ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ НЕРАЗРУШАЮЩЕМ КОНТРОЛЕ
§ 8.1. Общие положения
Охрана труда — это система законодательных, социально-экономических, организационных, технических, гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья, и работоспособности человека в процессе труда.
Правила техники безопасности содержат обязательные требования, которым должны удовлетворять предприятия в целом, производственные помещения, все виды оборудования и технологические процессы с точки зрения безопасности труда. Важнейшие из этих правил регламентированы ГОСТами группы «Система стандартов безопасности труда» (ССБТ).
Опасные и вредные производственные факторы по природе действия на организм человека подразделяют на физические (движущиеся машины и оборудование, повышенная или пониженная температура, давление, степень освещенности, электрические токи, вредные излучения, шум, вибрации и т.д.), химические, биологические (микро- и макроорганизмы), психофизические.
Непосредственно ответственными за соблюдение требований ТБ являются руководители службы контроля и лица, выполняющие контроль. Служба ТБ осуществляет периодическую проверку знаний в области ТБ, соблюдение требований ТБ при контроле особо опасными методами.
Электробезопасность. Электропитание имеют практически все средства НК, отсюда возникает требование обеспечения электробезопасности. В большинстве средств НК напряжение не достигает 1 кВ — уровня, после которого требования ТБ резко повышаются (ГОСТы 12.1.038 - 82; 12.1.013 - 78 и др.). Исключение составляют некоторые приборы электрического и рентгеновского контроля, в которых напряжение может достигать 1 MB.
Действие электрического тока на организм человека проявляется в виде электрических травм и электрического удара. Травмы вызывают частичные поражения организма: ожог, потемнение или электрометаллизацию кожи, воспаление глаз под действием светового потока от электрической дуги. Электрический удар возникает при замыкании электрической цепи через тело человека и приводит к поражению всего организма. Сильнее всего действует ток на нервную систему, органы дыхания и сердце. Он приводит к фибрилляции сердца — беспорядочным сокращениям сердечной мышцы.
Для защиты от поражения электрическим током токоведущие части оборудования изолируют, ограждают, размещают внутри шкафов и кожухов; металлические части заземляют или зануляют; предусматривают устройства защитного отключения; по возможности снижают напряжение.
Защита от вредных веществ. Вредными являются вещества, которые при контакте с организмом человека могут вызвать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья.
Способы предотвращения опасного действия вредных веществ сводятся к герметизации их при хранении, хорошей вентиляции производственных помещений, использовании средств индивидуальной защиты: респираторов, резиновых перчаток.
Производственное освещение относится к вопросам гигиены труда. Оно должно обеспечивать минимальную утомляемость работающего. Следует иметь в виду, что чрезмерно яркий свет вызывает слепящее действие. Различают естественное (через оконные проемы, фонари в кровле) и искусственное освещение, а для последнего — общее и местное. Часто применяют комбинированное, т.е. общее и местное, освещение. При отсутствии комбинированного освещения заменяющее его общее освещение может быть в 2...3 раза меньше, поскольку к прямому освещению добавляется свет, рассеянный от стен и потолка. При оценке условий освещенности учитывают уровень освещенности (общей и комбинированной), спектральный состав света (он должен быть возможно ближе к солнечному), равномерность освещения, его устойчивость во времени, отсутствие блесткости как самих источников света, так и освещаемых предметов.
Степень освещенности определяются в люксах (лк), 1 лк соответствует равномерному распределению светового потока в 1 лм на 1 м2. Равномерность освещения определяют, в частности, отношением местного и общего освещения. Как правило, общая освещенность не должна быть меньше 10% комбинированной освещенности на рабочем месте (во избежание частой перемены адаптации зрения). Устойчивость освещения во времени определяют коэффициентом пульсации, характеризующим изменение свевтового потока к его среднему значению.
Источники искусственного света — это лампы накаливания и газоразрядные лампы. Лампы, расположенные в осветительной арматуре, называют светильником. Лампы накаливания удобны в эксплуатации, обладают малым коэффициентом пульсации (1...7%), но в спектре у них преобладает желто-красное излучение (по сравнению с солнечным), низка светоотдача (не более 20 лм/Вт), мал срок службы (не более 1000 ч). Газоразрядные лампы имеют спектр излучения, близкий к естественному, светоотдача их в 5 раз больше, а срок службы в 10 раз больше, чем у ламп накаливания. Однако у них высок коэффициент пульсации (25...65%), поэтому освещенность этими лампами требуется выше, чем лампами накаливания.
