CC BY
3
И. Н. ПОПО»
Гигиенические требования к составу воздуха в железнодорожных туннелях при паровозной тяге
В железнодорожных туннелях при паровозной тяге, вследствие поступления топочных газов — окиси углерода и сернистого газа, возможны отравления паровозных, поездных бригад и ремонтных рабочих, что и наблюдалось в туннеле Джиови (Италия), в туннеле Риккен (Швейцария) и др.
Содержание газов в туннелях зависит от целого ряда условий: а) от сорта и качества топлива, б) от форсировки котла, в) от скорости движения поезда, г) от длины и профиля туннеля, д) от частоты движения поездов, е) от метеорологических условий и пр.
Мы подробно изучили количество и состав газов, выделяющихся из трубы паровозов (ФД, ИС) на стоянке, и нашли, что количество образующихся газов при стоянке может доходить до 2 ООО кг в час. Состав их был: окиси углерода 0,5—1,5%, сернистого газа 0,2%, углекислоты 5—10% при температуре газов 150—170°. В пути, в зависимости от профиля, тяжести состава, качества угля и процесса сжигания топлива, общее количество образующихся газов и их состав могут резко изменяться. В частности, количество окиси углерода может увеличиваться в 3 раза и более.
В туннеле газы после выделения из трубы паровоза перемешиваются с воздухом, находящимся в движении, и концентрации газов понижаются. Чем быстрее движется поезд, тем меньше опасность отравления. При остановках поезда эта опасность резко возрастает, так как движение воздуха в это время незначительно или отсутствует совсем и высокие концентрации газов, поступающих из трубы паровозов, не снижаются.
Обстоятельные исследования воздуха в туннелях были проведены в СССР Гродзовским, Дьяковым, Варищевым, Поповым, Демидович и др. При различных условиях было обнаружено: окиси углерода в паровозной будке 0,02—0,061% ¡(0,23—0,70 мг/л) и непосредственно в туннеле от 0 до 0,056 (0—0,64 мг/л); сернистого газа в паровозной будке от 0 до 0,035 1(0—0,91 мг/л) и непосредственно в туннеле от 0 до 0,055 (0—1,45 мг/л).
Наиболее опасные условия создаются при буксовании паровоза, неправильном ведении процесса сжигания топлива, остановке поезда,, плохом естественном проветривании туннеля.
Поезд, проходящий через туннель, как поршень, выталкивает дым, газы, имевшиеся до этого в туннеле, и засасывает за собой свежий воздух. Чем быстрее движется поезд, тем лучше проветривается туннель и тем меньшее количество газов поезд оставляет в нем. Увеличение скоростей движения поездов, которые наблюдаются на железнодорожном транспорте, является новым и важным фактором в улучшении проветривания туннелей.
В одном из однопутных туннелей длиной 2 000 м с подъемами к его середине были проведены одновременные замеры газов и определение степени задымленности в пяти точках по длине туннеля. Определялась температура, влажность, скорость движения воздуха, а также забирались пробы воздуха для анализа на окись углерода и сернистый газ. Как только поезд выходил из портала, по световому сигналу забирались пробы воздуха в зоне дыхания (на высоте 1,5 м-от земли); через 10 минут забор проб повторялся, одновременно устанавливалась задымленность участка. Последняя оценивалась следую-
щим образом: 1) очень большая задымленность — на расстоянии 1 м не видно света лампы электрического фонаря; 2) большая — виден свет ближайших электрических ламп; 3) умеренная — виден свет от ряда электроламп по участку; 4) слабая — виден портал и 5) отсутствие за-дымленности — хорошо виден весь участок.
Естественное движение воздуха в туннеле при отсутствии поездов не превышало 0,5 м/сек и только © отдельные моменты доходило до 2 м/сек, влажность 80—95% при наружной температуре 11—20° и влажности 52—65°/о (октябрь). Задымленный участок, в зависимости от скорости движения поезда, направления и скорости естественного движения воздуха в туннеле, занимает 0,3—0,7 длины туннеля.
После выхода поезда из туннеля дым движется некоторое время (5—10 минут) по ходу поезда, а затем движение дыма происходит уже в зависимости от направления естественного потока воздуха в туннеле.
Скорость движения воздуха © туннеле впереди, на расстоянии 50—100 м от поезда, составляет примерно 75°/о, сзади поезда — бО"/», и зазорах между стенками поезда и стенками однопутного туннеля — 150% от скорости поезда, если последняя составляет 20 км/час и более.
Распределение концентрации газов не всегда соответствует степени задымленности. Объясняется это, повидимому, тем, что газы перемешиваются с воздухом, частично адсорбируются изгарью на стенках туннеля, а затем снова освобождаются.
Содержание окиси углерода в туннеле колебалось от 0,17 до 0,56 мг/л (0,015—0,049.%), сернистого газа — от 0 до 0,20 мг/л (0—0,008%). Определение окиси углерода производилось методом Реберг-Винокурова.
