FOGLALKOZÁS-EGÉSZSÉGÜGY 3.3
Oldószergőzök okozta veszélyeztetés a rövid ideig nyitott keverős tartályreaktorokkal végzett munkánál Tárgyszavak: oldószer; munkahelyi ártalom; tartályreaktor; keverő; levegőminőség.
Bevezetés Mindenütt, ahol a veszélyes anyagok jelenléte biztonsággal nem zárható ki, a munkavédelem érdekében ellenőrizni kell a munkahelyek levegőminőségét. Az ilyen esetekben megtett intézkedések körét és fajtáit Németországban a veszélyes anyagokra vonatkozó műszaki szabályzat (Technische Regeln für Gefahrstoffe – TRGS) írja le. Itt elsősorban a TRGS 402-ről kell említést tenni. A rendelkezések többnyire a munkahelyi levegő méréstechnikai vizsgálatából indulnak ki. A levegőben a határértékek betartásának bizonyítására szolgáló expozíciós mérések sokszor csak jelentős költséggel végezhetők el. Jelenleg olyan eljárás- és anyagspecifikus kritériumoknak (VSK) a kidolgozása folyik, amelyekkel egyszerűsödhet az üzemi munkahelyek megfelelőségének megítélése. Munkahelyi expozíciók értékelésére számítási eljárásokat eddig gyakorlatilag nem használtak, megbízhatóságuk ismeretlen, így szakmai körökben bizalmatlansággal és kétkedéssel szemlélték. A jelenlegi számításoknak nem minden esetben kell egzakt eredményeket felmutatni. Gyakran elegendő, ha lehetővé teszik az alábbi három területbe való besorolást: – a határérték tartósan biztonságos betartása: „zöld terület” (nincs szükség mérésekre), – döntés nem lehetséges: „sárga terület” (mérések és megfelelő védőintézkedések), – határérték túllépése: „piros terület” (védelmi intézkedések és mérések). A munkahelyi levegő modellezését két részterületre lehet osztani: – a berendezésekre, ill. tevékenységekre vonatkozó emisszióforrások és – a veszélyes anyagok munkatérben való terjedésének leírása. A számítási eljárások alkalmazásának feltétele az érintett munkahelyen lévő viszonyok adekvát modellezése. A munkahelyek többségénél azonban eddig nem ismeretesek olyan munkák, amelyek a hatás mértékét modellszerűen leírták volna.
A vegyipar és gyógyszeripar különböző technológiájú üzemeiben alkalmazott munkamódszerekre a gyakran változó gyártásvonalak jellemzők. A folyamatok nagy része zárt berendezésekben megy végbe. A nyitott rendszereknél meghatározott időben végzett munkáknál azonban megnő a veszélyesanyag-emisszió a légtérbe. Hasonlóképpen gyakoriak a kevert tartályreaktorok nyitott ellenőrzőnyílásánál rövid ideig végzett munkák, pl. a mintavétel vagy pH-érték beállítása. Ezek a tevékenységek rendszerint 15 percre korlátozódnak, így a nyolcórás műszak légszennyezési középértékéhez való hozzájárulásuk legtöbbször alárendelt jelentőségű. A rövid időtartamú expozíciók jelentősége a 15 perces, rövid idejű határértékek (rövid idejű MAK-értékek) 1996ban történt bevezetése óta nőtt meg erőteljesen.
