Факторы, определяющие защитные свойства СИЗОД для рабочих промышленности

Оценивая защитные свойства СИЗОД, принималось, что вредные вещества проникают в подмасочное пространство через участки негерметичности, из которых наиболее вероятными являются неплотности контакта поверхности лицевой части с поверхностью лица. Рассматривая этот вопрос более детально, необходимо выделить другие пути попадания вредных веществ в подмасочное пространство, проанализировать основные пути проникновения вредных веществ в подмасочное пространство, изменение величин отдельно каждого фактора и в комплексе в процессе ношения СИЗОД.

Пути попадания вредных веществ во вдыхаемый воздух разделим по механизму проникания.

1. Проникновение через участки полосы обтюрации с недостаточной плотностью контакта, через клапаны выдоха при их дефектной работе, через сквозные дефекты фильтрующей части СИЗОД. С высокой вероятностью эти пути вносят основную долю проникаемого под маску вредного вещества. Значительные величины попадаемого под маску вредного вещества более вероятны у респираторов, особенно легких и облегченных респираторов. Величины вероятных подсосов, образующихся при случайных смещениях лицевых частей СИЗОД, определяются их конструкциями: наибольшие величины подсосов характерны для легких и облегченных респираторов, несколько меньшие - для патронных респираторов с полумаской ПР-7, значительно большая надежность по вероятности смещения характерна панорамным маскам; наибольшей надежностью по этому показателю обладают шлем-маски. По этим путям вредные вещества проникают в аэрозольном, в паро- и газообразном состоянии. Проницаемость вредных веществ по данному механизму проникания относят к негерметичности СИЗОД на человеке. Степень негерметичности оценивается величиной коэффициента подсоса монодисперсного аэрозоля наиболее проникаемых частиц при измерениях на людях (масляного тумана по стандартизованной методике ГОСТ 12.4.157-75).

2 Вредные вещества в аэрозольном состоянии могут проникать через аэрозольные фильтры, в которых отсутствуют дефекты сборки и дефекты структуры фильтрующего материала. Вредные вещества, находящиеся в аэрозольном состоянии в атмосфере рабочей зоны, практически всегда представляют полидисперсный аэрозоль. Распределение частиц, проникаемых в дыхательные пути в результате фильтрации, определяется селективностью фильтров. Более значительные коэффициенты проницаемости имеют фильтры респираторов с малым аэродинамическим сопротивлением. Следует отметить, что из всех видов фильтрующих материалов выделяются высокой эффективностью фильтрации при малом сопротивлении материалы, изготавливаемые по технологии, аналогичной технологии получения фильтрующих материалов типа ФПП. В эти фильтрующие материалы в отличие от других фильтров добавляется значительный по результативности фактор фильтрации - действие электрического поля, возникающего при электризации волокон в момент технологического получения фильтра. Эффективность фильтрации оценивается коэффициентом проницаемости монодисперсного аэрозоля (масляного тумана по стандартизованной методике ГОСТ 12.4.156-75).

3. Для поглощения вредных веществ в паро- и газообразном состоянии служат сорбенты и химпоглотители. Однако по мере насыщения сорбентов и отработки химпоглотителей в процессе применения СИЗОД поглощающая способность фильтра снижается, и вредные вещества начинают проникать, образуя смесь с очищенным воздухом. При дальнейшем ношении СИЗОД концентрация вредных веществ во вдыхаемом воздухе возрастает до концентрации вредного вещества в рабочей зоне. Скорость нарастания концентрации определяется видом и объемом применяемого сорбента, поглотителя и количества проходящего через него вредного вещества. Время от начала работы сорбента или химпоглотителя до момента появления вредного вещества за фильтром называют временем защитного действия. Поглощающая способность фильтров в СИЗОД определяется по специальным тест-веществам, подбираемым по соответствию их механизмов поглощения с механизмом поглощения вредных веществ: сорбционному поглощению или механизму поглощения паров или газов поглотителем. Вид применяемого контрольного вещества зависит также от применения или неприменения катализаторов для поглощения вредного вещества из потока вдыхаемого воздуха. В связи с тем, что время защитного действия поглотителя зависит от ряда дополнительных факторов, которые здесь не анализируем (температуры и влажности воздуха, способа получения вредного вещества для испытаний, его чистоты, пути отбора проб для контроля концентрации вредного вещества за поглотителем, применяемой индикаторной реакции и многих др. факторов) методы испытаний стандартизованы (41-44). В методике испытаний по стандартизованной методике определены конкретные условия, при которых основные факторы, влияющие на величину поглощения, конкретизированы, что совершенно отсутствует в новых стандартах на СИЗОД и поэтому приводит к нарушению требований Государственной системы единства измерений (этот недостаток более подробно анализировался ранее).

Описание механизма оседания частиц в фильтре, поглощения паро- и газообразных вредных веществ дается в многочисленной литературе. К наиболее распространенным источникам по этим вопросам относятся (16, 18, 35-37). Из числа специализированных изданий по теории и практике противогазового дела следует выделить работу В.Ф. Олонцева (38).

В связи с этим здесь не приводится описание механизма поглощенияаэрозолей, паров и газов, но дается не встречаемое ранее краткое описание изменения проницаемости вредных веществ по комплексу указанных факторов проницаемости.

