СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ КОМПЛЕКТОВ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ В ЦЕЛОМ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ АЭРОЗОЛЯ И ПАРА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2011 года по МПК G01M3/00 

Изобретение относится к области исследований показателей качества материалов и изделий средств индивидуальной защиты (СИЗ).

Среди защитных характеристик, определяемых у комплектов средств индивидуальной защиты, важное место занимает степень герметичности конструкции изделия при воздействии паров и аэрозолей физиологически активных веществ (ФАВ). Герметичность конструкции СИЗ характеризуется коэффициентом подсоса пара или аэрозоля, который определяется как отношение концентрации ФАВ, проникшего в подкостюмное или подмасочное пространство СИЗ, к внешневоздействующей концентрации.

В отечественной практике отсутствуют способы и методы оценки герметичности комплектов СИЗ в целом от паров и аэрозолей ФАВ, обеспечивающие возможность определения количеств ФАВ, проникших в подкостюмное и подмасочное пространство СИЗ, на уровне их безопасных концентраций.

В настоящее время испытания герметичности СИЗ проводятся с привлечением испытателей раздельно для средств защиты кожи и для средств защиты органов дыхания при воздействии пара или аэрозоля имитатора ФАВ.

Испытания средств индивидуальной защиты кожи (СИЗК) проводят согласно методам, изложенным в ГОСТ В 21969-83 [1], с использованием имитаторов пара ФАВ. Однако данным методам присущи недостатки, основными из которых являются:

- низкая чувствительность, недостаточная для оценки защитных свойств современных СИЗ с использованием критериев, равных предельно допустимым концентрациям ФАВ;

- невозможность оценки герметичности комплекта СИЗ в целом. Испытания герметичности средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) проводятся по методике ГОСТ 12.4.157-75 «Нефелометрические методы определения коэффициента подсоса масляного тумана под лицевую часть» [2]. Данная методика позволяет определять коэффициент подсоса имитатора ФАВ под лицевую часть СИЗОД на уровне 1,0·10^-4%. Однако, ввиду отсутствия возможности проведения оценки герметичности комплектов СИЗ в целом, особенно для образцов, в которых средства защиты органов дыхания является неотъемлемой частью конструкции СИЗ, методика ГОСТ 12.4.157-75 не в полной мере соответствует современным требованиям.

Зарубежные методы оценки герметичности СИЗ в целом, используемые при проведении испытаний в ведущих научных центрах США, Канады и Европы [3, 4], в основном базируются на широком использовании манекенных систем, что, как показывает практика [5], не всегда является оправданным в силу недостаточного соответствия антропометрических характеристик манекена и испытателей, а также различного характера интенсивности моделируемых ими действий, что приводит к значительному отличию результатов, полученных на испытателях и манекенах. Кроме того, при испытаниях используют имитаторы ФАВ только в паровой или только в аэрозольной фазе без учета их совместного воздействия, что характерно для реальных условий функционирования СИЗ.

Авторами предлагаемого изобретения был разработан способ определения герметичности комплектов средств индивидуальной защиты в целом с использованием имитаторов аэрозоля и пара ФАВ. При этом испытания СИЗ проводятся в динамических условиях, обеспечивающих моделирование реальных процессов функционирования средств индивидуальной защиты в атмосфере, зараженной аэрозолями и парами ФАВ.

Отличием предлагаемого изобретения от известных является возможность проведения оценки герметичности комплектов СИЗ в целом при одновременном воздействии имитаторов аэрозоля и пара ФАВ. Кроме того, обеспечивается определение коэффициента подсоса аэрозоля ФАВ на уровне 1,0·10^-4% [2], что позволяет проводить оценку защитных свойств СИЗ по самым жестким критериям, а также обеспечивается возможность определения конкретных мест негерметичности СИЗ.

Согласно заявляемому способу испытания по оценке герметичности проводят в специальной камере объемом 12 м³, что позволяет одновременное нахождение двух испытателей, выполняющих типовые физические упражнения. Для равномерного распределения по объему имитаторов аэрозоля и пара ФАВ камера оборудована вентиляторами и вытяжной системой. В конструкции камеры также предусмотрены технологические отверстия для контроля за действиями испытателей, подачи во внутренний объем аэрозоля и пара, монтирования пробоотборных трубок для отбора воздействующих и проникших в подкостюмное пространство СИЗ концентраций аэрозоля и пара.

Для проведения испытаний в качестве модельного аэрозоля ФАВ используют стандартный масляный туман (СМТ), имеющий дисперсность частиц 0,2-0,3 мкм, что обеспечивает его максимальную проникающую способность по местам негерметичности конструкции СИЗ.