Kísérletek FTIR-mérőrendszer A munkahelyi levegő rövid idejű terhelését folyamatosan mérő és közvetlenül jelző FTIR- (Fourier-transzformációs infravörös) spektroszkópiás mérőrendszerrel vizsgálták. Emisszióforrások laborméretű meghatározása Nyitott tartályokból az oldószerek párolgásával kapcsolatos laborméretben lefolytatott kísérlet felépítését az 1. ábra mutatja. A tartályok háromszorosan szigetelve voltak. A párolgás alatti tömegveszteséget labormérleggel (érzékenység 0,01g) mérték. A környezeti hőmérsékletet, a légsebességet mérték, valamint a folyadék hőmérsékletét. T∞, V
T2
mérleg
1. ábra Részben nyitott tartályokból származó oldószerpárolgással kapcsolatos laborméretű kísérlet felépítése
Az emisszióforrások erősségének és a koncentrációeloszlásának meghatározása kísérleti üzemi méretben A kísérleteket a Fa. Boehringer Ingelheim Pharma technikumában 100 les keverős berendezésben (RWA) végezték. A szakiskola kétszintes épületében, a kísérletben használt berendezés az első szinten volt elhelyezve. A szint fölötti légtér kb. 300 m3 volt. A 100 literes RWA-t a talajon úgy helyezték el, hogy a munkaszint és a berendezés ellenőrző nyílása közti magasságkülönbség 700 mm legyen. Az emittált oldószergőz terjedésének vizsgálatára a munkatérben négy ponton FTIR-mérőrendszerrel mérték a veszélyes anyag koncentrációt. Valamennyi vizsgálati pont 800 mm magasságban volt, elhelyezésüket a 2. ábra mutatja. Az MP 1 mérési pontot közvetlenül az RWA előtt, a berendezés nyílásától 200 mm-re helyezték el.
2. ábra Károsanyag-terjedés modellezésére felállított mérőpontok elhelyezése (az adatok mm-ben vannak) Üzemelés alatt nyitott kezelőnyílásnál végzett munkahelyi mérések A modell igazolására a Boehringer Ingelheim Pharma egyik termelő üzemében 500 és 1000 literes RWA berendezésekben acetonnal, metanollal és tetrahidrofuránnal végzett tisztítási munkáknál nyitott kémlelőnyílás mellett végeztek munkahelyi méréseket. A munkatér felülete 19,8x11 m2 volt, a mérő-
pontok 1400 mm magasságban, közvetlenül a nyílás előtt helyezkedtek el. A kezelőnyílások magassága mindkét keverős berendezésnél 1200 mm volt.
Keverős tartályreaktorok emisszióforrásainak modellezése A keverős tartályreaktorok mellett a légtér károsanyag-koncentrációjának számításához meg kellett határozni a berendezés nyitott kezelőnyílásából az oldószer párolgásának mértékét. Ehhez gőzdiffúziós modell alapján végzett számításokkal vezették le az RA,G emisszióforrásra a párolgási sebességet (mg/min-ben) és laborméretben végzett párolgási kísérletek alapján igazolták a számítás megfelelőségét. A nyitott kezelőnyílású tartályreaktorok ún. részben nyitott tartályok, ami azt jelenti, hogy az A2 kezelőnyílás felülete kisebb, mint az A1 folyadékfelület. A leíráshoz bevezették az ÖG nyílásfokozatot jelentő paramétert, amelyet a nyílás/folyadékfelület arányaként határoztak meg. A modellképzésnél figyelembe vették, hogy a tartály feletti légsebesség nem nulla. Üzemi épületekben, ahol termelés folyik, ez 0,2 m/s is lehet, és ezzel a légmozgással a párolgási sebesség egy konvektív hányaddal nő. Ezt a helyzetet a diffúziós és konvekciós hányad összegeként írták le. Az RA,G emisszióforrás az (1) egyenlet formájában írható le: A2 1 ⋅ D A ⋅ M A ⋅ ln R A ,G = pA cm 1− p mg ⋅ s L + 185 ⋅ ⋅v min⋅ m ∆h
− 0,29 ⋅ÖG − 0,71 ⋅ p ⋅ ÖG − 0,55 ⋅ ∆h + R ⋅ T∞ cm
(1)
Az egyenlet levezetésénél abból indultak ki, hogy a reaktorban levő oldószer hőmérséklete azonos a munkahelyiség levegőjének hőmérsékletével. Amennyiben az oldószer és a környezet hőmérséklete különbözik, az (1) egyenlet addig használható, amíg a keverék feletti gőz–levegő keverék sűrűsége 1600 g/m3 felett van. Ezt alátámasztják a laborméretben folytatott vizsgálatok is. Kis sűrűség esetén a reaktor terében levő sűrűség-instabilitás miatt szabad konvekciós áramlatok képződhetnek, amelyek az emisszióforrás szennyezőanyag-kibocsátásának növekedéséhez vezetnek. A modell alkalmazásának ez a korlátja felmelegedett oldószer esetében figyelhető meg. A modell levezetésénél csak tiszta anyagrendszereket vettek figyelembe. Amennyiben oldószerkeverékekről van szó, az (1) egyenletben szükséges gőznyomás- és diffúziós koefficiens adatokat pl. Gmehling tételének adataiból kell felhasználni.
