CC BY
2ОЦ1НКА РИЗИКУ УТВОРЕННЯ ЧАДНОГО ГАЗУ ПРИ РУЧНОМУ ДУГОВОМУ ЗВАРЮВАНН1
Березуцький В. В., проф., д.т.н., Нац^ональний техшчнийутверситет «Харювський полШехтчний тститут», зав1дуючий кафедрою "Безпека прац та навколишнього середовища", Харюв, Украгна, ОЯСЮ Ю: https://orcid.org/0000-0002-7318-1039
Хондак 1.1., Харювський нащональний утверситет радюелектротки, старший викладач кафедри «Охорона пращ», Харюв, Украгна, ОЯСЮ Ю: https://orcid.org/0000-0001-6644-9968
DOI: https://doi.org/10.31435/rsglobal_ws/30092020/7204
ARTICLE INFO
Received: 13 July 2020 Accepted: 19 August 2020 Published: 30 September 2020
KEYWORDS
carbon monoxide, protection, risk, reliability, probability, failure tree, pollution, welding, methods, alarm system.
ABSTRACT
The risk analysis is performed of carbon monoxide formation during manual arc welding of metal products using electrodes. The system of protection is considered of the person against carbon monoxide in the room of manufacturing which consists of means of collective and individual protection. The reasons are analysed for failures of the workplace safety system. A failure tree was constructed of the welder's protection system against carbon monoxide using a protective mask, which is not equipped with a gas detector, and when working in a mask which is equipped with a gas detector. The mathematical models of welding processes are obtained as a result of research and analysis of the results. Mathematical expressions are given for calculating the reliability of the protection system. The risk assessment take the place for carbon monoxide poisoning during welding works with the system of ensuring the safety of the employee, i.e. the notification system for the presence of carbon monoxide in the work area (individual alarm) and without it.
Citation: Viachelav Berezutskyi, Inna Hondak. (2020) Risk Assessment of Carbonate Gas Formation in Manual Arc Welding. World Science. 7(59). doi: 10.31435/rsglobal_ws/30092020/7204
Copyright: © 2020 Viachelav Berezutskyi, Inna Hondak. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
Вступ. Технолопчш процеси зварювання широко поширеш в промисловосп, будiвництвi та шших галузях народного господарства. До шюдливих виробничих факторiв зварювального виробництва вщноситься чадний газ, здатний викликати отруення людей.
Методи i засоби захисту людини, як юнують, як правило дозволяють нормалiзувати пов^ряне середовище виробничих примщень, щоб дотримувались гранично допустимi концентрацп робочо! зони.
Вимоги по надшност техшчних засобiв захисту носять як правило локальний характер, i поширюються на окремi техшчш засоби: вентиляцшш системи, пристро! сигнатзаци, iндикащI або засоби iндивiдуального захисту (протигази). На сьогодшшнш день вщсутня методика мiнiмiзацiI ризику, що враховуе наявш засоби захисту комплексно. В результат цього утруднене формулювання об'ективних вимог щодо допустимого ризику отруення чадним газом як на законодавчому, так i на нормативному рiвнях. Це в свою чергу обмежуе ефективнють засобiв захисту, як використовуються комплексно. Тому управлшня ризиком отруення людини чадним газом в зварювальному виробнищв залишаеться важливим i актуальним завданням.
Аналiз систем оцшки ризику отруення чадним газом зварювальникчв
На сьогодшшнш день розроблено ряд методiв ощнки ризику, що дозволяють визначати !х кшьюсш i яюсш характеристики з метою вжиття превентивних заходiв безпеки.
Анатз ризику проводиться у такш послщовностк
1) визначення внутршшх та зовшшшх чинникiв, що збiльшують чи зменшують CTyniHb певного виду ризику;
2) ан^з виявлених чинниюв;
3) оцiнювання певного виду ризику;
4) встановлення допустимого ступеня ризику;
5) аналiз окремих операцш щодо обраного ступеня ризику;
6) розробка заходiв щодо зниження ступеня ризику.
На ризик формування та виникнення професшних захворювань зварникiв впливають такi чинники: вiк, стаж загальний та стаж роботи у контакт з пилом, а також середне пилове навантаження [1].
