Методы обеспечения безопасности

Методы (от греч. methodos — путь исследования) обеспечения безопасности — это условные методические приемы, облегчающие поиск решений. Метод представляет собой способ достижения цели.

Введем некоторые определения.

Назовем гомосферой (ГС) пространство, в котором находится человек (оператор) в процессе рассматриваемой деятельности, и ноксосферой (НС) — пространство, в котором постоянно существуют или периодически возникают опасности.

Обеспечение безопасности достигается тремя основными методами.

Метод А состоит в пространственном или временном разделении гомосферы и ноксосферы (рис. 1.9). Это достигается средствами дистанционного управления, автоматизацией, применением роботов и др.

автоРис. 9 Рис. 1.9

Пояснения к методу А

На рис. 1.9а показан наиболее благоприятный случай, когда между ГС и НС существуют некоторые защитные средства R в форме расстояния, экрана, времени.

На рис. 1.9б показан предельный случай использования данного метода, при котором еще достигается с определенной вероятностью безопасность.

Случай на рис. 1.9в представляет частичное совмещение сфер, при этом безопасность уже не обеспечивается.

Наихудший случай представлен на рис. 1.9г, когда имеет место полное совмещение указанных сфер, что недопустимо по условиям безопасности.

В последних двух случаях прибегают к методу Б или В или их комбинации.

Метод Б состоит в нормализации ноксосферы, снижении или полном устранении опасностей. На практике этот метод является основным. Уменьшение или исключение опасности достигается созданием техники с максимальным уровнем безопасности, комплексом мероприятий по защите человека от вредных и опасных факторов, применением средств коллективной защиты.

Метод В включает множество приемов и средств, направленных на адаптацию человека к соответствующей среде и повышение его защищенности. Данный метод реализует возможности медицинского и профессионального отбора, обучения, профессиональной ориентации, психологической подготовки, применения в необходимых случаях средств индивидуальной защиты (СИЗ).

Как правило, в конкретных условиях реализуются сочетания указанных выше методов. Реализация рассмотренных методов основывается на принципах и средствах, которые рассматриваются далее.

Принципы обеспечения безопасности

Принцип (лат. principium — основополагающее первоначало) — основное положение, идея, предпосылка какого-либо предложения, решения. Принципы выполняют эвристическую функцию при решении творческих задач. О значении принципов как научных положений остроумно заметил французский философ-материалист Гельвеций (1715–1771): «Знание некоторых принципов легко возмещает незнание некоторых фактов».

Принципов, реализуемых в целях обеспечения безопасности, много. Это подчеркивает многоаспектный характер безопасности как области научных знаний. Условно принципы безопасности можно разделить на четыре группы: ориентирующие, технические, организационные, управленческие.

Ориентирующие принципы: 1) активности оператора; 2) гуманизации деятельности; 3) деструкции; 4) замены оператора; 5) классификации; 6) ликвидации опасности; 7) относительности; 8) системности; 9) снижения опасности.

Технические принципы: 1) блокировки; 2) вакуумирования; 3) герметизации; 4) защиты расстоянием; 5) компрессии; 6) прочности; 7) слабого звена; 8) флегматизации; 9) экранирования.

Организационные принципы: 1) защиты временем; 2) информации; 3) многопричинности; 4) несовместимости; 5) нормирования; 6) подбора кадров; 7) последовательности; 8) резервирования; 9) эргономичности.

Управленческие принципы: 1) адекватности; 2) контроля; 3) минимизации ущерба; 4) обратной связи; 5) ответственности; 6) плановости; 7) стимулирования; 8) управления; 9) эффективности.

Рассмотрим эти принципы детальнее. Для этого дадим определения групп и каждого рассматриваемого принципа, а также приведем примеры их реализации.

Ориентирующие принципы

Ориентирующие принципы представляют собой основополагающие идеи, определяющие направление поиска безопасных решений и служащие методологической и информационной базой.

Принцип системности состоит в том, что любое явление, действие, всякий объект рассматривается с системных позиций.

