CC BY
8
Е. В. Хухрина, Е. И. Воронцова
Сравнительная оценка различных методов
весового определения запыленности воздуха
%
Из Московского областного научн'о-исследовательского санитарно-гигиенического института и Института гигиены труда и профессиональных заболеваний АМН СССР
В 1952—1953 гг. по поручению Комиссии Академии наук СССР по борьбе с силикозом межинститутской бригадой (Московский областной научно-исследовательский санитарно-гигиенический институт, Институт гигиены труда и профессиональных заболеваний АМН СССР, Институт физической химии АН СССР, Институт Нигризолото и Московский институт охраны труда ВЦСПС) была проведена работа по сравнительной оценке различных приборов и методов определения запыленности воздуха.
Реометры
Распылитель /гусёк) см. узел А
г*-*
ь
ни
вентиля -тор
Узел л Стеклянный гусек
Резинка
Эл. мотор выступающий крепежный бинт Точеный ролип Стальная пружина ДержаВка для гуська
Отъемная крышка
-Дно - СПЛОШ6
засверлено отверстиями
Ультрамипродуигло-метр
Л- пылесосу
в атмос/реру
Электромотор
Рис. 1. Пылевая камера.
Были изучены модификации весового метода, в которых в качестве фильтров использовали хлопчатобумажную и стеклянную вату и фильтровальную бумагу. Кроме того, были проверены два новых метода сушки аллонжей (вакуумный и горячим воздухом) и испытана аппаратура для отбора проб воздуха: эжекторные рудничные аспираторы, горный инжекторный аспиратор Министерства угольной промышленности и ротационная воздуходувка Ленинградского института гигиены труда и профессиональных заболеваний.
Работу по сравнительной оценке различных приборов и методов определения запыленности воздуха производили в условиях специальной пылевой камеры, сооруженной в Институте гигиены труда и профессиональных заболеваний АМН СССР. В камере создавали концентрацию пыли от единиц до сотен миллиграммов в кубическом метре при наличии турбулентных токов воздуха со скоростью отдельных струй его около 0,5 'м/сек.
Схематический чертеж камеры изображен на рис. 1. Шестигранная камера застеклена по пяти граням и имеет на шестой грани съемную деревянную дверцу, служащую для введения в камеру изучаемых приборов и очистки камеры от пыли. В центральной части конического потолка камеры имеются три отверстия для подачи чистого и запыленного воздуха и для крепления некоторых приборов. В коническом поддоне камеры помещен вентилятор, служащий для смешения подаваемого в камеру воздуха. Между конической частью поддона и собственно камерой помещена съемная решетка, обеспечивающая более равномерное распределение токов воздуха и пыли у стен камеры.
В качестве пыли использовали кварцевую муку, полученную путем размола кварцевого песка, а также угольную пыль с углеобогатительной фабрики.
После испытания ряда способов подачи пыли в камеру был избран наиболее простой, но вместе с тем и наиболее легко контролируемый вариант. Подача пыли в камеру и поддержание определенных режимов запыления производились при помощи аппаратуры, находящейся вне камеры. К ней относятся: воздуходувка с мотором, подающая как чистый, так и запыленный воздух; распылитель с отстойником и шлангами; небольшой моторчик с гнездом для распылителя, обеспечивающий сотрясение распылителя и лучшее перемешивание в нем пыли; реометры для контроля количества подаваемого в камеру воздуха; мотор, приводящий в движение вентилятор-смеситель, находящийся в поддоне камеры.
После проверки концентраций пыли в камере при различных режимах подачи в нее запыленного воздуха избран был такой способ запыления, при котором общее количество подаваемого в камеру воздуха (чистого ^ запыленного) всегда соответствовало тому количеству воздуха, которое извлекалось из камеры при отборе проб. Так, при отборе 2 проб по 15 л/мин в камеру подавали 30 л/мин, при отборе 3 проб по 15 л/мин в камеру подавали 45 л/мин и т. д. Такой способ обеспечивал отсутствие заметных перепадов давлений в камере и вне ее.
