ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ДЕЙСТВИЕ НА ЛЮДЕЙ

  Главная      Учебники - Промышленность     Основные опасности химических производств (Маршал В.К.) - 1989 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..

 

 

 

8.12.

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ДЕЙСТВИЕ НА ЛЮДЕЙ

 

8.12.1. ВВЕДЕНИЕ

Человек, если он подходящим образом одет, способен переносить температуры окружающей среды в сравнительно широком диапазоне. В Антарктиде температура окружающей среды в своем минимуме может приближаться к –

90 °С, а самая высокая температура в ряде частей земли может достигать

+ 58 °С. Однако организм человека сам по себе может функционировать только в относительно узком диапазоне температур, и поэтому людям в большинстве климатических зон требуется носить определенные виды одежды.

Человеческое тело может подвергаться действию чрезмерного тепла или холода при контакте с горячими или соответственно холодными веществами, находящимися в твердом, жидком или газообразном состоянии и подводящими в человеческий организм тепло или отводящими его. Однако этот раздел будет посвящен только пагубному воздействию тепла, но не холода. Внимание будет уделяться главным образом тепловому воздействию от пожара и последствиям

этого воздействия, но не ожогам, которые появляются при соприкосновении с горячими жидкостями (основные механизмы при этом - теплопроводность и конвекция).

Количество тепловой энергии, поглощаемой человеческим телом от источника излучения, в принципе можно рассчитать, применяя законы физики. Но хотя воздействие излучения на человеческое тело определяется в целом законами физики, для предсказания этого воздействия необходимо также знать анатомию человека и его физиологию; необходимые сведения из этих наук здесь будут приведены в самых общих чертах и лишь в той мере, в какой они относятся к аспектам основных химических опасностей. Из рассмотрения будут исключены вопросы, связанные с ожогами, возникающими при соприкосновении с химическими продуктами коррозии, неорганическими кислотами и щелочами.

8.12.2. СУЩНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЛЮДЕЙ ТЕПЛОВЫМ

ДЕЙСТВИЕМ

Ожоговое поражение человека описано в книге [Mason,1978]. Полное число смертей, вызванных тепловым поражением (включая ожоги), в Великобритании в 1975 г. составило 495 чел. с тенденцией к снижению смертности приблизительно на 20% по сравнению с предыдущим десятилетием. В цитируемой работе отмечается, что эта цифра - только половина от того числа смертей, что случились при пожарах, а другую половину составляют несчастные случаи, которые произошли при пожарах от удушья или вдыхания моноксида углерода и других отравляющих газов. На каждого человека, погибшего от теплового поражения, приходится двадцать человек, проходящих курс лечения в больницах в течение в среднем 5-6 нед, и 200 человек, обращавшихся за помощью в отделения травматологии при больницах. Приблизительно половина людей из числа обращавшихся за помощью не достигали десятилетнего возраста. Две трети пострадавших взрослых мужчин получили ожоги на работе.

Мазон [Mason.1978] утверждает, что вряд ли фугасные бомбы могут вызвать ожоги. Это не совсем так. Бомба массой 13,5 кг образует огневой шар диаметром около 9 м, который очень быстро диссипирует на открытом воздухе. Однако при взрыве в ограниченном пространстве люди могут получить ожоги. Поражение от напалма - средства, применяющегося в военных целях и состоящего из смеси жидкого горючего, например бензина, и порошка-загустителя (алюминиевого мыла, изготовленного из кокосового масла), нафтеновой и олеиновой кислот, может быть очень тяжелым. При температурах свыше 1000°С образуются газы, и поэтому в ограниченных пространствах существует вероятность смерти от удушья или отравления моноксидом углерода. Удушье может произойти от вдыхания горячих газов, которые обжигают дыхательные пути или разрушают альвеолы (воздушные мешочки в легких).

Очевидно, существует порог, ниже которого теплового поражения не возникает. Вода в ванне обычно имеет температуру 36 - 42°С. Однако десятисекундное соприкосновение с водой, имеющей температуру 60°С, приводит к частичной утрате кожного покрова, а соприкосновение в течение 10 с с водой, нагретой до 70°С, вызвывает полную потерю кожного покрова.

В районах с умеренным климатом воздействие солнечного излучения на человека для большей части года незначительно. Однако бывает в году несколько дней, когда солнечный свет может вызвать ожог кожи. По существу есть верхний предел температурной чувствительности кожи, и когда он превышается, происходит поражение; боль начинает ощущаться при температуре кожи около 44°С. Расчет интенсивности излучения, вызывающего такую температуру, осложняется наличием у человека механизмов охлаждения, таких, как выделение пота и кровотечение. Реакция кожи зависит не только от интенсивности излучения, но и от продолжительности его воздействия (см. разд. 8.12.4).

8.12.3. ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

Физические законы, определяющие параметры излучения, установлены со значительно более высокой точностью, чем физиологические законы, и хорошо известны.

Тепловое излучение является частью спектра электромагнитных волн, представленного на рис. 8.6. Испускание или поглощение теплового излучения -

Логарифм частоты (в герцах)

Рис. 8.6. Спектр электромагнитного излучения.

это обмен энергией и может быть определено количественно. Законы распространения теплового излучения подобны законам распространения света. Например, тела, отражающие свет, отражают и тепловое излучение. Однако существует значительное различие в степени прозрачности тел для света и теплового излучения. Примером этого может служить хорошо известный "парниковый эффект".

Интенсивность излучения, обозначенная здесь символом 1^, количественно определяется как мощность, излучаемая с единичной площади источника (размерность - Дж/(м2 ∙ с)). Интенсивность теплового излучения тела является функцией его абсолютной температуры ТА, возведенной в четвертую степень (ТА)4, и его излучательной способности, представляющей собой долю излучения по отношению к испускаемой "черным телом" или идеальным σтепла при той же температуре. Противоположностью черного тела является зеркало, у которого излучательная способность приближается к нулю.

Известное уравнение Стефана - Больцмана определяет обмен энергией при тепловом излучении:

IR= σєе(Те)-4-σєа(Та)4

где єе,єа- излучательные способности двух тел; Те, Та - их абсолютные температуры; σ= 5,67 ∙ 10-8 Дж/(м2 ∙ с ∙ К) - постоянная Стефана - Больцмана.

Очевидно, что в тех случаях, когда Те намного больше Та, значение члена с Та становится все менее и менее существенным. Так, например, когда

Те = 1365К и Та = 273 К, Те/Та = 5. Таким образом, (Те/Та)4 =54= 625/1.

При таких обстоятельствах значение (Та)4 сглаживается неточностью определения (Те)4 и (Та)4. Поэтому членом с (Тд)4 в дальнейшем будем пренебрегать.

Проходя через среду, излучение ослабляется. В нашем случае ослабляющая среда - это атмосфера, состоящая из одноатомных (аргон, редкие газы), двухатомных (кислород, азот) и трехатомных газов (диоксид углерода, водяной пар), аэрозолей, таких, как туман (главным образом водяные капельки) и пыли. В рассматриваемом диапазоне температур ни одноатомные, ни двухатомные газы существенно не ослабляют тепловое излучение. Из трехатомных газов только диоксид углерода имеет довольно постоянную концентрацию, составляющую около 0,03% (об.), а содержание водяного пара, напротив, очень изменчиво и в качестве своей верхней границы имеет давление насыщенных паров воды при атмосферных условиях (табл. 8.8).

ТАБЛИЦА 8.8. Объемная доля водяного пара

при насыщении в атмосфере

Температура, °С

-10

0

10

20

30

Объемная доля, %

0,28

0,60

1,20

2,3

4,2

Из этого видно, что трудно найти какое-то типичное значение для ослабления, обусловленного наличием водяного пара.

Некоторые крупные специалисты полагают, что ослабление теплового излучения при прохождении им атмосферы играет существенную роль в оценке теплового действия огневых шаров. Однако по данному вопросу опубликовано очень мало материалов, хотя именно эта область гораздо более нуждается в теоретическом анализе и лабораторных экспериментах, чем многие другие физические явления, связанные с действием огневых шаров. Ниже будут даны ссылки на те работы, в которых есть необходимые данные.

8.12.4. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

8.12.4.1. СТРОЕНИЕ КОЖИ

Кожа подразделяется на два слоя. Внешний слой (эпидермис) также делится на два слоя. Через эпидермис проходят потовые железы, но в нем нет кровеносных сосудов и нервных окончаний.

Нижний слой, или дерма, намного толще и содержит в себе кровеносные сосуды, нервные окончания, сальные железы и корни волос. Эпидермис и дерма, вместе взятые, имеют толщину около 1-2 мм.

Ниже этих двух слоев лежит подкожная ткань, которая содержит потовые железы и крупные кровеносные сосуды. Последние дают возможность коже приспосабливаться к местному нагреванию или охлаждению, но лишь в определенных пределах.

Степень повреждения кожи при воздействии высоких температур зависит от теплового излучения. При слабом тепловом излучении будет повреждаться только эпидермис на глубину 1 мм. Более интенсивный тепловой поток может привести к поражению не только эпидермиса, но и дермы, а излучение еще большей интенсивности будет воздействовать и на подкожный слой. Эти три уровня в общем-то и соответствуют установленным категориям ожогов 1,2 и 3 -и степеней.

Возможность выживания получивших ожоги зависит от ряда факторов, таких, как степень ожога, размер обожженной площади, выражаемый как доля от общей площади поверхности кожи, возраст, перенесенные болезни и состояние здоровья до происшествия. Вообще говоря, шансы выжить уменьшаются по мере того, как увеличиваются процент обожженной площади и возраст жертвы. Патология и трактовка ожогов находятся вне рамок данной книги. Краткое описание этих аспектов можно найти в работе [Mason, 1978].

8.12.4.2. ТЕПЛОВАЯ ДОЗА

Очевидно, что существует порог, ниже которого даже при неограниченном времени теплового облучения поражения не происходит. Большинство взрослых людей могут выдерживать температуру воды в ванне до 40 - 42 °С, что может быть обоснованно соотнесено с болевым температурным порогом кожи, равным 44 °С [Hymes.1982]. Выше этого порога степень поражения является функцией энергии, падающей на единицу площади поверхности кожи, и времени облучения.

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  ..