УДК 613.169.16
Дезактивация средств индивидуальной защиты, изготовленных из арамидных тканей
Ирина Александровна Орлова, инженер-технолог центральной заводской лаборатории ФГУП «ПО «Маяк», г. Озерск, Российская Федерация, e-mail: i-or-love@yandex. ru
Наталья Анатольевна Кузнецова, начальник группы дезактивации оборудования и специзделий центральной заводской лаборатории ФГУП «ПО «Маяк», г. Озерск, Российская Федерация, e-mail: poniku@mail.ru
Аннотация. В статье обозначены основные проблемы сертификации средств индивидуальной защиты (далее – СИЗ) из арамидных тканей на соответствие требованиям безопасности в области использования атомной энергии (далее – ОИАЭ). Разработка режима дезактивации и предварительная оценка ключевых показателей для многоразовых СИЗ от термических рисков электродуги является начальным этапом в сложном процессе сертификации таких СИЗ. Представлены первые результаты работы ФГУП «ПО «Маяк» в этом направлении.
Ключевые слова: средства индивидуальной защиты; область использования атомной энергии; арамидные ткани; режимы дезактивации; защитные свойства; физико-механические характеристики; сертификация продукции
Decontamination of personal protective equipment
made from aramid fabrics
I.A. Orlova, Technological engineer, Central factory laboratory of Production Association «Mayak», Ozersk, Russian Federation
N.A. Kuznetsova, Head of the equipment and special items decontamination group, Central factory laboratory of Production Association «Mayak», Ozersk, Russian Federation
Annotation. The article outlines the main problems of certification of personal protective equipment (hereinafter – PPE) made from aramid fabrics for compliance with safety requirements in the field of nuclear energy use. The development of a decontamination regime and preliminary assessment of key indicators for reusable PPE against thermal risks of an electric arc is the initial stage in the complex process of certification of such PPE. The first results of the work of Association «Mayak» in this direction are presented.
Keywords: personal protective equipment; area of atomic energy use; aramid fabrics; decontamination modes; protective properties; physical and mechanical characteristics; product certification
Введение
Обеспечение работников сертифицированными средствами индивидуальной защиты является прямой обязанностью работодателя согласно статье 221 Трудового кодекса Российской Федерации.
На предприятиях ГК «Росатом» повсеместно применяются СИЗ от термических рисков электродуги, изготавливаемые из арамидных тканей. Производителей таких СИЗ немного, и ни один из них не имеет сертификата соответствия в ОИАЭ на свою продукцию.
Повышенные требования, предъявляемые к СИЗ в ОИАЭ, обусловлены специфичными для отрасли вредными факторами. Все СИЗ, используемые в ОИАЭ в условиях возможного радиоактивного загрязнения, по сути можно разделить на две большие категории: дезактивируемые (многоразовые) и недезактивируемые (одноразового или краткосрочного применения).
К многоразовым СИЗ предъявляют более жесткие требования. Одними из основных обязательных показателей для них являются:
– коэффициент дезактивации, который должен быть не менее 10 для основной спецодежды;
– устойчивость к дезактивации, предполагающая, что многоразовые СИЗ должны сохранять физико-механические характеристики и защитные свойства после пяти циклов дезактивации по определенному режиму.
Эти требования изложены в СанПиН 2.2.8.49-03 [1], Техническом регламенте Таможенного союза ТР ТС-019-2011 [2],ГОСТ 12.4.217-2001 [3, приложение Д] и являются обязательными для исполнения на территории РФ.
Однако для СИЗ, изготовленных из арамидного материала, в настоящее время отсутствуют утвержденные или рекомендуемые режимы дезактивации, в частности в СанПиН 2.2.8.46-03 [4], которые используют при сертификационных испытаниях многоразовых СИЗ для ОИАЭ.
Арамидный материал относительно недавно стал применяться в атомной отрасли, в то время как СанПиН 2.2.8.46 изданы более 20 лет назад. Возникает, как минимум, три проблемы:
– пройти обязательную сертификацию в ОИАЭ в качестве многоразовых таким СИЗ практически невозможно;
– существуют большие риски радиоактивного загрязнения данного вида СИЗ на производстве. А значит, необходима дезактивация таких СИЗ до допустимых уровней в соответствии сСанПиН 2.6.1.2523-09 (НРБ-99/2009) [5];
– отсутствует понимание, как именно изменятся защитные свойства арамидных материалов после дезактивации.
