73. Железо и сталь
Редактор главы: Августин Моффит
Металлургическая промышленность
Джон Масаитис
Прокатные станы
Х. Шнайдер
Проблемы и закономерности в области здравоохранения и безопасности
Вопросы окружающей среды и общественного здравоохранения
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Извлекаемые побочные продукты коксовых печей
2. Отходы, образующиеся и перерабатываемые при производстве стали в Японии
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
74. Добыча полезных ископаемых
Редакторы глав: Джеймс Р. Армстронг и Раджи Менон
Горное дело: обзор
Норман С. Дженнингс
Разведка
Уильям С. Митчелл и Кортни С. Митчелл
Виды добычи угля
Фред В. Германн
Методы подземной добычи
Ханс Хамрин
Подземная добыча угля
Саймон Уолкер
Методы открытой разработки
Томас А. Хетмон и Кайл Б. Дотсон
Управление открытой добычей угля
Пол Уэсткотт
Переработка руды
Сидней Эллисон
Подготовка угля
Энтони Д. Уолтерс
Наземный контроль в подземных шахтах
Люк Бошан
Вентиляция и охлаждение в подземных шахтах
МДж Хоус
Освещение в подземных шахтах
Дон Троттер
Средства индивидуальной защиты в горнодобывающей промышленности
Питер В. Пикерилл
Пожары и взрывы в шахтах
Кейси С. Грант
Обнаружение газов
Пол Маккензи-Вуд
Готовность к чрезвычайным ситуациям
Гэри А. Гибсон
Опасности для здоровья при добыче полезных ископаемых
Джеймс Л. Уикс
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Коэффициенты расчетного количества воздуха
2. Мощность воздушного охлаждения с поправкой на одежду
3. Сравнение шахтных источников света
4. Нагрев угля-иерархия температур
5. Критические элементы/подэлементы аварийной готовности
6. Аварийные средства, оборудование и материалы
7. Матрица обучения готовности к чрезвычайным ситуациям
8. Примеры горизонтального аудита планов действий в чрезвычайных ситуациях
9. Распространенные названия и воздействие опасных газов на здоровье
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
75. Разведка и распределение нефти
Редактор глав: Ричард С. Краус
Разведка, бурение и добыча нефти и природного газа
Ричард С. Краус
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Свойства и бензиновый потенциал сырой нефти
2. Состав сырой нефти и природного газа
3. Состав природного газа и газа нефтепереработки
4. Типы платформ для подводного бурения
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
76. Производство и распределение электроэнергии
Редактор глав: Майкл Крейн
Общий Профиль
Майкл Крейн
Производство гидроэлектроэнергии
Нил Макманус
Производство электроэнергии на ископаемом топливе
Энтони В. Джексон
Атомная энергетика
В. Г. Морисон
Безопасность производства, передачи и распределения электроэнергии: пример США
Джанет Фокс
опасности
Майкл Крейн
Вопросы окружающей среды и общественного здравоохранения
Александр С. Питтман-младший
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Контроль химических и биологических опасностей
2. Контроль физических угроз и угроз безопасности
3. Характеристики АЭС (1997 г.)
4. Основные потенциальные опасности для окружающей среды
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
Основной задачей шахтной вентиляции является обеспечение всех рабочих мест и путей передвижения в подземной шахте достаточным количеством воздуха для разбавления до приемлемого уровня тех загрязняющих веществ, с которыми невозможно бороться никакими другими средствами. Там, где глубина и температура горных пород таковы, что температура воздуха становится чрезмерной, можно использовать механические системы охлаждения, чтобы дополнить благотворное влияние вентиляции.
Атмосфера шахты
Состав газовой оболочки, окружающей землю, варьируется от места к месту менее чем на 0.01 %, а состав «сухого» воздуха обычно принимается следующим образом: 78.09 % азота, 20.95 % кислорода, 0.93 % аргона и 0.03 % углекислого газа. Водяной пар также присутствует в различных количествах в зависимости от температуры и давления воздуха и наличия свободных поверхностей воды. При прохождении вентиляционного воздуха через шахту концентрация водяного пара может существенно изменяться, и это изменение является предметом отдельного психрометрического исследования. Чтобы определить состояние смеси водяного пара и сухого воздуха в конкретной точке, необходимы три измеримых независимых свойства: барометрическое давление, температуры сухого и влажного термометров.
Требования к вентиляции
Загрязняющими веществами, которые необходимо контролировать с помощью разбавляющей вентиляции, являются в первую очередь газы и пыль, хотя ионизирующее излучение, связанное с встречающимся в природе радоном, может создавать проблемы, особенно на урановых рудниках и там, где фоновые концентрации урана в вмещающих или прилегающих породах повышены. Количество воздуха, необходимого для контроля разбавления, будет зависеть как от мощности источника загрязнения, так и от эффективности других мер контроля, таких как использование воды для пылеподавления или системы дренажа метана в угольных шахтах. Минимальный расход разбавляющего воздуха определяется загрязнителем, требующим наибольшего количества разбавления, с должным учетом возможных аддитивных эффектов смесей и синергизма, когда одно загрязняющее вещество может усиливать действие другого. Это значение может быть переопределено требованием минимальной скорости воздуха, которая обычно составляет 0.25 м/с и увеличивается по мере повышения температуры воздуха.
Вентиляция дизельного оборудования
В механизированных шахтах, использующих передвижное оборудование, работающее на дизельном топливе, и при отсутствии непрерывного мониторинга газов, разбавление выхлопных газов используется для определения минимальных требований к вентиляционному воздуху там, где они работают. Требуемое количество воздуха обычно колеблется в пределах от 0.03 до 0.06 мXNUMX.3/с на кВт номинальной мощности в момент эксплуатации в зависимости от типа двигателя и от того, используется ли какая-либо система кондиционирования отработавших газов. Постоянное совершенствование технологий производства топлива и двигателей обеспечивает более низкие выбросы двигателей, в то время как каталитические нейтрализаторы, мокрые скрубберы и керамические фильтры могут еще больше снизить выходящие концентрации угарного газа/альдегидов, оксидов азота и дизельных частиц соответственно. Это помогает соблюдать все более строгие ограничения по содержанию загрязняющих веществ без значительного увеличения степени разбавления выхлопных газов. Минимально возможный предел разбавления 0.02 м3/с на кВт определяется выбросами углекислого газа, которые пропорциональны мощности двигателя и не зависят от кондиционирования выхлопных газов.
Дизельные двигатели примерно на одну треть эффективнее преобразуют энергию, доступную в топливе, в полезную мощность, и большая часть ее затем используется для преодоления трения, в результате чего выход тепла примерно в три раза превышает выходную мощность. Даже при подъеме породы на грузовике по склону полезная работа составляет всего около 10% энергии, доступной в топливе. Более мощные дизельные двигатели используются в более крупном мобильном оборудовании, для безопасной работы которого требуются большие земляные работы. С учетом нормальных клиренсов транспортных средств и типичной степени разбавления дизельных выхлопных газов
0.04 м3/с на кВт, минимальные скорости воздуха при работе дизелей составляют в среднем около 0.5 м/с.
Вентиляция различных методов добычи
Хотя установка общих требований к количеству воздуха неуместна там, где доступна или возможна подробная информация о планировании шахт и вентиляции, они поддерживают критерии, используемые для проектирования. Отклонения от нормальных значений, как правило, можно объяснить и обосновать, например, в шахтах с проблемами тепла или радона. Общие отношения таковы:
Количество шахт = αt + β
где t — годовая производительность в миллионах тонн в год (Мт/год), α — переменный коэффициент количества воздуха, который напрямую связан с производительностью, а β — постоянное количество воздуха, необходимое для вентиляции инфраструктуры шахты, такой как система обработки руды. Типичные значения α приведены в таблице 1.
Таблица 1. Коэффициенты расчетного количества воздуха
Способ добычи |
α (коэффициент количества воздуха m3/с/млн тонн в год) |
Блок-спелеотуризм |
50 |
Комнатно-столбовая (калийная) |
75 |
Обрушение подуровней |
120 |
Открытая остановка |
|
Механизированная выемка и засыпка |
320 |
Немеханизированная добыча |
400 |
Постоянное количество воздуха β в основном зависит от системы обработки руды и, в некоторой степени, от общей производительности шахты. Для рудников, где горная порода транспортируется по склону с помощью дизельных самосвалов или отсутствует дробление добытой породы, подходящим значением β является 50 м.3/с. Обычно она увеличивается до 100 м.3/с при использовании подземных дробилок и скиповых подъемов с подземными площадками обслуживания. По мере расширения системы обработки руды (т. е. с использованием конвейеров или других систем транспортировки руды) β может увеличиться до 50 %. На очень больших шахтах, где используются многоствольные системы, постоянное количество воздуха β также кратно количеству требуемых шахтных систем.
Требования к охлаждению
Расчетные тепловые условия
Обеспечение подходящих тепловых условий для минимизации опасностей и неблагоприятных последствий теплового стресса может потребовать механического охлаждения в дополнение к вентиляции, необходимой для контроля загрязняющих веществ. Хотя приложенный тепловой стресс является сложной функцией климатических переменных и физиологических реакций на них, с практической точки зрения на горную промышленность наибольшее влияние оказывают скорость воздуха и температура по влажному термометру. Это иллюстрируется мощностями воздушного охлаждения с поправкой на одежду (Вт/м2) приведены в таблице 2. Под землей радиационная температура принимается равной температуре по сухому термометру и на 10 °С выше температуры по влажному термометру. Барометрическое давление и режим одежды типичны для подземных работ (т. е. 110 кПа и 0.52 единицы одежды).
Таблица 2. Мощность воздушного охлаждения с поправкой на одежду (Вт/м2)
Скорость воздуха (м / с) |
Температура смоченного термометра (°C) |
|||||
20.0 |
22.5 |
25.0 |
27.5 |
30.0 |
32.5 |
|
0.1 |
176 |
153 |
128 |
100 |
70 |
37 |
0.25 |
238 |
210 |
179 |
145 |
107 |
64 |
0.5 |
284 |
254 |
220 |
181 |
137 |
87 |
1.0 |
321 |
290 |
254 |
212 |
163 |
104 |
Скорость воздуха 0.1 м/с отражает эффект естественной конвекции (т. е. полное отсутствие ощутимого потока воздуха). Скорость воздуха 0.25 м/с является минимально допустимой в горнодобывающей промышленности, а 0.5 м/с потребуется, если температура по влажному термометру превышает 25 °C. Что касается достижения теплового равновесия, метаболическое тепло, возникающее в результате типичной скорости работы, составляет: отдых, 50 Вт / м2; легкая работа, от 115 до 125 Вт/м2, средняя работа, от 150 до 175 Вт/м2; и тяжелая работа, от 200 до 300 Вт/м2. Условия проектирования для конкретного применения в шахте будут определяться на основе детального исследования оптимизации. Как правило, оптимальная температура по влажному термометру составляет от 27.5 °C до 28.5 °C, при этом более низкие температуры применимы к менее механизированным операциям. Производительность труда снижается, а риск заболеваний, связанных с перегревом, значительно возрастает, когда температура по влажному термометру превышает 30.0 °C, и работа обычно не должна продолжаться, когда температура по влажному термометру превышает 32.5 °C.
Тепловые нагрузки шахты
Холодильная нагрузка шахты – это тепловая нагрузка шахты за вычетом охлаждающей способности вентиляционного воздуха. Тепловая нагрузка шахты включает в себя эффекты автосжатия воздуха во всасывающих воздуховодах (преобразование потенциальной энергии в энтальпию при стекании воздуха в шахту), поступления тепла в шахту от окружающих горных пород, отвода тепла от разрушенная порода или вода из трещин до того, как они будут удалены из приемных или рабочих участков шахты, а также тепло, возникающее в результате работы любого оборудования, используемого в процессах дробления и транспортировки руды. Охлаждающая способность вентиляционного воздуха зависит как от расчетных тепловых условий окружающей среды на рабочих местах, так и от реальных климатических условий на поверхности.
Хотя относительный вклад каждого источника тепла в общее количество зависит от конкретного места, автокомпрессия обычно вносит основной вклад в размере от 35 до 50% от общего количества. По мере увеличения глубины горных работ автокомпрессия может привести к тому, что охлаждающая способность воздуха станет отрицательной, а подача большего количества воздуха приведет к увеличению холодильной нагрузки шахты. В этом случае количество подаваемой вентиляции должно быть минимальным, соответствующим требованиям контроля загрязнения, а для обеспечения производительных и безопасных условий труда требуется увеличение количества холода. Глубина горных работ, на которой становится необходимым охлаждение, будет зависеть в первую очередь от климатических условий на поверхности, расстояния, которое воздух проходит через впускные дыхательные пути до того, как он будет использован, и степени использования крупного оборудования (дизельного или электрического).
Системы первичной вентиляции
Сети
Системы или сети первичной вентиляции предназначены для обеспечения притока воздуха через сообщающиеся горные выработки. Общая вентиляционная сеть имеет узлы, где встречаются три или более дыхательных путей, ответвления, которые являются воздуховодами между соединениями, и сетки, которые представляют собой замкнутые пути, пересекаемые через сеть. Хотя большинство шахтных вентиляционных сетей разветвлены сотнями и даже тысячами ответвлений, количество основных приточных (ответвление между наземной и горной выработками) и возвратных или вытяжных (ответвление между выработкой и наземной) воздуховодов обычно не превышает десяти.
При большом количестве ответвлений в сети определение режима потока и установление общей потери давления не являются простыми задачами. Хотя многие из них представляют собой простые последовательные или параллельные схемы, которые могут быть решены алгебраически и точно, будут некоторые составные разделы, требующие итерационных методов со сходимостью до приемлемого допуска. Аналоговые компьютеры успешно использовались для сетевого анализа; однако они были заменены менее трудоемкими цифровыми методами, основанными на методе аппроксимации Харди-Кросса, разработанном для решения сетей потоков воды.
Сопротивление дыхательных путей и ударные потери
Сопротивление воздушному потоку туннеля или выработки шахты зависит от его размера и шероховатости поверхности, а результирующая потеря давления зависит от этого сопротивления и квадрата скорости воздуха. Добавляя энергию в систему, можно создать давление, которое затем преодолевает потери давления. Это может происходить естественным образом, когда энергия обеспечивается за счет тепла горных пород и других источников (естественная вентиляция). Хотя раньше это был основной метод обеспечения вентиляции, преобразуется только от 2 до 3% энергии, а жарким летом горная порода может фактически охлаждать всасываемый воздух, что приводит к реверсированию потока. В современных шахтах вентилятор обычно используется для подачи энергии воздушному потоку, который затем преодолевает потерю давления, хотя эффекты естественной вентиляции могут либо способствовать, либо замедлять его в зависимости от времени года.
Когда воздух обтекает поверхность, молекулы воздуха, непосредственно примыкающие к поверхности, находятся в состоянии покоя, а соседние скользят по покоящимся с сопротивлением, зависящим от вязкости воздуха. Градиент скорости формируется там, где скорость увеличивается с увеличением расстояния от поверхности. Пограничный слой, созданный в результате этого явления, и ламинарный подслой, также образующийся по мере развития пограничного слоя, оказывают сильное влияние на энергию, необходимую для продвижения потока. Как правило, шероховатость поверхности шахтных воздуховодов достаточно велика, чтобы «выпуклости» проходили через пограничный подслой. В этом случае воздуховод гидравлически шероховат, а сопротивление является функцией относительной шероховатости, т. е. отношения высоты шероховатости к диаметру воздуховода.
Большинство воздуховодов, разрабатываемых обычными буровзрывными методами, имеют высоту неровностей от 100 до 200 мм, и даже в очень «глыбовом» грунте средняя высота неровностей не превышает 300 мм. Там, где воздуховоды проходят с помощью сверлильных станков, высота шероховатости составляет от 5 до 10 мм и все еще считается гидравлически шероховатой. Шероховатость дыхательных путей можно уменьшить, выровняв их, хотя обычно это оправдано опорой на землю, а не снижением мощности, необходимой для циркуляции вентиляционного воздуха. Например, большой бетонный вал с шероховатостью 1 мм будет переходно шероховатым, а число Рейнольдса, которое представляет собой отношение сил инерции к силам вязкости, также будет влиять на сопротивление воздушному потоку.
На практике трудности с гладкой бетонной облицовкой такой большой шахты сверху вниз по мере ее погружения приводят к увеличению шероховатости и сопротивлению примерно на 50% выше, чем значения для гладкой поверхности.
При ограниченном числе воздухозаборных и возвратных воздуховодов между выработками и поверхностью в них приходится большая доля (от 70 до 90 %) общих потерь шахтного давления. Потери давления в дыхательных путях также зависят от того, есть ли какие-либо разрывы, вызывающие ударные потери, такие как изгибы, сокращения, расширения или какие-либо препятствия в дыхательных путях. Потери, возникающие в результате таких разрывов, как изгибы в дыхательные пути и из них, при выражении в терминах потерь, которые были бы произведены при эквивалентной длине прямых дыхательных путей, могут составлять значительную долю от общего количества и должны быть тщательно оценены, особенно при рассмотрении главных впусков и выхлопов. Потери в несплошностях зависят от величины отрыва пограничного слоя; это сводится к минимуму за счет предотвращения резких изменений площади.
Сопротивление дыхательных путей с препятствиями
Влияние препятствия на потери давления зависит от его коэффициента сопротивления и коэффициента заполнения, который представляет собой отношение площади закупорки объекта к площади поперечного сечения воздуховода. Потери, вызванные препятствиями, можно уменьшить, сведя к минимуму отрыв пограничного слоя и степень любого турбулентного следа за счет обтекания объекта. На коэффициенты лобового сопротивления влияет их форма и расположение в валу; сравнительные значения будут: I балка, 2.7; квадрат, 2.0; цилиндр, 1.2; удлиненный шестигранник, 0.6; и полностью оптимизированный, 0.4.
Даже при небольших коэффициентах заполнения и низких коэффициентах сопротивления, если препятствие регулярно повторяется, например, с балками, разделяющими подъемные отсеки в шахте, кумулятивный эффект на потери давления значителен. Например, сопротивление шахты, оснащенной полуобтекаемыми удлиненными шестигранными балками и коэффициентом заполнения 0.08, будет примерно в четыре раза выше, чем у шахты с бетонной футеровкой. Хотя стоимость материалов для более доступных прямоугольных полых профилей из конструкционной стали больше, чем для двутавровых балок, коэффициент сопротивления составляет около одной трети и легко оправдывает их применение.
Основной и вспомогательный вентиляторы
Для обеспечения циркуляции воздуха в шахтных вентиляционных системах используются как осевые, так и центробежные вентиляторы, при этом достигается эффективность вентиляторов более 80%. Выбор между осевым или центробежным вентилятором для основных шахтных вентиляторов зависит от стоимости, размера, давления, надежности, эффективности и любых изменений производительности. В шахтах, где отказ вентилятора может привести к опасным скоплениям метана, для обеспечения непрерывности вентиляции устанавливаются дополнительные вентиляторы. Там, где это не так критично и при двухвентиляторной установке, около двух третей шахтного воздушного потока будет продолжаться, если один вентилятор остановится. Вертикальные осевые вентиляторы, устанавливаемые над воздуховодами, имеют низкую стоимость, но их длина не превышает 300 м.3/с. Для больших объемов воздуха требуется несколько вентиляторов, которые подключаются к вытяжке воздуховодом и коленом.
Чтобы получить максимальную эффективность при разумных затратах, осевые вентиляторы используются для систем с низким давлением (менее 1.0 кПа), а центробежные вентиляторы - для систем с высоким давлением (более 3.0 кПа). Любой вариант подходит для промежуточных давлений. Там, где требуется надежность, например, при выхлопных газах со скоростями воздуха выше критического диапазона, а капли воды уносятся вверх и из системы, центробежный вентилятор обеспечит более надежный выбор. Критический диапазон скорости воздуха составляет от 7.5 м/с до 12.5 м/с, при котором капли воды могут оставаться во взвешенном состоянии в зависимости от их размера. В пределах этого диапазона количество взвешенной воды может увеличиваться и повышать давление в системе до тех пор, пока вентилятор не остановится. Это область, где часть воздуха рециркулирует вокруг лопастей, и работа вентилятора становится нестабильной. Хотя это нежелательно для любого типа вентилятора, вероятность отказа лопасти центробежного вентилятора значительно меньше, чем вероятность отказа осевой лопасти в этой области колебаний потока.
Редко требуется, чтобы главный вентилятор работал в одной и той же рабочей точке в течение всего срока службы шахты, поэтому желательны эффективные методы изменения производительности вентилятора. Хотя переменная скорость обеспечивает наиболее эффективную работу как осевых, так и центробежных вентиляторов, затраты, особенно на большие вентиляторы, высоки. Производительность осевого вентилятора можно изменять, регулируя угол наклона лопастей, и это может осуществляться либо при остановленном вентиляторе, либо, что значительно дороже, при его вращении. Закручивая воздух, поступающий в вентилятор, с помощью регулируемых входных лопаток, производительность центробежного вентилятора можно изменять во время его работы.
Эффективность центробежного вентилятора вдали от расчетной точки падает быстрее, чем у осевого вентилятора, и, если требуется высокая производительность в широком диапазоне рабочих точек и соответствующие давления, выбирается осевой вентилятор.
Системы вентиляции
Положение главного вентилятора в общей системе обычно находится на поверхности у вытяжного воздуховода. Основными причинами этого являются простота, когда всасывание часто представляет собой подъемную шахту, а выхлоп - отдельный воздуховод для единственного назначения, и минимизация тепловой нагрузки за счет исключения вентиляторов из впускных воздуховодов. Вентиляторы могут быть установлены на подъемных шахтах как в нагнетательном, так и в вытяжном режиме, с герметичным копром. Однако там, где рабочие, материалы или горная порода также входят в шахту или выходят из нее, существует вероятность утечки воздуха.
Двухтактные системы, в которых установлены как приточные, так и вытяжные вентиляторы, используются либо для снижения максимального давления в системе путем их разделения, либо для обеспечения очень небольшой разницы давлений между выработкой и поверхностью. Это относится к шахтам, использующим методы обрушения, где утечка через обрушенную область может быть нежелательной. При больших перепадах давления, несмотря на то, что утечка воздуха через зону обрушения обычно невелика, она может вызвать проблемы с перегревом, излучением или окислением на рабочих местах.
Подземные бустерные вентиляторы из-за ограниченного пространства почти всегда имеют осевой поток и используются для увеличения потока в более глубоких или более удаленных участках шахты. Их главный недостаток — возможность рециркуляции между выхлопом нагнетательного вентилятора и всасывающими воздушными путями. Обеспечивая усиление меньших воздушных потоков только там, где они необходимы, они могут привести к более низкому давлению основного вентилятора для полного воздушного потока шахты и, как следствие, к снижению общей требуемой мощности вентилятора.
Вторичная вентиляция
Вспомогательные системы
Вторичные системы вентиляции требуются там, где сквозная вентиляция невозможна, например, в выработках. Возможны четыре схемы, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Ассоциация форсирующая система приводит к тому, что самый холодный и свежий воздух достигает лица и позволяет использовать более дешевый гибкий воздуховод. Высокая скорость воздуха, выходящего из конца приточного канала, создает струю, которая захватывает дополнительный воздух и помогает смывать загрязнения с поверхности и обеспечивать приемлемую скорость набегания. Его основной недостаток заключается в том, что остальная часть выработки проветривается воздухом, загрязненным газами и пылью, образующимися при добыче полезных ископаемых в забое. Это особенно проблема после взрывных работ, когда время безопасного повторного входа увеличивается.
An вытяжная система позволяет удалить все загрязняющие вещества с лицевой стороны и поддерживает остальную часть напора во всасываемом воздухе. Недостатки заключаются в том, что поток тепла от окружающей породы и испарение влаги приведут к повышению температуры воздуха на входе в забой; операции в проходке от забоя, такие как удаление породы с использованием дизельного оборудования, будут загрязнять всасываемый воздух; не создается воздушная струя для обметания лица; и требуется более дорогой воздуховод, способный выдерживать отрицательное давление.
В одном из выхлопно-перекрывающаяся система проблема очистки забоя воздушной струей решается установкой меньшего вентилятора и воздуховода (перекрытия). В дополнение к дополнительным затратам недостатком является то, что нахлест необходимо опережать лицевой стороной.
В реверсивная система, режим принудительной вентиляции используется, за исключением периода подрыва и периода повторного входа после подрыва, когда происходит реверсирование воздушного потока. Его основное применение - проходка стволов, где время повторного входа в глубокие стволы может быть непомерно высоким, если использовалась только система нагнетания. Реверсирование воздуха может быть достигнуто либо с помощью заслонок на входе и выходе вентилятора, либо с помощью особенностей осевых вентиляторов, в которых изменение направления вращения лопастей приводит к реверсированию потока, при этом около 60 % нормального расхода приходится на доставлен.
Вентиляторы и воздуховоды
Вентиляторы, используемые для вторичной вентиляции, являются почти исключительно осевыми. Для достижения высокого давления, необходимого для прохождения воздуха через воздуховоды большой длины, можно использовать несколько вентиляторов с крыльчатками, вращающимися в противоположных направлениях или в одном направлении. Утечка воздуха является самой большой проблемой в системах вспомогательных вентиляторов и воздуховодов, особенно на больших расстояниях. Жесткие воздуховоды, изготовленные из оцинкованной стали или стекловолокна, при установке с прокладками имеют достаточно низкую утечку и могут использоваться для разработки выработок длиной до нескольких километров.
Гибкие воздуховоды значительно дешевле в покупке и проще в установке; однако утечка в муфтах и легкость их разрыва при контакте с мобильным оборудованием приводят к гораздо более высоким потерям воздуха. Практические пределы разработки с использованием гибких воздуховодов редко превышают 1.0 км, хотя они могут быть увеличены за счет использования воздуховодов большей длины и обеспечения достаточных зазоров между воздуховодом и мобильным оборудованием.
Вентиляция
Для подачи вентиляционного воздуха в места, где может работать персонал, используются как сквозная вентиляция, так и вспомогательные вентиляторные и воздуховодные системы. Регуляторы вентиляции используются для направления воздуха на рабочее место и минимизации короткого замыкания или потери воздуха между впускными и вытяжными воздушными путями.
Переборка используется для остановки потока воздуха через соединительный туннель. Материалы конструкции будут зависеть от разницы давлений и от того, будут ли они подвержены ударным волнам от взрыва. Гибкие завесы, прикрепленные к окружающим поверхностям горных пород, подходят для приложений с низким давлением, таких как разделение впускных и возвратных воздуховодов в камерно-столбовой панели, разрабатываемой комбайном непрерывного действия. Деревянные и бетонные переборки подходят для приложений с более высоким давлением и могут иметь тяжелый резиновый клапан, который может открываться, чтобы свести к минимуму любые повреждения от взрыва.
Вентиляционная дверь необходима там, где требуется пешеходный или автомобильный проход. На материалы конструкции, механизм открывания и степень автоматизации влияет перепад давления и частота открывания и закрывания. Для приложений с высоким давлением могут быть установлены две или даже три двери для создания воздушных пробок и уменьшения утечек и потерь всасываемого воздуха. Чтобы облегчить открытие дверей воздушного шлюза, они обычно содержат небольшую раздвижную секцию, которая открывается первой, чтобы обеспечить выравнивание давления с обеих сторон открываемой двери.
Регулятор используется там, где количество воздуха, проходящего через туннель, должно быть уменьшено, а не полностью остановлено, а также там, где доступ не требуется. Регулятор представляет собой переменное отверстие, и, изменяя площадь, можно также изменить количество воздуха, проходящего через него. Откидная доска - один из самых простых типов, где бетонный каркас поддерживает каналы, в которые можно помещать (сбрасывать) деревянные доски и варьировать открытую площадку. Другие типы, такие как жалюзи-бабочки, могут быть автоматизированы и управляться дистанционно. На верхних уровнях в некоторых открытых запорных системах может потребоваться нечастый доступ через регуляторы, а гибкие панели с горизонтальной жесткостью можно просто поднять или опустить, чтобы обеспечить доступ при минимальных повреждениях от взрыва. Даже груды битой породы использовались для увеличения сопротивления на участках уровня, где временно не ведется добыча полезных ископаемых.
Системы охлаждения и охлаждения
Первая шахтная холодильная система была установлена в Морро-Велью, Бразилия, в 1919 году. С этого момента рост мировой мощности был линейным и составлял около 3 мегаватт холода (МВР) в год до 1965 года, когда общая мощность достигла примерно 100 МВт. . С 1965 года мощность росла экспоненциально, удваиваясь каждые шесть или семь лет. На развитие шахтного охлаждения повлияла как индустрия кондиционирования воздуха, так и трудности работы с динамической горнодобывающей системой, в которой загрязнение поверхностей теплообменника может иметь серьезные последствия для количества обеспечиваемого охлаждения.
Первоначально холодильные установки были установлены на поверхности, и воздух, поступающий в шахту, охлаждался. По мере увеличения расстояния под землей от наземной установки охлаждающий эффект снижался, и холодильные установки перемещались под землю ближе к выработкам.
Ограничения возможности отвода тепла под землей и простота наземных установок привели к возврату к наземному расположению. Однако в дополнение к охлаждению всасываемого воздуха теперь под землю подается и охлажденная вода. Ее можно использовать в устройствах воздушного охлаждения, расположенных рядом с рабочими зонами, или в качестве технической воды, используемой в буровых установках и для пылеподавления.
Оборудование холодильной установки
Парокомпрессионные холодильные установки используются исключительно для шахт, а центральным элементом наземной установки является компрессор. Мощность отдельных установок может варьироваться от 5 МВт до более 100 МВт и, как правило, требует многокомпрессорных систем центробежной или объемной винтовой конструкции. Аммиак обычно является хладагентом, выбираемым для наземной установки, а подходящий галоидоуглерод используется под землей.
Теплота, необходимая для конденсации хладагента после сжатия, отводится в атмосферу, и, чтобы свести к минимуму мощность, необходимую для обеспечения охлаждения шахты, она поддерживается на минимальном практически возможном уровне. Температура по влажному термометру всегда меньше или равна температуре по сухому термометру, и, следовательно, неизменно выбираются системы отвода влажного тепла. Хладагент может конденсироваться в кожухотрубном или пластинчато-рамном теплообменнике с использованием воды, а тепло извлекаться и затем выбрасываться в атмосферу в градирне. В качестве альтернативы два процесса можно объединить с помощью испарительного конденсатора, в котором хладагент циркулирует по трубам, по которым всасывается воздух и распыляется вода. Если холодильная установка установлена под землей, отработанный шахтный воздух используется для отвода тепла, если только вода из конденсатора не откачивается на поверхность. Эксплуатация подземного завода ограничена количеством доступного воздуха и более высокой температурой по влажному термометру под землей по сравнению с температурой на поверхности.
После прохождения сконденсированного хладагента через расширительный клапан испарение низкотемпературной смеси жидкости и газа завершается в другом теплообменнике, который охлаждает и обеспечивает охлажденную воду. В свою очередь, он используется как для охлаждения всасываемого воздуха, так и в качестве холодной технической воды, подаваемой в шахту. Контакт между водой, вентиляционным воздухом и шахтой снижает качество воды и увеличивает загрязнение теплообменника. Это увеличивает сопротивление тепловому потоку. Там, где это возможно, этот эффект сводится к минимуму за счет выбора оборудования с большой площадью поверхности со стороны воды, которую легко чистить. Наземные и подземные распылительные камеры и градирни используются для обеспечения более эффективного прямого контактного теплообмена между охлаждаемым воздухом и охлажденной водой. Охлаждающие змеевики, разделяющие потоки воздуха и воды, засоряются пылью и дизельными частицами, и их эффективность быстро снижается.
Системы рекуперации энергии могут использоваться для компенсации затрат на откачку воды обратно из шахты, и тарельчатые колеса хорошо подходят для этого применения. Использование холодной воды в качестве технической воды помогло обеспечить охлаждение везде, где ведется добыча полезных ископаемых; его использование значительно повысило эффективность шахтных систем охлаждения.
Ледяные системы и точечные охладители
Холодопроизводительность 1.0 л/с охлажденной воды, подаваемой под землю, составляет от 100 до 120 кВтР. В шахтах, где требуется большое количество холода под землей на глубине более 2,500 м, затраты на циркуляцию охлажденной воды могут оправдать замену ее льдом. При учете скрытой теплоты плавления льда охлаждающая способность каждого 1.0 л/с увеличивается примерно в четыре раза, что снижает массу воды, которую необходимо откачивать из шахты обратно на поверхность. Снижение мощности насоса в результате использования льда для транспортировки холода компенсирует увеличение мощности холодильной установки, необходимой для производства льда, и невозможность рекуперации энергии.
Разработка обычно представляет собой добычу полезных ископаемых с самыми высокими тепловыми нагрузками по отношению к количеству воздуха, доступного для вентиляции. Это часто приводит к тому, что температура на рабочей площадке значительно выше, чем при других горнодобывающих работах в той же шахте. Там, где применение охлаждения является пограничной проблемой для шахты, точечные охладители, специально предназначенные для промысловой вентиляции, могут отсрочить его общее применение. Точечный охладитель — это, по сути, миниатюрная подземная холодильная установка, в которой тепло отводится в воздух, возвращаемый из выработки, и обычно обеспечивает охлаждение от 250 до 500 кВтР.
Мониторинг и чрезвычайные ситуации
Обследования вентиляции, включающие измерения расхода воздуха, загрязнителей и температуры, проводятся на регулярной основе, чтобы соответствовать как законодательным требованиям, так и обеспечивать постоянную оценку эффективности используемых методов управления вентиляцией. Там, где это целесообразно, важные параметры, такие как работа главного вентилятора, постоянно контролируются. Возможна некоторая степень автоматического управления, когда критический загрязнитель постоянно контролируется, и, если заранее установленный предел превышен, могут быть подсказаны корректирующие действия.
Более подробные исследования барометрического давления и температуры проводятся реже и используются для подтверждения сопротивления дыхательных путей и для помощи в планировании расширения существующих операций. Эту информацию можно использовать для настройки сопротивления моделирования сети и отражения фактического распределения воздушного потока. Также можно моделировать системы охлаждения и анализировать измерения расхода и температуры для определения фактической производительности оборудования и отслеживания любых изменений.