Az 1. táblázatban olyan értékek találhatók, amelyek nyitott tartály esetén kellenek az (1) egyenlet szerinti emisszió számításához. A számításokhoz szükséges adatok rendszerint táblázatokból és üzemi dokumentumokból szerezhetők meg. Amennyiben a teremlevegő áramlási sebességéről nem állnak rendelkezésre adatok, 0,2 m/s értékből ajánlatos kiindulni. Ezt a légsebességet a munkahelyi huzatot elkerülő szellőzésre vonatkozó munkahelyi irányelv is elfogadta. 1. táblázat A modell input adatai egy nyitott keverős tartályrendszer emisszióforrás-értékeinek számításához Bemenő adatok
Megjegyzés
diffúziós koefficiens, DA
oldószer-hőmérsékletnél
móltömeg, MA
–
gőznyomás, PA
oldószer-hőmérsékletnél
tartály és tartálynyílás belső átmérője, d1 és d2
a nyitottság fokának számításához
tartály teljes magassága és töltési magasság a tartályban
tartály felső széle és a folyadékfelület közti távolság számításához
légnyomás, P
–
környezeti hőmérséklet, T∞
–
oldószer-hőmérséklet, T2
–
terem légsebessége, v
–
Anyag paraméter
Berendezésjellemzők
Környezeti feltételek
A fenti modell megfelelőségének konkrét mérési adatokkal való igazolására laborkísérletekben acetont és etanolt párologtattak el. A 2. táblázat a párologtatási kísérletben az RA,G emisszióforrás számított és mért adatainak hányadosát, a szórást (s) és a megbízhatósági tartományt (VB) mutatja. A megbízhatósági tartomány számításánál 99%-os valószínűséget vettek alapul. 2. táblázat Acetonra és etanolra laborfeltételek között mért emisszióforrás-adatok standardtól való eltérése és megbízhatósági tartománya, valamint összehasonlítása a modellértékekkel RG,A modell/mérés
ts
s
VB
2,66 (n = 60)
0,17
6%
2,70 (n = 40)
0,13
6%
Aceton párolgása 1,00 Etanol párolgása 1,15
Az aceton elpárologtatásánál a modellezett RA,G értékek jól egybeestek a mért értékekkel. Etanolnál a számított adat 15%-kal magasabb volt a mért értéknél. A mért párolgási arányra vonatkozó megbízhatósági tartomány mindkét esetben 6% volt. Ezekből az eredményekből kiindulva nyitott tartálynál mint emisszióforrásnál az emisszió mértékét az (1) egyenlet szerint számítva a számítási hiba 20% alattira tehető.
Káros anyagok terjedésének modellezése üzemi épületekben A klímatechnikában a természetes vagy mesterséges szellőzésű zárt munkaterek vizsgálatánál gyakran a helyiségben szabaddá váló anyagok ideális keveredéséből indulnak ki. A szóban forgó esetben ez a modell vonatkozik a munkatérben a kezelőnyílásból kilépő oldószergőzökre is. Egyzónás modell Ennek a terem légszennyezettségi koncentrációjának számítására szolgáló egyszerű modellnek az alapja az ideálisan átkeveredett tér tömegmérlege. A károsanyag-koncentrációt a következőképpen számítják: R A ,G c R,t = c zu + (2) ⋅ [1 − exp( −nR ⋅ ( t − t 0 ))] + c R,t = 0 ⋅ exp( −nR ⋅ ( t − t 0 )) n V ⋅ R R Q nR = R esetén. VR Nagy termekben vagy üzemcsarnokokban a légtér teljes, ideális átkeveredése nem történik meg. Ezekben az esetekben a kétzónás modell jobban mutatja a valóságot.
