Opracował: dr inż. Marcin Jachowicz
Hełmy ochronne
Wiele stanowisk pracy w takich gałęziach przemysłu ja np. górnictwo, energetyka, budownictwo, leśnictwo stwarza zagrożenia dla głowy pracownika. Do najpoważniejszych z tych zagrożeń należą urazy mechaniczne. Środkiem ochrony indywidualnej chroniącym głowę pracownika jest grupa poniżej opisanych przemysłowych hełmów ochronnych. Ich głównym zadaniem jest zabezpieczenie głowy użytkownika przed:
- uderzeniami pochodzącymi od spadających przedmiotów,
- uderzeniami o nieruchome niebezpieczne obiekty na stanowisku pracy,
- poprzecznie działającymi siłami ściskającymi,
- oraz dodatkowo przed otwartym płomieniem, odpryskami stopionego metalu, porażeniem prądem elektrycznym.
Ponadto hełmy ochronne spełniające wymagania normy PN-EN 397:1997 służą również jako konstrukcja bazowa dla innych środków ochrony indywidualnej np. osłon oczu i twarzy, ochronników słuchu, osłon karku itp.
Przemysłowe hełmy ochronne w zależności od przeznaczenia różnią się konstrukcją. Nie mniej tego można wskazać na ich trzy wspólne elementy: skorupę, więźbę oraz pas główny.
Najważniejszym elementem hełmu z punktu widzenia elektrostatyki jest skorupa. Jej podstawowym zadaniem jest przejęcie uderzenia, częściowe pochłonięcie jego energii i przekazanie pozostałej jej części na więźbę. Najczęściej stosowanymi surowcami do produkcji skorup są: polietylen, poliamid, ABS i kompozyty mat szklanych utwardzanych żywicami syntetycznymi. Zasadniczą wadą tych materiałów, głównie ze względu na właściwości elektrostatyczne takie jak: wysoka rezystancja, ograniczone możliwości odprowadzenia zgromadzonego ładunku (sposób mocowania), łatwość wprowadzenia ładunków na powierzchnię (pocieranie), jest możliwość powodowania zagrożeń w strefach gdzie występuje atmosfera wybuchowa.
W zależności od budowy i oferowanego stopnia ochrony wśród przemysłowych hełmów ochronnych można wyróżnić następujące ich typy:
Przemysłowe hełmy lekkie
Przemysłowy hełm lekki zabezpiecza pracownika w przypadku zagrożenia głowy uderzeniem o twarde, nieruchome przedmioty, które może wywołać powierzchniowe urazy skóry głowy. Spełnia on wymagania normy PN-EN 812:2002 i jest przedstawiony na rys. 1.
Rys. 1. Przykładowe konstrukcje przemysłowych hełmów lekkich
Przemysłowe hełmy ochronne
Przemysłowy hełm ochronny zabezpiecza pracownika jeżeli jest on zagrożony przez spadające przedmioty, które mogą uderzając w część ciemieniową głowy spowodować np. poważne uszkodzenia czaszki, mózgu lub kręgów szyi. Spełnia on wymagania normy PN-EN 397:1997. Przykładowe konstrukcje takich hełmów przedstawiono na rys. 2.
Rys. 2. Przykładowe konstrukcje przemysłowych hełmów ochronnych
Wysokoskuteczne hełmy ochronne
Wysokoskuteczny hełm ochronny zabezpiecza pracownika w przypadku występowania zagrożeń uderzenia przez spadające przedmioty o dużej energii i ostrych krawędziach oraz uderzenia pozaciemieniową częścią głowy o niebezpieczne obiekty na stanowisku pracy. Spełnia on wymagania normy PN-EN 14052: 2006(U). Przykładowe rozwiązanie przedstawiono na rys.3.