Если взаимодействие между элементами системы приводит к однозначному результату, то систему будем называть определенной. Если же совокупность элементов взаимодействует так, что возможны различные результаты, то система называется неопределенной, при этом уровень неопределенности системы тем выше, чем больше различных результатов может появиться. Неопределенность порождается неполным учетом элементов и характером взаимодействия между ними. К элементам системы относятся материальные объекты, а также отношения и связи, существующие между ними.

Пример 1. Пожар как физическое явление возможен при наличии: 1) горючего вещества; 2) кислорода в воздухе не менее 14% по объему; 3) источника воспламенения определенной мощности, а также при совмещении перечисленных трех условий в 4) пространстве и 5) времени.

В данном примере пять условий — это элементы, образующие определенную систему, так как результатом их взаимодействия является одно конкретное следствие — пожар. Устранение хотя бы одного элемента исключает возможность загорания и, следовательно, разрушает данную систему как таковую.

Пример 2. Известно, что любой несчастный случай порождается совокупностью условий или причин, находящихся в иерархической соподчиненности. Эта совокупность и есть определенная система, так как взаимодействие образующих ее элементов приводит к такому нежелательному результату, как несчастный случай.

Системный подход к профилактике травматизма состоит в том, чтобы прежде всего для конкретных условий определить совокупность элементов, образующих систему, результатом которой является несчастный случай. Исключение одного или нескольких элементов разрушает систему и устраняет негативный результат.

Таким образом, рассматривая явления с системных позиций, следует различать такие понятия, как система, элементы системы и результат. При этом перечисленные понятия сами находятся в системном отношении между собой.

Различают естественные и искусственные системы. В искусственных системах результат именуют целью. При конструировании искусственных систем сначала задаются реальной целью, которую необходимо достичь, и определяют элементы, образующие систему. Такие системы можно называть целеустремленными. В вопросах безопасности эти системы играют основную роль. Задача сводится по существу к тому, чтобы на естественную систему, ведущую к нежелательному результату, наложить искусственную систему, ведущую к желаемой цели. При этом положительная цель достигается за счет исключения элементов из естественной системы или нейтрализации их элементами искусственной системы. Можно, следовательно, говорить о системах и контрсистемах.

Принцип системности заключается в том, чтобы рассматривать явления в их взаимной связи и целостности. Сам термин система (греч. systema — целое, составленное из частей, соединение) обозначает связь, соединение, целое. Система обладает такими свойствами, которых нет у составляющих ее элементов. Применительно к системе справедливо утверждение, что целое больше суммы частей, которые его образуют. Это эффект эмерджентности, о котором уже говорилось, принципиально отличающийся от эффекта аддитивности (суммы) элементов, не образующих систему.

Таким образом, система — это не механическое сочетание элементов, а качественно новое образование. Именно поэтому, чтобы правильно квалифицировать результат или достичь желаемой цели, мы должны иметь полное представление об элементах, образующих систему. Принцип системности в вопросах безопасности реализуется в различных формах. Необходимо отметить, что каждая система входит в состав другой системы, которая в свою очередь является частью большей системы и т. д. В связи с этим иногда говорят также о подсистемах и суперсистемах.

Принцип системности отражает универсальный закон диалектики о взаимной связи явлений.

Принцип системности требует учета всех элементов, формирующих рассматриваемый результат, и полного учета обстоятельств и факторов для обеспечения безопасности жизнедеятельности.

Принцип деструкции (от лат. destructivus — разрушающий) заключается в том, что система, приводящая к опасному результату, разрушается за счет исключения из нее одного или нескольких элементов. Принцип деструкции органически связан с рассмотренным принципом системности и имеет столь же универсальное значение.

При анализе безопасности сначала используют принцип системности, а затем, учитывая принцип деструкции, разрабатывают мероприятия, направленные на исключение некоторых элементов, что приводит к желаемой цели. Поясним это на примерах.

