Особенности выбора материалов огнезащитной спецодежды для работников нефтегазового комплекса

20.05.2021 11:37:00

Несмотря на общее снижение аварийности и смертельного травматизма на опасных производственных объектах, количество пострадавших от термических ожогов в нефтегазовом комплексе остается тревожно высоким.

партнерский материал

Особенности выбора материалов огнезащитной спецодежды для работников нефтегазового комплекса

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ ЗАЩИТЫ ОТ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР

Большое количество аварий, связанных с пожарами и взрывами, повышает значение и актуальность повсеместного обеспечения работников взрывопожароопасных производственных объектов нефтегазового комплекса современной огнезащитной спецодеждой. Печальная статистика летального травматизма показывает, что данная проблема актуальна не только для постоянного персонала самих опасных объектов, но и для всех субподрядчиков, производящих работы на таких объектах.


Фото 1. Возгорание паров нефтепродуктов на участке налива и слива товарно- сырьевого цеха на НПЗ. г. Комсомольск-на-Амуре. 21.05.2014. Источник: http://www.gosnadzor.ru	Фото 2. Возгорание на одной из скважин Южно-Тамбейского газоконденсатного месторождения. 06.09.2014. Источник: http://www.gosnadzor.ru/

В конце 90-х годов соизмеримый уровень смертности работников от термического воздействия электрической дуги привел к повсеместному внедрению в энергетической отрасли самой современной спецодежды из инновационных материалов с постоянными огнестойкими и теплостойкими свойствами. Несмотря на гораздо более высокие эксплуатационные требования, чем у энергетиков, и не менее высокий уровень термических рисков, отечественные нефтяники и химики еще не везде обеспечены спецодеждой (СИЗ) из современных огнезащитных материалов.


Фото 3. Сгоревшая автоцистерна на участке налива нефтепродуктов в автомобильные цистерны площадки нефтеперерабатывающей установки. 10.01.2015. Источник: http://www.gosnadzor.ru	Фото 4. Пожар на буровой с последующим деформированием основания и падением вышки на скважину. Пуровский район ЯНАО. 09.01.2015. Источник:http://www.gosnadzor.ru

Рассмотрим конкретный подход и практические рекомендации по выбору материалов эффективной летней огнезащитной спецодежды для работников нефтегазового комплекса на примере инновационных решений компании KERMEL SAS, имеющей более чем 50-летний международный опыт в разработке и производстве материалов для огнезащитной спецодежды.

МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

Современные текстильные материалы способны удовлетворить практически любые специфические потребности пользователя, тем не менее, эффективность защитной спецодежды во многом зависит от правильного подхода к выбору таких материалов. Четкое понимание взаимосвязи условий труда с эксплуатационными требованиями к защитной одежде и знания самих материалов формируют элементарную основу процесса принятия решений. Материалы защитной спецодежды должны выбираться исходя из адекватного уровня защиты, соответствующего риску. Необоснованное повышение защиты может быть не менее опасно, чем недостаточная защита.

Тепловое напряжение, быстрое переутомление, снижение подвижности и внимания, увеличение времени реакции – примеры опасных состояний пользователя из-за неправильного выбора материалов защитной спецодежды. Помимо защитных свойств, выбор материалов рабочей спецодежды должен учитывать их влияние на качество выполняемой работы, комфорт пользователя, гигиенические характеристики, срок службы, особенности эксплуатации, ухода и обслуживания, культурные и эстетические факторы, требования корпоративной идентификации, и, наконец, стоимость. Выбор, основанный только на защитных свойствах или только на стоимости может не найти одобрения у пользователя или даже привести к несчастному случаю.

Процесс выбора материалов защитной спецодежды требует пошагового подхода, в котором четко определены потенциальные риски и учитываются требования существующих стандартов безопасности, технических регламентов (ТР) и технических условий (ТУ), корпоративных стандартов. Предварительный анализ, в основе которого защитные и потребительские свойства материалов, может эффективно использоваться для сужения выбора (рис.1).

Рис. 1. Модель процесса выбора материалов защитной спецодежды

ОПАСНЫЕ ФАКТОРЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ

По международной классификации опасные производственные факторы укрупненно подразделяются на химические, биологические, физические/механические, радиационные и термические (открытое пламя и повышенные температуры).

Термические факторы, в свою очередь, разделяются по источнику воздействия: открытое пламя, тепловое излучение, расплавленные материалы (например, искры и брызги металла). В национальной классификации термические опасные факторы не выделяются в самостоятельную группу, что, во многом объясняет различия в подходах к защите промышленного персонала от термических рисков в России и за рубежом.

