Обнаружение техногенных опасностей

Из-за невозможности строгого учета индивидуальных особенностей решение заявленной здесь задачи проведем относительно среднестатистического человека. Средний, или среднестатистический, человек в соответствии с представлениями бельгийского статистика А. Кетле — носитель всех средних качеств, которые могут встречаться у людей.

Одинаковые разновидности техногенных воздействий предстают уровнями, выражаемыми неодинаковыми количествами передаваемого вещества или переносимой энергии. Эффекты техногенных воздействий разных уровней влияют на состояние антропного организма и продолжительность жизни. Симптомы критического состояния человека вследствие техногенного воздействия — это предпосылки возникновения болезней или травм, обусловливающих сокращение или приводящих к сокращению продолжительности жизни. Техногенное воздействие с уровнем, при небольшом отклонении от которого в организме среднестатистического человека возникают или могут возникнуть эффекты, создающие предпосылки для болезней или травм, является предельно допустимым.

Техногенная опасность для среднестатистического человека — это техногенное детерминированное или стохастическое химическое или энергетическое воздействие послекритического уровня, превосходящего предельно допустимый уровень, при котором эффекты, возникающие или способные возникнуть в организме, вызывают болезни или травмы. Причинами проявления этих техногенных опасностей^[1] становятся: несовершенство технологий производства; отказы технических устройств, вызывающие техногенные происшествия; отсутствие необходимых и совершение ошибочных действий работников, приводящих к техногенным происшествиям.

Задача обнаружения техногенных опасностей решается посредством: а) изучения технологии производства и ее системнологического представления; б) выявления разновидностей вещества и энергии, участвующих в технологии и обусловливающих техногенные воздействия; в) идентификации техногенных воздействий; г) выражения идентифицированного воздействия количественным показателем; д) вычисления значения показателя воздействия; е) установления предельно допустимого значения показателя воздействия; ж) сопоставления значения показателя с предельно допустимым и отнесения воздействия к опасным или неопасным.

Изучение исполняемой технологии начинается со сбора сведений о продукции, работниках, сырье, используемых материалах, полуфабрикатах, потребительской энергии, образующихся отходах, технических сооружениях и устройствах, производственных зданиях и помещениях. Эти сведения извлекаются из технологической документации, технической или иной литературы, а также приобретаются в ходе наблюдения за устройствами и при их обследовании. Технологическая документация представляется схемами, чертежами, картами, графиками, паспортами, журналами и т. п.

Системиологическое представление технологии начинается с образования исходной техногенной системы. Технология производства предусматривает достижение определенной цели. Цель технологии переносится на техногенную систему, становясь системообразующим фактором. Вследствие этого исходная система должна отображать производственный объект, воплощающий технологию, и иметь функцию, соответствующую цели. Наименование системы повторяет название отображаемого объекта.

Декомпозиция системы проводится по следующему правилу: наименование выделяемого компонента повторяет название отображаемой части технологии, а ее назначение становится функцией компонента. Техногенная система исходной ступени сопринадлежности разделяется при декомпозиции на компоненты первого шага. Компоненты и системы обозначаются системнологическими номерами. Системнологический номер составляется из номеров компонентов на каждом шаге декомпозиции, располагаемых справа налево и разделенных точками.

Компоненты первого шага декомпозиции в соответствии с изложенным выше (см. параграф 1.4) положением о сопринадлежности становятся системами первой ступени. Системы первой ступени сопринадлежности на втором шаге декомпозиции разделяются на компоненты. Система второй ступени сопринадлежности разделяется на компоненты третьего шага. Каждый последующий шаг декомпозиции приводит к более подробному раскрытию компонентного состава исходной системы.

Компонент, не разделяемый на составляющие, становится элементарным компонентом. Декомпозиция систем конечных ступеней сопринадлежности завершается нахождением элементного состава. Системнологический номер элементарного компонента исходной техногенной системы показывает предельное количество шагов, или глубину, и направление декомпозиции. Направление представляется упорядоченной последовательностью номеров компонентов.

После выявления состава для каждого элементарного компонента указываются разновидности вещества и энергии, которые определяют содержание техногенных воздействий. Их идентификация состоит в отождествлении разновидностей вещества и энергии, обусловливающих воздействия, с наименованием этих воздействий. Свойства их идентифицированного воздействия позволяют количественно выразить его дозой, интенсивностью или иными параметрами.

