Сборник задач по производственной безопасности


            СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ


Под общей редакцией Г. В. Пачурина













Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 331.45
ББК 65.246
     С23



Авторы:
Миндрин В. И., Пачурин Г. В., Филиппов А. А., Ребрушкин М. Н.

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой автомобильного транспорта Института транспортных систем Нижегородского государственного технического университета имени Р. Е. Алексеева Н.А. Кузьмин;
кандидат технических наук, доцент кафедры технологии сервиса
и технологического образования Нижегородского государственного педагогического университета имени Козьмы Минина М. В. Мухина

С23      Сборник задач по производственной безопасности / [Миндрин В. И.
     и др.] ; под общ. ред. Г. В. Пачурина. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2022. - 124 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-1018-2

     Приведены задачи с подробными решениями по темам электробезопасности, гидравлики, тепломассообмена, механической прочности и тепловой изоляции технологического оборудования. В приложении даны справочные таблицы теплофизических и механических свойств различных веществ и материалов.
     Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 20.03.01 и 20.04.01 «Техносферная безопасность». Может быть использовано преподавателями, инженерами и специалистами при эксплуатации промышленного оборудования и безопасной организации работ на производстве.

                                                           УДК331.45
                                                           ББК 65.246









ISBN 978-5-9729-1018-2

     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
     © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

Содержание


Введение.............................................................4
1. Принципы, методы и средства обеспечения производственной безопасности.........................................................5
2. Количественная оценка опасности..................................6
3. Производственный травматизм и аварийность........................6
4. Безопасность производственного оборудования......................7
5. Безопасность производственных процессов.........................13
6. Защита от механических опасностей...............................14
7. Электробезопасность.............................................15
8. Безопасность эксплуатации сосудов, работающих под...............18
9. Безопасность эксплуатации компрессорных установок...............24
10. Безопасность эксплуатации компрессорных установок с поршневыми компрессорами, работающими на взрывоопасных и вредных газах........25
11. Безопасность эксплуатации паровых и водогрейных котлов.........27
12. Безопасность эксплуатации грузоподъемных машин.................29
13. Безопасность погрузо-разгрузочных работ........................33
14. Пожарная безопасность, взрывобезопасность......................34
Задачи.............................................................39
Тема 1. Электробезопасность........................................39
Тема 2. Мостовой кран. Выбор электрического двигателя механизма подъёма груза......................................................69
Тема 3. Вентиляторы и компрессоры..................................71
Тема 4. Гидравлические расчёты трубопроводов.......................76
Тема 5. Расчёты теплообменных аппаратов............................84
Тема 6. Расчёты на прочность.......................................97
Тема 7. Расчёт предохранительного клапана.........................100
Тема 8. Расчёт тепловой изоляции..................................102
Приложение........................................................109
Список литературы.................................................122


3

Введение

    Учебная дисциплина «Производственная безопасность» - обязательная дисциплина, обеспечивающая качественную подготовку специалистов по вопросам безопасности человека в среде обитания и сохранения его здоровья. Это требует высокого уровня их профессиональной подготовки, широкой эрудиции и высокой культуры, что имеет решающее значение на этапе разработки и проектирования новых безопасных и экологичных технологических процессов и оборудования, а также в процессе их эксплуатации.
    Целью дисциплины является формирование у специалистов знаний, умений и практических навыков, необходимых для практической деятельности:
    -   создание безопасных и безвредных условий деятельности;
    -       проектирования новой техники и технологических процессов в соответствии с современными требованиями по экологии и безопасности их эксплуатации;
    -       прогнозирования и принятия грамотных решений в условиях чрезвычайных ситуаций по защите населения производственного персонала от возможных последствий аварий, катастроф и стихийных бедствий.
    Задачами изучения дисциплины являются ознакомление с понятиями производственной безопасности, усвоение основных правил охраны труда, изучение путей и способов оптимизации технологических и проектных решений для поддержания уровня производственной безопасности на необходимом уровне.
    В результате изучения дисциплины студент должен иметь представления об основных научно-технических проблемах производственной безопасности, источниках опасных и вредных факторов современного производства, перспективах развития техники средств защиты с учетом мировых тенденций.
    Бакалавр и магистрант должны знать современное состояние и негативные факторы среды обитания, принципы обеспечения безопасности взаимодействия человека со средой обитания, основы физиологии и рациональные условия деятельности, средства и методы повышения безопасности технических средств и технологических процессов, уметь пользоваться законодательной и нормативной документацией, прогнозировать чрезвычайные ситуации и разрабатывать мероприятия по защите населения и персонала в чрезвычайных ситуациях, разрабатывать мероприятия по безопасности в производственной деятельности и ликвидации последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий. Они должны иметь навыки разработки технологического регламента.
    Дисциплина способствует повышению гуманитарной подготовки выпускников технических вузов и базируется на знаниях, полученных при изучении социально-экономических, естественнонаучных и общепрофессиональных дис

