Czytaj także -

Aktualne wydanie

2019 10 oladka

       10/2019

 

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

 LiSEC SS Konfig 480x120

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

 

* Nowe możliwości wykorzystania badań termowizyjnych w przemyśle szklarskim
Data dodania: 06.08.10

 

W poniższym artykule zostanie przedstawione stosowanie termowizji do lokalizacji źródeł promieniowania podczerwonego o dużym natężeniu i oceny narażenia pracowników na szkodliwe jego działanie w procesach produkcyjnych w przemyśle szklarskim oraz wpływu promieniowania cieplnego na organizm ludzki. 



W poprzednim cyklu artykułów p.t. Zastosowanie termowizji w przemyśle szklarskim pokazano możliwości wykorzystania badań termowizyjnych do poprawy pracy cieplnej pieców i urządzeń w celu zmniejszenia ich energochłonności, co prowadzi do racjonalnego wykorzystania energii.


 
Obecnie skoncentrowano się na możliwościach wykorzystania badań termowizyjnych do poprawy warunków na stanowiskach pracy w przemyśle szklarskim oraz kontroli działania wentylacji i temperatur panujących w halach przemysłowych.

 

  

Rys. 1. Widmo promieniowania optycznego



Warunki panujące przy szklarskich piecach topliwnych
Maksymalne wykorzystanie ciepła powstającego w wyniku spalania paliwa poprzez przeprowadzane regulacje i poprawę izolacji pieców szklarskich oraz innych urządzeń energetycznych przyczyniają się do eliminacji niepożądanych strat cieplnych do otoczenia.



Nie mniej istotnym zagadnieniem, w którym pomocna może być termowizja jest lokalizacja źródeł promieniowania podczerwonego o dużym natężeniu, które mogą mieć szkodliwy wpływ na organizm ludzki i ocena narażenia pracowników na szkodliwe jego działanie w procesach produkcyjnych w przemyśle szklarskim.



W wyniku tych prac możliwe będzie dokonanie zmian technicznych, mających na celu zmniejszenie narażenia pracowników na działanie promieniowania oraz zastosowanie koniecznych zabezpieczeń.



Proces topienia szkła w topliwnym piecu szklarskim jest w całym cyklu produkcyjnym wyrobu głównym źródłem powstawania, oprócz zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego, także emisji promieniowania cieplnego.



Wielkość poszczególnych emisji uzależniona jest od wielu czynników, z których, poza wielkością produkcji i rodzajem szkła, wymienić trzeba: zestaw szklarski (skład oraz sposób wprowadzania do pieca) rodzaj pieca szklarskiego i system opalania (konstrukcja i technologia)

.
 
Proces topienia szkła jest procesem wysokotemperaturowym (przemysłowe temperatury topienia zawarte są w granicach 1400-1600oC), a warunki panujące w piecach sprzyjają powstawaniu oprócz pyłowo-gazowych zanieczyszczeń powietrza, także emisji promieniowania cieplnego (podczerwonego i widzialnego).



Zagrożenia pracowników na stanowiskach pracy w przemyśle szklarskim
Promieniowanie optyczne (nadfioletowe, widzialne i podczerwone) występuje jako naturalny składnik promieniowania słonecznego oraz wytwarzane jest w sposób sztuczny przez człowieka w celu wykorzystania w różnych procesach technologicznych w przemyśle, czy pracach badawczych. Promieniowanie to stanowi również produkt uboczny działalności zawodowej człowieka i występuje np. podczas gorących procesów technologicznych w hutnictwie.



W związku z faktem, że promieniowanie to może powodować szkodliwe skutki dla ludzkiego zdrowia, zalicza się je do czynników szkodliwych w środowisku pracy.



Promieniowanie optyczne jest to promieniowanie elektromagnetyczne o długości fal w zakresie od 100 nm do 1 mm. Promieniowanie to dzieli się na promieniowanie nadfioletowe (UV), widzialne (VIS) i podczerwone (IR) (rys.1).



Obszar promieniowania nadfioletowego i podczerwonego dzieli się na pasma A (bliskie), B (średnie) i C (dalekie).



Obejmują one następujące długości fal:
- w przypadku nadfioletu: UV-A: 315 - 400 nm, UV-B: 280 - 315 nm, UV-C: 100 - 280 nm
- w przypadku podczerwieni: IR-A: 780 – 1400 nm, IR-B: 1400 – 3000 nm, IR-C: 3000 nm – 1 mm



Promieniowanie podczerwone, które jest niewidoczne dla człowieka, może wywołać wzrost temperatury tkanki, a w konsekwencji oparzenie.