Специалисты ФГУП «ПО «Маяк» осуществили новаторскую разработку режимов дезактивации СИЗ от термических рисков электродуги и определили устойчивость к этим режимам. Результаты этой работы изложены в данной статье.
1. Арамид: свойства, характеристики, применение
1.1. Арамид – это синтетическое волокно с высокими параметрами плотности, устойчивости к перепадам температур и упругостью. Оно имеет хорошую стойкость к влиянию различных химических реагентов и применяется в качестве добавки в композитных материалах при производстве высокопрочных тканей.
Особенность арамида – одинаковая направленность молекул, что позволяет добиться высоких прочностных характеристик. Химическая структура арамидного волокна представлена на рисунке.
Рис. Структура арамида
1.2. Арамидные материалы подразделяют на три группы:
– параарамидные – отличаются повышенной термостойкостью (согласно ГОСТ Р ИСО 17493-2013 [6] термостойкость – это способность материала сохранять физико-механические характеристики при воздействии высоких температур);
– метаарамидные – обладают повышенной механической прочностью;
– сополимеры – отличаются огнестойкостью до 1000 °С(ГОСТ 11209-2014 [7], термин 3.7: огнестойкость – способность ткани не поддерживать горение при воздействии открытого пламени, в том числе после удаления источника открытого пламени).
Эти характеристики производитель может совмещать, комбинируя переплетения и направления нитей при создании тканей.
1.3. Современный арамидный материал обладает и достоинствами, и недостатками. К достоинствам относят:
– прочность, превосходящую прочность стали и нейлоновых нитей;
– стойкость к механическим повреждениям. Арамиды рвутся при очень высоких нагрузках, но не меняют форму;
– устойчивость к коррозийным процессам, возгоранию. При воздействии высоких температур волокна не воспламеняются, а обугливаются, т.е. получить ожог невозможно;
– малая плотность и легкость;
– невосприимчивость к перепадам температур;
– стойкость к различным химикатам, органическим растворителям и реагентам;
– диэлектрические характеристики (не проводят электрический ток);
– способность увеличивать запас прочности при морозе. Как только температура опускается ниже 0 °С, защитные свойства волокон растут.
Недостатки арамидных тканей:
– устойчивость к впитыванию различных красящих пигментов. Окрасить арамид сложно, поэтому цветовая палитра материала ограничена. Большая часть волокон имеет различные оттенки желтого цвета;
– высокая цена. Производство синтетического волокна – сложный многоуровневый процесс с большими затратами. Себестоимость арамидов высокая, что влияет и на цену ткани. Ее применяют только для тех изделий, прочность, пожаро- и термостойкость, а также другие защитные свойства которых важнее стоимости;
– отсутствие стойкости к воде. При намокании арамидные материалы теряют свою прочность. Вода влияет на водородные связи в нитях, и прочностные параметры снижаются почти в два раза. Но при высыхании характеристики восстанавливаются;
– подверженность эффекту старения. Со временем все положительные свойства арамидов сходят на нет. Даже на топовые волокна производители дают гарантию не более 10 лет. Таким образом, все типы арамидов подходят для создания композитных материалов с ограниченным сроком эксплуатации.
2. Подбор режима дезактивации материалов изготовления СИЗ от термических рисков электродуги
В качестве образцов для исследований выступали два вида арамидной ткани для изготовления СИЗ от термических рисков электродуги крупного отечественного производителя: образец № 1 – с поверхностной плотностью (далее – п/п) 220 г/м2, образец № 2 – с п/п 185 г/м2.
К режиму дезактивации СИЗ от термических рисков электродуги предъявлялись следующие требования:
– температура дезактивации СИЗ не должна превышать 40 °С в соответствии с рекомендацией производителя;
– достижение допустимых уровней остаточного радиоактивного загрязнения за один цикл дезактивации (не более 5 альфа-част./(см2∙мин) и 2000 бета-част./(см2·мин)) при загрязнении 0,3–0,7 от предельных уровней радиоактивного загрязнения. Предельные уровни радиоактивного загрязнения в соответствии с НРБ 99/2009 [5] составляли не более50 альфа-част./(см2∙мин) (в случае загрязнения СИЗ трансурановыми элементами) и не более 20 000 бета-част./(см2·мин).