Kétzónás modell
A keverős tartályreaktorokkal dolgozó munkahelyek vizsgálatánál ésszerű egy virtuális értékelési területet húzni a kezelőnyílás környezetében, ezzel modellezhetővé válik az emisszióforrásnál várhatóan megnövekvő károsanyagkoncentráció. A 3. ábra tömegmérleg alapján ábrázolja a kétzónás modellt. A nyílás körüli virtuális tér a következőkben forrászónaként vagy munkaterületként szerepel. Ez a zóna a környező térhez, a teremzónához QQZ térfogatárammal kapcsolódik. Mindkét zónát ideálisan átkeveredettnek tekintik. Az erre a modellre épülő differenciál egyenlet explicit nem oldható meg. A károsanyag-koncentrációknak a táblázatos kalkulációs program segítségével az idő függvényében történő közelítően iteratív számítására mindkét zónában bevált a (3) és (4) egyenlet.
Q Q Teremzóna: c R,t = c R,t −1 + c zu ⋅ nR + c QZ,t −1 ⋅ QZ − c R,t −1 ⋅ QZ − c R,t −1 ⋅ nR ⋅ ∆t VR VR R Forrászóna: c QZ,t = c QZ,t −1 + A,G + c R,t −1 ⋅ n QZ − c QZ,t −1 ⋅ n QZ ⋅ ∆t VQZ
QR, czu
VR, cR, nR
(3) (4)
Q R, c R VQZ, cQZ, nQZ
QQZ, cR
RA,G
QQZ, cQZ
3. ábra A munkatér kétzónás modell szerinti vizsgálata A kétzónás modell fontos paraméterei a forrászóna térfogata (VQZ) és a forrászónán átáramló levegő térfogatárama (QQZ). Vegyipari üzemekben a légcsereszámra vonatkozó saját mérések azt mutatták, hogy a helyi légcsere sebessége a közepérték négyszereséig nőhet. Ebből a tapasztalatból kiindulva a QQZ számításánál azt vették alapul, hogy a forrászónában a légcsereráta azonos a termelési térben levő közepes légcsererátával. Ennek a feltevésnek a munkavédelem szándéka szerint a forrászónában a károsanyag-koncentráció ún. legrosszabb eset becsléséhez kellene vezetnie.
Keverős tartályreaktorokra vonatkozó gőzdiffúziós zónatérmodell alkalmazhatóságának bizonyítása A technikumi kísérletben (2. ábra) 100 literes berendezésben (RWA) végeztek vizsgálatokat a káros anyag terjedésénél alkalmazható modell kiválasztására. A berendezés méretei:
– keverős berendezés átmérője: d1=58 cm (keresztmetszeti felület: A1=2642,1cm2), – kezelőnyílás átmérője: d2=12,5 cm (nyílásfelület A2=122,7 cm2) – nyitottsági fok: ÖG=0,046. Oldószerként acetont, etanolt és etil-acetátot alkalmaztak. Az oldószerek a nyíláson át legalább 30 percig párologtak a munkatérbe. Helyi elszívást a legrosszabb eset érdekében nem üzemeltettek. Emellett az üzemi gyakorlatot alapul véve – míg a reaktor nem volt nyomás alatt – a keverőt kikapcsolták. Ez azt jelentette, hogy a semlegesítéshez a nitrogénáram és a kondenzvezeték feletti belső elszívás nem volt üzemben. A kísérletnél a légsebesség < 0,01 m/s volt. A teremzónában a légcsereszámot nyomjelző izotópot tartalmazó gázzal határozták meg. Az RA,G emisszióforrást az (1) egyenlet szerinti módosított diffúziós modell alapján számították. A teremben a veszélyesanyag-koncentrációt mobil FTIR-rendszerekkel két mérőponton párhuzamosan mérték (2. ábra). A mérőpontok a kezelőnyílás fölött 10 cm-rel helyezkedtek el, az MP 1 mérőpont a forrászónában, illetve a dolgozó munkaterületén, az MP 2 a teremzónában volt. A káros anyag térbeli eloszlását a következő két terjedésmodell segítségével számolták: – 1. modell: kétzónás modell a 3. táblázatban lévő paraméterekkel a (3) és (4) egyenlet szerint. A forrászóna térfogatát (VQZ) 2 m-es sugarú henger (a nyílás közepes távolsága a dolgozótól) és 1,80 m magasság (dolgozó magassága) alapján állapították meg. – 2. modell: egyzónás modell a 3. táblázatban lévő paraméterekkel, az effektív helyi térfogatot 100 m3-ben állapították meg. A számítást a (2) egyenlet alapján végezték.
