при максимальном расходе газа в самый холодный месяц, в результате чего максимальный проектный расход газа 466 нм3/ч должен быть снижен до 390 нм3/ч.
3. Основным гигиеническим показателем для системы прямого нагрева воздуха с воздухонагревателем РГ 1000 КМТ при сжигании природного газа является содержание в приточном воздухе азота диоксида.
4. Обнаруженная закономерность увеличения образования оксидов азота указывает на целесообразность использования более совершенных конструкций горелок (в частности, РГ 2000 М), которые обеспечивают более полное сгорание газа при максимально низких температурах горения.
Литература
1. Колядич М. Н., Гринберг А. А., Жигалов В. П. // Гиг. и сан.
- 1985. - № 4. - С. 36-38.
2. Мысляков А. Л., Плотников В. В., Балдин Д. А. // Безопасность труда в пром. — 2003. — № П. — С. 11—12.
3. Thurley J. // Industrial Process Heating. — 1970. — January.
- P. 30-38.
Поступила 02.02.11
С КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 2011 УДК 613.644-07
В. И. Бойко', Ю. И. Доценко2, О. В. Бойко'
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ШУМА НА АСТРАХАНСКОМ ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕМ ЗАВОДЕ
'ГОУ ВПО Астраханский государственный университет; гГОУ ВПО Астраханский филиал Волгоградской академии государственной службы
Изучены уровень и характер производственного шума на различных объектах Астраханского газоперерабатывающего завода. Обоснована необходимость внедрения мер технико-гигиенического, организационного и медицинского характера, направленных на снижение вредного воздействия шума на работающих.
Ключевые слова: гигиена труда, производственный шум
V. 1. Boiko, Yu. 1. Dotsenko, О. V. Boiko. - CHARACTERISTICS OF INDUSTRIAL NOISE AT THE ASTRAKHAN GAS PROCESSING PLANT
The level and nature of air pollution were studied in various objects of the Astrakhan gas processing plant. The necessity of introducing technical-hygienic, organizational, and medical measures to reduce the adverse effect of the noise on workers is warranted.
Key words: occupational hygiene, industrial noise
К числу неблагоприятных факторов производственной среды при современных способах переработки природного газа и конденсата следует отнести шум. На территории Астраханского газоперерабатывающего завода (АГПЗ) имеется несколько видов его постоянных источников: нагревательные печи, аппараты воздушного охлаждения, сбрасываемый сжатый воздух, движущиеся по системам трубопроводных магистралей инертный газ, сырье, промежуточные и целевые продукты, сжатый воздух. В производственных помещениях шум генерируют работающие центробежные насосы, компрессоры, воздуходувки и другое оборудование, а также инертный газ или сжатый воздух в отводящих трубопроводах.
Малочисленность работ, содержащих подробные сведения о физической характеристике производственного шума, отсутствие дозной оценки шума на рабочих местах, оценки степени повреждений слухового анализатора и их распространенности среди рабочих нефте- и газоперерабатывающих предприятий, а также необходимость оценки эф-
Бойко В. И. — проф. каф. физиологии человека и животных, д-р мед. наук (vboyko08@mail.ru); Доценко Ю. И. — доц. каф. экономики и финансов, канд. мед. наук (chere65@mail.ru); Бойко О. В. — проф. каф. молекулярной биологии, генетики и биохимии, д-р мед. наук (oboyko08@mail.ru).
фективности принимаемых на предприятиях мер по борьбе с шумом и их совершенствование послужили основанием для выполнения настоящего исследования.
Материалы и методы
Измерения осуществляли параллельно шумоизмерительными приборами моделей ВШВ-003 (Россия), ЯРТ-00017 (Германия), а также шумомером модели 2230 с набором октавных фильтров модели 1624 производства фирмы "Брюль и Къер" (Дания). Калибровку последнего проводили с помощью универсального акустического калибратора модели 4226 той же фирмы.
Распределение источников производственного шума не только внутри машинных и насосных залов, но и на аппаратных дворах и межустановочных эстакадах потребовало проведения более 12 тыс. замеров уровней звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами от 31,5 Гц до 8 кГц и эквивалентного уровня звука, измеряемого по шкале А шумомера. Это явилось причиной вычисления суммарных уровней звукового давления (УЗД) в октавных полосах среднегеометрических частот во всех случаях, когда УЗД от разных источников в одном производственном помещении или на одном рабочем маршруте различались на 1—9 дБ, для чего была использована формула
Ь = 10 1в ГА. + А + Ь. + 1,
^Ю» 10'° 10'° У