Rys. 3. Przykładowa konstrukcja wysokoskutecznego hełmu ochronnego
Środki ochrony oczu i twarzy
Wiele stanowisk pracy w takich gałęziach przemysłu ja np. górnictwo, energetyka, budownictwo, leśnictwo, a także życie codzienne stwarza zagrożenia dla oczu i twarzy człowieka. Istniejąca naturalna ochrona oka w postaci spojówki chroniącej przed zanieczyszczeniami i zakażeniem (w wyniku wytworzenia cienkiej warstwy lekko oleistego płynu łzowego) może być niewystarczająca. W takich przypadkach konieczne jest stosowanie środków ochrony oczu. Powinny być one stosowane tam gdzie występują następujące zagrożenia:
- uderzenia,
- promieniowanie optyczne,
- pyły i gazy,
- krople i rozbryzgi cieczy,
- stopione metale i gorące ciała stałe,
- łuk elektryczny.
Do ochrony przed wymienionymi czynnikami służą następujące cztery podstawowe kategorie środków ochrony oczu:
- okulary ochronne,
- gogle ochronne,
- osłony twarzy,
- osłony spawalnicze (do tej kategorii ochron oczu zaliczamy spawalnicze: tarcze, przyłbice, gogle i kaptury).
W wymienionych kategoriach środków ochrony oczu montuje się wizjery, szybki ochronne, siatki lub filtry (do grupy filtrów zaliczamy: filtry spawalnicze, filtry chroniące przed nadfioletem, filtry chroniące przed podczerwienią, filtry chroniące przed olśnieniem słonecznym, filtry chroniące przed promieniowaniem laserowym). Wszystkie kategorie środków ochrony oczu składają się, z części przeziernej (wizjery, szybki, siatki lub filtry) oraz z ramki (dla okularów i gogli) lub korpusu wraz z nagłowiem (dla osłon).
Okulary ochronne są najbardziej powszechnie stosowaną ochroną oczu. Mogą one być wyposażone w osłony zabezpieczające przed dostaniem się niebezpiecznych rozbryzgów cieczy lub odprysków ciał stałych od strony czoła i od strony bocznej. Przykładowy model okularów ochronnych przedstawiono na rys. 4.
Rys. 4. Okulary ochronne
Gogle ochronne (rys. 5) spełniają wyższe wymagania, szczególnie w zakresie szczelności. Ich konstrukcja zapewnia ścisłe przyleganie do twarzy użytkownika, co sprawia, że mogą być one stosowane także do ochrony przed czynnikami biologicznymi. Zarówno okulary jak
i gogle ochronne ze względu na małą powierzchnię i dobre przyleganie do ciała użytkownika nie powinny pozwalać na nadmierne gromadzenie się ładunku elektrostatycznego, a tym samym stwarzać dużego zagrożenia wybuchowego w atmosferach wybuchowych.
Rys. 5. Gogle ochronne
Osłony twarzy chronią całą twarz, a duża powierzchnia ochronna minimalizuje prawdopodobieństwo przeniknięcia do wnętrza niebezpiecznych rozbryzgów cieczy. Ze względu na stosunkowo dużą powierzchnię osłon i możliwość ich odizolowania od ciała użytkownika poprzez elementy mocujące istnieje duże ryzyko gromadzenia nadmiernej ilości ładunków elektrostatycznych.
Osłony spawalnicze stanowią ostatnią podstawową kategorię środków ochrony oczu. Zapewniają one ochronę użytkownika przed szkodliwym promieniowaniem optycznym i innymi specyficznymi rodzajami zagrożeń, powstającymi np. podczas spawania.
Wspólnym elementem dla większości opisanych powyżej kategorii ochron oczu jest szybka ochronna. Jej podstawowym zadaniem jest ochrona przed uderzeniami. Wykonuje się ją z polimetakrylanu metylu, octanu celulozy oraz (w przeważającej części) poliwęglanu o grubościach od 0,25 mm do 3 mm. Materiał ten charakteryzuje bardzo duża wytrzymałość mechaniczna. Wadą poliwęglanu, głównie ze względu na właściwości elektrostatyczne takie jak: wysoka rezystancja, ograniczone możliwości odprowadzenia zgromadzonego ładunku (sposób mocowania), łatwość wprowadzenia ładunków na powierzchnię (pocieranie), jest możliwość powodowania zagrożeń w strefach gdzie występuje atmosfera wybuchowa. Powszechne jest również (szczególnie dla gogli) nakładanie warstw zapobiegających zaparowaniu, zarysowaniu, promieniowaniu UV lub/i IR. Wszystkie wprowadzane powłoki mogą mieć znaczny wpływ (dodatni jak i ujemny) na właściwości elektrostatyczne środków ochrony oczu i twarzy.