Чрезвычайными ситуациями, которые могут повлиять на систему вентиляции или быть затронуты ею, являются пожары в шахтах, внезапные выбросы газа и перебои в подаче электроэнергии. Пожары и выбросы рассматриваются в других разделах этой главы, а перебои в подаче электроэнергии возникают только в глубоких шахтах, где температура воздуха может повышаться до опасного уровня. Обычно в этих условиях устанавливают резервный вентилятор с дизельным двигателем, чтобы обеспечить небольшой поток воздуха через шахту. Как правило, когда под землей возникает чрезвычайная ситуация, такая как пожар, лучше не мешать вентиляции, пока персонал, знакомый с нормальным потоком воздуха, все еще находится под землей.
Источники света в горнодобывающей промышленности
В 1879 году была запатентована практичная лампа накаливания. В результате свет больше не зависел от источника топлива. Со времени открытия Эдисона в знаниях об освещении было сделано много поразительных прорывов, в том числе некоторые из них применительно к подземным шахтам. Каждый из них имеет присущие преимущества и недостатки. В таблице 1 перечислены типы источников света и сопоставлены некоторые параметры.
Таблица 1. Сравнение шахтных источников света
Тип источника света |
Приблизительная яркость |
Средний номинальный срок службы (ч) |
источник постоянного тока |
Ориентировочная начальная эффективность, лм·Вт-1 |
Цветопередача |
Вольфрамовая нить |
105 в 107 |
750 - 1,000 |
Да |
5 - 30 |
Прекрасно |
Лампа накаливания |
2 × 107 |
5 - 2,000 |
Да |
28 |
Прекрасно |
Флуоресцентный |
5 × 104 до 2 × 105 |
500 - 30,000 |
Да |
100 |
Прекрасно |
Пары ртути |
105 в 106 |
16,000 - 24,000 |
Да с ограничениями |
63 |
Средняя |
Металлогалогенные |
5 × 106 |
10,000 - 20,000 |
Да с ограничениями |
125 |
Хорошо |
Натрий высокого давления |
107 |
12,000 - 24,000 |
Не рекомендуется |
140 |
Хорошая |
Натрий низкого давления |
105 |
10,000 - 18,000 |
Не рекомендуется |
183 |
Не очень |
cd = кандела, DC = постоянный ток; лм = люмен.
Ток для питания источников света может быть как переменным (AC), так и постоянным (DC). В стационарных источниках света почти всегда используется переменный ток, тогда как в переносных источниках, таких как цокольные лампы и фары подземных транспортных средств, используется батарея постоянного тока. Не все типы источников света подходят для постоянного тока.
Фиксированные источники света
Наиболее распространены лампы накаливания с вольфрамовой нитью, часто с матовой колбой и экраном для уменьшения бликов. Люминесцентная лампа является вторым наиболее распространенным источником света, и ее легко отличить по трубчатой конструкции. Круглые и U-образные конструкции компактны и подходят для горнодобывающей промышленности, поскольку районы добычи часто находятся в стесненных условиях. Вольфрамовая нить и люминесцентные источники используются для освещения таких разнообразных подземных выработок, как шахтные станции, конвейеры, проезды, столовые, зарядные станции, топливные отсеки, ремонтные базы, склады, инструментальные цеха и дробильные станции.
Тенденция в шахтном освещении заключается в использовании более эффективных источников света. Это четыре источника разряда высокой интенсивности (HID), называемые парами ртути, галогенидом металла, натрием высокого давления и натрием низкого давления. Каждому требуется несколько минут (от одной до семи), чтобы выйти на полную светоотдачу. Кроме того, если питание лампы пропало или отключилось, трубку дуги необходимо охладить, прежде чем дуга сможет зажечься и лампа снова зажжется. (Однако в случае натриевых (Sox) ламп низкого давления повторный зажигание происходит почти мгновенно.) Их спектральное распределение энергии отличается от распределения естественного света. Ртутные лампы дают голубовато-белый свет, тогда как натриевые лампы высокого давления дают желтоватый свет. Если цветовая дифференциация важна при подземных работах (например, при использовании газовых баллонов с цветовой маркировкой для сварки, чтении цветных знаков, подключении электропроводки или сортировке руды по цвету), необходимо уделить внимание свойствам цветопередачи источник. Цвета поверхности объектов будут искажены при освещении натриевой лампой низкого давления. В таблице 1 приведены сравнения цветопередачи.
Мобильные источники света
Поскольку рабочие места часто разбросаны как по горизонтали, так и по вертикали, а на этих рабочих местах постоянно проводятся взрывные работы, стационарные установки часто считаются непрактичными из-за затрат на установку и обслуживание. Во многих шахтах цокольная лампа с батарейным питанием является наиболее важным единственным источником света. Хотя люминесцентные цокольные лампы используются, в большинстве цокольных ламп используются цокольные лампы с вольфрамовой нитью накаливания, работающие от батарей. Аккумуляторы свинцово-кислотные или никель-кадмиевые. Миниатюрная вольфрамово-галогенная лампа часто используется для шапочного фонаря шахтера. Маленькая лампочка позволяет легко сфокусировать луч. Газообразный галоген, окружающий нить накала, предотвращает выкипание материала вольфрамовой нити, что предотвращает почернение стенок лампы. Лампа также может гореть горячее и, следовательно, ярче.
Для освещения мобильных транспортных средств чаще всего используются лампы накаливания. Они не требуют специального оборудования, недороги и легко заменяются. Лампы с параболическим алюминиевым отражателем (PAR) используются в качестве фар на транспортных средствах.
Стандарты шахтного освещения
Страны с хорошо развитой подземной горнодобывающей промышленностью обычно весьма специфичны в своих требованиях относительно того, что представляет собой безопасная система шахтного освещения. Это особенно верно для шахт, из выработок которых выделяется метан, обычно из угольных шахт. Газ метан может воспламениться и вызвать подземный взрыв с разрушительными последствиями. Следовательно, любые светильники должны быть спроектированы либо как «искробезопасные», либо как «взрывозащищенные». Искробезопасный источник света - это источник, в котором ток, питающий свет, имеет очень небольшую энергию, поэтому любое короткое замыкание в цепи не вызовет искры, которая может воспламенить газообразный метан. Чтобы лампа была взрывозащищенной, любой взрыв, вызванный электрической активностью лампы, находится внутри устройства. Кроме того, само устройство не станет настолько горячим, чтобы вызвать взрыв. Лампа дороже, тяжелее, с металлическими деталями, как правило, из литья. У правительств обычно есть испытательные лаборатории, чтобы удостовериться, можно ли классифицировать лампы для использования в загазованной шахте. Натриевая лампа низкого давления не может быть сертифицирована, поскольку натрий в лампе может воспламениться, если лампа сломается и натрий соприкоснется с водой.
Страны также законодательно устанавливают стандарты количества света, необходимого для различных задач, но законодательство сильно различается в отношении количества света, которое должно быть размещено на различных рабочих местах.
Руководства по освещению шахт также предоставляются международными организациями, занимающимися вопросами освещения, такими как Общество инженеров по освещению (IES) и Международная комиссия по освещению (CIE). CIE подчеркивает, что качество света, получаемого глазом, так же важно, как и его количество, и предлагает формулы для определения того, могут ли блики влиять на зрительную работоспособность.
Влияние освещения на несчастные случаи, производство и здоровье
Можно было бы ожидать, что лучшее освещение уменьшит количество несчастных случаев, увеличит производительность и снизит опасность для здоровья, но обосновать это непросто. Прямое влияние освещения на эффективность и безопасность подземных работ трудно измерить, поскольку освещение является лишь одной из многих переменных, влияющих на производительность и безопасность. Имеются хорошо задокументированные данные, свидетельствующие о том, что дорожно-транспортные происшествия уменьшаются с улучшением освещения. Аналогичная корреляция была отмечена на фабриках. Однако сама природа добычи полезных ископаемых диктует, что рабочая зона постоянно меняется, поэтому в литературе можно найти очень мало сообщений, касающихся несчастных случаев на шахтах с молнией, и эта область исследований остается в значительной степени неисследованной. Расследования несчастных случаев показывают, что плохое освещение редко является основной причиной подземных аварий, но часто является сопутствующим фактором. Хотя условия освещения играют определенную роль во многих несчастных случаях на шахтах, они имеют особое значение при авариях, связанных с падением грунта, поскольку из-за плохого освещения легко пропустить опасные условия, которые в противном случае можно было бы исправить.
До начала двадцатого века горняки обычно страдали нистагмом глазного заболевания, от которого не было известного лекарства. Нистагм вызывал неконтролируемые колебания глазных яблок, головные боли, головокружение и потерю ночного зрения. Это было вызвано работой при очень низком уровне освещения в течение длительного периода времени. Шахтеры были особенно восприимчивы, так как очень мало света, падающего на уголь, отражается. Этим шахтерам часто приходилось лежать на боку при работе с низким содержанием угля, что также могло способствовать заболеванию. С введением в шахтах электрических цоколей нистагм у шахтеров исчез, что устранило важнейшую опасность для здоровья, связанную с подземным освещением.
Благодаря недавним технологическим достижениям в области новых источников света возродился интерес к освещению и здоровью. Теперь можно иметь уровни освещения в шахтах, которые раньше было бы чрезвычайно сложно достичь. Основная проблема - это блики, но также высказывались опасения по поводу радиометрической энергии, излучаемой огнями. Радиометрическая энергия может воздействовать на рабочих, воздействуя непосредственно на клетки на поверхности кожи или вблизи нее, или вызывая определенные реакции, такие как биологические ритмы, от которых зависит физическое и психическое здоровье. Источник света HID все еще может работать, даже если стеклянная оболочка, содержащая источник, треснула или сломалась. В этом случае рабочие могут подвергаться опасности получения доз, превышающих пороговые значения, особенно потому, что эти источники света часто нельзя устанавливать очень высоко.
Защита головы
В большинстве стран горняки должны быть обеспечены и должны носить защитные шапки или головные уборы, одобренные в юрисдикции, в которой работает шахта. Шляпы отличаются от кепок тем, что у них полные поля, а не только передний козырек. Преимущество этого заключается в сбросе воды в шахтах, которые очень влажные. Однако это не позволяет использовать боковые прорези для установки средств защиты органов слуха, фонариков и лицевых щитков для сварки, резки, шлифовки, зачистки и зачистки или других принадлежностей. Головные уборы составляют очень небольшой процент средств защиты головы, которые носят в шахтах.
Кепка или шапка в большинстве случаев будут снабжены кронштейном для лампы и держателем шнура, чтобы можно было установить шахтерскую шапочную лампу.
Традиционная шахтерская кепка имеет очень низкий профиль, что значительно снижает склонность шахтера ударяться головой в угольных шахтах с низкими пластами. Однако в шахтах, где достаточно места над головой, низкий профиль бесполезен. Кроме того, это достигается за счет уменьшения зазора между макушкой кепки и черепом пользователя, так что эти типы кепок редко соответствуют высшим стандартам защиты головы от ударов в промышленности. В юрисдикциях, где стандарты применяются, традиционная шахтерская шапка уступает место обычной промышленной защите головы.
Стандарты промышленной защиты головы очень мало изменились с 1960-х годов. Однако в 1990-х годах бум средств защиты головы для отдыха, таких как хоккейные шлемы, велосипедные шлемы и т. д., высветил то, что считается неадекватным в промышленной защите головы, в первую очередь отсутствие защиты от бокового удара и отсутствие возможностей удержания в событие удара. Таким образом, возникло давление с целью повышения стандартов промышленной защиты головы, и в некоторых юрисдикциях это уже произошло. Защитные колпачки с вкладышами из пеноматериала и, возможно, храповые подвески и/или подбородочные ремни в настоящее время появляются на промышленном рынке. Они не получили широкого признания среди пользователей из-за более высокой стоимости и веса, а также их меньшего комфорта. Однако по мере того, как новые стандарты все более широко закрепляются в трудовом законодательстве, в горнодобывающей отрасли, вероятно, появится новый вид ограничений.
Колпачковые лампы
На участках шахты, где постоянное освещение не установлено, фонарь на шапке шахтера необходим, чтобы шахтер мог двигаться и работать эффективно и безопасно. Основные требования к цокольной лампе заключаются в том, чтобы она была прочной, с ней было легко работать руками в перчатках, чтобы она обеспечивала достаточную светоотдачу в течение всей рабочей смены (до уровня освещенности, требуемого местным законодательством) и была максимально легкой без пожертвовать любым из вышеперечисленных параметров производительности.
В последние годы галогенные лампы в значительной степени заменили лампы накаливания с вольфрамовой нитью накаливания. Это привело к повышению уровня освещенности в три-четыре раза, что позволяет соблюдать минимальные стандарты освещенности, требуемые законодательством, даже в конце продолжительной рабочей смены. Аккумуляторная технология также играет важную роль в производительности лампы. Свинцово-кислотные батареи по-прежнему преобладают в большинстве приложений для горнодобывающей промышленности, хотя некоторые производители успешно внедрили никель-кадмиевые (никель-кадмиевые) батареи, которые могут обеспечить те же характеристики при меньшем весе. Однако надежность, долговечность и проблемы с обслуживанием по-прежнему отдают предпочтение свинцово-кислотным батареям и, вероятно, объясняют их продолжающееся доминирование.
В дополнение к своей основной функции обеспечения освещения, цокольный фонарь и аккумулятор недавно были интегрированы в системы связи безопасности в шахтах. Радиоприемники и схемы, встроенные в крышку батарейного отсека, позволяют горнякам получать сообщения, предупреждения или инструкции по эвакуации с помощью радиопередачи на очень низкой частоте (ОНЧ), а также позволяют им узнавать о входящем сообщении посредством включения/выключения мигания индикатора. колпачковая лампа.
Такие системы все еще находятся в зачаточном состоянии, но у них есть потенциал, чтобы обеспечить прогресс в возможностях раннего предупреждения по сравнению с традиционными системами дурнопахнущих газов в тех шахтах, где можно спроектировать и установить систему радиосвязи ОНЧ.
Защита глаз и лица
Большинство горнодобывающих предприятий по всему миру имеют обязательные программы защиты глаз, которые требуют, чтобы горняк носил защитные очки, защитные очки, защитные маски или полнолицевой респиратор, в зависимости от выполняемых операций и комбинации опасностей, которым подвергается шахтер. Для большинства операций по добыче полезных ископаемых защитные очки с боковыми щитками обеспечивают достаточную защиту. Пыль и грязь во многих горнодобывающих средах, особенно при добыче твердых пород, могут быть очень абразивными. Это вызывает появление царапин и быстрый износ защитных очков с пластиковыми (поликарбонатными) линзами. По этой причине во многих шахтах по-прежнему разрешено использовать стеклянные линзы, даже если они не обладают ударопрочностью и устойчивостью к разрушению, обеспечиваемой поликарбонатами, и даже если они могут не соответствовать действующему стандарту защитных очков в конкретной юрисдикции. Продолжается прогресс как в обработке против запотевания, так и в обработке поверхности для упрочнения пластиковых линз. Те виды обработки, которые изменяют молекулярную структуру поверхности линзы, а не просто наносят пленку или покрытие, как правило, более эффективны и долговечны и могут заменить стекло в качестве предпочтительного материала для линз в условиях абразивной горнодобывающей промышленности.
Защитные очки не носят часто под землей, если конкретная операция не представляет опасности разбрызгивания химикатов.
Лицевой щиток можно надевать, если горняку требуется полная защита лица от сварочных брызг, остатков шлифовки или других крупных летящих частиц, которые могут образовываться при резке, скалывании или скалывании. Защитная маска может быть специальной, например, при сварке, или может быть изготовлена из прозрачного акрила или поликарбоната. Хотя лицевые щитки могут быть оснащены собственными ремнями безопасности, при добыче полезных ископаемых они обычно устанавливаются в дополнительные гнезда в защитном колпаке шахтера. Лицевые щитки сконструированы таким образом, что их можно быстро и легко откинуть вверх для наблюдения за работой и вниз над лицом для защиты при выполнении работы.
Полнолицевой респиратор можно носить для защиты лица, когда также требуется защита органов дыхания от вещества, раздражающего глаза. Такие операции чаще встречаются при надземной добыче полезных ископаемых, чем при самой подземной добыче полезных ископаемых.
Защита дыхательных путей
Наиболее часто необходимой защитой органов дыхания при добыче полезных ископаемых является защита от пыли. Угольную пыль, как и большинство другой пыли из окружающей среды, можно эффективно отфильтровать с помощью недорогой противопылевой маски на четверть лица. Эффективен тип, в котором используется эластомерная крышка для носа/рота и сменные фильтры. Формованные одноразовые респираторы с волокнистыми чашечками неэффективны.
Сварка, газопламенная резка, использование растворителей, обращение с топливом, взрывные работы и другие операции могут привести к образованию переносимых по воздуху загрязняющих веществ, которые требуют использования респираторов с двойным картриджем для удаления комбинаций пыли, тумана, дыма, органических паров и кислых газов. В этих случаях необходимость защиты горняка будет указана путем измерения загрязняющих веществ, обычно выполняемого на месте, с использованием детекторных трубок или портативных приборов. Соответствующий респиратор надевается до тех пор, пока система шахтной вентиляции не очистит загрязнение или не уменьшит его до приемлемого уровня.
Для некоторых типов твердых частиц, встречающихся в шахтах, таких как волокна асбеста, обнаруженные в асбестовых шахтах, угольная мелочь, образующаяся при добыче длинными забоями, и радионуклиды, обнаруженные при добыче урана, может потребоваться использование респиратора с положительным давлением, оснащенного высокоэффективным абсолютом твердых частиц (HEPA). фильтр. Этому требованию соответствуют респираторы с принудительной очисткой воздуха (PAPR), которые подают отфильтрованный воздух в капюшон, плотно прилегающую лицевую часть или встроенную лицевую часть шлема.
Защита слуха
Подземные транспортные средства, механизмы и электроинструменты генерируют высокий уровень окружающего шума, который может нанести долговременный вред человеческому слуху. Защита обычно обеспечивается защитными наушниками типа наушников, которые устанавливаются в прорези на шапке шахтера. Дополнительную защиту можно обеспечить, надев беруши из пеноматериала с закрытыми порами в сочетании с наушниками. Беруши, будь то одноразовые пенопластовые ячейки или многоразовые эластомерные, могут использоваться сами по себе, либо из-за предпочтений, либо потому, что прорезь для аксессуаров используется для ношения лицевого щитка или другого аксессуара.
Защита кожи
Некоторые операции по добыче полезных ископаемых могут вызвать раздражение кожи. По возможности при таких операциях надевают рабочие перчатки, а для дополнительной защиты предусмотрены защитные кремы, особенно когда перчатки нельзя носить.
Защита ног
Горный рабочий ботинок может быть кожаным или резиновым, в зависимости от того, сухая или влажная шахта. Минимальные защитные требования к ботинкам включают полную защиту от проколов подошвы с композитным наружным слоем для предотвращения скольжения, стальной носок и защиту плюсневой кости. Хотя эти основные требования не менялись в течение многих лет, были достигнуты успехи в их удовлетворении в ботинках, которые стали гораздо менее громоздкими и гораздо более удобными, чем ботинки, выпущенные несколько лет назад. Например, плюсневые щитки теперь доступны из формованного волокна, заменяя стальные обручи и седла, которые когда-то были обычным явлением. Они обеспечивают эквивалентную защиту при меньшем весе и меньшем риске споткнуться. Колодки (формы стопы) стали более анатомически правильными, а энергопоглощающие промежуточные подошвы, полноценные влагозащитные и современные изоляционные материалы перекочевали с рынка обуви для спорта и отдыха в ботинки для горнодобывающей промышленности.
Одежда
Обычные хлопчатобумажные комбинезоны или комбинезоны из обработанного огнестойкого хлопка являются обычной рабочей одеждой в шахтах. Обычно добавляют полоски светоотражающего материала, чтобы горняк был более заметен для водителей движущихся подземных транспортных средств. Горняки, работающие с буровыми установками или другим тяжелым оборудованием, могут также носить дождевики поверх комбинезона для защиты от смазочно-охлаждающей жидкости, гидравлического масла и смазочных масел, которые могут разбрызгиваться или вытекать из оборудования.
Рабочие перчатки используются для защиты рук. Рабочая перчатка общего назначения должна быть изготовлена из хлопчатобумажной ткани, армированной кожей. Другие типы и стили перчаток будут использоваться для специальных рабочих функций.
Ремни и сбруи
В большинстве юрисдикций пояс шахтера больше не считается подходящим или одобренным для защиты от падения. Тем не менее, по-прежнему используется тканый или кожаный ремень с подтяжками или без них, с поясничной опорой или без нее для переноски батареи фонаря, а также самоспасателя с фильтром или автономного (вырабатывающего кислород) самоспасателя, если требуется.
Страховочная привязь с D-образным креплением между лопатками в настоящее время является единственным рекомендуемым средством защиты горняков от падений. Шахтеры, работающие в шахтах, над дробилками или вблизи открытых отстойников или карьеров, должны носить страховочную привязь с подходящим стропом и амортизирующим устройством. Дополнительные D-образные кольца могут быть добавлены к привязи или ремню шахтера для позиционирования на рабочем месте или для ограничения движения в безопасных пределах.
Защита от жары и холода
На карьерах в холодном климате горняки будут иметь зимнюю одежду, включая термоноски, нижнее белье и перчатки, ветрозащитные штаны или верхние штаны, парку на подкладке с капюшоном и зимнюю подкладку для ношения с защитной шапкой.
В подземных шахтах тепло представляет большую проблему, чем холод. Температура окружающей среды может быть высокой из-за глубины шахты под землей или из-за того, что она расположена в жарком климате. Защита от теплового стресса и потенциального теплового удара может быть обеспечена специальной одеждой или нижним бельем, в которое можно помещать пакеты с замороженным гелем или которые имеют сеть охлаждающих трубок для циркуляции охлаждающей жидкости по поверхности тела, а затем через внешний теплообменник. В ситуациях, когда сама скала горячая, надеваются термостойкие перчатки, носки и сапоги. Питьевая вода или, что предпочтительнее, питьевая вода с добавлением электролитов должна быть доступна и должна потребляться для возмещения потерянных организмом жидкостей.
Другое защитное оборудование
В зависимости от местных правил и типа шахты, шахтеры могут быть обязаны носить самоспасательное устройство. Это устройство защиты органов дыхания, которое поможет шахтеру эвакуироваться из шахты в случае пожара или взрыва в шахте, который делает атмосферу непригодной для дыхания из-за угарного газа, дыма и других токсичных загрязнителей. Самоспасатель может быть устройством фильтрующего типа с катализатором конверсии монооксида углерода или автономным самоспасателем, т. е. дыхательным аппаратом замкнутого цикла, который химически регенерирует кислород из выдыхаемого воздуха.
Портативные приборы (включая детекторные трубки и насосы для детекторных трубок) для обнаружения и измерения токсичных и горючих газов не всегда носят с собой все горняки, но используются офицерами по безопасности шахт или другим назначенным персоналом в соответствии со стандартными операционными процедурами для проверки атмосферы шахты. периодически или перед входом.
Доказано, что улучшение возможности общения с персоналом в подземных горных работах дает огромные преимущества в плане безопасности, и системы двусторонней связи, персональные пейджеры и устройства обнаружения персонала находят применение в современных горных работах.
Пожары и взрывы представляют постоянную угрозу безопасности горняков и производительности шахт. Пожары и взрывы на шахтах традиционно входят в число самых разрушительных техногенных катастроф.
В конце девятнадцатого века пожары и взрывы в шахтах привели к гибели людей и материальному ущербу в масштабах, не имеющих себе равных в других отраслях промышленности. Тем не менее, был достигнут явный прогресс в борьбе с этими опасностями, о чем свидетельствует снижение количества пожаров и взрывов в шахтах, о которых сообщалось в последние десятилетия.
В этой статье описываются основные опасности пожаров и взрывов при подземных горных работах и меры предосторожности, необходимые для их сведения к минимуму. Информацию о противопожарной защите наземных мин можно найти в другом месте в этом документе. Энциклопедия и в стандартах, подобных тем, которые обнародованы такими организациями, как Национальная ассоциация противопожарной защиты США (например, NFPA 1996a).
Постоянные зоны обслуживания
По своему характеру зоны постоянного обслуживания связаны с определенными опасными видами деятельности, и поэтому следует принимать особые меры предосторожности. Подземные ремонтные мастерские и связанные с ними объекты представляют особую опасность в подземной шахте.
Мобильное оборудование в ремонтных мастерских регулярно оказывается частым источником пожаров. Пожары на горнодобывающем оборудовании с дизельным двигателем обычно возникают из-за утечки гидравлических линий высокого давления, которые могут распылять нагретый туман легковоспламеняющейся жидкости на источник воспламенения, такой как горячий выпускной коллектор или турбокомпрессор (Bickel 1987). Пожары на таком оборудовании могут быстро разрастаться.
Большая часть мобильного оборудования, используемого в подземных шахтах, содержит не только источники топлива (например, дизельное топливо и гидравлика), но и источники возгорания (например, дизельные двигатели и электрооборудование). Таким образом, это оборудование представляет значительный риск возгорания. В дополнение к этому оборудованию в ремонтных мастерских обычно имеется множество других инструментов, материалов и оборудования (например, оборудование для обезжиривания), которые представляют опасность в условиях любого механического цеха.
Сварочные и режущие работы являются основной причиной пожаров в шахтах. Можно ожидать, что эта деятельность будет происходить регулярно в зоне технического обслуживания. Необходимо принять особые меры предосторожности, чтобы гарантировать, что эти действия не создадут возможный источник воспламенения для пожара или взрыва. Информацию о пожаро- и взрывобезопасности, относящуюся к безопасным методам сварки, можно найти в других разделах настоящего руководства. Энциклопедия и в других документах (например, NFPA 1994a).
Следует обратить внимание на то, чтобы сделать всю площадь магазина полностью закрытой конструкцией из огнестойкой конструкции. Это особенно важно для магазинов, предназначенных для использования более 6 месяцев. Если такое расположение невозможно, то площадь должна быть защищена на всем протяжении автоматической системой пожаротушения. Это особенно важно для угольных шахт, где очень важно свести к минимуму любой потенциальный источник возгорания.
Еще одним важным соображением для всех цеховых помещений является то, что они должны вентилироваться непосредственно на возврат воздуха, что ограничивает распространение продуктов сгорания от любого пожара. Требования к объектам такого типа четко изложены в таких документах, как NFPA 122, Стандарт по предотвращению пожаров и борьбе с ними в подземных шахтах по добыче металлов и неметаллови NFPA 123, Стандарт по предотвращению пожаров и борьбе с ними в подземных угольных шахтах (NFPA 1995a, 1995b).
Топливные отсеки и зоны хранения топлива
Хранение, обращение и использование легковоспламеняющихся и горючих жидкостей представляют особую пожароопасность для всех секторов горнодобывающей промышленности.
Во многих подземных шахтах мобильное оборудование обычно работает на дизельном топливе, и большая часть пожаров связана с топливом, используемым этими машинами. В угольных шахтах эти пожароопасности усугубляются наличием угля, угольной пыли и метана.
Хранение легковоспламеняющихся и горючих жидкостей является особенно важной проблемой, поскольку эти материалы легче воспламеняются и быстрее распространяют огонь, чем обычные горючие вещества. Как легковоспламеняющиеся, так и горючие жидкости часто хранятся под землей в большинстве неугольных шахт в ограниченных количествах. На некоторых шахтах основное хранилище дизельного топлива, смазочных масел и смазок, а также гидравлической жидкости находится под землей. Потенциальная серьезность пожара в подземном хранилище легковоспламеняющихся и горючих жидкостей требует чрезвычайной осторожности при проектировании хранилищ, а также внедрения и строгого соблюдения правил безопасной эксплуатации.
Все аспекты использования легковоспламеняющихся и горючих жидкостей представляют собой серьезные проблемы с противопожарной защитой, включая передачу в подземные хранилища, хранение, дозирование и конечное использование в оборудовании. Опасности и методы защиты от легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в подземных шахтах можно найти в другом месте в этом Энциклопедия и в стандартах NFPA (например, NFPA 1995a, 1995b, 1996b).
Предупреждение об огне
Безопасность при пожарах и взрывах в подземных шахтах основывается на общих принципах предотвращения пожаров и взрывов. Обычно это включает в себя использование разумных методов пожарной безопасности, таких как предотвращение курения, а также обеспечение встроенных мер противопожарной защиты для предотвращения распространения огня, таких как переносные огнетушители или системы раннего обнаружения пожара.
Практика предотвращения пожаров и взрывов в шахтах обычно делится на три категории: ограничение источников воспламенения, ограничение источников топлива и ограничение контакта топлива с источником воспламенения.
Ограничение источников воспламенения пожалуй, самый простой способ предотвратить пожар или взрыв. Источники воспламенения, не являющиеся необходимыми для процесса добычи, должны быть полностью запрещены. Например, курение и любой открытый огонь, особенно в подземных угольных шахтах, должны быть запрещены. Все автоматизированное и механизированное оборудование, которое может подвергаться нежелательному нагреву, такое как конвейеры, должно иметь выключатели проскальзывания и последовательности, а также термовыключатели на электродвигателях. Взрывчатые вещества представляют очевидную опасность, но они также могут быть источником воспламенения взвешенной пыли опасного газа и должны использоваться в строгом соответствии со специальными правилами взрывных работ.
Устранение источников электрического воспламенения необходимо для предотвращения взрывов. Электрооборудование, работающее там, где может присутствовать метан, сульфидная пыль или другие опасности возгорания, должно быть спроектировано, сконструировано, испытано и установлено таким образом, чтобы его работа не вызывала пожара или взрыва в шахте. Во взрывоопасных зонах следует использовать взрывозащищенные корпуса, такие как вилки, розетки и устройства отключения цепи. Использование искробезопасного электрооборудования более подробно описано в других разделах настоящего руководства. Энциклопедия и в таких документах, как NFPA 70, Национальный электрический кодекс (NFPA 1996с).
Ограничение источников топлива начинается с хорошей уборки, чтобы предотвратить небезопасные скопления мусора, промасленных тряпок, угольной пыли и других горючих материалов.
По возможности следует использовать менее опасные заменители некоторых горючих материалов, таких как гидравлические жидкости, конвейерные ленты, гидравлические шланги и вентиляционные трубы (Bureau of Mines 1978). Высокотоксичные продукты горения, которые могут возникнуть в результате сжигания некоторых материалов, часто требуют менее опасных материалов. Например, полиуретановая пена ранее широко использовалась в подземных шахтах для вентиляционных уплотнений, но в последнее время она запрещена во многих странах.
При взрывах в подземных угольных шахтах угольная пыль и метан обычно являются основными видами топлива. Метан также может присутствовать в неугольных шахтах, и чаще всего с ним обращаются путем разбавления вентиляционным воздухом и вытяжки из шахты (Timmons, Vinson and Kissell 1979). Что касается угольной пыли, предпринимаются все попытки свести к минимуму образование пыли в процессе добычи, но небольшое количество пыли, необходимое для взрыва угольной пыли, почти неизбежно. Слой пыли на полу толщиной всего 0.012 мм вызовет взрыв, если его повесить в воздухе. Таким образом, каменная пыль с использованием инертного материала, такого как измельченный известняк, доломит или гипс (каменная пыль), поможет предотвратить взрывы угольной пыли.
Ограничение контакта с топливом и источником воспламенения зависит от предотвращения контакта между источником воспламенения и источником топлива. Например, когда сварка и резка не могут быть выполнены в пожаробезопасных корпусах, важно, чтобы зоны были увлажнены, а близлежащие горючие материалы были покрыты огнестойкими материалами или перемещены. Огнетушители должны быть легко доступны, а пожарная вахта должна находиться столько времени, сколько необходимо для защиты от тлеющего огня.
Участки с высокой загрузкой горючих материалов, такие как склады древесины, склады взрывчатых веществ, склады легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и магазины, должны быть спроектированы таким образом, чтобы свести к минимуму возможные источники воспламенения. Передвижное оборудование должно иметь трубопроводы для гидравлической жидкости, топлива и смазки, проложенные вдали от горячих поверхностей, электрооборудования и других возможных источников воспламенения. Должны быть установлены брызговики, чтобы отводить брызги горючей жидкости от разорванных трубопроводов от потенциальных источников воспламенения.
Требования по предотвращению пожаров и взрывов для шахт четко изложены в документах NFPA (например, NFPA 1992a, 1995a, 1995b).
Системы обнаружения и оповещения о пожаре
Время, прошедшее между началом пожара и его обнаружением, имеет решающее значение, поскольку пожары могут быстро увеличиваться в размерах и интенсивности. Наиболее быстрое и надежное обнаружение пожара обеспечивается с помощью усовершенствованных систем обнаружения и предупреждения о возгорании, использующих чувствительные анализаторы тепла, пламени, дыма и газа (Griffin 1979).
Обнаружение газа или дыма является наиболее экономичным подходом к обнаружению пожара на большой площади или во всей шахте (Морроу и Литтон, 1992 г.). Тепловые системы обнаружения пожара обычно устанавливаются на оставленном без присмотра оборудовании, например, над конвейерными лентами. Устройства обнаружения пожара более быстрого действия считаются подходящими для определенных зон повышенной опасности, таких как склады легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, зоны заправки топливом и магазины. В этих областях часто используются оптические датчики пламени, которые обнаруживают ультрафиолетовое или инфракрасное излучение, испускаемое огнем.
Все майнеры должны быть предупреждены после обнаружения пожара. Иногда используются телефоны и мессенджеры, но майнеры часто удалены от телефонов и часто разбросаны по разным местам. В угольных шахтах наиболее распространенными средствами оповещения о пожаре являются отключение электроэнергии и последующее оповещение по телефону и через мессенджеры. Это не вариант для неугольных шахт, где так мало оборудования питается от электричества. Предупреждение о зловонии является распространенным методом экстренной связи в неугольных подземных шахтах (Помрой и Малдун, 1983). Специальные системы беспроводной радиочастотной связи также успешно использовались как в угольных, так и в других шахтах (Bureau of Mines, 1988).
Главной задачей при подземном пожаре является безопасность подземного персонала. Раннее обнаружение пожара и предупреждение позволяют инициировать план действий в чрезвычайных ситуациях в шахте. Такой план гарантирует выполнение необходимых действий, таких как эвакуация и тушение пожара. Для обеспечения беспрепятственного выполнения плана действий в чрезвычайных ситуациях горняки должны проходить всестороннюю подготовку и периодическую переподготовку по действиям в чрезвычайных ситуациях. Противопожарные учения, завершающиеся активацией системы оповещения о минах, следует проводить часто, чтобы усилить подготовку и выявить слабые места в плане действий в чрезвычайных ситуациях.
