Проблема оценки и взаимосвязи аэрозольного загрязнения и аэроионного состава воздуха рабочей зоны тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.01, доктор технических наук Черный, Константин Анатольевич

• Черный, Константин Анатольевич
• доктор технических наук
• 2012

Оглавление диссертации доктор технических наук Черный, Константин Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ

И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Тенденции изменений условий труда машиностроительного производства и актуальные подходы к обеспечению безопасности воздуха рабочей зоны.

1.2. Современные подходы к гигиеническому нормированию аэрозольного загрязнения. Модели распределения аэрозольных частиц по размерам.

1.3. Аэроионный состав как вредный производственный фактор. Гигиеническое нормирование аэроионного состава воздуха.

1.4. Взаимосвязь аэрозольного загрязнения и аэроионного состава. Электрические факторы аэрозольной чистоты воздуха.

1.5. Выводы по разделу и задачи исследования.

2. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ТРУДА

И ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ,

ОБУСЛОВЛЕННОЙ НЕГАТИВНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

ФАКТОРОВ ВОЗДУХА РАБОЧЕЙ ЗОНЫ.

2.1. Анализ состояния условий труда и профессиональной заболеваемости в машиностроительной отрасли Российской Федерации.

2.2. Анализ условий труда на ведущих предприятиях машиностроительного комплекса Пермского края.

2.3. Основные источники аэрозольного загрязнения, оценка условий труда и уровней профессионального риска на рабочих местах машиностроительного холдинга.

2.4. Выводы по разделу.

3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИРОДЫ

И РАЗМЕРОВ ВЗВЕШЕННЫХ В ВОЗДУХЕ ЧАСТИЦ И ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ АЭРОИОННОГО СОСТАВА.

3.1. Современное представление о природе аэроионов и заряженных аэрозольных частиц.

3.2. Физические характеристики аэроионов и заряженных аэрозольных частиц как фактора производственной воздушной среды.

3.3. Спектральное распределение аэроионов.

3.4. Обобщенная классификация аэроионов.

3.5. Выводы по разделу.

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ АЭРОЗОЛЬНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ И АЭРОИОННОГО СОСТАВА. АПРОБАЦИЯ НА МОДЕЛИ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ.

4.1. Постановка уравнения.

4.2. Интенсивность ионообразования.

4.3. Коэффициент рекомбинации легких аэроионов.

4.4. Коэффициент коагуляции.

4.5. Алгоритм моделирования распределения аэрозольных частиц по размерам.

4.6. Апробация теоретико-эмпирического аппарата.

4.7. Выводы по разделу.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОЗОЛЬНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ И АЭРОИОННОГО СОСТАВА

НА РАБОЧИХ МЕСТАХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ.

5.1. Аэрозольный и аэроионный состав воздуха рабочей зоны при ручной механической шлифовке деталей и изделий.

5.2. Аэрозольный и аэроионный состав воздуха рабочей зоны при различных технологиях сварки металлов.

5.3. Аэрозольный и аэроионный состав воздуха рабочей зоны при лазерной резке материалов.

5.4. Аэрозольный и аэроионный состав воздуха рабочей зоны при плавке металлов и приготовлении песчано-глинистой формовочной смеси.

5.5. Выводы по разделу.

6. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ КОЛЛЕКТИВНЫХ

И ИНДИВИДУАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ И НОРМАЛИЗАЦИИ АЭРОИОННОГО СОСТАВА НА РАБОЧИХ МЕСТАХ.

6.1. Основные типы и конструкции современных аэроионизаторов.

6.2. Средства измерения при исследовании аэроионного состава.

6.3. Метод оценки эффективности аэроионизирующего оборудования и систем.

6.4. Методика определения и выбора точек измерений аэроионного состава при использовании коронных аэроионизаторов.

6.5. Распределение искусственно генерируемых коронными ионизаторами аэроионов по объему помещения.

6.6. Особенности спектрального распределения аэроионов при коронной ионизации воздуха.

6.7. Зависимости генерации легких аэроионов и побочных продуктов химических реакций от напряжения на коронирующих излучателях.

6.8. Выводы по разделу.

7. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ И ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ВОЗДУХА РАБОЧЕЙ ЗОНЫ И УЛУЧШЕНИЮ УСЛОВИЙ ТРУДА.

7.1. Методология разработки мероприятий по улучшению условий труда машиностроительных производств.

7.2. Организация производственного контроля за аэроионным составом воздуха рабочей зоны.

7.3. Практическое использование результатов исследований и оценка эффективности мероприятий по улучшению условий труда.

7.4. Выводы по разделу.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Проблема оценки и взаимосвязи аэрозольного загрязнения и аэроионного состава воздуха рабочей зоны»

Актуальность проблемы

Согласно приоритетным направлениям современной модернизации экономики России одной из важнейших отраслей, определяющей и обеспечивающей переход к прогрессивным и инновационным технологическим укладам, является машиностроение.

Высокие требования, предъявляемые к обеспечению качества продукции машиностроительного предприятия в силу увеличивающейся конкуренции и быстро меняющихся потребностей рынка, ставят разносторонние и сложные задачи по изучению вопросов охраны труда, которые призваны обеспечить не только безопасность, но и комфортность условий труда с целью повышения работоспособности.

В связи с наблюдаемыми изменениями в современном машиностроительном производстве, связанными с особенностями применяемых сырьевых материалов, промежуточных и готовых продуктов, способов производства, а также с увеличением количества и интенсивности отдельных, в том числе и новых, технологических процессов, обновляются и проблемы охраны труда. Важнейшей из проблем охраны труда на предприятиях машиностроения остается проблема поддержания безопасности и качества воздуха рабочей зоны. Современное машиностроение характеризуется увеличением производственного воздействия на воздух рабочей зоны, обусловленного образованием и выделением большого количества взвешенных аэрозольных частиц, в том числе и электрически заряженных.