3. táblázat Input mennyiségek a munkahelyi koncentráció modellezéséhez Mennyiségek
Megjegyzés
VR
300 m
2. modell VR = 100 m3
nR
2,9 h–1 ± 0,3 h–1
középérték ± szórás 10 mérésből
VQZ QQZ
3
3
23 m
sugár: 2 m, magasság: 1,8 m 3
66,7 ± 6,9 m /h
nR = nQZ
A 4. ábra az acetonra jellemző koncentráció időbeli lefutását mutatja, a két mérőponton mért és a két terjedési modellel számított acetonkoncentrációkat állítja szembe. A t = 0 percben nyitották ki a kezelőnyílást. Az MP 1 mérőponton a 30 perces mérőintervallumban mért acetonkoncentrációk sztochasztikus lefutást mutatnak, amelyre a következő állapítható meg:
– A mért acetonkoncentrációk kisebbek, mint a 4800 mg/m3 rövid idejű munkahelyi határérték egynegyede. – A munkaterületen mért rövid idejű koncentrációcsúcsok a kétzónás modellel erre a zónára számolt értékek felett vannak (kétszeresnégyszeres túllépés). – A koncentrációcsúcsok kétperces időtartamra korlátozódnak. – Ezektől az időben behatárolt koncentrációcsúcsoktól eltekintve a mért koncentrációk a forrászónára a kétzónás modellel számított értékek alatt maradnak. 1000
mérés (forrászóna) mérés (terem) egyzónás modell kétzónás modell
900
acetonkoncentráció, mg/m3
800 700 600 500 400 300 200 100 0 0
5
10
15
20
25
30
35
idő, min
4. ábra Acetonkoncentráció időbeni lefutása 100 litereses nyitott keverőberendezésnél Az észlelt koncentrációcsúcsok okát a sztochasztikus légmozgásban kell keresni. A körültekintő megítélés érdekében a forrászónára mért 15 perces középértékeket (az MP 1 mérőpontnál) összehasonlították a két modell szerint számított értékekkel. A 4. táblázatban a számított és mért 15 perces középértékek hányadosa van feltüntetve. Ez a hányados az acetontól az etil-acetáton át az etanolig csökken. A gőz/levegő sűrűség ugyanebben a sorrendben csökken. A gőzsűrűség szemmel láthatóan csekély befolyással volt a munkahelyi koncentrációra, ezt a modell nem vette figyelembe. Fontos, hogy a forrászónában levő munkaterületen a kétzónás modellel számított 15 perces középértékek már középértékben 1,6-szorosan felette
vannak a mért közepes koncentrációnak. Itt tehát a ténylegesen fellépő munkahelyi koncentrációt a számított értékek jelentősen meghaladják. Az egyzónás modellel ezzel szemben túl alacsony koncentrációértékeket számítottak. 4. táblázat A modellezett és a forrászónában mért 15 perces koncentráció-középértékek hányadosa (valamennyi mérés középértéke ± szórás) 1. modell (forrászóna)
2. modell
Aceton
1,85 ± 0,64
0,50 ± 0,17
Etanol
1,61 ± 0,52
0,43 ± 0,12
Etil-acetát
1,39 ± 0,64
0,34 ± 0,16
Összeg
1,63 ± 0,60
0,43 ± 0,16
Az 5. táblázatban a modellszámítási eredményeket a teremben (MP 2 mérőpont) mért veszélyesanyag-koncentrációkkal hasonlították össze. Az egyzónás modellnél, amelynél fiktív munkahelyi levegőtérfogatból indultak ki, jó egyezés látható a mért koncentrációkkal. Ezzel a modellel számíthatók a kezelőnyílás rövid idejű nyitvatartása esetén a teremben fellépő koncentrációk. Ezzel szemben a kétzónás modell túl kis mennyiséget számít a teremzónára. Ez a modell csak a berendezés hosszabb idejű nyitvatartása esetén ad kielégítő pontosságot. 5. táblázat A modellezett és a teremben mért 15 perces koncentráció-középértékek hányadosa (valamennyi mérés középértéke ± szórás) 1. modell (teremzóna)
2. modell
Aceton
0,25 ± 0,09
1,01 ± 0,42
Etanol
0,24 ± 0,05
1,01 ± 0,30
Etil-acetát
0,19 ± 0,05
1,00 ± 0,24
Összeg
0,23 ± 0,07
1,01 ± 0,31
Üzemelés alatti vizsgálatok Az üzemi kísérletek keretében oldószerként acetont, metanolt és tetrahidrofuránt alkalmaztak. A számításoknál referencia-oldószerként könnyen illó diklór-metánt használtak. 100 litertől 6000 l névleges térfogatig 5 keverőberendezés (RWA) állt rendelkezésre.
