Выбор материалов защитной спецодежды для работников алюминиевых производств

Актуальность

Проблема с защитной одеждой от воздействия расплавленного алюминия не теряет актуальности с начала существования алюминиевых производств, а отечественные металлургические предприятия наиболее остро нуждаются в эффективном, универсальном и доступном решении на уровне основной ткани. За последние тридцать лет до неузнаваемости изменились российские алюминиевые заводы, превратившись в современные высокотехнологичные предприятия, и только защитная спецодежда работников все еще вызывает стойкие ассоциации с черно-белыми кадрам советской индустриальной кинохроники. Удивительно, но задача масштабной модернизации металлургических предприятий оказалась более выполнимой, чем переодевание самих металлургов. Отчасти сложившейся ситуации мы обязаны архаичным стандартам, действовавшим вплоть до недавнего времени, и отсутствию мотивации к разработке и внедрению новых материалов защитной спецодежды. «Заботливые» советские ГОСТы четверть века настойчиво предлагали использовать неизменные модели защитных костюмов из строго определенных тканей советской текстильной промышленности.

В последние годы ситуация с защитной спецодеждой кардинально поменялась, а сама спецодежда стала средством индивидуальной защиты, к которым установлены единые обязательные требования. Современные регламенты и стандарты безопасности уже не предлагают готовых решений, как это было в ГОСТ 12.4.045-87 «Костюмы мужские для защиты от повышенных температур», а только устанавливают эксплуатационные и реже конструктивные требования к материалам и готовой защитной спецодежде. Это увеличивает вероятность ошибочного выбора спецодежды, которая может оказаться неэффективной для защиты от расплавленного алюминия, и таких примеров хватает. К сожалению, даже сертификаты соответствия не всегда являются гарантией качества и соответствия защитной одежды применению.

Знания характеристик современных материалов спецодежды и требований актуальных нормативных документов помогут сделать правильный и обоснованный выбор СИЗ в соответствии с риском, что сэкономит время и деньги предприятия на бессмысленные опытные носки малоэффективных защитных костюмов из морально устаревших или совсем непригодных тканей.

Нормативные документы

В соответствии с типовыми нормами бесплатной выдачи специальной одежды, специальной обуви и других средств индивидуальной защиты (Приказ Минтруда от 01.11.2013 № 652н) анодчики и выливщики-заливщики металла в производстве алюминия обеспечиваются двумя защитными костюмами и двумя фартуками «из огнестойких материалов для защиты от повышенных температур» на год. По одному защитному костюму на год положено также заливщикам анодов, литейщикам и плавильщикам. Минимальные эксплуатационные требования к материалам для защиты от повышенных температур изложены в пункте 4.6.1. Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 019/2011 «О безопасности средств индивидуальной защиты», а одежда из таких материалов теперь подлежит обязательной сертификации на соответствие этим требованиям. Напомним, что с 1 июня 2012 года, с вступлением в силу ТР ТС 019/2011, выдача документов о соответствии СИЗ требованиям других стандартов прекращена, а выпуск в обращение продукции, соответствующей ранее действовавшим требованиям должен быть прекращен после 15 февраля 2014 года. Согласно приказа Росстандарта №2137-ст от 22.11.13 с 1 декабря 2014 года ГОСТ 12.4.045-87 «Костюмы мужские для защиты от повышенных температур» не применяется в связи с введением в действие ГОСТ Р 12.4.297-2013 «Одежда специальная для защиты от повышенных температур теплового излучения, конвективной теплоты, выплесков расплавленного металла, контакта с нагретыми поверхностями, кратковременного воздействия пламени. Технические требования и методы испытаний». Целиком новый стандарт едва ли применим для защитной одежды от расплавленных металлов. Во-первых минимальные требования стандарта по стойкости материалов одежды к выплескам расплавленного алюминия всего 100 грамм, во-вторых сложно себе представить одежду металлурга, обладающую воздухопроницаемостью не менее 30 дм3/м2*с, особенно в случае тканей с алюминизированными покрытиями. Наиболее реалистичными являются требования другого свежего стандарта ГОСТ ISO 11612-2014 «Одежда для защиты от тепла и пламени. Общие требования и эксплуатационные характеристики», введенного в действие с 1 декабря 2015 года. На практике стандарты безопасности самостоятельно не применяются, а лишь используются в качестве источника правил отбора образцов и методов испытаний, необходимых для подтверждения соответствия товаров кодифицированным требованиям ТР ТС 019/2011. Для того, чтобы использовать методики, описанные конкретным стандартом, для подтверждения соответствия, этот стандарт должен быть включен в соответствующий перечень.

