Тема № 5. СИЗОД: классификация, область применения, устройство.
Продукты горения и токсичные газы, образующиеся на пожаре, раздражающе действуют на слизистую оболочку глаз и проникают в организм человека через органы дыхания, поэтому для устранения их вредного воздействия необходимо применять соответствующие способы защиты органов дыхания и зрения от проникновения в них отравляющих продуктов горения.
Средства, используемые для защиты человека от продуктов горения и токсичных газов, подразделяются на индивидуальные и групповые.
Групповая защита осуществляется путем снижения концентрации дыма и газов в помещении, ее можно осуществить следующими способами:
аэрацией - путем проветривания помещений с помощью открывания дверей, окон или вскрытия конструкций;
использованием стационарных средств защиты - применением промышленных вентиляционных установок, газоубежищ;
использованием переносных, передвижных средств защиты - применением дымососов, автомобилей дымоудаления.
Недостатком данных способов является то, что естественной вентиляцией не всегда можно достичь необходимой интенсивности удаления дыма. Промышленная вентиляция также не всегда эффективна, так как не везде имеется достаточное количество проемов для притока воздуха в нужном объеме. Более эффективны в создании достаточной кратности воздухообмена дымососы и автомобили дымоудаления, обеспечивающие нормальную концентрацию кислорода в помещениях и снижение количества вредных веществ до безопасных концентраций.
Однако следует иметь в виду, что при применении данных способов защиты не всегда обеспечивается должный эффект (при интенсивном выделении дыма или газов), а в отдельных случаях поступление свежего воздуха в горящее помещение может способствовать усилению горения.
В отдельных случаях в помещениях, где происходил процесс неполного сгорания веществ, при притоке свежего воздуха возможно образование взрывоопасных концентраций газов с последующим взрывом их смесей (бани, сауны с печным отоплением и т. д.).
Есть способы групповой защиты методом осаждения дыма и вредных газов, которые осуществляется применением:
мелкодисперсной воды, получаемой через тонкораспыляющие стволы, работающие от насосов высокого давления (применяется для газов, растворимых в воде);
распыленного абсорбента, способного поглощать из помещений вредные пары и газы, уменьшая их концентрацию до безопасных величин;
электрического поля, позволяющего удалять из помещения заряженные частицы дыма с адсорбированными его поверхностью вредными веществами.
Область применения групповых средств защиты определяется объективными критериями.
Индивидуальная защита осуществляется при помощи методов фильтрации и изоляции.
Применяемые по методу фильтрации аппараты называются респираторами (от латинского respiratio - дыхание), которые отфильтровывают вдыхаемый воздух от радиоактивных и отравляющих веществ, пыли, бактериальных средств.
Первый фильтрующий противогаз был разработан академиком М.Д. Зелинским и Морганом. Противогазы, работающие по данному принципу, стали выпускать в 1914 году для защиты личного состава русской армии от отравляющих веществ.
Принцип действия фильтрующих противогазов заключается в том, что загрязненный примесями воздух, проходя через фильтр, очищается от примесей, и в очищенном виде поступает в дыхательные органы человека.
В зависимости от назначения фильтрующие противогазы подразделяются на:
противопылевые (ФП) - фильтрующие воздух от различных аэрозолей (дыма, тумана, пыли);
противогазовые (ФГ) - в которых воздух фильтруется от паро и газообразных загрязняющих веществ;
фильтрующие газопылезащитные противогазы (ФГП) - которые очищают воздух от газов, паров и аэрозолей различных веществ.
Фильтрующие противогазы в зависимости от типа и марки фильтрующего вещества способны защищать органы дыхания от воздействия одного или нескольких газов. Но они совершенно не пригодны для работы в среде с концентрацией кислорода (на пожаре вполне возможно) ниже 16%.
Метод изоляции применяется для защиты от вредного действия продуктов горения, состав которых заранее неизвестен. Суть этого метода состоит в том, что органы дыхания и зрения человека полностью изолируют от воздействия окружающей среды.
Изолирующие СИЗОД подразделяются на кислородные и воздушные.