При проведении исследований было опробовано пять режимов дезактивации. В качестве загрязняющих растворов были использованы:
– раствор 239Pu с объемной активностью 3,1·106 Бк/дм3;
– раствор 137Cs с объемной активностью 2,0·107 Бк/дм3.
В качестве моющих и дезактивирующих реагентов в проведенных исследованиях применялись:
– ЛАБСК (линейная алкилбензолсульфокислота);
– ТМС (техническое моющее порошкообразное средство специального назначения) «Выбор»;
– ОП-10 (оксиэтилированный изоалкилфенол С28Н50О8, ПАВ), ТПФ (триполифосфат натрия, Nа5Р3О10);
– Na2CO3 (сода кальцинированная);
– KMnO4 (перманганат калия);
– H2C2O4 (щавелевая кислота).
Было выявлено, что бета-загрязнение с двух видов арамидных тканей легко удаляется за один цикл дезактивации. Выбрано два режима дезактивации:
– режим № 1, состоящий из двух стирок при температуре 40 ºС и продолжительностью 15 мин каждая с применением технического моющего средства марки «Выбор»;
– режим № 2, состоящий из трех последовательных стирок при температуре 40 ºС продолжительностью 20 мин каждая с применением ТМС, ТПФ и Na2CO3 на первых двух стирках и с этими же реагентами и H2C2O4 на последней. Реагенты являются штатными при дезактивации СИЗ по СанПиН 2.2.8.46 [4].
При этом уровни начального радиоактивного загрязнения достигали11 000 бета-част./(см2·мин), а уровни остаточного радиоактивного загрязнения после одного цикла дезактивации по исследованным режимам не превышали 100 β-част./(см2·мин).
Также было установлено, что материал, загрязнённый раствором 239Pu, невозможно дезактивировать исследуемыми режимами до требуемых контрольных уровней. При этом уровни начального радиоактивного загрязнения достигали 35 альфа-част./(см2·мин), а уровни остаточного радиоактивного загрязнения после одного цикла дезактивации находились в диапазоне от 8 до 25 альфа-част./(см2·мин). Возможно, наличие в арамиде множества водородных связей (см. рисунок 1) позволяет плутонию надежно сорбироваться материалом.
Работа по подбору режима дезактивации арамидных тканей от альфа-загрязнений на ФГУП «ПО «Маяк» в настоящее время продолжается.
3. Устойчивость арамидных тканей к дезактивации
3.1. Сохранение физико-механических характеристик и защитных свойств после пяти циклов дезактивации, т.е. устойчивость к дезактивации, является важнейшим требованием к многоразовым СИЗ в ОИАЭ.
Требования к физико-механическим характеристикам СИЗ от термических рисков электродуги устанавливают ГОСТ Р 12.4.234-2012 [8] иТР ТС-019-2011 [2] .
В ходе исследований определили следующие физико-механические характеристики двух видов арамидных тканей – разрывную нагрузку и раздирающую нагрузку по ГОСТ 3813-72 [9]. На ФГУП «ПО «Маяк» используется электромеханическая испытательная машина LFM-100.
Физико-механические характеристики двух видов материалов СИЗ из арамидных тканей до и после пяти циклов дезактивации по режимам № 1 и 2 приведены в таблице 1.
Установлено, что все образцы удовлетворяют требованиямГОСТ Р 12.4.234 [8] и ТР ТС-019-2011 [2] и имеют хороший запас по показателям как до, так и после пяти циклов дезактивации.
3.2. Требования к ограниченному распространению пламени двух образцов арамидных тканей в исходном состоянии и после пяти циклов дезактивации определяли по ГОСТ Р 12.4.234 [8]. Результаты исследований приведены в таблице 2.