Эксплуатационные  требования к материалам

Огнестойкость

Как отмечено выше, типовые нормы бесплатной выдачи предусматривают обеспечение работников алюминиевых производств костюмами и фартуками из огнестойких материалов для защиты от повышенных температур. Уже из названия следует, что огнестойкость – главное требование к материалам защитной спецодежды металлургов, хотя понятия «огнестойкость» ни в одном нормативном документе нет. В основном используется определение огнезащитных тканей из ГОСТа 11209-85, называющего таковыми ткани, которые при удалении из пламени не должны гореть или тлеть. С точки зрения п.4.6.1. регламента ТР ТС 019/2011 огнестойкими можно считать «материалы одежды специальной и средств индивидуальной защиты от брызг и выплесков расплавленного металла, которые после не менее чем 5 циклов стирок (химчисток)-сушек с последующим выдерживанием их в пламени в течение 30 с не должны гореть, тлеть и расплавляться при выносе их из пламени и не допускать остаточного горения и тления».

Если оценивать негорючие свойства материалов по значению кислородного индекса (КИ), обозначающего минимальное объемное содержание кислорода в окружающем воздухе при котором возможно свечеобразное горение материала, то текстильные материалы с КИ>21 (обычное содержание кислорода в окружающем воздухе) не предрасположены к поддержанию устойчивого горения на воздухе. Волокна и ткани с КИ=26-28 имеют тенденцию к замедлению горения на воздухе и проходят простые тесты на воспламенение полоски ткани. Текстильные материалы с КИ>30 имеют высокие негорючие свойства [1]. Для удовлетворения требованиям регламента по огнестойкости в существующей формулировке ТР ТС 019/2011, материалы защитной спецодежды должны обладать высокими негорючими свойствами, что серьезно ограничивает выбор защитных тканей, тем более, что для защиты от расплавленного алюминия негорючесть еще не главное свойство.

Теплостойкость

Теплостойкость характеризует способность материалов сохранять свои физические характеристики при воздействии повышенных температур – не плавиться и не давать термической усадки. Требование п.4.6.1. ТР ТС 019/2011 о том, что материалы не должны расплавляться при выносе их из пламени (см. выше) как раз относится к теплостойкости. Это означает, что, к примеру, что ткани из полиэстера или нейлона (полиамида) применять в защитной одежде металлургов не допускается из-за относительно низких температур плавления волокон.

Теплозащита

Теплозащита материалов заключается в их способности замедлять поток тепловой энергии от всех трех видов теплопередачи – теплопроводности, теплового излучения, конвекции и их комбинаций. Например, одежда должна эффективно отражать электромагнитное излучение (тепловое излучение) от расплавленных металлов и нагретых поверхностей, а также задерживать прохождение тепловой энергии через себя посредством теплопроводности. Теплопроводность и тепловое излучение могут ускорить термическое разрушение и воспламенение текстильных материалов защитной спецодежды, что приведет к повышению температуры под ней и вызовет термические ожоги пользователя.

В п.4.6.1. ТР ТС 019/2011 установлены минимальные эксплуатационные требования по стойкости материалов защитной спецодежды к конвективному теплу, тепловому излучению, контактной теплопередаче. Эти показатели характеризуют время в секундах, через которое температура на оборотной стороне материала достигнет значений, при которых пользователь получил бы термический ожог 2-й степени от соответствующего теплового воздействия. Сравнение минимально допустимых показателей теплозащитных свойств материалов в регламенте ТР ТС 019/2011 и международном стандарте ГОСТ ISO 11612-2014 приведены в таблице 1. В последней строке таблицы приведены значения для материалов типовой защитной одежды, применяемой за рубежом. Используемые методики измерений одинаковые во всех трех случаях.