Дополнительную информацию о системах обнаружения и оповещения о пожаре можно найти в других разделах этого руководства. Энциклопедия и в документах NFPA (например, NFPA 1995a, 1995b, 1996d).
Тушение пожара
Наиболее распространенными типами средств пожаротушения, используемых в подземных шахтах, являются переносные ручные огнетушители, водопроводные шланги, спринклерные системы, каменная пыль (вносимая вручную или с помощью каменной пыли) и генераторы пены. Наиболее распространенный тип портативных ручных огнетушителей — это, как правило, те, в которых используются многоцелевые сухие химикаты.
Системы пожаротушения, как ручные, так и автоматические, становятся все более распространенными для мобильного оборудования, мест хранения горючих жидкостей, приводов ленточных конвейеров и электрических установок (Grannes, Ackerson and Green 1990). Автоматическое пожаротушение особенно важно для необслуживаемого, автоматизированного оборудования или оборудования с дистанционным управлением, где нет персонала, который мог бы обнаружить пожар, активировать систему пожаротушения или инициировать операции по тушению пожара.
Подавление взрыва является разновидностью пожаротушения. Некоторые европейские угольные шахты используют эту технологию в виде пассивных или активируемых барьеров на ограниченной основе. Пассивные барьеры состоят из рядов больших ванн с водой или каменной пылью, подвешенных к крыше входа в шахту. При взрыве фронт давления, предшествующий приходу фронта пламени, вызывает сброс содержимого ванн. Рассеянные средства пожаротушения гасят пламя при его прохождении через вход, защищенный барьерной системой. В триггерных барьерах используется приводное устройство с электрическим или пневматическим приводом, которое приводится в действие теплом, пламенем или давлением взрыва для высвобождения реагентов подавления, хранящихся в контейнерах под давлением (Hertzberg 1982).
С пожарами, достигшими запущенной стадии, должны бороться только хорошо обученные и специально оснащенные пожарные бригады. Если в подземной шахте горят большие площади угля или древесины, а тушение пожара осложнено обширными обвалами кровли, неустойчивостью вентиляции и скоплением взрывоопасного газа, следует принять специальные меры. Единственными практическими альтернативами могут быть инертизация азотом, двуокисью углерода, продуктами сгорания генератора инертного газа или затопление водой или герметизация части или всей шахты (Ramaswatny and Katiyar 1988).
Дополнительную информацию о пожаротушении можно найти в других разделах этого руководства. Энциклопедия и в различных документах NFPA (например, NFPA 1994b, 1994c, 1994d, 1995a, 1995b, 1996e, 1996f, 1996g).
Сдерживание пожара
Сдерживание пожара является основным механизмом контроля для любого типа промышленного объекта. Средства локализации или ограничения подземного горного пожара могут помочь обеспечить более безопасную эвакуацию шахты и снизить опасность тушения пожара.
Для подземных угольных шахт масло и жир должны храниться в закрытых огнестойких контейнерах, а складские помещения должны иметь огнестойкую конструкцию. Трансформаторные подстанции, станции зарядки аккумуляторов, воздушные компрессоры, подстанции, цеха и другие установки следует размещать в огнеупорных помещениях или в несгораемых конструкциях. Необслуживаемое электрооборудование должно быть установлено на негорючих поверхностях и отделено от угля и других горючих материалов или защищено системой пожаротушения.
Материалы для строительства переборок и уплотнений, включая дерево, ткань, пилы, гвозди, молотки, гипс или цемент и каменную пыль, должны быть легко доступны для каждого рабочего участка. В подземных неугольных шахтах масло, жир и дизельное топливо должны храниться в герметично закрытых емкостях в огнеупорных помещениях на безопасном расстоянии от складов взрывчатых веществ, электроустановок и шахтных станций. В определенных зонах требуются вентиляционные барьеры и противопожарные двери для предотвращения распространения огня, дыма и ядовитых газов (Ng and Lazzara 1990).
Хранилище реагентов (мельницы)
Операции, которые используются для обработки руды, добытой при добыче полезных ископаемых, могут привести к возникновению определенных опасных условий. Среди проблем есть определенные типы взрывов пыли и пожаров, связанных с работой конвейера.
Тепло, выделяемое трением между конвейерной лентой и ведущим роликом или натяжным роликом, представляет собой проблему, и ее можно решить с помощью переключателей последовательности и проскальзывания. Эти выключатели можно эффективно использовать вместе с термовыключателями на электродвигателях.
Возможные взрывы можно предотвратить, устранив источники электрического воспламенения. Электрооборудование, работающее там, где могут присутствовать метан, сульфидная пыль или другие опасные среды, должно быть спроектировано, сконструировано, испытано и установлено таким образом, чтобы его работа не вызывала пожара или взрыва.
Экзотермические реакции окисления могут происходить как в угле, так и в сульфидных рудах металлов (Смит и Томпсон, 1991 г.). Когда тепло, выделяемое этими реакциями, не рассеивается, температура горной массы или сваи повышается. Если температура станет достаточно высокой, может произойти быстрое возгорание угля, сульфидных минералов и других горючих материалов (Ninteman 1978). Хотя самопроизвольные возгорания возникают относительно редко, они, как правило, сильно мешают работе и их трудно тушить.
Особую озабоченность вызывает переработка угля, поскольку по своей природе он является источником топлива. Информацию о пожаро- и взрывобезопасности, связанную с безопасным обращением с углем, можно найти в других разделах настоящего руководства. Энциклопедия и в документах NFPA (например, NFPA 1992b, 1994e, 1996h).
Все, кто работает в подземных шахтах, должны хорошо знать шахтные газы и знать об опасностях, которые они могут представлять. Также необходимы общие знания о приборах и системах обнаружения газа. Для тех, кому поручено использовать эти приборы, необходимо подробное знание их ограничений и газов, которые они измеряют.
Даже без инструментов человеческие органы чувств могут обнаруживать постепенное появление химических и физических явлений, связанных с самовозгоранием. Отопление нагревает вентиляционный воздух и насыщает его как поверхностной, так и интегральной влагой, удаляемой отоплением. Когда этот воздух встречается с более холодным воздухом в вентиляционном отверстии, возникает конденсат, что приводит к дымке и появлению потливости на поверхностях возвратов. Следующим признаком является характерный запах масла или бензина, за которым следует дым и, наконец, видимое пламя.
Угарный газ (CO), не имеющий запаха, появляется в измеримых концентрациях примерно от 50 до 60 °C до появления характерного запаха самовозгорания. Следовательно, большинство систем обнаружения возгорания полагаются на обнаружение повышения концентрации угарного газа выше нормального фона для конкретной части шахты.
Иногда нагрев впервые обнаруживается человеком, который на мгновение замечает слабый запах. Тщательный осмотр участка, возможно, придется повторить несколько раз, прежде чем можно будет обнаружить измеримое устойчивое повышение концентрации монооксида углерода. Соответственно, бдительность всех тех, кто находится в шахте, никогда не должна ослабевать, и должен быть реализован заранее подготовленный процесс вмешательства, как только возникнет подозрение или обнаружение индикатора и о нем будет сообщено. К счастью, благодаря значительному прогрессу в технологии обнаружения и мониторинга пожаров, достигнутому с 1970-х годов (например, детекторные трубки, карманные электронные детекторы и компьютеризированные стационарные системы), больше нет необходимости полагаться только на человеческие чувства.
Портативные приборы для обнаружения газа
Прибор для обнаружения газа предназначен для обнаружения и контроля наличия широкого спектра типов газа и концентраций, которые могут привести к пожару, взрыву и образованию токсичной или кислородной атмосферы, а также для обеспечения раннего предупреждения о вспышке спонтанного горение. Газы, для которых они используются, включают CO, двуокись углерода ( CO2), диоксид азота (NO2), сероводород ( H2S) и диоксид серы (SO2). Доступны различные типы инструментов, но прежде чем решить, какой из них использовать в конкретной ситуации, необходимо ответить на следующие вопросы:
Рабочие должны быть обучены правильному использованию портативных газоанализаторов. Инструменты должны обслуживаться в соответствии со спецификациями производителя.
Универсальные комплекты извещателей
Детекторный комплект состоит из подпружиненного поршневого или сильфонного насоса и ряда сменных стеклянных индикаторных трубок, содержащих химические вещества, характерные для определенного газа. Насос имеет объем 100 смXNUMX и может управляться одной рукой. Это позволяет набрать образец такого размера через индикаторную трубку перед подачей в сильфон. Предупреждающий индикатор на градуированной шкале соответствует самому низкому уровню общего обесцвечивания, а не самой глубокой точке проникновения цвета.
Прибор прост в использовании и не требует калибровки. Тем не менее, некоторые меры предосторожности применимы:
Каталитические метанометры
Метанометр каталитического типа используется в подземных шахтах для измерения концентрации метана в воздухе. Он имеет датчик, основанный на принципе сети из четырех спиральных проводов с согласованным сопротивлением, обычно каталитических нитей, расположенных в симметричной форме, известной как мост Уитстона. В норме две нити активны, а две другие пассивны. Активные нити или шарики обычно покрывают катализатором на основе оксида палладия, чтобы вызвать окисление горючего газа при более низкой температуре.
Метан из атмосферы попадает в камеру для проб либо путем диффузии через спеченный диск, либо путем всасывания аспиратором или внутренним насосом. Нажатие рабочей кнопки метанометра замыкает цепь, и ток, протекающий через мост Уитстона, окисляет метан на каталитических (активных) нитях в камере для проб. Тепло этой реакции повышает температуру каталитических нитей, увеличивая их электрическое сопротивление и электрически разбалансируя мост. Протекающий электрический ток пропорционален сопротивлению элемента и, следовательно, количеству присутствующего метана. Это показано на индикаторе выхода, градуированном в процентах метана. Опорные элементы в схеме моста Уитстона служат для компенсации изменений условий окружающей среды, таких как температура окружающей среды и атмосферное давление.
Этот инструмент имеет ряд существенных ограничений:
Электрохимические ячейки
Приборы, использующие электрохимические элементы, используются в подземных шахтах для измерения концентрации кислорода и окиси углерода. Доступны два типа: ячейка состава, реагирующая только на изменение концентрации кислорода, и ячейка парциального давления, реагирующая на изменение парциального давления кислорода в атмосфере и, следовательно, количества молекул кислорода в единице объема. .
В композиционной ячейке используется капиллярный диффузионный барьер, который замедляет диффузию кислорода через топливный элемент, так что скорость, с которой кислород может достичь электрода, зависит исключительно от содержания кислорода в образце. На эту ячейку не влияют изменения высоты (например, барометрического давления), температуры и относительной влажности. Наличие СО2 в смеси, однако, нарушает скорость диффузии кислорода и приводит к ложно высоким показаниям. Например, наличие 1% СО2 увеличивает показания кислорода на целых 0.1%. Несмотря на то, что это небольшое увеличение, оно все же может быть значительным и небезопасным. Особенно важно знать об этом ограничении, если этот прибор будет использоваться в условиях остаточного демпфирования или в других атмосферах, о которых известно, что они содержат CO.2.
Ячейка парциального давления основана на том же электрохимическом принципе, что и ячейка концентрации, но лишена диффузионного барьера. Он реагирует только на количество молекул кислорода в единице объема, что делает его зависимым от давления. СО2 в концентрациях ниже 10% не оказывает кратковременного влияния на показания, но в долгосрочной перспективе углекислый газ разрушает электролит и сокращает срок службы элемента.
Следующие условия влияют на надежность показаний кислорода, производимых датчиками парциального давления:
Другие электрохимические элементы
Были разработаны электрохимические ячейки, способные измерять концентрацию CO от 1 ppm до верхнего предела 4,000 ppm. Они работают путем измерения электрического тока между электродами, погруженными в кислый электролит. CO окисляется на аноде с образованием CO2 и реакция высвобождает электроны прямо пропорционально концентрации CO.
Также доступны электрохимические элементы для водорода, сероводорода, оксида азота, диоксида азота и диоксида серы, но они обладают перекрестной чувствительностью.
В продаже нет электрохимических ячеек для CO.2. Этот недостаток был преодолен за счет разработки портативного прибора, содержащего миниатюрную инфракрасную ячейку, чувствительную к углекислому газу в концентрациях до 5%.
Недисперсионные инфракрасные детекторы
Недисперсионные инфракрасные детекторы (NDIR) могут измерять все газы, содержащие такие химические группы, как -CO, -CO.2 и -СН3, которые поглощают инфракрасные частоты, характерные для их молекулярной конфигурации. Эти датчики дороги, но они могут обеспечить точные показания для таких газов, как CO, CO.2 и метана в условиях меняющегося фона других газов и низкого уровня кислорода, и поэтому идеально подходят для мониторинга газов за уплотнениями. О2, N2 и Н2 не поглощают инфракрасное излучение и не могут быть обнаружены этим методом.
Другие портативные системы с детекторами на основе теплопроводности и показателя преломления нашли ограниченное применение в угольной промышленности.
Ограничения портативных приборов для обнаружения газа
Эффективность портативных газоанализаторов ограничивается рядом факторов:
Централизованные системы мониторинга
Проверки, вентиляция и обследования с помощью ручных инструментов часто позволяют обнаружить и определить местонахождение небольшого нагревателя с ограниченным выделением CO до того, как газ будет рассеян системой вентиляции или его уровень превысит установленные законом пределы. Однако этого недостаточно, когда известно, что существует значительный риск возгорания, уровень метана в возврате превышает 1% или существует подозрение на потенциальную опасность. В этих условиях требуется непрерывный мониторинг в стратегически важных точках. Используется несколько различных типов централизованных систем непрерывного мониторинга.
Системы трубных пучков
Система трубных пучков была разработана в Германии в 1960-х годах для обнаружения и мониторинга самовозгорания. Он включает в себя серию из 20 пластиковых трубок из нейлона или полиэтилена диаметром 1/4 или 3/8 дюйма, которые простираются от группы анализаторов на поверхности до выбранных мест под землей. Трубки оснащены фильтрами, дренажами и пламегасителями; анализаторы обычно инфракрасные для CO, CO2 и метан и парамагнетик для кислорода. Поглотительный насос одновременно прокачивает образец через каждую пробирку, а последовательный таймер направляет образец из каждой пробирки по очереди через анализаторы. Регистратор данных записывает концентрацию каждого газа в каждом месте и автоматически подает сигнал тревоги при превышении заданных уровней.
Данная система имеет ряд преимуществ:
Есть и некоторые недостатки:
Телеметрическая (электронная) система
Телеметрическая автоматическая система контроля загазованности имеет модуль управления на поверхности и искробезопасные датчики, стратегически расположенные под землей, которые соединены телефонными линиями или оптоволоконными кабелями. Датчики доступны для метана, CO и скорости воздуха. Датчик CO аналогичен электрохимическому датчику, используемому в портативных приборах, и имеет те же ограничения. Датчик метана работает за счет каталитического сжигания метана на активных элементах схемы моста Уитстона, которые могут быть отравлены соединениями серы, сложными эфирами фосфорной кислоты или соединениями кремния и не будут работать при низкой концентрации кислорода.
К уникальным преимуществам этой системы относятся:
Есть и некоторые недостатки:
Газовый хроматограф
Газовый хроматограф представляет собой сложное оборудование, которое анализирует образцы с высокой степенью точности и которое до недавнего времени могло полностью использоваться только химиками или специально квалифицированным и обученным персоналом.
Пробы газа из системы пучкового типа вводятся в газовый хроматограф автоматически или могут быть введены вручную из проб мешков, вынесенных из шахты. Колонка со специальной насадкой используется для разделения различных газов, а подходящий детектор, обычно теплопроводный или пламенно-ионизационный, используется для измерения каждого газа по мере его элюирования из колонки. Процесс разделения обеспечивает высокую степень специфичности.
Газовый хроматограф имеет особые преимущества:
К его недостаткам относятся:
Выбор системы
Системы с пучком труб предпочтительнее для мест мониторинга, в которых не ожидается быстрых изменений концентрации газа или, как в герметичных зонах, может быть среда с низким содержанием кислорода.
Телеметрические системы предпочтительны в таких местах, как кольцевые дороги или на забое, где могут иметь значение быстрые изменения концентрации газа.
Газовая хроматография не заменяет существующие системы мониторинга, но увеличивает диапазон, точность и надежность анализов. Это особенно важно, когда речь идет об определении риска взрыва или когда нагрев достигает продвинутой стадии.
Вопросы выборки
Пластиковые пакеты в настоящее время широко используются в промышленности для отбора проб. Пластик сводит к минимуму утечку и может хранить образец в течение 5 дней. Водород, если он присутствует в мешке, будет разлагаться с ежедневной потерей около 1.5% его первоначальной концентрации. Образец в футбольном пузыре изменит концентрацию через полчаса. Мешки легко наполнять, а образец можно вдавить в анализатор или откачать с помощью насоса.
Металлические пробирки, заполняемые насосом под давлением, могут хранить образцы в течение длительного времени, но размер образца ограничен, а утечка является обычным явлением. Стекло инертно по отношению к газам, но стеклянная тара хрупкая, и пробу трудно извлечь без разбавления.
При отборе проб контейнер следует предварительно промыть не менее трех раз, чтобы убедиться, что предыдущий образец полностью смыт. На каждом контейнере должна быть бирка с такой информацией, как дата и время отбора проб, точное местонахождение, имя лица, отбирающего пробы, и другая полезная информация.
Интерпретация данных выборки
Интерпретация результатов отбора и анализа проб газа является сложной наукой, и ею должны заниматься только люди со специальной подготовкой и опытом. Эти данные жизненно важны во многих аварийных ситуациях, поскольку они предоставляют информацию о том, что происходит под землей, которая необходима для планирования и реализации корректирующих и предупреждающих действий. Во время или сразу после подземного прогрева, пожара или взрыва все возможные параметры окружающей среды должны контролироваться в режиме реального времени, чтобы ответственные лица могли точно определить состояние ситуации и измерить ее развитие, чтобы они не теряли времени на инициирование любых необходимых спасательных операций. виды деятельности.
Результаты газового анализа должны соответствовать следующим критериям:
При интерпретации результатов газового анализа необходимо соблюдать следующие правила:
Расчет результатов без воздуха
Результаты без воздуха получаются путем расчета атмосферного воздуха в образце (Mackenzie-Wood and Strang 1990). Это позволяет правильно сравнивать образцы из аналогичной области после устранения эффекта разбавления из-за утечки воздуха.
Формула:
Результат без воздуха = Проанализированный результат / (100 - 4.776 О2)
Он выводится следующим образом:
Атмосферный воздух = О2 + N2 = О2 + 79.1 О2 / 20.9 = 4.776 О2
Результаты без воздуха полезны, когда требуется анализ тренда результатов и существует риск разбавления воздуха между точкой отбора проб и источником, утечка воздуха в линиях отбора проб или возможное вдыхание проб мешков и уплотнителей. Например, если концентрация угарного газа от отопления имеет тенденцию, то разбавление воздуха из-за увеличения вентиляции может быть неверно истолковано как уменьшение угарного газа из источника. Тренды концентраций без воздуха дадут правильные результаты.
Аналогичные расчеты необходимы, если в зоне отбора проб образуется метан: увеличение концентрации метана приведет к разбавлению концентрации других присутствующих газов. Следовательно, повышение уровня оксида углерода может на самом деле проявляться как снижение.
Результаты без содержания метана рассчитываются следующим образом:
Результат без метана = Проанализированный результат / (100 - СН4%)
Самовозгорание
Самовозгорание — это процесс, при котором вещество может воспламениться в результате внутреннего тепла, возникающего самопроизвольно из-за реакций, высвобождающих тепло быстрее, чем оно может быть потеряно в окружающую среду. Самопроизвольный нагрев угля обычно происходит медленно, пока температура не достигает примерно 70 °C, что называется температурой «перехода». Выше этой температуры реакция обычно ускоряется. При температуре свыше 300 °C выделяются летучие вещества, также называемые «угольным газом» или «газом крекинга». Эти газы (водород, метан и окись углерода) самовозгораются при температурах около 650 °C (сообщалось, что присутствие свободных радикалов может привести к появлению пламени в угле при температуре около 400 °C). Процессы, происходящие в классическом случае самовозгорания, представлены в таблице 1 (разные угли дают разные картины).
Таблица 1. Нагрев угля – иерархия температур
Температура, при которой уголь поглощает O2 образовывать комплекс и выделять тепло |
|
30 ° C |
Комплекс распадается с образованием CO/CO2 |
45 ° C |
Истинное окисление угля с образованием CO и CO2 |
70 ° C |
Температура перехода, нагрев ускоряется |
110 ° C |
Влажность, Н2 и выделяется характерный запах |
150 ° C |
Десорбированный CH4, выделяются ненасыщенные углеводороды |
300 ° C |
Крекинг-газы (например, H2, СО, СН4) выпущенный |
400 ° C |
Открытый огонь |
Источник: Чемберлен и др. 1970.
Монооксид углерода
CO фактически выделяется примерно при 50 ° C до того, как будет заметен характерный запах горения. Большинство систем, предназначенных для обнаружения начала самовозгорания, основаны на обнаружении угарного газа в концентрациях выше нормального фона для конкретного участка шахты.
Как только нагрев обнаружен, его необходимо контролировать, чтобы определить состояние нагрева (т. е. его температуру и степень), скорость ускорений, токсичные выбросы и взрывоопасность атмосферы.
Мониторинг отопления
Существует ряд индексов и параметров, которые могут помочь специалистам по планированию определить степень, температуру и скорость нагревания. Обычно они основаны на изменениях состава воздуха, проходящего через подозрительную зону. Многие индикаторы были описаны в литературе на протяжении многих лет, и большинство из них предлагают очень ограниченное окно использования и имеют минимальную ценность. Все они зависят от конкретного места и различаются в зависимости от угля и условий. Некоторые из наиболее популярных из них включают в себя: тенденции угарного газа; вырабатывают окись углерода (Funkemeyer and Kock 1989); коэффициент Грэма (Graham, 1921); индикаторные газы (Chamberlain, 1970); коэффициент Морриса (Morris 1988); и соотношение оксида углерода/диоксида углерода. После герметизации индикаторы могут быть затруднены из-за отсутствия определенного потока воздуха.
Ни один индикатор не дает точного и надежного метода измерения хода нагрева. Решения должны основываться на сборе, табулировании, сравнении и анализе всей информации и ее интерпретации в свете обучения и опыта.
Взрывы
Взрывы представляют собой наибольшую опасность при добыче угля. Он может убить всю подземную рабочую силу, уничтожить все оборудование и службы и предотвратить дальнейшую работу шахты. И все это может произойти за 2-3 секунды.
Необходимо постоянно контролировать взрывоопасность атмосферы в шахте. Это особенно актуально, когда рабочие заняты спасательной операцией в загазованной шахте.
Как и в случае с показателями оценки прогрева, существует ряд методик расчета взрывоопасности атмосферы в подземной шахте. К ним относятся: треугольник Кауарда (Greuer, 1974); треугольник Хьюза и Рейбольда (Hughes and Raybold 1960); Диаграмма Эликотта (Эликотт, 1981); и коэффициент Трикетта (Джонс и Трикетт, 1955). Из-за сложности и изменчивости условий и обстоятельств не существует единой формулы, на которую можно было бы положиться как на гарантию того, что взрыв не произойдет в определенное время в конкретной шахте. Нужно полагаться на высокий и неослабевающий уровень бдительности, высокий показатель подозрительности и без колебаний инициировать соответствующие действия при малейших признаках того, что взрыв может быть неизбежен. Временная остановка производства — это относительно небольшая надбавка за гарантию того, что взрыва не произойдет.
Заключение
В этой статье обобщены методы обнаружения газов, которые могут быть причиной пожаров и взрывов в подземных шахтах. Другие последствия газовой среды в шахтах для здоровья и безопасности (например, пылевые заболевания, удушье, токсические эффекты и т. д.) обсуждаются в других статьях этой главы и в других разделах этой главы. Энциклопедия.
Чрезвычайные ситуации на шахтах часто возникают в результате отсутствия систем или сбоев в существующих системах для ограничения, контроля или предотвращения обстоятельств, которые вызывают инциденты, которые при неэффективном управлении приводят к бедствиям. В таком случае аварийная ситуация может быть определена как незапланированное событие, влияющее на безопасность или благополучие персонала или на непрерывность операций, требующее эффективного и своевременного реагирования для сдерживания, контроля или смягчения ситуации.
Все формы добычи полезных ископаемых сопряжены с особыми опасностями и рисками, которые могут привести к возникновению аварийной ситуации. Опасности при подземной добыче угля включают выделение метана и образование угольной пыли, высокоэнергетические системы добычи и склонность угля к самовозгоранию. Аварийные ситуации могут возникать при подземных горных работах в связи с разрушением пластов (горные удары, обвалы, обрушения висячих стен и целиков), внеплановым инициированием взрывов и пылей сульфидных руд. Открытые горные работы сопряжены с рисками, связанными с крупногабаритным высокоскоростным мобильным оборудованием, незапланированным инициированием взрывчатых веществ и стабильностью откосов. Опасное химическое воздействие, разлив или утечка, а также разрушение дамбы хвостохранилища могут иметь место при переработке полезных ископаемых.
Разработаны передовые методы добычи и эксплуатации, которые включают соответствующие меры по контролю или снижению этих рисков. Тем не менее, аварии на шахтах продолжают регулярно происходить во всем мире, даже несмотря на то, что в некоторых странах были приняты формальные методы управления рисками в качестве упреждающей стратегии для повышения безопасности шахт и снижения вероятности и последствий аварий на шахтах.
Расследования и расследования несчастных случаев продолжают выявлять неудачи в применении уроков прошлого и неспособность применять эффективные барьеры и меры контроля к известным опасностям и рискам. Эти неудачи часто усугубляются отсутствием адекватных мер по вмешательству, контролю и управлению чрезвычайной ситуацией.
В этой статье описывается подход к обеспечению готовности к чрезвычайным ситуациям, который можно использовать в качестве основы как для контроля, так и для смягчения опасностей и рисков, связанных с горными работами, а также для разработки эффективных мер по обеспечению контроля за чрезвычайными ситуациями и непрерывности горных работ.
Система управления аварийной готовностью
Предлагаемая система управления аварийной готовностью включает комплексный системный подход к предотвращению чрезвычайных ситуаций и управлению ими. Оно включает:
Включение готовности к чрезвычайным ситуациям в структуру системы менеджмента качества ISO 9000 обеспечивает структурированный подход к своевременному, эффективному и безопасному сдерживанию и контролю чрезвычайных ситуаций.
Организационные намерения и обязательства
Немногие люди будут убеждены в необходимости обеспечения готовности к чрезвычайным ситуациям, если потенциальная опасность не будет признана и не будет рассматриваться как непосредственная угроза, весьма возможная, если не вероятная, и может произойти в относительно короткий промежуток времени. Однако природа чрезвычайных ситуаций такова, что это распознавание обычно не происходит до события или рационализируется как не угрожающее. Отсутствие адекватных систем или сбои в существующих системах приводят к инциденту или аварийной ситуации.
Обязательства и инвестиции в эффективное планирование готовности к чрезвычайным ситуациям обеспечивают организацию возможностями, опытом и системами для обеспечения безопасной рабочей среды, выполнения моральных и юридических обязательств и улучшения перспектив непрерывности бизнеса в чрезвычайной ситуации. При пожарах и взрывах на угольных шахтах, включая инциденты без летального исхода, потери непрерывности деятельности часто бывают значительными из-за масштабов ущерба, типа и характера применяемых мер контроля или даже потери шахты. Значительное влияние оказывают и следственные процессы. Отсутствие эффективных мер по управлению и контролю инцидента еще больше усугубит общие потери.
Разработка и внедрение эффективной системы обеспечения готовности к чрезвычайным ситуациям требует лидерства, приверженности и поддержки со стороны руководства. Следовательно, необходимо будет:
Необходимое лидерство и приверженность можно продемонстрировать путем назначения опытного, способного и пользующегося большим уважением сотрудника в качестве координатора по обеспечению готовности к чрезвычайным ситуациям, наделенного полномочиями обеспечивать участие и сотрудничество на всех уровнях и во всех подразделениях организации. Формирование Комитета по планированию готовности к чрезвычайным ситуациям под руководством Координатора предоставит необходимые ресурсы для планирования, организации и реализации интегрированных и эффективных возможностей обеспечения готовности к чрезвычайным ситуациям во всей организации.
Оценка риска
Процесс управления рисками позволяет выявить и проанализировать тип рисков, с которыми сталкивается организация, чтобы определить вероятность и последствия их возникновения. Затем эта структура позволяет оценить риски по установленным критериям, чтобы определить, являются ли риски приемлемыми или какая форма обработки должна быть применена для снижения этих рисков (например, снижение вероятности возникновения, уменьшение последствий возникновения, передача всего или части риски или избежание рисков). Затем разрабатываются и реализуются целевые планы реализации, и ими управляют для контроля выявленных рисков.
Эта структура может аналогичным образом применяться для разработки планов действий в чрезвычайных ситуациях, которые позволяют реализовать эффективные меры контроля в случае возникновения непредвиденной ситуации. Выявление и анализ рисков позволяет прогнозировать вероятные сценарии с высокой степенью точности. Затем могут быть определены меры контроля для каждого из признанных аварийных сценариев, которые затем составляют основу стратегий обеспечения готовности к чрезвычайным ситуациям.
Сценарии, которые могут быть идентифицированы, могут включать некоторые или все перечисленные в таблице 1. В качестве альтернативы национальные стандарты, такие как Австралийский стандарт AS/NZS 4360: 1995 — Управление рисками, могут содержать перечень общих источников риска, другие классификации. риска и областей воздействия риска, что обеспечивает комплексную структуру для анализа опасностей при обеспечении готовности к чрезвычайным ситуациям.
Таблица 1. Критические элементы/подэлементы аварийной готовности
Пожары
Химические разливы/утечки
Травмы
Стихийные бедствия
Эвакуация сообщества
|
Взрывы/имплозии
Гражданские беспорядки
Сбой питания
Поток воды
|
Облучение
Экологические исследования георадаром
Обвал
грузоперевозки
Высвобождение
|
Источник: Ассоциация предотвращения несчастных случаев на шахтах Онтарио (без даты).
Меры и стратегии противоаварийной защиты
В рамках системы аварийной готовности следует определить, оценить и разработать три уровня мер реагирования. Индивидуальный или первичный ответ включает в себя действия лиц при выявлении опасных ситуаций или инцидента, в том числе:
Вторичный ответ включает в себя действия обученных служб реагирования после получения уведомления об инциденте, включая пожарные группы, поисково-спасательные группы и специальные группы доступа к пострадавшим (SCAT), все из которых используют передовые навыки, компетенции и оборудование.
Третичный ответ включает развертывание специализированных систем, оборудования и технологий в ситуациях, когда первичное и вторичное реагирование не может быть безопасно или эффективно использовано, в том числе:
Определение аварийной организации
Чрезвычайные ситуации становятся тем более серьезными, чем дольше сохраняется ситуация. Персонал на площадке должен быть готов адекватно реагировать на чрезвычайные ситуации. Необходимо координировать множество действий и управлять ими, чтобы обеспечить быстрый и эффективный контроль над ситуацией.
Аварийная организация обеспечивает структурированную структуру, которая определяет и интегрирует аварийные стратегии, структуру управления (или цепочку подчинения), кадровые ресурсы, роли и обязанности, оборудование и средства, системы и процедуры. Он охватывает все этапы аварийной ситуации, от первоначального выявления и действий по локализации до оповещения, мобилизации, развертывания и восстановления (восстановление нормальной работы).
Аварийная организация должна учитывать ряд ключевых элементов, в том числе:
Аварийные объекты, оборудование и материалы
Характер, объем и объем объектов, оборудования и материалов, необходимых для контроля и смягчения последствий аварий, будут определены путем применения и расширения процесса управления рисками и определения стратегий управления аварийными ситуациями. Например, высокий уровень риска возникновения пожара потребует предоставления адекватных противопожарных средств и оборудования. Они будут развернуты в соответствии с профилем риска. Аналогичным образом средства, оборудование и материалы, необходимые для эффективного обеспечения жизнеобеспечения и оказания первой помощи или эвакуации, эвакуации и спасения, могут быть определены, как показано в таблице 2.
Таблица 2. Аварийно-спасательные сооружения, оборудование и материалы
Чрезвычайная ситуация |
Уровень ответа |
||
первичная |
Старшая школа |
третичный |
|
Для пожарных |
Огнетушители, гидранты и шланги, установленные рядом с зонами повышенного риска, такими как конвейеры, заправочные станции, электрические трансформаторы и подстанции, а также на передвижном оборудовании |
В центральных зонах предоставляются дыхательные аппараты и защитная одежда, чтобы обеспечить реагирование «пожарной команды» с помощью современных устройств, таких как генераторы пены и несколько шлангов. |
Возможность дистанционной герметизации или инертизации. |
Жизнеобеспечение и первая помощь |
Жизнеобеспечение, дыхание и кровообращение |
Первая помощь, сортировка, стабилизация и эвакуация |
Парамедицинская, судебная, юридическая |
Эвакуация, побег и спасение |
Предоставление систем оповещения или оповещения, безопасных путей эвакуации, самоспасателей на основе кислорода, спасательных тросов и систем связи, наличия транспортных средств. |
Предоставление соответствующим образом оборудованных камер-убежищ, обученных и оснащенных горноспасательных формирований, средств обнаружения личного состава |
Системы аварийно-спасательных работ в скважинах большого диаметра, инертизация, специализированные аварийно-спасательные машины |
Другие объекты и оборудование, которые могут потребоваться в аварийной ситуации, включают средства управления инцидентами и контроля, места сбора сотрудников и спасателей, безопасность объекта и контроль доступа, помещения для ближайших родственников и средств массовой информации, материалы и расходные материалы, транспорт и материально-техническое обеспечение. Эти средства и оборудование предоставляются до инцидента. Недавние чрезвычайные ситуации на шахтах усилили необходимость сосредоточиться на трех конкретных проблемах инфраструктуры: камерах-убежищах, связи и мониторинге атмосферы.
Камеры убежища
Камеры-убежища все чаще используются как средство облегчения побега и спасения подземного персонала. Некоторые из них предназначены для того, чтобы люди могли быть самоспасателями и безопасно общаться с поверхностью; другие были разработаны для обеспечения убежища на длительный период, чтобы можно было оказать помощь при спасении.
