Физико-химические и токсические свойства АХОВ

Глава 6

Способы и средства защиты органов дыхания и зрения человека от воздействия продуктов горения. Назначение и классификация СИЗОД

Продукты горения и токсичные газы, образующиеся на пожаре, раздражающе действуют на слизистую оболочку глаз и проникают в организм человека через органы дыхания, поэтому для устранения их вредного воздействия необходимо применять соответствующие способы защиты органов дыхания и зрения от проникновения в них отравляющих продуктов горения.

Средства, используемые для защиты человека от продуктов горения и токсичных газов, подразделяются на групповые и индивидуальные.

Групповые средства защиты предназначены для защиты людей от воздействия дыма, различных газов, паров, радиоактивной пыли (в основном в закрытых объемах), для снижения концентрации вредных веществ путем воздухообмена или осаждения.

Групповая защита (рис. 2.6) осуществляется путем снижения концентрации дыма и газов в помещении следующими способами:

Рис. 2.6.Классификация групповых средств защиты человека от продуктов горения и токсичных газов

- аэрацией – путем проветривания помещений с помощью открывания дверей, окон или вскрытия конструкций;

- использованием стационарных средств защиты – применением промышленных вентиляционных установок, газоубежищ;

- использованием переносных, передвижных средств защиты – применением дымососов, автомобилей дымоудаления.

Недостатком данных способов является то, что естественной вентиляцией не всегда можно достичь необходимой интенсивности удаления дыма. Промышленная вентиляция также не всегда эффективна, так как не везде имеется достаточное количество проемов для притока воздуха в нужном объеме. Более эффективны в создании достаточной кратности воздухообмена дымососы и автомобили дымоудаления, обеспечивающие нормальную концентрацию кислорода в помещениях и снижение количества вредных веществ до безопасных концентраций.

Однако следует иметь в виду, что при применении данных способов защиты не всегда обеспечивается должный эффект (при интенсивном выделении дыма или газов), а в отдельных случаях поступление свежего воздуха в горящее помещение может способствовать усилению горения.

В отдельных случаях в помещениях, где происходит процесс неполного сгорания веществ, при притоке свежего воздуха возможно образование взрывоопасных концентраций газов с последующим взрывом их смесей (бани, сауны с печным отоплением и т.д.).

Есть способы групповой защиты методом осаждения дыма и вредных газов, которые осуществляются применением:

- мелкодисперсной воды, получаемой через тонкораспыляющие стволы, работающие от насосов высокого давления (применяется для газов, растворимых в воде);

- распыленного абсорбента, способного поглощать из помещений вредные пары и газы, уменьшая их концентрацию до безопасных величин;

- электрического поля, позволяющего удалять из помещения заряженные частицы дыма с адсорбированными его поверхностью вредными веществами.

Область применения групповых средств защиты определяется объективными критериями.

Индивидуальные средства защиты органов дыхания и зрения предназначены для обеспечения работоспособности каждого выполняющего поставленную перед ним задачу на пожаре, аварии, задымленной (загазованной) среде.

Индивидуальная защита осуществляется при помощи методов фильтрации и изоляции (рис. 2.7.)

Рис. 2. 7. Классификация индивидуальных средств защиты человека от продуктов горения и токсичных газов

Применяемые по методу фильтрации аппараты называются респираторами (от латинского respiratio – дыхание), которые отфильтровывают вдыхаемый воздух от радиоактивных и отравляющих веществ, пыли, бактериальных средств.

Принцип действия фильтрующих противогазов заключается в том, что загрязненный примесями воздух, проходя через фильтр, очищается от примесей, и в очищенном виде поступает в дыхательные органы человека.

В зависимости от назначения фильтрующие противогазы подразделяются на:

- противопылевые (ФП) – фильтрующие воздух от различных аэрозолей (дыма, тумана, пыли);

- противогазовые (ФГ) – в которых воздух фильтруется от паро- и газообразных загрязняющих веществ;

- фильтрующие газопылезащитные противогазы (ФГП) – которые очищают воздух от газов, паров и аэрозолей различных веществ.

