Теплоизоляция технологического оборудования

Защита человека и среды обитания

От вредных и опасных факторов

Методические указания к выполнению практических работ

по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

для бакалавров всех направлений подготовки

всех форм обучения

Красноярск 2016

УДК 614.87

Рецензент

Кучкин А.Г., к.т.н., проф.

(Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М.Ф. Решетнева)

Печатается по решению методической комиссии

Факультета машиноведения и мехатроники

Бельская Е.Н., Тасейко О.В., Юрковец Н.В. Защита человека и среды обитания от вредных и опасных факторов. Методические указания к выполнению практических работ по курсу «Безопасность жизнедеятельности» для бакалавров всех направлений подготовки всех форм обучения; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. – Красноярск, 2016. 68 с.

Учебно-методическое издание

ЗАЩИТА ЧЕЛОВЕКА И СРЕДЫ ОБИТАНИЯ ОТ ВРЕДНЫХ И ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ

Методические указания к выполнению практических работ по курсу «Безопасность жизнедеятельности» для бакалавров всех направлений подготовки всех форм обучения

Составители:

Бельская Е.Н.

Тасейко О.В.

Юрковец Н.В.

© Сибирский государственный аэрокосмический

университет имени академика М.Ф. Решетнева, 2016

Оглавление

Введение………………………………………………………………………...4

1. Теплоизоляция технологического оборудования…………………………….7

1.1. Общие сведения………………………………………………………..7

1.2. Методические указания………………………………………………8

1.3. Условия задач………………………………………………………...10

2. Освещение производственных помещений…………………………………14

2.1. Общие сведения………………………………………………………14

2.2. Методические указания……………………………………………...16

2.3. Условия задач………………………………………………………...19

3. Борьба с шумом и вибрацией………………………………………………...23

3.1. Общие сведения………………………………………………………23

3.2. Методические указания……………………………………………...26

3.3. Условия задач………………………………………………………...29

4. Электробезопасность…………………………………………………………32

4.1. Общие сведения………………………………………………………32

4.2. Методические указания……………………………………………...34

4.3. Условия задач………………………………………………………...37

5. Профилактика травматизма………………………………………………….42

5.1. Общие сведения………………………………………………………42

5.2. Методические указания……………………………………………...45

5.3. Условия задач………………………………………………………...47

6. Взрывопожаробезопасность на производстве………………………………54

6.1. Общие сведения………………………………………………………54

6.2. Методические указания……………………………………………...56

6.3. Условия задач………………………………………………………...60

Библиографический список…………………………………………………….65

Введение

Основной целью курса "Безопасность жизнедеятельности" является обогащение будущих выпускников теоретическими знаниями и практическими навыками, необходимыми для создания безопасных условий в производс­твенной, бытовой, природной средах, а также в условиях чрезвычайных ситуаций.

Эти знания и навыки должны обеспечить формирование выпускника вуза, способного самостоятельно решать разные вопросы безопас­ности жизнедеятельности на производстве, при разработке новой техники и технологий, проработке мероприятий по охране природной среды прожи­вания человека, принимать правильные решения при дефиците времени и информации в аварийных ситуациях, при катастрофах и стихийных бедстви­ях.

Важное значение в формировании этих способностей принадлежит приобретению практических навыков проведения расчетов в области безопасности окружающей производственной (охрана труда) и природной среды, оценки экономических последствий неблагоприятных воздействий техничес­ких систем аэрокосмических предприятий на эти среды и среду проживания, а так­же по прогнозированию чрезвычайных ситуаций, ликвидации последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий.

При планировании и реализации мероприятий по улучшению окружающей производственной среды сотрудники аэрокосмических предприятий должны владеть методологией проведения основных расчетов, направленных на соблюдение требований безопасности (охраны) труда.

Поэтому в данных методических указаний рассмотрены следующие вопросы:

- расчет теплоизоляции для технологического оборудования и трубопроводов, обеспечивающей нормативное значение температуры на ее поверхности;

- определение потерь тепла в производственном помещении, в зависимости от условий производства;

- расчет схем естественного и искусственного освещения, создающих нормативные уровни освещенности в производственных помещениях и на рабочих местах;

- определение мощности осветительных установок, обеспечивающей выполнение нормативных уровней освещенности;

- определение требуемых уровней снижения шума в производственных помещениях с несколькими источниками, с одинаковыми (различными) уровнями звукового давления;

- определение ожидаемых уровней звукового давления на рабочих местах;