Для побудови графша залежностi ризику формування та виникнення захворювання пилово! етюлогп вщ множини чинникiв, що впливають, були використаш медичнi статистичнi данi, приведет в табл. 1 (дат щодо ризику професшно! захворюваносп взятi з аналiзy цього явища за останш 10 рокiв, виконаного 1нститутом медицини пращ АМН Укра!ни) [2].
Таблиця 1. Статистичнi данi, якi характеризують ризик професшно! захворюваностi зварникiв [2]._
Вш пращвника, Загальний стаж Стаж роботи у Середне пилове Ризик
роки роботи контакп з навантаження на професшного
пращвника, роки пилом, роки оргашзм пращвника, мг захворювання, %
32 10 4 12 15
32 10 8 15 21
40 20 10 20 27
45 23 15 18 29
50 27 20 22 37
55 33 27 18 41
На основi таблицi 1 побудований графш залежностi ризику формування та виникнення захворювання пилово! етюлогп вщ множини чинникiв, що впливають (рис.1).
45
40
ос X X
(И
m
Q а.
о m
X
Я 25 о
35
30
20
ш 15 о
£ 10
10 15 20 25
Стаж роботи у контакт з пилом, роки
30
0
5
Рис.1. Залежтсть ризику формування та виникнення профестного захворювання у зварювальниюв в1д стажу роботи у контактi з пилом.
Аналiзyючи ситуащю в Укра!ш з базою даних i доступними методиками розрахунюв ризиюв, слiд вiдзначити !х практично повну вiдсyтнiсть i орiентацiю на особливо небезпечнi об'екти [3].
На сьогодшшнш день основш методи оцшки ризику [4]: мозковий штурм, метод Дельф^ метод аналiзу видiв i настдюв вiдмов (FMEA - Failure Mode Effect Analysis), методу Маркова, метод ан^зу дерева несправностей (FTA - Fault Tree Analysis), аналiз дерева подш, метод Файн-Кшш та шшь У деяких випадках використовують кшька методiв оцiнки ризику. Оцiнка ризику може бути виконана з рiзним ступенем глибини i деталiзащl з використанням одного або декiлькох методiв рiзного рiвня складностi. Форма оцшки та li вихiднi данi повинш бути сумiснi з критерiями ризику, встановленими при визначенш сфери застосування.
В робот [5] наводиться метод аналiзу ризику i надiйностi в^ряних турбiн i електростанцiй на основi стандартного методу FMEA (failure mode effect analysis). 1нформащя про збо! в системi обмежена знаннями i квалiфiкацieю експертiв. Ця умова не гарантуе точну оцiнку факторiв ризику та визначення ix прiоритетiв. Дана робота не враховуе специфшу систем захисту людини вiд чадного газу в зварювальному виробництвi. В результат цього використання даного методу ускладнено для кшьюсно! оцiнки ризикiв та тдвищення надiйностi зазначених систем. Ближча задача виршена в роботi [6]. Управлшня ризиками при лiкуваннi пащентв в медичному закладi здiйснюеться на основi методу FMEA. Iдентифiкуються рiзнi ризики, пов'язанi з утилiзацiею медичних вiдходiв i з травмуванням людини. Рекомендуеться комплекс заходiв щодо зниження виявлених ризикiв. Однак використовуваний метод здшснюе якiсну оцiнку ризикiв, що мае низьку точшсть i низьку ефектившсть управлiння. Кiлькiсна оцiнка ризику системи, що складаеться з декшькох модулiв, наводиться в роботах [7; 8] на основi методу Маркова. Основний недолш полягае в необхщност шформаци про ймовiрнiсть переходу системи з одного стану в шше (працездатне, попршене, непрацездатне). У реальних виробничих умовах часто спостерiгаеться дефщит тако! шформаци, через що ускладнено застосування даного методу i обмежена точшсть розрахунку ризику. Бшьш висока точшсть досягаеться в робот [9]. Ощнюеться ризик при робот технолопчних систем прничодобувно! промисловостi на основi стандартного методу FTA (fault tree analysis). Аналiзуються збо! в робот дробильно-змшувального цеху на дiлянках дроблення, змшування i конвеерних систем. Управлшня надшшстю, обслуговуванням i безпекою шдвищуе продуктивнiсть процесу видобутку в цшому. Аналогiчний пiдхiд здiйснено в робот [10], де виконуеться аналiз дерева вщмов з метою визначення критичних чинникiв, людських помилок i ошташзаци характеристик процесу. Данi роботи також не враховують специфiку систем захисту людини вщ чадного газу. Тим бшьше, вони не мiстять конкретних вщомостей про пiдвищення надiйностi цих систем. Бiльш досконалий пiдхiд здшснено в роботах [11; 12], в яких використовуеться комбiнацiя методiв FMEA i FTA. Результати одного методу е вихщними даними для шшого. Данi методи також не дають конкретних рiшень щодо пiдвищення надшност систем захисту вiд аномального пов^яного середовища. Наближене рiшення даного завдання наводиться в роботi [13], де ощнюеться вплив окремого елемента на вихщний параметр системи в цшому.