Пример 1. Для возникновения и развития процесса горения необходимы горючее, окислитель и источник зажигания с определенными параметрами. Так, наибольшая скорость горения наблюдается в чистом кислороде, наименьшая — при содержании кислорода в воздухе, равном 14% от объема, а при дальнейшем уменьшении концентрации кислорода горение большинства веществ прекращается. Температура горящего вещества также должна быть определенной. Если горящий объект охлажден ниже температуры воспламенения, то горение прекращается. Воспламенение возможно также только при условии определенной мощности источника зажигания. Нарушение хотя бы одного из условий, необходимых для процесса горения, приводит к прекращению горения. Это обстоятельство широко используется в практике тушения пожаров. Принцип деструкции также используется в технике предупреждения взрывов газов, пыли, паров.

Пример 2. Известно, что смесь горючего и окислителя горит лишь в определенном интервале концентраций. Минимальная концентрация, при которой возможен взрыв, называется нижним концентрационным пределом. Максимальная концентрация, при которой еще возможен взрыв, называется верхним концентрационным пределом. Чтобы избежать взрыва, нужно тем или иным способом снизить концентрацию ниже нижнего предела или поднять выше верхнего концентрационного предела взрываемости. Другими словами, нужно применить принцип деструкции, заключающийся в данном случае в исключении такого условия, как взрывчатая смесь.

Пример 3. Принцип деструкции применяется для предупреждения такого явления, как самовозгорание. Самовозгорание характеризуется тем, что горение вещества возникает при отсутствии внешнего источника зажигания. Чем ниже температура, при которой происходит процесс самовозгорания, тем вещество опаснее в пожарном отношении.

К самовозгорающимся относятся вещества растительного происхождения (сено, опилки), торф, ископаемые угли, масла и жиры, некоторые химические вещества и смеси. Самовозгорание происходит в результате экзотермических реакций при недостаточном отводе тепла. Наиболее опасны растительные масла и жиры, содержащие определенные органические соединения, способные легко окисляться и полимеризоваться, например льняное масло. Особую опасность представляют ткани (спецодежда), обтирочные материалы, на которые попали растительные масла. Промасленную спецодежду следует развешивать так, чтобы обеспечить свободный доступ воздуха к поверхности ткани. Этим самым нарушается условие самовозгорания, так как исключается накопление тепла.

Пример 4. Принцип деструкции используется для предотвращения взрывов в компрессорных установках. При сжатии газов в компрессорных установках возникает опасность взрыва. Это связано с разложением смазочных масел при повышении температуры с ростом давления компримируемого газа. Чтобы исключить возможность взрыва, необходимо обеспечить надежное охлаждение компрессора и применять для смазки компрессорные смазочные масла с температурой вспышки 216…242°C. Температура сжатого газа должна быть на 70°C ниже температуры вспышки смазочного масла.

Пример 5. На основе принципа деструкции возможно предотвратить воспламенение горючей смеси. Воспламенение горючей системы происходит только в том случае, если количество энергии, сообщенное системе, достаточно для протекания реакции. Необходимость определенной предельной мощности импульса зажигания для воспламенения широко используют в технике безопасности при защите от взрыва.

Мы рассмотрели примеры реализации принципа деструкции. При этом показали только возможность применения принципа, сами же технические способы, при помощи которых воплощается данный принцип, весьма многочисленны и основаны на технических или организационных принципах.

Принцип снижения опасности заключается в использовании решений, которые направлены на повышение безопасности, хотя и не обеспечивают достижения желаемого или требуемого по нормам уровня. Этот принцип в известном смысле носит компромиссный характер. Приведем примеры.

Пример 1. Одним из эффективных методов повышения пожарной безопасности в химическом производстве является замена огнеопасных легколетучих жидкостей, часто применяемых в качестве растворителей, менее опасными жидкостями с температурой кипения выше 110°C (амилацетат, этиленгликоль, хлорбензол, ксилол, амиловый спирт и др.).

Пример 2. Для защиты от поражений электрическим током применяют так называемые безопасные напряжения (12, 24, 36 В). При таком напряжении опасность поражения током снижается. Однако считать такие напряжения абсолютно безопасными нельзя, поскольку известны случаи поражения человека при воздействии именно таких напряжений.