Вычисление конкретного количественного показателя состоит в придании ему числового значения, рассчитанного в соответствии с математическим описанием или измеренного с помощью соответствующего прибора. Перед выявлением опасностей воздействия проводится установление предельно допустимых значений, соответствующих его критическому уровню. Установление этих значений представляет собой сложную задачу, решение которой опирается на исследование сведений, получаемых экспериментальным путем относительно биотических организмов, статистическую обработку сведений об эффектах техногенных воздействий для антропных организмов и математическое моделирование.

Государство, обладающее функцией регулирования техногенной деятельности, юридически закрепляет предельно допустимые значения показателей техногенных воздействий в нормативно-правовых документах. Сравнение вычисленных значений показателей с предельно допустимыми позволяет отнести воздействия к докритическим или послекритическим. Идентифицированное техногенное воздействие с уровнем, превосходящим предельно допустимый, является техногенной опасностью.

Пример

Техногенное термокоитактиое воздействие возникает вследствие прикосновения человека к поверхностям устройств с повышенной температурой. Термическое прикосновение является техногенным происшествием, после которого совершается воздействие. Нагретый компонент тсхнстичсской системы становится источником термоконтактного воздействия. Его поверхность служит посредником, точнее, условным посредником техногенного воздействия. Приемник энергии термоконтактного воздействия — это компонент антропного организма, в частности руки человека.

Процесс техногенного термоконтактного воздействия представляет собой перенос энергии через зону контакта от источника к приемнику. Технетический процесс переноса энергии внутри твердого материала источника складывается из процессов обмена каждой атомной, молекулярной или кристаллитной частицы с другими частицами порций энергии, поглощение или выделение которых влияет на значение скоростей колебательного движения. В осрсдненном и упрощенном виде такой процесс называется теплопроводностью.

Плотность потока тепловой энергии, распространяющейся в твердом теле теплопроводностью, прямо пропорциональна градиенту температуры. Коэффициент пропорциональности, учитывающий осредненные свойства материала, именуется коэффициентом теплопроводности. Нестационарная теплопроводность определяется также теплоемкостью материала. Процесс переноса энергии внутри приповерхностной биотической ткани приемника, состоящей из макромолекул, которые образуют аморфно-жидкостный материал, также может быть упрощен до процесса теплопроводности.

Термоконтактное воздействие представляется процессом нестационарной теплопроводности от материала источника к материалу приемника. Длительность термоконтактного воздействия послекритического уровня определяется тем, как оно ноцицептируется сциентиой системой антропного организма. Ощущение боли вследствие термического прикосновения возникает в результате возбуждения иоцицептивных волокон. Ноцицептивные волокна не имеют специализированных окончаний. Они присутствуют в виде свободных нервных окончаний в дермисс кожи и в иных местах организма. Термоноцицепторы отличаются от терморецепторов тем, что порог для их адекватных стимулов выше нормального диапазона.

Ноцицептивные волокна направляются к ноцицентивным клеткам спинного и головного мозга. Ноцицептивные сигналы после преобразований в таламусе, среднем мозге, ретикулярной формации и т. д. направляются далее в возлежащие отделы мозга. В коре отсутствует специализированная область первичной ноцицепции. Большая часть сигналов попадает в соместезическую кору, чувствительную к воздействиям на поверхность тела, другая часть распределена в мозге диффузно. Кроме восходящих путей существуют и нисходящие, создающие поведенческие ответы на болевые стимулы.

Минимальная длительность ноцицептируемого термоконтактного воздействия определяется временем, необходимым для незамедлительного прекращения контакта вследствие возникновения боли.

Локальная плотность потока тепловой энергии, исходящей из технетического компонента при воздействии, имеет следующее выражение:

где Х_т — коэффициент теплопроводности материала устройства в зоне термического прикосновения; gradT_m — градиент температуры в компоненте устройства у поверхности термического контакта; х — координата.

Математическое описание дозы, создаваемой источником термоконтактного воздействия, имеет следующий вид:

где F_rk — площадь термического прикосновения; т_г — длительность термоконтактного воздействия.

Создаваемая доза термоконтактного воздействия выражается количеством теплоты, которое может передать устройство человеку через площадь соприкосновения.

