CC BY
1
Доцент Л. Б. ЧЕРНИН и Н. С. ЛИТВИНОВА
Условия труда и оздоровительные
мероприятия при применении открытого горения метанового газа месторождения Дашава-Опары1
Из Львовской лаборатории Киевского института гигиены труда и профзаболеваний
Советский Союз обладает крупнейшими ресурсами природных газов, обеспечивающими их широкое применение в быту и промышленности. Закон о пятилетнем плане ставит задачу „развить в крупном масштабе новую отрасль .промышленности — газовую промышленность"; при этом удельный вес природных газов должен составить около 80% из общего количества в 10,4 млрд. кубометров в 1950 г.
Природные газы очень ценны как высококалорийное газообразное топливо, особенно для технологических процессов при открытом горении пламени. Сравнительно полное сгорание природных газов без дыма и неприятных запахов нередко вызывает стремление в производственных условиях выбрасывать непосредственно в цех дымовые газы от различных промышленных печей. В западных областях УССР можно встретить еще и в настоящее время как массовое явление отопление помещений открытым пламенем. К сожалению, такие случаи мы наблюдали не только в промышленных цехах, но даже в жилых помещениях и больничных учреждениях. Вместе с тем обращает на себя внимание большое количество жалоб на недомогание и головную боль, а в ряде случаев и на раздражение глаз и верхних дыхательных путей. Лось и , Садовникова5 указывают, что на газовых промыслах саратовского природного газа, где были устроены приспособления для освещения газом, „почти все рабочие жалуются на головные боли и недомогание, характерные для отравления угарным газом".
Ширящееся применение Природных газов настойчиво требует уже в настоящее время гигиенического освещения вопросов, связанных с применением природных газов.
Горючие природные газы промышленного значения, могут быть разделены на две группы: жирные и сухие. Жирные газы обычно добываются вместе с нефтью и содержат много легко конденсирующихся тяжелых углеводородов. Сухие газы добываются главным образом из чисто газовых месторождений, не содержащих нефти, и состоят на 93—98% из метана. Транспортируемые на дальние расстояния газы Саратовского, Бугурусланского, Дашавского и других месторождений принадлежат к группе метановых газов. Природный газ месторождения Дашава-Опары имеет следующий химический состав: СН4—97,88%, С2Н6 —0,5%, С3Н5-0,16%, С4Н10—0,13%, N,— 1,25%, COs—0,08%. Сернистых соединений в газе нет. Его теплотворная способность (2£ = 8 600ккал. на 1 м3. Теоретическая температура горения 2 050°.
Состав природных газов позволяет рассматривать их горение как процесс окисления метана. Этому вопросу посвящено большое количество исследований советских и зарубежных авторов. Однако про-
1 В исследованиях принимали участие Ф. К. Годнева и Р. М. Гехт. Химические исследования выполнены Н. С. Литвиновой.
2 Санитконо-гигиеническая оценка природного саратовского газа, Гигиена и са-
нитария, № 12, 1945.
4 Гигиена и санитария, № 6
цесс окисления метана до сего времени недостаточно изучен. По теории цепных реакций акад. Семенова метан, трудно окисляемый непосредственно кислородом воздуха, окисляется главным образом за счет индукторов, каковыми являются промежуточные продукты реакции горения — метанол и формальдегид.
По теории гидроксильного окисления Боне окисление метана происходит через ряд его гидроксильных производных при присоединении расщепленной молекулы кислорода с образованием в качестве первичного продукта метанола. ,
Из имеющихся многочисленных исследований совершенно очевидно, что качественный и количественный состав продуктов окисления метана непостоянен. Он может вариировать в очень широких пределах, в зависимости от соотношения метана с кислородом, температуры, давления, примешивания к метану высших его гомологов, времени пребывания в реакционной зоне и по нашим наблюдениям в зависимости от структуры пламени. Большое значение имеют катализаторы: так, применяя в качестве катализаторов медь и золото, получают большой выход формальдегида и метилового спирта. Мы наблюдали выделение формальдегида в небольшом количестве при открытом горении пламени в атмосферных условиях и наличии в пламени больших холодных поверхностей..
