A R C H I V E S of F O U N D R Y E N G I N E E R I N G Published quarterly as the organ of the Foundry Commission of the Polish Academy of Sciences ISSN (1897-3310) Volume 12 Special Issue 1/2012 113 118 20/1 Wpływ procesów odlewniczych na poziom stężenia pyłów respirabilnych na stanowiskach pracy w odlewni żeliwa Streszczenie K. Kowalski Zakład Metalurgiczny ALSTOM Power, ul. Stoczniowa 2, 82-300 Elbląg, Polska Jednym z głównych zagrożeń powstających w środowisku pracy w trakcie produkcji odlewów żeliwnych są pyły przemysłowe a w szczególności pyły frakcji respirabilnej (pęcherzykowej). Pył całkowity to zbiór wszystkich cząstek otoczonych powietrzem w określonej objętości. Za frakcję respirabilną pyłu uważa się zbiór cząstek przechodzących przez selektor wstępny (metoda filtracyjnowagowa) o średniej wartości średnicy aerodynamicznej 3.5 0.3 m z odchyleniem standardowym 1.5 0.1 m. Pyły respirabilne przyczyniają się w znaczącym stopniu do chorób płucnych a w szczególności pylicy płuc W warunkach procesów odlewniczych cząstki pyłu respirabilnego zawierają także inne szkodliwe substancje między innymi metale i ich związki. Pomiary narażenia zawodowego na pyły na stanowiskach pracy w zakładach odlewniczych żeliwa wskazują, że szczególnie wysokie stężenia pyłów respirabilnych występują na stanowiskach pracy wybijacza odlewów, formierza, wytapiacza i wykańczacza odlewów. W kwietniu 2009 roku uruchomiono w Zakładzie Metalurgicznym ALSTOM Power w Elblągu produkcję wielkogabarytowych (do 60 ton) odlewów z żeliwa sferoidalnego. Już na etapie wstępnej oceny ryzyka, na podstawie danych literaturowych założono, że jednym ze znaczących zagrożeń na stanowiskach formowania odlewów będzie pył przemysłowy. Pomiary zapylenia wykonane na tych stanowiskach w latach 2009 2011 potwierdziły oceny wstępne. Pomimo nowoczesnej instalacji odpylania pieców indukcyjnych wyposażonej w ujęcie pyłów znad tygla (system Tornado) oraz ogólnej, wymuszonej wentylacji hali (wentylatory dachowe), w przypadku większości pomiarów stanowiskowych przeprowadzonych metodą dozymetrii indywidualnej stwierdzono przekroczenia NDS pyłu respirabilnego w odniesieniu do 8- godzinnego czasu pracy. W trakcie tych samych badań zauważono, że przekroczenia NDS pyłu całkowitego wystąpiły tylko w przypadku 2 pomiarów na stanowisku formowania odlewów. Zgodnie z wymaganiami prawa pracy zobowiązano wszystkich pracowników odlewni żeliwa do ciągłego stosowania półmasek przeciwpyłowych. Przekroczenia NDS pyłu respirabilnego na stanowiskach formowania rejestrowano zarówno w dni kiedy prowadzono wytop metalu w elektrycznych piecach indukcyjnych jak i w dni bez wytopu. O ile operacje spustu metalu do kadzi, sferoidyzacji czy zalewania form w sposób oczywisty wpływają na wzrost poziomu stężenia pyłów respirabilnych na stanowiskach formowania o tyle zrodziło się pytanie jakie jeszcze procesy produkcyjne lub czynności wykonywane na tych stanowiskach przyczyniają się do wysokiego poziomu stężenia pyłów respirabilnych. 1. Wprowadzenie W Polsce, podobnie jak w innych krajach europejskich pomiary zapylenia wykonuje się w oparciu o tradycyjną metodę filtracyjno wagową (mierzony przepływ powietrza, pył gromadzony na filtrze, ważenie). Do oceny narażenia na pyły wykonywane są pomiary stężenia pyłu zawieszonego w powietrzu w otoczeniu człowieka (pył całkowity) i pyłu osadzającego się w pęcherzykach płucnych (pył respirabilny). Badania stężenia pyłów na stanowiskach pracy prowadzone są przez akredytowane laboratoria w oparciu o normy i metody: a. w zakresie pobierania próbek powietrza na stanowiskach pracy: norma PN-Z-04008-7:2002 ze zmianą Az1:2004 Ochrona czystości powietrza. Pobieranie próbek. A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l u m e 1 2, S p e c i a l I s s u e 1 / 2 0 1 2 113