Решение об установке камер-убежищ зависит от общей системы эвакуации и спасения шахты. При рассмотрении необходимости и конструкции убежищ необходимо оценить следующие факторы:
Связь
Коммуникационная инфраструктура, как правило, имеется на всех шахтах для облегчения управления и контроля операций, а также для обеспечения безопасности шахты посредством обращений за поддержкой. К сожалению, инфраструктура обычно недостаточно надежна, чтобы выдержать сильный пожар или взрыв, что приводит к нарушению связи, когда это было бы наиболее выгодно. Кроме того, обычные системы включают в себя трубки, которые нельзя безопасно использовать с большинством дыхательных аппаратов, и обычно они размещаются в основных впускных путях, прилегающих к стационарному оборудованию, а не в путях эвакуации.
Следует тщательно оценить необходимость коммуникации после инцидента. Хотя предпочтительнее, чтобы система связи после инцидента была частью системы до инцидента, для повышения ремонтопригодности, стоимости и надежности может быть оправдана автономная система аварийной связи. Несмотря на это, система связи должна быть интегрирована в общие стратегии эвакуации, спасения и управления в чрезвычайных ситуациях.
Атмосферный мониторинг
Знание условий в шахте после аварии необходимо для определения и реализации наиболее подходящих мер по контролю ситуации, а также для оказания помощи спасающимся рабочим и защиты спасателей. Следует тщательно оценить потребность в мониторинге атмосферы после инцидента, и должны быть предусмотрены системы, отвечающие конкретным потребностям шахты, возможно, включающие:
Навыки готовности к чрезвычайным ситуациям, компетенции и обучение
Навыки и компетенции, необходимые для эффективного преодоления аварийной ситуации, могут быть легко определены путем определения основных рисков и мер противоаварийной защиты, разработки аварийной организации и процедур, а также определения необходимых объектов и оборудования.
Навыки и компетенции по обеспечению готовности к чрезвычайным ситуациям включают не только планирование и управление аварийными ситуациями, но и широкий спектр базовых навыков, связанных с первичными и вторичными инициативами по реагированию, которые должны быть включены в комплексную стратегию обучения, в том числе:
Система обеспечения готовности к чрезвычайным ситуациям обеспечивает основу для разработки эффективной стратегии обучения, определяя необходимость, объем и объем конкретных, предсказуемых и надежных результатов на рабочем месте в аварийной ситуации и лежащие в их основе компетенции. В систему входят:
Обучение готовности к чрезвычайным ситуациям можно разделить на несколько категорий, как показано в таблице 3.
Таблица 3. Матрица обучения готовности к чрезвычайным ситуациям
Уровень отклика тренировки |
|
|
Начальное образование |
Процедурный/вторичный |
Функциональный / третичный |
Предназначен для того, чтобы сотрудники понимали характер аварийных ситуаций на шахте и то, как конкретные аспекты общего плана действий в чрезвычайных ситуациях могут затрагивать или влиять на человека, включая первичные меры реагирования. |
Навыки и компетенции для успешного выполнения конкретных процедур, определенных в планах аварийного реагирования, и вторичных мер реагирования, связанных с конкретными аварийными сценариями. |
Развитие навыков и компетенций, необходимых для управления и контроля чрезвычайных ситуаций. |
Элементы знаний и компетентности |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аудит, обзор и оценка
Необходимо внедрить процессы аудита и анализа для оценки и оценки эффективности общих аварийных систем, процедур, объектов, программ технического обслуживания, оборудования, обучения и индивидуальных компетенций. Проведение аудита или моделирования предоставляет без исключения возможности для улучшения, конструктивной критики и проверки удовлетворительных уровней эффективности ключевых видов деятельности.
Каждая организация должна проверять свой общий аварийный план не реже одного раза в год для каждой рабочей смены. Важнейшие элементы плана, такие как аварийное питание или системы удаленной сигнализации, следует тестировать отдельно и чаще.
Доступны две основные формы аудита. Горизонтальный аудит включает тестирование небольших конкретных элементов общего плана действий в чрезвычайных ситуациях для выявления недостатков. Казалось бы, незначительные недостатки могут стать критическими в случае реальной чрезвычайной ситуации. Примеры таких элементов и связанных с ними недостатков перечислены в таблице 4. Вертикальный аудит тестирует несколько элементов плана одновременно посредством моделирования аварийного события. Таким образом можно проверить такие действия, как приведение в действие плана, процедуры поиска и спасения, жизнеобеспечение, пожаротушение и материально-техническое обеспечение, связанное с аварийным реагированием на удаленной шахте или объекте.
Таблица 4. Примеры горизонтального аудита аварийных планов
Элемент |
Дефицит |
Индикаторы начинающегося инцидента или события |
Неспособность распознать, уведомить, записать и принять меры |
Процедуры оповещения/эвакуации |
Сотрудники не знакомы с процедурами эвакуации |
Надевание аварийных респираторов |
Сотрудники не знакомы с респираторами |
Противопожарное оборудование |
Огнетушители разряжены, спринклерные головки закрашены, пожарные гидранты спрятаны или закопаны. |
Аварийная сигнализация |
Тревоги игнорируются |
Приборы для проверки газа |
Не регулярно обслуживается, обслуживается или калибруется |
В симуляциях может участвовать персонал более чем одного отдела и, возможно, персонал других компаний, организаций взаимопомощи или даже служб экстренной помощи, таких как полиция и пожарные. Участие внешних аварийно-спасательных служб предоставляет всем сторонам неоценимую возможность усовершенствовать и интегрировать операции, процедуры и оборудование по обеспечению готовности к чрезвычайным ситуациям, а также адаптировать возможности реагирования к основным рискам и опасностям на конкретных объектах.
Формальная критика должна быть проведена как можно скорее, желательно сразу после аудита или моделирования. Признание должно быть распространено на тех людей или команды, которые показали хорошие результаты. Слабые стороны должны быть описаны как можно более конкретно, а процедуры должны быть пересмотрены для включения системных улучшений, где это необходимо. Необходимые изменения должны быть реализованы, а производительность должна отслеживаться для улучшения.
Постоянная программа, в которой особое внимание уделяется планированию, практике, дисциплине и командной работе, является необходимыми элементами хорошо сбалансированных симуляций и тренировочных упражнений. Опыт неоднократно доказывал, что каждое упражнение является хорошим упражнением; каждое упражнение полезно и дает возможность продемонстрировать сильные стороны и выявить области, требующие улучшения.
Периодическая переоценка рисков и возможностей
Немногие риски остаются неизменными. Следовательно, необходимо отслеживать и оценивать риски и возможности мер контроля и аварийной готовности, чтобы гарантировать, что изменяющиеся обстоятельства (например, люди, системы, процессы, объекты или оборудование) не изменят приоритеты риска или не уменьшат возможности системы.
Выводы
Чрезвычайные ситуации часто рассматриваются как непредвиденные происшествия. Тем не менее, в наш век передовых коммуникаций и технологий мало событий можно назвать действительно непредвиденными, и немного несчастий, которые еще не были пережиты. Газеты, предупреждения об опасностях, статистика несчастных случаев и технические отчеты — все это предоставляет достоверные исторические данные и образы того, что может ожидать будущее для плохо подготовленных.
Тем не менее природа чрезвычайных ситуаций меняется по мере изменения отрасли. Использование методов и экстренных мер, принятых на основе прошлого опыта, не всегда обеспечивает такую же степень безопасности для будущих событий.
Управление рисками обеспечивает комплексный и структурированный подход к пониманию горных опасностей и рисков и развитию эффективных возможностей и систем реагирования на чрезвычайные ситуации. Необходимо понимать и постоянно применять процесс управления рисками, особенно при размещении горноспасателей в потенциально опасных или взрывоопасных условиях.
В основе компетентной готовности к чрезвычайным ситуациям лежит обучение всего шахтного персонала основам осведомленности об опасностях, раннему распознаванию и уведомлению о начинающихся инцидентах и событиях, вызывающих их, а также навыкам первичного реагирования и эвакуации. Ожидания-тренировки в условиях жары, влажности, дыма и плохой видимости также важны. Неспособность должным образом обучить персонал этим основным навыкам часто была разницей между инцидентом и стихийным бедствием.
Обучение обеспечивает механизм организации и планирования готовности к чрезвычайным ситуациям. Интеграция готовности к чрезвычайным ситуациям в структуру систем качества в сочетании с регулярным аудитом и моделированием обеспечивает механизм для улучшения и усиления готовности к чрезвычайным ситуациям.
Конвенция МОТ о безопасности и гигиене труда на шахтах 1955 года (№ 176) и Рекомендация 1995 года (№ 183) обеспечивают общую основу для повышения безопасности и гигиены труда на шахтах. Предлагаемая система аварийной готовности обеспечивает методологию достижения результатов, определенных в Конвенции и Рекомендации.
Подтверждение: Мы выражаем признательность г-ну Полу Маккензи-Вуду, менеджеру по техническим службам угольных шахт (Спасательная служба шахт Нового Южного Уэльса, Австралия) за помощь в подготовке и анализе этой статьи.
Основной опасности в воздухе в горнодобывающей промышленности включают несколько типов твердых частиц, природные газы, выхлопные газы двигателей и некоторые химические пары; главный физические опасности являются шум, сегментарная вибрация, тепло, изменения барометрического давления и ионизирующее излучение. Они встречаются в различных комбинациях в зависимости от шахты или карьера, их глубины, состава руды и окружающей породы, а также метода(ов) добычи. Среди некоторых групп горняков, совместно проживающих в изолированных местах, также существует риск передачи некоторых инфекционных заболеваний, таких как туберкулез, гепатиты (В и Е) и вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Воздействие на шахтеров зависит от работы, ее близости к источнику опасностей и эффективности методов контроля опасностей.
Опасность взвешенных частиц в воздухе
Свободный кристаллический кремнезем является наиболее распространенным соединением в земной коре и, следовательно, является самой распространенной переносимой по воздуху пылью, с которой сталкиваются горняки и рабочие карьеров. Свободный диоксид кремния представляет собой диоксид кремния, который химически не связан ни с каким другим соединением в виде силикатов. Наиболее распространенной формой кремнезема является кварц, хотя он также может проявляться в виде тридимита или кристобалита. Пригодные для дыхания частицы образуются при бурении, взрыве, дроблении или ином измельчении кремнеземсодержащей породы на мелкие частицы. Количество кремнезема в разных видах горных пород варьируется, но не является надежным показателем того, сколько вдыхаемой кремнеземной пыли можно обнаружить в пробе воздуха. Например, нередко можно обнаружить 30% свободного кремнезема в породе, но 10% в пробе воздуха, и наоборот. Песчаник может содержать до 100 % кремнезема, гранит до 40 %, сланец до 30 % с меньшим содержанием других минералов. Воздействие может произойти в ходе любой горнодобывающей деятельности, наземной или подземной, когда кремнезем обнаруживается в вскрышных породах открытых рудников или в потолке, дне или рудных отложениях подземных рудников. Кремнезем может быть рассеян ветром, автомобильным движением или землеройными машинами.
При достаточном воздействии диоксид кремния может вызвать силикоз, типичный пневмокониоз, который незаметно развивается после многих лет воздействия. Исключительно высокое воздействие может вызвать острый или ускоренный силикоз в течение нескольких месяцев со значительным ухудшением состояния или смертью в течение нескольких лет. Воздействие диоксида кремния также связано с повышенным риском туберкулеза, рака легких и некоторых аутоиммунных заболеваний, включая склеродермию, системную красную волчанку и ревматоидный артрит. Свежесколотая кварцевая пыль кажется более реактивной и более опасной, чем старая или несвежая пыль. Это может быть следствием относительно более высокого поверхностного заряда на свежеобразованных частицах.
Наиболее распространенными процессами, в результате которых при горнодобывающей промышленности и разработке карьеров образуется вдыхаемая кварцевая пыль, являются бурение, взрывные работы и резка кремнеземсодержащей породы. Большинство скважин, пробуренных для взрывных работ, делается с помощью пневматической ударной дрели, установленной на гусеничном ходу трактора. Отверстие делается комбинацией вращения, удара и упора бурового долота. По мере углубления отверстия добавляются стальные буровые штанги для подключения бурового долота к источнику питания. Воздух не только приводит в действие сверление, но и выдувает стружку и пыль из отверстия, что, если его не контролировать, выбрасывает большое количество пыли в окружающую среду. Ручной отбойный молоток или проходное сверло работают по тому же принципу, но в меньшем масштабе. Это устройство передает оператору значительную вибрацию, а вместе с ней и риск вибрационного побеления пальцев. Вибрационный белый палец был обнаружен у горняков Индии, Японии, Канады и других стран. Гусеничный бур и отбойный молоток также используются в строительных проектах, где необходимо пробурить или разбить горную породу, чтобы сделать шоссе, разбить горную породу для фундамента, для ремонта дорог и других целей.
Для этих сверл были разработаны и эффективны средства контроля запыленности. Водяной туман, иногда с моющим средством, впрыскивается в продувочный воздух, что помогает частицам пыли сливаться и выпадать. Слишком много воды приводит к образованию перемычки или воротника между буровой сталью и стенкой отверстия. Их часто приходится ломать, чтобы удалить биту; слишком мало воды неэффективно. Проблемы с этим типом управления включают снижение скорости бурения, отсутствие надежной подачи воды и вытеснение масла, что приводит к повышенному износу смазываемых деталей.
Другим типом борьбы с пылью на буровых установках является местная вытяжная вентиляция. Обратный поток воздуха через бурильную трубу удаляет часть пыли и создает воротник вокруг бурового долота с воздуховодом и вентилятором для удаления пыли. Они работают лучше, чем мокрые системы, описанные выше: сверла служат дольше, а скорость бурения выше. Однако эти методы являются более дорогими и требуют большего обслуживания.
Другие элементы управления, обеспечивающие защиту, - это кабины с фильтрованным и, возможно, кондиционированным воздухом для бурильщиков, бульдозеров и водителей транспортных средств. Соответствующий респиратор, правильно подогнанный, может использоваться для защиты работников в качестве временного решения или в случае, если все остальные респираторы окажутся неэффективными.
Воздействие кремнезема также происходит в каменоломнях, которые должны резать камень до заданных размеров. Наиболее распространенным современным методом резки камня является использование канальной горелки, работающей на дизельном топливе и сжатом воздухе. Это приводит к некоторым частицам кремнезема. Наиболее существенной проблемой канальных горелок является шум: при первом розжиге горелки и при ее выходе из разреза уровень звука может превышать 120 дБА. Даже когда он погружен в разрез, шум составляет около 115 дБА. Альтернативным методом резки камня является использование воды под очень высоким давлением.
Часто к каменоломне или рядом с ней примыкает мельница, где из деталей вылепляется более законченный продукт. Если нет очень хорошей местной вытяжной вентиляции, воздействие кремнезема может быть высоким, поскольку для придания камню желаемой формы используются вибрирующие и вращающиеся ручные инструменты.
Вдыхаемая угольная пыль представляет опасность в подземных и открытых угольных шахтах и на углеперерабатывающих предприятиях. Это смешанная пыль, состоящая в основном из угля, но также может включать кварц, глину, известняк и другие минеральные пыли. Состав пыли угольных шахт зависит от угольного пласта, состава окружающих пластов и методов добычи. Шахтная пыль образуется при взрывных работах, бурении, резке и транспортировке угля.
При механизированной добыче образуется больше пыли, чем при ручных, и некоторые методы механизированной добычи производят больше пыли, чем другие. Врубные машины, удаляющие уголь вращающимися барабанами, усеянными кирками, являются основными источниками пыли при механизированных горных работах. К ним относятся так называемые комбайны непрерывного действия и комбайны для разработки длинными забоями. Машины для разработки длинными забоями обычно производят большее количество пыли, чем другие методы добычи. Рассеивание пыли может происходить также при перемещении щитов при разработке очистных забоев и при перегрузке угля с автомобиля или ленточного конвейера на какой-либо другой транспорт.
Пыль угольных шахт вызывает пневмокониоз угольщиков (CWP) и способствует возникновению хронических заболеваний дыхательных путей, таких как хронический бронхит и эмфизема. Уголь высокого качества (например, с высоким содержанием углерода, такой как антрацит) связан с более высоким риском CWP. Есть также некоторые ревматоидные реакции на пыль угольных шахт.
Образование угольной пыли можно уменьшить, изменив методы добычи угля, а ее рассеивание можно контролировать с помощью соответствующей вентиляции и распыления воды. Если уменьшить скорость вращения режущих барабанов и увеличить скорость трамвая (скорость, с которой барабан продвигается в угольный пласт), можно уменьшить пылеобразование без потери производительности. При добыче длинными забоями образование пыли можно уменьшить, если срезать уголь за один проход (а не за два) по забою и откатывать назад без резки или с помощью очищающей выемки. Рассеивание пыли на участках лавы можно уменьшить при гомотропной разработке (т. е. цепной конвейер в забое, режущая головка и воздух, движущиеся в одном направлении). Новый метод резки угля с использованием эксцентриковой режущей головки, которая непрерывно режет перпендикулярно зернам залежи, по-видимому, производит меньше пыли, чем обычная круглая режущая головка.
Адекватная механическая вентиляция, действующая сначала на бригаду горняков, а затем на забой и через него, может уменьшить воздействие. Вспомогательная местная вентиляция на очистном забое с использованием вентилятора с воздуховодом и скруббером также может уменьшить воздействие за счет обеспечения местной вытяжной вентиляции.
Распылители воды, стратегически расположенные рядом с режущей головкой и отбрасывающие пыль от горняка к забою, также помогают уменьшить воздействие. Поверхностно-активные вещества обеспечивают некоторое преимущество в снижении концентрации угольной пыли.
Воздействие асбеста встречается среди добытчиков асбеста и на других шахтах, где асбест содержится в руде. Среди шахтеров во всем мире воздействие асбеста повышает риск развития рака легких и мезотелиомы. Это также повышает риск асбестоза (еще одного пневмокониоза) и заболеваний дыхательных путей.
Выхлоп дизельного двигателя представляет собой сложную смесь газов, паров и твердых частиц. Наиболее опасными газами являются окись углерода, окись азота, двуокись азота и двуокись серы. Существует множество летучих органических соединений (ЛОС), таких как альдегиды и несгоревшие углеводороды, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и соединения нитро-ПАУ (N-ПАУ). Соединения ПАУ и N-ПАУ также адсорбируются на твердых частицах дизельного топлива. Оксиды азота, диоксид серы и альдегиды являются острыми раздражителями дыхательных путей. Многие соединения ПАУ и N-ПАУ являются канцерогенными.
Твердые частицы дизельного топлива состоят из углеродных частиц небольшого диаметра (диаметром 1 мм), которые конденсируются из выхлопных газов и часто собираются в воздухе в виде комков или цепочек. Все эти частицы пригодны для дыхания. Твердые частицы дизельного топлива и другие частицы аналогичного размера являются канцерогенными для лабораторных животных и, по-видимому, повышают риск развития рака легких у подвергшихся воздействию рабочих при концентрациях выше примерно 0.1 мг/м.3. Горняки в подземных шахтах подвергаются значительно более высокому воздействию твердых частиц дизельного топлива. Международное агентство по изучению рака (IARC) считает твердые частицы дизельного топлива вероятным канцерогеном.
Выбросы дизельных выхлопов можно уменьшить за счет конструкции двигателя и использования высококачественного, чистого топлива с низким содержанием серы. Двигатели со сниженными номиналами и топливо с низким цетановым числом и низким содержанием серы производят меньше твердых частиц. Использование топлива с низким содержанием серы снижает образование SO.2 и твердых частиц. Фильтры эффективны и осуществимы, они могут удалять более 90% дизельных твердых частиц из потока выхлопных газов. Доступны фильтры для двигателей без скрубберов, а также для двигателей с водяными или сухими скрубберами. Угарный газ можно значительно уменьшить с помощью каталитического нейтрализатора. Оксиды азота образуются всякий раз, когда азот и кислород находятся в условиях высокого давления и температуры (т. е. внутри дизельного цилиндра), и, следовательно, их труднее удалить.
Концентрацию диспергированных твердых частиц дизельного топлива можно уменьшить в подземной шахте за счет адекватной механической вентиляции и ограничений на использование дизельного оборудования. Любому дизельному транспортному средству или другой машине потребуется минимальная вентиляция для разбавления и удаления продуктов выхлопа. Количество вентиляции зависит от размера двигателя и его использования. Если в одном воздушном потоке работает более одного дизельного оборудования, необходимо усилить вентиляцию для разбавления и удаления выхлопных газов.
Дизельное оборудование может увеличить риск возгорания или взрыва, поскольку оно выбрасывает горячий выхлоп с пламенем и искрами, а высокая температура его поверхности может привести к возгоранию скопившейся угольной пыли или других горючих материалов. Температура поверхности дизельных двигателей должна поддерживаться на уровне ниже 305 ° F (150 ° C) в угольных шахтах, чтобы предотвратить возгорание угля. Пламя и искры от выхлопа можно контролировать с помощью скруббера, чтобы предотвратить воспламенение угольной пыли и метана.
Газы и пары
В таблице 1 перечислены газы, обычно встречающиеся в шахтах. Важнейшими природными газами являются метан и сероводород в угольных шахтах и радона в урановых и других шахтах. Дефицит кислорода возможен и в том, и в другом случае. Метан горюч. Большинство взрывов в угольных шахтах происходит в результате воспламенения метана, и часто за ними следуют более сильные взрывы, вызванные угольной пылью, взвешенной в результате удара первоначального взрыва. На протяжении всей истории добычи угля пожары и взрывы были основной причиной гибели тысяч горняков. Риск взрыва можно снизить, разбавив метан до уровня ниже его нижнего предела взрываемости и запретив использование потенциальных источников воспламенения в забойных зонах, где концентрация обычно самая высокая. Посыпка ребер шахты (стены), пола и потолка негорючим известняком (или другой негорючей каменной пылью, не содержащей кремнезема) помогает предотвратить взрывы пыли; если пыль, взвешенная ударом взрыва метана, не горюча, вторичного взрыва не произойдет.
Таблица 1. Распространенные названия и воздействие на здоровье опасных газов, образующихся в угольных шахтах
Газовый |
Распространенное имя |
Эффекты для здоровья |
Метан (CH4) |
Пожарная влажность |
легковоспламеняющиеся, взрывоопасные; простая асфиксия |
Угарный газ (СО) |
Белая сырость |
Химическая асфиксия |
Сероводород ( H2S) |
Вонь сырая |
Раздражение глаз, носа, горла; острое угнетение дыхания |
Кислородная недостаточность |
Черная сырость |
гипоксия |
Побочные продукты взрывных работ |
После сырости |
Респираторные раздражители |
Выхлоп дизельного двигателя |
Одна и та же |
Респираторный раздражитель; рак легких |
Радон — природный радиоактивный газ, обнаруженный в урановых, оловянных и некоторых других рудниках. В угольных шахтах не обнаружен. Основная опасность, связанная с радоном, заключается в том, что он является источником ионизирующего излучения, что обсуждается ниже.
Другие опасные газы включают раздражители дыхательных путей, содержащиеся в выхлопных газах дизельных двигателей и побочных продуктах взрывных работ. Монооксид углерода обнаруживается не только в выхлопных газах двигателей, но и в результате минных пожаров. При шахтных пожарах СО может достигать не только смертельных концентраций, но и становиться взрывоопасным.
Оксиды азота (NOx), в первую очередь NO и NO2, образуются дизельными двигателями и как побочный продукт взрывных работ. В двигателях НЕТx образуются как неотъемлемый побочный продукт обработки воздуха, 79% которого состоит из азота и 20% из которых — кислород, в условиях высокой температуры и давления, необходимых для работы дизельного двигателя. Производство NOx можно до некоторой степени уменьшить, поддерживая двигатель как можно более холодным и увеличивая вентиляцию для разбавления и удаления выхлопных газов.
НЕТx также является побочным продуктом взрывных работ. Во время взрывных работ горняки удаляются из зоны, где будут производиться взрывные работы. Обычная практика во избежание чрезмерного воздействия оксидов азота, пыли и других результатов взрывных работ заключается в том, чтобы дождаться, пока вентиляция шахты удалит из шахты достаточное количество побочных продуктов взрывных работ, прежде чем снова войти в зону с воздухозаборником.
Кислородная недостаточность может происходить многими способами. Кислород может быть вытеснен каким-либо другим газом, например метаном, или может потребляться либо при горении, либо микробами в воздушном пространстве без вентиляции.
Существует множество других опасностей, переносимых по воздуху, которым подвергаются определенные группы горняков. Воздействие паров ртути и, следовательно, риск отравления ртутью представляет собой опасность для золотодобытчиков и мельников, а также для добытчиков ртути. Воздействие мышьяка и риск развития рака легких характерны для золотодобытчиков и добытчиков свинца. Воздействие никеля и, следовательно, риск развития рака легких и кожных аллергий происходит среди добытчиков никеля.
Некоторые пластмассы также находят применение в шахтах. К ним относятся мочевиноформальдегид и пенополиуретаны, оба из которых изготовлены из пластика на месте. Они используются для затыкания отверстий и улучшения вентиляции, а также для лучшего крепления кровельных опор. Формальдегид и изоцианаты, два исходных материала для этих двух пенопластов, являются раздражителями дыхательных путей, и оба могут вызывать аллергическую сенсибилизацию, что делает почти невозможным для сенсибилизированных горняков обход любого ингредиента. Формальдегид является канцерогеном для человека (IARC Group 1).
Физические опасности
Шум повсеместно используется в горнодобывающей промышленности. Он создается мощными машинами, вентиляторами, взрывными работами и транспортировкой руды. Подземная шахта обычно имеет ограниченное пространство и, таким образом, создает поле реверберации. Воздействие шума больше, чем если бы те же источники находились в более открытой среде.
Воздействие шума можно уменьшить, используя обычные средства контроля шума на горнодобывающем оборудовании. Трансмиссии можно сделать тише, двигатели лучше заглушить, а гидравлическое оборудование тоже можно сделать тише. Лотки могут быть утеплены или облицованы звукопоглощающими материалами. Защита органов слуха в сочетании с регулярным аудиометрическим тестированием часто необходима для сохранения слуха горняков.
Ионизирующее излучение представляет опасность в горнодобывающей промышленности. Радон может выделяться из камня при его разрыхлении взрывными работами, но он также может попасть в шахту через подземные потоки. Это газ, поэтому он находится в воздухе. Радон и продукты его распада испускают ионизирующее излучение, часть которого обладает достаточной энергией для образования раковых клеток в легких. В результате смертность от рака легких среди уранодобытчиков повышена. У курящих шахтеров смертность намного выше.
зной представляет опасность как для подземных, так и для открытых горняков. В подземных шахтах основным источником тепла является сама порода. Температура горных пород повышается примерно на 1°С на каждые 100 м глубины. К другим источникам теплового стресса относятся физическая активность рабочих, количество циркулирующего воздуха, температура и влажность окружающего воздуха, а также тепло, выделяемое горнодобывающим оборудованием, в основном дизельным. Очень глубокие шахты (глубже 1,000 м) могут создавать значительные проблемы с перегревом, поскольку температура ребер шахты составляет около 40 °C. Основными источниками тепла для наземных рабочих являются физическая активность, близость к горячим двигателям, температура воздуха, влажность и солнечный свет.
Снижение теплового стресса может быть достигнуто за счет охлаждения высокотемпературного оборудования, ограничения физической активности и обеспечения достаточным количеством питьевой воды, защиты от солнца и соответствующей вентиляции. Для наземной техники кабины с кондиционером могут защитить оператора оборудования. Например, на глубоких шахтах в Южной Африке для некоторого облегчения используются подземные установки кондиционирования воздуха, а для борьбы с тепловым стрессом доступны средства первой помощи.
Многие шахты работают на больших высотах (например, выше 4,600 м), и из-за этого горняки могут испытывать высотную болезнь. Это может усугубиться, если они будут перемещаться между шахтой на большой высоте и более нормальным атмосферным давлением.
Общий Профиль
Сырая нефть и природный газ представляют собой смеси молекул углеводородов (органических соединений атомов углерода и водорода), содержащих от 1 до 60 атомов углерода. Свойства этих углеводородов зависят от числа и расположения атомов углерода и водорода в их молекулах. Основная молекула углеводорода состоит из 1 атома углерода, связанного с 4 атомами водорода (метан). Все другие варианты нефтяных углеводородов происходят от этой молекулы. Углеводороды, содержащие до 4 атомов углерода, обычно являются газами; те, у которых от 5 до 19 атомов углерода, обычно являются жидкостями; а те, у которых 20 или более, являются твердыми. В дополнение к углеводородам сырая нефть и природный газ содержат соединения серы, азота и кислорода, а также следовые количества металлов и других элементов.
Считается, что сырая нефть и природный газ образовались в течение миллионов лет в результате разложения растительности и морских организмов, спрессованных под тяжестью отложений. Поскольку нефть и газ легче воды, они поднялись вверх, чтобы заполнить пустоты в вышележащих пластах. Это восходящее движение прекратилось, когда нефть и газ достигли плотных, вышележащих, непроницаемых пластов или непористых пород. Нефть и газ заполняли пространства в пластах пористых пород и естественных подземных резервуарах, таких как насыщенные пески, с более легким газом поверх более тяжелой нефти. Эти пространства изначально были горизонтальными, но смещение земной коры создало карманы, называемые разломами, антиклиналями, соляными куполами и стратиграфическими ловушками, где нефть и газ скапливались в резервуарах.
Сланцевая нефть
Сланцевая нефть, или кероген, представляет собой смесь твердых углеводородов и других органических соединений, содержащих азот, кислород и серу. Его извлекают путем нагревания из породы, называемой горючим сланцем, с получением от 15 до 50 галлонов нефти на тонну породы.
Разведка и добыча — это общепринятая терминология, применяемая к той части нефтяной промышленности, которая отвечает за разведку и открытие новых месторождений сырой нефти и газа, бурение скважин и доставку продуктов на поверхность. Исторически сложилось так, что сырая нефть, просачивающаяся естественным путем на поверхность, собиралась для использования в качестве лекарств, защитных покрытий и топлива для ламп. Просачивание природного газа было зафиксировано в виде пожаров, горящих на поверхности земли. Только в 1859 году были разработаны методы бурения и получения больших коммерческих объемов сырой нефти.
Сырая нефть и природный газ находятся по всему миру, как под землей, так и под водой, следующим образом:
На Рисунке 1 и Рисунке 2 показана мировая добыча сырой нефти и природного газа в 1995 году.
Рисунок 1. Мировая добыча сырой нефти в 1995 г.
Рис. 2. Мировое производство жидких продуктов природного газа, 1995 г.
Названия сырой нефти часто определяют как тип сырой нефти, так и районы, где она была первоначально обнаружена. Например, первая коммерческая сырая нефть, Pennsylvania Crude, названа в честь места ее происхождения в Соединенных Штатах. Другими примерами являются саудовский легкий и венесуэльский тяжелый. Двумя эталонными сортами нефти, используемыми для установления мировых цен на нефть, являются Texas Light Sweet и North Sea Brent.
Классификация сырой нефти
Сырая нефть представляет собой сложные смеси, содержащие множество различных отдельных углеводородных соединений; они различаются по внешнему виду и составу от одного нефтяного месторождения к другому, а иногда даже отличаются от скважин, находящихся относительно близко друг к другу. Консистенция сырой нефти варьируется от водянистой до смолоподобной твердой фазы, а цвет — от прозрачного до черного. «Средняя» сырая нефть содержит около 84% углерода; 14% водорода; от 1 до 3% серы; и менее 1% азота, кислорода, металлов и солей. См. таблицу 1 и таблицу 2.
Таблица 1. Типичные приблизительные характеристики и свойства, а также бензиновый потенциал различных типов сырой нефти.
Сырой источник и название * |
Парафины |
Ароматика |
Нафтены |
Сера |
плотность API |
Выход нафтена |
Октановое число |
Нигерийский свет |
37 |
9 |
54 |
0.2 |
36 |
28 |
60 |
Саудовский свет |
63 |
19 |
18 |
2 |
34 |
22 |
40 |
Саудовская тяжелая |
60 |
15 |
25 |
2.1 |
28 |
23 |
35 |
Венесуэла Тяжелый |
35 |
12 |
53 |
2.3 |
30 |
2 |
60 |
Венесуэла Лайт |
52 |
14 |
34 |
1.5 |
24 |
18 |
50 |
США Среднеконтинентальный Сладкий |
- |
- |
- |
0.4 |
40 |
- |
- |
США Западный Техас Кислый |
46 |
22 |
32 |
1.9 |
32 |
33 |
55 |
Брент Северного моря |
50 |
16 |
34 |
0.4 |
37 |
31 |
50 |
* Репрезентативные средние числа.
Таблица 2. Состав сырой нефти и природного газа
углеводороды
Парафины: Молекулы парафиновых углеводородов с насыщенной цепью (алифатических) в сырой нефти имеют формулу CnH2n + 2, и могут быть как прямые цепи (нормальные), так и разветвленные цепи (изомеры) атомов углерода. Более легкие молекулы парафина с прямой цепью встречаются в газах и парафиновых парафинах. Парафины с разветвленной цепью обычно встречаются в более тяжелых фракциях сырой нефти и имеют более высокие октановые числа, чем нормальные парафины.
Ароматика: Ароматические углеводороды представляют собой ненасыщенные углеводородные (циклические) соединения кольцевого типа. Нафталины представляют собой конденсированные ароматические соединения с двойным кольцом. Наиболее сложные ароматические соединения, полиядерные (три или более конденсированных ароматических кольца), встречаются в более тяжелых фракциях сырой нефти.
Нафтены: Нафтены представляют собой насыщенные углеводородные группы кольцевого типа с формулой
CnH2n, расположенные в виде замкнутых колец (циклических), встречаются во всех фракциях сырой нефти, кроме самых легких. Преобладают нафтены с одним кольцом (моноциклопарафины) с 5 и 6 атомами углерода, а нафтены с двумя кольцами (дициклопарафины) встречаются в более тяжелых концах нафты.
Неуглеводороды
Сера и соединения серы: Сера присутствует в природном газе и сырой нефти в виде сероводорода ( H2S), в виде соединений (тиолы, меркаптаны, сульфиды, полисульфиды и др.) или в виде элементарной серы. Каждый газ и сырая нефть содержат различные количества и типы соединений серы, но, как правило, доля, стабильность и сложность соединений выше в более тяжелых фракциях сырой нефти.
