Обоснование основополагающих терминов. О содержании термина «коэффициент проницаемости»

В настоящее время стандартами принято определение термина «коэффициент проникания» (ГОСТ 12.4.119, приложение 1)(9) и «коэффициент проницаемости» (ГОСТ Р 12.4.194, п. 8.6.1) (10) с содержанием, которое скрывает сущность оцениваемых процессов, предельно их упрощает путем полного искажения картины оценки защитной характеристики средств защиты.

Чтобы не отсылать читателя к указанным стандартам, приведем данные в них определения.

По ГОСТ 12.4.119-82: «Коэффициент проникания выражает долю дисперсных частиц, проникающих через СИЗОД или его элементы, и является функцией одного или нескольких из перечисленных ниже коэффициентов: Кпр - коэффициент проскока через материалы фильтра, Ккн- коэффициент подсоса через конструктивные неплотности,

- коэффициент обратного подсоса через клапаны выдоха,

- коэффициент подсоса по полосе обтюрации».

Стандарт ГОСТ Р 12.4.194-99 распространяется только на «фильтры противоаэрозольные». Поэтому определение дается применительно не к комплексу путей проницаемости аэрозолей в подмасочное пространство, а только через фильтр, т.е. только через один из путей проникания, что в данном случае не является принципиальным. В разделе метода испытаний по проницаемости фильтра указывается: «Сущность метода определения проницаемости противоаэрозольных фильтров заключается в определении отношения концентрации тест-аэрозоля после его прохождения через фильтр к его концентрации до фильтра». Обращаем внимание, что в обоих случаях не проводится сравнение концентрации вредного вещества после фильтра с предельно допустимой концентрацией.

Однако принципиальная ошибка в приведенных определениях заключается в допущении проведения испытаний СИЗОД с применением полидисперсных аэрозолей. В стандарте ГОСТ 12.4.119-82 согласно разделу 2 «Для проведения испытаний применяют генератор аэрозолей, обеспечивающий получение дисперсных частиц со средним геометрическим диаметром от 0,2 до 1 мкм при стандартном геометрическом отклонении 1,5. Допускается использовать генераторы аэрозолей различного дисперсного состава при дополнительных испытаниях СИЗОД конкретного назначения......

Стандартом ГОСТ Р 12.4.194-99, п. 8.6.3 даются следующие указания: «Для испытаний проницаемости фильтра следует использовать следующие методы:

а) метод с использованием аэрозоля хлорида натрия...;

б) метод с использованием аэрозоля парафинового масла...».

В результате неоднозначности данных понятий контрольные испытания приводят к допущению в эксплуатацию средств защиты с низким качеством очистки от вредных примесей. В то же время данная позиция Госстандарта устраняет установившуюся в стране, главным образом, на заводах-изготовителях, НИИ систему контроля. Авторы этих стандартов не затруднили себя в проведении анализа выдвигаемых ими действий и проведении научного обоснования такого решения. В то же время предлагаемые новыми стандартами методы контроля взамен устраняемым:

- не обеспечены аппаратурой,

- в период проведения контроля качество фильтра или СИЗОД дисперсный состав аэрозольных систем не может быть проверен, в т.ч. в сертификационных центрах, что исключает возможность проведения контрольных испытаний, удовлетворяющих требованиям действующей в Российской Федерации системы стандартизации;

- в принципах рекомендуемых методов контроля заложено применение аэрозолей, у которых при движении по линиям к приборам неизбежно изменяется дисперсный состав и в связи с этим становится невозможным определить его в процессе фильтрации и подсосов; в результате коэффициент проницаемости определяется по аэрозолям с неизвестным дисперсным составом. Часто встречаются описания методов, в которых скорость течения аэрозоля может составлять 1-3 дм3/мин., при которой на длине 1 - 1,5 м и неустановленном диаметре трубки дисперсный состав меняется принципиально, измеряемый коэффициент проницаемости, например, фильтра становится много меньше, чем по наиболее проникаемым частицам. Но в результате такой контроль проходят изделия некачественные, что является особенно опасным в сложившихся современных условиях на промышленных предприятиях.