Работы, связанные со зрительным восприятием объектов труда (зрительные работы), подразделяют на восемь разрядов (СНИП-4-79). Вводят также подразряды. Основной показатель для такого подразделения — размеры объекта, которые необходимо различать. Работы наивысшей точности, когда размеры объекта менее 0,15 мм при малом контрасте объекта на темном фоне, должны освещаться по разряду 1, подразряду а: газоразрядными лампами при комбинированном освещении 5000 лк, при общем — 1500 лк, лампами накаливания соответственно 4500 и 300 лк. В неразрушающем контроле условия освещенности по этому подразряду нужны только при поиске дефектов на поверхности ОК. визуальным методом.
При дефектоскопии цветным методом (гл. 9) для обеспечения первого класса чувствительности требуется освещенность по разряду 1, подразряду в, а для обеспечения четвертого класса — по разряду 3, подразряду в. Для большинства других видов НК достаточна освещенность по разряду 5: общая освещенность 100...200 лк, комбинированная — 200...300 лк. В случаях, когда основную информацию о результатах контроля получают путем наблюдения за экраном осциллоскопа, целесообразно уменьшать общую освещенность до 50...75 лк или применять локальную защиту экрана от подсветки чрезмерным освещением.
Утомляемость персонала при контроле имеет значение как с точки зрения гигиены труда, так и с точки зрения притупления внимания к обнаружению дефектов. Утомляемость проявляется к концу смены и при работе в ночные часы. С учетом последнего проведение ответственных операций контроля в ночные часы не допускается.
Охрана окружающей среды. Из средств НК определенным действием на окружающую среду обладают отходы некоторых дефектоскопических материалов при контроле методами проникающих веществ и повышенная радиация от некоторых источников проникающего излучения. Средства защиты от последних изложены в кн. 4 данной серии. Для уменьшения вредного действия некоторых веществ на основе керосина, скипидара (при их значительных количествах) их собирают и регенерируют или сжигают в условиях пожаробезопасности.
Следует отметить опасное действие фреонов (гл. 10) на озоновый слой атмосферы (способствуют образованию «озоновых дыр»). По этой причине осуществляют планомерную замену фреона как пробного газа для течеискания или наполнителя аэрозольных баллонов на другие полностью безвредные вещества.
Применение методов НК позволяет предотвратить аварии химического, газового, энергетического оборудования, последствия которых для окружающей среды могут быть крайне опасными. С этой точки зрения методы НК следует рассматривать как улучшающие экологическую обстановку.
§ 8.2. Безопасность при различных видах неразрушающего контроля
Вопросы техники безопасности для тех видов контроля, которые представляют очевидную опасность для персонала (радиационных, течеискания; капиллярных, радиоволновых), изложены в соответствующих рубриках этой книги и кн. 4. Здесь дополнительно рассмотрены вопросы действия этих вредных излучений и веществ на организм человека, суммированы основные требования ТБ.
Для других методов НК вредные воздействия на человека не очевидны, ГОСТами и правилами предусмотрены ограничения воздействия на человека электрических и электромагнитных полей, лазерного излучения, ультразвука, однако мощность источников этих излучений, используемых для целей НК, очень мала, меньше допустимых по ГОСТам. По этой причине, в разделах, и книгах посвященных этим методам, вопросы ТБ не рассматриваются. Тем не менее в данном параграфе отмечаются особенности действия этих излучений на организм, предельные значения излучений и способы защиты от них.
Радиационный контроль. Основная опасность радиационного контроля заключается в действии на организм человека ионизирующего излучения, прямо или косвенно вызывающего ионизацию среды. Первичный результат этого воздействия состоит в ионизации атомов и молекул, живой материи, в частности в ионизации молекул воды. Последующая рекомбинация ионов воды частично происходит с образованием вредных веществ: перекиси водорода, гидратного оксида, которые окисляют и разрушают ткань. Излучение непосредственно поражает также ядра клеток живой ткани, вызывая в них необратимые изменения.