Воздушные шланговые противогазы первыми получили некоторое распространение в пожарной охране в начале XX века. Наиболее простой "самовсасывающий" шланговый противогаз имеет маску и подсоединенный к ней шланг, второй конец которого находится на свежем воздухе. Такие противогазы могут защищать органы дыхания человека в атмосфере, содержащей вредные газы в больших концентрациях, а также при недостатке кислорода. Шланговые противогазы наиболее удобны для выполнения длительных работ на небольшом расстоянии от свежего воздуха. Время действия этих средств защиты не ограничено. В настоящее время шланговые противогазы практически полностью вытеснены различными типами изолирующих аппаратов.
Различают пять основных признаков, по которым СИЗОД делят на группы:
по характеру окружающей среды (газ или жидкость) и по ее давлению СИЗОД делятся на наземные, высотные и подводные;
по степени защиты дыхания от газового состава окружающей среды СИЗОД делятся на две группы: изолирующие и фильтрующие. Защита дыхания при помощи изолирующих СИЗОД универсальна и не зависит от газового состава окружающей среды;
по автономности защиты СИЗОД делятся на автономные и шланговые.
Автономные СИЗОД по способу создания искусственной атмосферы для дыхания делятся на регенеративные и резервуарные.
По своему назначению регенеративные противогазы делятся на две группы:
регенеративные респираторы и регенеративные изолирующие самоспасатели.
Самоспасатели (фильтрующие и изолирующие) служат для защиты органов дыхания человека при выходе из аварийного участка с отравленной атмосферой на свежий воздух, т. е. для спасения без посторонней помощи (помещения метро, подвалы большой площади и протяженности, трюмы судов, шахты).
Наибольшее распространением в России, до последнего времени, получили кислородные изолирующие противогазы.
Противогаз, работающий на принципе регенерации (восстановления) выдыхаемого воздуха, был изобретен в 1853 году профессором Льежского университета (Бельгия) Шванном. В последующем, на протяжении столетия, шло их усовершенствование.
Кислородные изолирующие противогазы классифицируют по следующим признакам. В зависимости от условий применения они делятся на две группы: основные (рабочие) и вспомогательные.
В зависимости от способа резервирования кислорода противогазы делятся на три группы:
с газообразным медицинским кислородом (КИП-8, Урал-10 и т.д.);
с жидким медицинским кислородом (РХ-1 (СССР), "Кемокс" (США) и др.);
с химически связанным кислородом (в регенеративном кислородсодержащем продукте на основе надперекисей щелочных металлов) (СПИ-20, ШСС-1, ПДУ-3идр.).
В зависимости от контура движения выдыхаемой газовой смеси в аппарате кислородно-изолирующие противогазы делятся на три группы:
с круговой схемой дыхания, при которой очищение выдыхаемого воздуха от углекислого газа происходит за один цикл;
с маятниковой, при которой очищение выдыхаемого воздуха от углекислого газа происходит за два цикла;
с полумаятниковой схемой дыхания, отличающейся от круговой схемы отсутствием клапана выдоха.
Первые отечественные противогазы изолирующего типа были изготовлены на Орлово-Еленовской станции горноспасательного оборудования в 1925 году.
В 1930 году был создан КИП-1. В 1939 году на основе модернизации КИП-3 был создан КИП-5, получивший широкое применение при тушении пожаров. В 1947 году создается КИП-7, а также РКК-1 и РКК-2 (респиратор Ковшова и Кузьменко). В 1949 году был сконструирован новый тип противогаза "Урал-1". С 1967 года промышленностью выпускался КИП-8. На вооружении пожарной охраны сейчас находится несколько типов кислородных изолирующих противогазов (КИП-8, Р-12М, Р-30, РВЛ, Урал-7, Урал-10). В настоящее время в пожарной охране применяются кислородно-изолирующие противогазы как правило с 4-х часовым временем защитного действия.
Наиболее широкое применение получили КИПы с подачей сжатого кислорода через систему клапанов и редукторов с поглощением углекислого газа, работающие по круговой (замкнутой) схеме дыхания.