A berendezésekre az RA,G emissziórátákat az (1) egyenlet szerint számították. Az értékek a 6. táblázatban láthatók. A modellszámításoknál abból indultak ki, hogy a berendezések névleges térfogatuknak megfelelően vannak megtöltve, a légsebesség a kezelőnyílás fölött pedig 0,2 m/s. Ezekkel a paraméterekkel számolva 0,3–5,3 g/min emisszióértékek adódtak. 6. táblázat Standard keverőberendezésekből származó oldószerpárolgás emisszióértékei Keverőberendezés (RWA)
RG,A, g/min Aceton
Diklór-metán
Metanol
100-l-es
0,61
1,91
0,27
500-l-es
1,24
3,95
0,53
1000-l-es
1,05
3,36
0,44
2500-l-es
1,58
5,08
0,66
6000-l-es
1,65
5,31
0,68
Az ezekből az emissziókból a forrászónában keletkező oldószer-koncentrációkat ezután a kétzónás modellel, a (3) és (4) egyenlet szerint számolták. A teljes helyiségtérfogatot 500 m3-nek, a légcserehányadost a természetes szellőzésű üzemcsarnokra jellemző 2/h értéknek, a forrástérfogatot 23 m3-nek adták meg. A bevezetett levegő és a keverőberendezés nyílása előtti levegő oldószertartalmát egyformán nullának vették. A vizsgált időtartam alatti koncentrációlefutásból kiszámították a kezelőnyílás nyitása utáni 15 perces középértékeket. A 15 perces középértékek és a hozzájuk tartozó rövid idejű MAK-értékek (aceton 4800 mg/m3, diklór-metán 1400 mg/m3, metanol 1080 mg/m3) hányadosát 15 perces értékelési indexként (15-min-BWI) számították ki: 15-min-BWI =
15 min középérték 15 min MAK-érték
(5)
Az 5. ábra a forrászónára számított 15-min-BWI -t mutatja be a különböző keverőberendezésekre (RWA) vonatkoztatva. Az aceton és metanol esetében a 15 perces értékek valamennyi RWA-nál kisebbek voltak 0,20-nál. Ezeknél az anyagoknál megállapítható, hogy a rövid idejű MAK-értékek a kezelőnyílás nyitása utáni első 15 percben biztosan betarthatók. Másként van ez a jelentősen illékonyabb diklór-metán esetében. 2500 literes RWA-tól felfelé a 15 perces BWI-értékek 1,0 fölött vannak, a számított értékek a rövid idejű MAK-értéket meghaladják. Ebben az esetben munkahelyi méréseket kell végezni a forrászónában ténylegesen fellépő terhelés meghatározására. A kezelőnyílást megfelelő helyi elszívással kell ellátni.