К действию ионизирующего излучения особенно чувствительны такие ткани, как костный мозг (кроветворный орган) и половые >железы (первая группа тканей). Менее чувствительны мышцы, желудочно-кишечный тракт и другие органы (вторая группа). Наименее чувствительны кожный покров, костная ткань, конечности (третья группа). При внешнем облучении, однако, наибольшее излучение воспринимают кожа и мышцы, экранирующие другие органы, поэтому поражение последних оказывается менее вероятным. При попадании радиоактивной пыли, газов внутрь организма поражаются внутренние органы (внутреннее облучение).
Для количественной оценка действия радиационного облучения используют следующие понятия и единицы:
1) единица активности ожин беккерель (Бк), равная, одному ядерному превращению в секунду. Внесистемной единицей является кюри (Ки): 1 Ки — 3,7•1010 Бк;
2) экспозиционная доза X равна отношению полного заряда Q ионов одного знака, образовавшихся в сухом атмосферном воздухе, под действием рентгеновского'или гамма-облучения, к массе воздуха m: X = Q/m. Системная единица — кулон на килограмм (Кл/кг), внесистемная — рентген (1 Р — 2,58•10-4 Кл/кг);
3) поглощенная доза Д — это, отношение средней энергии E, переданной излучением веществу, к массе вещества m: Д = Е/m. Единицей являются грей (Гр): 1 Гр = 1 Дж/кг или рад: 1рад = 0,01 Гр;
4) эквивалентная доза H — это поглощенная доза, умноженная; на средний коэффициент качества излучения Q: Н = ДQ. Коэффициент Q определяет в относительных единицах неблагоприятные биологические последствия данного вида облучения. Для электромагнитного (рентгеновского, гамма-), электронного (бета-) и позитронного излучения Q = l. Для нейтронного Q = 3... 10, для протонного и альфа — Q = 10...20. Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв): 1 Зв = 1 Дж/кг. Применяют также бэр: 1 бэр = 0,01 Зв.
При однократном облучении, когда суммарная поглощенная доза меньше 0,25 Гр, видимых нарушений в организме нет, при 0,25...0,5 Гр возможны изменения в крови. Далее фиксируют нарушение и потерю трудноспособности, возможность смертельного исхода и при 6 Гр наступает 100%-ный смертельный исход. Для обслуживающего персонала «Нормами радиационной безопасности НРБ - 76/87» установлена предельно допустимая доза за год в 5 бэр по влиянию на органы первой группы и 30 бэр — второй группы. При длительном действии облучения происходит одновременное поражение и лечение органов, поэтому мощное единовременное действие опаснее для организма.
Основные средства защиты от облучения (ГОСТ 12.4.120 - 83 и «Основные санитарные правила ОСП 72/87») — это увеличение расстояния между персоналом и источником, сокращение времени облучения, экранирование источника. Средства индивидуальной защиты предохраняют от радиоактивных загрязнений кожу и дыхательные пути. Для этого применяют спецодежду, резиновые рукавицы, респираторы. Для оценки радиационной опасности и поглощенной дозы применяют дозиметры. Стационарные приборы ставят в помещениях, индивидуальными снабжают работающий персонал.
Капиллярный контроль. При этом виде контроля опасность для персонала возникает в результате токсического действия некоторых дефектоскопических материалов, а при контроле люминесцентным методом — также действия ультрафиолетового (УФ) облучения. Отмечены изменения нервной системы (головные боли, головокружения), сердечно-сосудистой системы (повышенное и пониженное давление), печени у контролеров, наносящих на поверхность дефектоскопические материалы типа ЛЮМ-А, краски типа Д и М (гл. 9), содержащие бензол и дитолилметан. Средства борьбы с влиянием токсичных веществ отмечены в § 8.1.
Ультрафиолетовое излучение — это электромагнитное излучение длиной волны 200...400 нм. Это излучение содежится в солнечном свете и определенная его доза необходима для организма. Повышенные дозы приводят к пигментации кожи — загару, а большие дозы облучения — к покраснению кожи (эритеме), поражению глаз.