Problematyka elektryczności statycznej w środowisku pracy
Elektryczność statyczna jest zjawiskiem występującym powszechnie zarówno w warunkach naturalnych jak również na stanowiskach pracy w środowiskach przemysłowych.
Stan naelektryzowania powstaje w większości przypadków w efekcie przemian lub procesów fizykochemicznych, w których zachodzą oddziaływania o charakterze dynamiczno-kinetycznym i może być bezpośrednim skutkiem działalności człowieka.
Wytworzony ładunek elektrostatyczny gromadzi się z reguły na materiałach o małej przewodności elektrycznej lub na obiektach przewodzących odizolowanych dielektrykami o oporze upływu Ru>106 Ω. Zagadnienie wynikające z występowania elektryczności statycznej i gromadzenia się ładunku dotyczy przede wszystkim:
- przemysłu chemicznego, w tym petrochemicznego (przemysłu naftowego), przetwórstwa tworzyw sztucznych,
- przemysłu wydobywczego,
- transportu niebezpiecznych substancji,
- gazowni i elektrowni,
- przemysłu spożywczego.
Zjawisko to może wywoływać szereg różnorodnych zaburzeń w środowisku pracy, a przede wszystkim:
- zagrożenie pożarowo-wybuchowe,
- zakłócenia technologiczne w przebiegu procesu produkcji,
- zakłócenia w funkcjonowaniu aparatury pomiarowo-kontrolnej,
- niekorzystny wpływ powstających pól elektromagnetycznych na organizm człowieka.
Występowanie elektryczności statycznej szczególnie w miejscach, gdzie mogą pojawić się mieszaniny wybuchowe, jest szczególnie groźne z punktu widzenia potencjalnych skutków dla pracownika. W prawie Unii Europejskiej, a tym samym w prawie polskim dyrektywa ramowa 89/391/EWG i Kodeks Pracy nakłada na pracodawcę odpowiedzialność za zapewnienie pracownikom bezpieczeństwa i ochrony zdrowia. Należy to robić stosując metody organizacyjne, techniczne, środki ochrony zbiorowej lub wreszcie środki ochrony indywidualnej.
Unormowania prawne w zakresie ochrony życia i zdrowia pracowników zatrudnionych
w miejscach zagrożonych wybuchem określa dyrektywa 99/92/EC (dyrektywa Atex 137) z 16 grudnia 1999 roku w sprawie minimalnych wymagań mających na celu poprawę stanu bezpieczeństwa i ochrony zdrowia pracowników potencjalnie narażonych na ryzyko spowodowane atmosferami wybuchowymi. Została ona wprowadzona do prawa polskiego na mocy Rozp. Min Gosp., Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 maja 2003 r, (Dz. U. nr 107, poz. 1004), z późniejszymi zmianami, (w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy związanej z możliwością wystąpienia w miejscu pracy atmosfer wybuchowych).
Zgodnie z dyrektywą Atex w strefie zagrożenia wybuchem należy wyeliminować wszystkie potencjalne źródła zapłonu. Jednym z efektywnych źródeł zapłonu może być elektryczność statyczna powstała np. poprzez możliwość naelektryzowania ciała człowieka. Może ono nastąpić w wyniku używania przez pracownika niewłaściwych środków ochrony indywidualnej, a w szczególności w momencie ich kontaktu i tarcia z elementami zewnętrznymi. Środki takie (odzież, przemysłowe hełmy ochronne, ochrony twarzy, obuwie, itd.) wykonane w większości przypadków z tworzyw sztucznych o małej przewodności elektrycznej mogą przyczynić się do powstania niebezpiecznych wyładowań iskrowych lub wyładowań snopiących, co w przypadku, gdy energia wyładowania jest większa od minimalnej energii zapłonu atmosfery wybuchowej, może stać się źródłem zapłonu. Szczególnie niebezpieczne są wysokoenergetyczne wyładowania iskrowe z powierzchni ciała człowieka.