Соединения серы, называемые меркаптанами, которые обладают отчетливым запахом, обнаруживаемым при очень низких концентрациях, обнаруживаются в газе, сырой нефти и дистиллятах. Наиболее распространены метил- и этилмеркаптаны. Меркаптаны часто добавляют к коммерческому газу (СПГ и СНГ), чтобы придать запах для обнаружения утечек.
Возможность воздействия токсичных уровней H2S существует при работе в области бурения, добычи, транспортировки и переработки сырой нефти и природного газа. При сгорании нефтяных углеводородов, содержащих серу, образуются нежелательные вещества, такие как серная кислота и двуокись серы.
Кислородные соединения: Соединения кислорода, такие как фенолы, кетоны и карбоновые кислоты, содержатся в сырой нефти в различных количествах.
Соединения азота: Азот содержится в более легких фракциях сырой нефти в виде основных соединений и чаще в более тяжелых фракциях сырой нефти в виде неосновных соединений, которые могут также включать следовые количества металлов.
Следы металлов: Следовые количества или небольшие количества металлов, включая медь, никель, железо, мышьяк и ванадий, часто обнаруживаются в небольших количествах в сырой нефти.
Неорганические соли: Сырая нефть часто содержит неорганические соли, такие как хлорид натрия, хлорид магния и хлорид кальция, взвешенные в сырой нефти или растворенные в увлеченной воде (рассоле).
Углекислый газ: Углекислый газ может образоваться в результате разложения бикарбонатов, присутствующих в сырой нефти или добавленных к ней, или из пара, используемого в процессе дистилляции.
Нафтеновые кислоты: Некоторые виды сырой нефти содержат нафтеновые (органические) кислоты, которые могут стать коррозионно-активными при температуре выше 232 °C, когда кислотное число сырой нефти превышает определенный уровень.
Обычно встречающиеся радиоактивные материалы: Обычно встречающиеся радиоактивные материалы (НОРМ) часто присутствуют в сырой нефти, в буровых отложениях и в буровом растворе и могут представлять опасность из-за низких уровней радиоактивности.
Относительно простые анализы сырой нефти используются для классификации сырой нефти на парафиновую, нафтеновую, ароматическую или смешанную на основе преобладающей доли сходных молекул углеводородов. Смешанная нефть содержит различное количество углеводородов каждого типа. Один метод анализа (Горнорудное бюро США) основан на перегонке, а другой метод (фактор «К» UOP) основан на плотности и температуре кипения. Для определения ценности сырой нефти (т. е. ее выхода и качества полезных продуктов) и параметров обработки проводятся более комплексные анализы сырой нефти. Сырую нефть обычно группируют по структуре выхода, при этом высокооктановый бензин является одним из наиболее желательных продуктов. Сырье для нефтеперерабатывающих заводов обычно состоит из смесей двух или более различных видов сырой нефти.
Сырая нефть также определяется по API (удельному весу). Например, более тяжелая сырая нефть имеет низкий удельный вес в градусах API (и высокий удельный вес). Сырая нефть с низкой плотностью API может иметь либо высокую, либо низкую температуру воспламенения, в зависимости от ее самых легких фракций (более летучих компонентов). Из-за важности температуры и давления в процессе нефтепереработки сырая нефть дополнительно классифицируется по вязкости, температуре застывания и интервалу кипения. Также учитываются другие физические и химические характеристики, такие как цвет и содержание углеродистого остатка. Сырая нефть с высоким содержанием углерода, низким содержанием водорода и низкой плотностью в градусах API обычно богата ароматическими соединениями; в то время как те с низким содержанием углерода, высоким содержанием водорода и высокой плотностью в градусах API обычно богаты парафинами.
Сырая нефть, которая содержит заметные количества сероводорода или других реакционноспособных соединений серы, называется «сернистой». Те, в которых меньше серы, называются «сладкими». Некоторыми исключениями из этого правила являются сырая нефть Западного Техаса (которая всегда считается «кислой», независимо от ее H).2содержанием серы) и аравийской нефти с высоким содержанием серы (которые не считаются «сернистыми», поскольку их соединения серы не обладают высокой реакционной способностью).
Сжатый природный газ и сжиженные углеводородные газы
Состав встречающихся в природе углеводородных газов аналогичен сырой нефти тем, что они содержат смесь различных молекул углеводородов в зависимости от их источника. Их можно извлекать в виде природного газа (почти без жидкостей) из газовых месторождений; попутный нефтяной газ, добываемый вместе с нефтью газовых и нефтяных месторождений; и газ газоконденсатных месторождений, где часть жидких компонентов нефти переходит в газообразное состояние при высоком давлении (от 10 до 70 мПа). При снижении давления (до 4-8 МПа) конденсат, содержащий более тяжелые углеводороды, отделяется от газа путем конденсации. Газ добывается из скважин глубиной до 4 миль (6.4 км) и более, при пластовом давлении от 3 МПа до 70 МПа. (См. рис. 3.)
Рис. 3. Морская газовая скважина, пробуренная на глубине 87.5 м в районе Питас-Пойнт пролива Санта-Барбара, Южная Калифорния.
Американский институт нефти
Природный газ содержит от 90 до 99% углеводородов, которые состоят преимущественно из метана (самый простой углеводород) вместе с небольшими количествами этана, пропана и бутана. Природный газ также содержит следы азота, водяного пара, двуокиси углерода, сероводорода и иногда инертных газов, таких как аргон или гелий. Природные газы с содержанием более 50 г/м3 углеводородов с молекулами из трех и более атомов углерода ( C3 или выше) классифицируются как «бедные» газы.
В зависимости от того, как он используется в качестве топлива, природный газ либо сжимается, либо сжижается. Природный газ газовых и газоконденсатных месторождений перерабатывается на месторождении для соответствия определенным критериям транспортировки перед компримированием и подачей в газопроводы. Эта подготовка включает удаление воды с помощью осушителей (дегидраторов, сепараторов и нагревателей), удаление масла с помощью коалесцирующих фильтров и удаление твердых частиц путем фильтрации. Также из природного газа удаляют сероводород и углекислый газ, чтобы они не вызывали коррозии трубопроводов и транспортно-компрессорного оборудования. Пропан, бутан и пентан, присутствующие в природном газе, также удаляются перед передачей, чтобы они не конденсировались и не образовывали жидкости в системе. (См. раздел «Добыча и переработка природного газа».)
Природный газ транспортируется по трубопроводу с газовых месторождений на заводы по сжижению, где он сжимается и охлаждается примерно до –162 ºC для производства сжиженного природного газа (СПГ) (см. рис. 4). Состав СПГ отличается от природного газа за счет удаления некоторых примесей и компонентов в процессе сжижения. СПГ в основном используется для увеличения поставок природного газа в периоды пиковой нагрузки и для подачи газа в отдаленные районы, удаленные от основных трубопроводов. Он регазифицируется путем добавления азота и воздуха, чтобы сделать его сопоставимым с природным газом перед подачей в газопроводы. СПГ также используется в качестве автомобильного топлива в качестве альтернативы бензину.
Рис. 4. Крупнейший в мире завод по производству СПГ в Арзеве, Алжир.
Американский институт нефти
Нефтяные попутные газы и конденсатные газы относятся к «богатым» газам, так как содержат значительные количества этана, пропана, бутана и других предельных углеводородов. Попутные нефтяные и конденсатные газы разделяют и сжижают для получения сжиженного нефтяного газа (СУГ) путем сжатия, адсорбции, абсорбции и охлаждения на нефтегазоперерабатывающих заводах. Эти газовые заводы также производят природный бензин и другие углеводородные фракции.
В отличие от природного газа, нефтяного попутного газа и конденсатного газа, газы нефтепереработки (получаемые как побочные продукты нефтепереработки) содержат значительное количество водорода и ненасыщенных углеводородов (этилен, пропилен и др.). Состав газов нефтепереработки зависит от каждого конкретного процесса и используемой сырой нефти. Например, газы, полученные в результате термического крекинга, обычно содержат значительное количество олефинов, тогда как газы, полученные в результате каталитического крекинга, содержат больше изобутанов. Пиролизные газы содержат этилен и водород. Состав природных газов и типичных газов нефтепереработки представлен в таблице 3.
Таблица 3. Типовой приблизительный состав природного газа и газа нефтепереработки (% по объему)
Тип газ |
H2 |
CH4 |
C2H6 |
C3H4 |
C3H8 |
C3H6 |
C4H10 |
C4H8 |
N2+CO2 |
C5+ |
Натуральный газ |
н / |
98 |
0.4 |
н / |
0.15 |
н / |
0.05 |
н / |
1.4 |
н / |
Нефть- |
н / |
42 |
20 |
н / |
17 |
н / |
8 |
н / |
10 |
3 |
Газы нефтепереработки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Горючий природный газ с теплотворной способностью от 35.7 до 41.9 МДж/м3 (от 8,500 10,000 до XNUMX XNUMX ккал/м3), в основном используется в качестве топлива для производства тепла в бытовых, сельскохозяйственных, коммерческих и промышленных целях. Углеводород природного газа также используется в качестве сырья для нефтехимических и химических процессов. Синтез-газ (CO + H2) перерабатывается из метана путем оксигенации или преобразования водяного пара и используется для производства аммиака, спирта и других органических химикатов. Сжатый природный газ (СПГ) и сжиженный природный газ (СПГ) используются в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Сжиженные нефтяные газы (СНГ) при переработке нефти имеют более высокую теплотворную способность 93.7 МДж / мXNUMX.3 (пропан) (22,400 XNUMX ккал/м3) и 122.9 МДж/м3 (бутан) (29,900 XNUMX ккал/м3) и используются в качестве топлива в домах, на предприятиях и в промышленности, а также в автомобилях (NFPA 1991). Непредельные углеводороды (этилен, пропилен и др.), получаемые из газов нефтепереработки, могут быть переработаны в высокооктановый бензин или использованы в качестве сырья в нефтехимической и химико-перерабатывающей промышленности.
Свойства углеводородных газов
По данным Национальной ассоциации противопожарной защиты США, легковоспламеняющиеся (горючие) газы — это газы, которые горят при концентрациях кислорода, обычно присутствующих в воздухе. Горение легковоспламеняющихся газов аналогично горению паров легковоспламеняющихся углеводородов, поскольку для инициирования реакции горения требуется определенная температура воспламенения, и каждый из них будет гореть только в определенном диапазоне газовоздушных смесей. Легковоспламеняющиеся жидкости имеют точка возгорания (температура (всегда ниже точки кипения), при которой они выделяют достаточно паров для сгорания). Для легковоспламеняющихся газов не существует очевидной температуры вспышки, поскольку они обычно находятся при температурах выше их точек кипения, даже в сжиженном состоянии, и поэтому всегда имеют температуры, значительно превышающие их температуры вспышки.
Национальная ассоциация противопожарной защиты США (1976 г.) определяет сжатые и сжиженные газы следующим образом:
Основным фактором, определяющим давление внутри сосуда, является температура хранимой жидкости. При контакте с атмосферой сжиженный газ очень быстро испаряется, путешествуя по земле или водной поверхности, если только он не рассеивается в воздухе ветром или механическим движением воздуха. При нормальной атмосферной температуре испаряется около трети жидкости в контейнере.
Горючие газы далее классифицируются как топливный газ и промышленный газ. Топливные газы, включая природный газ и сжиженные углеводородные газы (пропан и бутан), сжигают с воздухом для получения тепла в печах, печах, водонагревателях и котлах. Горючие технические газы, такие как ацетилен, используются при обработке, сварке, резке и термообработке. Различия в свойствах сжиженного природного газа (СПГ) и сжиженных углеводородных газов (СНГ) представлены в таблице 3.
В поисках нефти и газа
Поиск нефти и газа требует знания географии, геологии и геофизики. Сырая нефть обычно находится в определенных типах геологических структур, таких как антиклинали, ловушки разломов и соляные купола, которые расположены под различными рельефами и в широком диапазоне климатических условий. После выбора области интереса проводится множество различных типов геофизических исследований и измерений для получения точной оценки подземных образований, в том числе:
Рисунок 5. Саудовская Аравия, сейсморазведка
Американский институт нефти
Когда разведка и замеры показывают наличие пластов или пластов, которые могут содержать нефть, бурятся разведочные скважины, чтобы определить, действительно ли есть нефть или газ, и если да, то доступны ли они и могут быть получены в коммерчески выгодных количествах.
Оффшорные операции
Хотя первая морская нефтяная скважина была пробурена в начале 1900-х годов у побережья Калифорнии, начало современного морского бурения было положено в 1938 году с открытием в Мексиканском заливе, в 1 миле (1.6 км) от береговой линии США. После Второй мировой войны морское бурение быстро расширилось, сначала на мелководье, прилегающем к известным наземным производственным районам, а затем на других мелководных и глубоководных участках по всему миру, а также в климатических условиях, варьирующихся от Арктики до Персидского залива. Вначале морское бурение было возможно только при глубине воды около 91 м; однако современные платформы теперь могут бурить в водах глубиной более 3.2 км. Морская нефтяная деятельность включает разведку, бурение, добычу, переработку, подводное строительство, техническое обслуживание и ремонт, а также транспортировку нефти и газа на берег судами или по трубопроводу.
Оффшорные платформы
Буровые платформы поддерживают буровые установки, расходные материалы и оборудование для операций на море или во внутренних водах, и варьируются от плавучих или погружных барж и кораблей до стационарных платформ на стальных опорах, используемых на мелководье, до больших, плавучих, железобетонных, гравитационных платформы, используемые на больших глубинах. После завершения бурения морские платформы используются для поддержки производственного оборудования. На самых крупных производственных платформах есть жилые помещения для более чем 250 членов экипажа и другого вспомогательного персонала, вертолетные площадки, перерабатывающие заводы и хранилища сырой нефти и газового конденсата (см. рис. 6).
Рисунок 6. Буровые суда; буровое судно Ben Ocean Laneer
Американский институт нефти
Как правило, при бурении глубоководных плавучих платформ устьевое оборудование опускается на дно океана и герметизируется на обсадной колонне скважины. Использование волоконно-оптической технологии позволяет большой центральной платформе удаленно контролировать и эксплуатировать небольшие спутниковые платформы и подводные шаблоны. Производственные мощности на большой платформе перерабатывают сырую нефть, газ и конденсат со вспомогательных объектов перед отправкой на берег.
Тип платформы, используемой при подводном бурении, часто определяется типом буруемой скважины (разведочная или эксплуатационная) и глубиной воды (см. табл. 4).
Таблица 4. Типы платформ для подводного бурения
Тип платформы |
Глубина (м) |
Описание |
Погружные баржи и платформы |
15-30 |
Баржи или платформы, отбуксированные на площадку и опущенные на дно. Нижняя плавучая колонна удерживает буровые установки на плаву |
Подъемы (на ноги) |
30-100 |
Мобильные самоподъемные плавучие платформы, опоры которых приподнимаются для буксировки. На площадке ноги опускаются на |
Плавучие платформы |
100-3,000 + |
Крупные, автономные, многоуровневые, железобетонные гравитационные конструкции, буксируемые на площадку, затопленные с помощью |
Меньшие плавучие платформы, также подвешенные, которые поддерживают только буровую установку и обслуживаются плавучим |
||
Буровые баржи |
30-300 |
Самоходные, плавучие или полупогружные баржи. |
Буровые суда |
120-3,500 + |
Высокосложные, специально спроектированные, плавучие или полупогружные суда. |
Исправлено на площадках сайта |
0-250 |
Платформы, построенные на стальных опорах (корпусах), которые утоплены и закреплены на месте, и искусственные острова, используемые в качестве |
Подводные шаблоны |
н / |
Подводные производственные установки. |
Типы колодцев
Разведочные скважины.
После анализа геологических данных и геофизических исследований бурятся разведочные скважины на суше или на море. Разведочные скважины, бурящиеся в районах, где ранее не было обнаружено ни нефти, ни газа, называются «дикими кошками». Те скважины, которые выходят на нефть или газ, называются «скважинами открытия». Другие разведочные скважины, известные как «ступенчатые» или «оценочные», бурятся для определения границ месторождения после открытия или для поиска новых нефтегазоносных пластов рядом с уже известными или под ними. содержать продукт. Скважина, которая не находит нефти или газа или находит слишком мало для рентабельной добычи, называется «сухой скважиной».
Развивающие скважины.
После открытия площадь коллектора примерно определяется серией ступенчатых или оценочных скважин. Затем бурятся эксплуатационные скважины для добычи газа и нефти. Количество эксплуатационных скважин, подлежащих бурению, определяется предполагаемым определением нового месторождения как по размерам, так и по продуктивности. Из-за неуверенности в том, как коллекторы сформированы или ограничены, некоторые эксплуатационные скважины могут оказаться сухими стволами. Иногда бурение и добыча происходят одновременно.
Геобарические/геотермальные скважины.
Геобарические/геотермальные скважины – это скважины, которые добывают воду с чрезвычайно высоким давлением (7,000 фунтов на квадратный дюйм) и высокой температурой (149 ºC), которая может содержать углеводороды. Вода превращается в быстро расширяющееся облако горячего пара и паров при выходе в атмосферу из-за утечки или разрыва.
Стрипперные колодцы.
Отборные скважины — это те, которые добывают менее десяти баррелей нефти в день из пласта.
Многократное заканчивание скважин.
При обнаружении нескольких продуктивных пластов при бурении одной скважины может быть спущена отдельная колонна труб в одну скважину для каждого отдельного пласта. Нефть и газ из каждого пласта направляются в соответствующие трубопроводы и изолируются друг от друга пакерами, герметизирующими кольцевые пространства между колонной трубопроводов и обсадной колонной. Эти скважины известны как скважины с множественным заканчиванием.
Нагнетательные скважины.
Нагнетательные скважины закачивают воздух, воду, газ или химикаты в коллекторы добывающих месторождений либо для поддержания давления, либо для перемещения нефти к добывающим скважинам за счет гидравлической силы или повышенного давления.
Сервисные колодцы.
К сервисным скважинам относятся те, которые используются для ловли и канатных работ, установки или удаления пакеров/заглушек и переделки. Также бурятся сервисные скважины для подземного сброса соленой воды, которая отделяется от сырой нефти и газа.
Методы бурения
Буровые установки.
Базовые буровые установки содержат вышку (вышку), бурильную трубу, большую лебедку для опускания и подъема бурильной трубы, буровой стол, который вращает бурильную трубу и долото, буровой смеситель и насос, а также двигатель для привода стола и лебедка (см. рис. 7). Небольшие буровые установки, используемые для бурения разведочных или сейсмических скважин, могут быть установлены на грузовиках для перемещения с площадки на площадку. Более крупные буровые установки либо устанавливаются на месте, либо имеют переносные шарнирные (домкратные ножи) вышки для удобства обращения и монтажа.
Рис. 7. Буровая установка на острове Эльф-Рингнес в канадской Арктике.
Американский институт нефти
Ударное или кабельное бурение.
Самым старым методом бурения является ударное или канатное бурение. Этот медленный метод с ограниченной глубиной, который редко используется, включает дробление породы путем подъема и опускания тяжелого долота и штока на конце троса. Через определенные промежутки времени долото извлекается, а шлам взвешивается в воде и удаляется промывкой или откачкой на поверхность. По мере углубления скважины ее облицовывают стальным кожухом для предотвращения обрушения и защиты от загрязнения грунтовыми водами. Для бурения даже неглубокой скважины требуется значительная работа, а при обнаружении нефти или газа нет возможности контролировать немедленный выход продукта на поверхность.
Вращательное бурение.
Вращательное бурение является наиболее распространенным методом и используется для бурения как разведочных, так и эксплуатационных скважин на глубине более 5 миль (7,000 м). Легкие буровые установки, устанавливаемые на грузовые автомобили, используются для бурения малоглубинных сейсморазведочных скважин на суше. Для бурения разведочных и эксплуатационных скважин используются средние и тяжелые роторные мобильные и плавучие буровые установки. Вращательное буровое оборудование монтируется на буровой платформе с вышкой высотой 30–40 м и включает в себя роторный стол, двигатель, смеситель бурового раствора и насос-форсунку, канатную барабанную лебедку или лебедку, а также множество секций труб, каждая длиной около 27 м. Поворотный стол вращает квадратную ведущую трубу, соединенную с бурильной трубой. Квадратная ведущая труба имеет наверху грязевой вертлюг, соединенный с противовыбросовыми превенторами. Бурильная труба вращается со скоростью от 40 до 250 об/мин, вращая либо бур, имеющий долота с закрепленными долотообразными режущими кромками, либо бур, у которого шарошки с закаленными зубьями.
Ударно-вращательное бурение.
Ударно-вращательное бурение представляет собой комбинированный метод, при котором роторная буровая установка использует циркулирующую гидравлическую жидкость для приведения в действие молоткообразного механизма, тем самым создавая серию быстрых ударных ударов, которые позволяют буровой установке одновременно бурить и забивать землю.
Электро- и турбобурение.
Большинство поворотных столов, лебедок и насосов тяжелых буровых установок обычно приводятся в действие электродвигателями или турбинами, что обеспечивает повышенную гибкость операций и дистанционное управление бурением. Электродрель и турбобур — это более новые методы, которые обеспечивают более прямую мощность бурового долота за счет подключения бурового двигателя прямо над долотом на дне отверстия.
Направленное бурение.
Направленное бурение представляет собой метод вращательного бурения, при котором бурильная колонна направляет бурильную колонну по криволинейной траектории по мере углубления скважины. Направленное бурение используется для разработки месторождений, недоступных для вертикального бурения. Это также снижает затраты, так как с одной платформы можно пробурить несколько скважин в разных направлениях. Бурение с увеличенным радиусом действия позволяет входить в подводные резервуары с берега. Многие из этих методов возможны при использовании компьютеров для управления автоматическими буровыми установками и гибкой трубы (ГНКТ), которая поднимается и опускается без соединения и разъединения секций.
Другие методы бурения.
Абразивное бурение использует абразивный материал под давлением (вместо буровой штанги и долота) для прорезания субстрата. Другие методы бурения включают взрывное бурение и прокалывание пламенем.
Отказ.
Когда нефтяные и газовые резервуары перестают быть продуктивными, скважины обычно закупоривают цементом, чтобы предотвратить поток или утечку на поверхность и защитить подземные пласты и воду. Оборудование вывозится, а площадки заброшенных скважин расчищаются и возвращаются в нормальное состояние.
Буровые работы
Методы бурения
Буровая платформа служит основой для соединения и разъединения секций бурильных труб, которые используются для увеличения глубины бурения. По мере углубления скважины добавляются дополнительные отрезки трубы, а бурильная колонна подвешивается к вышке. Когда необходимо заменить буровое долото, вся бурильная колонна труб вытягивается из скважины, и каждая секция отделяется и укладывается вертикально внутри буровой вышки. После того, как новое долото установлено на место, происходит обратный процесс, и труба возвращается в скважину для продолжения бурения.
Необходимо соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что труба бурильной колонны не раскололась и не упала в скважину, поскольку ее вылов может быть трудным и дорогостоящим и даже может привести к потере скважины. Другая потенциальная проблема заключается в том, что буровой инструмент застревает в отверстии после остановки бурения. По этой причине после начала бурения оно обычно продолжается до тех пор, пока скважина не будет завершена.
Буровой раствор
Буровой раствор представляет собой жидкость, состоящую из воды или нефти и глины с химическими добавками (например, формальдегидом, известью, гидразидом натрия, баритом). Едкий натр часто добавляют для контроля pH (кислотности) бурового раствора и для нейтрализации потенциально опасных добавок в буровой раствор и жидкостей заканчивания. Буровой раствор закачивается в скважину под давлением из смесительного бака на буровой платформе по внутренней стороне бурильной трубы к буровому долоту. Затем он поднимается между внешней стороной бурильной трубы и стенками скважины, возвращаясь на поверхность, где фильтруется и рециркулирует.
Буровой раствор используется для охлаждения и смазки бурового долота, смазывания трубы и вымывания шлама из буровой скважины. Буровой раствор также используется для управления потоком из скважины путем облицовки стенок скважины и противодействия давлению любого газа, нефти или воды, с которыми сталкивается буровое долото. Струи бурового раствора могут подаваться под давлением на дно скважины, чтобы облегчить бурение.
Обсадная колонна и цементация
Обсадная труба представляет собой специальную тяжелую стальную трубу, которая выравнивает скважину. Он используется для предотвращения обрушения стенок скважины и защиты пластов пресной воды за счет предотвращения утечек из возвратного потока бурового раствора во время буровых работ. Обсадная колонна также изолирует водопроницаемые пески и зоны высокого давления газа. Обсадная труба первоначально используется вблизи поверхности и закрепляется на месте для направления бурильной трубы. Цементный раствор закачивается вниз по бурильной трубе и нагнетается обратно через зазор между обсадной колонной и стенками скважины. После того, как цемент схватится и обсадная труба будет установлена, бурение продолжается с использованием долота меньшего диаметра.
После того, как обсадная труба помещена в скважину, к верхней части обсадной трубы крепятся противовыбросовые превенторы (большие клапаны, мешки или плашки), образуя так называемую стопку. После обнаружения нефти или газа на дно скважины устанавливается обсадная труба, чтобы грязь, камни, соленая вода и другие загрязняющие вещества не попали в скважину, а также чтобы обеспечить трубопровод для линий добычи сырой нефти и газа.
Операции заканчивания, расширенного восстановления и капитального ремонта
Завершение
Завершение описывает процесс ввода скважины в эксплуатацию после того, как скважина была пробурена до глубины, на которой ожидается обнаружение нефти или газа. Завершение включает в себя ряд операций, в том числе проникновение в обсадную колонну и очистку трубопровода от воды и отложений, чтобы обеспечить беспрепятственный поток. Специальные коронки используются для бурения и извлечения керна длиной до 50 м для анализа во время операции бурения, чтобы определить, когда следует выполнять проходку. Бурильная труба и долото сначала удаляются, а окончательная колонна обсадных труб цементируется на место. Затем в скважину опускают перфоратор, представляющий собой металлическую трубку с гильзами, в которых находятся либо пули, либо кумулятивные заряды взрывчатого вещества. Заряды выбрасываются электрическим импульсом через обсадную трубу в пласт, создавая отверстия для поступления нефти и газа в скважину и на поверхность.
Поток сырой нефти и природного газа контролируется серией клапанов, называемых «рождественскими елками», которые размещаются в верхней части устья скважины. Мониторы и средства управления устанавливаются для автоматического или ручного управления наземными и подземными предохранительными клапанами в случае изменения давления, пожара или других опасных условий. После добычи нефти и газа они разделяются, а вода и осадок удаляются из сырой нефти.
Добыча и консервация сырой нефти и газа
Добыча нефти в основном связана с вытеснением ее водой или газом. Во время первоначального бурения почти вся сырая нефть находится под давлением. Это естественное давление уменьшается по мере удаления нефти и газа из резервуара в течение трех фаз жизни резервуара.
Первоначально было мало понимания сил, влияющих на добычу нефти и газа. Изучение поведения нефтяных и газовых пластов началось в начале 20 века, когда было обнаружено, что закачка воды в пласт увеличивает добычу. В то время отрасль восстанавливала от 10 до 20% емкости резервуара по сравнению с недавними темпами извлечения более 60% до того, как скважины стали непродуктивными. Концепция контроля заключается в том, что более высокая скорость добычи быстрее рассеивает давление в пласте, тем самым уменьшая общее количество нефти, которое может быть в конечном итоге извлечено. Двумя мерами, используемыми для сохранения нефтяных резервуаров, являются объединение скважин и размещение скважин.
Методы восстановления дополнительного продукта
Продуктивность нефтяных и газовых пластов повышается за счет различных методов добычи. Один из методов состоит в том, чтобы химически или физически открыть проходы в пластах, чтобы обеспечить более свободное движение нефти и газа через резервуары к скважине. Вода и газ закачиваются в пласты для поддержания рабочего давления за счет естественного вытеснения. Вторичные методы добычи, в том числе вытеснение давлением, механизированная добыча и заводнение, улучшают и восстанавливают пластовое давление. Расширенное восстановление — это использование различных вторичных методов восстановления в различных комбинациях. Улучшенная добыча также включает в себя более совершенные методы получения дополнительного продукта из истощенных коллекторов, такие как термическая добыча, при которой вместо воды или газа используется тепло для вытеснения большего количества сырой нефти из пластов.
Кислота
Кислотная обработка — это метод увеличения дебита скважины за счет закачки кислоты непосредственно в продуктивный пласт для открытия каналов потока за счет реакции химических веществ и минералов. Соляная (или обычная) кислота впервые использовалась для растворения известняковых образований. Он по-прежнему используется чаще всего; однако теперь к соляной кислоте добавляют различные химические вещества, чтобы контролировать ее реакцию и предотвращать коррозию и образование эмульсий.
Плавиковая кислота, муравьиная кислота и уксусная кислота также используются вместе с соляной кислотой, в зависимости от типа породы или минералов в резервуаре. Плавиковая кислота всегда сочетается с одной из трех других кислот и первоначально использовалась для растворения песчаника. Его часто называют «грязевой кислотой», так как в настоящее время он используется для очистки перфорационных отверстий, закупоренных буровым раствором, и для восстановления нарушенной проницаемости вблизи ствола скважины. Муравьиная и уксусная кислоты используются в глубоких сверхгорячих известняковых и доломитовых коллекторах, а также в качестве разрыхляющих кислот перед перфорацией. Уксусная кислота также добавляется в скважины в качестве нейтрализующего буферного агента для контроля pH жидкостей для интенсификации притока. Почти все кислоты имеют добавки, такие как ингибиторы для предотвращения реакции с металлическими оболочками и поверхностно-активные вещества для предотвращения образования шлама и эмульсий.
трещиноватость
трещиноватость описывает метод, используемый для увеличения потока нефти или газа через пласт и в скважины силой или давлением. Добыча может уменьшиться, потому что пласт-коллектор недостаточно проницаем, чтобы нефть могла свободно течь к скважине. Силы гидроразрыва открывают подземные каналы путем закачки жидкости, обработанной специальными проппантами (включая песок, металл, химические гранулы и ракушки) в пласт под высоким давлением для открытия трещин. Азот может быть добавлен к жидкости для стимуляции расширения. Когда давление сбрасывается, жидкость уходит, а расклинивающие агенты остаются на месте, удерживая трещины открытыми, чтобы нефть могла течь более свободно.
Массивная трещиноватость (массовый гидроразрыв) включает в себя закачку большого количества жидкости в скважины для гидравлического создания трещин длиной в тысячи футов. Массивный ГРП обычно используется для вскрытия газовых скважин, пласты которых настолько плотные, что через них не может пройти даже газ.
Поддержание давления
Двумя распространенными методами поддержания давления являются закачка воды и газа (воздуха, азота, углекислого газа и природного газа) в резервуары, где естественное давление снижено или недостаточно для добычи. Оба метода требуют бурения вспомогательных нагнетательных скважин в определенных местах для достижения наилучших результатов. Нагнетание воды или газа для поддержания рабочего давления скважины называется естественное смещение. Использование сжатого газа для повышения давления в пласте называется искусственный (газовый) лифт.
Наводнение
Наиболее часто используемый вторичный метод повышения нефтеотдачи – закачка воды в нефтяной пласт для подачи продукта к добывающим скважинам. В пятиточечное заводнение, пробурены четыре нагнетательные скважины в форме квадрата с добывающей скважиной в центре. Нагнетание контролируется для поддержания равномерного продвижения фронта воды через пласт к добывающей скважине. Часть используемой воды представляет собой соленую воду, полученную из сырой нефти. В заводнение низконапорной водой, поверхностно-активное вещество добавляется в воду, чтобы способствовать потоку нефти через коллектор, уменьшая ее сцепление с породой.
Смешанное затопление
Заводнение смешиваемыми жидкостями и смешиваемыми полимерами являются методами повышения нефтеотдачи, используемыми для улучшения закачки воды за счет снижения поверхностного натяжения сырой нефти. Смешиваемая жидкость (та, которая может быть растворена в сырой нефти) закачивается в резервуар. За этим следует закачка другого флюида, который толкает смесь сырой нефти и смешиваемых флюидов к добывающей скважине. Смешиваемое полимерное заводнение предполагает использование детергента для вымывания сырой нефти из пластов. Гель или загустевшая вода впрыскиваются за детергентом, чтобы переместить сырую нефть к добывающей скважине.
Пожарное затопление
Затопление пожаром или на месте (местное) сжигание является дорогостоящим методом термической добычи, при котором в пласт закачивается большое количество воздуха или кислородсодержащего газа, а часть сырой нефти воспламеняется. Тепло от огня снижает вязкость тяжелой сырой нефти, так что она легче течет. Горячие газы, образовавшиеся в результате пожара, повышают давление в пласте и создают узкий фронт горения, который выталкивает более разжиженную нефть из нагнетательной скважины в добывающую. Более тяжелая нефть остается на месте, обеспечивая дополнительное топливо по мере того, как фронт пламени медленно движется вперед. Процесс горения тщательно контролируется и контролируется путем регулирования впрыскиваемого воздуха или газа.
Впрыск пара
Нагнетание пара, или заводнение паром, представляет собой метод термической добычи, при котором тяжелая нефть нагревается и снижается ее вязкость за счет нагнетания сверхгорячего пара в самый нижний пласт относительно неглубокого резервуара. Пар закачивается в течение периода от 10 до 14 дней, после чего скважина закрывается примерно на неделю, чтобы пар полностью прогрел пласт. В то же время повышенное тепло расширяет пластовые газы, тем самым повышая давление в пласте. Затем скважину снова открывают, и нагретая, менее вязкая нефть поступает в скважину. В более новом методе низкотемпературный пар при более низком давлении нагнетается в более крупные секции двух, трех или более зон одновременно, образуя «паровую камеру», которая выдавливает масло в каждую из зон. Это обеспечивает больший поток масла на поверхность при меньшем использовании пара.
Операции по добыче и переработке природного газа
Существует два типа скважин, добывающих природный газ. Скважины с влажным газом производят газ, который содержит растворенные жидкости, а скважины с сухим газом производят газ, который трудно сжижать.
После отбора природного газа из добывающих скважин он направляется на газовые заводы для переработки. Обработка газа требует знания того, как температура и давление взаимодействуют и влияют на свойства как жидкостей, так и газов. Практически все газоперерабатывающие заводы работают с газами, представляющими собой смеси различных молекул углеводородов. Целью переработки газа является разделение этих газов на компоненты аналогичного состава с помощью различных процессов, таких как абсорбция, фракционирование и циклирование, чтобы они могли транспортироваться и использоваться потребителями.