Количественно УФ-излучение для биологических целей определяют через эритемный поток. Единица его 1 эр соответствует потоку излучения длиной волны 297 нм и мощностью 1 Вт. Эритем-ную облученность определяют как поток в 1 эр, равномерно распределенный на площади в 1 м2: 1 эр/м2. Эритемную дозу определяют через такую облученность, действующую в течение 1ч, — 1 эр•ч/м2.
Для нормального функционирования организма необходима эритемная доза порядка 30 эр•ч/м2. Максимальная (мэр) допустимая доза эритемного облучения при использовании специализированных ртутных ламп в черных колбах — 160 мэр•ч/м2, а максимально допустимая эритемная облученность — 100 мэр/м2. Произведение облученности на время его действия в часах не должно превосходить максимальной дозы. Для неспециализированных ламп с приставками и светофильтрами допускают максимальную дозу 560 мэр•ч/м2. Для защиты от чрезмерного облучения применяют очки из материалов, не пропускающих УФ-излучение, экраны, фартуки, рукавицы, маски.
Контроль течеисканием. В капиллярном варианте этого метода также применяют пенетранты и люминесценцию (см. гл. 9). Вредное действие этих факторов и средства защиты от них такие же, как изложенные в предыдущем пункте.
Большинство методов течеискания основано на использовании газообразных пробных веществ и воды. В этих случаях основными источниками опасности являются повышенные давления (при опрессовке), использование баллонов со сжиженным газом, использование механических насосов с вращающимися частями, использование газов типа фреонов. Правила ТБ в этом случае отмечены в §8.1.
Электрические методы контроля. Воздействие электрического тока на организм человека при электрических методах контроля аналогично тому, которое было рассмотрено в § 8.1 (см. «Электробезопасность»). Здесь отметим действие постоянного или низкочастотного электрического поля. Оно вызывает функциональные нарушения центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, а также изменения в составе крови. Действие низкочастотного (50 Гц) электрического поля проявляется при его напряженности более 5 кВ/м. ГОСТ 12.1.002 - 75 установлены предельные времена пребывания человека в электрическом поле, например в поле напряженностью не более 10 кВ/м — не более 180 мин в сутки, а 25 кВ/м — 5 мин в сутки. Средства защиты от действия поля — это размещение персонала вне зоны поля, ограничение пребывания в поле, применение металлических экранов с заземлением.
Магнитные и вихретоковые методы контроля. Биологическое действие ЭМ-поля связывают с его тепловым и нетермическим эффектами. Тепловое действие возникает в результате возбуждения вихревых токов в биологических тканях. Оно проявляется в виде повышения температуры в отдельных участках тела, где достигается большая энергия поля. Нетермический эффект проявляется в действии на нервную, сердечно-сосудистую, эндокринную (т.е. вырабатывающую гормоны), пищеварительную системы. Проявления такого действия те же, что и при действии электрического поля.
Основные средства защиты персонала от действия ЭМ-поля — это уменьшение напряженности поля в месте пребывания, сокращение длительности действия. ГОСТ 12.1.002 - 75 устанавливает допустимые значения действующих на персонал электрической и магнитной составляющих ЭМ-поля по напряженности E и H и по энергетической нагрузке Е2t и Н2t, где t — время действия. Для частот 0,06...3 МГц установлены значения напряженности полей на рабочем месте E=50 В/м, Н = 5 А/м. Предельно допустимые значения полей по напряженности E = 500 В/м, H = 50 А/м, по энергетик ческой нагрузке Е2t = 20 000 В2•ч/м2, Н2t = 200 А2•ч/м2.
Для уменьшения действующей величины поля применяют постоянные или переносные экраны из материалов с высокой удельной электропроводностью: медь, алюминий и их сплавы. Средством индивидуальной защиты служит защитная одежда из металлизированной ткани. Оценка значений напряженностей ЭМ-полей возбуждаемых при неразрушающем контроле (задача 8.1), показывает, что они, как правило, значительно меньше установленных пределов даже без применения экранов и других защитных средства
Радиоволновой метод контроля. Возбуждаемое при контроле Этим методом ЭМ-поле соответствует сверхвысоким частотам (СВЧ), оно имеет диапазон 3•108...3•1011 Гц, что составляет существенное отличие от частот ЭМ-полей, рассмотренных ранее. Поле отличается высокой направленностью при распространении, поэтому в данном методе говорят об ЭМ-излучении.