В краткой форме проанализируем приведенные нарушения требований государственной системы стандартизации, допущенные к методам испытания фильтров, включенным в новые стандарты на СИЗОД, а также сущность действующих в течение более 50 лет и постоянно развивающихся и совершенствующихся методов испытаний и контроля защитных свойств отечественных СИЗОД.

Требования к методам контроля установлены основополагающим стандартом ГОСТ Р 1.5.-2002,(11); п.п. 7.9.4 - 7.9.6.

Из п. 7.9.5: «Методы контроля должны быть объективными, точными и обеспечивать последовательные и воспроизводимые результаты. Изложение методов должно быть четким и достаточно подробным...».

Из п. 7.9.6.: «При установлении требований к средствам контроля (измерений), аппаратуре, материалам, реактивам, растворам и вспомогательным устройствам приводят перечень необходимого стандартного оборудования и стандартных материалов, а также стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, допущенных к выпуску и применению в Российской Федерации...(курсив дан в стандарте).

При необходимости применения нестандартного оборудования ...и/или материалов (реактивов, растворов) в тексте стандарта или в его приложении приводят основные технические характеристики этого оборудования (материалов, реактивов) с указанием диапазона измерений, нормы погрешности и других характеристик, необходимых для обеспечения контроля с требуемой точностью, в том числе различные структурные и функциональные схемы и чертежи или техническое описание материалов, или рецептуру реактивов, а при необходимости также требования к технологии изготовления оборудования и материалов (приготовления реактивов)».

Из п. 7.9.4: «Если в одном стандарте устанавливают два или более альтернативных методов одного показателя, то указывают, что эти методы обеспечивают (гарантируют) сопоставимость результатов испытаний (измерений, анализа, определений), полученных при использовании этих данных методов. Если установленные в стандарте методы контроля одного показателя не являются полностью взаимозаменяемыми, то приводят характеристику их различий и (или) особенностей предназначения каждого из них. При этом указывают, какой из методов контроля следует использовать в качестве арбитражного или поверочного.

Возможность стандартизации альтернативных методов контроля должна быть обоснована и подтверждена процедурами оценивания и сопоставления показателей точности предлагаемого к стандартизации альтернативного метода контроля со стандартизованным арбитражным или поверочным методом в соответствии с ГОСТ Р 8.563, ГОСТ ИСО 5725-6...» (12).

Приведенные требования к терминам приводят к выводу, что для формулирования термина необходимо провести анализ его содержания, необходимо дать описание проходящих физических процессов, анализ метрологических характеристик. В связи с этим проведем анализ соответствия методов контроля защитных свойств фильтров и подсоса под маску перечисленным требованиям системы стандартизации.

Все методы контроля фильтров СИЗОД, оценки качества их подгонки к лицу вновь вводимыми стандартами перечисляются в ГОСТ Р 12.4.194, п. 5.7 и ГОСТ Р 12.4.192, п. 5.4.1. Они включают метод испытания по полидисперсному аэрозолю NaCI (который может быть в виде капель с растворенным NaCI, а при осушении, которое является необязательным, - в виде микрокристаллов), по полидисперсному аэрозолю парафинового масла или по гексафториду серы, находящемуся в парообразном состоянии.

Все методы стандартами принимаются как взаимозаменяемые, адекватные. В связи с вышеуказанными требованиями Российской системы стандартизации сравнительные испытания по всем указанным методам должны быть сопоставимыми.

Проведем краткий анализ указанных методов. С этой целью рассмотрим основные свойства полидисперсного аэрозоля, их влияние на определение концентраций и соответствие стандартизованных методов контроля требованиям системы государственной стандартизации.