4

циплин. Ее изучение рекомендуется проводить на завершающем этапе формирования специалиста.
    С целью закрепления основных положений курса «Производственная безопасность» и выработки у бакалавров и магистров практических навыков по их применению в инженерной деятельности в сборнике рассмотрен перечень вопросов, необходимых для полного усвоения материала дисциплины, и рассмотрены задачи, связанные с надежностью и безопасной эксплуатацией промышленного оборудования.
    Представленные задачи распределены по темам в порядке возрастающей сложности на основе изучения соответствующих дисциплин по профилю подготовки «Безопасность технологических процессов и производств».
    Материалы сборника полезно использовать как преподавателям, так и студентам при освоении дисциплины «Безопасность жизнедеятельности». При этом выбор тем и задач для практических аудиторных занятий и самостоятельных решений рекомендуется делать с учетом конкретных специальностей.
    Справочный материал приложения содержит таблицы теплофизических и механических свойств различных материалов и веществ. Он собран в объеме, достаточном для решения, как учебных, так и практических задач.
1. Принципы, методы и средства обеспечения производственной безопасности
    4 класса принципов по признаку реализации: ориентирующие (гуманизации труда, классификации, нормирования, системности, деструкции, ликвидации опасности, снижения опасности); технические (защиты расстоянием, защиты временем, экранирования, прочности); организационные (информации, несовместимости, эргономичности, компенсации); управленческие (плановости, стимулирования, эффективности).
    Гомосфера, ноксосфера. Три метода обеспечения производственной безопасности (пространственное или временное разделение гомосферы и нок-сосферы; совершенствование производственной среды, приведение характеристик ноксосферы в соответствие с характеристиками человека; адаптация человека к ноксософере, повышение его защищенности).
    Средства коллективной защиты (СКЗ) и средства индивидуальной защиты (СИЗ).
    Подразделение СКЗ на группы по техническому исполнению: ограждения, блокировочные, тормозные, предохранительные устройства, световая и звуковая сигнализация, устройства автоматического контроля, дистанционного управления, заземление и зануление, вентиляция, отопление, освещение, изолирующие, герметизирующие средства и др.

5

    Классификация СИЗ в зависимости от защищаемых органов: изолирующие костюмы, средства защиты органов дыхания, одежда специальная защитная, специальная обувь, средства защиты рук, головы, лица, глаз, органов слуха, СИЗ от падения с высоты, защитные дерматологические средства. Следует отметить, что СИЗ являются вспомогательными, временными мерами защиты.
2. Количественная оценка опасности
    Подходы количественной оценки ОВПФ: инструментальная оценка факторов; аналитические расчеты; балльные оценки; шкалы сравнения; экспертные оценки; социологические опросы. Понятие риска. Концепция риска. Профессиональный риск характеризуется: проявленным ущербом здоровью работающего в виде производственного травматизма и профзаболеваемости; скрытым ущербом здоровью работающего во вредных и опасных условиях труда. Структура профессионального риска. Концепция приемлемого риска. Его технические, экономические, социальные и политические аспекты. Методы оценки риска: феноменологический, детерминистский, вероятностный. Методы управления риском: технические, организационные, административные и экономические.
3. Производственный травматизм и аварийность
    Нежелательные или экстремальные события: аварии, взрывы, землетрясения, катастрофы, наводнения, несчастные случаи, пожары и другие происшествия, которые оказывают неблагоприятное воздействие на людей, а также вызывают материальные потери. Несчастные случаи (НС) на производстве. Статистика НС. Производственный травматизм. Несчастный случай на производстве. Порядок расследования и учета несчастных случаев на производстве.
    Методы анализа причин производственного травматизма (ПТ): статистический, топографический, монографический и экономический. Цель анализа причин ПТ. Причины ПТ: организационные, технические, личностные.
    Для анализа причин и прогнозирования производственного травматизма применяется также ряд методов выявления причин НС: метод «дерева отказов» (ДО); метод гистограмм; регрессионный и корреляционный анализ факторов производственного травматизма; моделирование НС и их закономерностей; метод моделирования несчастного случая, основанный на описании этого события с помощью абстрактных символов; метод экспертных оценок; оценка риска производственного травматизма; анализ таблиц сопряженности признаков травматизма.
    Методы анализа риска аварии («Что будет, если?»; метод проверочного листа; анализ опасности и работоспособности; анализ видов и последствий отказов; анализ «деревьев отказов и событий»; качественный анализ риска). Количественные показателями риска аварии (технический риск, индивидуальный риск, 6