Typowymi technologicznymi źródłami promieniowania podczerwonego są tzw. źródła termiczne. W przypadku pracowników narażonych na swych stanowiskach pracy na promieniowanie optyczne należy ograniczać ich ekspozycję na to promieniowanie i przestrzegać przepisów prawnych odnoszących się do pracowników narażonych na czynniki szkodliwe w środowisku pracy oraz szkolić i przeprowadzać profilaktyczne badania lekarskie.



Możliwości wykorzystania badań termowizyjnych na stanowiskach pracy w przemyśle szklarskim
Promieniowanie optyczne, w skład którego wchodzi między innymi bliska podczerwień, jest ważnym czynnikiem niezbędnym w działalności człowieka.



Istotne znaczenie ma promieniowanie podczerwone mające charakter termiczny, które występuje na wielu stanowiskach pracy, tzw. stanowiskach „gorących”, czyli związanych z produkcją w wysokich temperaturach.



Typowymi przykładami są topienie, formowanie i obróbka szkła. Natężenie promieniowania towarzyszące tym procesom jest z reguły bardzo wysokie. Z informacji literaturowych wynika, że największe zagrożenia występują, obok hutnictwa żelaza i stali, w przemyśle szklarskim.

Podczas przebywania pracowników w obszarze silnego promieniowania podczerwonego występuje duże prawdopodobieństwo narażenia skóry na ten czynnik, z uwagi na znaczną jej powierzchnię. Pochłonięte przez skórę promieniowanie podczerwone powoduje wzrost jej temperatury, który można śledzić za pomocą kamery termowizyjnej.

 

44-rys2

Rys. 2. Rozkłady temperatury na zewnętrznej powierzchni sklepień i ścian bocznej i szczytowej pieców topliwnych w pobliżu zasypników, gdzie konieczna jest okresowa obecność obsługi

 

44-rys3

Rys. 3. Rozkłady temperatury na zewnętrznej powierzchni sklepień przelotów palnikowych pieca w miejscu łączenia przelotu z przestrzenią ogniową nad basenem topliwnym. Obszary sklepień przelotów widziane z pomostów nad nimi

 

44-rys4

Rys. 4. Rozkłady temperatury na powierzchni ścian bocznych pieców w pobliżu otworów technologicznych (powyżej kieszeni zasypowych) przy produkcji szkła opakowaniowego: a) dla pieca niezaizolowanego; b) po zaizolowaniu



Źródła promieniowania podczerwonego w przemyśle szklarskim
Głównymi procesami (źródłami) technologicznymi, podczas których promieniowanie podczerwone stanowi produkt uboczny tego procesu są tzw. źródła termiczne.



Typowymi technologicznymi źródłami promieniowania podczerwonego są:
- ściany boczne i sklepienia pieców szklarskich w obszarach nie zaizolowanych (rys. 2),
- nieszczelne lub uszkodzone fragmenty ciągów spalinowych (przelotów palnikowych, komór regeneracyjnych
lub rekuperatorów i dalej aż do komina (rys. 3),
- otwory technologiczne topliwnych pieców szklarskich (powyżej kieszeni zasypowych) (rys. 4) grzewczych, hartowniczych i odprężalniczych,
- niedokładnie zamknięte otwory wziernikowe w ścianach pieców,
- niestarannie uszczelnione otwory przy termoparach w sklepieniach lub przelotów palnikowych,
- roztopione szkło na ciągu technologicznym, np. wstęg szkła chłodzonych przy produkcji szkła wodnego, przy frytowaniu,
- elementy metalowe w pobliżu pieców rozgrzane do wysokich temperatur (rys. 5-7).

 


44-rys5 

Rys. 5. Rozkłady temperatury na zewnętrznej powierzchni osprzętu piecowego (dysz palnikowych przewodów doprowadzających gaz) oraz podestu roboczego pod przelotami palnikowymi pieca

 

44-rys6
Rys. 6. Rozkłady temperatury na zewnętrznej powierzchni przelotu palnikowego obserwowane z podestu przy palnikach

 


Zagrożenia organizmu człowieka spowodowane promieniowaniem podczerwonym
Podczas przebywania w obszarze silnego promieniowania podczerwonego występuje duże prawdopodobieństwo narażenia oczu i skóry pracownika na ten czynnik.



Niebezpieczeństwo takiego promieniowania występuje również w hutnictwie szkła na tzw. „stanowiskach gorących” (operator automatów formujących, topiarz, hutnicy wraz z zespołami przy produkcji ręcznej itd.). Szkodliwe skutki oddziaływania promieniowania optycznego i podczerwonego na organizm człowieka mają miejsce, gdy występuje nadmiar promieniowania optycznego.