mg/ m3 Zasady pobierania próbek w środowisku pracy i interpretacja wyników. b. w zakresie pyłu całkowitego i respirabilnego w powietrzu: norma PN-91/Z-04030/05 Ochrona czystości powietrza. Oznaczanie pyłu całkowitego na stanowiskach pracy metodą filtracyjno-wagową, norma PN-91/Z-04030/6. Ochrona czystości powietrza. Oznaczanie pyłu respirabilnego na stanowiskach pracy metodą filtracyjno wagową. Do przeprowadzenia pomiarów stosuje się metodę dozymetrii indywidualnej z wykorzystaniem aspiratorów indywidualnych. Zakres roboczy metody dla pyłu całkowitego mieści się w zakresie 0.5-42.0 mg/m 3 a dla pyłu respirabilnego od 0.3 do 22.0 mg/m 3. Zgodnie z wymogami prawa Najwyższe Dopuszczalne Stężenie (NDS) równoważne podczas 8 godzinnego czasu pracy dla pyłu całkowitego zawierającego wolną krystaliczna krzemionkę od 2 do 50% wynosi 4.0 mg/m 3 a dla pyłu respirabilnego 1.0 mg/m 3. Warto zaznaczyć, że przy zastosowaniu metody dozymetrii indywidualnej okres poboru próbek wynosi nie mniej niż 75% czasu zmiany roboczej (360 minut). Jak wspomniano na wstępie pomiary wykonane w latach 2009-2011 na stanowiskach formowania odlewów żeliwnych w Zakładzie Metalurgicznym ALSTOM Power wykazały, że na 20 wykonanych pomiarów indywidualnych w 18 przypadkach odnotowano przekroczenia NDS pyłu respirabilnego. Przekroczenia NDS dla pyłu całkowitego wystąpiły tylko w przypadku 2 pomiarów. Biorąc pod uwagę fakt, że zbadany udział frakcji respirabilnej w pyle całkowitym wahał się w granicach 36 71% średnio 51.5%, można wnioskować, że procesy odlewnicze, operacje i czynności wykonywane na stanowiskach formowania odlewów żeliwnych generują w dużej mierze frakcje respirabilne pyłów. Na rysunku Nr 1 zaprezentowano wyniki pomiarów zapylenia na stanowisku formierz przeprowadzonych w latach 2009 2011. 6 5 4 3 2 1 0 22.05.09 22.05.09 17.06.09 16.07.09 Rys. 1. Wyniki pomiarów zapylenia na stanowiskach formowania w odniesieniu do 8 godzinnego czasu pracy W opinii specjalistów, w odniesieniu do pyłów całkowitych i respirabilnych metody filtracyjno wagowe cechują się wystarczającą dokładnością ale w przypadku frakcji drobnych (pyły respirabilne i tchawiczne) wymagają, w normalnych warunkach produkcyjnych długiego okresu poboru powietrza dla wyłapania wystarczającej ilości pyłów do oznaczenia ich stężenia. W praktyce pomiarowej, w zależności od stężenia pyłów w powietrzu jest to co najmniej kilkadziesiąt minut. Metoda ta praktycznie uniemożliwia określenie wpływu krótkotrwałych, pyłotwórczych procesów lub czynności na poziom stężenia pyłów. Utrudnia to dokonanie prawidłowego doboru klasy ochron dróg oddechowych jak również udokumentowania w jakim stopniu dany proces czy czynność wpływa na ostateczny wynik pomiaru stanowiskowego odniesionego do 8 godzinnego czasu pracy. Określenie wpływu procesów odlewniczych oraz czynności wykonywanych na stanowiskach formowania na poziom stężenia pyłów stało się zagadnieniem o tyle istotnym, że przekroczenia NDS dla pyłu respirabilnego notowano zarówno w dni kiedy prowadzono topienie metalu i zalewanie jak również w dni kiedy wytopów nie było. Nie zauważalny był także wpływ pory roku na poziom zapylenia. W wieloletnich pomiarach 03.09.09 03.09.09 01.02.10 01.02.10 04.11.10 04.11.10 23.02.11 23.02.11 27.04.11 16.08.11 12.10.11 Pył całkowity Pc Pył respirabilny Pr zapylenia na stanowiskach formowania odlewów staliwnych wyraźną poprawę warunków pracy notowano w okresie letnim co wiąże się ze znacznie lepszą wentylacją naturalną hali. Należy wziąć także pod uwagę znaczy dyskomfort jaki powoduje obowiązkowe stosowanie np. półmaski przeciwpyłowej przez całą, 8 godzinną zmianę roboczą, szczególnie na stanowiskach formowania gdzie