Расчет устройств для защиты работников от опасных и вредных факторов на производстве

УДК 331.45 
ББК  65.246 
К29 
 
 
 
Рецензенты: 
профессор Департамента природно-технических систем и техносферной безопасности  
Политехнического института Дальневосточного федерального университета,  
доктор технических наук А. И. Агошков; 
профессор Высшей школы управления природными ресурсами Тихоокеанского  
государственного университета, доктор химических наук Л. П. Майорова 
 
 
 
 
 
Катин, В. Д. 
К29  
Расчет устройств для защиты работников от опасных и вредных факторов на производстве : учебное пособие / В. Д. Катин, А. А. Журавлев ; 
под общ. ред. проф. В. Д. Катина. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 
2024. – 148 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-2127-0 
 
Рассмотрены теоретические сведения из важных разделов учебных дисциплин 
«Расчет и проектирование систем обеспечения безопасности», «Безопасность жизнедеятельности», преподаваемых студентам направления подготовки «Техносферная безопасность» и «Промышленная теплоэнергетика». Уделено внимание актуальным вопросам устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов на предприятиях железнодорожного транспорта и теплоэнергетики. Для закрепления теорети- 
ческих и практических знаний студентов приведены тестовые задания по повышению 
промышленной безопасности работы объектов котлонадзора. 
Для студентов очной и заочной форм обучения по направлению подготовки магистратуры 20.04.01 «Техносферная безопасность» (по профилю «Защита в чрезвычайных ситуациях»). Может быть полезно студентам технических специальностей 
при изучении учебной дисциплины «Безопасность жизнедеятельности», а также аспирантам, магистрантам и бакалаврам направления подготовки «Промышленная теплоэнергетика». 
 
УДК 331.45 
ББК  65.246 
 
 
ISBN 978-5-9729-2127-0 
” Катин В. Д., Журавлев А. А., 2024 
” Дальневосточный государственный университет  
путей сообщения, 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 
 

Введение 
 
В соответствии с Конституцией РФ, каждый гражданин нашей страны 
имеет право на комфортные условия труда, отвечающие требованиям безопасности и гигиены. Об этом свидетельствует Федеральный закон № 197-ФЗ «Трудовой кодекс Российской Федерации» (ТК РФ), согласно которому на всех промышленных предприятиях никакие производственные показатели не должны 
ставиться выше, чем сохранение здоровья и обеспечение безопасности человека [1, 2]. 
В реальных условиях эксплуатации объектов железнодорожного транспорта увеличение интенсивности и длительности воздействия опасных и вредных факторов в производственной среде, нарастание тяжести и напряженности 
трудовых процессов, в случае если своевременно не будут приниматься необходимые меры безопасности, приведут к росту травматизма и увеличению профессиональных заболеваний. 
Одним из основополагающих стандартов ССБТ является ГОСТ 12.0.004-2015 
«Организация обучения безопасности труда», который предусматривает включение вопросов охраны труда в выпускные квалификационные работы, а также 
в курсовые проекты, выполняемые студентами направлений подготовки «Тех- 
носферная безопасность», «Нефтегазовое дело», «Промышленная теплоэнергетика» и др. 
Несомненно, это будет способствовать повышению качества обучения будущих магистров и бакалавров, степени их подготовки для решения многообразных вопросов по улучшению состояния охраны труда как при создании новых 
технологий, машин и оборудования, так и при реконструкции и расширении действующих предприятий, а также модернизации производственных процессов. 
Выполнение конкретных производственных задач, направленных на обеспечение здоровых и безопасных условий труда, способствует также не только 
формированию практических навыков, но и выработке тактики и стратегии прогнозирования и планирования мероприятий по обеспечению производственной 
и экологической безопасности, ресурсосбережению, а также в сфере защиты 
населения и территорий от ЧС техногенного и природного характера. 
Таким образом, целью учебной дисциплины «Расчет и проектирование 
систем обеспечения безопасности» является изучение различных инженерных 
технических решений и принципов их расчета для формирования у студентов 
теоретических и практических навыков, способствующих повышению уровня 
знаний в сфере охраны окружающей среды и ресурсосбережения, безопасности 
производства, а также в области защиты населения от чрезвычайных ситуаций 
техногенного и природного характера. 
В результате изучения дисциплины студенты могут обосновать выбор принятых средств обеспечения безопасности, выполнить соответствующие разделы 
магистерских диссертаций и ВКР по различным проблемам обеспечения безопасности на рабочих местах в конкретных производственных подразделениях, 
а также в сфере экологической безопасности и защиты населения и территорий 
от ЧС природного и техногенного характера. 
3 
 

