Защита от производственных излучений
Защита от инфракрасного излучения

        Подавляющее большинство производственных процессов на пищевых предприятиях сопровождается выделением инфракрасного (теплового) излучения кап оборудованием, так и материалами. Находясь вблизи нагретых материалов, поверхностей оборудования, аппаратов, трубопроводов, пламени, человек подвергается воздействию инфракрасного излучения. Из-за его поглощения повышается не только температура человеческого тела, но и конструкции помещений (пол, стены, перекрытия), оборудования, инструмента. В результате может резко повыситься температура воздуха внутри помещения, что значительно ухудшит микроклимат рабочей зоны. Кроме того, воздействие инфракрасного излучения сопровождается морфологическими и функциональными изменениями в организме человека.
        По физической природе инфракрасное излучение представляет собой поток материальных частиц обладающих волновыми и квантовыми свойствами.
        Они представляют собой периодические электромагнитные колебания и в то же время являются потоком квантовых фотонов. Инфракрасные излучения охватывают область спектра с длиной волны, лежащей в пределах от 760 ни до 540 мкм. Энергии кванта лежит в пределах 0,0125—1,25 эВ.
        Исследования показывают, что не менее 60 %, всей теряемой теплоты распространяется в окружающей среде путем инфракрасного излучение. По закону Стефана-Больцмана излучение абсолютно черного тела пропорционально четвертой степени его абсолютной температуры:




где E0 — интегральное излучение, Вт/м2; σ  — константа излучения абсолютно черного тела; С  — коэффициент излучения абсолютно черного тела; Т — температура излучаемого тела, К.

Таблица 15

Материал

t, °C

E

Алюминий окисленный

200-600

0,11-0,19

Сталь

листовая шероховатая

940-1100

0,52-0,61

оцинкованная окисленная

24

0,276

Чугун шероховатый

20-250

0,95

Медь полированная

115

0,023

Асбестовый картон

24

0,96

Кирпич

шамотный

1100

0,75

магнезитовый

1500

0,39

красный

20

0,93

Штукатурка известковая

20

0,91


Излучение различных материалов описывается уравнением




где е — степень черноты.
Степень черноты с полного излучения различных материалов приведена в табл. 15.
В практических условиях нагретые тела излучают одновременно различные длины волн. С увеличением температуры излучающей поверхности длина волны уменьшается. Спектр теплового излучения — сплошной.
Эффект теплового действия инфракрасных излучений на человека зависит от длины волны, которая обусловливает глубину их проникновения. В связи с этим инфракрасное излучение (согласно классификации Международной комиссии по освещению) подразделяется на три области: А, В и С.
К области А относятся излучения с длиной волны (в мкм) 0,76—1,4, к В — 1,4 — 3 и С —более 3 мкм. Первая обладает большой проницаемостью через кожу и обозначается как коротковолновое инфракрасное излучение, а остальные — как длинноволновое, которое большей частью поглощается в эпидермисе.
Инфракрасные излучения влияют на функциональное состояние центральной нервной и сердечно-сосудистой систем (учащение пульса, повышается максимальное и понижается минимальное артериальное давление, учащается дыхание, повышается температура тела, усиливается потоотделение), приводят к повышению сердечно-сосудистых заболеваний и органов пищеварения. Кроме того, поглощение длинноволнового инфракрасного излучения слезной жидкостью и поверхностью роговицы глаз оказывает на них тепловое действие, а интенсивное поглощение хрусталиком коротковолнового излучения является причиной катаракты. Эти воздействия могут вызывать ряд других патологических изменений: конъюнктивиты, помутнение роговицы, спазм зрачков, помутнение хрусталика.
Интенсивное воздействие коротковолновых инфракрасных излучений может вызвать солнечный удар — головную боль, головокружение, учащение пульса, ускорение дыхания, затмение и потерю сознания, нарушение координации движений, тяжелое поражение мозговых оболочек и мозговых тканей вплоть до выраженного менингита и энцефалита.
При длительном пребывании человека в зоне теплового лучистого потока, как и при систематическом воздействии высокой температуры, происходит резкое нарушение теплового баланса в организме. Нарушается работа терморегулировочного аппарата, усиливается деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем, усиливается потоотделение, происходят потерн нужных организму солей.
При систематических перегревах отмечается повышенная восприимчивость к простудным заболеваниям. Наблюдается снижение внимания, резко повышается утомляемость.
Таким образом, тепловое излучение воздействует на организм человека, нарушая его нормальную деятельность, вызывая серьезные осложнения.
Интенсивность интегрального теплового излучения измеряется актинометрами, а спектральная — инфракрасными спектрометрами типа ИКС-10, 12, 14 (на практике сейчас используют актинометр Ноекова, а для малых величин серебряно-висмутовый термостолбик Молля).
Расчет интенсивности облучения, Вт/мг, от нагретой поверхности или через отверстия в печи осуществляют по формулам:
для