В противогазах этого типа выдыхаемый воздух, содержащий большое количество кислорода, не выбрасывается в атмосферу, а восстанавливается и повторно используется для дыхания. В регенеративном противогазе дыхание производится по замкнутому циклу, изолированному от внешней среды. Время работы в противогазе зависит только от количества и поглощающих свойств химпоглотителя регенеративного патрона и запаса кислорода в баллончике. При работе в таких аппаратах значительно изменяется нормальное дыхание в результате:
повышенного процентного содержания углекислого газа и кислорода во вдыхаемом воздухе, причем количество последнего во время работы подвержено значительным колебаниям;
повышения процентного содержания азота в системе противогаза;
повышения температуры и влажности вдыхаемого воздуха;
увеличенного сопротивления дыханию по замкнутому циклу противогаза.
К недостаткам данного типа противогаза следует отнести: сложность устройства и ухода, необходимость процесса обучения ручного состава обращению с противогазом, зависимость времени работы в противогазе от качества химического поглотителя, относительно высокую стоимость аппаратов.
Этот тип противогазов имеет и свои достоинства: надежность в работе, малый вес, небольшие габариты, достаточное время защитного действия, постоянная готовность к применению, возможность работы в аппарате отдельными периодами с выключением и последующим включением без потери общего времени защитного действия.
В последнее время одним из направлений создания новой кислородно-дыхательной аппаратуры явилась разработка регенеративных противогазов на химически связанном кислороде. Анализ респираторов, в которых используется сжатый газообразный кислород, а очистка вдыхаемого воздуха от углекислого газа осуществляется известковым поглотителем - ХП-И, показывает, что возможности улучшения условий дыхания в них и снижения веса практически исчерпаны при сохранении первоначального срока защитного действия. Анализ характеристик КИПов на химически связанном кислороде показывает, что они имеют очень большое будущее, так как при сравнительно малом весе могут иметь большой срок защитного действия с улучшенными микроклиматическими условиями дыхания в них.
В КИПах с химически связанным кислородом, кроме маятниковой системы дыхания, применяют также и круговую.
В качестве сорбента в настоящее время применяют кислородосодержащий продукт ОКЧ-2 на основе перекиси калия.
Применение данного сорбента позволяет создать аппарат с более низким весом, лучшими условиями дыхания, более низкой температурой и влажностью вдыхаемого воздуха, чем у существующих респираторов. Как известно, это направление позволяет разработать легкий защитный аппарат, весьма простой конструкции, в котором время защитного действия пропорционально физической нагрузке газодымозащитника, Кроме того, положительной особенностью сорбента, содержащего химически связанный кислород, является то, что он не только выделяет кислород, но и поглощает углекислый газ и влагу из выдыхаемого воздуха.
Самоспасатели с химически связанным кислородом (СИП-20 и т.д.) показали высокую надежность и хорошие эксплуатационные характеристики. Гарантированный срок их хранения около лет, а в случае проведения их сервисного обслуживания может быть увеличен до 10 лет. Простота конструкции обеспечивает быстрое его использование, экономичность расхода кислорода позволяет выдержать любые физические нагрузки, обеспечивая в режиме покоя время защитного действия до нескольких часов.
В 1964 году в НИИГД (г. Донецк) были начаты исследования и разработка регенеративных респираторов на жидком кислороде. Главное преимущество этого направления заключается в возможности использования жидкого кислорода в качестве холодильного и дыхательного агента. Это позволяет достичь комфортных условий дыхания и значительно упростить конструкцию аппарата. В то же время следует отметить, что принцип совмещения холодильной и дыхательной системы позволяет уменьшить вес заряда кислорода. Испаряющийся кислород подается в систему респиратора в количестве, значительно превышающем потребность человека для дыхания, в результате чего часть выдыхаемого воздуха, равная избыточной подаче кислорода, постоянно удаляется из системы аппарата. Жидкий кислород находится в металлическом двустенном резервуаре, обычно теплоизолированном пенополиуретаном, и покрытом снаружи стеклопластиком. Внутри резервуар заполняется асбестовой ватой, адсорбирующей жидкий кислород.
Сжиженный кислород заливается в резервуар непосредственно перед началом работы в противогазе, после чего в течение всего времени защитного действия он испаряется и поступает в воздуховодную систему. Один литр жидкого кислорода образует
Поэтому в КИПах с жидким кислородом создается значительный запас газа при относительно малом объеме резервуара и его небольшой массе.