Аналiз юнуючих аналогiв дозволив сформулювати проблему. Вона полягае в тому, що в даний час вщсутнш анал^ичний пiдхiд, який би враховував специфшу систем захисту людини вщ чадного газу в зварювальному виробнищга.
Основна частина.
Мета роботи: тдвищення безпеки системи захисту людини вщ чадного газу.
У виробничому примщенш розташовано n робочих мiсць, яю мають однакове зварювальне обладнання. Розглядаеться ситуащя, коли одночасно задiянi вш робочi мiсця. Зварювальне обладнання на робочих мюцях працюе в однаковому та незмшному режимi.
Система захисту людей вщ чадного газу включае загальнообмшну припливну вентиляцiю 1, загальнообмшну витяжну вентиляцiю 2 та мюцеву витяжну вентиляцiю 3 на кожному робочому мiсцi, див. рис. 2. Плановий термш експлуатацil системи захисту складае 4,8-103 год. (1 рш за умови двозмiнноl роботи).
Ймовiрнiсть вiдмови системи захисту вщ чадного газу залежить вiд показниюв надiйностi окремих елементiв, див. табл. 2. Значення штенсивностей вiдмов елементв системи обранi з [14-17].
_\_Виробниче примвдення
3
Рис. 2. Функщональна схема системи захисту пращвниюв зварювальног дшянки eid чадного
газу (шоломи без сигналiзатора газу).
Таблиця 2. Показники надшност елемент1в системи захисту
Поди x Iнтенсивнiсть подiй (1/год.) Кiлькiсть робочих мюць (n)
Вщмови загально обмшно! припливно!вентиляцп 4,2 -10-6 5
Вiдмови загально обмшно!' витяжно!' вентиляцп 2,8 • 10 -6
Вiдмови мюцево!' витяжно! вентиляци на окремому робочому мющ 2,2 -10 -6
На рис.3 побудовано дерево вщмов системи захисту людини вщ чадного газу, враховуючи наявнють захисно! маски зварювальника без сигналiзатора газу.
Рис.3. Дерево вiдмов системи захисту людини eid чадного газу (шоломи без сигналiзатора газу)
Имовiршсть вщмови системи захисту розраховусться на mдставi дерева вiдмов (рис. 2) за формулою (1):
Р = 1 - (1 - p )(1 - Р2 )(1 - P3 ) ,
(1)
де Р\ - ймовiрнiсть вiдмови загальнообмшно! припливно! вентиляци; Р2 - ймовiрнiсть вiдмови загальнообмшно! витяжно! вентиляци; Р3 - ймовiрнiсть вiдмови мсцево! витяжно! вентиляци хоча б на одному робочому мющ.
Величина Р3 розраховуеться за формулою:
Рз = 1 -П (1 - Р)
i=1
(2)
де Р4 - ймовiрнiсть вiдмови мсцево! витяжно! вентиляцi! на окремому робочому мiсцi (1 - п). Ймовiрностi Р1, Р2 i Р4 розраховуються за допомогою формули (3):
Рх(г) = 1 - е-**х, (3)
де х - умовне позначення подш; t - тривалiсть експлуатацi! елементу, Хх - iнтенсивнiсть
подiй х (дана величина залишаеться постiйною шд час експлуатацi!).