Zgodnie z §12 pkt 3 Rozporządzenia Ministra Gospodarki "... tam, gdzie atmosfera wybuchowa może pojawić się w ilościach zagrażających bezpieczeństwu i zdrowiu, w oparciu o ocenę ryzyka, osoby pracujące zaopatruje się w odpowiednie ubiory, które nie przyczyniają się do powstania wyładowań elektrostatycznych, mogących wywołać zapłon atmosfery wybuchowej". Dlatego też w strefie zagrożenia wybuchem należy stosować antyelektrostatyczne środki ochrony indywidualnej. Wymagania dla tych środków zostały sformułowane w rozporządzeniu MG z dnia 21 grudnia 2005 r. (Oz.U. nr 259, poz. 2173), które przenosi do prawa polskiego dyrektywę 89/686/EWG w sprawie zasadniczych wymagań dla środków ochrony indywidualnej.
W związku z masową produkcją i stosowaniem przemysłowych hełmów ochronnych jak i ochron oczu i twarzy wykonanych z tworzyw sztucznych powstaje problem, w jaki sposób ocenić zagrożenie wybuchem z punktu widzenia możliwości występowania elektryczności statycznej. Należy zwrócić szczególna uwagę na to czy:
- tworzywo, z którego wykonany jest hełm lub osłona oczu i twarzy może ulec niebezpiecznemu naelektryzowaniu w warunkach ich użytkowania,
- noszenie hełmów oraz ochron oczu i twarzy (ich zakładanie i zdejmowanie) może wywołać niebezpieczne naelektryzowanie.
W warunkach użytkowania tworzywa, z których wykonany jest tego typu sprzęt mogą ulec niebezpiecznemu naelektryzowaniu na skutek:
- tarcia zewnętrznych powierzchni tkaninami, foliami, itp.,
- ruchu powietrza (zwłaszcza zanieczyszczonego),
- bombardowania powierzchni cząstkami stałymi,
- tarcia wewnętrznych powierzchni o skórę i włosy użytkownika (podczas zakładania i zdejmowania).
Szczegółowe wymagania dla niektórych środków ochrony indywidualnej zawarte są w odpowiednich normach zharmonizowanych. W chwili obecnej istnieją trzy znormalizowane metody badawcze (opisane w normach zharmonizowanych z dyrektywą 89/686/EWG). Dwie z nich PN-EN 1149-1:2008 i PN-EN 1149-2:1999 dotyczą wyznaczania rezystancji powierzchniowej lub/i skrośnej materiałów, a trzecia PN-EN 1149-3:2007 dotyczy wyznaczania czasu zaniku ładunku i współczynnika ekranowania dla materiałów odzieżowych.
Istnieją także normy polskie nie będące normami europejskimi: PN-91/P-04871, PN-92/E-05203 i PN-E-05204:1994, które nie są zharmonizowane z dyrektywą 89/686/EWG.
Do tej pory nie powstały natomiast normy polskie ani europejskie dotyczące badań przemysłowych hełmów ochronnych oraz osłon oczu i twarzy umożliwiających ocenę ich przydatności do stref zagrożonych wybuchem.
Ocena przydatności hełmów ochronnych oraz środków ochrony oczu i twarzy w strefach zagrożonych wybuchem
Aktualnie dostępnych jest kilka metod laboratoryjnych oceny przydatności wyrobów do stosowania w warunkach zagrożenia wybuchem. Wśród nich można wyróżnić grupy metod obejmujących badania:
- zdolności zapalania mieszanin wybuchowych w wyniku elektryzacji próbek materiałów lub całych wyrobów,
- wartości ładunku przemieszczanego w wyładowaniu elektrycznym,
- właściwości elektrostatycznych materiałów zastosowanych do ich wytworzenia.
Ostatnia z nich to najczęściej stosowana grupa, głównie ze względu na najwyższą, w porównaniu do pozostałych, powtarzalność i jednoznaczność otrzymywanych wyników badań. Zakładają one, że wyrób można traktować jako antyelektrostatyczny wówczas, gdy jest on wykonany z materiału, który w warunkach użytkowania nie ulega elektryzacji lub elektryzuje się w stopniu dopuszczalnym. W ramach tej grupy metod można wyróżnić trzy podstawowe kryteria umożliwiające ocenę własności elektrostatycznych materiałów: kryterium rezystancyjne, kryterium napięciowe i kryterium czasu zaniku ładunku elektrostatycznego. Kryteria te charakteryzują zdolność materiału do generowania lub rozpraszania ładunku elektrycznego. Jeżeli stopień rozpraszania ładunku jest większy niż jego generowania to zgromadzony na materiale ładunek będzie niski, a materiał może być zakwalifikowany jako antyelektrostatyczny. Ocena prowadzona w oparciu o kryterium rezystancyjne polega na pomiarze rezystancji materiału. Zgodnie z tym kryterium (PN-92/E-05203), materiały przeznaczone do stosowania w strefach zagrożonych wybuchem powinny charakteryzować się wartościami rezystancji nie większymi niż 106 W. Kryterium rezystancyjne ma zastosowanie jedynie do materiałów jednorodnych i nie jest właściwe do oceny wielu nowoczesnych materiałów kompozytowych, których elementy charakteryzują się różną rezystancją. Kryterium napięciowe stanowi, że potencjał powierzchniowy w czasie użytkowania wyrobu w obecności substancji palnych o minimalnej energii zapłonu W < 0,1 mJ powinien być mniejszy niż 1 kV, natomiast w przypadku substancji o minimalnej energii zapłonu 0,1 mJ < W < 0,5 J powinien być mniejszy niż 3 kV. Stosowanie kryterium napięciowego wymaga uwzględnienia, że potencjał pochodzący od ładunku powierzchniowego zgromadzonego na wyrobie jest zależny od właściwości otaczającego środowiska (temperatura, wilgotność), od przestrzennego rozłożenia ładunku (kształtu wyrobu) oraz od warunków przeprowadzania badań, które nie zawsze odpowiadają warunkom użytkowania. Ocena w oparciu o kryterium czasu zaniku ładunku elektrostatycznego polega na pomiarze czasu relaksacji ładunku, po którym wielkość ładunku elektrostatycznego zmniejsza się do 1/e wartości początkowej. Stosowanie tego kryterium w praktyce jest utrudnione z powodu braku odpowiednich metod oceny oraz problemów dotyczących elektryzowania i monitorowania ładunku.
Dobór hełmów ochronnych oraz środków ochrony oczu i twarzy do stosowania w strefach zagrożonych wybuchem
Zastosowanie podanych wyżej kryteriów do oceny własności elektrostatycznych hełmów ochronnych i środków ochrony oczu i twarzy jest możliwe tylko w wyspecjalizowanym laboratorium. Środki te są wyrobami złożonymi, wykonanymi w znacznej mierze ze sztywnych elementów z tworzyw sztucznych, z których nie jest możliwe pozyskanie odpowiednich próbek do badania uniwersalnymi metodami przeznaczonymi do badania tkanin. W związku z tym użytkownik lub pracownik służb BHP nie ma możliwości samodzielnej oceny sprzętu pod kątem możliwości jego stosowania w strefach zagrożonych wybuchem. W przypadku konieczności dokonania takiej oceny jak również warunków późniejszej eksploatacji i konserwacji sprzętu należy kierować się informacjami przedstawianymi przez producentów oraz bezwzględnie przestrzegać warunków zapisanych w instrukcjach użytkowania sprzętu. Informacje te muszą być potwierdzone wynikami badań, posiadanymi certyfikatami lub deklaracją zgodności sprzętu.