1.1. Основным характерным свойством проницаемости фильтров и участков подсоса через негерметичные участки (главным образом по полосе обтюрации.) является их селективность, которая выражается во всех случаях в большей проницаемости частиц диаметром d = 0,2 ч 0,8 мкм. Доля проникаемых частиц зависит от толщины волокон фильтра, высоты, диаметра и частоты препятствий в каналах подсоса, формы частиц, их плотности, скорости движения потоков. Диапазон частиц, обладающих максимальной проницаемостью, расширяется в зависимости от величины перечисленных параметров фильтра или участков подсоса. Из перечисленных свойств проникающих частиц следует, что фракционный состав аэрозоля, прошедшего через фильтр или канал подсоса, зависит от состава аэрозоля, находящегося в окружающей среде, но при прохождении через фильтр или канал подсоса фракционный состав полидисперсных аэрозолей в атмосфере и во вдыхаемом воздухе, т.е. в подмасочном пространстве СИЗОД, значительно изменяется. В этом случае отношение концентраций аэрозоля (весовых, счетных нефелометрических и др.) в атмосфере и во вдыхаемом воздухе, т.е. определяемый коэффициент проницаемости, теряет физический смысл, так же как и сопоставление результатов последовательных друг за другом измерений.

1.2. Для сравнительной оценки методов контроля принципиальными являются виды представления концентраций аэрозоля:

- особенностью определения весовой концентрации аэрозоля является определение показателя в основном по массе более крупных частиц. Масса мелких частиц в пробе, т.е. наиболее проникаемых, практически не влияет на величину общей массы всей отобранной пробы. Зависимость массы крупных частиц от радиуса - кубическая, т.е. m=k • г3, следовательно, масса частицы быстро изменяется при малых изменениях радиуса частиц. В массу частиц, проскочивших фильтр или канал подсоса, входят более мелкие частицы, т.к. крупные частицы отсеиваются из потока аэрозоля при отборе пробы, осаждении на препятствиях (волокнах, микронеровностях контактируемых поверхностей каналов подсоса, ...) в связи с инерционным движением, за счет седиментации и др. известных факторов. В связи с этим при испытании фильтра или герметичности контакта по изменению весовых концентраций аэрозоля за и до фильтра, содержащего до фильтра в основном грубодисперсные фракции, коэффициент проницаемости будет значительно меньше, чем при испытании по аэрозолю, содержащему до фильтра больше высокодисперсных фракций. Мелкие фракции с большей вероятностью преодолевают структуру фильтра или канала подсоса, имеют более высокий коэффициент проницаемости. В связи с этим вновь приходим к выводу, что результаты испытаний одного и того же фильтра по двум видам аэрозоля - грубо - и высокодисперсному, являются несопоставимыми. Данный физический факт обосновывает необходимость для получения представительного результата оценки качества фильтра или герметичности участка исключения влияния на результат испытания отличия аэрозолей по дисперсному составу. В опытах оценки качества фильтров или герметичности участков СИЗОД по аэрозолю с одинаковым дисперсным составом изменение весовой концентрации за фильтром будет связано только с задержкой частиц по указанным выше факторам, характеризующим структуру, качество самого фильтра.

Аналогичную картину создают испытания по проницаемости фильтра с нестабильным дисперсным составом, особенно с колебаниями концентраций грубодисперсных фракций. При испытаниях необходимо периодически контролировать фракционный состав аэрозоля. Из этого следует, что метод определения фракционного состава аэрозоля должен быть нетрудоемким, занимать небольшой период времени, такой, чтобы за период измерения изменение фракционного состава аэрозоля не превышало допустимой величины.

К методу определения весовой концентрации аэрозоля относится также метод, основанный на измерении яркости пламени, полученного при сжигании аэрозоля, например, хлорида натрия, при калибровке интенсивности излучения по весовой концентрации. К данному виду методов следует отнести также метод испытаний по радиоактивному аэрозолю.

- при контроле концентрации счетным методом размер частиц непосредственно не влияет на результат подсчета. Однако, низкая проницаемость грубых фракций частиц, т.е. снижение счетной концентрации за счет отсева грубых фракций, оказывает значительное влияние на результат определения коэффициента проницаемости. Поэтому при пользовании счетным методом результаты испытаний также зависят от дисперсного состава аэрозоля.

- в случае, если аэрозоль является монодисперсным, т.е. все частицы имеют один размер, то результаты испытаний по изменению весовых концентраций совпадают с результатами по измерению счетных концентраций. Однако, если размеры частиц двух видов монодисперсных аэрозолей отличаются, то большую величину будет иметь коэффициент проницаемости по аэрозолю с размерами более близкими к d = 0,2 ч 0,8 мкм.