В зависимости от требуемой концентрации в камере через распылитель подавали 2—8 л/мин запыленного воздуха. Остальное количество воздуха, необходимое для соблюдения «баланса» (до 30, 45 л/мин и т. д.) подавали из воздуходувки через другой реометр, минуя распылитель. Таким образом, от воздуходувки посредством тройника в камеру попадало только то количество воздуха, которое требовалось для проводимого опыта, а излишки воздуха поступали в помещение. Общее количество воздуха, направленного в камеру, шло по двум ветвям, через два реометра: одна ветвь—-через распылитель, вторая — с чистым воздухом — непосредственно в камеру. Обе ветви подавали воздух в камеру сверху, причем вследствие работы вентилятора-смесителя воздух поступал сверху вниз по центральной оси камеры в поддон, отбрасывался там к стенкам камеры, перемешивался вентилятором и с небольшой скоростью (около 0,5 м/еек) спиралеобразно поднимался вверх по стенам камеры.
Таким образом, в камере совершалась непрерывная циркуляция воздуха — сверху вниз по центру и снизу вверх по периферии. Наличие сотрясающегося гнезда для распылителя обеспечивало равномерное поступление пыли из распылителя. Отстойник вне камеры, второй отстойник пыли внутри камеры (в ее поддоне под вентилятором), решетка над поддоном и, наконец, само направление тока воздуха снизу вверх с относительно небольшими скоростями — все это обеспечивало выпадение крупных частиц пыли и больших конгломератов на всем пути продвижения пыли до ее попадания в рабочую часть камеры. Максимальные размеры пыли в рабочей части камеры редко превышали 5 у.
Концентрации пыли в рабочей части камеры на расстоянии 18—20 см от деревянной ее стенки проверяли путем одновременного отбора 3 проб воздуха весовым способом в различных точках.
Для отбора проб в дверке камеры имелось 10 отверстий, плотно за-крывавшихся пробками, с наглухо врезанными в них приборами. 6 из 10 отверстий (по 3 в верхней и нижней трети камеры) имели одинаковый диаметр и в них попеременно помещали различные приборы или ал-лонжы для отбора проб по весовому методу.
Проверка концентраций пыли в камере показала, что при подаче 2—4 л/мин запыленного воздуха содержание пыли в воздухе камеры может быть в пределах от единиц до нескольких десятков мг/м3, но не
более 70—80 мг/м3. При подаче 6—8 л/мин воздуха с пылью концентрации находятся в пределах от 100 до 1 000 мг/м3.
Равномерность распределения пыли в различных точках рабочей части камеры, как показали наши исследования, достаточна: отклонения в большинстве случаев находились в пределах 10—20% и лишь редко они оказывались большими — до 50% при малых концентрациях пыли.
Всего было проведено 120 опытов, \ во время которых отобрано и затем исследовано около 2 000 проб воздуха на содержание пыли.
Как указывалось выше, нами были испытаны три модификации весового метода с фильтрами из хлопчатобумажной и стеклянной ваты и фильтровальной бумаги (беззольные фильтры). При использовании фильтровальной бумаги в виде так называемых беззольных фильтров применяли металлические патроны (типа Института Нигризолото и Института гигиены труда и профессиональных заболеваний АМН СССР). Такие патроны нашли применение в горнорудной промышленности. Они очень удобны для отбора проб взвешенной пыли с целью исследования ее химического и минералогического состава.
Схема патрона Института Нигризолото представлена на рис. 2.
При проверке фильтрующих свойств определяли проскок пыли через фильтр: а) по весовому показателю и б) по числу частиц. В первом случае использовали аллонжи с плотными фильтрами из хлопчатобумажной ваты, которые в предварительных исследованиях показали 100% задержку пыли по ее весу. Во втором случае воздух, прошедший через фильтр, исследовали при помощи поточного ультрамикроскопа ВДК. ,
Отбор проб производили со скоростью 15 л/мин при концентрациях пыли в камере до 320 мг/м3.
Процент задержки пыли различными фильтрами в зависимости от их сопротивления показан в табл. 1.