Miedzy człowiekiem a środowiskiem zachodzi nieustanna wymiana ciepła. Odbywa się ona czterema drogami: przez przewodzenie, konwekcję, promieniowanie i odparowanie potu. Tego rodzaju przepływy ciepła zależą od charakterystyk fizycznych otoczenia, takich jak temperatura powietrza, średnia temperatura promieniowania, ciśnienie pary wodnej i prędkość ruchu powietrza.



Ze względu na to, że do prawidłowego działania wszystkich funkcji organizmu jest utrzymanie stałej ciepłoty (homeotermia) organizm dysponuje mechanizmami, które pozwalają na wytworzenie niezbędnej ilości ciepła lub odprowadzenie jego nadmiaru.


Mechanizmy te nie zawsze mogą podołać obciążeniom termicznym, na jakie narażony jest organizm ze strony środowiska. Konsekwencją tego stanu może być wzrost temperatury wewnętrznej ciała w stosunku do wartości w stanie równowagi cieplnej.



Mechanizmem obronnym organizmu przed nadmiernym wzrostem temperatury skóry jest rozszerzenie naczyń krwionośnych w narażonej skórze i przepływ większej ilości krwi oraz pojawienie się odczucia parzenia, a nawet bólu. Uszkodzenia termiczne skóry były przedmiotem wielu badań, w wyniku których stwierdzono, że pojawia się ból gdy skóra osiągnie temperaturę około 44,5 (±1,3)oC, a gdy temperatura taka utrzymuje się przez kilkanaście sekund wówczas dochodzi do uszkodzenia termicznego. Dotychczas badania narażenia skóry na podczerwień były prowadzone głównie pod kątem wyznaczania progów termicznego uszkodzenia.



Obecnie wyznacza się zmiany temperatury skóry w trakcie jej ekspozycji na podczerwień, zwłaszcza ze źródeł termicznych w hutnictwie. Przydatną do tego celu wydaje się być metoda termowizyjna pozwalająca na monitorowanie zmian temperatury w sposób szybki i bezinwazyjny. Wykonano pomiary na grupie dorosłych wolontariuszy o normalnej białej skórze, w warunkach laboratoryjnych.



Wyznaczano wartości temperatury skóry ludzkiej w trakcie ekspozycji na promieniowanie podczerwone. Eksponowano zewnętrzną powierzchnię dłoni z jednoczesną rejestracją termogramów w odstępach czasowych, co 1 sekundę. Stosowano ekspozycję o natężeniach 500, 1000 i 3000 W/m2, a czas ograniczano do jednej minuty lub do momentu odczucia parzenia.



W warunkach przemysłowych w pomieszczeniu dla topiarzy zarejestrowano kamerą termowizyjną rozkłady temperatury na powierzchni ciała topiarza, najpierw podczas gdy przebywał on w sterowni oraz w kilka chwil po tym, jak przebywał w bezpośredniej bliskości pieca topliwego, przy kieszeni zasypowej, dokonując normalnych czynności obsługowych (rys. 8).



Kolejne obrazy termalne przedstawiają temperatury na ciele technologa, który przebywa cały czas w pomieszczeniu klimatyzowanym oraz topiarza po wykonywaniu przez niego czynności obserwacyjnych i porządkowych przy piecu (rys. 9).



Kolejne termogramy obrazują rozkłady temperatury na ścianach zewnętrznych pomieszczenia dla topiarzy, uwidaczniając nieszczelności przy drzwiach wejściowych, przez które wnika ciepło z hali piecowej do wnętrza pomieszczenia (rys. 10).

Kolejny termogram przedstawia obudowy szaf sterowniczych: jedną, która ma niższą temperaturę i jest w strefie oddziaływania klimatyzacji i pozostałe, gdzie nie dociera działanie klimatyzacji.

Uwidoczniono też obszary wyższych temperatur na ścianach zewnętrznych sterowni na łączeniu poszczególnych elementów, którędy wnika ciepło od strony pieca (rys. 10). Pozwala to kontrolować mikroklimat na stanowisku pracy oraz lokalizować obszary wnikania ciepła do stref klimatyzowanych i sprawdzać warunki temperaturowe pracy szaf sterowniczych (rys. 11).

