автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Предупреждение профотравлений в животноводстве совершенствованием технологии нормализации воздушной среды канализационных сетей

На правах рукописи

2 1\ МЛР 19Л7

ТАТАРОВ Лева Григорьевич

Г* . /

■ М

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПРОФОТРАВЛЕНИЙ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ НОРМАЛИЗАЦИИ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СЕТЕЙ

Специальность 05.26.01 - охрана труда

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете.

Научный руководитель

Научный консультант Официальные оппоненты:

Ведущая организация

академик, заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор В.С.Шкрабак

кандидат технических наук, профессор Б.И.Зотов

доктор технических наук, профессор В.И.Кузьмин кандидат технических наук, доцент Ю.А. Яковлев

Научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации и электрификации сельского хозяйства Нечерноземной зоны РФ

у

II / II

Защита состоится "'" К 1997 года в 14 часов 30

минут на заседании диссертационного совета Д 120.37.07 при Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 189620, г.Санкт-Петербург-Пушкин, Академический проспект, д.23, ауд.529.

С диссертацией * можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан "у" 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

А.П.Майоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из наиболее трудоемких процессов в животноводстве являются ремонтные, наладочные, очистные и др. виды работ в колодцах канализационных систем и отстойниках жижесборников животноводческих ферм и комплексов, на долю которых приходится 40-45% от обидах затрат труда по обслуживанию канализационных сетей. Механизация процессов незначительно снижает эти затраты, однако при этом повышается вероятность травмирования рабочих как от механизмов и оборудования, так и скопившихся вредных отравляющих газов.

Поэтому вопросы повышения безопасности труда рабочих канализационных сетей являются актуальными и требуют глубокого изучения, что и послужило основанием для выбора темы диссертационной работы. Диссертационная работа включена в план научных работ научно-исследовательского отдела Санкт-Петербургского государственного аграрного университета и Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии.

Работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой научно-технической программой "Охрана труда" на 1996-2000 гг. (дог. N 29280293 Б от 08.01.93 г.)

Цель исследования - снижение травматизма в канализационных сетях животноводческих ферм и комплексов путем разработки и внедрения инженерно-технических средств безопасности.

Объект исследования - параметры безопасности труда з канализационных колодцах, оборудованных инженерно-техническими средствами безопасности.

Научная новизна работы - модель нормализации воздушной среды в канализационных сетях, отличающаяся новыми инженерно-техническими средствами безопасности; методики расчета и оптимизации его параметров; эмпирические модели для определения условий обеспечения безопасности при работах в канализационных колодцах.

Практическая ценность работы. Новые способ и устройство нормализации воздушной среды в канализационных сетях живот-

новодческих ферм и комплексов, позволяющие снизить вероятность профотравлений. Полученные результаты могут быть использованы на фермах и комплексах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты анализа летального'травматизма в канализационных сетях животноводческих ферм и комплексов.

2. Модель системы обеспечения безопасности в изучаемой ситуации, алгоритмы расчета и оптимизация модели.

3. Инженерно-технические средства безопасности.

4. Методика оценки безопасности работ в канализационных сетях животноводческих объектов.

5. Результаты производственной проверки предлагаемой технологии нормализации воздушной среды в канализационных колодцах.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на научных конференциях в Ульяновской ГСХА в 1991...1995 гг., в Санкт-Петербургском ГАУ в 1991...1996 гг., на Всесоюзной научно-практической конференции во ВНШОТ МСХ (в 1991 г., в г.Орле), на международном семинаре-совещании по вопросам охраны труда (в 1992 г. в г.Каунасе).

Внедрение. Результаты исследований внедрены в пяти хозяйствах Ульяновской области. Материалы исследований используются в учебно-методической и научно-исследовательской работе кафедр "Безопасность жизнедеятельности" Ульяновской ГСХА и Санкт-Петербургского ГАУ.