Схема работы такого аппарата следующая. При включении в респиратор открывают вентиль резервуара для хранения жидкого кислорода, который испаряется и поступает в дыхательный мешок. При вдохе прохладный воздух проходит из дыхательного мешка через шланг вдоха и поступает в легкие человека. При выдохе воздух проходит через шланг выдоха, регенеративный патрон, где он очищается от углекислого газа и поступает в дыхательный мешок. В дыхательном мешке происходит смешивание очищенного от углекислого газа выдыхаемого воздуха с холодным и сухим кислородом, вступающим из резервуара. При переполнении дыхательного мешка лишний воздух удаляется через избыточный клапан, ко-торый останавливается на линии выдоха перед регенеративным патроном.
Аппараты на жидком кислороде имеют следующие отличительные особенности:
обеспечивают дыхание прохладным воздухом;
удаление выдыхаемого воздуха до регенеративного патрона позволяет уменьшить заряд поглотителя;
значительная простота конструкции: отсутствует редуктор, легочный автомат, байпас, финиметр;
не имеют системы высокого давления, давление в резервуаре лишь незначительно отличается от атмосферного.
Данным КИПам присущи и недостатки, к которым уносятся:
сложность контроля над степенью использования жидкого кислорода в аппарате (контроль производится по часам, что не является полностью достоверным показателем);
снаряжение аппарата жидким кислородом должно производиться непосредственно перед началом работы;
сложная конструкция теплоизолирования резервуара для хранения запаса кислорода;
- пожароопасное^ аппарата при механических повреждениях корпуса.Перспективным направлением в деле создания и конструирования
изолирующих противогазов может рассматриваться идея Д.Г. Левицкого, который в 1911 году предложил изолирующий противогаз, работающий на принципе регенерации воздуха жидким кислородом. Он показал, что противогаз, работающий на жидком кислороде, во-первых, обеспечивает значительную экономию веса противогаза (одного литра жидкого кислорода достаточно для работы в течение около 9 часов при работе средней тяжести). Во-вторых, используя низкую температуру кипения кислорода (-183°С) для вымораживания углекислого газа (для чего достаточна температура -78°С), можно полностью обойтись без регенеративного патрона. Однако промышленное производство таких аппаратов защиты не осуществляется.
Известно направление создания аппаратов защиты, в которых используется способ получения кислорода, заключающийся в смешивании карбоната натрия Na2CO3 и пероксида водорода Н202 с жидким или водорастворимым катализатором, в результате чего начинается генерация кислорода.
В последнее время дыхательные аппараты со сжаты воздухом (ДАСВ) завоевывают все большее признание у работников пожарной охраны. Несмотря на то, что КИПы, отличаются большой надежностью, относительно небольшой массой и значительным временем защитного действия, они обладают рядом существенных недостатков, которые исключают дальнейшее применение КИПов в качестве основного СИЗОД в пожарной охране.
При передвижении и выполнении различных видов работ такие физические показатели человека, как частота сердечных сокращений (ЧСС), легочная вентиляция, частота дыхания, артериальное давление значительно возрастают. При работе в КИП кроме того появляется дополнительная нагрузка на организм, вызываемая:
дополнительным сопротивлением дыханию;
дополнительным вредным "мертвым" пространством;
накоплением в тканях и крови, при продолжительной работе кислых продуктов обмена веществ (С02), раздражающих дыхательный центр и влекущих за собой рост величины легочной вентиляции;
выделение смесей с высокой температурой (+45°С) и относительной влажностью до 100%;
повышение концентрации кислорода.
Все эти факторы действуют на организм человека в виде единого комплекса, ухудшая физиологическое состояние человека и вызывая в организме патологические отклонения.
Применение КИП при возможных контактах с маслами и нефтепродуктами опасно.
Иногда, хотя редко, не исключена возможность загорания или взрыва КИП от толчков и ударов в случае нарушения каналов, по которым проходит кислород, при работе в среде, содержащей горючие, легковоспламеняющиеся и взрывчатые вещества. При работе в среде с низкой температурой, не исключены неисправности из-за замерзания каналов, по которым поступает кислород, примерзание клапанов к седлам, снижение пластичных свойств резины дыхательного мешка, шлем - маски и т.п. И самое главное, при работе в среде с отрицательной температурой резко сокращается срок защитного действия КИПов вследствие ухудшения поглощающей способности ХП-И.
