В распространенной технической литературе не встречается описания физической сущности коэффициента проницаемости, кроме как равенства отношению концентраций в подмасочном пространстве к концентрации масляного тумана во внешней среде. В данной книге в главе о терминологии были даны первичные разъяснения существа коэффициента проницаемости и его математической связи с коэффициентом защиты. При обосновании номограммы появляется возможность дальнейшего развития этого понятия.
В связи с тем, что понятию коэффициента проницаемости в книге придается особое внимание как основному показателю для оценки защитной способности СИЗОД, обратимся еще раз к его содержанию.
На рисунке 4.3 в качестве примера показаны наиболее вероятные участки подсоса воздуха в подмасочное пространство респиратора с фильтрующим корпусом vподс и противогаза с панорамной маской vпод1, vпод2
Рис. 4.3. Схема механизма определения коэффициента проницаемости СИЗОД.
Поступление при вдохе очищенного фильтром воздуха для дыхания обозначено Vвд . Коэффициенты проницаемости в этих случаях будут определяться соответственно:
В научных расчетах правильными являются соотношения:
Соотношения более точно показывают, что подсасываемый воздух также является вдыхаемым. Но с целью упрощения анализа и учитывая, что Vподс« Vвд , вдыхаемым воздухом в книге принимается только Vвд, т. е. только воздух, проходящей через линию вдоха.
В случае нахождения рабочего в зоне, содержащей вредные вещества с концентрацией С0, через каналы подсоса проникает наружный воздух с такой же концентрацией. Это свойство характерно для наиболее проникаемых частиц, т.е. с диаметром 0,1ч0,2< d < 0,8ч 1,0 мкм, в интервал которых входят частицы масляного тумана, имеющие размер 0,28ч0,34 мкм. Но это свойство не распространяется на полидисперсные аэрозоли, т.е. с широким интервалом размеров частиц.
В результате специально проведенных исследований исключительно высокого научного уровня (Е.Н. Рыбин) показано, что величина концентрации масляного тумана внутри канала подсоса сохраняется близкой, а практически их значения совпадают, к концентрации масляного тумана с внешней стороны лицевой части при величинах подсоса, больших Кпр~1*103%. Это предельное значение полного совпадения концентраций объясняется тем, что при дальнейшем уменьшении высоты канала подсоса за время движения частиц через него начинает увеличиваться доля частиц масляного тумана, осаждающихся на его стенках в результате их броуновского движения.
Поступая в подмасочное пространство, подсасываемая струя с концентрацией вредного вещества, равной С0, будет разбавляться очищенным воздухом, проходящим через линию вдоха. В результате в подмасочном пространстве создается концентрация вредного вещества Сподм.
В первом случае (рис. 4.3) подсос образуется через один канал, и коэффициент проницаемости характеризует герметичность СИЗОД на человеке, главным образом герметичность по полосе его контакта с поверхностью лица, т.е. по полосе обтюрации, характеризуя качество индивидуальной подгонки. В связи с тем, что при изменении разрежения под маской расходы воздуха на вдохе Vад и через участки негерметичности Vnoдc изменяются пропорционально (что является следствием ламинарного течения потоков), то этим объясняется сохранение пропорциональности разбавления подсасываемого воздуха при любой интенсивности дыхания, а следовательно, и сохранение во всех случаях постоянной величины коэффициента проницаемости Кпр. Т.е. величина коэффициента проницаемости после подгонки сохраняется постоянной при изменении интенсивности дыхания, связанной, например, с изменением физической нагрузки (при сохранении геометрических размеров канала подсоса).
Во втором случае на рис. 4.3 этот коэффициент проницаемости показывает проницаемость вредного вещества в подмасочное пространство через два канала подсоса. Во всех случаях через каналы подсоса проникает масляный туман с одинаковой концентрацией С0, и величины коэффициентов проницаемости определяются величиной разбавления V очищенным воздухом, т.е.:
Из сказанного следует важный вывод, что при одной подгонке в процессе цикла дыхания коэффициент проникания воздуха под маску через один и тот же канал подсоса сохраняется постоянным и не зависит от содержания или отсутствия в воздухе рабочей зоны вредного вещества, изменения концентрации вредного вещества в рабочей зоне и интенсивности дыхания. Коэффициент проницаемости во всех случаях будет определяться отношением объемов подсасываемого воздуха — V к объему вдыхаемого воздуха — Vвд Применение масляного тумана с частицами, размеры которых соответствуют наиболее проникаемым и движущимися по линиям тока подсасываемой струи воздуха, позволяет, используя исключительно высокую чувствительность оптических методов определения их концентраций, оценивать концентрации этих частиц в потоке, которые являются результатом разбавления подсасываемого аэрозоля с концентрацией С0 вдыхаемым очищенным воздухом.
