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.

Коэффициент запаса прочности для канатов представляет собой отношение действительного разрывного усилия к наибольшему до­пустимому натяжению каната.

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 конструкциям 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 4x4 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.

Принцип блокировки лежит в основе автоматических средств обеспе­чения безопасности. Учитывая осо­бую важность этого принципа, при­ведем несколько примеров его реа­лизации.

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 токо-проводящих 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.

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).

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.

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

Принцип вакуумирования заключается в проведении технологи­ческих процессов при пониженном давлении по сравнению с атмо­сферным. Вакуум используют в следующих случаях: для смещения точки кипения жидкости в сторону более низких температур; в аппа­ратах, в которых вакуум позволяет вести процесс более экономично и безопасно; для перекачки жидких агрессивных материалов; для транс­портировки сыпучих пылеобразующих материалов.

Взрывоопасные, горючие и склонные к пылению материалы целе­сообразно сушить в вакуумных сушилках, так как в них температура сушки ниже.

Для перекачки агрессивных жидкостей применение давления опас­но, так как возможен выброс или разлив жидкости. Безопаснее ис­пользовать вакуум.

Однако при применении вакуума возможен подсос наружного воз­духа внутрь емкостей и образование взрывоопасных сред. Поэтому при вакуумировании необходим постоянный контроль за герметич­ностью и содержанием кислорода воздуха в вакуум-аппарате.

Принцип герметизации состоит в обеспечении такого уплотнения, при котором исключается утечка опасного количества вредного или опас­ного агента в окружающую среду из оборудования и коммуникаций.

Под герметичностью понимают способность оболочки (корпуса) оборудования препятствовать жидкостному или газовому обмену ме­жду средами, разделенными этой оболочкой. Испытаниям на герме­тичность подвергают газопроводы, оборудование, трубопроводы, ра­ботающие под давлением. Существуют различные способы обнаруже­ния мест утечек. Разработаны различные методы уплотнений.

При работе с особо вредными продуктами, утечка которых абсо­лютно недопустима, принимают специальные методы уплотнения. В ряде случаев возникает необходимость в бесконтактных методах пе­редачи движения с целью уменьшения утечек.

Пример 1. Разработан новый бесконтактный электромагнитный привод (рис. 1.16), обеспечивающий полную герметичность конструк­ции, состоящей из электродвигателя, соединенного с технологически­ми аппаратами (смесители, насосы, автоклавы). Ротор такого двигате­ля насажен на один вал с рабочим механизмом и вместе с подшипника­ми заключен в неподвижную экранирующую гильзу из немагнитного металла (аустенитной стали, нихрома идр.); ротор находится непосред­ственно в рабочей среде или вынесен из нее, но не изолирован. Гильза герметично присоединяется к машине или аппарату.

Статор с обмоткой находится с наружной стороны экранирующей гильзы; вращающееся магнитное поле воздействует сквозь стенки гиль­зы на ротор, вращая его вместе с ра­бочим органом машины. Электро­магнитный привод не имеет трущих­ся уплотнений и дает возможность развивать большое число оборотов.

Пример 2. Аналогичный прин­цип использован для лабораторных мешалок. На рис. 1.17 показана гер­метично закрытая колба, в которую опущен стальной стержень 1, запаян­ный в стеклянную трубку 2. Вращаю­щийся под дном колбы магнит 3 или перемещающееся магнитное поле во­дит за собой стальной стержень, пе­ремешивая содержимое колбы.

Принцип компрессии состоит в проведении в целях безопасности различных процессов под повышен­ным давлением по сравнению с ат­мосферным. При этом могут изме­няться температурные параметры, обеспечивая повышение безопасно­сти. Обдуваемые под повышенным давлением электродвигатели приме­няются во взрывоопасных средах.

Принцип флегматизации заклю­чается в применении ингибиторов и инертных компонентов в целях за­медления скорости реакций или пре­вращения горючих веществ в него­рючие и невзрывоопасные.

Инертные газы (главным обра­зом, азот, а также углекислый газ, аргон и др.) находят широкое приме­нение в химической технологии в качестве средства, предупреждаю­щего окисление продуктов, взрывы и загорания, а также для тушения возникших пожаров.

Для флегматизации часто исполь­зуют очень небольшие количества

примесей (пассирование; например, реакция полимеризации винил-ацетата происходит в присутствии незначительной примеси стирола). Для подавления уже возникшего горения требуются значительно боль­шие концентрации флегматизирующих веществ.

Приведем минимальные количества веществ, необходимые для предотвращения горения метана и других горючих веществ (в об.%): азот (N2) — 30,8; углекислый газ (СОг) — 21,2; тетрахлорметан (че-тыреххлористый углерод, СС1₄) — 8,0; сульфурилхлорид (S0₂O₂) — 6,5; тетрахлорид кремния (SiC1₄) — 5,5; изоамилбромид — 1,5.

Для предотвращения воспламенения и ликвидации горения ис­пользуют также водяной пар, отходящие топочные и выхлопные газы четырехтактных карбюраторных и газогенераторных двигателей, очи­щенные от кислорода и горючих примесей. Выхлопные газы из двух­тактных и дизельных двигателей не могут быть использованы для этих целей, так как они содержат много кислорода, продукты разложения горючего, а также продукты неполного сгорания.