Пример 3. Снижение интенсивности возникновения зарядов статического электричества достигается подбором соответствующих скоростей движения веществ, предотвращением разбрызгивания и распыления; очисткой газов и жидкостей от примесей. С этой же целью применяются нейтрализаторы статического электричества, которые по принципу действия делятся на индукционные, радиоизотопные и комбинированные.

Пример 4. Одним из средств повышения безопасности вредных и взрывоопасных производств является вынос оборудования на открытые площадки. Это снижает вероятность отравления вредными веществами, а также существенно снижает опасность взрыва, пожара.

Пример 5. Снижение вредного воздействия выбросов и степени взрыво- и пожароопасности достигается соответствующим расположением предприятий на генеральном плане с учетом преобладающего направления ветров (используется «роза ветров»). При этом снижается (но не исключается полностью) вероятность вредного воздействия выбросов на людей.

Принцип ликвидации опасности состоит в устранении опасных и вредных факторов, что достигается изменением технологии, заменой опасных веществ безопасными, применением более безопасного оборудования, совершенствованием научной организации труда и другими средствами. Этот принцип наиболее прогрессивен по своей сути и весьма многолик по формам реализации. С поиска способов реализации именно этого принципа следует начинать как теоретические, так и практические работы по повышению уровня безопасности жизнедеятельности.

Рассмотрим несколько примеров.

Пример 1. Некоторые катализаторы являются вредными и огнеопасными. В технологическом процессе алкилирования фенола в качестве катализатора раньше применяли серную кислоту и хлористый алюминий. Теперь они заменены катионообменной смолой КУ-2, что исключает опасность ожога кислотой.

Пример 2. Ртуть является высокотоксичным веществом. Рекомендуется во всех случаях, где это возможно, ртутные приборы заменять безртутными.

Пример 3. При проведении многих технологических процессов выделяется много взрывоопасных и токсичных газов. Для обеспечения безопасности применяют факельную систему сбора, использования и уничтожения этих газов.

В факельные системы для сжигания направляют неиспользуемые горючие газы и пары, сбрасываемые технологическим оборудованием, а также поступающие через предохранительные клапаны, патрубки и др. Факельная система состоит из магистральных газопроводов, по которым выбросы поступают к факельной трубе, при выходе из которой газ сжигается. К магистральным газопроводам газ подводится по трубам из цехов и установок.

Пример 4. При декомпрессии после пребывания работающего под водой или в кессоне может возникать кессонная болезнь. Основные нарушения в организме человека происходят из-за значительного поглощения тканями азота. Так, при нормальном атмосферном давлении в 100 мл крови содержится 1 мл азота, а при давлении 0,3 Па (3 атм) — 3 мл. При декомпрессии происходит переход азота из растворенного состояния в газообразное. Это вызывает тяжелое заболевание человека. Благодаря тому, что гелий очень плохо растворим в крови, его используют как составную часть искусственного воздуха, подаваемого для дыхания водолазам. Это предотвращает появление кессонной болезни.

Пример 5. Для повышения пожарной безопасности в химическом производстве огнеопасные жидкости следует заменять негорючими растворителями. К ним относятся четыреххлористый углерод, хлористый метилен, трихлорэтилен и др.

Принцип активности оператора (человека) в научный обиход ввел проф. Б. Ф. Ломов.

В различных системах возможен такой режим взаимодействия между человеком и машиной, при котором человек физически не участвует в процессе управления. Например, самолет может управляться специальной системой (автопилотом). Схожие ситуации возможны и в других сферах деятельности. Однако во всех подобных случаях человек должен находиться в активном состоянии, готовым в любой момент вмешаться в процесс управления. В этом состоит требование принципа активности. Этот принцип должен знать каждый оператор. Дополнительно для поддержания человека в состоянии активной пассивности предусматриваются различные технические приспособления и устройства (например, специальные устройства на железнодорожном транспорте).