Абсорбционные процессы
Абсорбция включает в себя три этапа обработки: извлечение, удаление и разделение.
Восстановление.
Удаляет нежелательные остаточные газы и некоторое количество метана путем абсорбции из природного газа. Абсорбция происходит в противоточном сосуде, где скважинный газ поступает в днище сосуда и течет вверх через поглощающую нефть, текущую вниз. Абсорбционное масло является «бедным», когда оно поступает в верхнюю часть сосуда, и «насыщенным», когда оно выходит из нижней части, поскольку оно поглощает желательные углеводороды из газа. Газ, выходящий из верхней части агрегата, называется «остаточным газом».
Абсорбция также может быть осуществлена путем охлаждения. Остаточный газ используется для предварительного охлаждения входящего газа, который затем проходит через газоохладитель при температуре от 0 до –40 ºC. Тощее масло абсорбера прокачивается через маслоохладитель перед контактом с холодным газом в блоке абсорбера. Большинство заводов используют пропан в качестве хладагента в охладителях. Гликоль впрыскивается непосредственно во входящий поток газа для смешивания с любой водой в газе, чтобы предотвратить замерзание и образование гидратов. Водно-гликолевая смесь отделяется от углеводородного пара и жидкости в сепараторе гликоля, а затем повторно концентрируется путем выпаривания воды в регенераторной установке.
Удаление.
Следующим шагом в процессе абсорбции является удаление или деметанизация. Оставшийся метан удаляется из богатой нефти на установках по извлечению этана. Обычно это двухэтапный процесс, при котором сначала удаляется не менее половины метана из богатой нефти за счет снижения давления и повышения температуры. Оставшееся богатое масло обычно содержит достаточное количество этана и пропана, чтобы обеспечить желательную реабсорбцию. Если верхний газ не продается, он используется в качестве топлива для установки или в качестве предварительного сатуратора, или рециркулируется в газ на входе в основной абсорбер.
Разделение.
На заключительном этапе процесса абсорбции, дистилляции, пары используются в качестве среды для удаления желаемых углеводородов из насыщенного абсорбционного масла. Мокрые дистилляторы используют пары пара в качестве отпарной среды. В сухих дистилляторах в качестве отпарной среды используются пары углеводородов, получаемые в результате частичного испарения горячего масла, прокачиваемого через ребойлер дистиллятора. Перегонный куб контролирует конечную точку кипения и молекулярную массу нежирного масла, а также температуру кипения конечной смеси углеводородных продуктов.
Другие процессы
Фракция.
Разделение желаемой углеводородной смеси с абсорбционных установок на конкретные, индивидуальные, относительно чистые продукты. Фракционирование возможно, когда две жидкости, называемые верхним продуктом и нижним продуктом, имеют разные точки кипения. Процесс фракционирования состоит из трех частей: колонны для разделения продуктов, ребойлера для нагрева сырья и конденсатора для отвода тепла. В башне имеется множество тарелок, так что происходит много контакта пара и жидкости. Температура ребойлера определяет состав кубового продукта.
Восстановление серы.
Перед отправкой на продажу из газа необходимо удалить сероводород. Это достигается на установках по извлечению серы.
Газовый цикл.
Циркуляция газа не является ни средством поддержания давления, ни вторичным методом извлечения, а представляет собой метод усовершенствованной добычи, используемый для увеличения добычи сжиженного природного газа из резервуаров «влажного газа». После удаления жидкостей из «влажного газа» в циклических установках оставшийся «сухой газ» возвращается в пласт через нагнетательные скважины. Когда «сухой газ» рециркулирует через резервуар, он поглощает больше жидкости. Циклы добычи, переработки и рециркуляции повторяются до тех пор, пока из пласта не будут удалены все извлекаемые жидкости и останется только «сухой газ».
Разработка площадок для разработки месторождений нефти и газа
Для ввода в эксплуатацию нового нефтяного или газового месторождения требуется обширная разработка участка. Доступ к площадке может быть ограничен или ограничен как климатическими, так и географическими условиями. Требования включают транспорт; строительство; ремонтно-бытовые и административные помещения; оборудование для разделения нефти, газа и воды; транспортировка сырой нефти и природного газа; объекты водоснабжения и водоотведения; и многие другие услуги, сооружения и виды оборудования. Большинство из них не доступны на площадке и должны быть предоставлены либо буровой или добывающей компанией, либо внешними подрядчиками.
Подрядная деятельность
Подрядчики обычно используются компаниями, занимающимися разведкой и добычей нефти и газа, для предоставления некоторых или всех следующих вспомогательных услуг, необходимых для бурения и разработки продуктивных месторождений:
Утилиты
Независимо от того, проводятся ли операции по разведке, бурению и добыче на суше или на море, требуется электроэнергия, электричество и другие вспомогательные средства, в том числе:
Условия труда, здоровье и безопасность
В работе на буровых установках обычно задействована минимальная бригада из 6 человек (основной и вспомогательный персонал). бурильщики, три помощника бурильщика или помощники (Головорезы) И кошачья голова человек) подотчетный начальнику участка или мастеру (толкатель инструмента), который отвечает за ход бурения. Основные и второстепенные бурильщики несут общую ответственность за буровые работы и надзор за буровой бригадой в течение их соответствующих смен. Бурильщики должны быть знакомы с возможностями и ограничениями своих бригад, поскольку работа может продвигаться только настолько быстро, насколько медленнее работает самый медлительный член бригады.
Помощники бурильщиков находятся на платформе для управления оборудованием, считывания показаний приборов и выполнения регламентных работ по техническому обслуживанию и ремонту. Рабочий должен взбираться на вершину буровой вышки, когда бурильная труба подается в скважину или вытягивается из скважины, и помогает перемещать секции труб в штабель и из него. Во время бурения рабочий также управляет буровым насосом и оказывает общую помощь буровой бригаде.
Лица, занимающиеся сборкой, размещением, разрядкой и извлечением перфораторов, должны быть обучены, знакомы с опасностями взрывчатых веществ и иметь квалификацию для обращения со взрывчатыми веществами, капсюлями-детонаторами и капсюлями-детонаторами. Другой персонал, работающий на нефтяных месторождениях и вокруг них, включает геологов, инженеров, механиков, водителей, обслуживающий персонал, электриков, операторов трубопроводов и рабочих.
Скважины бурятся круглосуточно, по 8 или 12 часов в сутки, и от рабочих требуется значительный опыт, навыки и выносливость, чтобы соответствовать строгим физическим и умственным требованиям работы. Чрезмерное растяжение экипажа может привести к серьезной аварии или травме. Бурение требует тесной командной работы и координации для безопасного и своевременного выполнения задач. Из-за этих и других требований необходимо уделять внимание моральному духу, здоровью и безопасности работников. Необходимы адекватные периоды отдыха и релаксации, питательная пища и надлежащая гигиена и жилые помещения, включая кондиционирование воздуха в жарком и влажном климате и отопление в районах с холодной погодой.
К основным профессиональным рискам, связанным с разведкой и добычей, относятся заболевания, возникающие в результате воздействия географических и климатических элементов, стресс, связанный с перемещением на большие расстояния по воде или пересеченной местности, а также травмы. Психологические проблемы могут возникнуть в результате физической изоляции и удаленности разведочных площадок от базовых лагерей, а также продолжительных периодов работы, необходимых на морских буровых платформах и на удаленных береговых площадках. Многие другие опасности, характерные для морских операций, такие как подводное плавание, рассматриваются в других разделах настоящего руководства. Энциклопедия.
Оффшорная работа всегда опасна, как на работе, так и вне ее. Некоторые работники не могут справиться со стрессом, связанным с работой на шельфе в напряженном темпе, в течение продолжительных периодов времени, в условиях относительной изоляции и постоянно меняющихся условий окружающей среды. Признаки стресса у рабочих включают необычную раздражительность, другие признаки психического расстройства, чрезмерное употребление алкоголя или курение, а также употребление наркотиков. Рабочие на платформах сообщали о проблемах бессонницы, которые могут усугубляться высоким уровнем вибрации и шума. Братание среди рабочих и частые увольнения на берег могут уменьшить стресс. Морская болезнь и утопление, а также суровые погодные условия являются другими опасностями при работе в море.
Такие заболевания, как заболевания дыхательных путей, возникают в результате воздействия сурового климата, инфекций или паразитарных заболеваний в эндемичных районах. Хотя многие из этих заболеваний еще нуждаются в эпидемиологическом изучении у буровиков, известно, что у нефтяников наблюдались периартриты плеча и лопатки, плечевые эпикондилиты, артрозы шейного отдела позвоночника и полиневриты верхних конечностей. Возможность возникновения заболеваний в результате воздействия шума и вибрации также присутствует при буровых работах. Тяжесть и частота этих заболеваний, связанных с бурением, по-видимому, пропорциональны стажу работы и воздействию неблагоприятных условий труда (Duck, 1983; Ghosh, 1983; Montillier, 1983).
Травмы при бурении и добыче могут быть вызваны многими причинами, в том числе поскальзываниями и падениями, перемещением труб, подъемом труб и оборудования, неправильным использованием инструментов и неправильным обращением со взрывчатыми веществами. Ожоги могут быть вызваны паром, огнем, кислотой или грязью, содержащей химические вещества, такие как гидроксид натрия. Дерматит и повреждения кожи могут возникнуть в результате воздействия сырой нефти и химикатов.
Существует возможность острого и хронического воздействия широкого спектра вредных для здоровья материалов и химикатов, присутствующих при бурении и добыче нефти и газа. Некоторые химические вещества и материалы, которые могут присутствовать в потенциально опасных количествах, перечислены в таблице 2 и включают:
Сохранность
Бурение и добыча ведутся во всех типах климата и при различных погодных условиях, от тропических джунглей и пустынь до замерзшей Арктики, от суши до Северного моря. Буровым бригадам приходится работать в сложных условиях, связанных с шумом, вибрацией, ненастной погодой, физическими опасностями и механическими отказами. Платформа, поворотный стол и оборудование обычно скользкие и вибрируют от двигателя и операции бурения, что требует от рабочих преднамеренных и осторожных движений. Существует опасность поскользнуться и упасть с высоты при подъеме на буровую установку и вышку, а также существует риск воздействия сырой нефти, газа, грязи и выхлопных газов двигателя. Операция по быстрому отсоединению и последующему повторному соединению бурильных труб требует от рабочих подготовки, навыков и точности, чтобы раз за разом выполнять их безопасно.
Строительные, буровые и производственные бригады, работающие на шельфе, сталкиваются с теми же опасностями, что и бригады, работающие на суше, и с дополнительными опасностями, присущими морским работам. К ним относятся возможность обрушения платформы в море и условия для специальных процедур эвакуации и аварийно-спасательного оборудования в случае чрезвычайной ситуации. Еще одним важным соображением при работе на море является необходимость глубоководного и мелководного дайвинга для установки, обслуживания и проверки оборудования.
Огонь и взрыв
Всегда существует опасность выброса при перфорации скважины с выбросом газового или парового облака с последующим взрывом и пожаром. Дополнительный потенциал пожара и взрыва существует при работе с газом.
Рабочие морских платформ и буровых установок должны пройти тщательное медицинское обследование. Выбор членов морского экипажа с историей или признаками легочных, сердечно-сосудистых или неврологических заболеваний, эпилепсии, диабета, психологических расстройств и наркотической или алкогольной зависимости требует тщательного рассмотрения. Поскольку ожидается, что работники будут использовать средства защиты органов дыхания и, в частности, лица, обученные и оснащенные тушением пожаров, они должны быть физически и психологически оценены на предмет их способности выполнять эти задачи. Медицинский осмотр должен включать психологическую оценку, отражающую конкретные требования работы.
Службы неотложной медицинской помощи на морских буровых установках и производственных платформах должны предусматривать наличие небольшой амбулатории или клиники, в которой постоянно находится на борту квалифицированный практикующий врач. Тип предоставляемых медицинских услуг будет определяться доступностью, расстоянием и качеством доступных наземных услуг. Эвакуация может осуществляться на корабле или вертолете, или врач может прибыть на платформу или дать медицинский совет по радио бортовому практикующему врачу, когда это необходимо. Медицинское судно может быть размещено там, где работает несколько крупных платформ на небольшой территории, например в Северном море, чтобы быть более доступным и быстро оказывать помощь больному или травмированному работнику.
Лица, фактически не работающие на буровых установках или платформах, также должны проходить предварительные и периодические медицинские осмотры, особенно если они работают в аномальном климате или в суровых условиях. Эти экзамены должны учитывать особые физические и психологические требования работы.
Личная защита
Следует внедрить программу мониторинга и отбора проб гигиены труда в сочетании с программой медицинского надзора для систематической оценки масштабов и последствий опасного воздействия на работников. Мониторинг легковоспламеняющихся паров и токсичных веществ, таких как сероводород, должен осуществляться во время операций по разведке, бурению и добыче. Практически не подвергается воздействию H2S должно быть разрешено, особенно на морских платформах. Эффективным методом контроля воздействия является использование правильно взвешенного бурового раствора, чтобы сохранить H2S от попадания в скважину и путем добавления химикатов в буровой раствор для нейтрализации любого захваченного H2S. Все работники должны быть обучены распознавать присутствие H2S и принять незамедлительные превентивные меры для снижения вероятности токсического воздействия и взрывов.
Лица, занимающиеся разведкой и добычей, должны иметь в наличии и использовать соответствующие средства индивидуальной защиты, в том числе:
Диспетчерские, жилые помещения и другие помещения на крупных морских платформах обычно находятся под давлением, чтобы предотвратить попадание вредных атмосфер, таких как сероводородный газ, который может выделяться при проникновении или в аварийной ситуации. Защита органов дыхания может потребоваться в случае падения давления, а также при возможности воздействия токсичных газов (сероводород), удушающих веществ (азот, углекислый газ), кислот (фтористый водород) или других атмосферных загрязнителей при работе за пределами зон с повышенным давлением. .
При работах вокруг геонапорных/геотермальных скважин следует предусмотреть изолированные перчатки и полные тепло- и парозащитные костюмы с подачей воздуха для дыхания, так как контакт с горячим паром и испарениями может вызвать ожоги кожи и легких.
На мостках и сходнях, особенно на морских платформах и в ненастную погоду, следует использовать привязные ремни и страховочные тросы. При подъеме на буровые установки и вышки следует использовать страховочные привязи и страховочные тросы с прикрепленным противовесом. Корзины для персонала, в которых перевозятся четыре или пять рабочих с персональными спасательными средствами, часто используются для перемещения бригад между лодками и морскими платформами или буровыми установками. Еще одно средство передвижения — «качели на веревках». Веревки, используемые для качания с лодок на платформы, подвешиваются непосредственно над краем площадки для лодок, а веревки с платформ на лодки должны свисать на расстоянии 3 или 4 фута от внешнего края.
Предоставление помещений для мытья как для рабочих, так и для одежды, а также соблюдение надлежащих правил гигиены являются основными мерами борьбы с дерматитом и другими кожными заболеваниями. Там, где это необходимо, следует предусмотреть аварийные станции для промывания глаз и аварийные души.
Меры безопасности
В системах аварийного отключения нефтегазовых платформ используются различные устройства и мониторы для обнаружения утечек, пожаров, разрывов и других опасных условий, активации сигналов тревоги и остановки операций в запланированной логической последовательности. Там, где это необходимо из-за характера газа или сырой нефти, следует использовать методы неразрушающего контроля, такие как ультразвуковой, рентгенографический, магнитопорошковый, проникающие жидкости или визуальный контроль, для определения степени коррозии трубопроводов, нагревательных труб, средств обработки. и суда, используемые при добыче и переработке сырой нефти, конденсата и газа.
Поверхностные и подповерхностные предохранительные запорные клапаны защищают береговые установки, одиночные скважины на мелководье и многоскважинные морские глубоководные буровые и эксплуатационные платформы и автоматически (или вручную) активируются в случае пожара, критических изменений давления, катастрофическая авария на устье скважины или другая аварийная ситуация. Они также используются для защиты небольших нагнетательных и газлифтных скважин.
Осмотр и уход за кранами, лебедками, барабанами, тросами и связанными с ними приспособлениями является важным аспектом безопасности при бурении. Сбрасывание нити трубопровода внутри скважины является серьезным происшествием, которое может привести к потере скважины. Травмы, а иногда и смертельные случаи, могут произойти, когда персонал ударяется о проволочный канат, который рвется под натяжением. Безопасная работа буровой установки также зависит от бесперебойной работы лебедки в хорошем состоянии, с правильно отрегулированными катушками и тормозными системами. При работе на суше держите краны на безопасном расстоянии от линий электропередач.
Обращение со взрывчатыми веществами во время разведочных и буровых работ должно осуществляться под контролем специально квалифицированного лица. Некоторые меры предосторожности, которые следует учитывать при использовании перфоратора, включают:
Планирование готовности к чрезвычайным ситуациям и учения важны для безопасности рабочих на буровых и добычных буровых установках для добычи нефти и газа, а также на морских платформах. Каждый отдельный тип потенциальной чрезвычайной ситуации (например, пожар или взрыв, выброс легковоспламеняющихся или токсичных газов, необычные погодные условия, рабочий за бортом и необходимость покинуть платформу) должен быть оценен, и разработаны конкретные планы реагирования. Рабочие должны быть обучены правильным действиям в аварийных ситуациях и знакомы с используемым оборудованием.
Безопасность и выживание вертолета в случае падения в воду являются важными факторами при эксплуатации морских платформ и обеспечении готовности к чрезвычайным ситуациям. Пилоты и пассажиры должны быть пристегнуты ремнями безопасности и, при необходимости, спасательным снаряжением во время полета. Спасательные жилеты следует носить постоянно, как во время полета, так и при переходе с вертолета на платформу или корабль. При входе в вертолет, выходе из него или работе рядом с ним необходимо уделять особое внимание тому, чтобы тела и материалы не попадали под траекторию движения лопасти несущего винта.
Обучение как береговых, так и морских рабочих имеет важное значение для безопасной работы. Рабочие должны быть обязаны посещать регулярные плановые собрания по безопасности, охватывающие как обязательные, так и другие темы. Правительственными учреждениями, в том числе Управлением по охране труда и здоровья США, Береговой охраной США по оффшорным операциям и их эквивалентами в Соединенном Королевстве, Норвегии и других странах, приняты нормативные акты, которые регулируют безопасность и здоровье рабочих, занимающихся разведкой и добычей, как на суше, так и на море. Кодекс практики Международной организации труда Безопасность и здоровье при строительстве стационарных морских установок в нефтяной промышленности (1982) дает руководство в этой области. Американский институт нефти имеет ряд стандартов и рекомендуемых практик, касающихся безопасности и охраны здоровья, связанных с разведкой и добычей.
Противопожарные и профилактические меры
Противопожарная защита и противопожарная защита, особенно на морских буровых установках и производственных платформах, являются важным элементом безопасности рабочих и непрерывной работы. Рабочие должны быть обучены и обучены распознавать пожарный треугольник, как обсуждалось в Для пожарных главы, поскольку она применяется к легковоспламеняющимся и горючим углеводородным жидкостям, газам и парам, а также к потенциальной опасности пожаров и взрывов. Осведомленность о предотвращении пожара имеет важное значение и включает в себя знание источников воспламенения, таких как сварка, открытое пламя, высокие температуры, электрическая энергия, статические искры, взрывчатые вещества, окислители и несовместимые материалы.
Как пассивные, так и активные системы противопожарной защиты используются на суше и на море.
Сотрудники, которые должны бороться с пожарами, от небольших пожаров на начальных стадиях до крупных пожаров в закрытых помещениях, например, на морских платформах, должны быть должным образом обучены и экипированы. Рабочие, назначенные руководителями пожарных команд и руководителями аварийно-спасательных служб, нуждаются в лидерских способностях и дополнительном специализированном обучении передовым методам пожаротушения и управления огнем.
Защита окружающей среды
Основными источниками загрязнения воздуха, воды и почвы при добыче нефти и природного газа являются разливы нефти или утечки газа на суше или в море, сероводород, присутствующий в нефти и газе, выбрасываемом в атмосферу, опасные химические вещества, присутствующие в буровом растворе, загрязняющем воду или землю. и продукты горения нефтяных скважин. Потенциальные последствия для здоровья населения от вдыхания частиц дыма от крупномасштабных пожаров на нефтяных месторождениях вызывают серьезную озабоченность после пожаров на нефтяных скважинах, которые произошли в Кувейте во время войны в Персидском заливе в 1991 году.
Контроль за загрязнением обычно включает:
Моделирование рассеяния газа проводится для определения вероятной области, на которую может повлиять облако выделяющегося токсичного или легковоспламеняющегося газа или пара. Исследования уровня грунтовых вод проводятся для прогнозирования максимальной степени загрязнения воды в случае загрязнения нефтью.
Рабочие должны быть обучены и иметь квалификацию для оказания первой помощи при средних разливах и утечках. Подрядчики, специализирующиеся на устранении загрязнения, обычно привлекаются для управления крупными проектами по ликвидации разливов и ликвидации последствий.
В 1993 г. мировое производство электроэнергии составило 12.3 трлн киловатт-часов (United Nations 1995). (Киловатт-час — это количество электричества, необходимое для освещения десяти 100-ваттных лампочек в течение 1 часа.) О масштабах этого усилия можно судить, рассмотрев данные из Соединенных Штатов, которые сами по себе производили 25% всей энергии. Электроэнергетическая промышленность США, представляющая собой смесь государственных и частных предприятий, произвела в 3.1 году 1993 триллиона киловатт-часов, используя более 10,000 1995 генерирующих единиц (Министерство энергетики США, 430,000). В части этой отрасли, принадлежащей частным инвесторам, занято 200 XNUMX человек, занимающихся эксплуатацией и обслуживанием электросетей, с годовым доходом в XNUMX миллиардов долларов США.
Электроэнергия вырабатывается на электростанциях, использующих ископаемое топливо (нефть, природный газ или уголь) или использующих ядерную или гидроэнергию. В 1990 г., например, 75 % электроэнергии во Франции приходилось на атомные электростанции. В 1993 году 62 % электроэнергии, вырабатываемой в мире, приходилось на ископаемое топливо, 19 % — на гидроэнергетику и 18 % — на ядерную энергию. На другие повторно используемые источники энергии, такие как ветер, солнце, геотермальная энергия или биомасса, приходится лишь небольшая часть мирового производства электроэнергии. От генерирующих станций электроэнергия затем передается по взаимосвязанным сетям или сетям в местные распределительные системы и далее к потребителю.
Рабочая сила, которая делает все это возможным, как правило, состоит в основном из мужчин и обладает высокой степенью технических навыков и знаний о «системе». Задачи, которые выполняют эти работники, весьма разнообразны и имеют общие элементы со строительством, обрабатывающей промышленностью, погрузочно-разгрузочными работами, транспортом и связью. Следующие несколько статей подробно описывают некоторые из этих операций. В статьях о стандартах обслуживания электросетей и экологических проблемах также освещаются основные регуляторные инициативы правительства США, влияющие на электроэнергетическую отрасль.
Люди научились использовать энергию проточной воды много тысячелетий назад. Уже более века электричество вырабатывается с использованием энергии воды. Большинство людей связывают использование энергии воды с перекрытием рек, но гидроэлектроэнергия также может быть получена за счет использования приливов и отливов.
Операции по выработке электроэнергии на гидроэлектростанциях охватывают обширную территорию и различные климатические условия, от арктической вечной мерзлоты до экваториальных тропических лесов. Географическое расположение генерирующей установки будет влиять на опасные условия, которые могут присутствовать, поскольку профессиональные опасности, такие как агрессивные насекомые и животные или даже ядовитые растения, будут варьироваться от места к месту.
Гидрогенерационная станция обычно состоит из плотина который задерживает большое количество воды, водосброс который выпускает излишки воды контролируемым образом и электростанция. Дамбы и другие водоудерживающие и регулирующие сооружения также могут входить в состав гидроэлектростанции, хотя непосредственно в выработке электроэнергии они не участвуют. Электростанция содержит проводящие каналы, которые направляют воду через турбины, которые преобразуют линейный поток воды во вращающийся поток. Вода будет либо падать через лопасти турбины, либо течь по ним горизонтально. Турбина и генератор соединены друг с другом. Таким образом, вращение турбины вызывает вращение ротора генератора.
Потенциал электроэнергии от потока воды является произведением массы воды, высоты, с которой она падает, и ускорения свободного падения. Масса зависит от количества доступной воды и скорости ее течения. Конструкция электростанции будет определять высоту воды. Большинство конструкций забирают воду из верхней части плотины, а затем сбрасывают ее снизу в существующее русло реки ниже по течению. Это оптимизирует высоту, сохраняя разумный и контролируемый поток.
В большинстве современных гидроэлектростанций турбогенераторы расположены вертикально. Это знакомые конструкции, которые возвышаются над основным этажом этих станций. Однако почти вся конструкция расположена ниже того, что видно на уровне первого этажа. Сюда входит приямок генератора, а ниже него приямок турбины, а также впускная и выпускная трубы. Эти сооружения и водоотводные каналы вводятся изредка.
На станциях более старых годов выпуска турбогенератор ориентирован горизонтально. Вал от турбины выступает из стены в машинное отделение, где он соединяется с генератором. Генератор напоминает очень большой электродвигатель старого образца с открытым корпусом. Свидетельством дизайна и качества конструкции этого оборудования является то, что некоторые объекты рубежа веков все еще работают. Некоторые современные станции включают обновленные версии конструкции старых станций. На таких станциях водяной канал полностью окружает турбогенератор, а вход осуществляется через трубчатый кожух, проходящий через водяной канал.
В обмотках ротора генератора поддерживается магнитное поле. Энергия для этого поля обеспечивается банками свинцово-кислотных или каустических никель-кадмиевых батарей. Движение ротора и магнитное поле, присутствующее в его обмотках, индуцирует электромагнитное поле в обмотках статора. Наведенное электромагнитное поле обеспечивает электрическую энергию, которая подается в энергосистему. Электрическое напряжение – это электрическое давление, возникающее из-за протекающей воды. Чтобы поддерживать электрическое давление, то есть напряжение, на постоянном уровне, необходимо изменить поток воды через турбину. Это будет сделано по мере изменения спроса или условий.
Поток электричества может привести к возникновению электрической дуги, как, например, в узле возбудителя в роторе. Электрическая дуга может генерировать озон, который даже в малых количествах может неблагоприятно воздействовать на резину пожарных рукавов и другие материалы.
Генераторы гидроэлектростанций производят очень большие токи и высокое напряжение. Проводники от генераторов подключаются к блочному трансформатору, а от него к силовому трансформатору. Силовой трансформатор повышает напряжение и снижает ток для передачи на большие расстояния. Низкий ток сводит к минимуму потери энергии из-за нагрева во время передачи. В некоторых системах вместо обычных масел в качестве изолятора используется газообразный гексафторид серы. Электрическая дуга может привести к образованию продуктов пробоя, которые могут быть значительно более опасными, чем гексафторид серы.
В электрических цепях есть выключатели, которые могут быстро и непредсказуемо отключить генератор от электросети. В некоторых устройствах для разрыва соединения используется струя сжатого воздуха. Когда такой блок срабатывает, он производит чрезвычайно высокий уровень импульсивного шума.
Администрация и работа станции
Большинство людей знакомы с административными аспектами гидроэнергетики и эксплуатации станций, которые обычно создают общественный профиль организации. Администрация электростанции стремится к тому, чтобы станция обеспечивала надежную работу. Администрация включает в себя офисный персонал, занимающийся бизнес- и техническими функциями, а также управление. К эксплуатационному персоналу станций относятся руководители и начальники предприятий, а также операторы технологических процессов.
Гидрогенерация является технологической операцией, но в отличие от других технологических операций, например, в химической промышленности, на многих гидрогенерирующих станциях нет обслуживающего персонала. Генераторное оборудование управляется дистанционно, иногда с большого расстояния. Почти вся трудовая деятельность приходится на техническое обслуживание, ремонт, модификацию и модернизацию машин и оборудования. Этот режим работы требует эффективных систем, которые могут передать управление от производства энергии к обслуживанию, чтобы предотвратить неожиданный запуск.
Опасности и структура управления
Электроэнергетические предприятия традиционно управляются как организации «снизу вверх». То есть организационная структура традиционно обеспечивает путь восходящей мобильности, который начинается с должностей начального уровня и ведет к высшему руководству. Относительно немногие люди входят в организацию латерально. Это означает, что надзор и руководство в энергетической компании, скорее всего, будут работать в тех же условиях, что и лица, занимающие в настоящее время должности начального уровня. Такая организационная структура может иметь последствия в отношении потенциального воздействия на рабочих опасных агентов, особенно тех, которые имеют хроническое кумулятивное воздействие. Например, рассмотрим шум. Сотрудники, которые в настоящее время занимают руководящие должности, сами могли страдать серьезной потерей слуха, когда они работали на работах, связанных с профессиональным шумом. Их потеря слуха может остаться незамеченной в программах аудиометрического тестирования компании, поскольку такие программы обычно охватывают только тех сотрудников, которые в настоящее время подвергаются воздействию высокого уровня шума на работе.
Обслуживание генерирующего оборудования
Техническое обслуживание генерирующего оборудования подразделяется на два основных вида деятельности: электротехническое обслуживание и механическое обслуживание. Хотя оба типа работы могут выполняться одновременно и бок о бок, навыки и работа, необходимые для их выполнения, совершенно разные.
Техническое обслуживание может потребовать остановки и демонтажа устройства. Поток воды на водозаборе контролируется головными затворами. Головные затворы представляют собой стальные конструкции, опускаемые в водозаборный канал для перекрытия потока воды. Блокирование потока позволяет воде стекать из внутренних каналов. Уровень спокойной воды на выходе из турбины (отсосная труба) ниже уровня шнека и лопаток рабочего колеса турбины. Это позволяет получить доступ к этим структурам. Спиральный корпус представляет собой коническую спиралевидную конструкцию, которая равномерно направляет поток воды вокруг рабочего колеса турбины. Вода проходит из спирального корпуса через направляющие лопатки, направляющие поток, и подвижные лопатки (калитки), регулирующие объем.
При необходимости генератор и турбину можно снять с их обычных мест и разместить на первом этаже электростанции. Снятие может быть необходимо для перекраски или обезжиривания, ремонта и замены обмоток, подшипников, тормозов или гидравлических систем.
Иногда лопасти рабочего колеса, а также калитки, направляющие лопатки и водоотводящие конструкции в кожухе улитки и отсасывающей трубе повреждаются от кавитации. Кавитация возникает, когда давление в воде падает ниже давления пара. Когда это происходит, образуются пузырьки газа, и турбулентность, вызванная этими пузырьками, разрушает материалы, с которыми соприкасается вода. Может потребоваться ремонт поврежденных материалов с помощью сварки или ремонта и повторного покрытия стальных и бетонных поверхностей.
Стальные конструкции также могут потребовать ремонта и повторного покрытия, если они подверглись коррозии.
опасности
Существует множество опасностей, связанных с производством гидроэлектроэнергии. Некоторые из этих опасностей являются общими для всех сотрудников, работающих в отрасли, в то время как другие опасны только для тех, кто занимается обслуживанием электрических или механических систем. Большинство опасностей, которые могут возникнуть, обобщены в таблице 1 и таблице 2, где также приведены меры предосторожности.
