Защита от теплового излучения

Cогласно ГОСТ Р 12.4.011-89 [10] средства промышленной теплозащиты должны удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечивать оптимальный теплообмен организма работника со средой обитания;

- обеспечивать необходимую подвижность воздуха (повышение доли конвективной теплоотдачи) с целью достижения комфортных условий;

- иметь максимальную эффективность теплозащиты и обеспечивать удобство эксплуатации.

Все средства теплозащиты можно разделить на индивидуальные и коллективные.

К индивидуальным средствам относятся специальная одежда, фартуки, обувь, рукавицы, защитные щитки со стеклом и (или) светофильтром.

Типы коллективных средств теплозащиты и области их применения приведены в таблице 5.5.

Таблица 5.5 - Области применения теплозащитных средств

Метод теплозащиты	Металлургический агрегат	Рабочее место
открытое	в замкнутом пространстве
Теплоизоляция Экраны Естественная вентиляция (аэрация) Воздушное душирование Мелкодисперсное распыление воды Радиационное охлаждение	+ + - - - +	- + + + + +	+ + - + - +

Эффективность любого теплозащитного устройства оценивается как:

K = (q ^пад – q ^проп) /q ^пад, (5.8)

где K - эффективность теплозащитного устройства;

q ^проп- плотность теплового потока пропущенного излучения;

Из формулы (3.8), зная эффективность теплозащитного устройства, несложно найти плотность теплового потока пропущенного излучения:

q ^проп= q ^пад·(1 – K) (5.9)

Теплоизоляция применяется для уменьшения тепловых потерь в металлургических агрегатах и снижения температуры их кожуха; повышения эффективности теплопоглощающих экранов, а также снижения теплового потока, проходящего через стены ограждения кабин (пультов) управления.

Передачу теплоты через многослойную стенку можно описать формулой:

q ^проп= (T ₁ – T ₂)/ R _суммар, (5.10)

где T ₁, T ₂– температуры внешней и внутренней поверхности стенки, К;

R _суммар = _i/ _i + 1/ _конв– суммарное тепловое сопротивления ограждения, м^2.К/Вт;

_i– толщина i –того слоя ограждения, м;

_i – коэффициент теплопроводности i –того слоя ограждения, Вт/(м^.К);

_конв– коэффициент конвективной теплоотдачи с поверхности ограждения, Вт/(м^2.К).

Коэффициенты теплопроводности наиболее часто применяемых материалов представлены в таблице 5.6.

Таблица 5.6 - Коэффициенты теплопроводности наиболее часто применяемых материалов

Огнеупорные материала	_i, Вт/(м^.К)	Изоляционные материалы	_i, Вт/(м^.К)
Динас Шамот Коалин плотный Высокоглиноземистый Магнезит Огнеупорный бетон	0,85 0,75 1,77 0,85 6,25 0,45	Шамот – легковес Диатомовый кирпич Асбестовый картон Пеношамот Ультраленковес Пенобетон	0,12 0,12 0,16 0,29 0,19 0,11

Экраны подразделяются на прозрачные и непрозрачные. Последние, в свою очередь, подразделяются н теплоотражающие и теплопоглощающие и, как правило, выполняются из металла соответственно без и с теплоизоляцией.

Металлические отражающие экраны устанавливаются перед излучающей поверхностью. При условии пренебрежения конвективных переносом теплоты (величина воздушного зазора между экраном и излучающей поверхностью 15°-°20°мм) и поглощения теплоты экраном температуру экрана можно найти по формуле:

Т _э= 100·{[ _пр· (T _и.п/100)⁴ + _э· (T _о.с/100)⁴] / [ _э+ _пр]}^0,25 (5.11)

где Т _э – температура экрана, К;

Т _и.п, Т _о.с– температуры излучающей поверхности и окружающей среды (воздух рабочей зоны), соответственно, К.