wykonywanych jest dużo ręcznych prac transportowych (ochładzalniki, kształtki ceramiczne), czynności wchodzenia i schodzenia na formy czy do kesonu itp. 3. Pomiary zapylenia na stanowiskach wykonywania odlewów żeliwnych z zastosowaniem miernika GRIMM Biorąc pod uwagę ograniczenia metody filtracyjno wagowej podjęto w Zakładzie Metalurgicznym decyzję o uruchomieniu projektu badawczego z wykorzystaniem innej, optycznej metody określającej stężenia pyłów. Mierniki optyczne są szczególnie 114 A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l u m e 1 2, S p e c i a l I s s u e 1 / 2 0 1 2
mg/ m3 przydatne przy badaniach drobnych frakcji pyłów, w tym pyłów respirabilnych. Istotną zaletą metody optycznej jest także możliwość ciągłego pomiaru stężenia pyłów (odczyt co 6 sekund w trybie szybkim i co 1 minutę w trybie normalnym) oraz jednoczesnego pomiaru stężenia i ilości cząstek w trzech zasadniczych frakcjach pyłów: frakcji wdychanej (inhalable), stanowią ją wszystkie cząstki zawieszone wdychane przez nos i usta, tchawicznej (thoracic), stanowią ja cząstki frakcji wdychanych wnikających poza krtań - respirabilnej (alveolic), stanowią ją frakcje cząstek docierających (wnikających) do bezrzęskowych dróg oddechowych. Na potrzeby pomiarów zakupiony został optyczny miernik cząstek, model 1.108 niemieckiej firmy GRIMM Aerosol Technik. Optyczny miernik cząstek GRIMM używa technologii załamania światła dla pojedynczych pomiarów cząstek, gdzie jako źródło światła zastosowany został laser. Rozproszony sygnał z cząstki przechodzi przez wiązkę lasera i jest wychwytywany na lustrze a potem odbity do diody odbiorczej. Sygnał z diody zostaje wzmocniony i odczytany przez wielokanałowy klasyfikator rozmiarów. W przypadku zakupionego modelu rejestrowanych jest 15 frakcji cząstek od 0.35 do 22.5 m. Powietrze z atmosfery zasysane jest przez wewnętrzną pompę kontrolującą przepływ z prędkością 1.2 litra/minutę (prędkość wejściowa uwzględniająca wentylacje płuc człowieka). Dodatkowo cząstki pyłu wychwytywane są na filtrze teflonowym co pozwala na wykonanie pomiaru wagowego dla sprawdzenia prawidłowości ustawienia współczynnika masowego dla danego rodzaju pyłów (faktor C ustawiony fabrycznie ma wartość 1.0). Uruchomiony projekt badań obejmował równoległe wykonanie pomiarów zapylenia: na stanowisku formierza (dozymetria indywidualna, metoda filtracyjno - wagowa), w obszarze stanowisk formowania, otoczenia stanowisk (dozymetria w stałym punkcie, metoda filtracyjno-wagowa) w obszarze stanowisk formowania, otoczenia stanowisk (spektrometr optyczny GRIMM). Celem równoległych pomiarów było porównanie wyników osiąganych metodami referencyjnymi (filtracyjno wagowa) z wynikami oznaczeń metodą optyczną. Przyjęto także następujące okoliczności wykonania pomiarów na stanowiskach formowania: w trakcie zmiany roboczej przy niepracujących piecach indukcyjnych do topienia metalu metodą filtracyjno-wagową i optyczną (6 godzinny pobór próbek, rejestracja stężenia miernikiem optycznym co 1 minutę), w trakcie zmiany roboczej przy pracujących piecach metodą filtracyjno-wagową z podziałem poboru pyłów na okres do spustu metalu (ok. 4 godzin) oraz po spuście do końca zmiany roboczej (spust do kadzi, ściąganie żużla, sferoidyzacja, zalewanie ok. 2 godzin), miernikiem optycznym rejestracja ciągła z odczytem co 1 minutę, przy osiągnięciu porównywalnych wyników obiema metodami wykonanie miernikiem optycznym GRIMM pomiarów stężenia pyłów w trakcie krótkotrwałych czynności generujących zapylenie (oczyszczanie układu zasilającego sprężonym powietrzem, zamiatania, sypanie masy do formy, spawanie, itp.). W trakcie pomiarów zwracano szczególną uwagę na wykonywane na stanowiskach formowania prace oraz inne okoliczności wpływające na wzrost stężenia pyłu respirabilnego rejestrowanego przez miernik optyczny w formie wykresu. Porównanie pomiarów pokazało, że wyniki osiągane przy zastosowaniu miernika optycznego GRIMM są bardzo zbliżone do wyników osiąganych metoda referencyjno-wagową. Przedstawia to rys. 2. 