Публикации. Основные материалы исследования нашли отражение в семи публикациях и автореферате. Поданы две заявки на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения и пяти разделов, еыводов, списка литературы из 152 наименований, в том числе 5 на иностранном языке и 7 приложений. Работа изложена на 172 страницах машинописного текста, содержит 23 рисунка и 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, цель и направление исследований по теме, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследования" приведены результаты анализа летального травматизма в канализационных сетях животноводческих ферм и комплексов вследствие отравления вредными газами, скопившимися в колодцах и жижесборников, по материалам исследований в данной области В.С.Шкрабака, Н.М.Куплевацкого, Б.И.Зотоза, В.А.Ели-сейкина, Л.И.Медведя, Ю.И.Кундиевой, В.И.Брежнева, Н.Брокма-на, А.Стеварта, Л.Холуб, С.И.Казниной и др.

Результаты работ перечисленных и др. авторов во многом решают проблему нормализации параметров воздуха рабочей зоны. Тем не менее вопросы обеспечения безопасности работ в канализационных сетях животноводства требуют дальнейшей проработки как в теоретическом, так и в прикладном планах. В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи:

1. Изучить состояние проблемы и обосновать модель нормализации воздушной среды в канализационных сетях животноводческих ферм и комплексов.

2. Разработать инженерно-техническое обеспечение реализации предлагаемой модели.

3. Определить рациональные размеры устройства.

4. Провести экспериментальные исследования предлагаемых метода и средства повышения эффективности газоудаления.

5. Провести производственную проверку предлагаемых метода и средства.

Во второй главе - "Теоретические предпосылки обеспечения безопасности труда в канализационных сетях животноводства" - приведены обоснования параметра безопасности труда работающих в канализационных сетях животноводческих ферм и комплексов, методология и результаты прогнозирования исследуемого травматизма, аналитический прогноз сезонного летального травматизма, методика расчета параметров и режимов ра-

боты устройства для удаления вредных газов.

Для определения научно-обоснованных параметров, повышающих 'безопасность труда рабочих канализационных сетей животноводческих ферм и комплексов, необходимо получить надежный информативный параметр опасности. Чтобы определить параметр безопасности, исходим из реальной картины распределения производственного травматизма за ряд предшествующих лет. Наиболее опасным объектов в отношении травмирования является наличие скопившихся вредных газов: аммиак, окись углерода, сероводород. Травматическая ситуация в общем виде может быть представлена следующим образом. При проведении плановых или внеплановых работ в канализационных колодцах и жижесборниках рабочий спускается в колодец, не проверив содержание газов, как правило из-за отсутствия для этого инвентаря. Кроме этого. не всегда рабочие оснащаются средствами защиты или сами отказываются от них, а причины отказа - общеизвестные. В канализационных колодцах концентрация вредных газов согласно статистическим данным по РФ и исследований при этом может превышать предельно-допустимую концентрацию в 2...3 раза, например, аммиак может достигать до 50-60 мг/м3, что и является причиной отравления рабочих.

Рабочая гипотеза снижения вероятности профотравлений состоит в том, чтобы обеспечить нормативные параметры воздуха рабочей зоны в канализационных сетях за счет повышения эффективности удаления из них, снижая при этом концентрацию вредных газов ниже ПДК.

Вероятность профотравления одним газом в первом приближении будет соответствовать отношению фактической концентрации вредного газа В к предельно-допустимой концентрации (см. рис.1).

Р = В/ПДК .< 1 (1)

При В » ПДК вероятность отравлений существует, значит

Ротр

Если в воздухе рабочей зоны присутствуют несколько

вредных газов одновременно однонаправленного действия, то Ротр = В1/ВДК1 + В2/Ш2 + • • • + Вп/ПДКп « 1. (2)

Рис.1. Зависимость вероятности проф-отравлений от исходной концентрации вредного газа

Рис.2. Зависимость вероятности проф-отравлений от времени удаления вредных газов

Время удаления газов из канализационного колодца необходимое для обеспечения безопасности труда зависит как от исходной концентрации вредных газов в рабочем колодце, так и от выбранного способа газоудаления.