Принцип гуманизации деятельности состоит в императиве приоритета безопасности жизнедеятельности. Этот принцип ориентирует на первоочередное рассмотрение проблем безопасности жизнедеятельности при решении основных вопросов деятельности. Иными словами, проектируя, организуя и реализуя деятельность, мы должны постоянно помнить о том, что деятельность должна быть максимально гуманизированной. Требования этого принципа отражены в законодательных актах (Конституция РФ, ТК).

Принцип относительности обусловлен тем, что вопросы безопасности, как правило, не имеют абсолютного строго детерминированного значения. По своей природе безопасность носит вероятностный (стохастический) характер. Это обстоятельство вносит существенную неопределенность при принятии решений в области управления риском. Императив принципа относительности состоит в том, чтобы феномен неопределенности, свойственный безопасности, компенсировать конкретными дефинициями, что позволит в конечном счете создать строгий понятийно-терминологический аппарат — основу научного подхода к управлению безопасностью.

Принцип относительности отвечает на призыв ученых, звучащий с древних времен до наших дней: «давайте определения и это позволит избежать заблуждений».

Например, условия труда (работы) в современной нормативной литературе и законодательных актах определяются по уровню энергозатрат, по классам (оптимальные, допустимые, вредные, опасные) и т. д.

Каково соотношение между этими понятиями? В большинстве случаев отсутствуют критерии отнесения работ к той или иной группе.

В приложении 1 приводятся определения основных терминов, взятые из различных источников.

Принцип замены оператора состоит в том, что функции оператора поручаются роботам, автоматическим манипуляторам или исключаются совсем за счет изменения технологического процесса.

Этот принцип реализуется в антитеррористической деятельности, атомной промышленности и других сферах деятельности.

Принцип классификации. Классификация (от лат. classis — разряд, класс, категория и fasio — делаю, раскладываю) представляет собой процесс и результат распределения понятий, предметов на классы согласно определенным признакам.

Классификация служит средством организации, хранения и поиска информации. В этом смысле классификация позволяет исключить прямое перечисление объектов и представить информацию о них в сжатой, компактной форме. Так, огромное число опасностей, с которыми сталкивается человек, исчерпывающим образом по признаку происхождения классифицируется на 6 групп: природные, техногенные, антропогенные, биогенные, экологические, социальные.

В процессе классификации выделяют группы однородных понятий и объектов, определяя их как классы, разряды, группы, категории и др. При классификации необходимо учитывать тот факт, что в природе нет строгих границ, и переходы от одного класса к другому иногда носят условный характер. Классификация содействует переходу научного знания с эмпирического описательного уровня на уровень теоретического синтеза, системного подхода.

Технические принципы

Технические принципы направлены на непосредственное предотвращение действия опасностей. Технические принципы основаны на использовании физических законов.

Принцип защиты расстоянием заключается в установлении такого расстояния между человеком и источником опасности, при котором обеспечивается заданный уровень безопасности. Принцип основан на том, что действие опасных и вредных факторов ослабевает по тому или иному закону или полностью исчезает в зависимости от расстояния.

Пример 1. Чтобы избежать распространения пожара, здания, сооружения и другие объекты располагают на определенном расстоянии друг от друга. Эти расстояния называют противопожарными разрывами.

Пример 2. Для защиты людей в жилых застройках от вредных и неприятно пахнущих веществ, повышенных уровней шума, вибраций, ультразвука, воздействия электромагнитных полей (ЭМП), ионизирующих излучений предусматриваются санитарно-защитные зоны.

Санитарно-защитная зона — это пространство между границей жилой застройки и объектами, являющимися источниками вредных факторов. Размер санитарно-защитной зоны устанавливается в соответствии с санитарной классификацией предприятий.

Для предприятий классов I, II, III, IV, V размеры санитарно-защитных зон составляют, соответственно, 1000, 500, 300, 100, 50 м. Размеры санитарно-защитных зон могут быть увеличены или уменьшены при надлежащем технико-экономическом и гигиеническом обосновании.