Пiдставляючи певнi чисельш значення у формули (3) та (1), вщповщно, отримаемо: Р1 = 0,0199 ; Р2 = 0,0180 ; Р4 = 0,0152 ; Р3 = 0,0739 . Имовiрнiсть вiдмови системи захисту (див. рис. 1) дорiвнюе
Р = 1 - (1 - 0,0199)(1 - 0,0180)(1 - 0,0739) = 0,1086 » 1,09 • 10-1
Основним показником у зварювальних технологiях е те, що всi показники ризиюв мають не перевищувати ризик рiвня 10-6 [18, 19].
Ризик отруення чадним газом значно перевищуе допустиму величину (10-6) [18, 19]. Необхщна розробка заходiв та засобiв захисту вщ чадного газу.
Для удосконалення методики та стандартного засобу оцшки чадного газу на робочих мсцях система захисту доповнена сигналiзаторами чадного газу, як вмонтованi в шоломи, рис. 4.
Рис. 4. Функциональна схема захисту пращвнишв зварювальног дыянки в1д чадного газу (шоломи з сигнал1затором газу): 1 - загальнообм1нна припливна вентиляция; 2 - загальнообм1нна витяжна вентиляция; 3 - м1сцева витяжна вентиляция на робочому м1сц1; 4 - сигнал1затор чадного газу
1нтенсивнють вщмов сигналiзатора складае 1,8 -10 зпдно паспортних даних на сигналiзатор чадного газу. Дерево вщмов системи показане на рис. 5.
Рис. 5. Дерево вiдмов системи захисту людини вiд чадного газу (шоломи з сигналiзатором газу) Ймовiрнiсть вщмови доповнено! системи захисту розраховуеться за формулою (4):
Р5 = 1 -П (1 - Рб)
i =1
де р - ймовiрнiсть вiдмови захисту на окремому робочому мющ,
Рб = Р * P8
(4)
(5)
де Р/ - ймовiрнiсть вiдмови вентилящ! на окремому робочому мющ, Р8 - ймовiрнiсть вiдмови сигналiзатора (розраховуеться за допомогою формули (3)),
Р7 = 1 - (1 - Р ) - (1 - Р2 ) - (1 - Р4 ) . (6)
Пiдставляючи певнi чисельш значення в формули (3, 6, 5, 4), вщповщно, отримаемо: Р8 = 0,0009 ; Р7 = 0,0523 ; Р6 = 0,0005 .
Ймовiрнiсть вiдмови доповнено! системи захисту дорiвнюе
Р = 1 - (1 - 0,0005)5 = 0,0022 « 2 -10-3
Обговорення результа^в оц1нки ризику. Виконаний аналiз методiв оцiнки ризикiв, показав достатньо широку групу методiв та пiдходiв, щодо оцiнки ризикiв. Автори врахували те, що за багато роюв до появи теорi! ризикiв, шженери використовували теорiю надiйностi систем, а тому запропонували зробити оцiнку ризику iз використанням методу оцiнки надшносп систем та обладнання. Виконаннi розрахунки показали, що для ощнки ризиюв можна використовувати класичнi прийоми теори надiйностi систем, а саме надшнють систем i !х елементiв виходячи iз ймовiрностi виходу !х з ладу за певний час роботи. Отримаш результати дозволяють продовжити дослщження з визначення ризикiв iз використанням теори надшносп систем та !х елементiв. Цiкавим аспектом у цьому напрямi е розрахунок надiйностi людини як елемента системи "Людина-машина" та визначення ризику невиконання дш людиною в умовах наявностi небезпек, таких як чадний газ та шших.
Висновки. Виконанi дослiдження та ощнка ризикiв отруення чадним газом, довели можливють використання методiв теорi! надшносп для ощнки небезпек на робочих мюцях.
Ризик отруення чадним газом при застосуванш захисно! маски зварювальника, яку обладнано сигналiзатором чадного газу значно знизився, однак це ще не вiдповiдае припустимому рiвню безпеки на робочому мющ.
Дослщження необхiдно продовжити зважуючи на те, що застосованi iндивiдуальнi засоби захисту у виглядi вбудованого сигналiзатора чадного газу у шолом зварювальника, ще не гарантують необхiдного рiвня безпеки працiвника. Слiд розглянути питання застосування додаткових заходiв та засобiв захисту.
Л1ТЕРАТУРА
1. Levchenko, O.G. Svarochnyie aerozoli i gazyi: protsessyi obrazovaniya, metodyi neytralizatsii i sredstva zaschityi [Welding aerosols and gases: education processes, neutralization methods and protective equipment], (2015), Naukova dumka, Kiev, Ukraine.