В зависимости от принятого способа удаления вредных газов может быть установлена зависимость вероятности профот-равлений от времени удаления газов. Для этого требуется проведение следующего эксперимента. При известных начальных концентраций газов производится их удаление. Через равные промежутки времени измеряются остаточные концентрации газов, по формуле (2) вычисляются значения РОТр и строится графическая зависимость. Примерный вид этой зависимости показан на рис.2. В связи с тем, что время удаления зависит не только от исходных концентраций вредных газов, но и от параметров конструкции газоудалявдего устройства, то могут быть получены зависимости вероятности профотравлений от этих параметров. Тогда задача состоит в обосновании способа удаления вредных газов из канализационных колодцев, устройства для его реализации, определении критического времени удаления газов (рис. 2), обеспечивающего безопасные условия труда.

Поскольку травмы в канализационных сетях носят сезонный характер, рассмотрим коэффициент летального травматизма, сводящий вопрос о его прогнозе к прогнозу общего травматизма. Для этого введен коэффициент сезонной летальной травмоо-пасности, который позволяет осреднить данные по летальному травматизму за все месяцы базовых лет и получить четкую картину изменения сезонной летальной травмоопасности. Обозначим Клм - случайное число травм за месяц в с.-х. производстве. Обычно реализации Клм невелики, если рассматривать, например, Ленинградскую область. Тогда коэффициент сезонной летальной травмоопасности вводится в виде:

¿е= 12 < клм>/ < Кл > (з)

В качестве оценки ЭС естественно считать

PC = 12 Клм ' Кл.

(4)

где Кл - число легальных травм за год в хозяйстве.

Методом статистической линеаризации определим, используя для числа травм распределение Пуассона, математическое ожидание и коэффициент вариации оценки в виде:

Далее были определены оптимальные размеры разработанного газоструйного эжектора для удаления вредных газов из канализационных колодцев. Расчет был произведен по известной методике газодинамики. Но в отличие от существующих за исходные данные были приняты давления выбросов выхлопных газов соответственно 0,105, 0,120, 0,125 кг/смг, применительно к тракторам МТЗ 80/82, Т-150, К-700 как наиболее часто встречающихся в хозяйствах.

В третьей главе "Методика экспериментальных исследований и обработки опытных данных" приводятся программа, описание объекта исследования, частные методики экспериментов и обработки опытных данных, применяемая измерительная аппаратура и оценка погрешности опытов.

Программой исследований предусматривалось:

- провести углубленный анализ исследуемого травматизма;

- разработать и изготовить экспериментальную установку;

- разработать план и частную методику проведения эксперимента;

- получить эмпирическую модель зависимости времени отсоса вредных газов от их содержания в канализационных колодцах и жижесборниках и от параметров конструкции устройства для их удаления;

- определить оптимальные параметры устройства.

При исследовании регистрировались следующие параметры:

< X > = Ж

(5)

концентрация вредных газов в канализационном колодце до и после удаления, мг/м3; время удаления, в течение которого концентрация доводится до минимума (ниже ПДК), мин.; скорость удаления, м/с.

Краткая характеристика применяемых измерительных средств приведена в табл.1.

Таблица 1

Регистрируемые параметры и средства измерения

Параметр Средство измерения Марка Пределы измерения

Концентрация вредных газов, мг/м3 Газоанализатор Газоопределитель УГ-2 гх-м От15000 0.-21%

Время удаления, мин. Секундомер механический СОПпрбг-2 0,17180,0

Скорость удаления, м/с Анемометры: - чашечный - крылчатый МС-13 АСО-3 1г35 0,3г0,5

В четвертой главе "Результаты экспериментального исследования и из анализ" приводятся результаты проверки принятых теоретических предпосылок и экспериментальный материал, необходимый для обоснования параметров рассматриваемой системы обеспечения безопасности.

•-Принятые теоретические предпосылки были проверены с помощью разработанных способы и устройства для удаления вредных газов из канализационных колодцев, отличающиеся от существующих простотой и наибольшей эффективностью. Принципы

работы разработанных способа и устройства описана ниже.

Способ для удаления вредных газов из канализационных колодцев осуществляют следующим образом (рис, 4).