На рис.5.1 показаны изменения величин коэффициента проницаемости фильтра - Кпрон, коэффициента подсоса - Кгсдс и суммарного коэффициента проницаемости - Ксум в течение дыхательного цикла. Дыхательный цикл показан графиками изменения расхода дыхательного воздуха через фильтр - V и давления воздуха в подмасочном пространстве - Р.

Рис. 5.1. Изменения величин коэффициентов проницаемости - К , подсоса - Кподс и суммарного - Ксум в процессе дыхательного цикла, показанного через изменение скорости дыхательного воздуха - V и давления в подмасочном пространстве - Р.

Характерной особенностью изменения коэффициентов проницаемости вредного вещества через фильтр (аэрозольная и паро- газовая составляющие), подсоса и суммарного коэффициента проницаемости вредного вещества в подмасочное пространство является сохранение их постоянной величины в любой момент в течение всей фазы вдоха, начиная с момента его начала. Эта особенность, как отмечалось ранее, связана с тем, что увеличение расходов проницаемого вещества по этим факторам в результате увеличения разрежения в подмасочном пространстве в первой части вдоха и уменьшения при последующем его снижении сопровождается пропорциональным увеличением, а затем и уменьшением объемной скорости вдыхаемого воздуха, который пропорционально разбавляет проникающее в подмасочное пространство вредное вещество.

В результате такого пропорционального разбавления концентрация вредного вещества в подмасочном пространстве, а следовательно, и коэффициенты проницаемости и подсоса также с первых же моментов начала вдоха и на протяжении всей фазы вдоха сохраняются постоянными. При этом скорость поступления вредного вещества, следовательно, и его количество в начале фазы вдоха увеличивается, а при уменьшении скорости вдыхаемого воздуха - уменьшается (на рисунке не показано). Как следствие этой закономерности общее количество вредных веществ, попадающих в дыхательные пути, увеличивается с увеличением рабочим выполняемой физической нагрузки.

На рис. 5.2 дается картина типичного соотношения величин коэффициентов проницаемости через фильтр и коэффициентов подсоса применительно к основным видам СИЗОД: патронному респиратору (с резиновой полумаской), противогазам с панорамной маской и со шлем-маской. Основными параметрами, определяющими величину проницаемости вредного вещества в подмасочное пространство, являются аэродинамическое сопротивление линии вдоха и степень герметичности по полосе обтюрации.

Рис. 5.2. Соотношения коэффициентов проницаемости Клрон1 , и Knpoн2 и подсоса - Кподс для основных видов СИЗОД с отличающимися величинами удельных сопротивлении фильтров - Rуд1 и Rуд2 с.

Для получения более полной картины зависимости защитных показателей от сопротивления фильтрующих элементов в качестве примера взяты два фильтра с удельными сопротивлениями Rуд1, и Rуд2 (определяется сопротивлением при расходе воздуха через фильтр 500 см3/с (30 л/мин); размерность Па • с/см3 (мм вод.ст/(л/мин). Измерение по ГОСТ 10188-74. Построенные графики на рисунке качественно показывают изменения величин коэффициентов проницаемости и подсоса во всех взятых видах СИЗОД для двух фильтрующих элементов, отличающихся величиной удельного аэродинамического сопротивления. При этом Rуд1 < Rуд2. Как следствие эти фильтры имеют коэффициенты проницаемости Кпрон1 > Кпрон2.

На рис. 5.2 графически в условиях постоянной интенсивности дыхания V показано, что:

1. у всех трех видов СИЗОД с удельным сопротивлением фильтров Rуд1, коэффициенты проницаемости равны - Кпрон1 а с повышенным сопротивлением фильтра Rуд2 - меньшему коэффициенту проницаемости Кпрон2 независимо от конструкции лицевой части;
2. во всех случаях коэффициент подсоса больше через полосу обтюрации полумаски, значительно меньше у противогаза с панорамной маской и еще меньше у противогаза со шлем-маской;
3. при большем коэффициенте проницаемости фильтра - К т.е. при меньшем Rуд1 коэффициент подсоса у респиратора значительно меньше коэффициента проницаемости фильтрующего элемента, что является следствием малого сопротивления фильтра; но при малом коэффициенте проницаемости - Кпр.ф2 и, соответственно, большем Ryn2 коэффициент подсоса возрастает и для полумаски может возрасти до величин, больших коэффициента проницаемости фильтра, т.е. Кпрф г. Последний комплект, т.е. сочетание фильтра и лицевой части, следует рассматривать как неэффективное использование защитной мощности фильтра, следовательно следует оценивать неправильным;
4. суммарный коэффициент проницаемости соответственно больше у респиратора с полумаской, меньше у противогаза с панорамной маской и наименьший у шлем-маски. В последнем варианте суммарный коэффициент проницаемости незначительно превышает коэффициент проницаемости фильтрующего элемента;
5. во всех случаях второй серии комплектов СИЗОД, т.е. с удельным сопротивлением Ryn2, коэффициенты подсоса больше соответствующих значений в вариантах первой серии. Но в случаях применения панорамной маски и особенно шлем-маски определяющим фактором проникания вредного вещества в подмасочное пространство остается путь через фильтр, что соответствует назначению противогазов и обеспечению качества защиты.