Высокодисперсное аэрозольное загрязнение представляет особую опасность, отнесено Всемирной Организацией Здравоохранения (ВОЗ) с 2010 г. к приоритетным опасным и вредным производственным факторам и напрямую связано с технологическим и техническим перевооружением, в частности, с всевозрастающими скоростями, сложностью и точностью обработки материалов и изделий, с применением не до конца опробованных новых производственных технологий, все более широким внедрением на различных машиностроительных производствах пластмассовых, полимерных и композитных материалов и обрабатываемых деталей из высокопрочных сплавов, в том числе полученных при помощи нанотехнологий.

Методология оценки высокодисперсного аэрозольного загрязнения в реальных производственных условиях машиностроительного предприятия еще недостаточно отработана. Необходимость решения проблемы объективной оценки безопасности и качества воздуха рабочей зоны подтверждается также случаями повышения профессиональной заболеваемости, обусловленной воздействием промышленных аэрозолей, даже при соблюдении принятых в настоящее время гигиенических нормативов.

Кроме того, до сих пор остаются практически не изученными вопросы о характере и особенностях его взаимосвязи с другими факторами безопасности и качества воздуха рабочей зоны. К таким факторам, в первую очередь, следует отнести его аэроионный состав, поскольку значимость влияния аэроионного состава как на аэрозольное загрязнение, так и на напряженность труда, самочувствие работника и его работоспособность отмечена многими исследователями. Актуальность и необходимость всестороннего и комплексного изучения аэроионного состава как параметра безопасности и качества воздуха рабочей зоны усиливают и современные тенденции изменения роли и места работника в производственном процессе. Труд работника становится все более интеллектуальным, увеличивается количество объектов, которыми он должен управлять, возрастают скорости управляемых им процессов, широко применяется дистанционное управление. В связи с этим все большее внимание уделяется вопросам борьбы с психофизиологическими перегрузками работников.

Таким образом, для объективной оценки безопасности и качества воздуха рабочей зоны проблема совершенствования системы оценки аэрозольного загрязнения как опасного и вредного производственного фактора, а также его взаимосвязи с параметрами аэроионного состава имеет наиболее важное и актуальное значение.

Приведенное описание актуальности проблемы позволяет сформулировать цель настоящей диссертационной работы.

Цель исследований - разработка новых подходов к оценке высокодисперсного аэрозольного загрязнения и аэроионного состава воздуха рабочей зоны на основе установления их взаимосвязи, совершенствование системы разработки мероприятий по улучшению условий труда работников машиностроения.

Основная идея работы состоит в теоретическом и методологическом обосновании мероприятий по улучшению условий труда и эффективному применению аэроионизирующего оборудования на основе установления новых подходов к оценке высокодисперсного аэрозольного загрязнения и определению его взаимосвязи с аэроионным составом воздуха рабочей зоны.

Объекты исследований - аэрозольное загрязнение и аэроионный состав воздуха рабочей зоны, определяемые ими условия труда, аэроионизирующее оборудование и системы как средства коллективной и индивидуальной защиты от воздействия таких факторов.

Предмет исследований - процессы формирования высокодисперсных аэрозолей, разработка критериев их оценки, закономерности их связи с аэроионным составом воздуха рабочей зоны, определение области рационального применения аэроионизирующего оборудования и систем.

Методы исследований. При решении поставленных задач проводились аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, математическое и физическое моделирование. Определялись и анализировались условия труда на рабочих местах машиностроительных предприятий. Проверка основных выводов проводилась посредством модельных и натурных экспериментов, математической обработки и статистического анализа их результатов. Применялись как установленные нормативные методики проведения измерений, так и разработанные автором. Результаты экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и промышленных условиях, сравнивались с результатами, полученными другими авторами. Осуществлялась практическая ,(11 (1 11 )»', я, !

I I I м.)

V «'» У чи^ч! I \

II < 1

•н I

Лч ,

ЛЧ' проверка разработанных алгоритмов, методик, моделей и технологий в процессе опытного внедрения результатов исследований.

Научная новизна исследований:

1. Впервые научно обоснована необходимость учета электрической подвижности аэроионов при оценке безопасности и качества воздуха рабочей зоны.

2. Впервые обнаружена аномально высокая генерация средних промежуточных аэроионов при использовании электрических коронных аэроионизаторов. Определены оптимальные спектральные распределения аэроионов по подвижности.

3. Разработан косвенный метод оценки высокодисперсного (размер частиц менее 0,1 мкм) аэрозольного загрязнения на основе параметров аэроионного состава.

4. Определены эмпирические зависимости изменения концентраций аэроионов различной подвижности от расстояния до ионизаторов, позволяющие существенно повысить эффективность разрабатываемых мероприятий по улучшению условий труда.

5. Разработан системный подход к оценке эффективности и установлению области рационального применения аэроионизирующего оборудования как средств индивидуальной и коллективной защиты.

6. Создана методология разработки мероприятий по улучшению условий труда, учитывающая особенности пространственного распространения аэрозольного загрязнения и параметров аэроионного состава воздуха рабочей зоны.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертационном исследовании, обеспечена применением классических положений теории механики аэрозолей, электрогазодинамики дисперсных систем, коагуляции, физической химии, математической физики, математической статистики и корреляционного анализа; гармоничным сочетанием техники и методов современного физического эксперимента; использованием метрологически достоверных и аттестованных методик выполнения измерений и поверенных (калиброванных) средств измерений; достаточным для статистической обработки объемом полученных результатов теоретических, лабораторных и производственных исследований; согласованностью результатов экспериментальных исследований с теоретическими положениями; получением прогнозируемого эффекта в практическом использовании и положительными результатами внедрения на ряде предприятий.