В результате вариирования условий окисления метана исследователи могли -констатировать в продуктах окисления в различных количествах и соотношениях углекислоту, водяные пары, окись углерода, неокисленный метан, метиловый спирт, формальдегид, муравьиную кислоту, гидроперекись метила, перекись формальдегида и му-,равьиной кислоты, окислы азота и другие продукты. При горении в обычных атмосферных условиях мы находили, кроме большого количества углекислоты и водяных паров, окись углерода, формальдегид и углеводороды. Однако недостаточная изученность процесса окисления метана и вариабильность производственных условий, где могут быть применены природные газы, должны вызывать осторожность при оценке продуктов сгорания, а также при санитарных рекомендациях. Так, например, для догорания окиси углерода широко рекомендуется вводить окисленные медные поверхности; между тем эти поверхности способствуют выделению формальдегида (Медведев). Специальному изучению подлежит также газовая сварка и резка металлов. При открытом горении природных газов для целей подогрева основными вопросами в отношении санитарного нормирования являются способы сжигания газа, а также вентиляция помещений, поскольку этим путем производится отвод продуктов сгорания. В этих направлениях и были поставлены наши лабораторные и производственные исследования \ которые мы в рамках этой статьи не можем осветить подробно. Остановимся только на тех выводах, какие положены нами в основу разработанного проекта санитарных правил при применении открытого горения природных метановых газов. Как показали наши исследования, указанные ниже правила относятся как к производственным горелкам малой мощности, так и к бытовым горелкам.
. 1. В обычных практических условиях добиться полного сгорания природного газа не удается. Так, например, при свободном горении пламени в атмосферных условиях без процессов нагрева выделения окиси углерода составляли, по нашим данным, величину порядка 1,5—4,9 г на 1 м3 сожженного газа (см. таблицу), а при нагревании не-
__г
1 Исследования в области санитарно-гигиенической оценки горелок были выполнены совместно со Львовским отделением Института энергетики Академии наук УССР (Доценко) и Львовским газовым заводом (Пивонский) и частично доложены на Всесоюзном совещании по газификации в апреле 1947 г.
Сравнительная оценка горелок и режимов горения по содержанию окиси углерода
Название горелки Условия горения Окись углерода в г на 1 м8 газа
А. Г о р е н и е чисто ' V " 1;Д Простая цилиндрическая без эжекции ......... « Горелка Львовских заводов . . Бунзен-Меккер . . .. . Ливонского . . . . Б. Нормальное горени Горелка Бунзен-Меккер с эжекцией......* . . ' То же............ В. Горение при'ра п р е д м е 1 Горелка Львовских заводов . ■ * * ■ • ■ » ■ * ■ • • Горелка Юнкер-Ру...... То же.........|. . . го газа и смеси газа с воздухе Свободное горение чистого натурального газа (при отсутствии нагрева) То же; количество газа в смеси 51% . . . ... 30% . , . . . . 40% е и при отрыве пламени от го [Пламя нормальной структуры Пламя с отрывом от горелки зличном отдалении нагреваем! •о в от головки горелки Сосуд с водой на расстоянии Н = 18 мм , . , . Н = 30 . .» » » • • Н = 45 » Н = 62 „ * в » * Н — 29 у . > » . » Н = 58 , м 4.91 1.92 1,67 1,03 5 е л к и 1,9 20,9 >1 X 85,01 53,07 31,54 8,89 49,14 4,37
больших сосудов с водой даже на бытовых горелках хороших конструкций — 50-85 г на 1 м3 газа. Хотя приведенные величины не имеют большого значения и могут остаться незамеченными в теплотехнических исследованиях, они играют роль при санитарной оценке, если принять во внимание огромное количество продуктов сгорания, образующихся при горении газа и накоплении газов. Так, например, две небольшие бытовые горелки с обычным расходом газа 200—300 л/час при нагревании небольшого сосуда с водой могут дать в закрытом помещении объемом примерно около 100 м3 0,5—0,8 мг/л СО через 2 чгса горения, если считать равномерным распределение концентрации газов в объеме. Эти данные подтверждаются опытными наблюдениями. Так, даже при наличии вентиляции и горелок хороших конструкций мы наблюдали в цехах Львовского электролампового завода 0,06-^-0,08 мг/л СО в присутствии формальдегида (0,008 мг/л) и углеводородов (0,36 мг/л), также являющихся продуктом неполного сгорания. Лось и Садовникова, производя наблюдения в экспериментальных и производственных условиях, постоянно находили присутствие окиси углерода при пользовании газом. В опытных условиях ее содержание составляло 0,113—0,25 мг/л. Эти авторы получили бы значительно большее содержание окиси углерода, если бы не ограничились наблюдениями при свободном горении пламени, без процессов нагрева. В дымовых газах промышленных печей окись углерода часто содержится ь количестве 1%. Таким образом, открытое горение без местного отвода продуктов сгорания подлежит строгому санитарному ограничению (при применении в быту, в электроламповом производстве, при стеклодувных оп<фациях и др ); кроме того, открытое сжигание газа должно производиться при определенных условиях, изложеннь1Х ниже.