Насосом 8 заполняется резервуар 1 водой приблизительно на 2/3 емкости через всасывающий рукав 6 с фильтром грубой очистки 16 при открытом кране 4 (кран 3 закрыт) из водопроводной сети или из колодца. Затем выключают насос 8, отсоединяют всасывающий рукав 6 от крана 4 вместе с фильтром грубой очистки 16. Далее один конец всасывающего рукава 6 соединяется с компрессором 12, а второй конец всасывающего рукава 6 соединяется с вантузом 13. Чтобы произвести отсос отравляющих газов, открываем канализационный колодец 7 и устанавливаем на него вантуз 13; далее производим включение соединительной муфтой 10 компрессора 12 и производим отсос. Отравляющие газы через вантуз 13, всасывающий рукав 6, компрессор 12, кран 5 и газовый патрубок 15 подаются в резервуар 1, наполненный еодой. При избыточном давлении в рееервуаре 1 срабатывает предохранительный клапан 15 и происходит отвод чистых газов в атмосферу.

Схема экспериментальной установки показана на рис. 4.

Устройство состоит из: самоходного транспортного средства 6 (трактор), газоструйного эжектора 4 с диаметром приемного газового патрубка, равным наружному диаметра выхлопной трубы трактора, установленного на выхлопной трубе 5, вантуза 1, установленного на канализационном колодце с внутренним диаметром, превышающим диаметр крышки колодца 2. Внутренняя полость вантуза соединена гибким шлангом с воздушным патрубком гаеоструйного эжектора 8.

Газоструйный эжектор снабжен регулировочным газовым вентилем 7, который открывается только в процессе запуска двигателя трактора для уменьшения сопротивления в выхлопной системе. После запуска двигателя этот винтель закрывается.

Действие газоструйного эжектора основано на обмене энергиями между взаимодействующими средами - рабочим газом и воздухом. Частицы рабочего газа, вышедшие из сопла и направляющиеся в камеру смешения с большой скоростью, захватывают

Рис. 3. Способ удаления вредных газов из канализационных колодцев

Рис.4. Устройство для удаления вредных газов из канализационных колодцев.

в свой поток частицы отсасываемого воздуха, который поступает из канализационного колодца в камеру смешения через гибкий шланг. Воздух, имея небольшую скорость, поступает в камеру смешения и получает энергию от рабочего газа, выходящего из сопла с большой скоростью.

Для проверки работоспособности установки и установления взаимосвязи времени удаления вредных газов из канализационного колодца от их исходной концентрации были проведены лабораторные и производственные испытания. При этом необходимо было определить минимально необходимое время, в течение которого концентрация вредных газов в канализационном колодце доводится до минимума (т.е. ниже ПДК). С этой целью был проведен полнофакторный эксперимент. В результате обработки экспериментальных данных получена зависимость времени удаления вредных газов из канализационного колодца от их исходных концентраций:

у2 = 15,74 - 0,17 XI + 0,102 Х2 + 0,06 Х3 - 0,00006 Х3.Х2 + + 0,00002 Х1Х3 - 0,0002 Х2Х3 + 0,002 Х12 + 0,002 Х22 + + 0,00005 Хз2 (6)

Полученная зависимость дает возможность определить минимальное необходимое время для удаления вредных газов из канализационного колодца при известных исходных концентраций содержащихся в колодце газов.

В пятой главе "Внедрение. Оценка эффективности результатов исследования" производится расчет экономического эффекта от внедрения предлагаемых трудоохранных мероприятий за счет сокращения потерь, связанных с профотравлениями, повышения производительности труда и т.д., согласно которым годовой экономический эффект от внедрения результатов исследования составляет 68 тыс. руб. на одно условное хозяйство (в ценах 1993 г.).

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Канализационные колодцы животноводческих ферм и комплексов являются объектами повышенной опасности. Ежегодно при его обслуживании на с.-х. предприятиях РФ происходит порядка 32 несчастных случаев со смертельным исходом.

2. Доминирующее число травм (87,5% от общего числа случаев) зарегистрировано при воздействии вредных газов, а именно аммиака, что является следствием низкой надежности системы защиты работающих и требует его совершенствования.

3. Разработанная модель нормализации воздушной среды в канализационных колодцах животноводческих ферм и комплексов и устройство для удаления вредных газов из колодцев отличаются от существующих новыми инженерно-техническими средствами коллективной защиты, показатели эффективности функционирования которых ранее не изучались.