Электромагнитное излучение частотой выше 3•108 Гц неглубоко проникает в биологические ткани человека (на 5...20 мм) и оказывает, в основном, термическое действие на кожу и подкожные слои. Опасно действие этого излучения для глаз: происходит помутнение хрусталика.
Допустимые уровни облучения ГОСТ 12.1.002 - 75 нормирует по интенсивности излучения, т.е. плотности потока мощности. Действие излучения интенсивностью 0,1 Вт/м2 допускается в течение всего рабочего дня, 1 Вт/м2 — в течение 2 ч за рабочий день, а 10 Вт/м2 — только кратковременно (20 мин) при наличии защитных очков. Действие излучения большей интенсивности не допускается.
Хорошо защищают от СВЧ-излучения экраны из токопроводящих металлов в форме листов, сетки с ячейкой не более 1 мм. Применяют такие поглощающие экраны из резины с повышенным содержанием сажи, волокнистых материалов, пропитанных графитом, и т.д. Это позволяет устранить действие многократно отраженного излучения. Наилучшие результаты получают при нанесении на металлический экран поглощающего материала сребристой многократно отражающей поверхностью. Для индивидуальной защиты применяют очки, армированные металлической сеткой и имеющие поглощающие покрытия. Применяют халаты, фартуки, капюшоны из радиоткани, которая содержит переплетенные металлические нити. Радиоволновые средства НК имеют маломощные источники, поэтому, как правило, бывает достаточным направить максимум ЭМ СВЧ-излучения в сторону от обслуживающего персонала, а при необходимости — применить экраны.
Оптические методы контроля. Опасность для человека представляет лазерное излучение, применяемое при контроле некоторыми оптическими методами. Лазерное излучение применяют также в некоторых других методах НК, например при лазерном возбуждении ультразвука.
Биологическое действие лазерного излучения проявляется прежде всего как термическое. Оно имеет сходство с обычным ожогом, но (при мощном импульсном излучении) отличается от него резким повышением давления, возникновением ударной волны, вызывающей механическое повреждение тканей. Особенность лазерного ожога — резкая ограниченность пораженной области. Лазерное излучение сильно поражает глаза. Оно вызывает ожог сетчатки, слизистой оболочки, разрушение белка роговой оболочки глаза. Это приводит к временной потере зрения и к слепоте. Вредное действие оказывает как прямое, так и рассеянное излучение.
Условия безопасной работы с лазером регламентирует ГОСТ 12.1.040 - 83. Лазерные установки подразделены на четыре класса. В неразрушающем контроле используют установки первого (не представляющего опасности), редко — второго класса. Для последнего случая предусмотрена работа в специальных помещениях с выставленным знаком опасности. Излучение экранируют светонепроницаемыми экранами. Носят одежду, по возможности не оставляющую открытых участков тела. Защитные очки избирательно экранируют от лазерного излучения с различной длиной волны.
Акустические методы контроля. Неблагоприятные факторы при применении акустических методов связаны с действием шума, вибраций, ультразвукового излучения. Шумы и вибрации вызываются не действием оборудования для НК, а работой машин, которые являются объектом контроля.
Безопасное действие ультразвука обеспечивается выполнением требований ГОСТ 12.1.001 - 83. Однако колебания с указанными в нем параметрами не применяют для целей НК: частоты обычно в десятки раз больше, а амплитуды в сотни раз меньше.
Массовое обследование операторов, занимающихся УЗ-контролем при частотах 1...5 МГц, показало изменение в сосудах пальцев рук, снижение их болевой чувствительности, температуры и некоторые другие изменения. При длительной работе отмечено появление пузырьков на ладонях. Трудно отделить влияние ультразвука на появление этих изменений от влияния контактной смазки, постоянного напряжения мышц, связанного с удержанием и перемещением преобразователя. Отмечены влияния утомляемости зрения (от слежения за экраном дефектоскопа), действие психоэмоциональной нагрузки (принятие решения о результатах контроля), статического мышечного перенапряжения плечевого пояса.