2. Санитарному запрещению во всех без исключения случаях подлежит использование открытого горения пламени для отопления и освещения, так как это приводит к значительному .накоплению продуктов неполного сгорания.
3. Санитарному запрещению подлежит выброс в помещение продуктов сгорания от отопительных печей (независимо от их конструкции)1, водогрейных колонок и промышленных печей. '
4. При открытом горении пламени сжигание чистого натурального газа (без предварительного смешения с воздухом) подлежит категорическому запрещению, так как оно дает резкое увеличение окиси углерода (см. таблицу), пониженный тепловой коэфициент полезного действия, неустойчивый процесс горения при наличии других признаков неполного сгорания (п. 5). Оптимальный состав смеси определяется технологс-теплотехническими данными, и смешение осуществляется при помощи компрессоров, а в бытовых горелках — при помощи эжекции. Выпуск неэжекционных бытовых горелок должен быть запрещен, а находящиеся в пользовании необходимо заменить.
Прозрачное, тусклое плетя галубооатй-синего цвета
Вииимое У ядро
- —Горелка
Рис. 1. Нормальное пламя
Рис. 2. Пламя без видимой структуры, светящееся, беловато-желтое (большой выход СО)»
5. Процесс горения должен удовлетворять следующим индикаторам в отношении цвета, прозрачности, свечения и видимой структуры пламени: голубовато-синее, тусклое, несветящееся,' прозрачное пламя с видимым ядром (рис. 1) зеленовато-синего цвета соответствует качественному горению. При неполноте сгорания пламя беловато-желтое, непрозрачное, светящееся, без видимой структуры (рис. 2). Выводы Лося и Садовниковой, что изменение цвета пламени не связано с заметным увеличением выхода окиси углерода и других продуктов неполного сгорания, ошибочны. Горение при беловато-желтом лламени дает увеличение окиси углерода по нашим исследованиям в 3—5 раз.
Выделение ядра пламени является следствием гидродинамических и физико-химичесюх законов и свидетельствует о нормальном горе-.нии. Недостаток кислорода, слишком большая скорость подачи газа (больше скорости воспламенения) и другие причины нарушают видимую нормальную структуру, что сопровождается выделением продуктов неполного сгорания.
6. Огромное значение для процесса горения''имеет расположение тепловоспринимающей поверхности в пламени: горение начинается на наружной поверхности ядра пламени, внутри ядра горение не имеет места. Расположение тепловоспринимающей поверхности ниже ядра или в соприкосновении с ним мешает развитию процесса и ведет
1 Мы не рассматриваем здесь вопросов беспламенного горения, это подлежит специальному изучению.
к выходу продуктов неполного сгорания. Так, по нашим опытам отдаление поверхности сосуда от головки горелки с 18 до 62 мм уменьшило выход окиси углерода с 85 до 8,89 г/м3 газа, т. е. почти в 10 раз (см. таблицу). Нормализация расположения обогреваемых предметов имеет решающее влияние на выход окиси углерода и других продукте^ неполного сгорания.