КИП не защищает пользователя от среды с наличием сильнодействующих ядовитых веществ (далее именуется - СДЯВ).
Из-за отсутствия запасов ХП-И и медицинского кислорода объем практических тренировок газодымозащитников с использованием КИП сокращен. В связи с этим снижается боеготовность и профессиональное мастерство газодымозащитников и звеньев ГДЗС.
Функционирование ГДЗС с применением КИП, в настоящее время, не обеспечено материальными и финансовыми ресурсами. Выделяемых средств федерального бюджета, бюджетов субъектов Российской Федерации и иных источников финансирования не достаточно даже для приобретения расходных материалов.
ГПС России является единственной противопожарной службой в мире, деятельность которой по тушению пожаров в задымленных и загазованных объектах основывалась на приоритетном использовании КИП.
Поэтому возник вопрос о поэтапном переходе газодымозащитной службы России с использования КИП на ДАСВ.
Идея использования сжатого воздуха при работе в непригодной для дыхания среде была предложена в 1871 году русским инженером А.И. Лодыгиным. Первый аппарат, работающий на сжатом воздухе и представляющий собой эластичный, газонепроницаемый мешок, наполняемый воздухом под нормальным давлением, сконструировал мичман А. Хотынский в 1873 году. Однако он не нашел широкого применения, поскольку запас воздуха обеспечивал возможность работы в течение нескольких минут.
В дальнейшем, по мере развития техники получения сжатого воздуха, эластичные мешки были заменены большими баллонами, и время защитного действия противогазов возросло до 30 мин. Появилась группа изолирующих противогазов резервуарного типа с разомкнутым циклом дыхания.
Современные ДАСВ подразделяются на три типа: автономные, шланговые и комбинированные (универсальные). Принципиальное отличие их заключается в способе обеспечения воздухом работающего в аппарате.
Работа резервуарных аппаратов основана на принципе пульсирующей подачи воздуха для дыхания (только на вдох) по открытой схеме, т. е. с выдохом в атмосферу. При этом исключается перемешивание выдыхаемого воздуха с вдыхаемым, или повторное его использование, как это происходит в аппаратах с замкнутой схемой дыхания.
Дыхание в резервуарных аппаратах осуществляется по следующей схеме: сжатый воздух поступает в легкие человека через маску, соединенную с дыхательным автоматом, а выдох производится непосредственно в атмосферу.
Выпускаемые ДАСВ различаются между собой лишь внешним оформлением и конструктивными особенностями отдельных узлов. Основными частями резервуарных аппаратов являются баллоны сжатого воздуха, дыхательный (легочный) автомат, редуцирующее устройство, приборы контроля над расходом воздуха, каркас для крепления и монтажа частей аппарата. По числу баллонов резервуарные аппараты разделяются на одно, двух и трехбаллонные. Баллоны аппаратов служат резервуарами для сжатого воздуха, используемого при дыхании. В аппаратах применяются малолитражные баллоны емкостью 1-
Данную группу аппаратов отличает простота конструкции высокая степень надежности, низкая температура вдыхаемого воздуха незначительное сопротивление на вдохе. При использовании эти аппаратов отсутствует опасность кислородного голодания из-за заазотирования системы аппарата, как это случается при использовании аппаратов с замкнутой схемой дыхания. В данных аппаратах возможна работа в средах, содержащих легковоспламеняющиеся и взрывчатые вещества, так как отсутствует опасный для масел и других веществ чистый кислород.
Основными недостатками СИЗОД этого типа являются:
малый срок защитного действия, вызванный неэкономным расходованием воздуха;
значительные вес и габариты;
относительная сложность зарядки воздушных баллонов.
Общий вывод по пройденной теме:
Зная способы защиты органов дыхания от вредного влияния продуктов сгорания, ядовитых газов и паров, можно определить условия применения тех или иных средств защиты для каждого конкретного случая.