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 20.12.11 13.01.12 27.01.12 Rys. 2. Wyniki pomiarów zapylenia pyłem respirabilnym wykonanych metodą filtracyjno-wagową i optyczną Pomiary przeprowadzone według podanych wyżej założeń wykazały, że wyraźny wzrost stężenia pyłów respirabilnych na 08.02.12 09.02.12 15.02.12 22.02.12 23.02.12 09.0312 Pomiar indywidualny Pomiar stacjonarny Pomiar spektrometrem stanowiskach wykonywania odlewów żeliwnych następuje od momentu spustu metalu do kadzi, a w szczególności w trakcie A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l u m e 1 2, S p e c i a l I s s u e 1 / 2 0 1 2 115
prowadzonego następnie procesu sferoidyzacji żeliwa. Średnie stężenie pyłów respirabilnych określonych metodą filtracyjnowagową wahało się w granicach 1.07 1.52 mg/m 3, chwilowe stężenia maksymalne rejestrowane przez miernik optyczny zawierały się w przedziale 6.40 13.92 mg/m 3 co oznacza kilkunastokrotne przekroczenie NDS dla pyłu respirabilnego. Rys. 3. Stężenia pyłu całkowitego i respirabilnego na stanowisku formowania odlewów w dniu prowadzenia wytopu w piecach indukcyjnych Rys. 4. Stężenia pyłu całkowitego i respirabilnego na stanowisku formowania odlewów w dniu kiedy nie prowadzono wytopu w piecach indukcyjnych W trakcie zmiany kiedy nie prowadzono wytopu oraz w okresie do spustu metalu do kadzi, średnie stężenie pyłów respirabilnych określone metodą filtracyjno-wagową wahało się w granicach 0.37 0.57 mg/m 3 a chwilowe stężenia maksymalne zarejestrowane przez miernik GRIMM zawierały się w przedziale 1.0 2.07 mg/m 3. Badania porównawcze wykazały także, że współczynnik masowy ustawiony fabrycznie w mierniku optycznym (wartość 1.0) nie wymaga zmiany wartości dla pyłów pobieranych na stanowiskach formowania. Miernik optyczny GRIMM wyposażony jest w filtr teflonowy pozwalający porównać wyliczoną przez przyrząd teoretyczną masę pobranej próbki z masą pobraną faktycznie i określoną metodą wagową. W drugim etapie badań na stanowiskach formowania wykonano pomiary stężenia pyłów respirabilnych w trakcie krótkotrwałych czynności, które w ocenie wizualnej mogą mieć znaczący wpływ na wyniki indywidualnych pomiarów stanowiskowych a co za tym idzie przyczyniać się do występowania przekroczeń NDS pyłu respirabilnego. Pomiary wykonano miernikiem optycznym GRIMM przy zastosowaniu szybkiego trybu odczytu stężenia pyłów (co 6 sekund) w trakcie czynności: przedmuchiwania sprężonym powietrzem modelu, formy, układu wlewowego, zamiatania posadzki, sypania masy formierskiej z mieszarki (rękaw) do formy, 116 A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l u m e 1 2, S p e c i a l I s s u e 1 / 2 0 1 2
spawania ożebrowania formy, w otoczeniu czynności spawania i sypania masy formierskiej, pobytu na formie wysokiej (2.5 m), otwarcia bramy hali, otwarcia kurtyny nawiewu powietrza z zewnątrz (system wentylacji wymuszonej), wpływu szlifowania odlewów żeliwnych na stanowiskach wykańczania. Zarejestrowane przykłady wpływu różnych czynności na poziom stężenia pyłu respirabilnego i całkowitego pokazane są poniżej. Rys. 7. Wpływ spawania na poziom stężenia pyłów Rys. 5. Wpływ zastosowania sprężonego powietrza na poziom stężenia pyłów Rys. 6. Wpływ zamiatania posadzki na poziom stężenia pyłów Wyniki pomiarów pokazały w sposób wyraźny, że niektóre z wymienionych wyżej czynności mają znaczący wpływ na wzrost stężenia pyłu respirabilnego i mogą powodować występowanie przekroczeń NDS odniesionego do 