потенциальный территориальный риск (или потенциальный риск), коллективный риск, социальный риск, ожидаемый ущерб).
    Этапы процесса проведения анализа риска: планирование и организация работ; идентификация опасностей; оценка риска; разработка рекомендаций по уменьшению риска.
4. Безопасность производственного оборудования
    Общие требования безопасности к производственному оборудованию. Безопасность производственного оборудования обеспечивается: выбором принципов действия и конструктивных решений, источников энергии и характеристик энергоносителей, параметров рабочих процессов, систем управления и ее элементов; минимизацией потребляемой и накапливаемой энергии при функционировании оборудования; выбором комплектующих изделий и материалов для изготовления конструкций, а также применяемых при эксплуатации; выбором технологических процессов изготовления; применением встроенных в конструкцию средств защиты работающих, а также средств информации, предупреждающих о возникновении опасных ситуаций; надежностью конструкции и ее элементов (в том числе дублированием отдельных систем управления, средств защиты и информации, отказы которых могут привести к созданию опасных ситуаций); применением средств механизации, автоматизации (в том числе автоматического регулирования параметров рабочих процессов), дистанционного управления и контроля; возможностью использования средств защиты, не входящих в конструкцию; выполнением эргономических требований; ограничением физических и нервнопсихических нагрузок на работающих.
    Требования безопасности к производственному оборудованию конкретных групп, видов, моделей (марок) устанавливаются с учетом: особенностей назначения, исполнения и условий эксплуатации; научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также анализа средств и методов обеспечения безопасности на лучших мировых аналогах; результатов испытаний, а также анализа опасных ситуаций, имевших место при эксплуатации аналогичного оборудования; требований стандартов, устанавливающих допустимые значения опасных и вредных производственных факторов; требований безопасности, установленных международными и региональными стандартами и другими документами к аналогичным группам, видам, моделям (маркам) производственного оборудования; прогноза возможного возникновения опасных ситуаций на вновь создаваемом или модернизируемом оборудовании.
    Требования безопасности к технологическому комплексу должны также учитывать возможные опасности, вызванные совместным функционированием единиц производственного оборудования, составляющих комплекс.

7

    Производственное оборудование (ПО) в процессе эксплуатации не должно загрязнять окружающую среду выбросами вредных веществ и вредных микроорганизмов в количествах выше допустимых значений, установленных стандартами и санитарными нормами.
    Требования к конструкции, элементам и ее материалам, движущимся частям ПО, защитным ограждениям, органам управления.
    ПО должно быть пожаровзрывобезопасным в предусмотренных условиях эксплуатации. Технические средства и методы обеспечения пожаро-взрывобез-опасности (например, предотвращение образования пожаро- и взрывоопасной среды, исключение образования источников зажигания и инициирования взрыва, предупредительная сигнализация, система пожаротушения, аварийная вентиляция, герметические оболочки, аварийный слив горючих жидкостей и стравливание горючих газов, размещение ПО или его отдельных частей в специальных помещениях) должны устанавливаться в стандартах, технических условиях и эксплуатационных документах на ПО конкретных групп, видов, моделей (марок).
    Части ПО (трубопроводы, гидро-, паро-, пневмосистемы, предохранительные клапаны, кабели и др.), механическое повреждение которых может вызвать возникновение опасности, должны быть защищены ограждениями или расположены так, чтобы предотвратить их случайное повреждение работающими или средствами технического обслуживания.
    Конструкция ПО, приводимого в действие электрической энергией, должна включать устройства для обеспечения электробезопасности. Технические средства и способы обеспечения электробезопасности (например, ограждение, заземление, зануление, изоляция токоведущих частей, защитное отключение и др.) должны устанавливаться в стандартах и технических условиях на ПО с учетом условий эксплуатации и характеристик источников электроэнергии.
    Конструкция зажимных, захватывающих, подъемных и загрузочных устройств или их приводов должна исключать возможность возникновения опасности при полном или частичном самопроизвольном прекращении подачи энергии, а также исключать самопроизвольное изменение состояния этих устройств при восстановлении подачи энергии.
    ПО должно быть выполнено так, чтобы исключить накопление зарядов статического электричества в количестве, представляющем опасность для работающего, и исключить возможность пожара и взрыва.
    ПО, действующее с помощью неэлектрической энергии (например, гидравлической, пневматической, энергии пара), должно быть выполнено так, чтобы все опасности, вызываемые этими видами энергии, были исключены. Конкретные меры по исключению опасности должны быть установлены в стандартах, технических условиях и эксплуатационной документации.

8

    ПО, являющееся источником шума, ультразвука и вибрации, должно быть выполнено так, чтобы эти факторы в предусмотренных условиях и режимах эксплуатации не превышали предельно допустимые уровни.
    ПО, работа которого сопровождается выделением вредных веществ и (или) вредных микроорганизмов, должно включать встроенные устройства для их удаления или обеспечивать возможность присоединения к ПО удаляющих устройств, не входящих в конструкцию. Удаляющее устройство должно быть выполнено так, чтобы концентрация вредных веществ и микроорганизмов в рабочей зоне, а также их выбросы в природную среду не превышали допустимых значений. В необходимых случаях должна осуществляться очистка и (или) нейтрализация выбросов. Если совместное удаление различных вредных веществ и микроорганизмов представляет опасность, то должно быть обеспечено их раздельное удаление.
    Конструкция ПО и (или) его размещение должны исключать контакт его горючих частей с пожаровзрывоопасными веществами, а также исключать возможность соприкосновения, работающего с горячими и переохлажденными частями или нахождение в непосредственной близости от таких частей. Если назначение ПО и условия его эксплуатации (например, использование вне производственных помещений) не могут полностью исключить контакт работающего с его переохлажденными или горячими частями, то эксплуатационная документация должна содержать требования по использованию СИЗ.
    Конструкция ПО должна исключать опасность, вызываемую разбрызгиванием горячих обрабатываемых и (или) используемых при эксплуатации материалов и веществ. Если полностью исключить такую опасность нельзя, то эксплуатационная документация должна содержать требования об использовании средств защиты, не входящих в конструкцию.
    ПО должно быть оснащено местным освещением, если его отсутствие может явиться причиной перенапряжения органа зрения или повлечь за собой другие виды опасности. Характеристика местного освещения должна соответствовать характеру работы, а места расположения должны устанавливаться в стандартах, технических условиях и эксплуатационной документации на конкретное ПО.
    Конструкция ПО должна исключать ошибки при монтаже, которые могут явиться источником опасности. В противном случае эксплуатационная документация должна содержать порядок выполнения монтажа, объем проверок и испытаний, исключающих возможность возникновения опасных ситуаций из-за ошибок монтажа. Трубопроводы, шланги, провода, кабели и другие соединяющие детали и сборочные единицы должны иметь маркировку в соответствии с монтажными схемами.

9

    При необходимости использования грузоподъемных средств в процессе монтажа, транспортирования, хранения и ремонта на ПО и его отдельных частях должны быть обозначены места для подсоединения грузоподъемных устройств и поднимаемая масса. Места подсоединения подъемных средств выбираются с учетом центра тяжести оборудования (его частей) таким образом, чтобы исключить возможность повреждения ПО при подъеме и перемещении, а также обеспечить удобный и безопасный подход к ним.
    Конструкция ПО и его частей должна обеспечивать возможность их надежного закрепления на транспортном средстве или в упаковочной таре. Сборочные единицы ПО, которые при загрузке, разгрузке, транспортировании и хранении могут самопроизвольно перемещаться, должны иметь устройства для их фиксации в определенном положении. ПО и его части, перемещение которых предусмотрено вручную, снабжаются устройствами (например, ручками) для перемещения или должны иметь форму, удобную для захвата рукой.
    Требования к надежности ПО. Надежность ПО и факторы, ее определяющие (конструктивные, технологические, монтажные, эксплуатационные). Показатели надежности: безотказность, долговечность, ремонтопригодность.
    Безотказность. Отказ ПО (приработочный, внезапный и износовый). Интенсивность отказов. Долговечность. Ремонтопригодность.
    При проектировании оборудования применительно к условиям эксплуатации выбирают конструкцию оптимальных форм и размеров, требуемой механической прочности и герметичности, выполненную по возможности из стандартизованных и унифицированных узлов и деталей.
    Выбор конструкционных материалов с учетом общих и специальных условий эксплуатации ПО: давления, температуры, агрессивного воздействия среды и т. д. Упрощение кинематических схем, уменьшение действующих в машинах динамических нагрузок, применение средств защиты от перегрузок и т. д. Особое внимание уделяется равнопрочности деталей (в одном узле машины), подвергающихся частым поломкам, износостойкости деталей и узлов конструкции.
    В некоторых случаях основным фактором надежности является жесткость конструкции. Ее повышают, применяя кольца жесткости, ребра или увеличивая толщину стенки аппарата (например, с учетом жесткости рассчитывают цилиндрические оболочки, нагруженные наружным давлением), Жесткость учитывают и при выборе толщины стенок крупногабаритных хранилищ, а повышенную жесткость должны иметь аппараты, защищенные футеровкой или кислотостойкой эмалью.

10

    При изготовлении ПО добиваются его максимальной надежности путем:
    -      получения заготовок высокого качества, близким по форме и размерам к готовым деталям;
    -      применения современных технологических приемов, обеспечивающих изготовление деталей и сборку оборудования с оптимальными эксплуатационными показателями;
    -      применения процессов упрочняющей обработки для получения требуемого качества материала рабочих деталей с высоким сопротивлением износу и поломкам в условиях эксплуатации;
    -      повышения точности изготовления деталей и сборки машин и аппаратов;
    -      создания экспериментальных и испытательных баз, на которых изготавливают и испытывают опытные и промышленные образцы оборудования;
    -      внедрения системы бездефектного изготовления изделий и т. д.
    При эксплуатации надежность ПО поддерживается строгим соблюдением заданных параметров рабочего режима, качественным обслуживанием и профилактической работой.
    Факторы, лимитирующие надежность оборудования: поломка деталей; износ трущихся поверхностей; повреждения поверхностей в результате коррозии, действие контактных напряжений и наклеп; пластические деформации деталей, вызываемые местным или общим переходом напряжений за предел текучести или (при повышенных температурах) за предел ползучести.
    Основными способами повышения износостойкости являются: увеличение твердости трущихся поверхностей; подбор материала трущихся пар; уменьшение давления на поверхностях трения; повышение чистоты поверхностей и правильная смазка; выбор коррозионно- и термостойкого материала; использование защитных покрытий; использование рациональной системы теплообогрева и теплосъема и др.
    Повышение надежности и безопасности эксплуатации ПО достигается также применением механически более прочных материалов, усовершенствованием способов сварки и методов прочностного расчета.
    Прочность материалов. От чего она зависит. Виды процесса разрушения ПО: вследствие хрупкой или пластической деформации, износа, разрушения, потери устойчивости или динамического равновесия. Количественные показатели прочности конструкционных материалов: предел прочности, текучести, ползучести, усталости и др.
    Расчет сооружений на прочность ведется по напряженному состоянию в наиболее опасных точках или по допустимым напряжениям, сравнивая наибольшее напряжение в элементе сооружения под действием нагрузок, или расчетное напряжение, соответствующее теории прочности, с допускаемым. Практически 11