Теоретическая значимость заключается в обосновании возможности использования параметров аэроионного состава как показателей уровней высокодисперсного аэрозольного загрязнения воздуха рабочей зоны, физическом и математическом описании процессов их взаимосвязи и модификации.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Проанализированы тенденции изменения и новые технологии современного машиностроительного производства и обоснованы основные опасные и вредные производственные факторы, приводящие к нарушению трудоспособности и возникновению профессиональных заболеваний работников, установлены величины доли выявляемых в ходе осуществления санитарно-гигиенического производственного контроля нарушений параметров безопасности и качества воздуха рабочей зоны.

2. Разработана методика оценки распределения аэрозольных частиц высокодисперсной фракции на основе измерений характеристик аэроионного состава воздуха рабочей зоны.

3. Предложены новые методические подходы к гигиеническому нормированию аэроионного состава воздуха рабочей зоны, обоснованы основные принципы проведения мониторинга соотношений объемных концентраций аэроионов различных групп подвижности, а также спектрального распределения легких и средних аэроионов.

4. Разработаны, апробированы и внедрены методика выбора точек измерений и способ оценки эффективности аэроионизирующего оборудования и систем, позволяющий обосновывать выбор и определять области их рационального применения при проведении мероприятий по улучшению условий труда.

5. Разработана и реализована экспериментальная схема, сконструирован спектрометр аэроионов, предназначенный для проведения исследований спектрального распределения легких и средних промежуточных аэроионов по подвижности как нестандартизованное средство измерения единичного образца.

6. Впервые с позиции как объемных концентраций аэроионов, так и их спектрального распределения по электрической подвижности получены функциональные зависимости параметров аэроионного состава от особенностей ведения технологических процессов, микроклиматических характеристик, расстояния до излучателей аэроионизирующего оборудования и систем.

7. Разработаны, апробированы и внедрены нормативные и методические документы и рекомендации, позволяющие создать современную систему обеспечения качества воздуха рабочей зоны и безопасности работников в условиях высокодисперсного аэрозольного загрязнения и неблагоприятного воздействия аэроионного состава воздуха производственных помещений.

Внедрение результатов исследований в практику. Результаты диссертационного исследования использованы в нормативном документе государственного уровня, регламентирующем вопросы обеспечения эффективности аэроионизирующего оборудования и методические подходы к оценке такого оборудования (ГОСТ Р 53734.4.7-2012 «Электростатика. Методы испытания для прикладных задач. Ионизация»).

На основании результатов выполненных автором исследований подготовлены методические рекомендации и материалы по обеспечению требований охраны труда, по формированию аэроионного состава воздуха рабочей зоны, соответствующего установленным гигиеническим нормативам, по оценке высокодисперсной фракции аэрозольных загрязнений на основе параметров аэроионного состава. Автор осуществлял контроль их внедрения в практическую деятельность:

- в службе охраны труда Ракетно-космического завода Федерального государственного унитарного предприятия «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева»;

- на производственных участках плазменной и лазерной резки, лазерной сварки металлов, механической обработки керамических, композитных и полимерных деталей и изделий ОАО «Мотовилихинские заводы»;

- на производственных участках лазерной резки, механической обработки, ручной электродуговой и аргонодуговой сварки деталей и изделий и сварки вольфрамовым неплавящимся электродом ЗАО «Третий СПЕЦМАШ»;

- на участке сварки цеха нанесения эмалированных покрытий ОАО «Акционерная компания "Лысьвенский металлургический завод"»;

- в помещениях различного назначения при борьбе со статическим электричеством и с электризацией высокодисперсных синтетических и полимерных аэрозольных частиц ОАО «Краснокамский завод металлических сеток».

Личный вклад автора. Настоящая работа является обобщением многолетних исследований автора в области комплексной оценки аэрозольного загрязнения и аэроионного состава как параметров качества и безопасности воздуха рабочей зоны. Автором обоснована цель, выбраны основные направления и поставлены теоретические и экспериментальные задачи исследования, определены способы и предложены варианты их решения.

Автором разработаны программа и методика экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях, способ оценки высокодисперсного аэрозольного загрязнения на основе параметров аэроионного состава, методика выбора точек измерений и способ оценки эффективности аэро-ионизирующего оборудования и систем как средств коллективной и индивидуальной защиты, методика организации производственного контроля за аэроионным составом, методология разработки мероприятий по улучшению условий труда при высокодисперсном аэрозольном загрязнении.

Экспериментальный материал получен как лично автором, который выступал научным руководителем и ответственным исполнителем научно-исследовательских работ, так и при участии сотрудников руководимой им группы, лаборатории, а также сотрудников смежных организаций, в которых проводились научные исследования и испытания.

При разработке физико-математических моделей, обработке результатов экспериментальных исследований с использованием современных компьютерных технологий и анализе полученных результатов автором ставились задачи и осуществлялось практическое и методическое руководство.

В опубликованных работах представлены результаты, полученные лично автором и при сотрудничестве с коллегами. Вклад автора значителен - постановка проблем и поиск их решений, обобщение полученных результатов и выводов.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты работы представлены и одобрены на международных, отечественных и межотраслевых конгрессах, конференциях, научных школах, семинарах и совещаниях и др. Основными из них являются следующие: V Международная научно-практическая конференция «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» (Челябинск, 2012); XV Международная научно-техническая конференция «Фундаментальные проблемы техники и технологии» (Технология-2012) (Орел, 2012); XII Всероссийская научно-техническая конференция «Медицинские информационные системы» МИС-2012 (Таганрог, 2012); International Conference «Defence, Science & Research» DSR-2011 (Singapore, 2011); International Conference «Science, Society, Business» (Cyprus, 2011); III Международный научно-технический конгресс (V Международная научно-техническая конференция) «Экология и безопасность жизнедеятельности про-мышленно-транспортных комплексов» ELPIT-2011 (Тольятти - Самара, 2011); Всероссийская научная школа для молодежи «Фундаментальные, клинические и гигиенические основы и аппаратно-методическое обеспечение системы медико-психологической реабилитации пациентов, подверженных высокому уровню напряженности труда и профессионального стресса» (Таганрог, 2011); VI Международная конференция «Качество воздушной среды - потребление, здоровье, экономика» (ВОЗДУХ-2010) (Санкт-Петербург, 2010); Десятая международная научно-практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2010);