8 godzinnego czasu pracy nawet w trakcie zmian roboczych kiedy nie jest prowadzone topienie metalu i zalewanie form. Pokazuje to także jak duży wpływ na poziom stężenia pyłów respirabilnych ma sposób wykonywania pracy przez formierzy. Rys. 8. Wpływ otwarcia bramy hali na poziom stężenia pyłów W trakcie zamiatania posadzki hali zanotowano chwilowe stężenia pyłów respirabilnych na poziomie 12.84 mg/m 3, w trakcie zastosowania sprężonego powietrza na poziomie 3.96 mg/m 3, w trakcie sypania masy formierskiej 3.22 mg/m 3 a spawania 2.87 mg/m 3. Nie bez znaczenia jest także wciąż funkcjonujący wśród pracowników stereotyp, że jak pomiary będą bez przekroczeń to coś zostanie im zabrane, słowem wzorem lat ubiegłych np. dodatek za pracę w warunkach szkodliwych. Często jest zauważalne, że w trakcie pomiaru stanowiskowego pracownik wykonuje szereg prac, szczególnie tych generujących wzmożone zapylenie czy hałas z dużo większym natężeniem niż wynika to ze zwyczajowego przebiegu zmiany roboczej. 4. Podsumowanie Przeprowadzone badania wpływu procesów odlewniczych i czynności wykonywanych na stanowisku formowania odlewów żeliwnych w Zakładzie Metalurgicznym ALSTOM Power na poziom stężenia pyłów respirabilnych prowadzą do następujących wniosków: 1. W dni kiedy nie jest prowadzony wytop metalu nie występują przekroczenia NDS pyłu respirabilnego odniesionego do 8 godzinnego czasu pracy. 2. W dni kiedy wytop jest prowadzony, do momentu spustu metalu do kadzi nie występują przekroczenia NDS pyłu respirabilnego. A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l u m e 1 2, S p e c i a l I s s u e 1 / 2 0 1 2 117
3. Przekroczenia NDS pyłu respirabilnego występują przez kilkadziesiąt minut od momentu spustu metalu do kadzi, w trakcie sferoidyzacji żeliwa i zalewania formy. 4. Duży wpływ na końcowy wynik pomiaru stanowiskowego odniesionego do 8 godzinnego czasu pracy maja czynności i sposób ich wykonywania przez pracowników, a w szczególności zamiatanie posadzki hali i stosowanie sprężonego powietrza. 5. Pracownicy uczestniczący w pomiarach indywidualnych często w sposób świadomy mogą wpływać na wyniki pomiaru zapylenia na stanowisku pracy. 6. Zastosowanie miernika optycznego GRIMM pozwoliło zbadać wpływ krótkotrwałych procesów i czynności na poziom stężenia pyłów respirabilnych na stanowisku pracy. 7. Możliwość określenia miernikiem optycznym maksymalnych stężeń pyłów pozwala na precyzyjny dobór rodzaju i klasy środka ochrony dróg oddechowych. 8. Zastosowanie miernika optycznego wraz z dedykowanym oprogramowaniem pozwala na wizualizację wyników pomiarów stężenia pyłów co jest znakomitym sposobem budowania świadomości pracowników w zakresie wpływu procesów odlewniczych jak również ich samych na poziom zapylenia na stanowisku pracy. 9. Realizacja programu pomiarów znalazła zastosowanie praktyczne w postaci zmiany zasad stosowania ochron dróg oddechowych na stanowiskach formowania odlewów żeliwnych. Zniesiono obowiązek ciągłego stosowania ochron w ciągu całej zmiany roboczej. Wykonano system dźwiękowego i optycznego informowania pracowników formierni o obowiązku stosowania ochrony dróg oddechowych - w trakcie zmiany roboczej kiedy prowadzone są wytopy (system uruchamiany przed rozpoczęciem spustu metalu do kadzi) oraz określono inne czynności kiedy stosowanie ochrony jest obowiązkowe lub zalecane. Literatura [1] Makhniashvili, I., Szewczyńska, M., Ekiert, E. & Pośniak M. (2006). Zalecenia dotyczące poprawy warunków pracy w odlewniach żeliwa, CIOP-PIB Warszawa. [2] Jankowska, E. & Pośniak, M. (2006). Występowanie pyłów w powietrzu otaczającym człowieka, Bezpieczeństwo Pracy No.5 (2006). 118 A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l u m e 1 2, S p e c i a l I s s u e 1 / 2 0 1 2