- определение эффективности средств виброакустической защиты, обеспечивающей соблюдение предельно допустимых уровней шума и вибрации на рабочих местах;

- расчет соответствия заземляющих устройств (естественных и искусственных) эксплуатируемого электрооборудования установленным нормативам;

- определение шагового напряжения и величины переменного тока для человека, находящегося в зоне его растекания от упавшего на грунт провода под напряжением и создавшего ток замыкания;

- расчет плавких предохранителей и отключающих устройств, предупреждающих возможность электрических травм на производстве;

К этим расчетам также относятся расчеты, направленные на определение основных показателей травматизма, необходимых для оценки фактического его состояния, анализа динамики и сопоставления результатов работы по предупреждению несчастных случаев в отдельных коллективах и на предприятии в целом.

В методических указаниях приведены задачи, которые могут быть использованы, как при проведении практических занятий по безопасности жизнедеятельности преподавателями, так и в качестве домашних заданий для студентов. Они также могут быть использованы студентами при самостоятельной проработке курса "Безопасность жизнедеятельности" с целью самоконтроля полученных знаний, закрепления проработанного теоретического материала, а также при разработке раздела "Безопасность жизнедеятельности" в дипломном проекте для всех специальностей очной и заочной форм обучения.

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Общие сведения

Для горячих цехов и участков наиболее характерны тепловые излучения, которые поступают на рабочие места от расплавленных или нагретых материалов, горячего оборудования, аппаратов, трубопроводов, пламени.

Искусственными источниками теплового (инфракрасного) излучения являются любые поверхности, температура которых выше, по сравнению с поверхностями, подвергающимися облучению. Относительно работающего человека такими источниками могут быть все окружающие его поверхности с температурой выше температуры тела человека (36-37 °С). Чем больше разность температур излучающих и облучаемых поверхностей, тем интенсивнее облучение. Облучаемые поверхности обладают различной способностью поглощать инфракрасные лучи и, следовательно, при облучении нагреваются по-разному. Воздух совершенно не поглощает инфракрасные лучи и поэтому не нагревается. Лучистый поток теплоты, кроме непосредственного воздействия на рабочих, нагревает пол, стены, перекрытия, оборудование, в результате чего ухудшаются условия работы.

Интенсивность облучения на рабочих местах в зависимости от размеров и температуры источника излучения может достигать 7000 Вт/м² (10кал/см²×мин). Интенсивность солнечной радиации в летний безоблачный день составляет 1000 Вт/м² (1,5 кал/см²×мин). Инфракрасные излучения оказывают на организм, в основном, тепловое воздействие. Эффект теплового действия зависит от спектра излучения, который обуславливает глубину их проникновения в организм, интенсивности облучения, величины излучающей поверхности, размера облучаемого участка организма, длительности облучения, угла падения лучей. Инфракрасные излучения подразделяют на три области:

А – с длиной волны от 0,76 до 1,4 мкм;

Б – от 1,4 до 3,0 мкм;

С – более 3,0 мкм.

Излучение в области А обладает большой проникающей способностью через кожные покровы, поглощается кровью и подкожной жировой клетчаткой. В областях Б и С излучение поглощается большей частью в эпидермисе(наружном слое кожи). В практических условиях излучение является интегральным, поскольку нагретые тела излучают одновременно различные длины волн, причем по мере увеличения температуры источника излучения максимум энергии излучения перемещается в сторону коротких волн. При этом длина волны с максимальной энергией теплового излучения определяется по закону смещения Вина:

λ_max=0,29∙10³/T_и, (1.1)

где λ_max - длина волны; Т_и температура излучающей поверхности; 0,29·10³– постоянное число.

Действие инфракрасных лучей при поглощении их в различных слоях кожи сводится к ее нагреванию, что обуславливает переполнение кровеносных сосудов кровью и усиление обмена веществ. При этом изменяется морфологический состав крови – уменьшается число лейкоцитов и тромбоцитов, происходит поляризация кожи человека. Инфракрасные излучения влияют на функциональное состояние центральной нервной системы, приводят к изменениям в сердечно-сосудистой системе.

При длительном пребывании человека в зоне теплового лучистого потока происходит резкое нарушение теплового баланса в организме. Нарушается терморегуляция организма, усиливается деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем, увеличивается потоотделение, происходят потери нужных организму солей. Обеднение организма водой вызывает сгущение крови, ухудшается питание тканей и органов. Потеря организмом солей лишает кровь способности удерживать воду, приводит к быстрому выведению из организма вновь выпитой жидкости. Нарушение водосолевого баланса вызывает так называемую судорожную болезнь, характеризующуюся появлением резких судорог, преимущественно в конечностях. Нарушение теплового баланса вызывает заболевание, называемое тепловой гипертермией или перегревом. Оно характеризуется повышением температуры тела, обильным потоотделением, учащением пульса и дыхания, слабостью, головокружением, изменением зрительных ощущений и зачастую потерей сознания. При длительном инфракрасном облучении может развиваться также профессиональная катаракта.