 

44-rys6

Rys. 7. Rozkłady temperatury na zewnętrznej powierzchni elementów metalowych barierki w pobliżu pieców rozgrzanych do wysokich temperatur w wyniku promieniowania pieca

 

44-rys8
Rys. 8. Rozkłady temperatury na powierzchni ciała topiarza podczas przebywania w sterowniw hucie szkła oraz w kilka chwil po pracy w bezpośredniej bliskości kieszeni zasypowej pieca szklarskiego

 

44-rys9
Rys. 9. Rozkłady temperatury na powierzchni ciała osób przebywających w pomieszczeniu topiarzy: technologa przebywającego cały czas w pomieszczeniu klimatyzowanym oraz topiarza po wykonywaniu przez niego czynności obserwacyjnych i porządkowych przy piecu

 

Rys. 10. Rozkłady temperatury na ścianie zewnętrznej sterowni przy piecach topliwnych. Widoczne oddziaływanie klimatyzacji nad prawą szafą sterowniczą

 

Rys. 11. Rozkłady temperatury na powierzchni zewnętrznej szaf sterowniczych w pomieszczeniu topiarzy, obserwowane od wnętrza pomieszczenia, widoczne u góry przy drzwiach wejściowych

 


Poprawa warunków pracy dzięki praktycznemu wykorzystaniu wyników badań termowizyjnych na stanowiskach pracy w przemyśle szklarskim
Termowizyjna metoda oceny warunków pracy pracowników na stanowiskach pracy w przemyśle szklarskim pozwala podjąć proste, często niezbyt kosztowne działania mające na celu poprawę warunków pracy w bezpośredniej bliskości pieców.



Wykrycie miejsc zwiększonej emisji ciepła z powierzchni pieców może przyczynić się nie tylko do poprawy bilansu cieplnego urządzeń lecz również do poprawy warunków pracy.



Najkorzystniej, gdy jest to realizowane na etapie projektowania i wykonawstwa, poprzez odpowiednią izolację i staranne wykonanie, gwarantujące szczelność i właściwą prace cieplną. Istotne są również na etapie eksploatacji sterowanie, regulacja cieplna pieca, przeglądy i dozór techniczny oraz czyszczenie lub wymiana elementów zużywających się (np. kształtek palnikowych).



Bardzo istotnym zagadnieniem jest szczelność pieca w obszarze przestrzeni ogniowej, stąd stwierdzenie występowania nieszczelności powinno być możliwie szybko zlikwidowane przez podjecie prac uszczelniających, podobnie jak wybijanie spalin na zewnątrz należy wiązać się z regulacją ciśnienia w piecu. Ważne jest też staranne domykanie otworów wziernikowych (omówione szeroko we wcześniejszym artykule pt. Zastosowanie termowizji w przemyśle szklarskim. Część 3).



Bardzo prostym działaniem jest zastosowanie przeźroczystych ekranów w pobliżu pieca, które obniżają temperatury Rys. 12. Rozkłady temperatury na zewnętrznej powierzchni elementów metalowych barierki w pobliżu pieca, rozgrzanych do wysokich temperatur w wyniku promieniowania pieca przed ekranem i pozwalają dozorować piece w lepszych warunkach. Potwierdzają to badania termowizyjne, których wyniki przedstawiono na rys. 12, 13.



Wykorzystanie wyników badań termowizyjnych do oceny warunków pracy oraz sprawności działania wentylacji w halach produkcyjnych
Dlatego też istotnym problemem w produkcji szklarskiej jest, oprócz ograniczenia czasu przebywania w strefach promieniowania cieplnego, obniżenie temperatury (zwłaszcza w miesiącach letnich) w halach produkcyjnych dzięki skutecznie działającej wentylacji lub klimatyzacji oraz eliminacja nagrzewania się elementów konstrukcyjnych hali od eksploatowanych urządzeń. Nie są to zjawiska marginalne, o czym przekonują obrazy termalne wnętrza hali produkcyjnej, uzyskane za pomocą metod termowizyjnych w okresie lata, gdy temperatury otoczenia są dość wysokie.

 

44-rys13

Rys. 13. Rozkłady temperatury na powierzchni elementów metalowych barierki w pobliżu pieca za
ekranem, o niższych temperaturach dzięki osłonięciu od promieniowania pieca ekranem

 

44-rys14
Rys. 14. Rozkłady temperatury na powierzchni wnętrza hali produkcyjnej w pobliżu pieca widoczne okna wentylacyjne doprowadzające świeże powietrze do wnętrza i wychładzające otoczenie ściany

 

44-rys15
Rys. 15. Rozkłady temperatury na powierzchni wnętrza tej samej hali produkcyjnej w pobliżu pieca, widoczne zamknięte okna uniemożliwiają ruch powietrza i powodują wysokie temperatury ściany

 