Защита от расплавленного алюминия

Эксплуатационные требования по стойкости материалов спецодежды к выплеску расплавленного алюминия могут быть установлены заказчиком самостоятельно на основе оценки существующего риска и включены в программу сертификационных испытаний на соответствие защитной одежды требованиям ТР ТС 019/2011. Специального требования к материалам одежды по стойкости к воздействию расплавленного алюминия в регламенте нет. Можно ориентироваться на новый ГОСТ ISO 11612-2014 «Одежда для защиты от тепла и пламени. Общие требования и эксплуатационные характеристики», введенный в действие с 1 декабря 2015 года. Этот стандарт хоть и идентичен уже не актуальному международному стандарту ISO 11612:2008, но единственный предлагает понятные уровни защиты от выплесков расплавленного алюминия (таблица 2) и эффективную методику испытаний ISO 9185, применяемую за рубежом с 1980-х годов. Ничего другого пока не придумали.

Каждый из трех эксплуатационных уровней обозначает минимальное количество алюминия с температурой 780ºC ± 20ºC, которое при выплеске на испытуемую ткань не прилипает к ее поверхности и, соответственно, не повреждает кожу, которую в методике испытаний имитирует пленка-индикатор из ПВХ. Другими словами, это то количество расплавленного металла, которое при попадании на защитную одежду не приведет к термическому ожогу пользователя. Минимальный рекомендуемый уровень защиты одежды в производстве первичного алюминия принимается не ниже D2 (200-350 г), поскольку при застревании расплавленного металла в складках одежды начального уровня D1 (100-200 г) для защиты пользователя от термических ожогов уже недостаточно [2]. В данном случае защиты много не бывает и чем больше масса выплеска расплавленного металла, выдерживаемого одеждой, тем лучше.

Таким образом, материалы рассматриваемой защитной спецодежды должны быть:

● огнестойкими (негорючими)

● теплостойкими (не плавиться)

● теплозащитными (задерживать тепловую энергию)

● отталкивать расплавленный алюминий

Теплостойкие МВНО отделки (например, флуорокарбон или тефлон) улучшают свойства тканей отталкивать расплавленный металл и предотвращают загрязнение защитной одежды воспламеняемыми веществами.

Особенности и противоречия защиты от расплавленного алюминия

Один грамм расплавленного алюминия при охлаждении с 700ºC до 30ºC выделяет 1100 Дж тепловой энергии и всего одного процента этой энергии на площади в один квадратный сантиметр достаточно для термического ожога, который отправит работника на больничный [2]. К термическим ожогам приводит налипание расплавленного металла к поверхности одежды и застревание капель в ее складках, поэтому материалы защитной одежды должны хорошо отталкивать расплавленный алюминий, а при контакте с горячим металлом не воспламеняться и ослаблять генерируемый им тепловой поток.

Негорючесть и отталкивающие металл свойства для большинства волокон являются взаимоисключающими. Трудновоспламеняемые волокна (асбест, цемент, стекловолокно, арамиды) не отталкивают расплавленный алюминий [3]. Натуральные волокна (шерсть, хлопок) отлично отталкивают расплавленные металлы, но ограниченно применимы из-за своей горючести. При повышении негорючести натуральных волокон введением фосфорсодержащих замедлителей горения (антипиренов) они тоже перестают отталкивать расплавленный металл. С точки зрения требований ТР ТС 019/2011 подходящим материалом для защитной одежды от расплавленного металла скорее будет негорючий материал, чем тот, который отталкивает металл, поэтому работодатель может оказаться перед непростым выбором между сертифицированной и эффективной защитной спецодеждой.

Из-за меньшей, чем у железа плотности капли алюминия более легкие и скатываются с поверхности одежды медленнее, имея больше шансов налипнуть к волокнам или задержаться в складках одежды. Вместе с тем алюминий, менее горячий и проникающий в структуру ткани металл, по сравнению с расплавленным железом, поэтому при правильном составе защита может быть обеспечена менее плотной и более открытой структурой ткани. Как правило, задача защиты от воздействия алюминия не решается на уровне одного типа волокон. Для этой цели разрабатываются ткани специального плетения со сложным составом волокон, объединяющим негорючие и отталкивающие металл свойства. Это высокотехнологичные и почти всегда запатентованные ткани, имеют известные торговые названия.