Из табл. 1 видно, что при сопротивлении хлопчатобумажных фильтров и фильтров из стеклянной ваты в 150 мм водяного столба и при сопротивлении беззольных фильтров в 200—250 мм водяного столба и скорости протягивания воздуха через фильтр 15 л/мин задержка пыли по весовому методу является полной. Исследование полноты улавливания пыли при помощи поточного ультрамикроскопа ВДК показало те же результаты. Единичные пылинки, фиксировавшиеся иногда поточным ультрамикроскопом в воздухе, прошедшем через испытывавшиеся фильтры, практического значения не имели, так как они не могли изменить веса фильтров.
Далее была поставлена серия опытов по одновременному отбору проб пыли из камеры всеми тремя способами. Концентрация пыли в камере в этих опытах была 2—400 мг/м3.
Из 25 проведенных опытов в 15 отклонения в полученных величинах по всем трем способам не превышали 20%. В остальных 10 опытах при
Рис. 2. Патрон Института Нигризолото для бумажных фильтров.
1—патрон-воронка; 2—прижимная гайка; 3—бумажный фильтр.
концентрациях пыли 2—10 мг/м3 отклонения колебались от 20 до 50%; все три вида фильтров давали колебание в весе в обе стороны. В этих опытах отклонения в величинах запыленности оказались такими же, какие наблюдались при одновременном отборе проб на три одинаковых фильтра по стандартному методу.
Таблица 1. Задержка пыли различными фильтрами в зависимости от их сопротивления
Вид фильтра Сопротивление (в мм водяного столба) Задержка пыли в процентах
Хлопчатобумажная вата . . *. • . . . 100 95-100
То же .... • . . 150 100
Стеклянная вата . . 100 95-100
То же....... 150 100
Беззольные фильтры (сорт с голубой лентой) . . • 200-250 100
Проведенные исследования трех модификаций весового метода позволяют сделать вывод об одинаковой фильтрующей способности всех трех фильтров и, следовательно, о возможности использования любого из этих фильтров для исследования запыленности воздуха. Однако наилучшими фильтрующими способностями обладают ватные фильтры с сопротивлением в 150 мм водяного столба и бумажные фильтры с сопротивлением в 200—250 мм водяного столба.
Сушка аллонжей и фильтров по стандартному методу является наиболее длительной операцией, задерживающей получение результатов исследования запыленности воздуха. В связи с этим за последние годы различные лаборатории начали применять ускоренные методы сушки аллонжей.
Не новым по идее является предложение Харьковского института гигиены труда и профессиональных заболеваний (М. И. Эрман) использовать приспособление для скоростной сушки аллонжей с ватными фильтрами. Прибор состоит из металлического держателя для аллонжей, помещаемого в сушильный шкаф, нагретый, как обычно, до 105°. Присоединив отводящий тубус держателя при помощи резинового шланга, проведенного через одно из отверстий в шкафу, к реометру и пылесосу, производят протягивание горячего воздуха сразу через 5 аллонжей с общей •скоростью 30 л/мин. М. И. Эрман рекомендует производить продувку в течение 15 минут.
Ряд лабораторий пользуется продувкой воздухом обычной температуры для доведения до постоянного веса аллонжей с фильтрами из стеклянного волокна.
Результаты проверки различных способов сушки аллонжей и фильтров показаны в табл. 2.
Таким образом, наиболее надежной является сушка, принятая в ГОСТ 5609-50, двукратная продувка горячим воздухом может обеспечить подготовку половины аллонжей с гигроскопической ватой и 80% — со стеклянным волокном. Скоростная горячая сушка негигроскопической ваты, которая теоретически, казалось бы, должна дать наилучшие резуль-
Таблица 2. Эффективность различных способов доведения фильтров
до постоянного веса
Вид фильтра Способ доведения до постоянного веса Процент фильтров с постоянным весом после второго взвешивания
Гигроскопическая хлопчатобумажная вата В сушильном шкафу при температуре 105° б часов и повторно 2 часа ............. Почти 100
То же......... Продувка воздухом температурой I(i5° повторно по 15 минут со скоростью около 6 л мин .... Около 50
Негигроскопическая вата ........ То же.............. . 40
Стеклянное волокно . . . 80
То же ........ Продувка воздухом комнатной температуры по 10 минут 2 раза со скоростью 15 л/мин..... . 80
Беззольные фильтры (с голубой лептой) В бюксах высушены в сушильном шкафу при 105° в течение 6 часов и повторно 2 часа п 70
То же 1 I В бюксах в сушильном шкафу при температуре 105° повторно по 2 часа . 40
таты, дала худшие результаты, чем гигроскопическая вата. Повидимому, это связано с нестандартностью этих сортов ваты, возможностью их загрязнения и наличием в них веществ, испаряющихся или возгоняющихся при нагреве.
Был также испытан метод доведения аллонжей до постоянного веса с помощью вакуумной установки Ф. П. Дороша (Министерство металлургической промышленности). Метод дал удовлетворительные результаты. Однако установка Ф. П. Дороша еще требует доработки: необходимо уточнить процесс создания вакуума, переделать установку на стандартные аллонжи, изменить конструкцию крышки сушильной камеры и т. д.
Из числа новых аспирирующих приборов, предложенных для отбора проб воздуха, испытаны были приборы АЭР-1, АЭР-2 и аналогичный им ГИА. Эти приборы состоят из 2-литрового баллона сжатого воздуха (200 атм), соединенного через редуктор с эжектором, к которому присоединен реометр (АЭР-1) или литрометр (АЭР-2, ГИА).
Прибор пригоден для отбора проб воздуха через любые фильтры. Схема прибора АЭР-1 показана на рис. 3.
Лучшим из испытанных приборов оказался АЭР-1, который проверяли как в лаборатории, так и в условиях шахты.
Приборы АЭР-2 и ГИА вместо реометров для измерения скорости протягивания воздуха через аллонж снабжены литромерами типа дифе-ренциального мембранного манометра. Литромеры требуют постоянной проверки и калибровки. Максимальное количество эжектируемого воздуха при использовании одного баллона составляет 1 200 л, следовательно, с помощью одного баллона при компрессии в 200 атм можно отобрать одну пробу при запыленности 2—10 мг/м3, а при высоких концентрациях пыли (несколько десятков мг/м3 и выше) —5— 10 проб.
При необходимости отбора большего количества проб следует иметь запасные баллоны сжатого воздуха (или инертного газа) и заменять ими использованные баллоны.
В лабораторных и производственных условиях была испытана ротационная воздуходувка с пневмометрами конструкции Ленинградского института гигиены труда и профессиональных заболеваний. Эта установка рассчитана на одновременный отбор двух цроб. Шестимесячная эксплуатация этой установки в условиях производства и лаборатории показала хорошие ее качества и дает нам возможность рекомендовать ее к серийному выпуску.
Выводы
1. Проведенная работа показала, что все испытанные модификации весового метода — с фильтрами из хлопчатобумажной и стеклянной ваты и бумаги (беззольные фильтры)—могут быть рекомендованы для отбора проб воздуха по весовому методу. Задержка пыли происходит достаточно полно, если аллонжи наполнены фильтрующими материалами (гигроскопической хлопчатобумажной ватой или стеклянной ватой) с обеспечением сопротивления их в 150 мм водяного столба, а для бумажного фильтра 200—250 мм водяного столба при скорости 15 л/мин.
Употребление негигроскопической ваты не рекомендуется вследствие трудности сушки аллонжей до постоянного веса.
2. Ускоренная сушка фильтров по методу Харьковского института гигиены труда и профессиональных заболеваний (М. И. Эрман) может •быть рекомендована для доведения фильтров до постоянного веса при условии повторной продувки аллонжей.
3. При испытании беззольных фильтров лучшие результаты получены при троекратной сушке (6 часов и повторно 2 раза по 2 часа).
4. Если в условиях производства невозможно применять для отбора проб воздуха электроприборы (пылесосы, воздуходувки) и эжекторы от сети сжатого воздуха, целесообразно применять эжекторные аппараты Министерства угольной промышленности, в частности, АЭР-1.
5. Испытания ротационной воздуходувки с пневмометрами конструкции Ленинградского института гигиены труда и профессиональных заболеваний показали хорошие ее качества и дали возможность рекомендовать се к серийному выпуску.
Рис. 3. Схема эжекторного рудничного аспиратора АЭР-1.
1—баллон со сжатым воздухом; 2—манометр (финиметр); 3—редуктор; 4—включатель; 5—секундомер; 6—эжектор; 7—каучуковый шланг; 8—пылевая трубка; 9—реометр.