Таблица 1
Физико-механические характеристики материалов изготовления СИЗ
от термических рисков электродуги до и после пяти циклов дезактивации
по режимам № 1 и 2
Показатель |
Направление нитей |
Исходный образец |
После пяти циклов дезактивации |
||
Режим № 1 |
Режим № 2 |
||||
ГОСТ Р 12.4.234, ТР ТС-019-2011 |
Разрывная нагрузка, Н |
Основа |
> 800 |
Снижение не более чем на 20% после 50 стирок |
|
Уток |
|||||
Раздирающая нагрузка, Н |
Основа |
> 40 |
|||
Уток |
|||||
Образец № 1, |
Разрывная нагрузка, Н |
Основа |
1480 ± 8 |
1453 ± 8 |
1491 ± 8 |
Уток |
865 ± 5 |
1009 ± 6 |
1056 ± 6 |
||
Раздирающая нагрузка, Н |
Основа |
123,0 ± 0,7 |
102,0 ± 0,6 |
91,0 ± 0,5 |
|
Уток |
98,0 ± 0,6 |
87,0 ± 0,5 |
81,0 ± 0,5 |
||
Образец № 2, п/п 185 г/м2 |
Разрывная нагрузка, Н |
Основа |
1323 ± 7 |
1370 ± 8 |
1375 ± 8 |
Уток |
1045 ± 6 |
1104 ± 6 |
1102 ± 6 |
||
Раздирающая нагрузка, Н |
Основа |
151,0 ± 0,9 |
137,0 ± 0,8 |
145,0 ± 0,8 |
|
Уток |
154,0 ± 0,9 |
154 ± 0,9 |
122,0 ± 0,7 |
Очевидно, что защитные свойства материалов изготовления СИЗ от термических рисков электродуги после пяти циклов дезактивации сохраняются.
3.3. Термостойкость двух видов арамидных тканей до и после пяти циклов дезактивации определяли по ГОСТ Р 12.4.234 [8]. Результаты исследований приведены в таблице 3.
Очевидно, что и этот показатель для двух видов арамидных тканей до и после пяти циклов дезактивации удовлетворяет заданным предельным значениям.
Таблица 2
Защитные характеристики материалов изготовления СИЗ от термических рисков электродуги до и после пяти циклов дезактивации
Показатель |
Исходный образец |
После пяти циклов дезактивации |
|
ГОСТ Р 12.4.234 |
Ограниченное распространение пламени (процедура В – воспламенение нижней кромки) по НД – время остаточного горения, с, не более; – время остаточного тления, с, не более; – длина повреждения/обугливания, мм, не более |
2 2 100 |
|
Образец № 1, с п/п 220 г/м2 |
Ограниченное распространение пламени (процедура В – воспламенение нижней кромки): – достижение огнем верхней кромки или любой вертикальной кромки образца; – время остаточного горения, с; – распространение тления за пределы зоны распространения пламени; – время остаточного тления, с; – возникновение плавления; – появление остатков; – длина повреждения/обугливания, см |
отсутствие 0
отсутствие 0 отсутствие отсутствие 81 |
отсутствие 0
отсутствие 0 отсутствие отсутствие 60 |
Образец № 2, с п/п 185 г/м2 |
Ограниченное распространение пламени (процедура В – воспламенение нижней кромки): – достижение огнем верхней кромки или любой вертикальной кромки образца; – время остаточного горения, с; – распространение тления за пределы зоны распространения пламени; – время остаточного тления, с; – возникновение плавления; – появление остатков; – длина повреждения/обугливания, см |
отсутствие 0
отсутствие 0 отсутствие отсутствие 70 |
отсутствие 0
отсутствие 0 отсутствие отсутствие 59 |
Таблица 3
Термостойкость материалов изготовления СИЗ от термических рисков электродуги до и после пяти циклов дезактивации
Показатели термостойкости |
Исходный образец |
После пяти циклов дезактивации |
|
ГОСТ Р 12.4.234 |
– воспламенение; – плавление или образование капель; – обугливание; – образование отверстий; – деформация; – усадка по основе, %, не более; – усадка по утку, %, не более |
отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие 10 10 |
|
Образец № 1, |
– воспламенение – плавление или образование капель – обугливание – образование отверстий – деформация – усадка по основе, %, не более – усадка по утку, %, не более |
отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие 1,0 0,5 |
отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие 1,0 1,0 |
Образец № 2, с п/п 185 г/м2 |
– воспламенение – плавление или образование капель – обугливание – образование отверстий – деформация – усадка по основе, %, не более – усадка по утку, %, не более |
отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие 0,5 1,0 |
отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие 0,5 0 |
4. Определение коэффициента дезактивации
Коэффициент дезактивации двух видов арамидных тканей от альфа- и бета-загрязнений, определенный в соответствии с ГОСТ 12.4.265-2014 [10], приведен в таблице 4. Коэффициент дезактивации определяется отношением уровней радиоактивного загрязнения образцов до и после дезактивации. Уровень радиоактивного загрязнения образцов определяется прямым радиометрическим измерением плотности потока ионизирующих частиц в точке расположения детектора радиометра.