Выбросы открытого пламени. Работники нефтегазового комплекса подвергаются воздействию множества самых разных опасных и вредных факторов, характерных также и для других отраслей промышленности – движущиеся машины и механизмы, электрический ток, повышенная температура поверхностей оборудования, повышенные уровни шума, вредные газы, жидкие химические вещества и др. Тем не менее, высокая вероятность реализации и тяжесть последствий выбросов открытого пламени делают именно этот опасный фактор определяющим для специфики отраслевой защитной спецодежды работников нефтегазового комплекса. Ежегодно происходит множество аварий, связанных с выбросами и последующим возгоранием опасных веществ на кустах скважин, пунктах сбора, компрессорных станциях, технологических площадках. Взрывы углеводородных смесей с последующим возгоранием часто становятся причиной серьезных несчастных случаев, приводящих к травматизму и даже гибели людей из-за двойного поражающего воздействия – ударной волны и мощного теплового потока, вызывающего термические ожоги.

Защитная спецодежда работников нефтегазового комплекса должна быть разработана в первую очередь для эффективной защиты пользователя от термических ожогов. Расследования большинства несчастных случаев на взрывопожароопасных объектах показывают, что чаще всего рабочий персонал при авариях с выбросами пламени подвергается воздействию интенсивного теплового потока с плотностью мощности 80 кВт/кв.м и длительностью до 5 секунд. При таких сценариях спецодежда должна защитить работника в течение указанной длительности начальной вспышки, обеспечив ему возможность быстро покинуть разгорающееся пламя.

Статическое электричество. Искровые разряды статического электричества от одежды или тела пользователя чрезвычайно опасны во взрывоопасных атмосферах из-за своей поджигающей способности. В основном они исходят от умеренно проводящего, электрически изолированного объекта. Это может быть тело человека, деталь машины или инструмент. Предполагается, что вся энергия заряда рассеивается в момент искрения. Если энергия заряда выше минимальной энергии воспламенения (МЭВ) паров взрывоопасной окружающей среды, то может произойти воспламенение. К накоплению статических зарядов приводят два типа активности.

Первый тип активности связан с трибоэлектрическим эффектом, когда различные материалы электризуют друг друга при взаимном контакте. Это происходит из-за того, что атомы одного материала склонны отдавать электроны и заряжаться положительно, а атомы другого материала склонны принимать электроны и заряжаться отрицательно. Получить представление о том, как будут взаимодействовать между собой различные материалы можно с помощью трибоэлектрического ряда. Чем ближе расположены друг от друга материалы в трибоэлектрическом ряду, тем меньшие заряды будут образовываться в результате их взаимного контакта. Трибоэлектрический заряд, накопленный одеждой, индуцируется на тело пользователя, действующее, как конденсатор, и при последующем контакте тела с проводником разряжается посредством искрового разряда.

Второй тип опасной активности связан с разделением поверхностей двух диэлектриков, например при снятии верхней одежды, ходьбе по полу, и.т.д. Разделение поверхностей диэлектриков может генерировать заряд, достаточный для того, чтобы вызвать последующий искровой разряд с поджигающей энергией. Было установлено, что резкий температурный перепад также способен привести к появлению статического электричества, например, когда работник входит в теплое помещение с мороза.

Вероятность реализации и тяжесть последствий от разрядов статического электричества зависят, соответственно, от статической предрасположенности системы одежды и от минимальной энергии поджига (МЭП) конкретной взрывоопасной среды. Поджигающая способность электростатического разряда зависит от его энергии и распределения во времени. Несмотря на множество исследований статического электричества, проведенных за рубежом, многие полученные результаты противоречивы и остаются без объяснения, а отрасль все еще нуждается в новых методах испытаний, более глубоко коррелирующих с реальными условиями эксплуатации.

Материалы защитной спецодежды работников взрывопожароопасных объектов, где по определению высока вероятность присутствия взрывоопасных и воспламеняемых сред, должны обладать постоянными антистатическими свойствами.

Использование пара. Использование пара в некоторых технологических процессах в нефтегазовой отрасли также создает дополнительную опасность получения термических ожогов. Когда происходит утечка, рабочие подвергаются воздействию не только пара под высоким давлением (до 800 кПа) но также могут подвергнуться воздействию конденсата, который благодаря примесям, может достигать температур, превышающих 100°С. Такие воздействия предъявляют дополнительные требования к защитной спецодежде, например использование специальных мембран или подкладок, ламинированных мембранами.

Опасные химические вещества. Большое количество опасных химических веществ, используемых в технологических процессах (например, кислоты на нефтехимических производствах) предъявляет к одежде дополнительные требования по хемостойкости материалов, а также защите от проникновения опасных жидких химических веществ сквозь материалы одежды.