Зарубежный опыт развития тканей от воздействия алюминия

Реальные инциденты на предприятиях по производству алюминия (например, паровой взрыв в изложнице) могут привести к более значительным выбросам расплавов металла, чем допускается стандартами безопасности, поэтому будет лучше, если одежда или многослойная система одежды металлурга будут иметь максимальный уровень защиты, предусмотренный стандартом (350 г) или превосходить его.

По уже понятным причинам путь к созданию современных защитных тканей от расплавленного алюминия не был коротким и легким. Впервые изменить отношение к безопасности труда решили на алюминиевых производствах США в 1977 году. Одной из проблем, требующей срочного решения, были многочисленные термические ожоги работников. Подробное расследование обнаружило, что в большинстве несчастных случаев травмирующим термическим воздействием были не сами выплески расплавленного металла и не источники загорания, а воспламеняющаяся рабочая одежда. Требовалась легкая и эффективная защитная одежда, пригодная для ношения в течение всей 8-часовой рабочей смены и не загорающая от кратковременного контакта с расплавленным алюминием.

В интересах Алюминиевой Компании Америки (Alcoa) при поддержке Алюминиевой Ассоциации США были проведены испытания ткани из 100% хлопка, пропитанного солью фосфония (антипирен для придания негорючих свойств). Образцы тестировались выплеском 1 кг расплавленного алюминия с температурой 675°C. Испытания показали, что даже несмотря на дополнительный слой ткани, имитирующий нижнюю одежду, фиксируемый тепловой поток через пакет был достаточным для того, чтобы вызвать у пользователя термический ожог последней 3-й степени.

Причина неудачи с пропитанным хлопком в том, что жидкий алюминий очень хорошо прилипал к поверхности этой ткани [5]. В исследовании [4] пропитанный хлопок также показал уверенный наихудший результат по отталкиванию расплавленного алюминия. Некоторые антипирены обеспечивали хлопку хорошие негорючие и даже отталкивающие алюминий свойства, но используемые латексные или акриловые связующие заполняли внутреннюю структуру ткани и препятствовали прохождению сквозь нее водяного пара. Тело работника в одежде из такой ткани переставало охлаждаться испарением и быстро становилось мокрым при окружающей температуре свыше 38°C. Кроме дискомфорта такая одежда вызывает риск получения теплового удара и постоянную повышенную работу сердечно-сосудистой системы. От пропитанного хлопка в производстве первичного алюминия было решено отказаться. В наставлении по выбору и использованию защитной одежды и СИЗ для литейных производств Американского Общества Литейщиков пропитанный хлопок также допускается использовать только для защиты от выплесков железоуглеродистых сплавов и никогда для алюминия.

Следом за пропитанным хлопком были безрезультатно испытаны практически все доступные в то время ткани и покрытия. Исследования неоднократно приостанавливались и снова возобновлялись, растянувшись на несколько лет.  К поиску и разработке негорючих тканей и отделок, отталкивающих расплавленный алюминий, было привлечено свыше 50 компаний, специализирующихся на огнезащитных отделках и два ведущих университета США, а проектом руководил университетский профессор [5]. Это была настоящая серьезная научная работа с привлечением ученых и использованием самых современных достижений текстильной промышленности, что подчеркивает сложность поставленной задачи и серьезность отношения к ней со стороны производителей алюминия.

Любопытным является тот факт, что большинство исследованных в рамках американского проекта тканей, включая американские мета и пара-арамиды, ткани из полинозных волокон и пропитанного хлопка были отклонены по тем или иным причинам [5]. Только 100% шерстяное сукно с огнеотталкивающей пропиткой Zirpro® показало одновременно хорошие негорючие и высокие отталкивающие расплавленный алюминий свойства, но было признано экономически неэффективным при большой численности работников [5]. Только к концу 1980-х годов для Alcoa удалось разработать особую ткань с комбинированной конструкцией из горючей и негорючей пряжи. В 1991 году Alcoa пообещала снизить количество ожоговых травм и одежда из новой защитной ткани стала важным элементом этого плана.