Наблюдалась тенденция к накоплению топочных газов в части туннеля ближе к порталу, из которого выходит поезд; многое зависит при этом от метеорологических условий и частоты движения поездов: каждый поезд выталкивает порции топочных газов предыдущего поезда из туннеля и оставляет новые.
Важное значение имеет вопрос о допустимых концентрациях газов в туннелях, так как этим определяется время безопасного пребывания в нем в течение рабочего дня ремонтных рабочих и обходчиков.
Начнем с сернистого газа, борьба с которым в туннелях, по нашему мнению, является более простой. Содержание серы в углях колеблется от 0,7 до 7%; © донецком угле она составляет 1,2—3%, анжеро-судженском — 0,4%, кизеловском — 6%.
По нашему законодательству {ОСТ 90014-39) предельно допустимой концентрацией сернистого газа является 0,02 мг/л, и только при обжиге материалов, содержащих серу, эта концентрация может быть повышена до 0,04 мг/л. Для воздуха туннеля следует принять предельно допустимую концентрацию не выше 0,04 мг/л во время прохождения поезда. Концентрации сернистого газа в туннелях могут быть в значительной мере снижены путем правильного ведения процесса сжигания угля. Применение малосернистых углей может исключить опасность отравлений сернистым газом.
Концентрация окиси углерода обычно является решающим фактором отравлений в туннеле. Количество карбоксигемоглобина, образующегося при вдыхании окиси углерода, зависит от парциального давления кислорода и окиси углерода во вдыхаемом воздухе; при этом значительную роль играет продолжительность воздействия газа, физические напряжения, метеорологический фактор, индивидуальные особенности лиц, обслуживающих туннели.
Продолжительность воздействия вредных газов, физическое напряжение для профессий, связанных с пребыванием в туннеле, приводим в таблице, составленной на основании наших наблюдений.
Профессия Время нормального пребывания в туннеле j . . Энергетическая затрата в к/кал/час ) ... -11-. Степень тяжести физической работы
Машинисты паровоза .... Помощники машиниста . . . Кочегары ......... Кондукторы ........ Ремонтные рабочие .... Обходчики......• . . До 15 минут ,15 , . 15 . . 15 . 6 часов 6 . 125- 200 250 250- 400 150 330- 600 180-350 Ниже средней тяжести Средней тяжести Тяжелая Ниже средней тяжести Тяжелая
Примечание. При отсутствии стоккера работа помощника машиниста может быть тяжелой; при подготовке топки к туннельному участку работа помощника машиниста, кочегара млж.-т быть легкой за время проезда туннеля.
В гаражах у нас допускается содержание окиси углерода в рабочих помещениях с пребыванием в течение рабочего дня — не выше 0,02 мг/л, с пребыванием до 15 минут — 0,2 мг/л (ОСТ 90014-39). Из литературных данных известно, что при решении вопроса о вентиляции
Рис. 1. Поперечный разрез Голленд-туннеля.
7—вытяжной воздуховод; 16 — приточный воздуховод
Mersey-tunnel (длина туннеля — 4 206 м, ширина — 11 м, высота — 5,2 м) для автомобильного движения исходили из того положения, чтобы количество окиси углерода было не выше 0,025% (0,29 мг/л).
При решении вопроса о вентиляции Holland-tunnel, предназначенного также для автомобильного движения, была проведена предварительно экспериментальная работа, которая позволила остановиться на предельно допустимой концентрации 4: 10 000, т. е. 0,04% (0,46 мг/л).
Экспериментальные наблюдения показали, что у испытуемых при концентрации 0,04% (0,46 мг/л) после пребывания в течение часа процент карбоксигемоглобина не превышал 14—22 и субъективные симптомы отсутствовали. В туннеле была запроектирована вентиляция: подача свежего воздуха снизу и вытяжка сверху (рис. 1), причем введен автоматический контроль за концентрацией: газоанализаторы при достижении концентрации окиси углерода в 0,04% включают автоматически вентиляторы.
При расчете вентиляции Moffat-tunnel исходили из учета количества вредных газов, выделяемых паровозом, и разжижения их до 0,05% (0,57 мг/л). ; j
Установленные американскими исследователями предельно допустимые концентрации окиси углерода в воздухе туннелей как 0,29—0,57 мг/л нельзя считать обоснованными. По наблюдению советских авторов (Летавет, Смелянский, Косоуров и др.) такие концентрации окиси углерода при длительной экспозиции в условиях производства могут вызывать не только хронические отравления, но и острые.
