Порядок расчета интенсивности облучения робочих мест на промышленных предприятиях

Для обоснования необходимости проектирования средств защиты от тепловых излучений необходимо определить фактическое значение интенсивности тепловых излучений (облученность) экспериментально (например, актинометром) или расчетом.

Величину облученности, создаваемую источником излучения, можно определить по закону Стефана-Больцмана по зависимости

; (4.1)

где q_u – интенсивность тепловых излучений, Вт/м²;

С₀ – излучательная способность абсолютно черного тела, Вт/м²К⁴ (С₀ = 5, 6703 Вт/м²К⁴);

Е _пр – приведенная степень черноты источника излучения и объекта облучения;

Ψ – угловой коэффициент, учитывающий взаимное расположение источника излучения и объекта облучения, а также влияние (в неявной форме) расстояния от источника излучения до объекта облучения;

Т_и и Т₀ – соответственно температура источника излучения и объекта облучения, К⁴.

Однако зависимостью (4.1) пользоваться не всегда удобно при расчете облученности рабочих мест, т.к. не всегда известны данные для человеческого тела по степени черноты (с учетом материала спецодежды), по угловому коэффициенту и др. Поэтому удобнее пользоваться преобразованными формулами для расчета облученности рабочих мест:

при

; (4.2)

при (4.2)

, (4.3)

где q_u – интенсивность тепловых излучений, действующих на работающих, Вт/м²;

F – площадь излучаемой поверхности, м²;

T_u – температура источника тепловых излучений, К;

l_u – расстояние от центра излучаемой поверхности до облучаемого тела, м;

A – коэффициент, учитывающий условия лучистого теплообмена, К⁴;

Принимают для кожи человека и хлопчатобумажной ткани A = 85 К⁴, а для суконной ткани – A = 110 К⁴.

При q_u £ q_доп условия труда по тепловым излучениям соответствуют санитарным требованиям, а при q_u > q_доп – не соответствует, что является обоснованием применения средств защиты. Допустимые значения интенсивности тепловых излучений q_доп следует принимать по ГОСТ 12.1.005‑ 88.

МК-2

Расчет теплоотражательного, теплопоглащаю-щего экранов, а также экра--на, который отводит тепло, для локализации источника лучистого тепла. Принцип действия экрана, его кон-струкция и применяемые материалы.

Для обоснования необходи-мости проектирования средств защиты от тепловых излучений необходимо определить факти-ческое значение интенсивности тепловых излучений экспе-риментально (например, акти-нометром) или расчетом по зависимостям:

при_ : при_ : где q_u – интенсивность тепловых излучений, дейст-вующих на рабоxих, Вт/м²;

F – площадь излучаемой повер-хности, м²;

T_u – температура источника тепловых излучений, К;

l_u – расстояние от центра излучаемой поверхности до облучаемого тела, м;

A – коэффициент, учитываю-щий условия лучистого тепло-обмена, К⁴;

Принимают для кожи человека и хлопчатобумажной ткани A=85 К⁴, а для суконной ткани – A = 110 К⁴.

При q_u £ q_доп условия труда по тепловым излучениям соот-ветствуют санитарным требо-ваниям, а при q_u > q_доп – не соответствует, что является обоснованием применения средств защиты. Допустимые значения интенсивности теп-ловых излучений q_доп следует принимать по ГОСТ 12.1.005‑ 88. Наиболее эффек-тивным средством защиты от тепловых излучений является установка теплозащитных эк-ранов: телоотводящих, тепло-отражательных и теплопогло-щающих.

1. Проектирование тепло-отводящих экранов

Теплоотводящие экраны представляют собой полые сварные конструкции, по которым циркулирует вода или воздушно-водяная смесь.

Схема теплоотводящего экрана приведена на рисунке.

Рисунок – Схема теплоот-водящего экрана

1 – входной штуцер; 2 – эк-ран; 3 – выходной штуцер; 4 – лабиринтные перегородки.

Теплоотводящее экраниро-вание поверхности обору-дования должно обеспечи-вать темп-ру наружной по-верхности экрана не выше 35 С в рабочей зоне (не ни-же 20º С) и 45 С вне рабочей зоны согласно санитарным нормам. Максимальный на-грев воды в экране не дол-жен превышать 10-15º С из-за возможности образования накипи.

Т. к. экран располагается на некотором расстоянии от стенки, то тепло, передавае-мое излучением, восприни-мается водой полностью, а конвекцией - частично, т. к. горячий воздух в прослойке уносится вверх. При этом слой воды задерживает теп-овое излучение.

При расчете исходили из теплового баланса Q_в = Q_изл, где Q_изл – кол-во лучистого тепла, действующего на экран, Вт; Q_в – количество тепла, которое отвела вода из экрана, Вт.

Q_изл = q_и-э·F·a,

где q_и-э – интенсивность тепловых излучений от источника тепла к экрану, Вт/м²;

F – площадь экрана, м²;

a – коэффициент поглоще-ния инфракрасных лучей материалом экрана и водой (можно принять a = 0, 9).

Интенсивность тепловых из-лучений можно определить по закону Стефана-Больц-мана

где С_о – коэффициент излу-чательной способности а. ч. т. (С_о = 5, 67 Вт/(м²К⁴));

e_пр – приведенная степень черноты источника излуче-ния и стального листа экрана;

j – угловой коэффициент, учитывающий взаимное расположение источника излучения и объекта облу-чения (т.е. экрана). Для условий установки экрана на стенке оборудования можно принять j = 1;

T_и – темп.-ра источника излучения с учетом ее воз-растания при экраниро-вании на 20-30%, К;

T_и =1, 25× t_и + 273, К, где t_и – температура источника из-лучения до установки экра-на, °С; T_э – температура экрана, К.

T_э£ 35+273 =308 К. Приве-денная степень черноты равна ,

где e_и – степень черноты источника излучения (горя-чей стенки);

e_э – степень черноты сталь-ного листа экрана.

Q_в = G× c× (t_ух - t_пр),

где G – весовой расход воды на экране, кг/с;

с – теплоемкость воды (с = 4, 19 кДж/(кг× К));

t_ух – температура уходящей воды (не более 35°С);

t_пр – температура воды на входе в экран (в теплый период года t_пр принимают 25-29°С).

Необходимый весовой рас-ход воды равен

, кг/ч

С учетом плотности воды r_в объемный расход воды равен

, м³/ч

Принимают плотность пресной воды r_в = 1000 кг/м³, а морской – r_в = 1010-1050 кг/м³.

На линии, подводящей воду в экран, обязательно устанавли-вают фильтр.

При проектировании теплоотво-дящих экранов кроме расчета расхода воды на экран также необходимо определить:

– размеры экрана и трубо-проводов (размеры трубопро-водов определяют по таблицам расчета водопроводных сетей);

– гидравлических расчет потерь давления воды в экране (с учетом установки фильтров);

– проверка давления цеховой водопроводной сети на воз-можность преодоления рассчи-танных потерь напора, т.е. если P_пот > P_с, то необходимо предусмотреть установку насоса на входе в экран.

Потери давления воды скла-дываются из потерь на трение, на местных сопротивлениях и на фильтре

где P_пот – потеря давления воды, Па;

m_тр – коэффициент потерь давления от трения (можно принять m_тр = 0, 03);

– суммарная длина всех каналов (секций) экрана, м;

d_к – приведенный диаметр одного канала (секции);

F_c – площадь проходного сече-ния одного канала экрана, м²;

r_в – плотность воды, кг/м³;

v_c – скорость воды в канале секции, м/с;

, м/с

– суммарный коэф-фициент местных потерь. При повороте потока воды на 90° можно принять = 1, 19 (для одного поворота на 90°). При повороте на 180° можно считать, что

P_ф – потери напора на фильтре (определяют по паспортным данным фильтра или по справочникам), Па.

С учетом потерь давления в подводящих трубопроводах (до 20 % от потерь в экране) требуемое давление равно

, Па (7.14)

Возможные виды теплоотводя-щих экранов:

– стальные водоохлаждаемые экраны у стен выполняют из листовой оцинкованной стали толщиной 1, 5-2 мм, а у откры-тых проемов – из черной стали толщиной 6-8 мм;

– стальной лист или сетка со стекающей водой;

– цепные завесы (однорядные или многорядные) со стекаю-щей водой;

– водяные завесы.

Теплоотводящие экраны эф-фективно поглощают тепловые излучения во всем диапазоне длин волн (от длины волны 1, 5 мкм и выше), что является их достоинством.

Недостатки этих экранов:

– громоздкость конструкции,;

– необходимость наличия трубопроводов, фильтров и насосов для подачи воды;

– необходимость подготовки воды (умягчения, фильтрова-ния и т.п.);

– сравнительно малый срок службы экрана из-за отложения накипи.

Поэтому эти экраны применя-ют для экранирования высоко-температурных печей (домен-ных, сталеплавильных, др.).

2. Проектирование тепло-отражательных экранов

Достаточно высокая эффектив-ность применения отражатель-ных экранов для локализации излучения от промышленных тепловых источников.

Расчетная схема экраниро-вания приведена на рисунке:

Рисунок – Расчетная схема экранирования источника излучения

Обозначения на рисунке:

q_и-о – интенсивность тепло-вых излучений от источника к объекту облучения (без экрана), Вт/м²;

q_э-и – отраженный тепловой поток от экрана к источнику излучения, Вт/м²;

q_э-о – тепловой поток от экрана к объекту обучения, Вт/м²;

T_и – температура источника излучения, К;

T_э – температура экрана, К;

T_о – температура объекта облучения, К.

Поток излучения q_и-о, встре-чая на пути экран с высокой теплоотражательной способ-ностью, отражается от него в основном обратно к источ-нику (q_э-и) и лишь некоторая доля его поглощается экра-ном. Нагреваясь в результа-те поглощения некоторого количества энергии до тем-пературы T_э, экран в свою очередь излучает тепловой поток q_э-о. Однако это излу-чение в значительной степе-ни ослаблено. Если устано-вить ряд экранов, то излуче-ние можно значительно сни-зить.

Тепловой поток q_и-о до установки экрана можно определить по закону Сте-фана-Больцмана

После установки экрана тепловой поток равен:

Снижение потока экраном равно

Коэффициент m также называют коэффициентом снижения теплового потто-ка.

При наличии n экранов и разных материалах источ-ника и экрана снижение потока экраном равно

Отражательные качества экрана характеризуются от-ношением , показы-вающим, что чем ниже степень черноты экрана , тем больше снижает-ся поток. Если материал источника излучения и экрана один и тот же, то при одном экране поток уменьшается в два раза

Можно предложить следу-ющую схему проектиро-вания экрана, локализую-щего источник излучения:

1. Обычно температура источника излучения T_и известна. Поэтому опреде-ляем коэффициент сниже-ния температуры источника от T_и до T_э.

, (7.20)

где T_и – темп-ра источника излучения с учетом ее воз-растания при экранирова-нии на 30-40 %, К;

T_и=1, 35× t_и+273, t_и – темп-ра источника излучения до ус-тановки экрана, °С;

T_э £ 35 +273£ 308 К

2. Определяем требуемый коэф-т снижения теплового потока

Если t_и³ 400°С, то m_тр» m⁴ (При этом погрешность расчета равна ~+3 %).

3. Задаемся материалом экрана и определяем e_и, e_о, e_э.

4. Определяем приведенные степени черноты

,

5. Определяем требуемое кол-во экранов

(7.25)

Для алюминиевых экранов при-веденная степень черноты e_э-о может быть принята в 10 раз меньше приведенной степени черноты стенки источника, т.е. .

Тогда:

Материал теплоотражательных экранов: алюминиевый лист; алюминиевая фольга; белая жесть; стальные листы, окраше-нные алюмокраской; закаленные стекла с пленочным покрытием.

Достоинства теплоотражатель-ных экранов: простота конструк-ции; сравнительно малые габа-риты; удобство в эксплуатации; эффективное отражение тепло-вых лучей (при установке много-слойных экранов).

Недостаток: возможность сни-жения эффективности экраниро-вания при изменении отража-тельной способности материала экрана (когда экран тускнет).

Теплоотражательные экраны применяют для экранирования печей для нагрева под обра-ботку давлением, под термо-обработку и т.п., а также для облицовки постов управления.

3. Проектирование теплопог-лощающих экранов

Теплопоглощающие экраны применяются как переносные (при ремонтных работах), а при наличии пауз в технологи-ческом процессе (необходимых для охлаждения экрана) и как стационарные.

При расчете экрана исходим из теплового баланса

Q_п = Q_изл, где Q_изл – кол-во лу-чистого тепла, действующего на экран, Вт;

Q_п – количество тепла, погло-щенного экраном, Вт.

Q_п = m× c× (t_к – t_н), (7.28)

где m – масса экрана, кг/с;

с – теплоемкость материала экрана, Дж/(кг× К);

t_к – конечная температура экрана (не более 35 °С), °С;

t_н – начальная температура экрана, °С.

, кг/ч (7.29)

При этом под массой экрана понимают такую массу, к-рая в течение 1 ч действия теплового излучения обеспечит нагрев экрана не выше 35 С. Если необходимо, чтобы экран работал в этих условиях 2 часа, то массу экрана надо удвоить, 3 часа – массу утроить и т.д.

Возможные виды теплопогло-щающих экранов: стальной лист с теплоизоляцией из пер-лита, вермикулита, асбеста, кирпича и т.д.; алюминиевый лист с теплоизоляцией из пер-лита, вермикулита, асбеста, кирпича и т.д.; кирпичная стен-ка толщиной в полкирпича; стальная сетка (одинарная или двойная) с закаленным органи-ческим или силикатным стек-лом); стекла закаленные сили-катные или органические.

Теплоотражающие экраны эф-фективно поглощают тепловые излучения в заданном интер-вале времени, но основной не-достаток – это необходимость наличия пауз для охлаждения экрана.