В качестве модельного пара используют газообразный хлор. При подготовке к испытаниям в комплектах СИЗ монтируют штуцера для отбора проб из подмасочного и подкостюмного пространства. Количество и конкретные места монтажа штуцеров определяются исходя из конструктивных особенностей СИЗ, но общее количество штуцеров должно быть не менее семи. При этом пробоотборные штуцера обязательно монтируют в области лицевой части СИЗОД, шеи, груди, предплечья, спины, паха и голени, а также в местах потенциально негерметичных элементов конструкции, определенных при визуальном осмотре испытываемых образцов (сочленения составных частей, конструктивные разъемы и т.п.).

При испытании комплектов СИЗК, изготовленных из фильтрующих защитных материалов, места монтажа пробоотборных штуцеров предварительно проклеивают липкой лентой. Площадь проклейки составляет 40-50 см².

Штуцера соединяют при помощи ПВХ-трубок с общим коллектором, к которому подключают фотометр ФАН или аспиратор с индикаторными трубками. Коллектор обеспечивает возможность последовательного отбора проб из подкостюмного пространства СИЗ через каждый вмонтированный штуцер.

Создание воздействующих на СИЗ концентраций аэрозоля СМТ и газообразного хлора осуществляется путем их одновременной подачи в испытательную камеру, при этом контроль значений их массовых концентраций проводят только для хлора, для СМТ определяют показания микроамперметра фотометра ФАН при пропускании через него аэрозоля, отбираемого из испытательной камеры.

Контроль воздействующей концентрации хлора и показания микроамперметра фотометра ФАН проводят при каждом отборе проб из подкостюмного пространства СИЗ.

При достижении в испытательной камере значения концентрации хлора на 10% превышающей значение, заданное условиями испытаний, в испытательную камеру заходят испытатели и выполняют комплекс типовых физических упражнений.

По истечении 3 минут из подмасочного и подкостюмного пространства СИЗ, надетых на испытателей, со скоростью 1 л·мин^-1 последовательно производят отбор проб на фотометр ФАН и на индикаторные трубки.

Время отбора пробы на фотометр через каждый вмонтированный штуцер составляет не менее 1 мин, при этом первой на анализ отбирают пробу из подмасочного пространства СИЗОД.

После регистрации показаний фотометра ФАН к коллектору подсоединяют аспиратор и через тот же штуцер отбирают пробу на индикаторную трубку ТИ-Сl₂ РЮАЖ. 415522.505-52 с диапазоном измерений от 5,0·10^-4 до 0,2 мг·л^-1 и определяют концентрацию проникшего в подмасочное и подкостюмное пространство комплекта СИЗ хлора.

Далее по формулам (1,2) определяют частные коэффициенты подсоса аэрозоля и пара в подмасочное и подкостюмное пространство комплекта СИЗ в области i-штуцера:

где K_(аэр)i - коэффициент подсоса в подмасочное и подкостюмное пространство комплекта СИЗ в целом аэрозоля ФАВ, определенный в области i-штуцера, %;

I и I_возд - показания микроамперметра при пропускании через камеру фотометра аэрозоля, отбираемого соответственно из подмасочного или подкостюмного пространства СИЗ и испытательной камеры, мкА;

Д, Д_возд - суммарная оптическая плотность включенных поглотителей при измерении показаний I и I_возд.

где K_(пар)i - коэффициент подсоса в подмасочное и подкостюмное пространство комплекта СИЗ в целом пара ФАВ, %;

С_пп - концентрация хлора, проникшая в подмасочное и подкостюмное пространство в области i-штуцера, мг·л^-1;

С_возд - концентрация хлора в камере при отборе пробы в области i - штуцера, мг·л^-1.

По формуле (3) определяется общий коэффициент подсоса аэрозоля или пара ФАВ в подкостюмное пространство комплекта СИЗ в целом:

где К_{(под)аэр} или К_{(под)пар} - коэффициент подсоса в подкостюмное пространство комплекта СИЗ в целом аэрозоля или пара ФАВ, %;

i - количество отобранных проб из подкостюмного пространство комплекта СИЗ.

При испытаниях комплектов СИЗ, в которых средства защиты органов дыхания и кожи являются отдельными элементами конструкции, при вычислении общего коэффициента подсоса комплекта в целом коэффициент подсоса под лицевую часть СИЗОД не учитывают.

Для установления достоверности предложенного способа были проведены испытания комплектов СИЗ в целом. Испытаниям были подвергнуты комплекты СИЗ с высокой и средней степенями герметичности конструкции. В состав комплектов СИЗ входили средства защиты органов дыхания и кожи.

В ходе испытаний были определены коэффициенты подсоса аэрозоля под лицевую часть СИЗОД по ГОСТ 12.4.157-75, коэффициент подсоса пара в подкостюмное пространство СИЗК по ГОСТ В 21969-83, а также коэффициенты подсоса аэрозоля и пара в комплект СИЗ в целом по предлагаемому авторами способу.

Полученный в ходе испытаний технический результат приведен в таблице.