7. Недопустимо ведение режима горения, при котором пламя горит, оторвавшись от горелки (рис. 3). Такое явление имеет место, когда газ подается со слишком большой скоростью — больше скорости воспламенения. В этом случае мы наблюдали увеличение окиси углерода с 1,9 до 20,3 г/м3 газа, т. е. в 11 раз. Отрыв пламени заметен внешне и часто сопровождается шумом. В практике часто увлекаются работой горелок при максимальном давлении, что не только может привести к образованию продуктов неполного сгорания, но и вызвать взрыв, так как при больших скоростях подачи газ может незаметно потухнуть или же будет вытекать, не зажигаясь.
8. Выделение углеводородов установлено нами как результат нарушения процесса горения, а не проскока метана мимо зоны горения, как предполагают некоторые авторы. Выделение углеводородов идет параллельно выделению окиси углерода.
9. Образование формальдегида, объясняющее раздражающее действие продуктов сгорания на глаза и слизистые верхних дыхательных путей, связано с наличием в пламени холодных поверхностей. Содержание формальдегида увеличивается с увеличением поверхности охлаждения.
Мнение Лося и Сйдовниковой, что выход формальдегида увеличивается с давлением газа, не обосновано.
10. Пользование горелками для нагрева при открытом горении значительно повышает температуру помещения. Практически можно считать, что все тепло, кроме полезно используемого (но опытам Пивонского коэфициент полезного действия горелок 50—65%), уходит на нагреве помещения, т. е. около 4 300—3 000 ккал. на 1 м3 сожженного газа, а при нагреве предметов без поглощения тепла с их последующим остыванием в цехе (нагрев стекла, металла) можно практически считать, что вся теплотворная способность газа уходит на нагрев воздуха, т. е. около 8 600 ккал. на 1 м3. На Львовском электроламповом заводе температура воздуха в летнее время составляла 40—50° (тепло1ая , нагрузка 200 ккал. на 1'м3 помещения), причем имели место массовые перегревы рабочих при наличии в воздухе окиси углерода, формальдегида и углеводородов. Если принять, согласно ГОСТ, необходимость устройства аэрации при тепловыделениях более 20 ккал. на 1 м3 помещения, то это дает при указанных выше коз-фициентах полезного действия горелок расход газа около 6 л/м3 помещения, а при процессах нагрева с Отдачей всего тепла в помещение— около 3 л/м3.
В.области вентиляции помещений нам пришлось также поставить специальные лабораторные и производственные наблюдения как в силу специфических условий прц применении открыто! о горения натурального газа, так и по дополнительным условиям электролампового производства. Эти исследования привели нас к новым принципам расчета и конструирования вентиляции горячих цехов. Специфическими условиями при применении открытого горения являются: а) невозможность применения воздушного душирования, так как потоки воздуха задувают пламя; б) трудность организации по этим же причинам естественного притока (как правило, технологи возражают против
Ш
Горит
-Не
горит
Рис. 3. Пламя, оторванное от горелки ("оль-шой выход СО)
естественной вентиляции); в) огромные тепловыделения. На электроламповом заводе имели место следующие условия, которые являются специфическими для электролампового производства: 1) расположение горячих цехов в многоэтажном здании, что лишает возможности применять естественную вытяжку, 2) небольшая высота цехов — 4—6 м, 3) огромная тепловая нагрузка — 200 ккал./м3.
Для удаления тепла вначале была запроектирована механическая приточно-вытяжная вентиляция с охлаждением воздуха. Однако, вследствие огромных тепловыделений, установка получилась очень сложной, дорогостоящей и .трудно осуществимой. Имелись также весьма противоречивые мнения относительно схемы организации воздухообмена. Была поставлена под сомнение возможность дальнейшего существования завода в имеющемся здании. Ввиду этого мы исследовали на моделях в лаборатории схему вентиляции для конкретных условий электролампового завода.