Таблица 1. Контроль воздействия отдельных химических и биологических опасностей при производстве гидроэлектроэнергии
Экспозиция |
Где это можно найти |
Затронутые работники |
Подходы к контролю |
Абразивная пыль |
Пыль может содержать абразивный материал и пыль краски. Краска, нанесенная до 1971 года, может содержать ПХБ. |
Механический |
-Система контроля пыли |
асбест |
Асбест может присутствовать в тормозах генераторов, трубной и электрической изоляции, напыляемых покрытиях, асбестоцементе и других продуктах; воздействие зависит от рыхлости и близости к источнику. |
Электротехническое обслуживание |
- Принять современные передовые методы работы с асбестом- |
Батарея |
Короткое замыкание на клеммах в батареях может привести к взрыву и возгоранию, а также к воздействию жидкости и аэрозолей электролита. |
Электротехническое обслуживание |
- Экранирование клемм аккумулятора и неизолированных проводников |
Покрытие |
Выбросы могут включать: угарный газ, неорганические пигменты, содержащие свинец и другие хроматы, а также продукты разложения смол красок. ПХД могли использоваться в качестве пластификаторов до 1971 года. ПХД могут образовывать фураны и диоксины при нагревании. |
Механический |
- местная вытяжная вентиляция |
Хлор |
Воздействие хлора может произойти при подключении/отключении баллонов с хлором в системах водоподготовки и очистки сточных вод. |
Операторы |
- При работе с баллонами с хлором следуйте инструкциям по производству хлора. |
обезжиривание |
Для обезжиривания электрооборудования требуются растворители со специфическими свойствами воспламеняемости, сольватации и быстрого испарения без остатка; растворители, соответствующие этим характеристикам, являются летучими и могут представлять опасность при вдыхании. |
Электротехническое обслуживание |
- местная вытяжная вентиляция |
Дизель |
Выбросы в первую очередь включают двуокись азота, окись азота, окись углерода, двуокись углерода, двуокись серы и твердые частицы, содержащие полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), от транспортных средств или двигателей, работающих в электростанции. |
Все рабочие |
-Запретить движение легковых и грузовых автомобилей в зданиях. |
Насекомые остаются |
Некоторые насекомые размножаются в быстрых водах вокруг станции; после спаривания взрослые особи умирают, а туши разлагаются и высыхают; у некоторых людей развивается аллергический респираторный
После осушения личинки насекомых, живущие в водных каналах, могут попытаться опустить свое тело в оставшуюся воду, создавая нитевидные веревки; у некоторых людей может развиться аллергическая респираторная чувствительность к пыли в результате высыхания этих материалов. |
Все рабочие
|
-Насекомые, проводящие часть своей жизни в быстротекущих водах, теряют среду обитания в результате строительства |
Масла и смазки |
Масла и гидравлические жидкости покрывают обмотки ротора и статора; разложение углеводородов при контакте с горячими поверхностями может привести к образованию полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Воздействие может происходить при вдыхании и контакте с кожей. Контакт с кожей может вызвать дерматит. |
Электротехническое обслуживание |
-Средства индивидуальной защиты (зависит от обстоятельств) |
Озон |
Озон, образующийся в результате дугового разряда в роторе и другом электрическом оборудовании, может представлять собой проблему воздействия, в зависимости от близости к источнику. |
Все рабочие |
-Обслуживать электрооборудование для предотвращения искрения |
Пары краски |
Аэрозоли краски содержат распыленную краску и разбавитель; растворитель в каплях и парах может образовывать горючую смесь; смоляная система может включать изоцианаты, эпоксидные смолы, амины, пероксиды и другие реакционноспособные промежуточные соединения. |
Прохожие, художники |
- Покрасочная камера |
полихлорированные |
ПХБ использовались в электроизоляционных жидкостях до начала 1970-х годов; оригинальные жидкости или остатки могут все еще присутствовать в кабелях, конденсаторах, трансформаторах или другом оборудовании; Воздействие может происходить при вдыхании или контакте с кожей. Пожар или сильный нагрев во время эксплуатации могут преобразовать ПХД в фураны и диоксины. |
Электротехническое обслуживание |
-Средства индивидуальной защиты |
Гексафторид серы |
Электродуговой пробой гексафторида серы приводит к образованию газообразных и твердых веществ значительно большей токсичности. |
Электротехническое обслуживание |
- местная вытяжная вентиляция |
Сварка и пайка |
Кадмий, свинец, серебро в припое |
Electrical
Механический |
- местная вытяжная вентиляция |
Таблица 2. Контроль воздействия отдельных химических и биологических опасностей при производстве гидроэлектроэнергии
Экспозиция |
Где это можно найти |
Затронутые работники |
Подходы к контролю |
Неудобная работа |
Длительная работа в неудобной позе может привести к травмам опорно-двигательного аппарата. |
Все рабочие |
-Оборудование разработано с учетом принципов эргономики. |
Ограниченное пространство |
Плотина, регулирующие сооружения, регулирующие затворы, водоотводящие каналы, генераторные и турбинные механизмы содержат множество приямков, отстойников, резервуаров и других закрытых и частично закрытых пространств, в которых может возникнуть дефицит кислорода, могут содержаться опасные атмосферы или другие опасные условия. |
Все рабочие |
-Устройства для проверки воздуха |
утопление |
Утопление может произойти после падения в быстро движущуюся воду в форбухте (зона забора) или в нижнем бьефе (зона разгрузки) или в другом месте. Чрезвычайно холодная вода присутствует в более высоких широтах в весенние, осенние и зимние месяцы. |
Все рабочие |
-барьеры для сдерживания персонала |
Казнь на электрическом стуле |
Участки станции содержат неэкранированные проводники под напряжением; оборудование, содержащее экранированные проводники, может оказаться под напряжением после снятия экрана. Риск поражения электрическим током возникает в результате преднамеренного проникновения в несанкционированные зоны или в результате случайного выхода из строя систем защиты. |
Все рабочие |
-Установить приемы и процедуры для обеспечения безопасных условий работы с электрооборудованием. |
Электромагнитный |
Генераторное и другое электрооборудование создает поля постоянного и переменного тока частотой 60 Гц (и выше); воздействие зависит от близости к источнику и защиты, обеспечиваемой конструкциями. Магнитные поля особенно трудно ослабить экранированием. Значимость воздействия еще предстоит установить. Радиочастота: Воздействие на человека полностью не установлено. |
Все рабочие |
- Опасность не установлена ниже существующих пределов |
зной |
Генераторы выделяют значительное количество тепла; генераторы и теплообменники могут подавать нагретый воздух в машинное отделение; конструкция электростанции может поглощать и излучать солнечную энергию в здание; тепловая травма может произойти в теплые месяцы, в зависимости от климата и уровня физической нагрузки. |
Внутренние рабочие |
-Отвод нагретого воздуха в сторону крыши, экранирования, инженерных средств управления |
Шум |
Установившийся шум от генераторов и других источников и задач может превышать установленные пределы; отбойные молотки производят очень высокий уровень ударного шума; они могут разрядиться в любое время. |
Все рабочие |
-Применить технологию контроля шума. |
Сменная работа |
Сменная работа может вызывать физиологические и психосоциальные стрессы; психосоциальные стрессы могут быть особенно серьезными для небольшого числа людей, работающих в небольших и изолированных сообществах, где, как правило, проводятся эти операции. |
Операторы |
- Принять графики работы, которые отражают современные знания о циркадных ритмах. |
Вибрация, рука-рука |
Вибрация, создаваемая ручными инструментами и ручным оборудованием, передается через рукоятки. |
Электротехническое обслуживание |
-Используйте инструменты, соответствующие действующим стандартам вибрации рук. |
Вибрация всего тела |
Вибрация конструкции, возникающая от вращательного движения генераторов и турбулентности водяных потоков, передается через полы и стены. |
Все рабочие |
- Контролировать и обслуживать вращающееся оборудование, чтобы свести к минимуму вибрацию. |
Блоки визуального отображения |
Эффективное использование компьютеризированных рабочих мест зависит от применения принципов визуальной и офисной эргономики. |
Офисные работники |
- Применение принципов офисной эргономики к выбору и использованию видеоэкранов. |
Связанные с погодой |
Ультрафиолетовая энергия может вызвать солнечные ожоги, рак кожи и катаракту. Холод может вызвать холодовой стресс и обморожение. |
Работники на открытом воздухе |
-Рабочая одежда, защищающая от холода |
Экологические последствия
Производство гидроэлектроэнергии пропагандируется как экологически безопасное. Конечно, это приносит огромную пользу обществу за счет обеспечения энергией и стабилизации потока воды. Но такое производство энергии не обходится без экологических издержек, которые в последние годы получают все больше и больше общественного признания и внимания. Например, в настоящее время известно, что затопление больших площадей земли и горных пород кислыми водами приводит к выщелачиванию металлов из этих материалов. Биоаккумуляция ртути была обнаружена в рыбе, пойманной в воду из таких затопленных районов.
Наводнение также изменяет модели турбулентности в воде, а также уровень насыщения кислородом. Оба они могут иметь серьезные экологические последствия. Например, на запруженных реках исчезли промыслы лосося. Это исчезновение произошло отчасти потому, что рыба не может найти или пройти путь к более высокому уровню воды. Кроме того, вода стала больше напоминать озеро, чем реку, а стоячая вода озера несовместима с ходом лосося.
Наводнение также разрушает среду обитания рыб и может разрушить районы размножения насекомых, от которых зависит питание рыб и других организмов. В некоторых случаях наводнения уничтожили продуктивные сельскохозяйственные и лесные угодья. Затопление больших территорий также вызвало обеспокоенность по поводу изменения климата и других изменений экологического баланса. Задержка пресной воды, которая должна была попасть в водоем с соленой водой, также вызвала обеспокоенность по поводу изменения солености.
Эксплуатация угольных электростанций включает в себя ряд этапов, которые могут подвергнуть рабочих травмам и опасным химическим и физическим агентам. Эти опасности можно контролировать с помощью сочетания хорошего проектирования, знающих работников и планирования работы. Хороший дизайн гарантирует, что все компоненты соответствуют необходимым кодам для целостности и безопасной работы. Это также гарантирует, что компоновка оборудования обеспечивает постоянную безопасную эксплуатацию и ремонтопригодность благодаря легкому доступу. Знающие работники будут знать об опасностях на рабочем месте и смогут создавать планы по устранению опасностей, с которыми они сталкиваются. В этих планах будут определены опасности и применены соответствующие средства контроля, которые могут включать в себя обесточивание, физические барьеры и средства индивидуальной защиты. Анализ аварийного опыта показывает, что современные электростанции имеют показатели безопасности, сравнимые с другими предприятиями тяжелого машиностроения. Среди персонала электростанции больше всего травм с потерей трудоспособности получают обслуживающий персонал. Травмы часто связаны с растяжениями и деформациями мягких тканей тела, причем наиболее распространены травмы спины. Встречаются также профессиональные заболевания, связанные с хроническим воздействием шума и, изредка, асбеста.
Работу современной силовой установки можно рассматривать в виде ряда шагов.
Обработка угля
Это включает прием угля (железнодорожным или водным транспортом), хранение и утилизацию для заправки турбогенераторов. Тяжелая техника (трактора-скреперы и бульдозеры) используется для создания уплотненных складских отвалов, что необходимо для предотвращения самовозгораний. Дальнейшая обработка осуществляется конвейерами до электростанции. Воздействие угольной пыли (приводящее к возможному пневмокониозу) можно контролировать путем распыления воды на угольную кучу и использования закрытых кабин управления, оснащенных пылевыми фильтрами. Некоторые задачи, связанные с высоким уровнем угольной пыли, требуют использования респираторов с высокоэффективным поглотителем твердых частиц (HEPA). Уровни шума приводят к тому, что большинство рабочих в этой рабочей зоне подвергается воздействию более 85 дБА (что приводит к потере слуха), что следует контролировать с помощью берушей и наушников, а также программы сохранения слуха.
В этой зоне завода имеется несколько обычных угроз безопасности. Работа вблизи воды требует тщательного соблюдения процедур, а также использования спасательных средств. Перемещение тяжелого оборудования по неровным складским сваям в ночное время требует крупномасштабного освещения территории, в то время как опасности подъема и толкания из-за ручной очистки транспортирующих лотков для угля (которые склонны к засорению, особенно в суровые зимы) лучше всего контролировать с помощью съемного желоба. крышки, которые обеспечивают легкий доступ. Эксплуатация и техническое обслуживание протяженных конвейерных систем требует ограждения приводных и концевых шкивов, натяжителей и других точек захвата.
Котельно-турбинная эксплуатация
Эксплуатация комбинации котлотурбина высокого давления должна включать в себя строгий набор средств контроля для обеспечения безопасной работы. Эти средства контроля включают физическую целостность оборудования, а также навыки, знания и опыт обслуживающего персонала. Целостность компонентов высокого давления обеспечивается сочетанием соответствующих требований, содержащихся в современных технических стандартах, и плановых проверок сварных соединений с использованием визуальных и неразрушающих методов визуализации (рентгеновских и рентгеноскопических методов). Кроме того, клапаны сброса давления, которые регулярно проверяются, предотвращают возникновение избыточного давления в котле. Необходимые навыки и знания персонала могут быть созданы посредством внутреннего процесса развития персонала в сочетании с государственной аккредитацией, которая длится несколько лет.
Окружающая среда электростанции представляет собой набор сложных инженерных систем для подачи топлива, воздуха для горения, деминерализованной котловой воды и охлаждающей воды к котлу. В дополнение к опасностям, связанным с паром высокого давления, он содержит множество других обычных и химических/физических опасностей, которые необходимо распознавать и контролировать. При эксплуатации наиболее распространенной опасностью является шум. Опросы показывают, что средневзвешенное по времени воздействие на весь эксплуатационный и обслуживающий персонал превышает 85 дБА, что требует ношения средств защиты органов слуха (затычек или наушников) на большей части электростанции и регулярного аудиометрического тестирования, чтобы гарантировать отсутствие ухудшения слуха. Основными источниками шума являются угольные мельницы, турбогенераторная установка и компрессоры служебного воздуха станций. Уровень запыленности машинного зала в процессе эксплуатации зависит от внимания обслуживающего персонала к состоянию теплоизоляции. Это вызывает особую озабоченность, поскольку более старая изоляция содержит большое количество асбеста. Пристальное внимание к средствам контроля (в первую очередь, к соединению и локализации поврежденной изоляции) может привести к неопределяемым концентрациям асбеста в воздухе (<0.01 волокна/куб.см).
Завершающим этапом производственного процесса, создающим потенциальную опасность, является сбор и обращение с золой. Сбор золы, обычно расположенный за пределами электростанции, обычно осуществляется с помощью больших электростатических пылеуловителей, хотя в последние годы все чаще используются тканевые фильтры. В обоих случаях зола извлекается из дымовых газов и сохраняется в бункерах для хранения. Любые последующие процессы обработки по своей сути сопряжены с пылью, несмотря на инженерные усилия по контролю уровней. Этот тип золы (зольная пыль, в отличие от зольного остатка, который скапливается на дне котла) содержит значительную долю (от 30 до 50 %) вдыхаемого материала и, следовательно, может вызывать опасения в отношении возможного воздействия на здоровье рабочих, подвергающихся воздействию. . Два компонента золы имеют потенциальное значение: кристаллический кремнезем, связанный с силикозом и, возможно, последующим раком легких, и мышьяк, связанный с раком кожи и легких. В обоих случаях необходимо провести оценку воздействия, чтобы определить, не превышены ли регламентированные пределы и требуются ли специальные программы контроля. Эти оценки, включающие опросы с использованием личных пробоотборников, должны включать всех потенциально затронутых рабочих, в том числе тех, кто может подвергнуться воздействию во время проверок систем пылеулавливания и шлифовальных и нагревательных поверхностей в котлах, где, как известно, мышьяк откладывается. Программы контроля, при необходимости, должны включать информирование рабочих о важности предотвращения попадания золы внутрь (не есть, не пить и не курить в местах обращения с золой), а также о необходимости тщательного мытья после контакта с золой. Уровни пыли, встречающиеся в этих исследованиях, обычно таковы, что надлежащая практика безопасности указывает на программу респираторного контроля для воздействия общей раздражающей пыли. База данных о промышленной смертности, поддерживаемая Национальным институтом безопасности и гигиены труда США, например, не содержит записей о смертях, связанных с воздействием диоксида кремния или мышьяка в электроэнергетике США.
Обслуживание
Именно на этапе технического обслуживания происходит наибольшее воздействие обычных и химических/физических агентов. Учитывая сложность современной электростанции, крайне важно иметь эффективный процесс изоляции оборудования, чтобы на него нельзя было подавать питание во время ремонта. Обычно это достигается с помощью контролируемой системы замков и бирок.
При техническом обслуживании встречается широкий спектр обычных опасностей. Они включают:
Во всех случаях опасностью можно управлять с помощью поэтапного процесса анализа, который идентифицирует опасности и соответствующие средства контроля.
Большое разнообразие опасных коммерческих продуктов используется и встречается в рутинных операциях по техническому обслуживанию. Асбест широко распространен, так как он широко используется в качестве теплоизоляции и является компонентом многих коммерческих продуктов. Должны быть предусмотрены процессы контроля, обеспечивающие правильную идентификацию всех асбестосодержащих материалов с помощью микроскопического анализа (возможности на месте значительно сокращают время реагирования). Фактические методы контроля, используемые для задачи, зависят от масштаба деятельности. Для крупномасштабных работ это будет включать в себя создание корпусов, которые работают при слегка пониженном давлении (для предотвращения утечек), и обеспечение рабочих средствами защиты органов дыхания в соответствии с тщательными процедурами во избежание внешнего загрязнения. Во всех случаях асбестосодержащий материал должен быть полностью увлажнен, упакован в пакеты и промаркирован для утилизации. Перед продолжением необходимо тщательное обследование, чтобы убедиться, что весь асбест удален. Воздействие на рабочих должно регистрироваться, а периодическое рентгенологическое исследование органов грудной клетки в сочетании с исследованием функции легких позволит определить начало любого заболевания. Положительные результаты этих обследований должны привести к немедленному удалению работника от дальнейшего облучения. Нынешняя практика отражает высокий уровень озабоченности по поводу воздействия асбеста в электроэнергетике.
Для подавляющего большинства других опасных материалов, используемых на рабочем месте, вовлеченные количества малы, а использование нечасто, так что общее воздействие незначительно. Наиболее значительный класс воздействия опасных материалов связан с конкретными операциями, а не с конкретными продуктами.
Например, сварка — это распространенная деятельность, которая может привести к ряду возможных неблагоприятных последствий для здоровья. Воздействие ультрафиолетового света от дуги вызывает временную слепоту и сильное раздражение глаз («дуговой глаз»); вдыхание паров оксидов металлов может вызвать «металлическую лихорадку»; а оксиды азота и озон, образующиеся при высоких температурах дуги, могут вызвать химическую пневмонию и возможные хронические респираторные заболевания. Меры контроля, которые необходимо применять, включают щитки для глаз для защиты находящихся рядом работников от рассеянного света, местную вытяжную вентиляцию или средства защиты органов дыхания (через воздухоочистительный респиратор).
Аналогичным распространенным видом деятельности является шлифовка и абразивоструйная очистка, при которых опасаются вдыхания вдыхаемого оксида металла и абразивных частиц. В этом случае контроль обычно осуществляется за счет выбора абразивного агента (в настоящее время от песка отказались в пользу более щадящих агентов, таких как овощная шелуха) в сочетании с соответствующей мощной местной вытяжной вентиляцией.
Другой деятельностью, приводящей к значительному облучению, является нанесение защитных покрытий на металлические поверхности. Покрытия могут содержать различные растворители, которые выбрасываются в рабочую атмосферу. Воздействие на рабочих можно контролировать либо с помощью местной вытяжной вентиляции, либо, если это нецелесообразно, с помощью средств защиты органов дыхания.
Во всех ядерных реакторах энергия вырабатывается внутри топлива в результате цепной реакции деления ядер его атомов. Наиболее распространенным ядерным топливом является уран-235. Каждое деление расщепляет атом топлива на два новых атома продукта деления, а также выбрасывает из своего ядра нейтроны, которые вызывают дальнейшее деление атомов. Большая часть энергии, выделяемой при делении, уносится продуктами деления и, в свою очередь, преобразуется в тепловую энергию в соседних атомах топлива, поскольку они останавливают эти быстро движущиеся продукты деления и поглощают их излучение. Нейтроны уносят около 3% энергии деления.
Активная зона реактора не перегревается за счет жидкого или газообразного теплоносителя, который также производит пар (прямо или косвенно) для привода турбины. Материалы, поглощающие нейтроны, включены в регулирующие стержни, которые можно перемещать в полости в активной зоне реактора и из них, чтобы регулировать скорость реакции деления до желаемой оператором электростанции. В водо-водяных реакторах поглощающие материалы могут вводиться в систему теплоносителя реактора через растворимые поглотители.
Большинство продуктов деления нестабильны и поэтому радиоактивны. Они распадаются, высвобождая излучение того типа и со скоростью, которые характерны для каждого элемента продукта деления, и новый дочерний продукт, который также может быть радиоактивным. Эта последовательность распада продолжается до тех пор, пока в конце концов не образуются стабильные (не радиоактивные) дочерние продукты. Другие радиоактивные продукты образуются в реакторе при поглощении нейтронов ядрами атомов неделящихся материалов, таких как уран-238, и конструкционных материалов, таких как направляющие, опоры и оболочки твэлов.
В реакторах, проработавших какое-то время, распад продуктов деления и образование новых продуктов деления достигают почти равновесия. На данный момент излучение и полученное в результате производство энергии от распада радиоактивных продуктов составляет почти десятую часть всего, что производится в реакторе.
Именно это большое количество радиоактивного материала создает риски, характерные для атомных электростанций. В рабочих условиях большинство этих радиоактивных материалов ведут себя как твердые вещества, но некоторые ведут себя как газы или становятся летучими при высокой температуре в реакторе. Некоторые из этих радиоактивных материалов могут легко проникать в живые организмы и оказывать значительное влияние на биологические процессы. Таким образом, они опасны при выбросе или рассеивании в окружающей среде.
Типы и характеристики атомных станций
В тепловых реакторах используются материалы, называемые модераторы для замедления быстрых нейтронов, образующихся при делении, чтобы их легче было захватить делящимися атомами урана-235. В качестве замедлителя часто используется обычная вода. Другими используемыми замедлителями являются графит и дейтерий, изотоп водорода, который используется в форме оксида дейтерия — тяжелой воды. Обычная вода состоит в основном из оксида водорода и содержит небольшую долю (0.015%) тяжелой воды.
Тепло от топлива отводится теплоносителем, который прямо или косвенно производит пар для привода турбины, а также регулирует температуру активной зоны реактора, предотвращая ее перегрев и повреждение топлива или конструкционных материалов. Хладагенты, обычно используемые в тепловых реакторах, включают обычную воду, тяжелую воду и двуокись углерода. Вода имеет хорошие характеристики теплопередачи (высокая удельная теплоемкость, низкая вязкость, легко прокачивается) и является наиболее распространенным теплоносителем, используемым на атомных электростанциях. Охлаждение активной зоны реактора водой под давлением или кипящей водой обеспечивает высокую удельную мощность активной зоны, так что большие энергоблоки могут быть встроены в относительно небольшие корпуса реактора. Однако система теплоносителя реактора, использующая воду, должна работать при высоком давлении, чтобы достичь полезных значений давления и температуры пара для эффективной работы паровой турбины-генератора. Поэтому целостность границы системы охлаждения реактора очень важна для всех атомных электростанций с водяным охлаждением, поскольку она является барьером, защищающим безопасность рабочих, населения и окружающей среды.
Топливом во всех водоохлаждаемых энергетических реакторах и большинстве других реакторов является керамический диоксид урана, плакированный металлом — нержавеющей сталью или сплавом циркония. Спеченный диоксид урана представляет собой негорючее топливо, которое может работать в течение длительного времени и сохранять продукты деления при высоких температурах без значительных искажений или отказов. Единственными действующими тепловыми энергетическими реакторами, использующими топливо, отличное от диоксида урана, являются станции Magnox (которые охлаждаются диоксидом углерода), и они постепенно выводятся из эксплуатации по мере окончания срока их службы.
Материалы, поглощающие нейтроны (такие как бор, кадмий, гафний и гадолиний), используемые в различных формах, например, в стержнях управления со стальной оболочкой или в растворе в теплоносителях или замедлителях, можно перемещать в активную зону реактора и из нее для контроля скорость реакции деления на любом заданном уровне. В отличие от выработки электроэнергии на ископаемом топливе, для увеличения уровня мощности, производимой в цепной реакции деления, не требуется увеличения количества топлива.
Как только начнется увеличение скорости производства энергии деления, оно будет продолжаться до тех пор, пока не будет остановлено введением в активную зону соответствующего количества материалов, поглощающих нейтроны, и замедлителя. Такое увеличение мощности вызвано избытком нейтронов в цепной реакции деления по сравнению с тем, что необходимо для просто безубыточной цепной реакции. Следовательно, скорость деления и результирующее производство энергии можно очень точно контролировать, добавляя или удаляя очень небольшие количества материалов, поглощающих нейтроны. Если требуется резкое снижение уровня мощности, в активную зону вводят относительно большое количество материала, поглощающего нейтроны. Каждая концепция реактора имеет свою характеристику реактивности, которая определяет конструкции регулирующих и остановочных устройств поглощения нейтронов для обеспечения эффективного регулирования мощности и безопасного и быстрого останова при необходимости. Однако ко всем применимы одни и те же основные принципы контроля и безопасности.
Основные типы эксплуатируемых сегодня тепловых энергетических реакторов показаны на рисунке 1, а основные характеристики приведены в таблице 1. На упрощенных рисунках на рисунке 1 показаны бетонные экраны, окружающие реакторы и системы теплоносителя первого контура. Экраны, имеющие различные конструкции, как правило, обеспечивают как защиту от прямого излучения реактора, так и локализацию любых утечек из систем охлаждения реактора или замедлителя, и, как правило, предназначены для выдерживания значительных давлений, которые могут возникнуть в случае аварии. серьезная неисправность систем охлаждения.
Рисунок 1. Типы атомных электростанций
Таблица 1. Характеристики АЭС (1997 г.)
Тип реактора |
топливо |
Модератор |
Охлаждающая жидкость и ее ок. давление |
Генерация пара |
Количество |
Чистый выход |
PWR |
Обогащенный диоксид урана |
Легкая вода |
Легкая вода |
Косвенное охлаждение: |
251 |
223,717 |
PHWR (тип CANDU) |
Необогащенный диоксид урана |
Тяжелая вода |
Тяжелая вода |
Косвенное охлаждение: |
34 |
18,927 |
БВР |
Обогащенный диоксид урана |
Легкая вода |
Легкая вода |
непосредственный |
93 |
78,549 |
ГКЛ (тип MAGNOX) |
Необогащенный металлический уран |
Graphite |
Углекислый газ |
Косвенное охлаждение: |
21 |
3,519 |
EGR |
Обогащенный диоксид урана |
Graphite |
Углекислый газ |
Косвенное охлаждение: |
14 |
8,448 |
LWGR (типа РБМК) |
Обогащенный диоксид урана |
Graphite |
Легкая вода |
непосредственный |
18 |
13,644 |
FBR |
Смешанный оксид плутония |
Ничто |
Соль |
Косвенное охлаждение: |
3 |
928 |
В реактор с водой под давлением (PWR) электростанции, первый теплоноситель реактора и замедлитель одни и те же — очищенная обычная вода, которая отделена от вторичного питательного/парового контура металлической перегородкой в парогенераторах (иногда называемых котлами), через которые тепло передается теплопроводностью. Таким образом, пар, подаваемый в турбогенератор, не является радиоактивным, и паротурбогенераторная установка может работать как обычная электростанция. Поскольку водород в воде первого теплоносителя / замедлителя поглощает значительную часть нейтронов, необходимо обогатить содержание делящегося изотопа урана-235 в топливе до уровня от 2% до 5%, чтобы поддерживать практическую цепную реакцию для долгосрочного производства энергии.
На всех действующих АЭС с тяжеловодные реакторы под давлением (PHWR), замедлителем реактора и теплоносителем первого контура является тяжелая вода с очень высоким содержанием изотопного дейтерия (>99%). в КАНДУ PHWR, который составляет почти все действующие PHWR, замедлитель отделен от теплоносителя первого контура и поддерживается при относительно низких температуре и давлении, что обеспечивает удобную среду для размещения контрольно-измерительной аппаратуры, а также встроенную возможность резервного охлаждения на случай неисправности трубопровода теплоносителя первого контура. Топливо и теплоноситель первого контура в CANDU находятся в горизонтальных напорных трубах в активной зоне реактора. Как и в реакторах PWR, в парогенераторах первичный теплоноситель и вторичный питательно-паровой контур разделены металлической перегородкой, через которую тепло передается от первого контура тяжелой воды к обычной водяной пароводяной системе. Таким образом, пар, подаваемый на турбогенераторную установку, представляет собой обычный водяной пар, не радиоактивный (за исключением небольших количеств из-за утечек), и турбогенераторная установка может работать как обычная тепловая электростанция. Тяжеловодный замедлитель и теплоноситель поглощают лишь очень небольшую часть нейтронов, образующихся при делении, что позволяет осуществлять практическую цепную реакцию для долгосрочного производства энергии с использованием природного урана (0.071% урана-235). Существующие реакторы PHWR могут работать на слабообогащенном топливе из урана-235, что приводит к пропорционально большему общему извлечению энергии из топлива.
В реактор с кипящей водой (BWR) АЭС вода первого контура частично испаряется в самой активной зоне реактора, а образующийся там пар подается непосредственно в турбогенератор. Рабочее давление в реакторе ниже, чем в реакторах PWR, но давление пара, подаваемого на турбину, такое же. Пар, подаваемый на турбину, слаборадиоактивен, что требует некоторых мер предосторожности из-за возможного низкого уровня загрязнения системы турбина/питательная вода. Однако это не оказалось важным фактором при эксплуатации и обслуживании BWR. В реакторах BWR на управление мощностью реактора влияет количество пара в активной зоне, и это должно компенсироваться соответствующим управлением скоростью потока теплоносителя или вводом реактивности при изменении уровня мощности реактора.
Магнокс реакторы, также известная как реакторы с газовым охлаждением (GLR) работают на природном металлическом уране, плакированном магнием. Они охлаждаются углекислым газом при умеренном давлении, но производят относительно высокотемпературный пар, что дает хороший тепловой КПД. У них большие активные зоны с низкой удельной мощностью, так что сосуды под давлением, которые также действуют как единственные защитные конструкции, также имеют большие размеры. Сосуды под давлением в первых реакторах Magnox были стальными. В более поздних реакторах Magnox корпус из предварительно напряженного бетона содержал как активную зону реактора, так и пароподъемные теплообменники.
Усовершенствованные газоохлаждаемые реакторы (AGR) использовать топливо из обогащенного оксида урана (2.3% U-235). Они охлаждаются углекислым газом при более высоком давлении, чем реакторы Magnox, и имеют улучшенную теплопередачу и тепловой КПД. Большая удельная мощность активной зоны в AGR по сравнению с реакторами Magnox позволяет реактору AGR быть меньше и мощнее. Предварительно напряженный бетонный корпус высокого давления, который содержит как активную зону реактора, так и паровые теплообменники, также действует как защитная конструкция.
Легководные графитовые реакторы (LWGR) представляют собой гибрид различных ядерных энергетических систем. Единственные действующие сегодня электростанции этого типа – это реакторы РБМК, расположенные на постсоветском пространстве, то есть в России, Украине и Литве. В реакторах РБМК обычный водяной теплоноситель течет вверх по вертикальным каналам (трубам), в которых находится топливо, и кипит внутри активной зоны. Пар, производимый в активной зоне, подается непосредственно в турбогенератор, как в реакторе BWR. Графитовый замедлитель, который окружает каналы хладагента, работает при температуре, значительно превышающей температуру хладагента, так что тепло, генерируемое в графите за счет замедления нейтронов, отводится каналами хладагента. Реакторы РБМК большие и имеют много каналов теплоносителя (> 1,500).
Реакторы на быстрых нейтронах (FBR) требуют обогащения делящегося материала в пределах 20% и могут поддерживать цепную реакцию деления, главным образом, за счет поглощения быстрых нейтронов, образующихся в процессе деления. Эти реакторы не нуждаются в замедлителе для замедления нейтронов и могут использовать избыточные нейтроны для производства плутония-239, потенциального топлива для реакторов. Они могут производить больше топлива, чем потребляют. Хотя некоторые из этих реакторов были построены для производства электроэнергии в девяти странах мира, технические и практические трудности, связанные с использованием жидкометаллических теплоносителей (натрий) и очень высокой скоростью нагрева, привели к снижению интереса. Сейчас есть только три или четыре относительно небольших жидкометаллические реакторы на быстрых нейтронах (LMFBR) эксплуатируются в качестве производителей электроэнергии в мире, производя в общей сложности менее 1,000 мегаватт электроэнергии (МВт), и постепенно выводятся из эксплуатации. Однако технология реакторов-размножителей была значительно усовершенствована и задокументирована для использования в будущем, если когда-либо потребуется.
Топливо и обращение с ним
Процесс, который начинается с добычи урансодержащей руды и заканчивается окончательной утилизацией отработавшего топлива и всех отходов переработки топлива, обычно называют ядерный топливный цикл. Существует множество вариантов топливных циклов в зависимости от типа используемого реактора и конструкции устройств отвода тепла в активной зоне реактора.
Основные топливные циклы PWR и BWR почти идентичны, различаясь только уровнями обогащения и детальной конструкцией топливных элементов. Необходимые шаги, обычно в разных местах и на разных объектах, следующие:
Во время этих процессов требуются меры предосторожности для обеспечения того, чтобы количество обогащенного топлива в любом месте было меньше того, которое может привести к значительной цепной реакции деления, за исключением, конечно, реактора. Это приводит к ограничению материального пространства при производстве, транспортировке и хранении.
Напротив, реактор CANDU использует природный уран и имеет простой топливный цикл от добычи руды до утилизации топлива, который не включает этапы, необходимые для обеспечения обогащения и переработки. Топливо для CANDU изготавливается полуавтоматически в виде полуметровых круглых связок из 28 или 37 твэлов, содержащих UO.2 пеллеты. Нет никаких ограничений по площади при производстве топлива из природного урана, а также при транспортировке или хранении как нового, так и использованного топлива. Иммобилизация и утилизация отработанного топлива CANDU разрабатывалась в Канаде в течение 17 лет и в настоящее время находится на стадии утверждения концепции.
Во всех действующих энергетических реакторах, за исключением типа Magnox, основным компонентом реакторного топлива является цилиндрическая топливная таблетка, состоящая из диоксида урана (UO2) порошок, который уплотняют, а затем спекают для достижения необходимой плотности и керамических характеристик. Эти спеченные гранулы, запаянные в бесшовные трубы из циркониевого сплава или нержавеющей стали для производства топливные стержни или элементы, химически инертны по отношению к их оболочке при нормальных реакторных температурах и давлениях. Даже если оболочка повреждена или пробита, а охлаждающая жидкость контактирует с UO2, этот керамический материал удерживает большую часть радиоактивных продуктов деления и устойчив к износу, вызванному высокотемпературной водой.
В реакторах Magnox используется топливо из природного металлического урана, покрытого магнием, и они успешно работают при относительно высоких температурах, поскольку теплоноситель, двуокись углерода, не вступает в реакцию с этими металлами в сухих условиях.
Основная задача конструкции твэлов в ядерном реакторе состоит в том, чтобы передать теплоту деления, образующуюся в топливе, теплоносителю, сохраняя при этом целостность твэлов даже в самых жестких переходных условиях. Для всех действующих реакторов всесторонние испытания имитирующего топлива в лабораториях теплообмена показали, что ожидаемые максимальные переходные тепловые условия в реакторе могут быть обеспечены с адекватными запасами безопасности за счет конкретного топлива, разработанного и лицензированного для данного применения.
Новое топливо, доставляемое с завода по изготовлению на электростанцию, не является значительно радиоактивным, и с ним можно обращаться вручную или с помощью ручных подъемно-транспортных инструментов без защиты. Типичный тепловыделяющая сборка для реактора PWR или BWR представляет собой квадратную решетку из примерно 200 топливных стержней длиной около 4 м и весом около 450 кг. В большом реакторе PWR или BWR требуется около 200 таких сборок. Топливо перемещается мостовым краном и размещается на вертикальных стеллажах в сухом виде в новом хранилище топлива. Чтобы установить новое топливо в действующий легководный реактор, такой как PWR или BWR, все операции проводятся на достаточной глубине воды, чтобы обеспечить защиту для всех, кто находится над реактором. Сначала необходимо снять фланцевую крышку корпуса реактора и вынуть часть использованного топлива (обычно от одной трети до половины активной зоны реактора) с помощью мостового крана и элеваторов для перемещения топлива.
Отработанное топливо размещается в заполненных водой резервуарах. Другие использованные тепловыделяющие сборки в активной зоне могут быть переставлены (как правило, перемещены к центру активной зоны) для регулирования выработки электроэнергии в реакторе. Затем новые ТВС устанавливаются на все свободные позиции топливных площадок. Для перезарядки более крупного реактора может потребоваться от 2 до 6 недель, в зависимости от рабочей силы и количества заменяемого топлива.