V Международная конференция «Качество воздушной среды» (ЕЮЗДУХ-2007) (Санкт-Петербург, 2007); Международная конференция «Научно-технические, социальные и экономические проблемы воздушной среды» (ВОЗДУХ-2004) (Санкт-Петербург, 2004); Российская научно-практическая конференция «Охрана труда на рубеже третьего тысячелетия» (Пермь, 2001); Международный экологический конгресс «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург, 2000); IV Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург, 1999); Международная конференция «Научно-практические проблемы рационального потребления воздуха» (ВОЗДУХ-98) (Санкт-Петербург, 1998); Российская научно-практическая конференция «Современные аспекты и проблемы охраны труда» (ОХРАНА ТРУДА-98) (Пермь, 1998); Международная конференция «Научно-практические аспекты управления качеством воздуха» (ВОЗДУХ-95) (Санкт-Петербург, 1995).

Автор, являясь доцентом по специальности «Охрана труда» (промышленность), постоянно использует в своей научно-педагогической деятельности материалы и результаты, включенные в настоящую диссертационную работу.

Связь исследований с научными программами. Исследования в данном направлении выполняются с 1994 г. по настоящее время в рамках тематического плана научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Пермского национального исследовательского политехнического университета, в рамках НТП «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» Минобразования России в 2000-2004 гг., в рамках Программы национальной стандартизации в Российской Федерации на 2011 г. (Шифр 1.15 072-1.002.11), а также в рамках Договора от 25.10.2010 г. № 13.G25.31.0093 между ОАО «Мотовилихинские заводы» и Минобрнауки РФ об условиях предоставления и использования субсидии на реализацию комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства, выполняемого с участием российского высшего учебного заведения, заключенного в рамках реализации Постановления Правительства РФ от 09.04.2010 г. № 218. 1 т

Ьгл ¡1

На защиту выносятся:

1. Результаты аналитического исследования условий труда работников машиностроительной отрасли с выделением доминирующих опасных и вредных производственных факторов и новых технологических процессов, связанных с аэрозольным загрязнением и неблагоприятным аэроионным составом воздуха рабочей зоны.

2. Обобщенная классификация аэроионов, базирующаяся на природе внутренних физико-химических связей, обеспечивающих устойчивость того или иного класса аэроионов, и разработанные теоретико-эмпирические выражения, устанавливающие взаимосвязь аэрозольного загрязнения и аэроионного состава воздуха на основе уравнения аэроионного баланса.

3. Алгоритм моделирования распределения аэрозольных частиц по размерам и косвенный метод оценки высокодисперсного аэрозольного загрязнения, результаты их апробации в предложенных модельных воздушных средах, позволяющих репрезентативно имитировать условия аэрозольного загрязнения непосредственно в рабочей зоне, условия распространения аэрозольного загрязнения по объему производственного помещения от локальных и равномерно распределенных источников.

4. Результаты экспериментальных исследований и эмпирических оценок аэрозольного загрязнения и аэроионного состава, полученные на рабочих местах машиностроительных предприятий при осуществлении работниками производственных операций, характеризующихся высокодисперсным аэрозольным загрязнением (механическая обработка деталей, сварка и резка металлов, плавка металлов, приготовление песчано-глинистой формовочной смеси).

5. Разработанные методика выбора точек измерений аэроионного состава и способ оценки эффективности аэроионизирующего оборудования и устройств как средств коллективной и индивидуальной защиты.

6. Полученные эмпирические выражения концентраций легких аэроионов и особенности спектрального распределения аэроионов по подвижности в зависимости от величины коронирующего напряжения и расстояния до излуча

М, * I.

УНГ?

14 I

I *НИ

II "I " I \ > л

Г" III

Ц/ V

I1!

Г'Т

V/ 1 и Л телей аэроионизаторов, позволяющие обосновывать выбор и определять области их рационального применения при проведении мероприятий по улучшению условий труда.

7. Методология разработки и типовые мероприятия по улучшению условий труда, направленные на уменьшение высокодисперсного аэрозольного загрязнения воздуха рабочей зоны и нормализацию аэроионного состава.

8. Методика организации производственного контроля за аэроионным составом воздуха рабочей зоны.

9. Результаты практического использования основных положений исследования и оценок эффективности реализованных мероприятий по улучшению условий труда.

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы отражены в 43 опубликованных научных работах, из них 16 - в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК России для публикации материалов диссертации на соискание ученой степени доктора наук; 1 - в международной реферативной базе данных IEEE Xplore международной некоммерческой ассоциации специалистов в области техники Institute of Electrical and Electronics Engineers; 20 - в трудах международных и отечественных конгрессов, научно-технических конференций, научных школ-семинаров; 6 - методические, учебно-методические, учебные пособия и рекомендации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, главы, в которой представлены обзор и анализ современного состояния изученности проблемы, шести глав, посвященных результатам собственных исследований, заключения, списка литературы, содержащего 412 источников, и приложения, в котором представлены документы по внедрению результатов диссертационных исследований. Общий объем диссертации - 361 страниц, содержит 102 иллюстраций, 47 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Охрана труда (по отраслям)», Черный, Константин Анатольевич

7.4. Выводы по разделу

1. Предложена методология разработки мероприятий по улучшению условий труда на основе осуществления искусственной ионизации воздуха производственных помещений. Обоснованы принципиальные ограничения на практическое применение аэроионизирующего оборудования и систем в зависимости от характеристик условий труда и величины аэрозольного загрязнения воздуха рабочей зоны. На основе таких ограничений определены основные направления применения ионизирующего оборудования:

- в целях нормализации аэроионного состава;

- в целях увеличения скорости оседания аэрозольных частиц и естественной очистки воздуха рабочей зоны;

- в целях уменьшения или исключения распространения аэрозольного загрязнения по объему производственного помещения.