2. Прогнозування професшно! захворюваносп зварнишв залежно ввд умов пращ О. £. Кружилко, Я. Б. Сторож, В. С. Гуць// В1сник КрНУ 1мен1 Михайла Остроградського. Випуск 6/2017 (107). Частина 1, с. 129-135.
3. Методи i засоби ощнки ризику здоров'ю населения ввд забруднення атмосферного повггря: [Електронний ресурс]: навч. поаб. для студ. спещальносп 122 «Комп'ютерш науки та шформацшш технологи», спецiалiзацil «1нформацшш технологи мониторингу довюлля» / Н. В. Караева, I. В. Варава; КП1 iм. 1горя Сiкорського. - Електроннi текст^ данi (1 файл: 4,38 Мбайт). - Кт'в: КП1 iм. 1горя Сiкорського, 2018. - 56 с.
4. Березуцький В.В., Адаменко M.I. Б 48 Небезпечнi виробничi ризики та надiйнiсть: навчальний посiбник для студенпв за напрямком пiдготовки 6.170202 «Цив№на безпека»/ В.В. Березуцький, M.I. Адаменко - Харк1в.: ФОП Панов А. М., 2016. - 385 с.
5. Dinmohammadi F., Shafiee M. A fuzzy-FMEA risk assessment approach for offshore wind turbines // Health Manag. Int. J. Progn., 2013. №4. р.59-68.
6. Ho CC1, Liao CJ. The use of failure mode and effects analysis to construct an effective disposal and prevention mechanism for infectious hospital waste // Waste Manag. 2011.31(12).
7. Baoping Cai, Yonghong Liu. Reliability analysis of subsea blowout preventer control systems subjected to multiple error shocks // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2012. № 25(6). P.1044-1054.
8. Zengkai Liu, Yonghong Liu, Baoping Cai. Reliability Analysis of the Electrical Control System of Subsea Blowout Preventers Using Markov Models // Plos one. 2014. 9(11).
9. Ali Nouri.Gharahasanlou, Ashkan Mokhtarei, Aliasqar Khodayarei, Mohammad Ataei. Fault tree analysis of failure cause of crushing plant and mixing bed hall at Khoy cement factory in Iran // Case Studies in Engineering Failure Analysis. 2014. P.33-38.
10. Roland-Iosif Moraru, Gabriel-Bujor Babut The use of fault tree in industrial risk analysis: a case study // Recent advances in industrial and manufacturing technologies : 1st wseas international conference on industrial and manufacturing technologies). 2013. P.70-75.
11. N A Wessiani, F Yoshio. Failure mode effect analysis and fault tree analysis as a combined methodology in risk management // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 337. 2018. P.1-11.
12. Liu, C.-T.; Hwang, S.-L.; Lin, I.-K. Safety analysis of combined FMEA and FTA with computer software assistance—take Photovoltaic plant for example. IFAC Proc. Vol. 2013, 46, 2151-2155.
13. Zhai Guofu, Zhou Yuege, Ye Xuerong, Hu Bo. A method of multi-objective reliability tolerance design for electronic circuits // Chinese Journal of Aeronautics 2011. P. 161-170.
14. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования. - Москва.: Госстандарт СССР, 1992. - 68 с.
15. РД 26-01-143-83. Надежность изделий химического машиностроения. Оценка надежности и эффективности при проектировании [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.skonline/ru/doc/7966.html
16. Сборник задач по теории надёжности / А.М. Половко [и др.]; под ред. А.М. Половко. - Москва.: Сов. радио, 1972. - 408 с.
17. Металлорежущие станки: учебник / В.Д. Ефремов [и др.]; под ред. П.И. Ящерицына. - 5-е изд., перераб. и доп. - Старый Оскол: ТНТ, 2009. - 696 с.
18. Розпорядження Кабмшу Укра!ни ввд 22 ачня 2014 р. № 37-р. Ки!в. Про схвалення Концепци управлшня ризиками виникнення надзвичайних ситуацш техногенного та природного характеру https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/37-2014-%D1%80#Text
19. Retrieved from https://studme.org/12810419/bzhd/priemlemyy_risk_kak_uroven_bezopasnosti_proizvodstva