для




где F— площадь излучающей поверхности, м2; T — температура излучаемой поверхности, К; Тдоп — допустимая температура иа поверхности оборудования, К; r — расстояние до источника излучения, м.
Подсчитанную величину интенсивности облучения сравнивают с допустимой по нормам. Если Е больше нормы, возникает необходимость в проведении мероприятий по уменьшению действия излечения па работающих.
Способы защиты от инфракрасного излучения — теплоизоляция горячих поверхностей; охлаждение теплоизлучагощих поверхностей; экранирование источников излучения; применение воздушного душировання; организация рационального режима труда и отдыха.
Тепловая изоляция является эффективным и самым экономичным средством не только по уменьшению интенсивности инфракрасного излучения от нагретых поверхностей (печей, сосудов, трубопроводов и др.), но и общих тепловыделений, а также по предо! вращению ожогов при прикосновении к этим поверхностям и сокращению расхода топлива. По СНип 4088—86. «Санитарные нормы микроклимата производственных помещений» температура на поверхности оборудования должна быть более 45°С. Иногда применяют внутреннюю теплоизоляцию— футеровку для снижения рабочих температур конструкций оборудования.
Для снижения интенсивности излучений от наружных поверхностей применяются любые материалы с низкой теплопроводностью.
При выборе материала для изоляции необходимо принимать во внимание механические свойства материалов, а также их способность выдерживать высокую температуру. Если температура изолируемого объекта высокая, обычно применяется многослойная изоляция:
сначала ставится материал, выдерживающий высокую температуру, например асбест, а затем уже более эффективный материал с точки зрения теплоизоляционных свойств.
При расчете изоляции следует придерживаться следующего порядка.
Сначала устанавливаются допустимые тепловые потери объекта при наличии изоляции, задавшись температурой на поверхности изоляции.
Количество теплоты, отдаваемой единицей поверхности тела в единицу времени в окружающую среду (в Кт/м2):

q=a(tиз-tв)

где a — суммарный коэффициент теплоотдачи от изолируемой стенки к воздуху, Вт/(м2°С); tиз — температура на изолированной поверхности, °С; tв — температура воздуха в помещении, °С.

а=ак+ап


где аk — коэффициент теплоотдачи от изолируемой стенки к воздуху, Вт/(м2°С); ал — коэффициент теплоотдачи от изолируемой степкв к воздуху путем лучеиспускания, Вт/(м2°С).




где Со — коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2°С), Со=5,7; е — степень черноты тела: Тви — температура внутри аппарата, К(Тви=273+tвв; здесь tвв — температура внутри аппарата, °С); Твз— температура на изолированной поверхности, К.

Тв=273+tв


где Тв — температура воздуха в помещения. К; tв — температура воздуха в помещении, °С.




где Nu — критерий Нуссельта; λ — коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м2°С); L — характерный размер тела, м (см. ниже).

Форма тела

L(характерный
размер)

Цилиндр

Диаметр

Горизонтальный параллелепипед

Ширина

Вертикальный параллелепипед

Высота

Значение коэффициента теплопроводности воздуха от температуры и соответствующие им значения коэффициента кинематической вязкости и критерия Прандтля приведены в табл. 16.
Таблица 16

Температура воздуха, °С

Коэффициент теплопроводимости воздуха,Вт/(м2°С)

Коэффициент кинематической
емкости

Критерий

10

0,0251

14,16

0,705

20

0,0259

15,06

0,703

30

0,0267

16,00

0,701

40

0,0276

16,96

0,699

50

0,0283

17,95

0,698

В свою очередь,

Nu=c(Gr*Pr)n


где с и n — эмпирические коэффициенты. Их значения приведены а табл. 17; Сг — критерий Грасгофта.
Таблица 17








где β — коэффициент объемного расширения, °С




g — ускорение свободного падения, м/с2; g=9,81, v —коэффициент кинематической вязкости, м/с (табл. 16),
Определив по формуле критерий Gт, находим произведение Gг-Рг, где Рг — критерий Прандтля. Значение критерия Gг-Рг для воздуха представлены в табл. 17.
Зная произведение GгРг, можно определить коэффициенты с и n. Определив критерий Nи, находим коэффициент теплоотдачи ак. Суммарный коэффициент теплоотдачи а, найденный по формуле а = ак+ап, подставляется в выражение, определяющее количество теплоты, отдаваемой единицей поверхности тела в единицу времени.
Зная теплопотери с изолируемого объекта д, по форме определяем коэффициент теплопередачи К.
В свою очередь, коэффициент теплопередачи




где а — суммарный   коэффициент   теплоотдачи, Вт/(м2/°С). δст — толщина  (м) и коэффициент теплопроводности изолируемой стенки, Вт/(м°С), табл. 18; δизол, λизол — толщина (м) и коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/{м°С).
Таблица 18

Материал

Температура, С

Коэфициент теплопроводности

Асбест

листовой

30

0,12

волокно

50

0,11

Войлок шерстяной

30

0,05

Глина огнеупорная

400

1,04

Дерево сосна

20

0,11

Картон гофрированный

20

0,06

Кирпич

изоляционный

100

0,14

строительный

20

0,23-0,3

Кожа

30

0,16

Резина

0

0,16

Стеклянная вата

0

0,04

Алюминий

0

204,0

Бронза

20

64

Латунь

0

85,5

Сталь

0

45,4

Чугун

0

63

Преобразуя выражение, определяющее коэффициент теплопередачи К, получаем выражение для определения толщины изоляции (в м), которое имеет следующий вид:




Предыдущая Вперед





Полезная информация: Защита от инфракрасного излучения