_пр– приведенная степень черноты системы «излучающая поверхность – экран», определяемая по формуле:

_пр= 1/( _и.п^-1 + _э^-1 –1), (5.12)

_и.п, _э– степени черноты излучающей поверхности и экрана, соответственно;

В случае установки n экранов:

_пр= 1/ [ _и.п^-1 + 2 _э, _i ^-1 –(n -1)], (5.13)

Формулы (3.11) и (3.13) получены в предположении, что экраны являются теплотехнически тонкими телам, тепловое сопротивление которых R _э 0. В действительности эффективность экранов сильно зависит от степени черноты, теплопроводности и толщины материала экрана (таблица 5.7).

Таблица 5.7 - Зависимость эффективности экранов К от их толщины

Материал и толщина экрана	К	Материал и толщина экрана	К
Асбестовая ткань толщиной 2 мм Асбестовый картон толщиной 7 мм Лист: стальной толщиной 2 мм то же, окрашенный белой масляной краской 2 мм	0,700 0,795 0,833 0,875	Лист: алюминиевый толщиной 1 мм дюралюминиевый толщиной 3 мм дюралюминиевый толщиной 2 мм	0,95 0,97 0,98

Прозрачные экраны применяются для смотровых проемов пультов и кабин управления, щитков и т.д. Как правило, прозрачные экраны изготавливают из закаленных и незакаленных силикатных стекол, с или без пленочных покрытий; силикатных стекол, армированных стальной сеткой; органических стекол и т.д. Границы применимости стеклянных экранов определяется величиной плотности падающего теплового потока (облученности), в свою очередь зависящего от температуры источника излучения (таблица 5.8).

Таблица 5.8 - Допустимые облученности стекол и их состояние в зависимости от температуры источника излучения

Стекло	Облученность q^пад, кВт/м² при температуре источника излучения, К	Состояние стекла
			623 - 2073
Обычное Закаленное Органическое белое Теплозащитное с пленочным покрытием и с 80 %-ным светопропусканием: закаленное незакаленное Теплозащитное, окрашенное по массе: закаленное с 40 %-ным светопропусканием незакаленное с 80 %-ным светопропусканием	7,00 14,00 5,25 14,00 3,50 14,00 7,00	5,25 14,00 5,25 14,00 5,25 14,00 3,50	3,50 14,00 5,25 14,00 5,25 14,00 3,50	7,00 14,00 7,00 14,00 7,00 14,00 7,00	Растрескивается Деформаций нет Размягчается при Т _о.с.> 301 К Деформаций нет Растрескивается То же Деформаций нет

Эффективность теплозащиты прозрачных экранов существенно зависит от спектрального состава падающего излучения (облученности), определяемого температурой источника теплового излучения (рисунок 3.2).

Стальные сетки, представляющие собой достаточно эффективные по теплозащитным свойствам полупрозрачные экраны, просты в изготовлении и обеспечивают возможность наблюдения за технологическим процессом. Эффективность теплозащиты сетки зависит от размера ячейки, количество слоев и т.п. (рисунок 5.3).

Рисунок 5.2 - Зависимость эффективности теплозащиты стекол К от температуры источника излучение Т _и.п.

1 – закаленное силикатное стекло; 2 – закаленное силикатное стекло

со стальной сеткой ячейкой 3х3 мм; 3 – органическое стекло;

4 – закаленное стекло с пленочным покрытием со светопропусканием 80 %;

5 – закаленное стекло, окрашенное по массе со светопропусканием 40 %.

Рисунок 5.3 - Зависимость эффективности теплозащиты стальной сетки К

от величины ячейки l, мм при толщине проволоки 1 мм.

1 – однослойный экран; 2 – двухслойный экран.

Эффективность теплозащиты экранов значительно возрастает, если по поверхности экрана стекает вода (рисунок 5.4). Как видно из рисунка, наименее эффективными являются экран из одинарной сетки и водяная завеса.