Механические факторы. Движущиеся машины и механизмы (например, на буровых установках) могут представлять опасность для работников, создавая зоны захвата. Особенно опасным может быть вращательное движение, так как, даже гладкие и медленно вращающиеся валы могут захватить одежду и вывернуть суставы пользователю. Травмы, вызванные контактом с вращающимися частями механизмов, могут быть очень серьезными. Источником механических травм могут быть острые кромки, заусенцы и шероховатости на поверхности заготовок, изделий, инструментов и оборудования, подъемно-транспортное оборудование, а также падение предметов с высоты. Защитная спецодежда должна как минимум защищать пользователя от механических воздействий (проколов и истирания) и иметь адекватное разрушающее разрывное воздействие, исключающее захват пользователя движущимися механизмами.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДХОДЯЩИХ СТАНДАРТОВ БЕЗОПАСНОСТИ
И МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ

Требования технических регламентов. Минимальные эксплуатационные требования к материалам защитной спецодежды и СИЗ от повышенных температур перечислены в п.4.6.1 технического регламента Таможенного союза «О безопасности средств индивидуальной защиты» (ТР ТС 019/2011). По аналогии с международным стандартом ISO 11612:2008 «Одежда защитная. Одежда для защиты от тепла и пламени», элементы национального технического регламента ТР ТС 019/2011 включают минимальные требования к негорючести материалов спецодежды, стойкости к конвективному теплу (показатель конвективного тепла), тепловому излучению (индекс теплового излучения), контактному теплу, а также к механическим характеристикам. Методы испытаний предлагаются в дополнительном перечне стандартов, в результате применения которых на добровольной основе, обеспечивается соблюдение требований указанного технического регламента.

Требования межгосударственных стандартов безопасности. В настоящее время все еще действует, но в ближайшем будущем будет отменен стандарт ГОСТ ISO 11612-2014 «Одежда для защиты от тепла и пламени», полностью идентичный международному стандарту ISO 11612:2008 «Одежда защитная. Одежда для защиты от тепла и пламени». Данный документ в свое время пришел на смену гармонизированному отечественному стандарту ГОСТ Р ИСО 11612-2007.

ГОСТ ISO 11612-2014 определял минимальные эксплуатационные требования к материалам огнезащитной спецодежды, методы лабораторных испытаний, устанавливает требования к конструктиву огнезащитной спецодежды. Фактически, с введением в действие данного стандарта отечественный потребитель получил возможность объективной оценки и сравнения эксплуатационных характеристик всех мировых образцов огнезащитной спецодежды, без оглядки на стандарты-призраки советской эпохи, написанные для материалов советской текстильной промышленности образца 1960-х годов прошлого века. Вместе с тем, за рубежом вышла в свет обновленная редакция стандарта ISO 11612:2015 «Одежда защитная. Одежда для защиты от тепла и пламени. Минимальные эксплуатационные требования».

Внутрикорпоративные стандарты и технические условия (ТУ) на спецодежду и СИЗ во многих компаниях часто не поспевают за развитием международных, межгосударственных и национальных стандартов безопасности. Многие ссылки в корпоративных нормативных документах все еще корреспондируют к упомянутым выше стандартам СССР, иногда противоречащим друг другу. В результате, адекватные комплексные требования к материалам огнезащитной спецодежды у некоторых отечественных нефтегазовых компаний попросту отсутствуют.

Огнезащитными, например, считают ткани, которые после выдерживания в пламени в течение 20-30 секунд не горят и не тлеют, хотя, в действительности, этот показатель характеризует не огнезащитные, а только негорючие свойства материалов.

Требования по стойкости материалов к конвективному теплу и тепловому излучению, являющимися основными поражающими факторами при воздействии открытого пламени, часто попросту не предъявляются.

Отраслевые или корпоративные стандарты для защиты нефтяников от открытого пламени в нашей стране никогда не разрабатывались, потому что во главу угла ставилась защита от нефти и нефтепродуктов. Стандарты для огнезащитных костюмов, конечно, существуют, но их эксплуатационные характеристики и конструктивные особенности больше относят эти костюмы к одежде металлургов и сварщиков, нежели нефтяников и химиков.