2. Разработаны принципы организации производственного контроля аэроионного состава и представлены предложения по доработке существующей нормативной базы, регламентирующей порядок проведения инструментальных исследований аэроионного состава. Помимо организации контроля за концентрацией аэроионов в воздухе рабочей зоны предложено дополнительно учитывать величину электрической подвижности и проводить исследования групп легких и средних промежуточных аэроионов.

Представлены методика проведения и статистической обработки результатов исследований и критерии оценки характеристики качества аэроионного состава - соотношения объемных концентраций легких и средних промежуточных аэроионов.

3. Разработаны организационные и инженерно-технические решения по улучшению условий труда на основе взаимосвязи высокодисперсного аэрозольного загрязнения и аэроионного состава и проведена оценка их эффективности.

Научно обоснованное размещение и выбор режимов эксплуатации позволили достичь допустимых условий труда на 100 % рабочих мест, на которых до реализации мероприятий условия труда характеризовались как вредные класса 3.1 по факторам «Электростатическое поле» и «Аэроионный состав».

Улучшение условий труда при реализации мероприятий на основе периодического применения во время отсутствия работника средств искусственной ионизации воздуха рабочей зоны, характеризуемой аэрозольным загрязнением, достигнуто на всех рабочих местах. После внедрения мероприятий в 65-78 % случаях условия труда могут быть охарактеризованы как допустимые с классом условий труда 2.

Применение искусственной ионизации воздуха в аспекте борьбы с распространением аэрозольного загрязнения по производственному помещению позволило в 100 % случаев добиться допустимых условий труда на рабочих местах, на которых аэрозольное загрязнение обусловлено переносом из зоны генерации со смежных (соседних) рабочих мест.

4. Методология разработки мероприятий по улучшению условий труда на основе взаимосвязи высокодисперсного аэрозольного загрязнения и аэроионного состава, подходы к организации производственного контроля за аэроионным составом и конкретные мероприятия по улучшению условий труда прошли апробацию и внедрены на предприятиях машиностроительной отрасли: ФГУП «Ракетно-космический завод Государственного космического научно-производственного центра им. М.В. Хруничева»; ОАО «Мотовилихинские заводы», ЗАО «Третий спецмаш»; ОАО «Лысьвенский металлургический завод»; ОАО «Краснокамский завод металлических сеток».

Анализ классов условий труда на рабочих местах обследуемых предприятий, на которых были внедрены и прошли практическую апробацию предложенные мероприятия по улучшению условий труда, позволяет отметить снижение величины профессионального риска и улучшение классов условий труда.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных автором исследований разработаны, теоретически обоснованы и практически апробированы научные и методологические решения проблемы оценки и установления характера и особенностей взаимосвязи высокодисперсного аэрозольного загрязнения и аэроионного состава воздуха рабочей зоны. Научные решения, изложенные в диссертации, доведены до эмпирических выражений, методик, алгоритмов и методологий. Их применение вносит значительный вклад в развитие системы охраны труда машиностроительного комплекса и позволяет:

- создать современную систему оценки аэрозольного загрязнения и аэроионного состава воздуха рабочей зоны как опасных и вредных производственных факторов;

- разрабатывать и внедрять научно обоснованные мероприятия, направленные на улучшение условий труда.

Практическая реализация предложенных автором решений для характерных производственных операций машиностроения, связанных с воздействием на работника высокодисперсного аэрозольного загрязнения и/или несоответствующего нормативным требованиям аэроионного состава, позволяет эффективно решать задачи снижения профессионального риска и улучшения условий труда, что подтверждает достижение цели исследований и позволяет утверждать, что настоящая диссертация является законченной научной квалификационной работой.

В ходе диссертационного исследования получены следующие основные научные и практические результаты, которые свидетельствуют о решении сформулированных задач:

1. Условия труда в машиностроительной отрасли и, как следствие, риск возникновения профессиональных заболеваний остаются наиболее неблагоприятными. Показатель профессиональной заболеваемости на машиностроительных предприятиях за период 2006-2010 гг. составлял 3,30-3,65 на 10 000 работников, что превышает средний показатель по промышленности России, равный 1,52-1,79.

Аэрозольное загрязнение воздуха рабочей зоны остается доминирующим опасным и вредным производственным фактором.

Доля условий труда, не соответствующих гигиеническим нормативам по фактору аэрозольного загрязнения, составляет порядка 10 %.

Профессиональные заболевания, обусловленные аэрозольным загрязнением (порядка 20 %), возникают даже при условии соблюдения действующих гигиенических нормативов и использования принятых в настоящее время методов и критериев оценки.

Аэрозольное загрязнение воздуха рабочей зоны определяет условия труда полировщиков, шлифовщиков, резчиков, электрогазосварщиков, слесарей механосборочных работ, формовщиков ручной формовки и наблюдается при механической обработке изделий, сварке и резке металлов, плавке металлов и приготовлении песчано-глинистой формовочной смеси.

2. При оценке условий труда по фактору аэрозольного загрязнения воздуха рабочей зоны необходимо учитывать распределение аэрозольных частиц по размерам, особенно высокодисперсной (менее 0,1 мкм) фракции. Последнее ограничено отсутствием доступных прямых методов исследования. В качестве косвенных показателей высокодисперсного аэрозольного загрязнения могут быть использованы параметры аэроионного состава воздуха рабочей зоны.

3. Впервые проведено обобщение разрозненных и мультидисциплинар-ных знаний о физико-химической природе и механизмах формирования заряженных взвешенных в воздухе частиц и на основе этого определена взаимосвязь аэрозольного загрязнения и аэроионного состава воздуха.