4. Полученная эмпирическая зависимость (6) позволяет определить минимальное необходимое время удаления вредных газов из канализационных колодцев при любых их концентрациях, а также в зависимости от типоразмера газоструйного эжектора. В частности, при концентрации аммиака 55т60 мг/мэ время удаления составляет 20 мин.

5. Т.к. аварийно-восстановительные работы относятся к работам неотложным, применение разработанных инженерно технических средств позволит ускорить процесс удаления вредных газов из канализационных колодцев и довести их содержание до минимума (т.е. ниже ПДК). Согласно правил безопасного проведения этих работ, перед тем, как провести эти работы, должно быть проведено естественное проветривание в течение 2-3 час. Как показали исследования, после проветривания наблюдалось содержание вредных газов, что указывает на низкую эффективность процесса. Имея первоначальные концентрации вредных га-8ов в колодце (аммиак - 55гб0 мг/м3, окись углерода - 40г42 мг/м3, сероводород 30г35 мг/м3) и удаляя их с помощью разработанного устройства по истечении 20 мин. от начала удаления, концентации этих газов были доведены до минимума (амми-

ак не наблюдался, окись углерода и сероводород - Бгвмг/м3.

6. Применение разработанных инженерно-технических средств безопасности в соответствии с принятой в работе моделью позволяет получить экономический эффект от внедрения результатов исследования в размере 68 тыс. руб. на одно условное хозяйство (в ценах 1993 г.)

7. Разработанные способы и устройство рекомендуется применять в с.-х. предприятиях и организациях, а именно в бригадах, обслуживающих канализационные сети животноводческих ферм и комплексов.

8. Применение разработанных инженерно-технических средств позволит исключить отравление и травматизм при проведении аварийно-восстановительных работ в канализационных сетях на 100% (при условии постоянного применения и соблюдения правил техники безопасности.)

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шкрабак B.C., Татаров Л.Г. Снижение травматизма в животноводстве // Охрана труда работников АПК в условиях перехода к рыночным отношениям. Сб. науч. тр. СПГАУ. - С.Пб., 1991.- С. 12-14.

2. Логачева Е.А., Татаров Л.Г. Проблемы нормирования СВЧ, излучений в сельскохозяйственном производстве // Охрана труда работников АПК в условиях перехода к рыночным отношениям. Сб. науч. тр. СПГАУ. - С.Пб., 1992.- С.27-30.

3. Татаров Л.Г. Пути снижения травматизма в канализационных сетях животноводства животноводстве // Охрана труда работников АПК в условиях перехода к рыночным отношениям. Сб. науч. тр. СПГАУ. - С.Пб., 1993.- С.30-34.

4. Шкрабак B.C., Елисейкин В.А., Зотов Б.И., Татаров Л.Г., Пыханова Е.В. Технология нормализации воздуха в канализационных сетях животноводства // Проблемы безопасности в АПК в условиях многоукладной экономики. Сб. науч. тр. СПГАУ. - С.Пб., 1995. - С.69-73.

5. Зотов Б.И, Лапин А.П., Елисейкин В.А., Леонтьев

И.П., Татаров Л.Г. Устройство для удаления вредных газов из канализационных колодцев животноводства /'/ Охрана труда работников агропромышленного комплекса. Сб. науч. тр. СПГАУ. -С.Пб., 1996.- С. 157-160.

6. Зотов Б.И., Олянич Ю.Д., Елисейкин В.А., Леонтьев И.П., Татаров Л.Г., Пкханова Е.В. Анализ летального травматизма в канализационных сетях животноводства // Охрана труда работников агропромышленного комплекса. Сб. науч. тр. СПГАУ. - С.Пб., 1996.- С.163-166.

7. Шкрабак B.C., Елисейкин В.А., Пыханова Е.В., Зобнин

B.И., Татаров Л.Г., Белова Т.Н., Зотов Б.И. Нетрадиционные технологии нормализации воздушной среды. Деп. рукопись представлена С.-Петербургским ГАУ / НИИТЭИ агропром. 1995.

C.128.