При всей простоте устройства фильтрующие противогазы имеют значительные недостатки, что не позволяет применять их в пожарной охране:

- фильтрующие противогазы нельзя применять при недостатке кислорода в воздухе;

- возможность пропуска через фильтр вредных примесей при их высокой концентрации;

- противогаз с патроном обычного типа не защищает от окиси углерода.

Таким образом, фильтрующие противогазы в зависимости от типа и марки фильтрующего вещества способны защищать органы дыхания от воздействия одного или нескольких газов, но совершенно не пригодны для работы в среде с концентрацией кислорода (на пожаре вполне возможно) ниже 16%.

Метод изоляции применяется для защиты от вредного действия продуктов горения, состав которых заранее неизвестен. Суть этого метода состоит в том, что органы дыхания и зрения человека полностью изолируют от воздействия окружающей среды.

Изолирующие СИЗОД подразделяются на кислородные (регенеративные) и воздушные (резервуарные) (рис. 2. 7).

Кислородные изолирующие противогазы классифицируют по следующим признакам. В зависимости от условий применения они делятся на две группы:

- основные (рабочие);

- вспомогательные.

В зависимости от способа резервирования кислорода противогазы делятся на три группы:

- с газообразным медицинским кислородом (Урал-10 и т.д.);

- с жидким медицинским кислородом (РХ-1 (СССР), «Кемокс» (США) и другие;

- с химически связанным кислородом (в регенеративном кислородосодержащем продукте на основе надперекисей щелочных металлов) (СПИ-20, ШСС-1, ПДУ-3 и другие).

В зависимости от контура движения выдыхаемой газовой смеси в аппарате кислородные изолирующие противогазы делятся на три группы:

- с круговой схемой дыхания, при которой очищение выдыхаемого воздуха от углекислого газа происходит за один цикл;

- с маятниковой, при которой очищение выдыхаемого воздуха от углекислого газа происходит за два цикла;

- с полумаятниковой схемой дыхания, отличающейся от круговой схемы отсутствуем клапана выдоха.

Наиболее широкое применение получили КИП с подачей сжатого кислорода через систему клапанов и редукторов с поглощением углекислого газа, работающие по круговой схеме (замкнутой) схеме дыхания.

В противогазах этого типа выдыхаемый воздух, содержащий большое количество кислорода, не выбрасывается в атмосферу, а восстанавливается и повторно используется для дыхания. В регенеративном противогазе дыхание производится по замкнутому циклу, изолированному от внешней среды. Время работы в противогазе зависит только от количества и поглощающих свойств химпоглотителя регенеративного патрона и запаса кислорода в баллончике. При работе в таких аппаратах значительно изменяется нормальное дыхание в результате:

- повышенного процентного содержания углекислого газа и кислорода во вдыхаемом воздухе, причем количество последнего во время работы подвержено значительным колебаниям;

- повышения процентного содержания азота в системе противогаза;

- повышения температуры и влажности вдыхаемого воздуха;

- увеличенного сопротивления дыханию по замкнутому циклу противогаза.

Одним из направлений создания новой кислородно-дыхательной аппаратуры явилась разработка регенеративных противогазов на химическисвязанном кислороде, анализ характеристик которых показывает, что они имеют большое будущее, так как при сравнительно малом весе могут иметь значительный срок защитного действия (пропорциональный физической нагрузке газодымозащитника) с улучшенными микроклиматическими условиями дыхания в них.

В КИП с химически связанным кислородом, кроме маятниковой системы дыхания, применяют также и круговую.

В качестве сорбента в настоящее время применяют кислородосодержащий продукт ОКЧ-2 на основе надперекиси калия, который не только выделяет кислород, но и поглощает углекислый газ и влагу из выдыхаемого воздуха.

В 1964 году в НИИГД (г. Донецк) были начаты исследования и разработка регенеративных респираторов на жидком кислороде. Главное преимущество этого направления заключается в возможности использования жидкого кислорода в качестве холодильного и дыхательного агента. Это позволяет достичь комфортных условий дыхания и значительно упростить конструкцию аппарата. В то же время следует отметить, что принцип совмещения холодильной и дыхательной системы позволяет уменьшить вес заряда кислорода. Испаряющийся кислород подается в систему респиратора в количестве, значительно превышающем потребность человека для дыхания, в результате чего часть выдыхаемого воздуха, равная избыточной подаче кислорода, постоянно удаляется из системы аппарата. Жидкий кислород находится в металлическом двустенном резервуаре, обычно теплоизолированном пенополиуретаном, и покрытом снаружи стеклопластиком. Внутри резервуар заполняется асбестовой ватой, адсорбирующей жидкий кислород.