Пример 3. Для того, чтобы люди во время пожара могли беспрепятственно и безопасно покинуть здание, регламентируется расстояние от наиболее удаленного рабочего места до эвакуационного выхода.

Пример 4. Защита от прикосновения к токоведущим частям электрических установок достигается, в частности, недоступным расположением токоведущих частей. Защита от ионизирующих излучений и ЭМП также обеспечивается расстоянием.

Принцип прочности состоит в том, что в целях повышения уровня безопасности усиливают способность материалов, конструкций и их элементов сопротивляться разрушениям и остаточным деформациям от механических воздействий. Реализуется принцип прочности при помощи так называемого коэффициента запаса прочности, который представляет собой отношение опасной нагрузки, вызывающей недопустимые деформации или разрушения, к допускаемой нагрузке. Величину коэффициента запаса прочности устанавливают исходя из характера действующих усилий и напряжений (статический, ударный), механических свойств материала, опыта работы аналогичных конструкций и других факторов.

Применяются различные методы расчета конструкций на прочность. При расчете по предельной нагрузке коэффициент запаса прочности определяется отношением предельной нагрузки к рабочей.

При расчете по максимальным напряжениям коэффициент запаса прочности определяется по следующим соотношениям:

где n_т, n_в, n_д — коэффициенты запаса прочности по пределу текучести, по временному сопротивлению и по пределу длительной прочности соответственно; s_т — минимальное значение физического предела текучести; s_в — минимальное значение предела временного сопротивления; s_д — среднее значение предела длительной прочности; s* — нормативное допускаемое напряжение.

Коэффициент запаса прочности для канатов представляет собой отношение действительного разрывного усилия к наибольшему допустимому натяжению каната. Величина коэффициента регламентируется правилами и принимается для лифтов в зависимости от вида и назначения в пределах 8…25, для кранов — 3…6.

С принципом прочности связано решение вопросов устойчивости (жесткости) конструкции. Под устойчивостью понимают способность конструкции сопротивляться возникновению больших отклонений от положения невозмущенного равновесия при малых возмущающих воздействиях.

Пример 1. Принцип прочности реализуется для защиты от электрического тока. Для защиты от поражения током в электроустановках применяют изолирующие средства, обладающие высокой механической и электрической прочностью.

Пример 2. Во многих случаях для обеспечения безопасности необходимо обеспечить движение жидкости или газа только в одном определенном направлении — например, при внезапной остановке насоса, работающего на нагнетание. Чтобы предупредить движение жидкости в сторону, противоположную заданной, предусматривают установку подъемных и поворотных обратных клапанов. Золотник клапана прочно перекрывает сечение, не позволяя жидкости двигаться в обратном направлении.

Пример 3. На принципе прочности основано применение предохранительных поясов для работы на высоте. Предохранительный пояс цепью прикрепляется к прочным конструкциями при помощи карабина.

Принцип слабого звена состоит в применении в целях безопасности ослабленных элементов конструкций или специальных устройств, которые разрушаются или срабатывают при определенных предварительно рассчитанных значениях факторов, обеспечивая сохранность производственных объектов и безопасность персонала.

Принцип слабого звена используется в различных областях техники.

Пример 1. Для обеспечения взрывостойкости зданий, внутри которых возможен взрыв, в оболочке зданий предусматривают противовзрывные проемы такой площади, через которые в течение заданного времени (исключающего разрушение здания) можно понизить давление взрыва до безопасной величины. В качестве противовзрывных часто используют оконные и дверные проемы. Давление, при котором разрушаются или открываются проемы, должно быть возможно меньшим. Остекление для взрывоопасных зданий рекомендуется одинарным. Если площадь остекления не обеспечивает взрывостойкости, то устраивают легкосбрасываемые или легкоразрушаемые покрытия или панели, масса 1 м² которых не должна превышать 120 кг. Отношение площади проемов к площади всего покрытия называют коэффициентом проемности, он принимается равным 0,6…0,7.

Пример 2. Для предотвращения разрушающего действия взрыва в аппаратах, газоходах, пылепроводах и других устройствах применяют противовзрывные клапаны различных конструкций, а также разрывные мембраны из алюминия, меди, асбеста, бумаги. Мембраны (пластинки) должны разрываться при давлении, превышающем рабочее давление более, чем на 25%.

Пример 3. Сосуды, работающие под давлением, снабжают предохранительными клапанами. Число и размеры предохранительных клапанов подбирают с учетом того, чтобы в сосуде не могло возникнуть давление, превышающее расчетное более, чем на 15%, при рабочем давлении менее 6 МПа, и более, чем на 10%, при давлении большем или равном 6 МПа.

Принцип экранирования состоит в том, что между источником опасности и человеком устанавливается преграда, гарантирующая защиту от опасности. При этом функция преграды состоит в том, чтобы препятствовать прохождению опасных свойств в гомосферу. Применяются, как правило, разнообразные по конструкции сплошные экраны.

Пример 1. Распространено применение экранов для защиты от тепловых облучений. При этом различают экраны отражения, поглощения и теплоотвода. Для устройства экранов отражения используют светлые материалы: алюминий, белую жесть, алюминиевую фольгу, оцинкованное железо. Теплоотводящие экраны изготовляют в виде конструкций с пространством (змеевиком) с находящейся в нем проточной водой. Теплопоглощающие экраны изготовляют из материала с большой степенью черноты. Если необходимо обеспечить возможность наблюдения (кабины, пульты управления), применяют прозрачные экраны, выполненные из многослойного или жаропоглощающего стекла или других конструкций. Прозрачным теплопоглощающим экраном служат и водяные завесы, которые могут быть двух типов: переливные (вода подается сверху) и напорные (с подачей воды снизу под давлением).

Пример 2. Защитное экранирование широко применяется для защиты от ионизирующих излучений. Оно позволяет снизить облучение до любого заданного уровня. Материал, применяемый для экранирования, и толщина экрана зависят от природы излучения (альфа, бета, гамма, нейтроны). Толщина экрана рассчитывается на основе законов ослабления излучений в веществе экрана. Альфа-частицы имеют небольшую величину пробега и легко поглощаются стеклом, плексигласом, фольгой любой толщины.

Для защиты от бета-излучений применяют материалы с небольшим атомным номером, для поглощения жестких бета-лучей применяют свинцовые экраны с внутренней облицовкой алюминием.

Для ослабления гамма-излучения чаще всего используют элементы с высоким атомным номером и высокой плотностью: свинец, вольфрам, бетон, сталь.

Нейтроны высокой энергии сначала замедляют до тепловых при помощи водородосодержащих веществ (тяжелая вода, парафин, пластмассы, полиэтилен), а затем поглощают медленные нейтроны при помощи материалов, имеющих большое сечение поглощения (борнит, графит, кадмий и др.).

Пример 3. Экранирование широко используется для защиты от электромагнитных полей. Оно используется как у самого источника, так и на пути распространения поля и на рабочем месте. Для экранов применяют материалы с высокой электрической проводимостью (медь, алюминий, латунь) в виде листов толщиной не менее 0,5 мм или сетки с ячейками размером не более 4 ´ 4 мм. Электромагнитное поле ослабляется металлическим экраном в результате создания в его толще поля противоположного направления.

Пример 4. Одним из эффективных способов защиты от вибраций, вызываемых работой машин и механизмов, является виброизоляция. Роль своеобразного экрана здесь выполняют амортизаторы (виброизоляторы), представляющие собой упругие элементы, размещенные между машиной и ее основанием. Энергия вибрации поглощается амортизаторами, а это уменьшает передачу вибраций на основание.

Пример 5. Экраны используют для защиты работающих от прямого воздействия шума. Акустический эффект экрана основан на образовании за ним области тени, куда звуковые волны проникают лишь частично. При этом справедлива следующая зависимость: чем больше длина звуковой волны, тем меньше при данных размерах экрана область тени. Следовательно, применение экранов эффективно для защиты от средне- и высокочастотных шумов. На низких частотах за счет эффекта дифракции звук огибает экраны, не создавая акустической тени.

Пример 6. Принцип экранирования используется также и в средствах индивидуальной защиты (например, очки и щитки).

Принцип блокировки заключается в обеспечении механического, электрического или другого принудительного взаимодействия частей оборудования или параметров технологического процесса, при котором достигается требуемая степень безопасности.

Блокировочные устройства делят на запретно-разрешающие и аварийные.

Запретно-разрешающие устройства препятствуют неправильному включению и выключению аппаратов, механизмов, не допускают вскрытия оборудования, работающего под давлением без предварительного его снятия, не позволяют включить машину при отсутствии ограждений и т. д.

Аварийные блокировочные устройства срабатывают в тех случаях, когда нарушается заданный ход процесса, предотвращая развитие аварии.

По принципу действия блокировки делятся на механические, электрические, фотоэлектрические, радиочастотные, радиационные, гидравлические, пневматические, комбинированные (некоторые примеры см. на рис. 1.10, 1.11 и далее). Принцип блокировки лежит в основе автоматических средств обеспечения безопасности. Учитывая особую важность этого принципа, приведем несколько примеров его реализации.

автоРис. 10 Рис. 1.10

Схема пневматической блокировки:

1 — реле давления; 2 — запорное устройство; 3 — электромагнит

автоРис. 11 Рис. 1.11

Пример механической блокировки:

1 — ограждение; 2 — рычаг тормоза; 3 — запорная планка; 4 — направляющая; 5 — опасная зона

Блокировки ограждения срабатывают при открывании или снятии ограждения. По принципу работы они делятся на электрические, механические и комбинированные.

Пример 1. Для предотвращения ошибочного пуска машин и оборудования устанавливаемые ограждения блокируют с электроприводом (рис. 1.12). При этом ограждение 2 снабжается металлической скобой 3, специальной изоляционной колодкой 4 от других токопроводящих материалов. В месте установки ограждения в корпусе 1 машины предусматриваются заглубленные контакты 5, которые замыкают электрическую цепь при установленном ограждении, позволяя включать машину и работать на ней.

автоРис. 12 Рис. 1.12

Схема электрической блокировки:

1 — корпус машины; 2 — ограждение; 3 — металлическая скоба; 4 — изоляционная колодка; 5 — контакты

Пример 2. Электрической блокировкой является и конструкция ограждения стола слешера от случайных выбросов кусков древесины при пилении. При этом дверь для входа на стол сблокирована с кнопкой Пуск таким образом, что при ее открывании автоматически отключается электропривод пилы (рис. 1.13).

автоРис. 13 Рис. 1.13

Схема электрической блокировки двери от попадания в опасную зону:

1 — ограждение; 2 — электроустановка; 3 — опасная зона; МП — магнитный пускатель; БК — блок-контакты

Пример 3. Широкое применение находят блокировки, работающие при помощи фотоэлементов (рис. 1.14). Луч проходит через опасную зону и попадает на фотоэлемент. При прерывании лучей и, следовательно, при прекращении освещения фотоэлемента разрывается электрическая цепь и машина выключается. Если рабочий, нарушая правила, зашел в опасную зону (например, опасную зону резательного станка), луч света прерывается и привод станка аварийно останавливается, предотвращая несчастный случай.

автоРис. 14 Рис. 1.14

Фотоэлектронная блокировка:

1 — луч света; 2 — линзы; 3 — опасная зона; 4 — фотоэлемент; 5 — контрольное реле; 6 — усилитель

Пример 4. На практике также применяются радиоактивные блокировки (рис. 1.15), использующие эффект изменения количества ионизированных частиц при внесении руки в опасную зону.

автоРис. 15 Рис. 1.15

Радиоактивная блокировка:

1 — аварийное реле; 2 — контактное реле; 3 — тиратронная лампа; 4 — трубка Гейгера

Принцип вакуумирования заключается в проведении технологических процессов при пониженном давлении по сравнению с атмосфе