Интенсивность техногенного термоконтактного воздействия

где X/, — коэффициент теплопроводности биотического материала в зоне термического прикосновения; gradTf, — градиент температуры в теле человека у поверхности термического контакта.

Внешняя доза техногенного термоконтактного воздействия.

Внешняя доза термоконтактного воздействия выражается количеством теплоты, которое может принять человек от устройства через площадь соприкосновения.

При длительности термоконтактного воздействия, имеющей малые значения, техническое устройство и тело человека предстают полуограниченными массивами. Значения доз при любом характере изменения температуры поверхности контакта вычисляются по следующим формулам:

где k_r — коэффициент, зависящий от характера изменения температуры поверхности контакта; с_ь — коэффициент теплоемкости биотического материала; с_т — коэффициент теплоемкости материала устройства в зоне термического прикосновения.

Количество теплоты, отданное в зоне прикосновения устройством, равно количеству теплоты, полученному телом человека, поэтому.

Из равенства доз следует, что.

Температура тела на глубине размещения окончаний ноцицептивных волокон при температуре поверхности контакта Г_пов

Здесь 8 — толщина верхней части дермиса, где локализованы свободные окончания ноцицептивных волокон, реагирующие на тепловой стимул; Г_т — средняя температура тела.

Предельно допустимая температура поверхности термического прикосновения при температуре внутри дермиса, создающей предпосылки для возникновения боли, определяется по следующему выражению:

где Т_г — рецептируемая температура, при которой создаются предпосылки для возникновения боли.

Из приведенных формул видно, что параметром техногенного термоконтактного воздействия является температура поверхности контакта при соответствующем значении коэффициента термоинерции материала устройства в зоне термического прикосновения.

где — коэффициент термоинерции материала.

Результаты расчета предельно допустимых значений температуры поверхности термического прикосновения по описанной методике приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Предельно допустимые значения температур

Значения температур (см. табл. 3.1) вычислены при следующих исходных данных:

• • длительности воздействия x_v = 0,38 с, достаточной для прекращения контакта;
• • толщине верхней части дермиса б = 0,3 мм, где локализованы свободные окончания ноцицептивных волокон, реагирующие на тепловой стимул;
• • температуре внутри дермиса Т_г= 40 °C, создающей предпосылки для возникновения боли;
• • средней температуре тела Т_т = Зб, 5 °C;

кДж.

• коэффициенте теплоемкости биотического материала c_h = 3600 ——.

_м-у град.

Пример

Обнаружение опасности техногенного акустического воздействия посредством вычисления значения показателя этого воздействия и сравнения его с предельно допустимым. Это техногенное воздействие представляет собой воздействие звуковой энергии источника шума на слуховую систему антропного или биотического организма. В примере источником шума служит подвижной железнодорожный состав, а приемником — жители дома, расположенного на определенном расстоянии от железной дороги. Параметром акустического воздействия служит максимальный уровень звука.

Максимальный уровень звука [9], дБА, создаваемый электропоездом на расстоянии 25 м от оси полосы движения, рассчитывается по формуле.

где v — скорость движения электропоезда, км/ч; / — длина электропоезда, м. Максимальный уровень звука, дБА, в расчетной точке.

где Л_див — снижение уровня звука из-за геометрической дивергенции, т. е. из-за расхождения энергии при излучении в свободное пространство; Л_ЛТМ — снижение из-за поглощения звука атмосферой; Л_ЭКР — снижение из-за экранирования; Л_зн — снижение в зеленых насаждениях.

Снижение уровня звука из-за геометрической дивергенции.

где R — расстояние до расчетной точки от оси полосы движения, м.

Максимальный уровень звука в расчетной точке на расстоянии 100 м, создаваемый электропоездом длиной 50 м при скорости 150 км/ч, принимает следующее значение:

В соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.562—96 [19] допустимое значение максимального уровня звука на территории, непосредственно прилегающей к жилым домам, для периода с 7 по 23 ч составляет 70 дБ А, а для периода с 23 до 7 ч — 60 дБ А.

Сравнение вычисленного значения с допустимыми позволяет отнести техногенное воздействие к послекритическим. Это означает, что акустическое воздействие, создаваемое электропоездом, с уровнем, превосходящим допустимый, является техногенной опасностью для людей, проживающих вблизи железной дороги.

• [1] Количественные соотношения между этими и иными предпосылкамим к техногеннымпроисшествиям приведены в гл. 5 настоящего учебника.