Дисциплина «Расчет и проектирование систем обеспечения безопасности» 
относится к базовой части профессионального цикла основной образовательной 
программы направления подготовки магистратуры 20.04.01 «Техносферная безопасность» (по профилю «Защита в чрезвычайных ситуациях»). 
Авторы выражают слова признательности и благодарности профессору 
Департамента природно-технических систем и техносферной безопасности По- 
литехнического института Дальневосточного федерального университета, доктору технических наук Александру Ивановичу Агошкову и профессору Высшей 
школы управления природными ресурсами Тихоокеанского государственного 
университета, доктору химических наук Людмиле Петровне Майоровой за большой труд по рецензированию рукописи учебного пособия и высказанные пожелания при подготовке ее к изданию.  
Авторы считают необходимым также выразить искреннюю признательность всем сотрудникам кафедры «Техносферная безопасность» ДВГУПС и лично заведующему кафедрой, доктору биологических наук Мидхату Хайдаровичу 
Ахтямову за поддержку и помощь при написании данного учебного пособия. 
 
 
 
4 
 

Глава 1 
 
БЕЗОПАСНОСТЬ, ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ УРОВНЕЙ 
ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ, 
КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ И ЕЕ АНАЛИЗ 
 
1.1. Понятие безопасности жизнедеятельности, 
характеристика ее уровней 
 
Несмотря на безусловную важность глобальной системы жизнедеятель- 
ности с позиции общечеловеческой цивилизации, реальным приоритетом в существовании каждого отдельного человека или группы людей обладает все же 
локальная система жизнедеятельности, которая включает в себя ближайшее 
техногенное, природное и социальное окружение человека. Она является основным объектом исследований с позиций безопасности жизнедеятельности. 
С точки зрения состояния существования системы, безопасность – это состояние объектов, при котором с достаточной вероятностью исключено проявление по отношению к ним различных угроз и опасностей. 
С точки зрения степени устойчивости системы, безопасность – это динамическое равновесие, обеспечивающее поддержание важных для существования 
системы параметров в допустимых пределах нормы. 
С точки зрения воздействий на объекты системы, безопасность – это непревышение допустимых значений внешнего воздействия на объекты защиты потоков вещества, энергии и информации. 
Наконец, с юридической точки зрения, в ФЗ «О безопасности» устанавливается следующее базовое определение: «безопасность – состояние защищенности жизненно важных интересов личности, общества и государства от внешних 
и внутренних угроз». Тем самым к основным объектам безопасности законодательно отнесены: личность – ее права и свободы; общество – его материальные и духовные ценности; государство – конституционный строй, суверенитет, 
его территориальная целостность. Именно эти объекты определяют смысл системы структурных уровней безопасности человека, одновременно ранжируя их 
по приоритетности. 
В учебной литературе дается определение «безопасности» как состояния 
эффективной защищенности системы взаимосвязанных структурных уровней 
личности, общества, государства и международного (мирового) сообщества от 
совокупности факторов, создающих опасность или угрозу самому существованию, интересам и возможности развития этой системы. 
Принципиально важным в приведенном определении является подход, 
при котором безопасность трактуется не с точки зрения отсутствия опасности, 
что принципиально недостижимо, а как определенная степень защищенности 
выделенных объектов от различных угроз их интересам. При этом предпола- 
5 
 