Стандарты безопасности, разработанные специально для огнезащитной спецодежды работников нефтегазовой отрасли, существуют на сегодняшний день только в США и Канаде. Это канадский стандарт CAN/CGSB-155.20-2000 «Рабочая одежда для защиты от вспышек углеводородного пламени» и американский NFPA 2112 «Стандарт на огнестойкую защитную одежду промышленного персонала от вспышек пламени» Национальной Ассоциации Противопожарной Защиты (США). Данные стандарты устанавливают беспрецедентно жесткие требования к материалам огнезащитной спецодежды, в том числе предполагают проведение испытаний огнезащитных свойств материалов после 50 и 100 циклов стирки, а также натурные испытания в открытом пламени на инструментальном манекене. Ткани и готовая одежда, соответствующие требованиям этих стандартов претендуют на высокий сегмент профессиональной огнезащитной спецодежды.

ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ СПЕЦОДЕЖДЫ ПО ЗАЩИТНЫМ
ХАРАКТЕРИСТИКАМ

Защита от термических опасных факторов. Общеизвестно, что кожа человека очень чувствительна к воздействию повышенных температур. Уже при 45°C человек начинает испытывать боль, при 55°C наступает ожог 1-й степени, а при повышении температуры до 72°C кожа полностью выгорает. Степень ожогового поражения зависит от интенсивности и длительности теплового воздействия на кожу человека, однако считается, что ожог второй степени наступает при получении кожей 8,5 Дж/кв.см.

Для защиты пользователя от открытого пламени и повышенных температур спецодежда должна выполнять две основные функции: не воспламеняться и задерживать мощный тепловой поток. Для выполнения указанных функций материалы огнезащитной спецодежды должны одновременно обладать:

– огнестойкостью: не должны поддерживать горение на воздухе;
– теплостойкостью: не должны расплавляться, давать термическую усадку, разрушаться;
– теплозащитой: должны эффективно задерживать тепловую энергию, распространяющуюся посредством теплопроводности, конвективного и лучистого теплообмена.

Огнестойкость можно оценивать по значению кислородного индекса (КИ), обозначающего минимальное объемное содержание кислорода в окружающем воздухе, при котором возможно свечеобразное горение данного материала. Текстильные материалы с КИ>21 (процентное содержание кислорода в окружающем воздухе) не предрасположены к поддержанию устойчивого горения на воздухе. Волокна и ткани с КИ=26-28 имеют тенденцию к замедлению горения на воздухе и проходят элементарные тесты на воспламенение полоски ткани.

Материалы с КИ>30 имеют высокие огнезащитные свойства. Значения КИ для распространенных текстильных волокон приведены в таблице 1. Во избежание недоразумений следует отметить, что применительно к текстильным материалам под «огнестойкостью» не подразумевается «огнеупорность». Огнеупорные материалы абсолютно устойчивы к воздействию пламени, практически не изменяют физических и химических характеристик и могут выдерживать воздействие пламени сколь угодно долго. Примером огнеупорных материалов могут служить, асбест или кирпич. Огнестойкие материалы не поддерживают горение на воздухе, но в отличие от огнеупорных материалов могут претерпевать физические и химические изменения под действием пламени и повышенных температур.

Способность материалов выдерживать повышенные температуры, не изменяя своих физических характеристик, называется теплостойкостью. У термопластичных волокон физические изменения от нагрева наступают при т.н. температурах стеклования (размягчения) Tg и плавления Tm, а химические изменения имеют место при температуре пиролиза Tp, когда наступает термическая деструкция полимера, за которой следует возгорание при температуре Tc (см. Таблицу 1).

Чем ниже температуры физических изменений (стеклования Tg и плавления Tm), тем хуже теплостойкость материала. Для распространенных текстильных волокон, таких, как полипропилен, полиэстер, нейлон (полиамид 6 и полиамид 6.6) соответствующие низкие температуры стеклования Tg и плавления Tm означают низкую теплостойкость. Поглощая тепловую энергию от мощного источника, такие материалы будут не только усаживаться и деформироваться, но и начнут плавиться, разрушая текстильную структуру с ужасными последствиями для пользователя [2]. При термической усадке ткани из термопластичных волокон исчезают пододежные воздушные зазоры (эффект термоусадки), что серьезно увеличивает процент и степень тяжести термических ожогов пользователя. Для огнезащитной спецодежды рекомендуется выбирать не термопластичные теплостойкие материалы с высокими температурами фазовых переходов (физических изменений), которые не плавятся, а медленно карбонизируются с минимальной усадкой.

