Расчет средств защиты от теплового излучения

Для правильного выбора защитных средств очень важно знать, какова плотность теплового потока излучения («облученность»), воздействующего на персонал или оборудование. В общем случае расчет можно провести по формуле

, (2.7)

где носит название константы излучения абсолютно черного тела (АЧТ);

а для ориентировочных расчетов - по эмпирической формуле

, (2.8)

где q* - максимально возможная плотность потока излучения конкретного источника, кВт/м;

l - расстояние от источника до объекта, м;

п - константа;

- угол между нормалью к поверхности источника и линией, соединяющей центры поверхностей источника и приемника из­лучения.

Значения q* и п приведены в табл. 2.12

Таблица 2.12 - Значения q* и п для основных источников теплового излучения металлургических цехов

Цех	Источник теплового излучения	q*, кВт/м	п
Доменный	Наполняемые чугуном ковши и шлаковые
	чаши со шлаком
Электростале-
плавильный	Загрузочное окно печи:
	открыто при рафинировании стали открыто при заправке порога после загрузки лома полуоткрыто при скачивании шлака и загрузке раскислителя вручную		1,2
	12,7	1,8
	18,2	1,2
Мартеновский	Загрузочное окно печи:
	открыто		1,3
	полуоткрыто		1,2
Прокатные	Шлаковая летка и крышки нагревательных
	колодцев Окна загрузки и выгрузки методической печи:	11,2	1,1
	открыты	29,0	1,4
	полуоткрыты	13,1	1,3
	закрыты	6,2	1,1
	Смотровые окна методических печей Нагретый металл на рольганге:	13,6	1,2
	лист 3600x10x12000	36,5	1,8
	лист 1500x5x3500	24,0	1,2
	лист 1500x5x1500	18,4	1,2

Согласно ГОСТ Р 12.4.011-75 средства промышленной теплоза­щиты должны удовлетворять следующим требованиям:

· обеспечивать оптимальный теплообмен организма работника со средой обитания;

· обеспечивать необходимую подвижность воздуха (повышение доли конвективной теплоотдачи) с целью достижения комфортных условий;

· иметь максимальную эффективность теплозащиты и обеспечи­вать удобство эксплуатации.

Эффективность теплозащиты прозрачных экранов существенно зависит от спектрального состава падающего излучения (облученно­сти), определяемого температурой источника теплового излучения (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Зависимость эффективности теплозащиты стекол К от

температуры источника излучение Т:

1 — закаленное силикатное стекло; 2 — закаленное силикатное стекло

со стальной сеткой ячейкой 3x3 мм; 3 - органическое стекло;

4 — закаленное стекло с пленочным покрытием со светопропусканием 80 %;

5 — закаленное стекло, окрашенное по массе со светопропусканием 40 %.

Зная эффективность теплозащитного устройства K, несложно найти плотность теплового потока пропущенного излучения

. (2.9)

Теплоизоляция применяется для уменьшения тепловых потерь в металлургических агрегатах и снижения температуры их кожуха; повышения эффективности теплопоглощающих экранов, а также снижения теплового потока, проходящего через стены ограждения кабин (пультов) управления.

Экраны подразделяются на прозрачные и непрозрачные. Послед­ние в свою очередь подразделяются на теплоотражающие и тепло-поглощающие и, как правило, выполняются из металла соответствен­но без теплоизоляции и с теплоизоляцией.

Прозрачные экраны применяются для смотровых проемов пуль­тов и кабин управления, щитков и т.д. Как правило, прозрачные эк­раны изготовляют из закаленных и незакаленных силикатных стекол с пленочными покрытиями или без них; силикатных стекол, армиро­ванных стальной сеткой; органических стекол и т.д. Границы приме­нимости стеклянных экранов определяются величиной плотности падающего теплового потока (облученности), в свою очередь зави­сящего от температуры источника излучения (табл. 2.13).

Таблица 2.13 - Допустимые облученности стекол и их состояние в зависимости от температуры источника излучения

Пример 3.1. Нагревательный колодец с открытой крышкой раз-мерами 15x6 м имеет температуру 1673 К и степень черноты 8 = 0,95. Пульт управления нагревательными колодцами имеет окон­ный проем размером 3x2 м² и расположен по продольной оси нагре­вательного колодца на удалении = 20 м. Определить ве­личину облученности сварщика, находящегося на пульте управления, при наличии простого застекления оконного проема пульта.

Решение

Плотность теплового потока собственного излучения нагрева­тельного колодца определяем по формуле:

q^co6 = εС₀(Т/100)⁴;

q^coб = 0,95 ∙ 5,67 (1673/100)⁴ = 421978, 6 Вт/м² = 421,98 кВт/м².

Величину плотности теплового потока, падающего на оконный проем пульта управления (облученность), определим по эмпириче­ской формуле:

ььь

В таблице 2.13 для крышки нагревательного колодца (в закрытом состоянии) приведены значения q*= 11,2 кВт/м² и п = 1,1. В случае от­крытой крышки можно принять, что q* = q^cоб = 421,98 кВт/м² , остав­ляя значение п тем же.

Величина l равна длине гипотенузы прямоугольного треугольника с вершинами в центрах оконного проема и ячейки колодца и на полу рабочей площадки под центром оконного проема.

Тогда

q^ПАД = 421,9 ∙ 27,57 ∙ 0,0725 = 0,8 кВт/м²= 800 Вт/м².

Согласно табл. 2.13 при такой величине плотности падающего теп­лового потока (облученности) для застекления оконного проема пульта управления можно выбрать стекло, но целесообразно выбрать тип стекла, не подверженный растрескиванию и недеформирующийся. С учетом сказанного, следует выбрать закаленное стекло или теп­лозащитное стекло с пленочным покрытием с 80 %-ным светопропусканием (как закаленное, так и незакаленное).

При температуре источника теплового излучения Т = 1673 К эф­фективность теплозащиты стекол, равна:

для закаленного силикатного стекла К = 0,55,

для закаленного стекла с пленочным покрытием со светопропусканием 80% К = 0,75.

Рисунок 2.4 - Расчетная схема для определения плотности теплового потока

Величина плотности теплового потока пропущенного излучения равна:

для силикатного стекла

q^ПРОП = 800 (1 - 0,55) = 360 Вт/м²;

для теплозащитного стекла с пленочным покрытием со светопропусканием 80 %

q^ПРОП =800 (1 - 0,75) = 200 Вт/м²;

Даже при установке теплозащитного стекла с пленочным покры­тием со светопропусканием 80 % величина облученности оператора за стеклом превышает величину 140 Вт/м.

Для снижения величины облученности до допустимых значений следует снизить светопропускание стекла и установить закаленное стекло, окрашенное по массе, со светопропусканием 40 %, имеющее эффективность теплозащиты 0,83. Тогда

q^ПРОП = 800 (1 - 0,83) = 136 Вт/м² < 140 Вт/м².

Таким образом, при использовании для остекления оконного про­ема пульта управления теплозащитного стекла с пленочным покры­тием со светопропусканием 40 % условия теплозащиты персонала выполняются.