Сжиженный кислород заливается в резервуар непосредственно перед началом работы в противогазе, после чего в течение всего времени защитного действия он испаряется и поступает в воздуховодную систему. Один литр жидкого кислорода образует 850 литров газообразного кислорода. Масса резервуара для жидкого кислорода меньше, чем масса баллона для сжатого кислорода, поскольку сжиженный кислород в аппарате хранится при давлении, близком к атмосферному.

Поэтому в КИП с жидким кислородом создается значительный запас газа при относительно малом объеме резервуара и его небольшой массе.

Схема работы такого аппарата следующая. При включении в респиратор открывают вентиль резервуара для хранения жидкого кислорода, который испаряется и поступает в дыхательный мешок. При вдохе прохладный воздух проходит из дыхательного мешка через шланг вдоха и поступает в легкие человека. При выдохе воздух проходит через шланг выдоха, регенеративный патрон, где он очищается от углекислого газа и поступает в дыхательный мешок. В дыхательном мешке происходит смешивание очищенного от углекислого газа выдыхаемого воздуха с холодным и сухим кислородом, поступающим из резервуара. При переполнении дыхательного мешка лишний воздух удаляется через избыточный клапан, который устанавливается на линии выдоха перед регенеративным патроном.

Аппараты на жидком кислороде имеют следующие отличительные особенности:

- обеспечивают дыхание прохладным воздухом;

- удаление выдыхаемого воздуха до регенеративного патрона позволяет уменьшить заряд поглотителя;

- значительная простота конструкции: отсутствует редуктор, легоч­ный автомат, байпас, манометр;

- не имеют системы высокого давления, давление в резервуаре лишь
незначительно отличается от атмосферного.

Данным КИП присущи и недостатки, к которым относятся:

- сложность контроля над степенью использования жидкого кислорода в аппарате (контроль производится по часам, что не является полностью достоверным показателем);

- снаряжение аппарата жидким кислородом должно производиться
непосредственно перед началом работы;

- сложная конструкция теплоизолирования резервуара для хранения
запаса кислорода;

- пожароопасность аппарата при механических повреждениях корпуса.
Перспективным направлением в деле создания и конструирования изолирующих противогазов может рассматриваться идея Д.Г. Левицкого, который в 1911 году предложил изолирующий противогаз, работающий на принципе регенерации воздуха жидким кислородом. Он показал, что противогаз, работающий на жидком кислороде, во-первых, обеспечивает значительную экономию веса противогаза (одного литра жидкого кислорода достаточно для работы в течение около 9 часов при работе средней тяжести). Во-вторых, используя низкую температуру кипения кислорода (-183°С) для вымораживания углекислого газа (для чего достаточна температура — 78◦ С), можно полностью обойтись без регенеративного патрона. Однако промышленное производство таких аппаратов защиты не осуществляется.

Известно направление создания аппаратов защиты, в которых используется способ получения кислорода, заключающийся в смешивании карбоната натрия Na₂CO₃, и пероксида водорода Н₂О₂, с жидким или водорастворимым катализатором, в результате чего начинается генерация кислорода.

Несмотря на то, что КИП отличаются большой надежностью, относительно небольшой массой и значительным временем защитного действия, они страдают рядом существенных недостатков, которые исключают дальнейшее применение КИП в качестве основного СИЗОД в пожарной охране.

При передвижении и выполнении различных видов работ такие физические показатели человека, как частота сердечных сокращений (ЧСС), легочная вентиляция, частота дыхания, артериальное давление значительно возрастают. При работе в КИП, кроме того, появляется дополнительная нагрузка на организм, вызываемая:

- дополнительным сопротивлением дыханию;

- дополнительным "мертвым" пространством;

- накоплением в тканях и крови, при продолжительной работе кислых продуктов обмена веществ (СО₂), раздражающих дыхательный центр и влекущих за собой рост величины легочной вентиляции;

- выделение смесей с высокой температурой (+45°С) и относительной влажностью до 100%;

- повышение концентрации кислорода.