Таблица Результаты определения герметичности комплектов СИЗ в целом Область отбора проб Коэффициент подсоса комплекта в i-области, % Коэффициент подсоса СИЗОД по аэрозолю, % (ГОСТ 12.4.157-75) Коэффициент подсоса СИЗК по парам, % (ГОСТ В 21969-83) K_{(под)аэр} K_{(под)пар} Комплект СИЗ с высокой степенью герметичности СИЗОД 1,0·10^-4 Менее 5,0·10^-2 2,0·10^-4 --- Область шеи 5,0·10^-4 Менее 5,0·10^-2 --- Менее 5,0·10^-1 Область груди 7,0·10^-3 Менее 5,0·10^-2 Область спины 1,0·10^-3 Менее 5,0·10^-2 Область предплечья 2,0·10^-4 Менее 5,0·10^-2 Область паха 3,0·10^-3 Менее 5,0·10^-2 Область голени 1,0·10^-4 Менее 5,0·10^-2 Среднее значение для СИЗК 1,7·10^-3 Менее 5,0·10^-2 Комплект СИЗ с средней степенью герметичности СИЗОД 3,0·10^-2 Менее 5,0·10^-2 2,0·10^-2 --- Область шеи 24,1 29,4 --- 26,0 Область груди 23,3 26,4 Область спины 20,1 15,1 Область предплечья 17,3 31,3 Область паха 14,1 10,5 Область голени 15,3 26,3 Среднее значение для СИЗК 19,0 25,6 Примечание - «---» - данные не получены ввиду отсутствия методик испытаний

Приведенные данные свидетельствуют о том, что заявляемый способ позволяет определять герметичность конструкции комплектов СИЗ в целом при одновременном воздействии аэрозоля и пара ФАВ с чувствительностью, превышающей существующие методы.

Анализ данных таблицы также показывает, что значения коэффициентов подсоса по пару, определенные по заявляемому способу и методу по ГОСТ В 21969-83, имеют практически одинаковое значение для комплекта СИЗ со средней степенью герметичности, что свидетельствует о высокой сходимости результатов. Кроме того, оценка коэффициента подсоса по заявляемому способу сопряжена со значительно меньшим расходованием материальных средств и времени для подготовки испытаний.

Для костюма с высокой степенью герметичности было определено значение коэффициента подсоса по аэрозолю, тогда как существующие методы это сделать не позволяют.

При этом следует отметить, что получаемые данные свидетельствуют о реальных защитных свойствах СИЗ и могут быть использованы в научных исследованиях, посвященных изучению проникания пара и аэрозоля ФАВ в подкостюмное и подмасочное пространство комплектов СИЗ.

Литература

1. ГОСТ В 21969-83. [Текст]. - Казань: КазХимНИИ, 1983. - 18 с.

2. ГОСТ 12.4.157-75 Нефелометрические методы определения коэффициента подсоса масляного тумана под лицевую часть. [Текст]. - М.: Госстандарт России, 2003. - 6 с.

3. A whole system test for assessing the protective afforded by NBC protective clothing after liquid or vapour chemical agent challenge, [Электронный ресурс], James Battensby, Ann E Hayhurst and Alison L Webb CB Systems, CBD Portpn Down, Salisbury, UK. Proceedings 7^th International Symposium on Protection against Chemical and Biological Warfare Agents, 2-6 June, 2004, Gothenburg, Sweden.

4. The Canadian Vapour Protection System Test: A Novel Methodology to Assess the Protection Capability of CB Protective Ensembles, [Электронный ресурс], Duncan S, Gudgin Dickson E, Weagle G, and Tremblay-Lutter J, Proceedings 6^th International Symposium on Protection Against Chemical and Biological Warfare Agents, Stockholm, Sweden, May, 1998, pp 245-251.

5. HUMAN-MANNEQUIN COMPARISONS IN TESTING NBC PROTECTIVE CLOTHING; [Электронный ресурс], Tiny van Houwelingen¹⁾, Eva Gudgin Dickson²⁾ and Julie Tremblay Lutter³⁾:

1) TNO Prins Maurits Laboratory, Rijswijk, The Netherlands

2) Royal Military College (RMC), Kingston, Ontario, Canada

3) Defence Research and Development Canada, Ottawa, Canada.

Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на повышение чувствительности определения коэффициента подсоса физиологически активных веществ в подкостюмное пространство. Этот технический результат обеспечивается за счет того, что оценку герметичности комплектов средств индивидуальной защиты проводят в динамических условиях реального выполнения операций физических действий человека в средствах индивидуальной защиты в зараженной атмосфере при одновременном воздействии аэрозольной и паровой фаз имитаторов физиологически активных веществ.

Способ определения герметичности комплектов средств индивидуальной защиты в целом при одновременном воздействии аэрозоля и пара физиологически активных веществ путем измерений их количеств, проникших в подкостюмное пространство, отличающийся тем, что оценку герметичности комплектов средств индивидуальной защиты проводят в динамических условиях реального выполнения операций физических действий человека в средствах индивидуальной защиты в зараженной атмосфере при одновременном воздействии аэрозольной и паровой фаз имитаторов физиологически активных веществ.