44-rys16
Rys. 16. Rozkłady temperatury na powierzchni sklepienia hali produkcyjnej, widoczny obszar wysokich temperatur na obrazie termalnym, bezpośrednio nad piecem wynikający z wymiany ciepła przez promieniowanie między słabo izolowanym sklepieniem pieca a dachem hali

 

44-rys17

Rys. 17. Rozkłady temperatury na powierzchni sklepienia tej samej hali produkcyjnej. Na obrazie termalnym, bezpośrednio nad piecem posiadającym silnie zaizolowane sklepienia, brak znacznej wymiany ciepła przez promieniowanie między słabo izolowanym sklepieniem pieca, a dachem hali (a, b) dla porównania fragment sklepienia hali poza strefą pieca (c)

 

44-rys18

Rys. 18. Rozkłady temperatury na powierzchni wnętrza hali produkcyjnej. Widoczne obszary bezpośrednio przy odprężarce oraz na stanowiskach pracy za nią, temperatury na obrazach termalnych nie osiągają nadmiernie wysokich wartości poza odciągiem spalin

 

44-rys19
Rys. 19. Rozkłady temperatury we wnętrzu hali produkcyjnej. Widoczne obszary ścian i konstrukcji metalowych przy odprężarkach nad nimi, temperatury na obrazach termalnych nie osiągają nadmiernie wysokich wartości
 

 

Podsumowanie
Badania termowizyjne i termograficzne to nowoczesne metody, polegające na zdalnej ocenie rozkładów temperatury na powierzchni obserwowanych obiektów. Metody termowizyjne mogą być przydatne w ocenie warunków temperaturowych na „gorących” stanowiskach pracy. Pozwalają one na ustalenie źródeł nadmiernego promieniowania cieplnego (podczerwonego), określić wpływ promieniowania na organizm ludzki oraz ustalić miejsca narażenia pracowników na szkodliwe działanie promieniowania.



Pomiary obciążenia promieniowaniem podczerwonym umożliwiają na dokonanie zmian technicznych i organizacyjnych celem zmniejszenia narażenie pracowników na szkodliwe jego działanie. Pozwolą także dobrać odpowiednie środki ochrony osobistej przed gorącymi czynnikami termicznymi.



Równocześnie badania termowizyjne mogą być wykorzystane do oceny i kontroli mikroklimatu na „niegorących” stanowiskach pracy, przyczyniając się do poprawy komfortu i bezpieczeństwa pracy. Możliwa jest także kontrola temperatur w różnych strefach hal przemysłowych i sprawdzenie skuteczności działania wentylacji, co jest szczególnie ważne w sezonie letnim, gdy panują wysokie temperatury zewnętrzne i nasłonecznienie powodujące nagrzewanie konstrukcji.



W okresie zimowym można wykorzystać termowizję do sprawdzenia izolacyjności termicznej hal produkcyjnych, aby poprawić komfort pracy zarówno w warunkach zimowych jak i letnich.



Józef Osiadły
DIAGNOTERM
Kraków

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym

 

Cały artykuł zamieszczono w częściach w:

- „Świecie Szkła” 5/2009 (Zastosowania termowizji w przemyśle szklarskim - Część 1 )

- „Świecie Szkła” 6/2009 (Zastosowania termowizji w przemyśle szklarskim - Część 2 )

- „Świecie Szkła” 9/2009 (Zastosowania termowizji w przemyśle szklarskim - Część 3 )

- „Świecie Szkła”10/2009 (Zastosowania termowizji w przemyśle szklarskim - Część 4 )

- „Świecie Szkła”12/2009 (Zastosowania termowizji w przemyśle szklarskim - Część 5 )

- „Świecie Szkła” 5/2010 (Zastosowania termowizji w przemyśle szklarskim - Część 6 )

- „Świecie Szkła” 7-8/2010 (Nowe możliwości wykorzystania badań termowizyjnych w przemyśle szklarskim)

 

patrz też:

 

- Termografia w podczerwieni w hutniczym przemyśle szklarskim, Tomasz Zduniewicz, Świat Szkła 6/2008 

- Nowoczesne narzędzie diagnostyki cieplnej. Cz. 1, Jan Górski, Świat Szkła 9/2008

- Nowoczesne narzędzie diagnostyki cieplnej. Cz. 2, Jan Górski, Świat Szkła 10/2008

- Zastosowanie termografii w podczerwieni w budownictwie, Tomasz Wiśniewski, Świat Szkła 9/2006

- Dobrze wybrać, S. Żmuda, Świat Szkła - numer specjalny Termowizja w przemyśle szklarskim i budownictwie   

 

więcej informacji: Świat Szkła 7-8/2010

 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik