Человеческая жизнь бесценна, поэтому значение охраны труда возрастает с каждым днем.
Значительный риск для жизни и здоровья людей представляют работы в подземных сооружениях (колодцах и туннелях), внутри различных резервуаров и других сооружений с недостаточной или отсутствующей вентиляцией. Работы подобного рода следует выполнять с обязательным непрерывным наблюдением за составом воздуха, в частности, за содержанием опасных и вредных газов.
Еще двести лет назад шахтеры брали с собой под землю шахтерскую лампу (почти не изменившись с тех пор, еще применяется до сих пор ввиду простоты и надёжности - лампа ЛБВК). Наблюдение за цветом пламени позволяло обнаружить опасное увеличение концентрации горючего газа или слишком низкое содержание кислорода. В наше время существуют более точные и удобные приборы.
На рынке газоаналитических приборов для контроля состава воздуха широко представлены газоанализаторы различных производителей, предназначенные как для одного газа, так и для нескольких газов одновременно. Они основаны на различных принципах и имеют различную конструкцию и назначение.
Универсальные приборы, тем не менее, не могут учесть всех особенностей рассматриваемой области применения. Поэтому лучшие эксплуатационные показатели будут иметь специализированные приборы, созданные под конкретную профессиональную деятельность.
Требования к приборам, соответствующие условиям работы, лучше всех могут сформулировать специалисты организаций, которым приходится работать в колодцах и других подземных сооружениях, поэтому изучим условия работы на их объектах.
Общая характеристика рабочих мест
Колодцы представляют собой вертикальные сооружения глубиной до 20 метров и служат для спуска людей с поверхности к линейным подземным коммуникациям (водоводам, канализационным стокам, кабелям связи, газопроводам). Большую часть времени колодцы закрыты, и в них могут скапливаться тяжелые газы: углекислый газ (CO2), угарный газ (CO), сероводород (H2S), водяной пар и т.д.
Поскольку колодцы проложены под поверхностью земли, то в них из почвы поступают продукты разложения органики – горючие (CH4) и инертные (CO2) газы. Из гниющих остатков выделяется токсичный сероводород. В связи с этим необходимо принудительно проветривать колодцы перед каждым спуском людей, для чего целесообразно использовать переносные вентиляторы для продувки колодцев, но как определить когда проветривание закончилось? Значит, надо контролировать газовый состав атмосферы до спуска и во время работы, которая может продолжаться в течение целого рабочего дня.
Состав атмосферы в колодцах
Кислород (O2) – основной контролируемый компонент, необходимый для жизни. В большинстве отечественных и импортных газоанализаторов установлен аварийный порог 18 об. %, что является средней величиной, ниже которой работоспособность человека начинает падать. Потеря сознания начинается при более низкой концентрации - меньше 10 об. %, хотя лечебные сеансы физиотерапии «Горный воздух», когда концентрация кислорода составляет 10 об. % всем известны и помогают здоровью. Однако с учётом того, что человек выполняет в колодце тяжелую работу, а индивидуальные особенности организма различны, порог в 18 об. % вполне оправдан. В некоторых ведомствах нашей страны встречаются и другие пороги концентрации: 17,8 об. %, 19,5 об. %, 20,5 об. %.
Любые научно обоснованные пороги концентрации вытекают из двух компонентов: физиологической опасности и оперативной возможности устранения этой опасности. Например, если отравляющее вещество очень токсично и отравление организма наступает быстро, или динамика роста концентрации этого вещества может быть очень быстрой, то надо установить низкий порог, чтобы успеть предпринять действия по ликвидации загазованности. В шахтах такая статистика велась в течение десятков лет, и нормы их порогов концентрации наиболее логичны для специфики их работы. В колодцах городов падение концентрации кислорода не может происходить в результате взрывообразного вытеснения воздуха инертным или горючим газом, как в угольных шахтах, следовательно, большой запас по концентрации можно не делать, да и до поверхности недалеко, и страховка обязательно имеется.
Вопрос о необходимости применения двух порогов, предупреждающего и аварийного, остается открытым.
Метан (CH4) и другие горючие газы – второй важный контролируемый компонент при оценке атмосферы. Природный газ, подаваемый в квартиры, в основном, состоит из метана, а значит, утечки из изношенных газопроводов, проложенных под землей, будут метановые. Метан, к тому же, выделяется из почвы при жизнедеятельности бактерий. В плохо вентилируемом помещении он может скопиться в значительных концентрациях, особенно летом, когда холодный воздух в подземных коллекторах тяжелый (рекомендуем ознакомиться с вентилятором для продувки колодцев ВСП-500М). Норматив пороговой концентрации по метану также взят из опыта шахтеров, которые считают, что надо остерегаться концентрации выше 25 % от порога взрываемости метано-воздушной смеси. Этот порог называют в настоящее время нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР). Для метана НКПР составляет 5 об. % (по другим исследованиям - 4,4 об. %). Поэтому задание порога срабатывания сигнализатора для CH4 на уровне 1 об. % вполне обосновано. Однако в шахтах метан выделяется быстро. Необходимость своевременного проветривания штолен требует большой чувствительности сигнализатора. Для колодцев можно и уменьшить запас, но надо ли? Наличие метана свидетельствует о неполадках в соседней газовой магистрали, либо нарушении (или отсутствии) вентиляции. Поэтому использование двух порогов сигнализации (аварийного и предупреждающего) оправдано, так как предупреждающий порог используется при поиске мест утечек горючего газа или дает время подготовиться к возникновению опасной ситуации, чтобы не быть застигнутым врасплох, а аварийный порог дает команду на эвакуацию. Но использование предупреждающего порога в 10 % от НКПР, когда аварийный - 20 % НКПР, неразумно, надо разнести их хотя бы в 5 - 10 раз. Нельзя применять и очень низкий предупреждающий порог, так как есть фоновая концентрация метана в воздухе, и прибор все время будет сигнализировать. По опыту работы известно, что фон метана на поверхности земли, в болотах достигает 10 мг/м3 (0,001 об. %), а в колодцах поднимается до (0,01 - 0,1) об. %, из этого следует, что меньше 0,1 об. % предупреждающий порог назначать нельзя.
Двуокись углерода (CO2, углекислый газ) - инертный газ, не поддерживающий горения. При концентрации более 4 об. % происходит остановка дыхания. Опасные концентрации углекислого газа воздействуют на организм человека следующим образом:
- учащается дыхание и увеличивается частота пульса, возникает тошнота (углекислый газ - 3 об. %);
- появляются головные боли, и происходит потеря зрения (углекислый газ - 5 об. %);
- возможна потеря сознания, а также возможный летальный исход (углекислый газ - 10 об. %).
Предельно допустимая концентрация (ПДК) составляет 0,5 об. %. Углекислый газ опасен также тем, что вытесняет кислород из помещения и снижает его концентрацию. Источники выделения - продукты гниения и тления. Газ этот тяжелый и легко скапливается в нижних частях колодцев. Он также накапливается из выдыхаемого воздуха в местах, где работают люди. Приборы, измеряющие концентрацию CO2, к сожалению, дороги, так как в них применяются оптические сенсоры. Таким образом, концентрация углекислого газа можно регистрировать с помощью приборов газового анализа, которые основаны на принципах инфракрасной спектроскопии.
Моноксид углерода (CO, угарный газ, окись углерода) – один из наиболее опасных и распространенных токсичных газов, образуется при неполном сгорании топлива и из выхлопов автомобильных двигателей. Он может накопиться в колодце, расположенном на проезжей части в черте города, а таких много. Для рабочей зоны ПДК равна 20 мг/м3, это концентрация CO в прокуренном помещении. Опыт эксплуатации показывает, что сигнализаторы часто срабатывают в колодцах, если рядом на поверхности стоит работающий автомобиль. Газ при длительном воздействии имеет способность отравлять головной мозг. Угарный газ является опасным, потому что лишает кровь способности нести кислород к сердцу и головному мозгу.
Окись углерода может объединяться с гемоглобином, который, в свою очередь, переносит кислород (O2) к клеткам организма, вследствие чего гемоглобин становится непригодным для транспортировки кислорода. В зависимости от количества вдыхаемого угарного газа, с человеком происходит следующее:
- ухудшается координация;
- обостряются сердечно-сосудистые заболевания;
- появляется усталость, головная боль, слабость.
Влияние угарного газа на организм здорового человека зависит от его концентрации, а также времени его воздействия.
Из графика можно увидеть, что концентрация окиси углерода в воздухе более 0,1 % приводит к смерти в течение одного часа, а концентрация CO более 1,2 % - в течение трёх минут. ПДК рабочей зоны (р. з.) по Гигиеническим нормативам ГН 2.2.5.1313-03 составляет 20 мг/м³ ( около 0,0017 %). ПДК р. з. - это концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны в мг/м³, которая не должна вызывать у работающих при ежедневном вдыхании в течение 8 часов и не более 40 часов в неделю за все время рабочего стажа, каких либо заболеваний или отклонений от нормального состояния здоровья.
Сероводород (H2S) оказывает сильное отравляющее воздействие на кровь (ПДК составляет 3 мг/м3). Часто встречается в канализационных колодцах и местах гниения органики. Кроме него, в букете «с запахом» много сернистых соединений типа метилмеркаптана и т.д.
Метилмеркаптан (CH3SH, метантиол) - токсичный газ с резким запахом, является продуктом метаболизма живых клеток. Метантиол также может поступать со стоками предприятий целлюлозной промышленности. ПДК метилмеркаптана составляет 0,8 мг/м3.
Другие токсичные газы (NH3, Cl2, пары бензина и т.д.) могут накапливаться в колодцах, если рядом расположены химические производства.
Аммиак (NH3, нитрид водорода) - по своим свойствам бесцветный газ, имеющий резкий запах нашатырного спирта. Аммиак почти в два раза легче воздуха, очень токсичен и ядовит. ПДК NH3 в воздухе рабочей зоны составляет 20 мг/м3.
Пары аммиака воздействуют на организм человека следующим образом:
- раздражение зева, органов дыхания проявляется при концентрации аммиака 280 мг/м3;
- раздражение слизистых оболочек глаз появляется при концентрациях более 490 мг/м3;
- поражение кожных покровов при действии очень высоких концентраций (7 - 14) г/м3.
Хлор (Cl2) - в нормальных условиях представляет собой ядовитый газ с желтовато-зеленым цветом, имеет резкий запах. Хлор - это удушливый токсичный газ, который при попадании в лёгкие человека вызывает ожог лёгочной ткани, а также удушье. Раздражающее действие Cl2 на дыхательные пути оказывает при концентрации в воздухе около 0,006 мг/л (т.е. в 2 раза выше порога восприятия запаха хлора).
ПДК хлора в воздухе рабочей зоны составляет 1 мг/м3, однако человек начинает ощущать Cl2 в атмосферном воздухе при превышении концентрации 3 мг/м3.
Пары бензина являются очень токсичными для организма человека, и их вдыхание может вызвать острое и хроническое отравление. ПДК бензина воздуха рабочей зоны составляет 100 мг/м3 и до 5 % НКПР (около 2000 мг/м3) - предельно допустимая взрывоопасная концентрация горючих веществ (ПДВК), выше которой огневые работы запрещены.
В случае отравления, вызванном вдыханием небольших концентраций паров бензина, наблюдаются симптомы, похожие на алкогольную интоксикацию:
- психическое возбуждение, эйфория;
- головокружение;
- тошнота, слабость, рвота;
- покраснение кожных покровов;
- учащение пульса.
В тяжелых случаях отравления парами бензина могут наблюдаться галлюцинации, обморочные состояния, судороги, повышенная температура.
Основные требования к переносным приборам
Условия работы сигнализатора
Поскольку прибор должен постоянно находится на рабочем месте, то ему приходится выдерживать климатические условия, соответствующие работе на улице, в частности, температуру от -50 до +50 ºC. Обязательно должна присутствовать защита от влаги конденсата, капель дождя и грязных рук оператора. Прибор предназначен для постоянного переноса, следовательно, масса его должна быть как можно меньше, а срок непрерывной работы - как можно больше, но не менее 8 часов. Желательно увеличение периода непрерывной работы прибора до 16 - 20 часов, так как в конце рабочего дня может не оставаться времени на его подзарядку, или аварийная работа будет производиться больше суток. Хорошо также иметь режим ускоренной автоматической зарядки и возможность зарядки от автомобильного аккумулятора 12 В. Отбор пробы воздуха необходимо производить со дна колодца, где будут работать люди, но на дне колодца часто находится вода (скопление со стен или аварийная протечка), следовательно, прибор должен быть рассчитан на отбор пробы с поверхности воды.
Сигнализация и измерение
Для большинства случаев достаточно, если прибор дает сигнал об аварийной ситуации и нужно принимать срочные меры: надевать изолирующий противогаз, эвакуировать людей или вообще не спускаться в колодец. Но пороговая сигнализация не помогает, когда надо прогнозировать развитие ситуации – нарастает опасность или уменьшается. Если в приборе имеется цифровая индикация, то, видя рост концентрации, мы заранее можем приготовить вентилятор (переносной вентилятор ВСП-500М) или будем искать источник выделения газа из труб и фланцев вентилей. Цифровая количественная индикация необходима в приборах, когда мы имеем дело как с токсичными газами, которые имеют кумулятивный эффект воздействия на здоровье, так и с горючими газами и кислородом.
Запоминание результатов измерений
Память и связь с компьютером увеличивают сложность и стоимость приборов, но имеют очень большое значение при выяснении причин несчастных случаев на производстве в аварийных ситуациях. Такая память, как «чёрный ящик» в самолете, поможет разобраться в конфликте и сделать правильные выводы. Регулярное получение информации с прибора и наличие базы данных дает также материал для статистики - какие колодцы опасны и где надо заранее готовиться к определенной загазованности. Наличие автоматического запоминания результатов с прибора повышает ответственность, как работника, так и работодателя.
Стоимость приборов
В наше время стоимость прибора - это один из важнейших факторов при выборе оснащения служб. Импортные приборы приобретать и дорого и опасно, так как не всегда есть запчасти. Совсем дешевые приборы не устраивают потребителя по качеству и надежности, и их тоже невыгодно брать. Следовательно, надо выбирать из тех, что относительно недорогие и полностью устраивают по техническим характеристикам.
Особенности конструкции и сравнение технических характеристик переносных газоанализаторов
Характеристики наиболее распространенных мультигазовых приборов представлены в таблице.
Сравнительные характеристики газоаналитических приборов для контроля воздушной среды в колодцах, подвалах, цистернах
| Характеристики | Значения | ||||
| ОКА-92МТ | «Джин-Газ» ГСБ-3М-01 | ТГС-3И | Комета-М | «Анкат-7664М» | |
| Условная стоимость без НДС, рос. руб. | 24410 | 31000 + 6000 (прибор + программа) | 25430 | 27000 | 31000 |
| Диапазон измеряемых концентраций контролируемых газов: | |||||
| - CH4, об. % | 0-0,5 | 0 - 5 | 0 - 5 | 0 - 5 | 0 - 5 |
| - O2, об. % | 0-30 | 0 - 30 | 0 - 30 | 0 - 30 | 0 - 30 |
| - CO, мг/м³ | 0-100 | 0 - 100 | 0 - 100 | 0 - 300 | 0 - 200 |
| Рабочий диапазон температуры, °C | от -40 до +50 | от -30 до +40 | от -20 до +40 | от -35 до +50 | от -20 до +45 |
| Длительность непрерывной работы, ч | 6 - 8 | 16 | 8 | 20 | 8 |
| Пороги аварийной концентрации: | |||||
| - CH4, об. % | 0,5 | 0,5; 2 | 0,7; 1,75 | 0,5; 1 | 0,75; 1,75 |
| - O2, об. % | 18; 23 | 18 | 17,8; 19 | 18; 23 | 19; 23 |
| - CO, мг/м³ | 20 | 80 | 20; 60 | 20; 100 | 20; 50 |
| Световая и звуковая сигнализация о превышении порога | есть | есть | есть | есть | есть |
| Наличие цифровой индикации показаний | ЖКИ цифровой на один газ (остальные - по запросу кнопкой) | нет | ЖКИ без подсветки | ЖКИ цифровой на 3 газа с подсветкой | ЖКИ цифровой на 3 газа с подсветкой |
| Наличие памяти и выход на компьютер | нет | память 200 измерений с выходом RS-232 на ПК; распечатка превышений | нет | память 10 000 измерений, выход по RS-232 на ПК; распечатка всех данных и выборка превышений | память, среднее значение концентрации |
| Глубина пробоотбора, м | 6; 30 (заказ) | 7; 15 (заказ); максимум 50 м | 3 | 7; 15 (заказ) | 10 |
| Метод пробоотбора | диффузионный с выносным зондом | диффузионный пробоотбор, выносной датчик с сенсорами на кабеле | принудительный от микронасоса в приборе; шланг длиной 3 метра | принудительный от микронасоса в приборе через шланг длиной 20 м с поплавковым зондом | принудительный от микронасоса в приборе |
| Уровень взрывозащиты | нет по умолчанию, 1ExibIIBT6 | 1ExdibIIBТ4 | 1ExibIICT6X | 1ExdiaIICT4X | 1ЕxibIICT6Х |
| Защита от механических воздействий | IP53 | IP54 | IP54 | IP54 | IP54 |
| Габариты, мм | 75×165 (датчик) | 138×65×54 (датчик) | 225×85×35 | 170×80×85 | 110×210×80 |
| 150×80×30 (пульт) | 235×100×245 (пульт) | ||||
| Масса, г | 300 (датчик) | 2100 | 600 | 700 | 1200 |
| 500 (пульт) | |||||
| Время «жизни» сенсоров, лет: | |||||
| - ТК (CH4) | 2 | 3 | 5 | 3 | 3 |
| - ЭХ (О2) | 2 | 1 | 5 | 10 | 3 |
| - ЭХ (CO) | 2 | 1 | 5 | 10 | 3 |
| Наличие связи с поверхностью | нет | кнопка на выносном датчике для тревоги | нет | нет | нет |
| Гарантия, месяцев | 12 | 24 | 12 | 18 | 12 |
| Срок службы приборов, лет | 10 | 5 | 5 | 10 | 10 |
| Стоимость ежегодного технического обслуживания, рос. руб. без НДС | 880 - госповерка за канал; 1920 - замена сенсора | 3300 - госповерка; 3900 - тех. обслуживание | нет данных | 2500 - 3000 | нет данных |
Из рассмотренных шести приборов выделяют две группы по принципу действия: это приборы со спускаемым выносным зондом (Ока-92МТ и «Джин-Газ» ГСБ-3М-01) и приборы с принудительным забором пробы воздуха в прибор через шланг (Комета-3М, ТГС-3И и Анкат-7664М). Каждый метод измерений имеет свои недостатки и преимущества.
При использовании выносного датчика отсутствует необходимость включать электрический микронасос с большим энергопотреблением и значит, уменьшается вес и увеличивается время работы прибора на одной зарядке аккумулятора, да еще и, при необходимости, имеется связь с поверхностью (только у приборов «Джин-Газ» ГСБ-3М-01). Однако замеры на дне колодца сделать невозможно, если его глубина больше, чем длина электрического кабеля, соединяющего спускаемый датчик. Замена электрического кабель-тросса - очень ответственная процедура из-за необходимости герметизировать электрический разъем. При механическом повреждении кабеля происходит короткое замыкание, и прибор выходит из строя. К тому же в колодцах на дне часто находится вода и грязь, а для датчика-зонда попадание в воду приводит к выходу из строя. Заливание водой спускаемого датчика-зонда часто происходит, если зонд подвешивают на стенку колодца во время работы, а по стенам стекает конденсат влаги.
Когда при контроле воздуха используют шланг и забирают пробу на анализ в прибор, расположенный на поверхности земли, то нет необходимости опускать «нежный» прибор в грязь или в воду. Вода не может попасть в прибор, поскольку у шланга имеются непотопляемый поплавок и фильтр. Шланг легко отсоединяется от прибора и переносится отдельно, а также легко заменяется, наращивается или укорачивается. Если при спуске в колодец регулярно проверять прозрачный шланг на порезы и проколы, то гарантируется отбор пробы из точки контроля.
Вывод: все представленные трёхкомпонентные газосигнализаторы имеют значительные преимущества среди остальных отечественных и зарубежных газоаналитических приборов для контроля атмосферы в колодцах и замкнутых подземных объектах и соответствуют всем современным требованиям техники безопасности и метрологии.