Искусственное проветривание туннелей может производиться различными способами. По системе Саккардо устраивается кольцеобразная камера, из которой выступают концентрические воронки. Посредством вентилятора воздух вдувается в кольцеобразную камеру, устремляется к воронкам, поступает в туннель и проталкивает дымовые газы к другому порталу. Преимущество этой системы заключается в том, что поперечное сечение туннеля остается всегда открытым, поэтому возможно непрерывное проветривание туннеля; при этой системе не требуется шахт. Недостаток ее — небольшой коэфициент полезного действия. По этой системе вентилируется ряд туннелей: Сен-Готтардский, Кохемский, Тауэрнский и др.
По способу завесы (рис. 2) один портал закрыт, воздух нагнетается или высасывается вентилятором, установленным у портала. По этому • способу проветривается Moffat-tunnel длиной 9,8 км.
С помощью шахт (схема дана на рис. 3) проветривается? Хауэнштейнский туннель длиной 8 км (Швейцария) и метро в Москве. Коэфициент полезного действия высок, и при реверсии вентиляторов может быть использована естественная тяга.
С помощью вентиляционных каналов и шахт: воздух по одним каналам подается, по другим — вытягивается (рис. 4). Таким образом производится вентиляция Holland-tunnel.
При выборе системы приходится учитывать весь комплекс условий (профиль туннеля, длину его, метеорологический фактор, геологический разрез, экономические затраты на постройку, эксплоатацию и пр.), и только после тщательных изысканий можно выбрать наиболее рациональный метод проветривания туннеля.
Для предупреждения отравлений окисью углерода в туннелях надо иметь в виду следующее: паровозные и поездные бригады, а также пасажиры должны быть защищены от вредного воздействия топочных газов при проезде через туннель путем изоляции помещений от воздуха туннеля (плотные стенки кабин паровозной будки, шторы на тормозных площадках, плотное закрывание дверей и окон в вагонах). На случай остановки поезда в туннеле обслуживающий персонал поезда должен иметь фильтрующие гопкалитовые аппараты.
Путем подбора сортов топлива, тренировки персонала и соблюдения правил ведения поезда через туннель, запрещения превышения
ryJaSfca_
JiL
Рис. 2. Способ завесы
Вентилятор
--й-
Рис. 3. Способ шахт
Рис. 4. Способ вентиляционных каналов н шахт
допустимого веса поезда можно добиться снижения поступления в воздух туннеля окиси углерода и сернистого газа. Ремонтные работы в туннелях с паровозным движением должны быть сведены до минимума (усиленный тип рельсов, шпал и пр.) и проводиться во время, свободное от движения поездов. Нахождение в туннеле рабочих по осмотру пути (обходчики), по срочному ремонту (рабочие) неизбежно. Предупреждение отравлений ремонтных рабочих возможно иметь в том случае. если через 10—15 минут после прохождения поезда концентрация окиси углерода не превышает 0,12 мг/л (0,01%), а через 30 минут С,03 мг/л.
Основные мероприятия пс обеспечению безопасности условий труда паровозных и поездных бригад при проезде через туннели перечислены ниже:
1. На туннельных участках следует применять только определенные марки угля.
2. Применение топлива определенных марок должно быть гарантировано лабораторным контролем.
Машинист паровоза должен нести персональную ответственность за прием и использование на туннельном участке топлива надлежащего качества.
3. Для туннельных участков паровозная служба дороги должна разработать специальную инструкцию по форсировке котла и велению поезда, с тем чтобы снизить до минимума поступление продуктов неполного сгорания в туннель.
Все паровозные бригады должны быть практически обучены правилам ведения поезда по туннелю. Все подготовительные работы на паровозе должны быть проведены до въезда в туннель.
4. Будки паровозов на туннельных участках должны иметь плотные стенки, полы, потолки, хорошо закрывающиеся окна и двери.
При проезде через туннель окна, фрамуги, двери должны быть закрыты. Будка должна быть отделена от контрбудки плотным занавесом Ч
5. Все паровозы на туннельных участках должны быть оборудованы запасным реципиентом для воздуха, накачиваемого до въезда в туннель и расходуемого из специальной сети у рабочих мест машиниста и помощника. Кроме того, на паровозах подачу воздуха в будку Следует производить из нижней зоны туннеля с выдачей в верхнюю зону будки.
6. В паровозной будке содержание окиси углерода не должно превышать 0,2 мг/л при условии пребывания здесь не более 15 минут.
7. При вынужденной остановке в туннеле должны немедленно применяться специальные противогазы, которыми должны снабжаться все работники паровозной и поездной бригады.
8. Во время прохода поезда ремонтные рабочие должны укрываться в нишах и приступать к работе только после наступления видимости через определенный срок, установленный для каждого туннеля.
9. Вентиляция туннеля должна быть рассчитана так, чтобы в течение 10—15 минут после прохода поезда были достигнуты концентрации окиси углерода 0,12 мг/л, а через полчаса до 0,03 >мг/л.
1 В случае надобности открывается окно со стороны наблюдения на короткий срок.