Таблица 1. Температуры загорания и фазовых
переходов распространенных волокон

Волокно	Tg, °С (стеклование)	Tm, °C (плавление)	Tp, °C (пиролиз)	Tс, °C (загорание)	Tf, °C* (пламя)	КИ, % (кисл. индекс)
Шерсть	–	–	245	570-600	680 (h)** 825 (v)	25
Хлопок	–	–	350	350	974 (h)	18,4
Вискоза	–	–	350	420	–	18,9
Нейлон 6	50	215	431	450	–	20-21,5
Нейлон 6.6	50	265	403	530	861 (h)	20-21,5
Полиэстер	80-90	255	420-447	480	649 (h) 820 (v)	20-21
Акрил	100	>220	290	>250	910 (h) 1050 (v)	18,2
П-пропилен	-20	165	470	550	–	18,6
Модакрил	<80	>240	273	690	–	29-30
ПВХ	<80	>180	>180	450	–	37-39
М-арамид	275	375*	>425	>500	–	29-30
П-арамид	340	560*	>590	>550	–	29
Kermel®	340	430*	>450	>500	–	32

* Арамиды не плавятся, а начинают медленно карбонизироваться.
**Температуры пламени указаны только для волокон, которые горят на воздухе:
h – горизонтального,
v – вертикального пламени.

Теплозащита текстильных материалов заключается в их способности замедлять поток тепловой энергии от трех видов теплопередачи – теплопроводности, теплового излучения, конвекции, а также от комбинации из двух и более видов.

Например, пламя формирует конвективную реакционную зону, в которой тепловую энергию переносят не только молекулы раскаленного газа (конвективная теплопередача), но и твердые диспергированные частицы, включая дым (теплопроводность). Энергия лучистого тепла (тепловое излучение) передается без участия передающей среды, посредством электромагнитных волн, испускаемых нагретыми поверхностями или пламенем. Тепловое излучение несет свою энергию, главным образом, в видимой и инфракрасной части электромагнитного спектра.

Это инфракрасное излучение поглощается молекулярной структурой волокон и покрытий поверхности ткани и может повышать ее температуру до нескольких сотен градусов Цельсия (обычно >300 °C), чего само по себе уже достаточно для термической деструкции (пиролиза) и даже возгорания большинства известных полимеров (см. таблицу 1). Как правило, именно лучистое тепло становится причиной быстрого распространения пламени на окружающие предметы посредством их дистанционного разогрева и последующего воспламенения.

Наконец, теплопроводность тоже может ускорить термическое разрушение и воспламенение текстильных материалов огнезащитной спецодежды и привести к термическим ожогам пользователя. Материалы такой одежды должны иметь высокое удельное тепловое сопротивление. Таким, образом, высокий кислородный индекс волокон еще не говорит о высоких огнезащитных свойствах ткани.

Для выбора материалов эффективной огнезащитной спецодежды необходимо руководствоваться не отдельно взятыми эксплуатационными характеристиками того или иного волокна (ткани), а рассматривать в комплексе огнестойкие, теплостойкие и теплозащитные свойства.

Например, некоторые материалы могут обладать высокой негорючестью, но при этом начинать плавиться при относительно невысоких температурах, плохо отражать тепловое излучение или сильно проводить тепло через себя. В результате, высокая негорючесть такого материала будет малоэффективной в защите пользователя от термических ожогов. Именно поэтому очередная «самая огнестойкая ткань на рынке» может быть совсем не пригодной для огнезащитной спецодежды.

Одновременной огнестойкостью и теплостойкостью обладает немногочисленная группа волокон из числа хорошо известных специалистам ароматических полиамидов или т.н. арамидов, перечисленных в нижней части таблицы 1. Высокомодульные пара-арамидные волокна широко известны своим применением для изготовления средств баллистической защиты, однако из-за невозможности окрашивания пара-арамиды в чистом виде для изготовления промышленной защитной спецодежды не применяется. Для эффективной и комфортной огнезащитной спецодежды наиболее подходят мета-арамидные волокна или их композиции с пара-арамидами и/или огнестойкой вискозой. Эти волокна отличаются «врожденными» огнезащитными свойствами, являющимися частью их «ДНК».

Мета-арамидные волокна KERMEL® не только огнестойкие и теплостойкие, но также отличаются большим удельным тепловым сопротивлением, обеспечивающим эффективную тепловую защиту даже облегченной огнезащитной спецодежде. Они не поддерживают горение на воздухе, не плавятся и имеют низкую термическую усадку, от которой существенно зависит процент и степень ожогового поражения. При температуре 420°C карбонизация волокон начинается только через минуту. Высокие огнестойкие, теплостойкие и теплозащитные свойства KERMEL® обеспечивают пользователю максимальную защиту от термических ожогов.

Защита от физических опасных факторов. Как отмечалось выше, одним из важнейших опасных факторов являются поджигающие разряды статического электричества. В летний период статическая предрасположенность защитной спецодежды значительно меньше, чем зимой. Это обусловлено высокой абсолютной влажностью, характерной для высоких температур. Чем выше температура окружающего воздуха, тем больше водяного пара в нем, тем больше влаги поглощается одеждой и тем выше ее токопроводящие свойства. Тем не менее, даже летняя одежда для работников взрывопожароопасных объектов должна обладать свойствами рассеивания статического заряда, для чего мы используем в составе пряжи специальные высокотехнологичные антистатические волокна с проводящим сердечником.