Все эти факторы действуют на организм человека в виде единого комплекса, ухудшая физиологическое состояние человека и вызывая в организме патологические отклонения.

Применение КИП при возможных контактах с маслами и нефтепродуктами опасно.

Иногда, хотя редко, не исключена возможность загорания или взрыва КИП от толчков и ударов в случае нарушения каналов, по которым проходит кислород, при работе в среде, содержащей горючие, легковоспламеняющиеся и взрывчатые вещества. При работе в среде с низкой температурой, не исключены неисправности из-за замерзания каналов, по которым поступает кислород, примерзание клапанов к седлам, снижение пластичных свойств резины дыхательного мешка, шлем-маски и т.п. И самое главное, при работе в среде с отрицательной температурой резко сокращается срок защитного действия КИП вследствие ухудшения погло­щающей способности ХП-И. КИП не защищает пользователя от среды с наличием АХОВ. Из-за отсутствия запасов ХП-И и медицинского кислорода объем практических тренировок газодымозащитников с использованием КИП сокращен. В связи с этим снижается боеготовность и профессиональное мастерство газодымозащитников и звеньев ГДЗС.

Кроме того, функционирование ГДЗС с применением КИП, в настоящее время, не обеспечено материальными и финансовыми ресурсами. Выделяемых средств федерального бюджета, бюджетов субъектов Российской Федера­ции и иных источников финансирования не достаточно даже для приобре­тения расходных материалов.

Поэтому возник вопрос о поэтапном переходе газодымозащитной службы России с использования КИП на ДАСВ.

Современные ДАСВ подразделяются на три типа: автономные, шланговые и комбинированные (универсальные). Принципиальное отличие их заключается в способе обеспечения воздухом работающего в аппарате.

Работа резервуарных аппаратов основана на принципе пульсирующей подачи воздуха для дыхания (только на вдох) по открытой схеме, т. е. с выдохом в атмосферу. При этом исключается перемешивание выдыхаемого воздуха с вдыхаемым, или повторное его использование, как это происходит в аппаратах с замкнутой схемой дыхания.

Дыхание в резервуарных аппаратах осуществляется по следующей схеме: сжатый воздух поступает в легкие человека через маску, соединенную с дыхательным автоматом, а выдох производится непосредственно в атмосферу.

Выпускаемые ДАСВ различаются между собой лишь внешним оформлением и конструктивными особенностями отдельных узлов. Основными частями резервуарных аппаратов являются баллоны сжатого воздуха, дыхательный (легочный) автомат, редуцирующее устройство, приборы контроля над расходом воздуха, каркас для крепления и монтажа частей аппарата. По числу баллонов резервуарные аппараты разделяются на одно-двух и трехбаллонные. Баллоны аппаратов служат резервуарами для сжатого воздуха, используемого при дыхании. В аппаратах применяются мало­литражные баллоны емкостью 1-12 л рабочим давлением 15-30 МПа (150-300 кгс/см²) (рис. 2. 8, 2. 9).

Данную группу аппаратов отличает простота конструкции высокая степень надежности, низкая температура вдыхаемого воздуха незначительное сопротивление на вдохе. При использовании этих аппаратов отсутствует опасность кислородного голодания из-за заазотирования системы аппарата, как это случается при использовании аппаратов с замкнутой системой дыхания. В данных аппаратах возможна работа в средах, содержащих легковоспламеняющиеся и взрывчатые вещества, так как отсутствует опасный для масел и других веществ чистый кислород.

Рис. 2. 8. Дыхательный аппарат АП-2000

Рис. 2. 9. Дыхательный аппарат АП «ПРОФИ»-240-М

Основными недостатками СИЗОД этого типа являются:

- малый срок защитного действия, вызванный неэкономным расходованием воздуха;

- значительные вес и габариты;

- относительная сложность зарядки воздушных баллонов.

Принцип работы, назначение и устройство основных узлов и деталей воздушного резервуарного аппарата со сжатым воздухом рассматриваются в главе 8 данного учебного пособия.

Зная способы защиты органов дыхания от вредного влияния продуктов сгорания, ядовитых газов и паров, можно определить условия применения тех или иных средств защиты для каждого конкретного случая.

Раздел III