Тепловое излучение, кроме непосредственного воздействия на рабочих, нагревает окружающие конструкции (пол, стены, перекрытия, оборудование), в результате чего температура воздуха внутри помещения повышается, что также ухудшает условия труда и снижает уровень безопасности.

Существующие способы защиты от теплового излучения:

- теплоизоляция излучающих горячих поверхностей;

- удаление рабочего от источника теплового излучения путем автоматизации и механизации производственных процессов, а также дистанционного управления;

- экранирование источников излучений;

- применение аэрации и воздушного душирования;

- охлаждение теплоизлучающих поверхностей;

- применение защитной одежды.

Как теплоизоляционные материалы широко используются: асбест, пробка, минеральная вата, стеклоткань, керамзит, кирпич, войлок и др.

На производстве применяют также защитные экраны для ограждения источников теплового излучения от рабочих мест. По принципу действия теплозащитные экраны делятся на:

- теплоотражающие (полированные или покрытые белой краской металлические листы, закаленное стекло с пленочным покрытием, металлизированные ткани, пленочный материал);

- теплопоглощающие (металлические листы и коробки с теплоизоляцией, закаленное силикатное органическое стекло и др.);

- теплоотводящие (водяные завесы и металлические листы или сетки, с которых стекает вода);

- комбинированные.

Воздушное душирование применяют для создания на постоянных рабочих местах требуемых метеорологических условий при тепловом облучении и при открытых производственных процессах, если технологическое оборудование, выделяющее вредные вещества, не имеет укрытий или местной вытяжной вентиляции.

При душировании можно подавать или наружный воздух с обработкой его в приточных камерах (очисткой, охлаждением и нагреванием в холодный период года в случае необходимости), или внутренний воздух.

Важное значение для профилактики перегрева имеют индивидуальные средства защиты. Спецодежда должна быть воздухо- и влагопроницаема (из хлопка, льна, грубошерстного сукна с огнестойкой пропиткой), иметь удобный покрой. Для работы в экстремальных условиях применяются специальные костюмы с повышенной тепло-светоотдачей. Для защиты головы от излучения применяют дюралевые, фибровые каски, войлочные шляпы; для защиты глаз – очки с темными стеклами, маски с откидным экраном. Защита от воздействия пониженных температур достигается использованием теплой спецодежды, а во время осадков – плащей и резиновых сапог.

Методические указания

При расчете теплоизоляции следует придерживаться следующего порядка.

Сначала устанавливаются допустимые тепловые потери объекта, при наличии изоляции задавшись температурой на поверхности изоляции. Количество теплоты q, отдаваемое единицей поверхности нагретого объекта в еди­ницу времени в окружающую среду

, Вт/м², (1.2)

где a– коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к воздуху, Вт/ (м²×°С); t_из – температура на наружной поверхности изоляции, °С; t_в – температура воздуха в помещении, °С.

Зная теплопотери с единицы поверхности изолируемого объекта q, определяем коэффициент теплопередачи по формуле

, Вт/ м²∙°С, (1.3)

где t_вн – температура среды внутри объекта (аппарата), °С; ; q- плотность теплового потока, Вт/м².

В свою очередь коэффициент теплопередачи

, (1.4)

где a₁ и a₂ – коэффициенты теплоотдачи соответственно на внутренней и наружной стороне аппарата, Вт/ (м²× °С); d_ст, l_ст - толщина (м) и коэффициент теплопроводности изолируемой стенки, Вт/(м × град); d_из, l_из - толщина (м) и коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м ×°С).