1,5
15-perces értékelési index
aceton diklór-metán metanol 1
0,5
határérték-túllépés
tartósan biztonságos betartás
0 100 l-es keverőberendezés
500 l-es keverőberendezés
1000 l-es keverőberendezés
2500 l-es keverőberendezés
6000 l-es keverőberendezés
5. ábra Standard keverőberendezésekből származó oldószergőzökre a forrászónában számított 15 perces értékelési index (15-min-BWI) Az 5. ábrán bemutatott eredmények alapján általánosságban megállapítható, hogy az RWA környezetében a kezelőnyílás rövid idejű (15 perces) nyitásánál csak az alacsony MAK-értékű, könnyen illó oldószereknél várható határérték-túllépés. Ezeket az eredményeket a továbbiakban egyszerűen kezelhető eljárás- és anyagspecifikus kritériumokkal fejlesztették tovább. A fejlesztés részeként a TRGS 402 alapján meghatározták a rövid idejű veszélyeztetési számot (KGZ) c s , mg / m 3 KGZ = 15 min MAK, mg / m 3
(6)
Ebben az egyenletben a cs meghatározott hőmérsékleten az oldószer telített gőzkoncentrációját jelenti. A vizsgált oldószerek KGZ-értékei szobahőmérsékleten (20 °C) 15 (etanol) és 32 000 (trietil-amin) között voltak. A rövid ideig nyitott kezelőnyílásoknál fellépő körülmények leírására szükségesnek látszott az anyagspecifikus KGZ-érték mellett a berendezésre jellemző paraméter, az ún. berendezésindex (AI) bevezetése is. Ezt az értéket az (1) egyenlet alapján a következőképpen határozták meg:
AI = A 2 ⋅ ÖG
− 0,55
∆h ⋅ cm
−0,29 ⋅ÖG − 0,71
(7)
Az AI tehát az illető berendezésen lévő kezelőnyílás felületének nagyságát, a nyitottság és a feltöltöttség fokát foglalja magába. A további egyszerűsítéshez bevezették a RAI relatív berendezésindexet, ez az 1000 literes RWA berendezésindex névleges térfogati töltöttségénél 1 értéket jelent. Erre az AIértékre vonatkoztatva számítják a vizsgált üzem többi berendezésére a dimenzió nélküli RAI-számot, a 100 literes RWA-ra vonatkozó 0,6-tól a 3000 literes és 6000 literes RWA-k 1,6 értékéig. Az anyagokra vonatkozó KGZ-értékekből és a berendezésekre vonatkozó RAI-értékekből képezik azután a munkahelyre vonatkozó 15 perces összveszélyeztetési indexet (GI): GI = KGZ·RAI
(8)
A 6. ábrán 15 perces BWI-értékek láthatók, ahol a 15 perces koncentráció-középértékek és a rövid idejű MAK-értékek hányadosai a különböző oldószerekre és berendezésekre vonatkozó GI-értékek függvényeként jelennek meg. Konkrétan olyan 500 és 1000 literes berendezéseket vizsgáltak meg, amelyek tisztítási céllal acetonnal, metanollal és tetrahidrofurannal voltak megtöltve. Mintavétel céljából mindig 15 percre nyitották meg a kezelőnyílást és a nyílás közvetlen közelében FTIR mérőrendszerrel mérték a veszélyesanyagkoncentrációt. Az acetonra, metanolra és tetrahidrofuránra ezen a módon mért BWI-értékeket a hozzájuk tartozó GI-értékek függvényeként mint pontokat ábrázolták a 6. ábrán. A mért értékek a modell szerint számított értékek tartományában fekszenek. A (8) egyenlettel bevezetett GI-érték tehát lehetővé teszi a rövid ideig nyitott kezelőnyílás közelében kialakult munkahelyi veszélyesanyag-terhelés egyszerű és gyakorlathoz közel álló értékelését. A 6. ábra szerint maximálisan 15 percen keresztül tartó munkánál erre a munkahelyre a GI segítségével az alábbi végkövetkeztetések vezethetők le: – 800 GI-értékig a rövid idejű MAK-érték (15 perces BWI < 0,5) biztonságos betartása várható, – határérték-túllépések (15 perces BWI > 1) 1600 GI-értéktől lépnek fel, – megfelelő környezeti feltételek mellett sok oldószernél és keverőberendezésnél biztonsággal betartható a rövid idejű MAK-érték (rövid idejű veszélyeztetési szám KGZ < 500). 800 GI-érték fölött az eredmények alátámasztására, bizonyítására munkahelyi méréseket célszerű végezni, és megelőző intézkedések szükségesek a dolgozók védelmére. A 6. ábra szerinti kritikus értékekhez tartozó paramétereknél ajánlott a feltételeket a legrosszabb eset becslés értelmében megválasztani.
1,5
15-perces értékelési index
modell mért érték lineáris (modell)
határérték-túllépés
1
0,5
tartósan biztos betartás
0 0
500
1000
1500
2000
összveszélyeztetési index
6. ábra A 15 perces értékelési index (15-min-BWI) ábrázolása a veszélyeztetési index függvényében a standard keverőberendezés kezelőnyílása fedelének 15 perces megnyitásánál
Összefoglalás Számítási eljárást mutatnak be a rövid ideig nyitott kezelőnyílások közelében a levegő oldószer-koncentrációjának értékelésére. A számítási eljárás kidolgozása szempontjából jelentős volt az emisszióforráson (kezelőnyílás) kibocsátott szennyező anyag mennyiségének megállapítása. Kimutatták, hogy a forrás erőssége, ill. az oldószer tömegáramának emissziósebessége emelkedik: – a telítettgőz-koncentrációval és az oldószer diffúziós koefficiensével, – a kezelőnyílás felületével és az oldószerfelülettel, – az oldószerfelület és a kezelőnyílás közti távolság csökkenésével, – a kezelőnyílás feletti légáramlási sebességgel. Ezen körülmények kvantitatív modellezése módosított gőzdiffúziós modellel vált lehetővé. A kezelőnyílás közelében az oldószergőzök terjedésének modellezésére a kétzónás modell mutatkozott megfelelőnek. Ezzel a modellel 23 m3-es forrászóna-térfogatra adódtak hagyományos koncentrációértékek az oldószerterhelésre. A környező munkatér terhelését egyzónás modellel és 100 m3-es fiktív teremtérfogat segítségével írták le. Az emisszióforráson kibocsátott szennyező anyag mennyiségének és az oldószergőzök terjedésének meghatározására szolgáló modell megfelelőségét
technikumi körülmények között, 100 literes keverőberendezésnél végzett széles körű vizsgálatokkal igazolták. A kezelőnyílás környékén rövid idejű munkahelyi határértékek betartásának megítélésére a modell alapján egyszerű anyag- és berendezésspecifikus kritériumokat fejlesztettek ki. A számítási egyenleteket az össz-veszélyeztetési számmal (GI) összefoglalt rövid idejű veszélyeztetési számra (KGZ) és relatív berendezésindexre (RAI) vezették vissza. Az erre a célra kifejlesztett 6. ábrával és a termelő üzemben végzett mérésekkel igazolni lehetett, hogy a kezelőnyílás 15 perces nyitvatartásánál a szerves oldószerek nagy részének esetében a rövid idejű MAK-értékek biztonsággal betarthatók (GI < 800). A kritikus 800 GI érték fölött a számítási eredményeket mérésekkel kellene ellenőrizni, és megelőző jelleggel védelmi intézkedéseket kell bevezetni (pl. helyi elszívás). Megállapítható, hogy a munkahelyi koncentrációk előzetes kiszámítására kifejlesztett modellek alapján célzottabban és rövidebben végrehajthatók a mérési programok. A vizsgálat azt mutatta, hogy az elfogadott számítási eljárások a jövőben jelentős mértékben hozzájárulhatnak a munkahelyi káros anyagok miatti veszélyeztetés felismeréséhez és megítéléséhez. (Dr. Csokonay Józsefné) Ritter, A.; Gries, S. stb.: Gefährdung durch Lösemitteldämpfe bei Arbeiten an kurzzeitig geöffneten Rührkesselreaktoren. = Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, 62. k. 10. sz. 2002. p. 411–418. Ritter, A.; Billert, H. stb.: Einsatz eines FTIR-Spektrometers in der chemischen und pharmazeutischen Industrie zur Messung von organischen Lösemitteln in der Arbeitsplatzatmosphäre. = Gefahrstofe – Reinhaltung der Luft, 59. k. 9. sz. 1999. p. 327–336.