Для снижения трибоэлектрического эффекта рекомендуется применять однородные с точки зрения состава системы одежды, например, костюм (куртка + брюки) из ткани KERMEL® A90 рекомендуется носить совместно с огнетермостойким антистатическим трикотажным термобельем KERMEL® V50. Если же работники носят под одеждой все, что они сами считают нужным, то эффективность антистатической верхней одежды может снижаться.

При выборе огнезащитной спецодежды стоит также обратить внимание на механические характеристики предлагаемых материалов, чтобы с одной стороны они обеспечивали защиту пользователя от механических воздействий и были износостойкими и прочными, но с другой стороны - не имели запредельных разрушающих нагрузок, позволяющих без труда захватить и травмировать конечности пользователя движущимися машинами и механизмами.

Несмотря на высокую износоустойчивость и механическую прочность, ткань из 100% состава KERMEL® изготавливается из пряжи одноименных волокон, разработанных для комфортной спецодежды, а не для бронежилетов или парашютов.

Защита от химических опасных факторов. Основными требованиями к защитной спецодежде нефтяников и химиков всегда были требования по стойкости, соответственно, к сырой нефти и кислотам. Благодаря инертной химической структуре, волокна KERMEL® сами по себе устойчивы к действию большинства распространенных химикатов, включая кислоты, растворы щелочей, органические растворители. Для дополнительной защиты от проникновения в ткань общепромышленных загрязнений и жидких химических веществ, предлагается использовать МВНО кислотостойкие отделки последнего поколения и специальные мембраны.

Современные отделки практически не снижают гигиенических свойств одежды. Защитные свойства таких тканей позволяют применять их как в нефтедобыче, так и в нефтепереработке. Пленочные покрытия и накладки с такими покрытиями могут ухудшать гигиенические свойства, снижать негорючесть, увеличивать статическую предрасположенность одежды. Странно выглядят, например, образцы «огнестойкой» одежды, наполовину состоящие из накладок с пленочными покрытиями на основе обычных горючих тканей.

Защита от термических ожогов. Прежде чем сделать окончательный выбор в пользу той или иной ткани для огнезащитной спецодежды рекомендуется провести натурные испытания в открытом пламени на манекене и убедиться в реальной эффективности защиты от термических ожогов. Оценкой эффективности ткани может служить экспериментально полученный процент термических ожогов, зарегистрированный датчиками инструментального манекена. Мы использовали манекен системы PyroMan® оснащенный 122 термодатчиками (рис. 2). Восемь специально модернизированных газовых горелок направленного действия создают тепловой поток, соответствующий мощности реальной вспышки пламени (84 кВт/кв.м).


Рис.2. Манекен системы Pyroman®, оснащенный 122 датчиками.

Согласно требованиям стандарта безопасности NFPA 2112, суммарный процент термических ожогов 2-й и 3-й степени, зарегистрированных датчиками манекена, не должен превышать 50% (ASTM F 1930) при экспозиции в пламени в течение 3-х секунд. С учетом средней длительности реальной вспышки пламени время экспозиции увеличено нами до 4-х секунд.

Для наших испытаний мы отобрали 3 комбинезона одинаковой конструкции и размеров, но сделанных из разных огнезащитных тканей импортного производства (в качестве нижнего слоя каждой испытуемой системы одежды использовалось обычное ХБ белье):

1. KERMEL® A90
Состав: 99% Kermel®, 1% Антистатик
Плотность: 200 г/кв.м.
2. Meta-aramid
Состав: 93% Мета-арамид, 5% Пара-арамид, 2% Антистатик
Плотность: 200 г/кв.м.
3. Хлопок с огнеотталкивающей обработкой
Состав: 100% Хлопок
Плотность: 300 г/кв.м.

При экспозиции в открытом пламени комбинезон из самой толстой хлопковой ткани утратил свои защитные свойства на 4-й секунде испытаний, показав резкий рост процента ожогов 2-й и 3-й степени (фото 5).


Фото 5. Комбинезон из пропитанного хлопка 300 г/кв.м. до и после испытаний.

Комбинезон из легкой мета-арамидной ткани KERMEL® A90 удержал защиту и продемонстрировал наименьший процент ожогов, без резкого провала после стандартных 3-х секунд (фото 6).


Фото 6. Комбинезон из KERMEL® A90 200 г/кв.м. до и после испытаний.