В качестве средства профилактики рекомендовано конструировать преобразователи с корпусом, отделенным от пьезоизлучателя воздушным промежутком. Если конструкцией преобразователя это не предусмотрено, следует работать в нитяных перчатках. Целесообразно использование автоматического сигнализатора дефектов, приборов с ярким экраном или экраном, защищенным от действия постороннего света для снятия утомления зрения.
Задачи
8.1. Определить опасность действия на человека электрического тока и электромагнитного поля, возникающих при контроле магнитопорошковым методом. Напряжение на контактных электродах U = 12 В, частота 50 Гц.
Решение. Рассчитаем ток, протекающий через человека, когда он берется за контактные электроды магнитопорошкового дефектоскопа: I = U/R, где R — сопротивление тела человека. Обычно в ТБ принимают сопротивление теда человека R1 = l кОм. Однако это значение близко к минимальному. Действительное сопротивление между пальцами двух рук при сухой чистой коже не менее R2 = 10 кОм. Рассчитаем ток и при этих двух значениях сопротивления: I1 = 12 мА, I2 = 1,2 мА.
Таким образом, человек, взявшийся двумя руками за электроды при контроле магнитопорошковым методом, едва ощущает ток I2 (порог ощущения 0,6...1,2 мА). При неблагоприятных условиях ток I1 больше порога ощущения, но не выше порога отпускания (10...15 мА). Согласно ГОСТ 21105 - 87 максимальные значения напряженности магнитного поля, применяемые при магнитопорошковом контроле, 0,11 А/м. Это существенно ниже установленного правилами ТБ значения напряженности магнитного поля на рабочем месте 5 А/м.
Таким образом, магнитопорошковый метод контроля не оказывает вредного действия на контролеров и окружающих работников.
8.2. Определить оптимальную высоту h = hopt расположения над поверхностью стола и мощность W лампы накаливания местного источника освещения. Стол длиной 2l = 1 м предназначен для осмотра деталей при контроле цветным методом в соответствии с требованиями первого класса чувствительности (гл. 9). Лампа снабжена светильником с диаграммой направленности Ia = 2I0cosα, где I0 — сила света лампы; α — угол, отсчитываемый от направления вертикально вниз (рис. 8.1), коэффициент 2 учитывает, что светильник направляет весь свет в нижнюю полусферу.
Решение. Для обеспечения первого класса чувствительности при использовании ламп накаливания необходима комбинированная освещенность Eк = 2000 лк и общая освещенность Еоб = 500 лк. Отсюда следует, что освещенность от местного источника Ем должна быть Eм = Ек - Eоб = 2000 – 500 = 1500 лк.
Выражение для освещенности некоторой точки А горизонтальной поверхности точечным источникам имеет вид
(8.1)
где r — расстояние от источника до освещаемой точки А. Формула учитывает убывание энергии с расстоянием по закону 1/r2 и закон Ламберта (множитель cos α). Подставим в (8.1) значения Iа и где l — проекция r на плоскость стола:
(8.2)
Рис. 8.1. К расчету освещенности рабочего места
1 Определим оптимальное значение h для наиболее неблагоприятно расположенной точки А0 с l = l0 = 0,5 м. Для этого продифференцируем (8.2) по h и приравняем результат нулю. Получим hopt = l0 = 0,5 м.
Из соображений удобства работы контролера, осматривающего ОК, поднимем светильник выше, примем h = 1 м. Тогда согласно (8.2) освещенность в точке А0
(8.3)
Рассчитаем мощность лампы через необходимый световой поток Φ. Считаем, что лампа дает излучение, равномерно распределенное по всем направлениям в пределах, полного телесного угла Ω = 4π. По определению, F=IΩ, отсюда, принимая,E1 = Eм, из (8.3) находим
Световая отдача f (т.е. отношение светового потока Ф к мощности лампы W) ламп накаливания равна 7...19 лм/Вт, причем она тем больше, чем больше мощность лампы. Примем f= 15 лм/Вт, тогда
Необходимо использовать лампу, накаливания мощностью 1000 Вт.
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ. Кн. I. Общие вопросы. Контроль проникающими веществами. Гурвич, Ермолов, Сажин.