Исследование свойств тканей для одежды нефтяников в условиях морских шельфов

Предприятие по газодобыче – это сложная технологическая структура, включающая в себя множество различных производств. Несмотря на прогресс в использовании современного оборудования и новейших технологий, работа на любом из участков производств нефтегазового комплекса до сих пор остается одной из самых тяжелых и опасных.

На основании анализа рисков нанесения вреда, основанного на статистических данных НИИ медицины труда, были выбраны наиболее значимые показатели безопасности для специальности вышкомонтажник для работы в условиях арктических шельфов. Наибольшую опасность представляет возникновение пожара, который имеет наивысший риск нанесения вреда. Все показатели были ранжированы в соответствии со статистическими расчетами рисков [1,2].  В результате были выявлены наиболее значимые показатели безопасности [3]: огнестойкость, теплозащитные свойства, стойкость к действию нефти и масел,  водоупорность,  электростатические свойства,  сопротивление раздиранию.

На газовых комплексах, разрабатываемых на морских шельфах, велика вероятность возникновения аварийных ситуаций, в том числе пожаров [4], а следовательно, возникает воздействие на человека открытого пламени [5].  Для более подробного рассмотрения опасного фактора, в работе предложена градация риска появления ожога (Рис.1) от воздействия открытого пламени. Человек ощущает сильную (едва переносимую) боль, когда температура верхнего слоя кожи превышает 45 °С. 1,2,3 – поверхностные степени ожога  - влажный некроз (ожог способен  самовосстанавливаться), 4,5 – глубокий сухой некроз. 

 Рис.1. Градация риска нанесения ожога 

Спецодежда должна защищать работников, т.е. не гореть и не плавиться в течение определенного периода времени. Даже имея такую одежду,  работники могут получить высшую степень ожога в связи воздействием тепла от открытого пламени, поэтому такая одежда должна еще защищать от повышенной теплопередачи [6,7].

В работе предлагается экспресс-метод определения теплопередачи при воздействии пламени на ткани для спецодежды, основанный на измерении и фиксировании температуры на поверхности образца ткани после воздействия 30 с. открытого пламени. Время выбрано в соответствии с  требованиями  Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 019/2011 «О безопасности средств индивидуальной защиты»[8].

Создана специальная установка позволяющая производить такие испытания, а следовательно, оценивать пригодность ткани для пошива защитной спецодежды от тепла и пламени. Так как многие производители заявляют ткань защитной от тепла и пламени (на уровне не горит , не плавится), а нормативов на ткани для нефтегазовых служб (класс защиты от тепла) на данный момент в ТР ТС 019/2011 не имеется, поэтому предлагается приблизить величину показателя к нормативам ТР ТС 019/2011  как специальной одежды для сварочных работников.

Сущность метода состоит в том, что горизонтально расположенный испытуемый образец ограничен в движении и подвергается воздействию поступающего теплового потока от открытого пламени. Открытое пламя создается с помощью газовой горелки, расположенной под образцом (рис. 2), закрепленным с помощью специальных зажимов на металлической пластине (рис. 3, 4). Установочная пластина свободно расположена, т.е. не прикручена, чтобы не было теплопередачи  от пластины к раме, в определенном месте на опорной раме, которая прикручена на опорном штативе (рис. 3).

Температуру открытого пламени измеряем с помощью первого термодатчика (рис. 2). Тепло от открытого пламени  проходит через образец, расположенный на металлической пластине и  закрепленный металлическими скобами снизу, лицевой стороной к пламени. Температура верхней стороны образца и пластины измеряется вторым термодатчиком, который находится на металлической пластине в специальном зажиме. Данные  с  двух термодатчиков поступают на третий термодатчик (все термодатчики собраны между собой  параллельно). Третий термодатчик вмонтирован в usb-контроллер (рис.2), и измеряет  температуру в помещении. С контроллера (цифрового usb-термометра)  все данные поступают на регистрирующее  устройство (ПК).

Рис. 2 Схема расположения термодатчиков: 1,2,3 – термодатчики  DS18B20 

 Рис. 3 Схема опорного штатива в сборе

Рис. 4 Установочная медная пластина, вид снизу (3,3.1- образец, 5- металлические скобы) 

Испытания проводились в лабораторных условиях при комнатной температуре. Установка позволяет определять тепловое излучение [9].

При испытании по ИСО 6942 индекс передачи теплового излучения (RHTI для 24 °С) должен быть:

- для класса 1: RHTI24 не менее 7 с;

- для класса 2: RHTI24 не менее 16 с.

В работе в качестве объектов исследования были выбраны ткани как зарубежного, так и российского производства, применяющиеся при производстве специальной одежды (табл. 1). Выбор данных тканей осуществлялся на основе  анализа рынка тканей,  наиболее используемых для пошива специальной одежды.

Таблица 1

                                    Характеристики  образцов  тканей

       На диаграмме (рис. 5) видно, что наилучшая защита от пламени (наибольшая задержка) у ткани №2, у которой наибольшая толщина и поверхностная плотность. 

Рис. 5. Показатель передачи тепла RHTI  24 c.

         На рис. 6 показан график возможной максимально достигнутой температуры на установке в течении 30 секунд с пятью интервалами времени. На рис. 7 продемонстрирована температура  на поверхности образца  после воздействия открытого пламени. На рис. 8, 9 показана градация риска (имитация) возможного нанесения ожога работнику, если бы он был одет в спецодежду  из данной ткани, - после воздействия открытого пламени.

Рис.6. Температура пламени на установке.

Рис.7. Температура на  поверхности ткани

 Рис.8. Степени ожога от открытого пламени.30 секунд воздействия..

Рис.9. Критические уровни возможного ожога, от пламени 30секунд воздействия

Возможные степени ожога после воздействия пламени на все четыре образца ткани приведены на рис. 10. 

Рис.10. Возможные степени ожога после воздействия пламени на все четыре образца ткани.

№1-  Megatec300N, №2-  WeldpRotector, №3- Мастер- универсал, №4-  Премьер

FR350A

    Общие данные после проведения исследований на огнезащитные свойства образцов тканей приведены в табл. 2.

Таблица 2

Общие данные после проведения исследований на огнезащитные свойства образцов тканей

В ходе исследований было показано, что  все ткани обладают огнестойкими свойствами (не горят, не плавятся) на достаточно хорошем уровне. Для уровня защиты (RHTI) ткани, заявленные как обеспечивающие защиту от теплового излучения, должны отвечать, по крайней мере, уровню защиты С1 (наименьший). Степень ожога зависит от плотности теплового потока и времени воздействия.

 Окончательные  результаты фиксировались после максимально (30 секунд) воздействия пламени, но в реальных условиях, чтобы не получить высокую степень ожога, рекомендуется использовать (по возможности) 4-6 сек. период времени для выхода из пламени. Наилучший результат показал образец №2, наилучшая защита от тепла и пламени ( минимальная степень ожога)

Для работников нефтегазового комплекса, особенно в условиях морских шельфов при повышенных  и пониженных температурах, следует рекомендовать ткань Weldprotector. Так-как  она отвечает всем требованиям стандарта ТР ТС 019/2011 (одежда для защиты от тепла и пламени).

Разработанный метод показал его способность использования в качестве экспресс-метода для определения теплопередачи. Данный метод может быть использован в широком диапазоне,  как для испытательной лаборатории, так и на базе отделов охраны труда предприятия.

Разработанный метод, также может быть использован для измерения температуры в климатических камерах, как при повышенной, так и пониженной температуре климатической среды.