Вторая мета-арамидная ткань хоть и показала несколько худшие результаты из-за большей термической усадки, но также вписалась в требования стандарта NFPA 2112 (см. рис.3). Ожоги 2-й степени характеризуются покраснениями и вздутиями кожи, а ожоги 3-й степени характеризуют поражения глубокого регенеративного слоя кожи и поддаются лечению пересадкой кожи с неповрежденных участков тела.

Рис. 3. Сравнение суммарного % термических ожогов 2-й и 3-й
степени комбинезонов из разных материалов.

ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ПО ДРУГИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

Износоустойчивость. Износоустойчивость ткани определяет срок службы защитной спецодежды. Одежда должна выдерживать адекватные механические нагрузки и быть стойкой к истиранию. Механические характеристики ткани KERMEL® A90 превышают минимальные требования распространенных стандартов безопасности и технических регламентов, даже после 50 циклов промышленной стирки/сушки при 75°, что гарантирует долговечность защитной спецодежды. Мета-арамидные ткани традиционно гораздо более легкие и в то же время более износоустойчивые, чем модифицированные хлопковые. Причина в том, что некоторые антипирены ослабляют и без того не самые прочные целлюлозные волокна, снижая прочность тканей на раздир на 30%.

Комфорт. По данным Национального института профессиональной техники безопасности и охраны здоровья США (NIOSH), при повышенных окружающих температурах количество несчастных случаев резко увеличивается. Одна из причин заключается в снижении концентрации внимания и работоспособности. Жара и физический дискомфорт провоцируют раздражительность, злость и другие эмоциональные состояния, которые иногда становятся причиной того, что работники забывают про технику безопасности или невнимательно выполняют опасные виды работ. Работа в толстой, тяжелой и громоздкой спецодежде увеличивает тепловую и физическую нагрузку на пользователя, что отражается в повышенной работе сердечно-сосудистой системы. Материалы летней защитной спецодежды необходимо особенно тщательно подбирать с соблюдением баланса защиты и комфорта. Профессиональная защитная одежда должна быть комфортной, независимо от уровня защиты. В двух словах комфорт означает отсутствие дискомфорта, то есть болевых или неприятных ощущений. Различают 4 типа комфорта пользователя:

– тепловой;
– сенсориальный;
– физический;
– психологический.

Тепловой или тепло-физиологический комфорт выражается в удовлетворении пользователя термальной средой, когда не холодно и не жарко, а влага (пот) может беспрепятственно испаряться в окружающую среду. При любой активности тело человека генерирует тепловую мощность от 80 Вт (во время сна) до 1000 Вт (при высоких физических нагрузках). Летом избыточное тепло необходимо отдавать в окружающую среду, как можно быстрее, однако уже при температуре воздуха 34-37°С единственным способом терморегуляции тела остается охлаждение испарением. Для обеспечения интенсивного испарения, материалы защитной спецодежды должны максимально повышать эффективность потоотделения, поэтому к ним предъявляются более жесткие требования, чем к материалам зимней спецодежды. Эффективность потоотделения зависит от воздухопроницаемости и гигроскопичности ткани, обеспечивающих, соответственно, вентиляцию и регулирование количества влаги в пододежном пространстве.

Требования к защитным свойствам часто вступают в противоречие с задачей обеспечения тепло-физиологического комфорта. Специфические защитные свойства спецодежды для нефтегазовой отрасли (защита от сырой нефти, нефтепродуктов, масел, кислот) требуют применения тканей со специальными отделками и накладками, снижающими тепловой комфорт. Для достижения максимального баланса между защитой и комфортом необходимо применять инновационные, мульти-функциональные материалы, которые при требуемых защитных свойствах не нарушают теплообмен с окружающей средой и позволяют обойтись без дополнительных накладок, многослойности, напылений, и.т.п. Слоеный «пирог» из нескольких дешевых тканей, выполняющих различные функции, может быть эффективнее только по цене. KERMEL® A90 относится к мульти-функциональным тканям нового поколения.

Проведенные исследования показали, что максимальная плотность ткани со 100% содержанием KERMEL® с МВНО отделкой, обеспечивающая требуемую защиту и приемлемый комфорт пользователя, составляет не более 200 г/кв.м. Наиболее удачной конструкцией такой ткани будет плотное саржевое плетение, обеспечивающее с одной стороны хорошую воздухопроницаемость (в 2,5 раза превышающую минимальные требования для тканей летней защитной спецодежды), а с другой стороны защищающее кожу пользователя от ультрафиолетового излучения и ОПЗ.

Сенсориальный комфорт связан с отсутствием у пользователя неприятных тактильных ощущений, таких, как зуд, жесткость, прилипание к телу. На этот тип комфорта влияют непосредственно свойства самих волокон. Низкомодульные волокна KERMEL® с гладкой поверхностью и почти круглым поперечным сечением обеспечивают пользователю натуральную мягкость, а конструкция ткани не позволяют ей прилипать к телу. Последнее свойство связано также и с тепловым комфортом, поскольку прилипающая к телу одежда препятствует испарению пота, что нарушает терморегуляцию.

Физический комфорт связан с правильной подгонкой одежды по размеру, а также с ее массогабаритными характеристиками. Мета-арамидная ткань KERMEL® A90 легче распространенных хлопковых аналогов на 43% и позволяет пользователю ощутить большее удобство в ношении. Нулевая усадка волокон KERMEL® в кипящей воде и стойкость к детергентам сохраняют первоначальные размерные характеристики защитной одежды, поэтому пользователь не будет испытывать дискомфорта от усадки после первой же стирки.

Психологический комфорт обеспечивается эстетическими свойствами одежды (конструкцией, стилем, внешним видом), соответствием одежды ее назначению и чувством защищенности пользователя. Постоянная цветоустойчивость окрашенной в волокне ткани KERMEL® A90 и стойкость к образованию пиллей обеспечивают защитной спецодежде презентабельный внешний вид на весь срок службы. Для летней спецодежды это особенно актуально, в связи с частыми стирками и чистками. Полностью огнестойкий однородный состав ткани не вызывает сомнений в постоянстве и надежности защиты, что дает пользователю уверенность работы в опасной среде.

Уход и обслуживание. Материалы профессиональной защитной спецодежды должны предусматривать режим промышленной стирки при температурах не менее 60°C и допускать различные режимы сушки при высоких температурах, в противном случае огнезащитная одежда будет плохо отстирываться и накапливать загрязнения, которые могут снижать защитные и гигиенические свойства. KERMEL® A90 легко стирается при нормальных температурах без потери защитных и потребительских свойств. Эксплуатационные характеристики ткани неоднократно протестированы после 50 промышленных стирок при 75°C по ISO 15797.

Безопасность для человека и окружающей среды. Для придания огнезащитных свойств изначально горючим текстильным материалам используются замедлители горения различного состава, неорганические и органические вещества, среди которых преобладают галоген- и фосфорсодержащие соединения. Имеются данные о токсичности продуктов горения целлюлозных тканей, модифицированных некоторыми такими препаратами [3]. Огнезащитные свойства KERMEL® A90 обусловлены арамидной химической структурой полимера и не связаны с химическими модификациями ткани. При производстве волокон KERMEL® не используются канцерогенные, мутагенные и токсичные для репродукции человека вещества. Эта особенность обуславливает низкую эмиссию и токсичность пиролитических газов, что позволяет использовать одежду из такой ткани в закрытых помещениях.

Стоимость. При всем многообразии полимеров, производителей огнестойких теплостойких волокон для огнезащитной одежды можно пересчитать по пальцам одной руки, а их названия хорошо известны специалистам. Ткани из таких волокон соизмеримы по цене при одинаковом составе, поэтому при оценке стоимости следует, прежде всего, обратить внимание на запатентованные торговые названия базовых волокон и состав рассматриваемых тканей (одежды). При выборе одежды из высокоэффективных мульти-функциональных тканей, таких, как KERMEL® A90, следует учитывать, что такая одежда относится к современным средствам индивидуальной защиты и обладает особыми эксплуатационными характеристиками, что отражается на ее стоимости.

Автор публикации:
Скоков Сергей Юрьевич,
генеральный директор
ООО «Кермель Арамид Солюшэнз»

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:

– Textiles for protection. Edited by Richard A. Scott, Woodhead Publishing Limited and CRC Press LLC. 2005.
– Снижение горючести текстильных материалов – решение экологических и социально-экономических проблем. Н.С. Зубкова, Ю.С. Антонов. УДК 677.027.625(043.3).

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ИСТОЧНИК:

Материал для публикации был любезно предоставлен ООО «Кермель Арамид Солюшэнз»;
сайт компании: kermel.ru. Публикуется в сокращении.

БЕСПЛАТНАЯ ПОДПИСКА НА ЕЖЕНЕДЕЛЬНЫЙ ОБЗОР
КЛИНСКОГО ИНСТИТУТА ОХРАНЫ И УСЛОВИЙ ТРУДА

Отборная и актуальная информация на электронную почту

Все публикации

Инфоцентр

Особенности выбора материалов огнезащитной спецодежды для работников нефтегазового комплекса