Наши исследования1 выявили, что обычные представления, а также нормы ГОСТ о градиентах температур по высоте (1—2° на 1 пог. м высоты свыше первых двух) ни по фактическим данным, ни по
принципиальным позициям неверны. Эгот градиент непостоянен и зависит от ряда причин: расположения теплортдающих поверхностей, их геометрических размеров, тепловой нагрузки помещения и в очень большой степени — от аэродинамических явлений, вызываемых движением конвекционных токов, и других причин. Производственные наблюдения подтверждают это: так, в цехах электролампового зтвода мы наблюдали при действии вентиляции градиент по высоте в 5—7°, а при очень малой высоте цеха—3,2 м — даже в 15—20°. Применяя ту или иную систему вентиляции, мы можем сильно влиять на этот градиент. На базе исследований на моделях мы предложили в отношении организации воздухообмена принцип управления кинематикой конвекционных потоков, что дает наиболее эффективное и экономичное решение. Для случая расположения горячих цехов в многоэтажном здании мы получили следующую предложенную нами схему сплошного щелевого отсоса (рис. 4). Источники конвективного потока располагаю ся таким образом, что струя газов, подлежащая удалению, направляется в щелевые воздуховоды, идущие вдоль всего цеха. Горизонтальные полки преграждают путь для конвективного потока, который при отсутствии этих полок опускался бы вниз (рис. 5). Вместе с тем мы получили при такой схеме огромный градиент температур, благодаря чему расход воздуха для вентиляции уменьшился в 21/2 раза, что дало огромную экономию в средствах и упростило установку, придав ей удобную архитектурную форму. Вдоль
1 Чернин Л. Б., Применение метода теплового моделирования при аэрации горячих цехов, доклад на конференции в Киеве, 1940.
Горизон-
Рис. 4. Предложенная схема общеобменной вентиляции сплошным щелевым отсосом
Рис. 5. Обычный конвективный поток в замкнутом контуре _
стен уложены шлако-алебастровые плиты, а щели прикрыты штампованными .регулирующими решетками. Для лучшей регулировки всей системы воздуховоды разбиты по длине на ряд секций. Далее наши исследования выявили возможность не только отказаться от холо- , дильной установки, но и от механического притока. Существующие окна на вертикальных осях заменены многостворчатыми фрамугами на горизонтальных осях со .средней подвеской и индивидуальным закреплением створок. Это дало возможность направлять поток приточного воздуха в желаемом направлении, так, чтобы он не задувал пламени и не был неприятен для рабочих. Здесь подтвердился принцип настильности потока, выявленный еще Кучеруком также в исследованиях на моделях.
Таким образом, мы нашли рациональное решение для сложного случая вентиляции горячих цехов, расположенных в многоэтажном здании. Значение этого вопроса выходит за пределы рассмотренного случая. Так, при применении открытого горения природного газа мы выставляем следующие положения по вентиляции помещений.
1. Применение открытого горения газа при отсутствии вентиляции недопустимо, независимо от расхода газа.
2. Расчет вентиляции должен производиться на тепловыделение и удаление окиси углерода.
3. Неприменимо устройство воздушного душирования.
4. Недопустима рециркуляция воздуха.
5. При расходах газа свыше указанных в п. 10 должна применяться аэрация. При этом особое значение приобретают устройства для предотвращения дезорганизации потоков воздуха (незадуваемый фонарь Батурина, ветроотбойные щиты, многостворчатые фрамуги на горизонтальных осях для притока воздуха и др.).
6. При плоских Перекрытиях рекомендуется применение системы сплошного щелевого отсоса с соответствующим расположением оборудования. * ■
Ввиду большого количества водяных паров (2,14 м3 на' 1 м3 газа) рекомендуется двойное остекление окон.
При применении открытого горения природного газа на промышленные предприятия должны распространяться санитарные правила и нормы, разработанные для горячих цехов.
Е. КРАСНИЦКАЯ и Л. РОГАЧЕВСКАЯ
Пищевые отравления в РСФСР за 1946 г.-
Из Главной госсанинспекции Министерства здравоохранения РСФСР
По сравнению с военными годами 1946 г. дал значительное снижение числа случаев пищевых отравлений-
Учет пищевых отравлений по РСФСР показывает относительное благополучие в этом отношении основных промышленных областей Восточносибирской части федерации, в то время как в ряде сельскохозяйственных областей (Владимирская, Ярославская, Орловская) наблюдался некоторый рост пищевых отравлений.
Удельный вес пищевых отравлений, зарегистрированных в предприятиях общественного питания, остался высоким. Но все же он значительно ниже, чем в предыдущие военные годы. Наряду с этим, необходимо, отметить рост числа пищевых отравлений за счет летних детских оздоровительных учреждений, школ ФЗО, ремесленных училищ.