Следует констатировать, что масляный туман применяется только как исключительно удобный индикатор потоков воздуха, позволяющий с исключительно высокой точностью определять количественно его очень малые и очень высокие концентрации. Как следствие, отношение измеряемой концентрации в подмасочном пространстве к начальной концентрации позволяет с высокой точностью, экспрессно определять количественное разбавление подсасываемого потока аэрозоля масляного тумана. При наличии в воздухе рабочей зоны вредного вещества, доля которого в случае применения СИЗОД проникает в подмасочное пространство через каналы подсоса в пропорциональном количестве потоку очищенного воздуха по линии вдоха, будет с высокой точностью соответствовать доле концентрации масляного тумана в подмасочном пространстве от концентрации масляного тумана в окружающем воздухе.
Проведенный анализ позволяет более четко показать разницу понятия коэффициента проницаемости от принятого другого показателя коэффициента защиты:
- коэффициент защиты показывает соотношение концентраций вредного вещества в атмосфере рабочей зоны и установленной для конкретного вредного вещества предельно допустимой концентрации. В связи с этим коэффициенты защиты для одной и той же подгонки будут отличаться при подсосах разных по токсичности вредных веществ, в связи с этим коэффициент защиты не может характеризовать качество подгонки, герметичность прилегания лицевой части;
- коэффициент проницаемости по своей физической сущности показывает соотношение потоков воздуха, подсасываемого в подмасочное пространство, и всего объема вдыхаемого воздуха, которое при каждой подгонке сохраняется постоянным и не зависит от изменения интенсивности дыхания. Его величина не зависит от вида и концентрации вредного вещества в воздухе рабочей зоны, предельно допустимой концентрации вредного вещества, т.е. не связана с наличием или отсутствием вредного вещества в рабочей зоне, а следовательно, с величиной предельно допустимой концентрации вредного вещества.
Поэтому, когда далее речь идет о коэффициенте проницаемости, то имеется в виду только соотношение подсасываемого и вдыхаемого чистого воздуха и не принимается во внимание их токсичность, т.е. Спдк.
Проведенный анализ содержания термина коэффициент проницаемости дает возможность применить его для обоснования выбора вида СИЗОД в сочетании с данными о токсичности вредного вещества и его концентрации в рабочей зоне.
При этом следует понимать, что количество вредного вещества, проникаемого в подмасочное пространство, в отличие от коэффициента проницаемости во всех случаях будет увеличиваться при увеличении разрежения на вдохе, т.е. при увеличении интенсивности дыхания.
Закономерность изменения количества вредного вещества, поступающего в подмасочное пространство через каналы подсоса, в зависимости от коэффициента проницаемости можно установить следующим выводом:
— так как концентрация вредного вещества в подмасочном пространстве
Свд=С0*Кпр и масса вещества, определяемая по общеизвестным правилам, рассчитывается по формуле m=с*v,
то количество (масса) вредного вещества, попадающего в подмасочное пространство через канал подсоса за один вдох, будет равно:
т = C0V подс; при этом V подс. = Vвд* Кпр; — тогда: m=c0*Vвд*kпр
Полученное соотношение показывает, что количество вещества, проникающего через каналы подсоса в подмасочное пространство, при постоянном значении Кпр пропорционально объему вдыхаемого воздуха; но увеличение коэффициента проницаемости сопровождается также увеличением количества вредного вещества, попадающего через каналы подсоса во вдыхаемый воздух.
Окончательно выяснив основные свойства коэффициента проницаемости, вернемся к графическому выводу номограммы «ТАК».
Графическая зависимость величин, оттложенных на оси коэффициентов проницаемости масляного тумана и значений концентраций в подмасочном пространстве, устанавливает основные соотношения между ними, что путем проверки подтверждает справедливость построенных графических зависимостей:
- при одной исходной концентрации меньшей концентрации масляного тумана в подмасочном пространстве соответствует более эффективная защита. Например, для концентраций в подмасочном пространстве с С1=1мг/м3 и С2=0,01мг/м3 при концентрации С0 = 2500 мг/м3 требуется защита с эффективностью не менее соответственно 0,04% и 4*104%;
- при снижении концентрации в рабочей зоне и одной и той же концентрации в подмасочном пространстве требования к эффективности защиты снижаются. Например, при начальных концентрациях С0,1 = 1000 мг/м3 и С0,2 = 100 мг/м3 и одной концентрации в подмасочном пространстве Спода=1 мг/м3 будут соответствовать в первом случае коэффициент проницаемости Кпрон.1 =0,01 %, во втором случае Кпрон2=0,1%.