Коэффициент дезактивации альфа-загрязнений двух видов арамидных тканей не удовлетворяет требованиям ГОСТ 12.4.265 [10], ГОСТ 12.4.217 [3]; коэффициент дезактивации бета-загрязнений удовлетворяет требованиям перечисленных стандартов в обоих случаях. Эти результаты еще раз подтверждают проблему дезактивации данного вида тканей от альфа-загрязнений.
Таблица 4
Коэффициент дезактивации материалов СИЗ от термических рисков электродуги по ГОСТ 12.4.265 [10]
Показатель |
Вид загрязнения |
Образец № 1, с п/п 220 г/м2 |
Образец № 2, с п/п 185 г/м2 |
Коэффициент дезактивации
|
альфа |
3,4 ± 0,7 |
2,4 ± 0,3 |
Коэффициент дезактивации
|
бета |
319 ± 4 |
170 ± 55 |
Выводы
1. Впервые разработаны, доказаны и рекомендованы для использования на ФГУП «ПО «Маяк» два режима дезактивации арамидных тканей, предназначенных для изготовления СИЗ от термических рисков электродуги, от бета-загрязнений.
2. Установлено, что альфа-радионуклиды прочно фиксируются на арамидных тканях. Разработка режима дезактивации от альфа-загрязнений продолжается.
3. Установлено, что физико-механические характеристики двух видов арамидной ткани с разной поверхностной плотностью после дезактивации по установленным режимам сохраняются.
4. Определено, что показатели защитных характеристик – ограниченное распространение пламени и термостойкость двух видов арамидных тканей с разной поверхностной плотностью, как исходных, так и после пяти циклов дезактивации, удовлетворяют заданным предельным значениям.
5. Коэффициент дезактивации соответствует требованиям
ГОСТ 12.4.265 [10], ГОСТ 12.4.217 [3] только в случае загрязнения образцов ткани бета-излучающим радионуклидом.
6. Актуальной задачей является утверждение режима дезактивации СИЗ, изготовленных из арамидных тканей, в отраслевом стандарте, что позволит сертифицировать продукцию от термических рисков электродуги в ОИАЭ.
1. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы
СанПиН 2.2.8.49-03 «Средства индивидуальной защиты кожных покровов персонала радиационно опасных производств».
2. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 019/2011
«О безопасности средств индивидуальной защиты».
3. ГОСТ 12.4.217-2001 «Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты от радиоактивных веществ и ионизирующих излучений. Требования и методы испытаний».
4. Санитарно-эпидемиологические правила и нормы СанПиН 2.2.8.46-03 «Санитарные правила по дезактивации средств индивидуальной защиты».
5. Санитарные правила и нормативы СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)».
6. ГОСТ Р ИСО 17493-2013 «Система стандартов безопасности труда. Одежда и средства защиты от тепла. Метод определения конвективной термостойкости с применением печи с циркуляцией горячего воздуха».
7. ГОСТ 11209-2014 «Межгосударственный стандарт. Ткани для специальной одежды. Общие технические требования. Методы испытаний».
8. ГОСТ Р 12.4.234-2012 «Одежда специальная для защиты от термических рисков электрической дуги. Общие технические требования и методы испытаний».
9. ГОСТ 3813-72 (ИСО 5081-77, ИСО 5082-82) «Материалы текстильные. Ткани и штучные изделия. Методы определения разрывных характеристик при растяжении».
10. ГОСТ 12.4.265-2014 «Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты, предназначенные для работ с радиоактивными веществами, и материалы для их изготовления. Методы испытания и оценка коэффициента дезактивации».