Рассмотрены процессы ионообразования, рекомбинации и гидратации, осаждения на аэрозольные частицы. Определены основные ион-молекулярные реакции, протекающие при ионизации воздуха. Доказано, что аэроионы К2+(Н20)„, 02~(Н20)„ и 0Н~(Н20)п не являются конечными, вторичные ионмолекулярные реакции могут заканчиваться формированием более сложных и активных структур, химический состав которых определяется газовым загрязнением воздуха.

Физически обоснована величина граничной электрической подвижности,

2 1 1 равная 0,5 см В с , позволяющая различать газовые и аэрозольные аэроионы.

На основе выявленных закономерностей предложена обобщенная классификация аэроионов по подвижности.

4. Уточнена постановка уравнения аэроионного баланса, на основе которого предложено рассматривать физические закономерности взаимосвязи аэрозольного загрязнения с аэроионным составом воздуха. Сделан вывод, что концентрации легких и тяжелых аэроионов определяются параметрами аэрозольного загрязнения.

Получены теоретические и эмпирические выражения, определяющие физические принципы вычислений параметров, входящих в уравнение аэроионного баланса: интенсивность ионообразования, коэффициент рекомбинации легких аэроионов противоположной полярности, коэффициент слияния аэроионов и аэрозольных частиц в широком интервале их размеров (порядка 0,01-1,00 мкм).

5. Разработан и описан оригинальный алгоритм, позволяющий аппроксимировать распределение аэрозольных частиц по размерам в виде суперпозиции нескольких логарифмически нормальных распределений.

Определены критерии выбора числа мод и начальные условия аппроксимации.

6. Впервые разработан косвенный метод оценки высокодисперсного (размером менее 0,1 мкм) аэрозольного загрязнения воздуха рабочей зоны. Экстраполяцию аэрозольного распределения частиц крупнодисперсных фракций (размером более 0,1 мкм) в область высокодисперсных фракций предложено проводить на основе характеристик аэроионного состава. 1 Ч I

1 п

Л »И

Расчетным путем и экспериментально подтверждено, что содержание в воздухе легких аэроионов определяется содержанием высокодисперсного аэрозоля, а контроль концентраций легких аэроионов позволяет косвенно судить о наличии в воздушной среде аэрозольных частиц высоко дисперсной фракции.

7. Предложена специальная модель - воздушная среда сильвинитовых спелеоклиматических камер, в которой впервые проведено моделирование распространения аэрозольного загрязнения по производственному помещению. В качестве моделей реальных производственных условий предложено рассматривать камеры различных типов.

Проведены модельные исследования параметров и закономерностей формирования аэрозольного загрязнения в пределах рабочей зоны, распространения загрязнения от локального источника и от равномерно распределенных по помещению источников. Сопоставления результатов прямых расчетов интенсивности ионообразования в модельных воздушных средах с экспериментальными данными, полученными исходя из решения уравнения аэроионного баланса, доказывают достоверность предложенного теоретико-эмпирического аппарата взаимосвязи высокодисперсного аэрозольного загрязнения и аэроионного составов.

8. Впервые определены взаимосвязи и параметры аэрозольного загрязнения и аэроионного состава наиболее характерных для машиностроения производственных операций, таких как холодная механическая обработка деталей из различных материалов (сталь, алюминий, керамика, тефлон), различные типы сварки металлов, лазерная резка металлов, плавка металла и приготовление песчано-глинистой формовочной смеси. Установлено, что при осуществлении указанных операций по факторам «Аэрозольное загрязнение» и «Аэроионный состав» формируются недопустимые условия труда.

9. Разработана классификация аэроионизаторов по физическому принципу действия, по виду коронирующих излучателей, по величине интенсивности генерации аэроионов, а также по применяемому механизму переноса аэроионов из зоны генерации в зону воздействия. Впервые с позиции эффективной обслуживаемой зоны предложено деление аэроионизирующего оборудования и систем на средства коллективной и индивидуальной защиты.

10. Разработан оригинальный методологический подход, позволяющий с единых обоснованных позиций осуществлять оценку эффективности и устанавливать области рационального применения аэроионизаторов. Предложенный подход базируется на исследовании технических характеристик аэроионизаторов путем измерения скорости снижения заряда с изолированной проводящей пластины и методике выбора точек измерения.

11. Определен ряд эмпирических зависимостей, позволяющих формировать требуемый по гигиеническим нормативам аэроионный состав воздуха непосредственно в зоне наиболее продолжительного пребывания работника.

При разработке мероприятий по улучшению условий труда и практическом применении аэроионизаторов предложено использовать полученные зависимости концентрации аэроионов от расстояния, интенсивности генерации аэроионов и концентраций побочных химических продуктов ионизации от величины напряжения на коронирующих электродах.

Отмечены различия в выявленном характере изменения концентрации аэроионов в зависимости от расстояния до аэроионизатора с результатами, полученными ранее отдельными исследователями, дано объяснение физических причин такого несовпадения.

12. При проведении гигиенической оценки условий труда по фактору «Аэроионный состав» впервые научно обоснована необходимость учета спектрального распределения аэроионов по электрической подвижности.

Определены оптимальные спектральные распределения аэроионов по подвижности.

Проведены исследования спектрального распределения аэроионов в диапазоне подвижностей 0,1-7,9 см2В1с1, генерируемых аэроионизаторами четырех различных типов.

• 'И,

1 1 I'1! 4 *

•>) I.1

1 ч> "у

У и и»*1

В непосредственной близости от аэроионизаторов высокой производительности впервые обнаружен эффект образования дополнительных частиц, электрическая подвижность которых попадает в диапазон 0,1-0,5 см2В-1с-1, что соответствует средним промежуточным аэроионам, не наблюдающимся при естественной природной ионизации воздуха. По мере удаления от ионизатора эффект генерации средних промежуточных аэроионов уменьшается.

Образование средних промежуточных аэроионов обнаружено также при ручной электродуговой сварке, причем концентрации средних промежуточных аэроионов даже превышают концентрации легких.

Представлено физическое объяснение закономерностей формирования средних промежуточных аэроионов.

13. Разработаны принципы организации производственного контроля аэроионного состава и предложения по оптимизации существующей нормативной базы, регламентирующей порядок проведения инструментальных исследований аэроионного состава, позволяющие повысить объективность и качество оценки условий труда в рамках проведения аттестации рабочих мест по условиям труда.

Предложено проводить отдельные исследования групп легких и средних промежуточных аэроионов.

Определены дополнительные критерии и параметры качества и безопасности в отношении аэроионного состава.

14. Впервые создана методология разработки мероприятий по улучшению условий труда и определены основные направления применения аэроиони-зирующего оборудования и систем. Следует различать мероприятия по улучшению условий труда, направленные на нормализацию аэроионного состава, увеличение скорости оседания аэрозольных частиц и естественной очистки воздуха рабочей зоны, а также на уменьшение или исключение распространения аэрозольного загрязнения по объему производственного помещения.

Разработаны и внедрены организационные и инженерно-технические решения по улучшению условий труда на основе взаимосвязи высокодисперсного аэрозольного загрязнения и аэроионного состава и проведена оценка их эффективности.

Описанные выше результаты диссертационного исследования внедрены в нормативные документы и прошли апробацию на различных предприятиях машиностроения (см. Приложение).

Разработанные в диссертации теоретические положения и методологический аппарат использованы в национальном стандарте Российской Федерации ГОСТ Р 53734.4.7-2012 «Электростатика. Методы испытаний для прикладных задач. Ионизация». Разработанные методы испытаний и методика оценки аэро-ионизирующего оборудования и систем позволяют научно обоснованно проводить оценку эффективности мероприятий по искусственной ионизации воздуха, направленных на улучшение условий труда, и перейти к дальнейшему развитию стандартизации в Российской Федерации в направлении решения проблемных ситуаций с применением аэроионизирующего оборудования и обеспечения выполнения требований охраны труда.

Результаты настоящей диссертационной работы используются в отделе охраны труда Ракетно-космического завода Федерального государственного унитарного предприятия «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева» при разработке практических мероприятий по обеспечению безопасных условий труда, при осуществлении производственной деятельности по нормированию, оценке условий труда и проведению профилактических мероприятий на основе мониторинга аэрозольного и аэроионного состава воздуха рабочей зоны на объектах различного назначения.

Результаты диссертационного исследования внедрены на производственных участках плазменной и лазерной резки, лазерной сварки металлов, механической обработки керамических, композитных и полимерных деталей и изделий ОАО «Мотовилихинские заводы», а также на производственных участках механической обработки и сварки деталей и изделий ЗАО «Третий Спецмаш». Внедрение результатов позволило повысить объективность и качество оценки условий труда, сократить трудоемкость и финансовые затраты на проведение мониторинга загрязнения воздуха рабочей зоны высокодисперсными аэрозольными частицами. Кроме того, результаты исследований позволяют научно обоснованно осуществлять применение и выбор режимов эксплуатации оборудования и систем искусственной аэроионизации, а также разрабатывать и реа-лизовывать технические мероприятия, направленные на улучшение условия труда в отношении обеспечения безопасности и качества воздуха рабочей зоны.

Внедрение результатов диссертационной работы на участке сварки и в литейном производстве ОАО «Акционерная компания "Лысьвенский металлургический завод"» позволило научно обоснованно проводить оценку эффективности функционирования систем пыле- и газоочистки, разрабатывать и реали-зовывать инженерно-технические мероприятия, основанные на новых научных направлениях по нормализации и коррекции аэроионного состава воздуха рабочей зоны и применению устройств и систем аэроионизации.

Внедрение результатов диссертационной работы в практическую деятельность по улучшению условий труда ОАО «Краснокамский завод металлических сеток» позволило научно обоснованно осуществлять применение и выбор режимов эксплуатации оборудования и систем искусственной аэроионизации, разрабатывать и реализовывать технические мероприятия, направленные на улучшение условия труда и связанные с важными проблемами борьбы со статическим электричеством и с электризацией высокодисперсных аэрозольных частиц.

Результаты диссертационной работы также используются в учебно-методическом сопровождении образовательного процесса и при выполнении научно-исследовательских работ Института безопасности труда, производства и человека Пермского национального исследовательского политехнического университета. н 4 чТ л „'IV 1 *

Чп

У)) у;

• «I ])' с« I >1 »

14 М >1 м

323 Л' лч1

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Черный, Константин Анатольевич, 2012 год

1. Охрана труда при сварке в машиностроении / М.З. Брауде и др. М.: Машиностроение, 1978. - 144 с.

2. Охрана труда в машиностроении / Е.Я. Юдин и др.; под ред. Е.Я. Юдина, C.B. Белова. М.: Машиностроение, 1983. - 432 с.

3. Безопасность производственных процессов: справочник / под общ. ред. C.B. Белова. М.: Машиностроение, 1985. - 448 с.

4. Справочная книга по охране труда в машиностроении / под общ. ред. О.Н. Русака. Л.: Машиностроение, 1989. - 541 с.

5. Средства защиты в машиностроении: Расчет и проектирование: справочник / C.B. Белов и др.; под ред. C.B. Белова. М.: Машиностроение, 1989. - 368 с.

6. Минько В.М. Охрана труда в машиностроении. М.: Академия, 2010. - 256 с.

7. Занько Н.Г., Малаян К.Р., Русак О.Н. Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие / под ред. О.Н. Русака. 13-е изд., испр. - СПб.: Лань, 2010. -672 с.

8. Браун Д.Б. Анализ и разработка систем обеспечения техники безопасности. -М.: Машиностроение, 1979. 359 с.

9. Писаренко В.Л., Рогинский М.Л. Вентиляция рабочих мест в сварочном производстве. М.: Машиностроение, 1981. - 120 с.

10. Лебеденко В.Г. Повышение эффективности обработки деталей дробью и улучшение условий труда операторов: дис. . канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 2009.- 156 с.