Реактор CANDU и некоторые газоохлаждаемые реакторы заправляются топливом при включении питания с помощью оборудования с дистанционным управлением, которое удаляет использованное топливо и устанавливает новые тепловыделяющие элементы или пучки. В случае CANDU топливо представляет собой пучки топливных стержней полуметровой длины, диаметром около 10 см и весом около 24 кг. Топливо поступает от производителя в картонных упаковочных ящиках и хранится в специально отведенном месте для хранения нового топлива, готовое к загрузке в реактор. Топливо обычно загружают в работающий реактор ежедневно для поддержания реактивности реактора. В большом реакторе CANDU типичная скорость дозаправки составляет 12 пакетов в день. Связки загружаются вручную на устройство загрузки нового топлива, которое, в свою очередь, загружает связки в заправочная машина который управляется дистанционно из диспетчерской станции. Для загрузки нового топлива в реактор две дистанционно управляемые заправочные машины управляются с помощью дистанционного управления и соединяются с концами горизонтального топливного канала для перегрузки. Канал открывается заправочными машинами с обоих концов, в то время как система охлаждения находится при рабочем давлении и температуре, и новое топливо проталкивается в один конец, а использованное топливо выводится из другого конца канала. После установки необходимого количества топливных связок заправочная машина переустанавливает уплотнения каналов, и заправочные машины могут продолжать заправку другого канала или слив отработанного топлива в заполненный водой отсек для хранения отработанного топлива. .
Отработанное топливо, выгруженное из всех действующих реакторов, очень радиоактивно и требует охлаждения для предотвращения перегрева и экранирования для предотвращения прямого облучения любых чувствительных живых организмов или оборудования поблизости. Обычная процедура заключается в сбросе отработанного топлива в бассейн для хранения воды с покрытием водой не менее 4 м над топливом для защиты. Это обеспечивает безопасное наблюдение за топливом под водой и доступ для его перемещения под водой к месту более длительного хранения.
Через год после выгрузки из реактора общая радиоактивность и тепловыделение отработавшего топлива снизятся примерно до 1 % от исходного значения при выгрузке, а в течение 10 лет — до примерно 0.1 % исходного значения при выгрузке. Примерно через 5-10 лет после сброса производство тепла уменьшилось до такой степени, что стало возможным извлекать топливо из бассейна с водой и хранить его в сухом виде в контейнере только с естественной циркуляцией воздуха вокруг топливного контейнера. Однако он все же достаточно радиоактивен, и требуется экранирование его прямого излучения на многие десятилетия. Предотвращение попадания топливного материала в организм живыми организмами требуется на гораздо более длительный срок.
Реальная утилизация отработавшего топлива энергетических реакторов все еще находится на стадии разработки и согласования. Утилизация отработавшего топлива энергетических реакторов в различных геологических структурах интенсивно изучается в ряде стран, но пока нигде в мире не одобрена. Концепция хранения глубоко под землей в стабильных каменных конструкциях в настоящее время находится в процессе утверждения в Канаде как безопасный и практичный метод окончательного захоронения этих высокорадиоактивных отходов. Однако ожидается, что даже при утверждении концепции к 2000 году фактическая утилизация отработавшего топлива не произойдет примерно до 2025 года.
Внутризаводские операции
Во всех 33 странах с ядерно-энергетическими программами есть регулирующие органы, которые устанавливают и обеспечивают соблюдение правил безопасности, связанных с эксплуатацией ядерных установок. Однако, как правило, именно электроэнергетическая компания, которая владеет и эксплуатирует объекты атомной энергетики, несет ответственность за безопасную эксплуатацию своих атомных электростанций. Роль оператора на самом деле представляет собой управленческую задачу по сбору информации, планированию и принятию решений и лишь иногда включает в себя более активный контроль, когда рутинная работа нарушается. Оператор не является основной защитной системой.
Все современные атомные электростанции имеют высоконадежные автоматические, очень быстро реагирующие системы управления и безопасности, которые непрерывно защищают реактор и другие компоненты станции и, как правило, рассчитаны на отказоустойчивость при потере мощности. Оператор не должен дублировать или заменять эти автоматические системы управления и защиты. Однако оператор должен иметь возможность почти мгновенно остановить реактор, если это необходимо, и должен быть способен распознавать и реагировать на любой аспект работы станции, тем самым добавляя разнообразия в защиту. Оператору необходима способность понимать, диагностировать и предвидеть развитие общей ситуации на основе большого объема данных, предоставляемых автоматическими информационно-информационными системами.
Ожидается, что оператор:
Насколько хорошо оператор может это сделать, зависит от конструкции машины, а также от способностей и подготовки оператора.
На каждой атомной электростанции должны постоянно находиться на дежурстве компетентные, стабильные и хорошо обученные операторы. Потенциальные операторы атомных станций проходят комплексную программу обучения, которая обычно включает обучение в классе и на рабочем месте в области науки, оборудования и энергетических систем, радиационной защиты и политики и принципов эксплуатации. Учебные тренажеры всегда используются при эксплуатации атомных электростанций в США, чтобы дать оператору практический опыт эксплуатации станции, во время сбоев и в необычных условиях. Интерфейс между оператором и энергосистемами осуществляется через контрольно-измерительную аппаратуру. Хорошо спроектированные контрольно-измерительные системы могут улучшить понимание и правильную реакцию операторов.
Обычно ключевой эксплуатационный персонал назначается для атомной электростанции, пока она еще находится в стадии строительства, чтобы они могли консультировать с точки зрения эксплуатации и могли собрать персонал, который будет вводить в эксплуатацию и эксплуатировать станцию. Они также готовят исчерпывающий набор рабочих процедур до того, как станция будет введена в эксплуатацию и допущена к эксплуатации. Эксперты по проектированию и персонал регулирующих органов проверяют эти процедуры на соответствие проектным замыслам и методам эксплуатации.
Ожидается, что персонал будет систематически и неукоснительно эксплуатировать станцию в соответствии с рабочими процедурами и разрешениями на работу. Оперативный персонал постоянно работает над обеспечением общественной безопасности, проводя комплексную программу испытаний и мониторинга систем безопасности и защитных барьеров, а также сохраняя способность справляться с любой аварийной ситуацией на станции. Там, где операторам может потребоваться принять меры в ответ на изменение состояния станции, существуют письменные систематические процедуры, которыми они руководствуются и предоставляют подробную информацию, необходимую для управления станцией. Такие процедуры рассматриваются станционными и регулирующими комитетами по безопасности.
Продуманная программа управления безопасностью эксплуатации включает в себя:
В дополнение к процедурам нормальной эксплуатации на каждой атомной электростанции существует система отчетности о событиях для расследования и документирования любых отказов и износа оборудования, недостатков в проектировании или строительстве, а также ошибок в эксплуатации, обнаруженных системами мониторинга или регулярными испытаниями и проверками. Основная причина каждого события определяется таким образом, чтобы можно было разработать соответствующие корректирующие или предупреждающие действия. Отчеты о событиях, включая результаты анализа и рекомендации, рассматриваются руководством станции и экспертами по безопасности и человеческому фактору, которые обычно находятся за пределами станции.
Система сообщений об инцидентах Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) работает по всему миру, дополняя национальные системы и обеспечивая обмен информацией между всеми участвующими странами. Всемирная ассоциация операторов атомных станций (ВАО АЭС) также обеспечивает обмен подробной информацией на оперативном уровне.
Ядерные реакторы и все их вспомогательные и связанные с безопасностью системы обслуживаются и испытываются в соответствии с требованиями обеспечения качества через запланированные интервалы времени, чтобы обеспечить надежность на протяжении всего срока их службы. В дополнение к автоматическому мониторингу проводятся систематические ручные тесты и исследования для выявления признаков ухудшения или отказа систем оборудования. К ним относятся регулярный надзор в полевых условиях, профилактическое обслуживание, периодические проверки и изучение изменений состояния станции.
Для технологических систем и систем безопасности установлены очень жесткие целевые показатели, чтобы снизить риск для населения и персонала станций до приемлемого минимума. Для технологических систем, которые активно работают во время выработки электроэнергии, частота отказов сравнивается с целевыми показателями производительности, что может привести к изменениям конструкции, когда производительность не соответствует стандартам. Системы безопасности нуждаются в другом подходе, потому что они вступают в действие только в случае отказа технологических систем. Комплексные программы тестирования контролируют эти системы и их компоненты, и результаты используются для определения того, сколько времени каждая из них, вероятно, не будет работать. Расчетное общее количество времени, в течение которого системы безопасности не работают, сравнивается с очень высоким стандартом производительности. При обнаружении неисправности в системе безопасности ее немедленно устраняют или реактор останавливают.
Существуют также обширные программы испытаний и обслуживания во время периодических плановых остановов. Например, все сосуды, работающие под давлением, компоненты и их сварные швы систематически проверяются неразрушающими методами в соответствии с нормами безопасности.
Принципы безопасности и связанные с ними конструктивные особенности безопасности
Есть четыре аспекта цепной реакции деления, которые могут быть опасными и которые нельзя отделить от использования ядерной энергии для производства электроэнергии, и поэтому требуют мер безопасности:
Требования безопасности, предъявляемые к этим характеристикам, объясняют основные различия в оборудовании для обеспечения безопасности и стратегии эксплуатации на атомной станции по сравнению с таковыми на электростанции, использующей ископаемое топливо. Способы выполнения этих требований безопасности различаются для разных типов атомных станций, но основные принципы безопасности одинаковы на всех атомных станциях.
В ходе процедуры лицензирования каждая ядерная установка должна доказать, что выбросы радиоактивных веществ будут меньше установленных нормативных пределов, как при нормальных условиях эксплуатации, так и в случае отказов или аварийных условий. Приоритетом является предотвращение отказов, а не просто смягчение их последствий, но проект должен быть способен справляться с отказами, если, несмотря на все меры предосторожности, они все же произойдут. Это требует высочайшей степени обеспечения качества и контроля, применяемого ко всему оборудованию, строительным функциям и операциям. Собственные характеристики безопасности и инженерно-технические меры безопасности предназначены для предотвращения аварий и контроля над ними, а также для локализации и сведения к минимуму выброса радиоактивных материалов.
В частности, теплопроизводительность и холодопроизводительность должны всегда соответствовать друг другу. В процессе работы тепло от реактора отводится теплоносителем, который прокачивается по трубопроводу, соединенному с реактором, и течет по поверхности оболочек твэлов. В случае отключения питания насосов или внезапного выхода из строя соединительных трубопроводов охлаждение топлива будет прервано, что может привести к быстрому повышению температуры топлива, возможному выходу из строя оболочки твэла и утечке топлива. радиоактивного материала из топлива в корпус реактора. Быстрое прекращение цепной реакции деления, подкрепленное возможной активацией резервных или аварийных систем охлаждения, предотвратило бы повреждение топлива. Эти меры безопасности предусмотрены на всех атомных станциях.
Даже когда реактор остановлен, потеря охлаждения и выход из строя резервной или аварийной системы охлаждения могут привести к перегреву топлива из-за продолжающегося выделения теплоты распада продуктов деления в топливе, как показано на рис. тепло составляет всего 2% или 1% от производства тепла на полной мощности, если его не удалить, температура топлива может достичь уровня отказа в течение нескольких минут после полной потери охлаждения. Принцип безопасного проектирования атомных электростанций требует, чтобы все обстоятельства, которые могут привести к перегреву топлива, повреждению и выбросу радиоактивных материалов из топлива, тщательно оценивались и предотвращались техническими системами контроля и защиты.
Рис. 2. Остаточная теплота после остановки реактора
Для защиты атомной электростанции существует три типа функций безопасности: собственные характеристики, пассивные системы и активные системы. Они используются в различных комбинациях на действующих атомных станциях.
Собственные характеристики безопасности используйте законы природы, чтобы сохранить электростанцию в безопасности. Некоторым видам ядерного топлива присущи такие характеристики безопасности, как то, что по мере повышения их температуры скорость цепной реакции деления снижается. Некоторые конструкции систем охлаждения обладают неотъемлемыми характеристиками безопасности, в соответствии с которыми охлаждающая жидкость будет циркулировать над топливом за счет естественной циркуляции для адекватного отвода остаточного тепла без работы каких-либо насосов. Большинству металлических конструкций присущи характеристики безопасности, которые приводят к деформации или растяжению при значительных нагрузках, а не к разрыву или разрушению.
Функции пассивной безопасности включают подъем предохранительных клапанов собственного веса (гравитационных) за счет давления сбрасываемой жидкости, или использование накопленной энергии в системах аварийного впрыска охлаждающей жидкости, или в некоторых защитных сосудах, которые предназначены для поглощения энергии от отказа трубопровода. системы и последующего остаточного тепла.
Системы активной безопасности включают все системы, которые требуют активации сигналов и источника питания той или иной формы. Активные системы обычно могут контролировать более широкий диапазон обстоятельств, чем собственные и пассивные системы, и могут без ограничений испытываться во время работы реактора.
Проект обеспечения безопасности атомных электростанций основан на выбранной комбинации внутренних, пассивных и активных систем для удовлетворения нормативных требований безопасности юрисдикции, в которой расположена атомная станция. Высокая степень автоматизации в системах, связанных с безопасностью, необходима для того, чтобы максимально освободить эксплуатационный персонал от необходимости принимать быстрые решения и действовать в условиях стресса. Системы ядерных энергетических реакторов спроектированы так, чтобы автоматически приспосабливаться к изменениям требуемой выходной мощности, и, как правило, изменения происходят постепенно. Особенно важно, чтобы системы, связанные с безопасностью, всегда были способны быстро, эффективно и надежно реагировать, когда это необходимо. Чтобы соответствовать такому высокому уровню производительности, эти системы должны соответствовать самым высоким критериям обеспечения качества и быть спроектированы в соответствии с хорошо зарекомендовавшими себя принципами проектирования безопасности, предусматривающими резервирование, разнообразие и физическое разделение.
избыточность — это предоставление большего количества компонентов или подсистем, чем необходимо только для того, чтобы система работала, например, предоставление трех или четырех компонентов, тогда как для надлежащего функционирования системы необходимы только два.
Разнообразие это обеспечение двух или более систем, основанных на разных принципах конструкции или функционирования, для выполнения одной и той же функции безопасности.
Физическое разделение компонентов или систем, предназначенных для выполнения одной и той же функции безопасности, обеспечивает защиту от локальных повреждений, которые в противном случае могли бы ухудшить работу систем безопасности.
Важной иллюстрацией применения этих принципов проектирования безопасности является электроснабжение атомных станций, которое основано на более чем одном подключении к основной энергосистеме, поддерживаемой на месте несколькими дизельными двигателями с автоматическим запуском и/или турбинами внутреннего сгорания. , а также аккумуляторными батареями и мотор-генераторными установками для обеспечения надежного электроснабжения жизненно важных систем, связанных с безопасностью.
Основная превентивная мера против выброса радиоактивных материалов с атомной станции в принципе очень проста: ряд герметичных барьеров между радиоактивными материалами и окружающей средой, чтобы обеспечить защиту от прямого излучения и удержание радиоактивных материалов. Самым внутренним барьером является само керамическое или металлическое топливо, которое связывает большую часть радиоактивных материалов в своей матрице. Второй барьер – герметичная коррозионностойкая облицовка. Третий барьер представляет собой первичную напорную границу системы теплоносителя. Наконец, большинство ядерно-энергетических систем заключены в устойчивую к давлению защитную оболочку, которая спроектирована так, чтобы выдерживать выход из строя самой крупной трубопроводной системы внутри и удерживать любые радиоактивные материалы, попадающие в защитную оболочку.
Основная цель проектирования безопасности атомной электростанции состоит в поддержании целостности этих многочисленных барьеров с помощью подхода глубокоэшелонированной защиты, который можно охарактеризовать тремя уровнями мер безопасности: предупредительными, защитными и смягчающими мерами.
Предупредительные меры включают: соблюдение высочайшего уровня обеспечения качества при проектировании, строительстве и эксплуатации; высококвалифицированные операторы, проходящие периодическую переподготовку; использование встроенных функций безопасности; обеспечение соответствующих проектных запасов; проведение тщательного профилактического обслуживания, постоянное тестирование и проверка и устранение недостатков; постоянный мониторинг; тщательные оценки безопасности и повторные оценки, когда это необходимо; и оценка и причинно-следственный анализ инцидентов и отказов, внесение соответствующих изменений.
Защитные меры включают: быстродействующие системы отключения; быстродействующие автоматические клапаны/системы сброса давления; схемы блокировки для защиты от ложных срабатываний; автоматический контроль жизненно важных функций безопасности; и непрерывное измерение и контроль уровней радиации и радиоактивности сточных вод, чтобы они не превышали допустимые пределы.
Смягчающие меры включают: системы аварийного охлаждения реактора; высоконадежные системы аварийной питательной воды; разнообразные и резервные системы аварийного питания; защитная оболочка для предотвращения утечки любых радиоактивных материалов со станции, которая рассчитана на различные естественные и искусственные воздействия, такие как землетрясения, сильные ветры, наводнения или столкновения с самолетами; и, наконец, аварийное планирование и управление авариями, включающие радиационный контроль, информирование органов безопасности и консультирование населения, контроль загрязнения и распространение смягчающих материалов.
Ядерная безопасность зависит не только от технических и научных факторов; очень важную роль играет человеческий фактор. Регулирующий контроль обеспечивает независимую проверку всех аспектов безопасности атомных станций. Однако ядерная безопасность в первую очередь обеспечивается не законами и нормативными актами, а ответственным управлением проектированием, эксплуатацией и коммунальными услугами, что включает в себя соответствующие проверки и утверждения со стороны лиц, обладающих знаниями и полномочиями.
Единственная авария на атомной станции, которая имела очень серьезные последствия для населения, произошла во время испытания охлаждающей способности в необычной конфигурации на атомной станции РБМК в Чернобыле в Украине в 1986 году. материалы попали в окружающую среду. Впоследствии было обнаружено, что реактор не имел надлежащей системы останова и что он был нестабилен на малой мощности. Слабые стороны конструкции, человеческий фактор и отсутствие надлежащего управления инженерными сетями — все это способствовало аварии. В оставшиеся действующие реакторы РБМК были внесены изменения для устранения серьезных конструктивных недостатков, а инструкции по эксплуатации были улучшены, чтобы предотвратить повторение этой досадной аварии.
Многое было извлечено из аварии на РБМК и из других менее серьезных аварий на атомных станциях (таких как авария на Три-Майл-Айленде в США в 1978 г.), а также из многих мелких аварий и инцидентов за более чем 30 лет эксплуатации атомных электростанций. Цель ядерного сообщества – обеспечить, чтобы ни один инцидент на атомной электростанции не угрожал работникам, населению или окружающей среде. Тесное сотрудничество в рамках таких программ, как Системы отчетности об инцидентах МАГАТЭ и ВАО АЭС, пристальное внимание отраслевых групп и регулирующих органов, а также бдительность владельцев и операторов атомных станций делают эту цель более достижимой.
Благодарность: Редактор благодарит Тима Мидлера и Институт урана за предоставление информации для таблицы 1.
Генерация, передача и распределение
Имеются три этапа электроснабжения; генерации, передачи и распределения. Каждый из этих этапов включает в себя различные производственные процессы, трудовую деятельность и опасности.
Большая часть электроэнергии вырабатывается при напряжении от 13,200 24,000 до XNUMX XNUMX вольт. Опасности процесса производства электроэнергии включают взрывы и ожоги в результате неожиданного отказа оборудования. Несчастные случаи также могут произойти, если не соблюдаются надлежащие процедуры блокировки/маркировки. Эти процедуры существуют для контроля источников энергии. Перед выполнением технического обслуживания оборудования, где неожиданное включение, запуск или высвобождение накопленной энергии могут привести к травмам, оборудование должно быть отключено от источника энергии и приведено в нерабочее состояние. Несоблюдение надлежащей изоляции этих источников энергии (блокировка/маркировка) может привести к серьезной травме или смерти.
После выработки электроэнергии она передается на расстояние по линиям электропередач. Линии электропередач строятся между передающими подстанциями, расположенными на электростанциях. Линии электропередач могут поддерживаться над головой на башнях или под землей. Они работают при высоком напряжении. Они посылают большое количество электроэнергии и распространяются на значительные расстояния. Когда электричество выходит из генерирующей станции, расположенная там передающая подстанция повышает напряжение до диапазона 138,000 765,000–34,500 138,000 вольт. В зоне действия передающие подстанции снижают передаваемое напряжение до XNUMX XNUMX–XNUMX XNUMX вольт. Затем эта мощность передается по линиям к распределительным системам, расположенным на территории местного обслуживания. Основные опасности, присутствующие в процессе передачи, связаны с электричеством. Несоблюдение надлежащих дистанций подхода или использование соответствующего защитного снаряжения (резиновые перчатки и нарукавники) могут привести к серьезной травме или смерти. Падения также являются источником серьезных несчастных случаев и могут произойти во время работ по техническому обслуживанию воздушных линий и при работе со столбами или автовышками.
Система распределения соединяет систему передачи с оборудованием заказчика. Распределительная подстанция снижает передаваемое электрическое напряжение до 2,400–19,920 XNUMX вольт. Распределительный трансформатор дополнительно снижает напряжение. Опасности, связанные с распределительными работами, также носят электрический характер. Однако существует дополнительная опасность работы в закрытых помещениях (люки и своды) при работе с подземной распределительной системой.
Передающие и распределительные подстанции — это установки, в которых напряжение, фаза или другие характеристики электрической энергии изменяются в процессе окончательного распределения. Поражение электрическим током представляет собой основную угрозу безопасности на подстанциях. Такие несчастные случаи, как правило, вызваны несоблюдением надлежащих расстояний до электрооборудования, находящегося под напряжением, и/или неиспользованием соответствующих средств индивидуальной защиты, включая резиновые изолирующие перчатки и нарукавники.
Угрозы безопасности при производстве, передаче и распределении
Стандарт по производству, передаче и распределению электроэнергии, также известный как Стандарт по техническому обслуживанию электрооборудования, кодифицированный в 29 CFR 1910.269, был обнародован Управлением по охране труда и здоровья США (OSHA) 31 января 1994 года. Стандарт распространяется на всех работников электроэнергетики, участвующих в эксплуатация и техническое обслуживание оборудования для производства, передачи и распределения электроэнергии и сопутствующего оборудования. Кроме того, положения 1910.269 также распространяются на контрактных линейных рабочих, контрактных расчистщиков деревьев и независимых производителей электроэнергии. В других странах и регионах действуют аналогичные правила.
Опасности, которые непосредственно рассматриваются в стандарте OSHA, связаны с опасностью электрического характера, которая может привести к поражению электрическим током и травмам в результате поражения электрическим током. Последствиями непреднамеренного контакта с высоковольтным электричеством часто являются смерть или серьезные травмы, такие как ожоги второй и третьей степени, ампутация конечностей, повреждение внутренних органов и неврологические нарушения.
Стандарт также касается несчастных случаев со смертельным исходом и травм, связанных с четырьмя другими типами несчастных случаев: столкновение или столкновение; падения с лестниц, лесов, столбов или других возвышенностей; зажаты между ними в результате случайного включения механизмов во время регламентных работ по техническому обслуживанию; и контакт с экстремальными температурами, которые могут возникнуть при непреднамеренном выбросе пара высокого давления во время работ по техническому обслуживанию котлов. Восточная исследовательская группа (ERG), которая подготовила Исследование экономического воздействия для предложенного постановления OSHA, сообщила, что «было больше аварий, связанных с линиями электропередачи и распределения, чем с подстанциями или установками по производству электроэнергии». ERG сообщила, что в категории линий электропередач и распределительных линий линейные рабочие, ученики линейных рабочих и начальники рабочих линий сталкиваются с наиболее фатальными и серьезными несчастными случаями с потерей трудоспособности. В категории подстанций и электростанций больше всего несчастных случаев происходит с электриками подстанций и механиками коммунальных служб.
Снижение аварийности
По оценкам OSHA, в Соединенных Штатах ежегодно происходит в среднем 12,976 86 травм с потерей трудоспособности среди работников, занимающихся производством, передачей и распределением электроэнергии. Они также сообщают, что ежегодно среди этих рабочих происходит 1,633 смертельных случаев. По оценкам OSHA, ежегодно можно предотвратить 61 несчастных случая с потерей трудоспособности и 80 смерть за счет соблюдения положений этого стандарта и других стандартов, упомянутых в окончательном правиле. OSHA разбивает сокращение числа травм и смертельных случаев, связанных с потерей рабочего времени, на две категории. Ожидается, что наибольшая выгода будет достигнута в электроэнергетике, на долю которых приходится около 20% смертельных случаев. Остальные 1910.269% составляют подрядчики коммунальных услуг, в том числе подрядчики по электроснабжению и обрезки деревьев, а также предприятия, не связанные с коммунальными услугами. OSHA также ожидает, что наибольшее сокращение травм с потерей трудоспособности произойдет в электроэнергетике. Вторая категория сокращений относится к ссылкам на существующие стандарты в рамках 1910.151. Например, OSHA ожидает, что работодатель предоставит медицинские услуги и первую помощь, как указано в XNUMX.
Земляные работы должны соответствовать подразделу P 1926 года; средства индивидуальной защиты должны соответствовать требованиям Подраздела I 1910 г.; средства индивидуальной защиты от падения должны соответствовать требованиям подраздела E части 1926; и лестницы должны соответствовать подразделу D 1910 года. Это несколько примеров многих других стандартов OSHA, на которые ссылаются в Стандарте производства, передачи и распределения электроэнергии. OSHA полагает, что эти ссылки будут способствовать более широкому признанию различных применимых стандартов безопасности, и вместе с обучением сотрудников и акцентом на распознавание опасностей посредством инструктажей по работе ежегодно будут предотвращаться дополнительно 2 смертельных случая и 1,310 травм с потерей трудоспособности.
Общие положения
Стандарт производства, передачи и распределения электроэнергии обеспечивает комплексный подход к контролю опасностей, встречающихся в электроэнергетике. Это считается стандартом, основанным на характеристиках, когда работодатель имеет возможность внедрить альтернативные программы при условии, что он или она может продемонстрировать, что они обеспечивают уровень безопасности, эквивалентный уровню, указанному в стандарте. Общие положения стандарта включают: требования к обучению, процедуры контроля опасной энергии (блокировка/маркировка) для производства, передачи и распределения электроэнергии; порядок входа в закрытые помещения и порядок безопасной работы в подземных сооружениях; требования к работе на открытых частях под напряжением или вблизи них; требования к работе на ВЛ; требования к заземлению; обрезка деревьев зазора линии; порядок работы на подстанциях; и требования к инструментам под напряжением, ручным и переносным электроинструментам, а также лестницам и средствам индивидуальной защиты.
Стандарт является всеобъемлющим и охватывает все аспекты эксплуатации и технического обслуживания оборудования для производства, передачи и распределения электроэнергии.
Существенные положения
Некоторые из наиболее важных положений Стандарта включают в себя требования к сотрудникам пройти обучение по оказанию неотложной помощи, инструктаж по работе и обучение методам работы, связанным с безопасностью, процедурам безопасности и аварийным процедурам, включая спасение через люки и опоры. Существуют также особые требования к одежде для работы на оборудовании, находящемся под напряжением, и требования для входа в подземные сооружения, а также для контроля опасных источников энергии. Еще один важный элемент стандарта требует, чтобы работодатели удостоверяли, что сотрудники прошли надлежащую подготовку и могут продемонстрировать знание методов работы, указанных в стандарте. Некоторые из этих элементов более подробно обсуждаются ниже.
OSHA требует, чтобы сотрудники, выполняющие работы на незащищенных линиях или оборудовании под напряжением 50 вольт или более, были обучены оказанию первой помощи и сердечно-легочной реанимации (СЛР). Для полевых работ с участием двух или более сотрудников на рабочем месте должны быть обучены не менее двух сотрудников. Для стационарных рабочих мест, таких как электростанция, достаточное количество сотрудников должно быть обучено, чтобы гарантировать, что работник, подвергшийся поражению электрическим током, может быть достигнут в течение 4 минут.
Ведущий сотрудник рабочей группы должен проводить инструктаж по работе с работниками, участвующими в работе, перед тем, как они приступают к каждой работе. Инструктаж должен охватывать опасности, связанные с работой, рабочие процедуры, особые меры предосторожности, средства контроля источников энергии и средства индивидуальной защиты. Для повторяющихся и похожих работ должен быть один инструктаж по работе перед началом первой работы каждого дня или смены. При значительных изменениях необходимо провести еще один инструктаж. Просмотр поставленной задачи требует планирования работы, а планирование работы помогает снизить количество несчастных случаев.
OSHA также требует, чтобы работодатель удостоверял, что каждый сотрудник прошел обучение, необходимое для того, чтобы быть квалифицированным и компетентным. Сертификация проводится, когда работник демонстрирует навыки работы, и должна сохраняться в течение всего срока работы работника. Одного обучения недостаточно. Квалификация должна быть продемонстрирована, как правило, путем проверки знаний и понимания работником рассматриваемого предмета. Это поможет гарантировать, что на оборудовании, находящемся под напряжением, работают только квалифицированные рабочие.
Существуют требования к одежде для рабочих, подвергающихся воздействию пламени или электрических дуг. Раздел требует, чтобы работодатель гарантировал, что каждый работник, который подвергается опасности огня или электрических дуг, не носит одежду, которая при воздействии огня или электрических дуг может увеличить степень травмы, которую может получить работник. Одежда из ацетата, нейлона, полиэстера или вискозы, как отдельно, так и в смесях, запрещена, если работодатель не может продемонстрировать, что ткань была обработана, чтобы выдерживать условия, с которыми можно столкнуться. Работники могут выбирать между хлопковой, шерстяной или огнестойкой одеждой, но работодатель должен определить, исходя из воздействия, приемлемо ли натуральное волокно, такое как хлопок или шерсть. Хлопок или шерсть могут воспламениться при определенных обстоятельствах. Хотя этот раздел стандарта вызвал много споров в отрасли, запрет на использование синтетических материалов является важным шагом на пути к снижению травматизма электриков.
OSHA в своей преамбуле к Стандарту по производству, передаче и распределению электроэнергии (29 CFR, часть 1910.269) утверждает, что «общие показатели аварийности в электроэнергетике (то есть в электроэнергетике, SIC-491) немного ниже, чем соответствующие ставки для частного сектора в целом» и что «за исключением опасности поражения электрическим током и падения, работники электроэнергетики сталкиваются с опасностями, которые по своему характеру и степени аналогичны тем, которые встречаются во многих других отраслях» (OSHA 1994). Далее в преамбуле цитируется Файлы Бюро статистики труда США (BLS), определяющие основные источники травм для электроэнергетики:
В преамбуле особо отмечается, что поражение электрическим током не является серьезной (или часто регистрируемой) категорией травм. Тем не менее, трудовые, отраслевые и OSHA файлы показывают, что несчастные случаи с электричеством являются наиболее частым типом смертельных или серьезных травм в электроэнергетике, за ними следуют автомобильные аварии, падения и «столкновение/раздавливание».
Работники электроэнергетики сталкиваются со многими другими опасностями при выполнении разнообразных задач, требуемых работодателями. Авторы отдельных статей в этой главе подробно отмечают многие из них; здесь я просто упомяну некоторые опасные воздействия.
Скелетно-мышечные травмы являются наиболее распространенными травмами среди физически активной рабочей силы и включают в себя:
Электромонтажники могут работать в самых разных условиях: они взбираются на вершины опор электропередач в сельской местности и сращивают кабели в люках под оживленными городскими улицами; летом они изнемогают на верхних этажах электростанций и дрожат, ремонтируя поваленные метелью воздушные линии электропередач. Физические силы, противостоящие рабочим, огромны. Электростанция, например, выталкивает пар под таким давлением, что лопнувшая труба может означать ошпаривание и удушье. К физическим опасностям на предприятиях помимо тепла относятся шум, электромагнитные поля (ЭМП), ионизирующее излучение на ядерных установках и удушье в замкнутых пространствах. Воздействие асбеста было основным источником заболеваемости и судебных разбирательств, и высказываются опасения по поводу других изоляционных материалов. Широко используются такие химические вещества, как щелочи, коррозионные вещества и растворители. На заводах также нанимают рабочих для специализированных работ, таких как пожаротушение или подводное плавание с аквалангом (для осмотра систем забора и сброса воды), которые подвергаются уникальным опасностям, присущим этим задачам.
В то время как современные атомные электростанции снижают радиационное облучение рабочих в течение обычных периодов эксплуатации, существенное облучение может происходить во время остановов для технического обслуживания и перегрузки топлива. Для надлежащей защиты работников, входящих в радиационно-активные зоны в эти периоды, требуются отличные возможности радиационного контроля. Тот факт, что многие контрактники могут попасть на атомную станцию во время останова, а затем перейти на другую станцию, создает необходимость в тесной координации между регулирующими и отраслевыми органами при мониторинге общего годового облучения отдельного работника.
Системы передачи и распределения разделяют некоторые опасности электростанции, но также характеризуются уникальными рабочими воздействиями. Огромные напряжения и токи, присущие системе, предрасполагают к смертельному поражению электрическим током и тяжелым ожогам, когда работники игнорируют правила техники безопасности или недостаточно защищены. Когда трансформаторы перегреваются, они могут загореться и взорваться, высвобождая масло и, возможно, ПХБ и продукты их распада. Электрические подстанции разделяют с электростанциями потенциальное воздействие изоляции, ЭМП и опасностей в замкнутом пространстве. В системе распределения при резке, сжигании и сращивании электрических кабелей рабочие подвергаются воздействию свинца и других металлов в виде пыли и паров. Подземные конструкции, которые поддерживают систему, также должны рассматриваться как потенциальные опасности в ограниченном пространстве. Пентахлофенол, пестицид, используемый для консервации деревянных столбов электропередач, представляет собой воздействие, в некоторой степени уникальное для распределительной системы.
Наконец, уличному насилию могут подвергаться счетчики и работники на открытом воздухе; смертельные случаи в ходе попыток грабежа известны этой рабочей силе.
ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: МОТ не несет ответственности за контент, представленный на этом веб-портале, который представлен на каком-либо языке, кроме английского, который является языком, используемым для первоначального производства и рецензирования оригинального контента. Некоторые статистические данные не обновлялись с тех пор. выпуск 4-го издания Энциклопедии (1998 г.)».