Современные ткани и пакеты материалов защитной одежды

В непосредственной близости от расплавленного металла наибольшую опасность для работника представляет тепловое излучение, непрерывно распространяющееся посредством электромагнитных волн без участия передающей среды. Единственное эффективное применение в таких условиях находит экранирующая защитная одежда из невоспламеняемых тканей с алюминизированными покрытиями. В ЕС популярностью пользуется защитная одежда из алюминизированной 100% пара-арамидной ткани плотностью 500-600 г/кв.м с вакуумной металлизацией, обеспечивающая максимальный класс защиты D3 от расплавленного алюминия и хорошую защиту от лучистого тепла. Алюминизированное покрытие работает как экран, отражающий электромагнитное излучение, посредством которого переносится тепло от нагретых металлов и поверхностей оборудования. В США популярна алюминизированная ткань из полинозных волокон рион (разновидность вискозы).

Если при выплеске расплавленному алюминию удалось быстро скатиться с поверхности защитной одежды, то почти любая ткань будет эффективна в защите от ожогов, однако в случае задерживания металла в складках одежды очень немногие ткани смогут предотвратить сквозное прожигание и термический ожог пользователя. Для защитной одежды «на передовой» алюминиевых производств, применяются смесовые ткани 30% преокс/70% пара-арамид плотностью 360-600 г/кв.м. Преокс (от «preoxidised») в составе ткани делает ее более устойчивой к сквозному прожиганию, благодаря высокому кислородному индексу этих волокон (КИ> 50). Их получают термолизом искусственных или синтетических волокон, например, акриловых и иногда называют «полу-углеродными».

Одинаковая по уровню защиты алюминизированная одежда может существенно отличаться по комфорту в диапазоне ощущений от «доспехов» до полного отсутствия дискомфорта. Уже сегодня, благодаря новым технологиям, разработаны мягкие алюминизированные ткани, не сковывающие движений и позволяющие быстро избавиться от защитной одежды в случае необходимости.

С развитием технологий и повышением автоматизации металлургических производств снижаются риски выплесков расплавленного алюминия и уменьшается тепловое излучение. Большую актуальность для большинства профессий на алюминиевых производствах приобретает защитная одежда для комфортного использования в течение всей рабочей смены для второй линии защиты.

100% шерстяное сукно с отделкой Zirpro®, плотностью 460 г/кв.м. обеспечивает максимальный уровень защиты D3 и сегодня является одним из немногих эффективных и работающих решений для защиты от расплавленного алюминия на второй линии. Производится такая одежда на заказ и обходится в несколько сотен евро. Проблема любой шерстяной защитной одежды в деликатном уходе – ее нельзя стирать, потому что это может привести к значительной усадке ткани, которая по стандартам, установленным для одежды от повышенных температур, не должна превышать более 3%.   

Рис. 1. Куртка для защиты от расплавленного алюминия 460 г/кв.м. из ткани Marlan® EN ISO 11612:2008 A1 B2 C2 D3 E3 (Великобритания).

В конце 90-х годов за рубежом предложили эффективную альтернативу 100% шерсти Zirpro®, добавив в состав специальную негорючую вискозу. Это удешевило защитную ткань и облегчило уход за ней. Появилась возможность стирки, хотя усадка такой ткани после стирки вызывает споры специалистов. Некоторые образцы могут дать усадку более, чем на 5%. что недопустимо требованиями стандартов безопасности. Если уровень культуры ухода за защитной спецодеждой на предприятии низкий, то она может не удовлетворить пользователя стабильностью линейных характеристик. Также очень важен контроль пользователя за происхождением и торговой маркой ткани, из которой изготовлена защитная одежда, что зачастую является единственной гарантией качества.

Один из удачных составов от расплавленного алюминия известен под торговым названием Marlan®. По информации испанского производителя, ткань Marlan® 365 (30% шерсть, 50% вискоза, 20% полиамид), плотностью 365 г/кв.м обеспечивает максимальный по стандарту EN ISO 11612 уровень защиты от расплавленного алюминия D3 и может стираться при нормальных температурах. Принцип защиты таких комфортных тканей основан на быстром скатывании расплавленного металла с их поверхности, когда времени контакта с металлом недостаточно для термического ожога или сквозного прожигания одежды. Если же расплавленный алюминий задержится в складках одежды, то она может очень быстро прогореть или пользователь получит термический ожог от теплового воздействия горячего металла.

Комфортные костюмы эффективны при сравнительно невысоких рисках и небольшом или кратковременном тепловом излучении. Повысить защиту пакета можно с помощью дополнительного нижнего слоя из огнестойкого трикотажного полотна. Трикотаж увеличит время до наступления ожогов от воздействия расплавленного металла и гарантированно не воспламенится под верхней защитной одеждой, даже при ее загорании. Ношение горючей и плавящейся синтетики под защитной одеждой напротив - чревато серьезными ожоговыми травмами.

В работе [2] исследователи опытным путем определили, что эффективная плотность верхней смесовой ткани из шерсти и вискозы, обеспечивающая уровень защиты D2 (200 г), составит 300 г/кв.м. Уже при использовании нижнего термобелья Kermel® с такой же плотностью, уровень защиты системы одежды повышается до D3, а пакет материалов легко проходит испытание выплеском 354 грамм (рисунок 2) расплавленного алюминия [2].

Рис.2. Пакет огнестойких материалов от воздействия расплавленного алюминия после испытания 354 граммами расплавленного алюминия.

Система из нижнего термобелья и верхней одежды позволяет снизить вес последней и при этом увеличить уровень защиты пользователя от термических ожогов на случай загорания верхнего слоя или налипания к нему расплавленного металла. Замена обычного термобелья из типовых норм выдачи на огнестойкое теплостойкое термобелье может существенно повысить защитные свойства любой верхней одежды от повышенных температур и это наиболее короткий путь к повышению безопасности труда с минимальными затратами.

На многих металлургических предприятиях страны система охраны труда сегодня в хорошем смысле выходит за рамки, предписанные государством. Безвозвратно уходят в прошлое устаревшие СИЗ, заменяемые лучшими современными аналогами. На фоне улучшений в повседневной жизни меняется отношение работников к производственной среде. Когда современные СИЗ из инновационных материалов есть на кухне у каждой домохозяйки (например, перчатки для мытья посуды), то сложно заставить кого-то трудиться в устаревших материалах на взрывопожароопасных производственных объектах. Отсталость в обеспечении работников современной спецодеждой наносит ущерб не только безопасности, но и имиджу предприятия. Малоэффективные и неудобные робы работников не вызывают ассоциаций с успешным предприятием, выпускающим конкурентоспособную продукцию. Экономия на спецовках и на людях наводит на мысль об экономии на всем остальном, включая качество. Позитивные изменения, несомненно, дойдут и до защитной спецодежды металлургов, ведь с точки зрения нормативной базы и контроля со стороны государства все условия для этого созданы.

Источники:

1. Textiles for protection. Edited by Richard A. Scott, Woodhead Publishing Limited and CRC Press LLC. 2005.

2. Safety Clothing for the Aluminium Industry , Magnússon, Gunnarsson and Jónsson. 2001.

3. Heat and flame protection. Department of Textile Technology, Indian Institute of Technology, Hauz Khas. Handbook of technical textiles. Edited by A. R. Horrocks and S. C. Anand., Woodhead Publishing Limited and CRC Press LLC. 2000.

4. Proctor, T.D., Setting standards for the resistance of clothing to molten metal splashes. Performance of Protective Clothing: Second Symposium. ASTM STP 989.

5. Sharkey R., New developments in the design and evaluation of flame retardant clothing for protection against molten aluminum splash hazards. Performance of Protective Clothing. Fourth Volume. ASTM STP 1133. Philadelphia, 1992.

© При перепечатке материалов сайта ссылка на сайт обязательна.

kermelrus