11. Староверов C.B. Совершенствование методики расчета систем централизованной вакуумной пылеуборки для литейных цехов предприятий машиностроения: дис. . канд. техн. наук. Белгород, 2005. - 206 с.

12. Русак О.Н. Борьба с древесной пылью на деревообрабатывающих предприятиях. М.: Лесная промышленность, 1977. - С. 30-54.

13. Русак О.Н., Милохов В.В. Борьба с пылью на деревообрабатывающих предприятиях. М.: Лесная промышленность, 1975. - 150 с.

14. Русак О.Н., Милохов В.В., Яковлев Ю.А. Защита воздушной среды деревообрабатывающих производств. М.: Лесная промышленность, 1982. - 216 с.

15. Дремов В.И. Обоснование и выбор комплекса противопылевых мероприятий в угольных шахтах для снижения риска заболевания шахтеров пневмоко-ниозом: дис. . д-ра техн. наук. М., 2000. - 343 с.

16. Олифер В.Д. Развитие научных основ усовершенствования средств локализации и пылеудаления промышленных аспирационных систем: дис. . д-ра техн. наук. Екатеринбург, 2000. - 342 с.-^tStf-Î^Hjiifa-.W-v У tfirrfft^fefKî^^i^^V&^i

17. Азаров В.Н. Комплексная оценка пылевой обстановки и разработка мер по снижению запыленности воздушной среды промышленных предприятий: дис. . д-ра техн. наук. Ростов-на-Дону, 2003. - 334 с.

18. Коузов П.А., Скрябина Л.Я. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей. Л.: Химия, 1983. - 143 с.

19. Ромашев Г.И. Основные принципы и методы определения дисперсного состава промышленных пылей. Л.: ЛИОТ, 1938. - 176 с.

20. Минко В.А. Обеспыливание технологических процессов производства строительных материалов. Воронеж, 1981. - 175 с.

21. Тетерева Е.Ю. Совершенствование методов контроля и оценки дисперсного состава пыли в воздухе рабочей зоны и эффективности инженерно-экологических систем: дис. . канд. техн. наук. Волгоград, 2010. - 189 с.

22. Оценка потенциального загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсными частицами в зоне расположения машиностроительного предприятия / И.В. Май и др. // Вестник ПНИПУ. Урбанистика. 2012. - № 2(6). -С.122-133.

23. Osunsanya Т., Prescott G., Seaton A. Acute respiratory effects of particles: mass or number? // Occupational and Environmental Medicine. 2001. - Vol. 58, issue 3.-P. 154-159.

24. Nanoencapsulation II. Biomedical applications and current status of peptide and protein nanoparticulate delivery systems / C.P. Reis et al. // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2006. - Vol. 2, issue 2. - P. 53-65.

25. Association of particulate air pollution and acute mortality: involvement of ultrafine particles? / G. Oberdorster et al. // Inhalation Toxicology. 1995. - Vol. 7, no. l.-P. 111-124.

26. Particulate air pollution and acute health effects / G. Oberdorster et al. // The Lancet. 1995. - Vol. 345. - P. 176-178.

27. Number concentration and size of particles in urban air: Effects on spirometric lung function in adult asthmatic subjects / P. Penttinen et al. // Environmental health Perspectives. 2001. - Vol. 109, no. 4. - P. 319-323.

28. Toxic potential of materials at the nanolevel / A. Nel et al. // Science. 2006. -Vol. 311, no. 5761. - P. 622-627.

29. Buseck P.-R., Adachi K. Nanoparticles in the Atmosphere // ELEMENTS: Nano-geoscience. 2008. - Vol. 4, no. 6. - P. 389-394.

30. Biomechanical effects of environmental and engineered particles on human airway smooth muscle cells / P. Berntsen et al. // Journal of Royal Society Interface. -2010. Vol. 7, suppl. 3. - P. S331-S340.

31. Экотоксикология нано- и микрочастиц минералов / К.С. Голохваст и др. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. -Т. 3, № 1(5). - С. 1256-1259.

32. Vincent J.H., Clement C.F. Ultrafine particles in workplace atmospheres // Philosophical Transactions of the Royal Society. A: Mathematical Physical and Engineering Sciences. 2000. - Vol. 358 (1775). - P. 2673-2682.

33. Богатиков О.А. Неорганические наночастицы в природе // Вестник РАН. -2003. Т. 73, № 5. - С. 426-428.

34. Brouwer D.H., Gijsbers J.H.-J., Lurvink M.W.-M. Personal exposure to ultrafine particles in the workplace: exploring sampling techniques and strategies // Annals of Occupational Hygiene. 2004. - Vol. 48, no. 5. - P. 439-453.

35. Maynard A.D., Kuempel E.D. Airborne nanostructured particles and occupational health // Journal of Nanoparticle Research. 2005. - Vol. 7, no. 6. - P. 587-614.

36. Аршинов M. Ю. Исследование атмосферных наночастиц и их роли в формировании дисперсного состава аэрозоля: дис. . канд. физ.-мат. наук. Томск, 2006.- 182 с.

37. Глушкова А.В., Радилов А.С., Рембовский В.Р. Нанотехнологии и наноток-сикология взгляд на проблему // Токсикологический вестник. - 2007. -№ 26. - С. 42-43.

38. Measurement of ultrafine particle concentrations and size distribution in an iron foundry / Y.H. Cheng et al. // Journal of Hazardous Materials. 2008. - Vol. 158, issue l.-P. 124-130.

39. Elihn K., Berg P. Ultrafine particle characteristics in seven industrial plants // Annals of Occupational Hygiene. 2009. - Vol. 53, no. 5. - P. 475-484.

40. Величковский Б.Т. Об экспресс-методе прогнозирования возможного патологического влияния наночастиц на организм // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. -2009.-№4(68).-С. 72-76.Чff/HyMf/1.lifi 11. Уу (