Коэффициент теплопередачи для однослойной плоской стенки определяем

по формуле

, (1.5)

Преобразуя выражение (1.4), определяющее коэффициент теплопередачи К, получаем формулу для определения толщины теплоизоляции, которая имеет следующий вид:

, м (1.6)

Температура внутренней поверхности аппарата может быть рассчитана по формуле

, (1.7)

Температура наружной поверхности аппарата определяется по формуле

, (1.8)

Общее количество теплоты, выделенной наружной поверхностью аппара­та F (м²) в течение часа составляет (1 ватт∙час = 3,6 килоджоулей)

, кДж, (1.9)

Тепловыделение от остывающего продукта определяется по формуле

, кДж, (1.10)

где m - масса остывающего продукта, кг; с - теплоемкость остывающего продукта, кДж/(кг×°С); t_нач, t_кон - соответственно начальная и конечная температура остывающего продукта, °С

Условия задач

Задача 1. Рассчитать толщину теплоизоляции d_из(мм) для цилиндрического аппарата, изготовленного из металла (М), толщина стенки аппарата d_ст(мм). Температура среды внутри аппарата t_вн (^оС); температура воздуха в помещении t_в(^оС); температура на поверхности изоляции 45^оС. В качестве изоляции используется изоляционный материал (ИЗ).

Коэффициент теплоотдачи от поверх­ности аппарата к воздуху a₂ = 6 (Вт/(м^2оС)). Коэффициент теплоотдачи на внутренней стороне пе­чи a₁ = 20 (Вт/(м^2оС)). Коэффициент теплопроводности стенок аппарата l_ст (Вт/(м^оС)); коэффициент теплопроводности изо­ляционного материала l_из (Вт/(м^оС)).

Указание: принять температуру внутренней стенки аппарата равной температуре среды в аппарате.

Варианты исходных данных	Параметры
Материал аппарата (М)	dст,мм	lст, Вт/(м∙0С)	Материал изоляции (ИЗ)	lиз, Вт/(м∙0С)	tвн,оС	tв,оС
	сталь		45,4	войлок шерстяной	0,05
	латунь		85,5	асбест	0,12
	чугун		63,0	кирпич пустотелый	0,4
	алюминий		204,0	асбест	0,12
	сталь		45,0	картон	0,18
	латунь		85,5	войлок шерстяной	0,045
	чугун		61,0	асбест	0,11
	алюминий			кирпич красный	0,56
	сталь		45,2	асбест	0,12
	латунь		85,7	картон	0,04
	чугун		58,1	войлок шерстяной	0,05
	чугун		67,2	кирпич пустотелый	0,4
	латунь		85,4	асбест	0,11
	алюминий			картон	0,18
	сталь		45,4	кирпич силикатный	0,77
	латунь		85,6	асбест	0,12
	алюминий			войлок шерстяной	0,045
	алюминий			асбест	0,11
	латунь		85,6	картон	0,18
	сталь		45,5	кирпич силикатный	0,77
	латунь		85,5	войлок шерстяной	0,05
	чугун		63,0	асбест	0,12
	алюминий		204,0	кирпич красный	0,56
	сталь		45,0	асбест	0,12
	латунь			картон	0,18
	алюминий			кирпич силикатный	0,78
	чугун			картон	0,2
	сталь		45,3	войлок шерстяной	0,045
	латунь		85,4	кирпич красный	0,56
	чугун			асбест	0,12

Задача 2 В печном отделении хлебозавода установлено n одинаковых печей. Площадь тепловыделяющей поверхности каждой печи F(м²). Стены печей покрыты тепловой изоляцией. Кожух печей выполнен из стали толщиной d₁= 3 мм с коэффициентом теплопроводности l₁= 46 Вт/м∙°С. Слой изоляции выполнен из шамотного кирпича толщиной d₂ = 250 мм с коэффициентом теплопроводности l₂ = 0,14 Вт/(м×°С). Температура внутри печи t_вн = 240°С; температура воздуха в печном отделении t_в, ⁰С. Коэф­фициент теплоотдачи от наружной поверхности печей к окружающему возду­ху a₂ = 6 Вт/(м²×°С). Коэффициент теплоотдачи на внутренней стороне пе­чи a₁ = 20 Вт/(м²×°С). Определить потери тепла Q_п (кВт) от печей в помещении.

Пара метры

Варианты исходных данных

V, м3

n

tв, оС

F, м2

Пара метры

Варианты исходных данных

V, м3

n

tв, оС

F, м2

Задача 3Определить плотность теплового потока, проходящего через плоскую стенку из стали толщиной δ, мм с коэффициентом теплопроводности λ = 50 Вт/(м ∙⁰С), а также коэффициент теплопередачи, если температура газов с одной стороны стенки t_в, ⁰С, а температура кипящей воды с другой стороны t_вн, ⁰C, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α₁=100 Вт/(м²·⁰С), и от стенки к кипящей воде α₂=5000 Вт/(м²·⁰С).

Пара метры

Варианты исходных данных

dст, мм

tвн, оС

tв, оС

Пара метры

Варианты исходных данных

dст, мм

tвн, оС

tв, оС

Задача 4 Определить количество тепла Q (кВт), поступающего в окружающую среду в единицу времени от котла с толщиной стенки d_ст и коэффициентом теплопроводности l_ст, покрытого теплоизоляционным материа­лом толщиной d_из и коэффициентом теплопроводности l_из. Площадь котла F (м²). Температура внутренней среды t_вн. Коэффициент теплоотдачи от по­верхности котла в окружающую среду a₁ = 8 Вт/(м²∙°С), а коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности котла a_2. = 20 Вт/(м²∙°С).

Темп­ература окружающего котла воздуха t_возд.

Варианты исходных данных	Параметры
Изоляционный материал	dиз, мм	lиз,Вт/м×оС	dст, мм	lст,Вт/м×оС	tвн, оС	tвозд. оС	F,м2
	войлок технический		0,05		45,4
	асбест		0,12		85,5
	кирпич изоляционный		0,14		63,0
	картон		0,06		204,0
	стекловолокно		0,04		45,0
	войлок технический		0,045		85,5
	асбест волокнистый		0,16		61,0
	кирпич пустотелый		0,44
	картон пробковый		0,042		45,2
	стекловата		0,03		85,7
	войлок технический		0,05		58,1
	асбест		0,12		67,2
	кирпич строительный		0,25		85,4
	картон гофрированный		0,07
	стекловолокно		0,04		45,4
	войлок технический		0,045		85,6
	асбест волокнистый		0,16
	кирпич изоляционный		0,14
	картон		0,06		85,6
	стекловата		0,03		45,5
	войлок технический		0,05		85,5
	асбест		0,12		63,0
	кирпич строительный		0,25		204,0
	картон пробковый		0,042		45,0
	стекловолокно		0,04
	войлок технический		0,045
	асбест волокнистый		0,16
	кирпич пустотелый		0,44		45,3
	картон гофрированный		0,07		85,4
	стекловата		0,03

Задача 5 Определить температуру на поверхности аппарата t_пов (°С), при условии что аппарат площадью F (м²) выделяет тепловой поток Q(Вт). Ап­парат теплоизолирован материалом толщиной d_из и коэффициентом теплопроводности l_из. Температура внутри аппарата t_вн, температура воздуха в помещении t_возд. Коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности аппарата, омываемым горючим газом a₁ = 20 Вт/м²×град.

Варианты исходных данных	Параметры
Материал теплоизоляции	Q, Вт	F, м2	lиз, Вт/м×оС	dиз, мм	tвн,оС
	кирпич			0,14
	пробка			0,38
	штукатурка			0,78
	гипс			0,29
	стекловата			0,04
	войлок технический			0,05
	асбест			0,12
	кирпич изоляционный			0,14
	стекловолокно			0,04
	штукатурка			0,78
	асбест волокнистый			0,16
	кирпич пустотелый			0,44
	картон пробковый			0,042
	штукатурка			0,78
	гипс			0,29
	пробка			0,41
	асбест			0,12
	кирпич строительный			0,25
	картон гофрированный			0,07
	стекловолокно			0,04
	войлок технический			0,05
	асбест волокнистый			0,16
	кирпич изоляционный			0,14
	штукатурка			0,76
	гипс			0,29
	войлок технический			0,05
	стекловата			0,03
	пробка			0,38
	штукатурка			0,78
	гипс			0,29

Контрольные вопросы

1. За счет каких процессов образуется тепло в организме человека? Каким путем организм теряет большую часть тепла?

2. Какими способами происходит отдача тепла организмом человека?

3. От каких параметров зависит величина интенсивности теплового излучения на рабочем месте? Указать единицу измерения интенсивности.

4. От какого параметра излучения зависит глубина его проникновения в живую ткань? Воздействие излучения на какие органы наиболее опасно?

5. Какой диапазон ИК-излучения при облучении вызывает более тяжелые последствия?

6. Какое специфическое заболевание может вызвать нарушение терморегуляции? Каковы симптомы этого заболевания?

7. Какое профессиональное заболевание может вызвать длительное тепловое облучение?

8. Через величину какой характеристики оценивается действие теплового излучения на человека? Указать единицу ее измерения.

9. От каких факторов зависит эффект воздействия теплового излучения?В каких случаях будет более тяжелым эффект воздействия теплового излучения?

10. Какими способами обеспечивается защита работников от перегревания? Какой из способов является наиболее распространенным?