гается, что угрозы, характеризующие тот или иной уровень опасности, в большинстве случаев возникают независимо от желания самих защищаемых объектов. В связи с этим для обеспечения безопасности этих объектов оказывается 
возможным необходимым взаимное сравнение уровня угрозы и уровня их за- 
щищенности по отношению к ним. 
Используемый в определении «безопасности» термин «эффективная защищенность» призван подчеркнуть, что эффективный характер безопасности 
любых объектов предполагает не только их всестороннюю защиту, но и проведение по отношению к ним при необходимости легитимных превентивных мер 
по уменьшению самого уровня угрозы (опасности). 
Необходимым условием правомерности проведения такого рода превентивных мер является их легитимный (от латинского legitimus – законный, согласованный с законом) характер. В противном случае незаконные превентивные 
меры по эффективной защите объектов безопасности сами рискуют превратиться в дополнительный источник угрозы (опасности). 
Таким образом, в полном составе упомянутые выше структурные уровни 
безопасности выделенных объектов включают в себя: 
– первый структурный уровень – безопасность человека, защищенность 
жизнедеятельности и здоровья каждой отдельной личности от различного рода 
угроз природного, техногенного или социального характера; 
– второй структурный уровень – безопасность общества, защищенность 
жизнедеятельности и здоровья отдельных групп населения от различного рода 
угроз экологического, террористического, эпидемиологического или экономического характера; 
– третий структурный уровень – безопасность государства, защищенность 
его независимости, территориальной целостности, экономических и политических интересов от различного рода угроз регионального, международного или 
глобального характера; 
– четвертый структурный уровень – безопасность международного (ми- 
рового) сообщества, защищенность самого существования и возможности эф- 
фективного развития всех компонентов общечеловеческой цивилизации от раз- 
личного рода угроз глобального, биосферного или космологического характера. 
Перечисленные структурные уровни безопасности объектов в силу их безусловной связи с человеком и его средой обитания одновременно можно считать 
структурными уровнями безопасности жизнедеятельности. 
Понятие «безопасность жизнедеятельности» является весьма многоплановым и обозначает в том числе и науку о безопасном взаимодействии человека 
с техносферой, а в более широком смысле – со средой обитания. Иначе говоря, 
традиционно в данном научном направлении рассматривается преимуществен- 
но лишь локальная система жизнедеятельности как образующая своего рода 
фундамент безопасности для объектов более высокого уровня общности, составляющих глобальную систему жизнедеятельности (рис. 1.1). Соответственно, 
можно выделить поле, действия локальной безопасности, которое представляет 
собой часть более общего пространства глобальной безопасности жизнедеятельности. 
6 
 

 
Рис. 1.1. Взаимосвязь уровней жизнедеятельности и безопасности 
 
Кроме того, говоря о локальной безопасности жизнедеятельности, следует 
учитывать, что в последнее время наметилась тенденция обобщенного рассмотрения жизнедеятельности как комплексного безопасности системного свойства, 
требующего использования системного подхода к проблеме защищенности политической, предпринимательской информационной и других видов деятельности, имеющих не столько техногенный, сколько социальный характер. 
Общая цель безопасности жизнедеятельности заключается в обеспечении 
эффективной защищенности приемлемых условий существования человека и его 
среды обитания от превышения допустимого воздействия негативных факторов 
на всех структурных уровнях безопасности. 
Таким образом, собственно проблема обеспечения безопасности жизне- 
деятельности сводится к сравнению и установлению соответствия в течение необходимого времени t степени воздействия негативного фактора или угрозы U(t) 
и степени защищенности S(t) объектов различных структурных уровней по одному или нескольким параметрам, важным для безопасности этих объектов: 
 
S(t) • U(t).   
 
     
 
         (1.1) 
 
При этом необходимо, чтобы речь шла именно о соответствии сравниваемых степеней активной защищенности и угрозы или как минимум непревы- 
шении уровня угрозы над степенью защищенности объектов безопасности, что 
и отражено в приведенном условии. 
В противном случае, если имеет место неравенство: 
 
U(t) ! S(t).   
 
 
 
         (1.2) 
 
Безопасность жизнедеятельности защищаемых объектов не обеспечена в 
требуемой мере.  
7 
 

Из простого примера соотнесения ожидаемого уровня паводковых вод и 
высоты возводимых защитных дамб следует, что, несмотря на принадлежность 
угрозы паводка ко второму структурному уровню, характеризующему безопасность общества, на самом деле степень защищенности от такой угрозы паводка 
затрагивает также и интересы многих конкретных людей, чьи дома находятся 
в зоне возможного затопления паводковыми водами. Иными словами, степень 
угрозы всегда действует не только на присущем ей структурном уровне безопасности жизнедеятельности, но распространяется также и на все предшествующие 
(более низкие) структурные уровни безопасности. 
В результате, выделяя четыре основных структурных уровня безопасности жизнедеятельности относительно личности, общества, государства и международного (мирового) сообщества, можно утверждать, что угрозы, действующие 
на первом структурном уровне, затрагивают обычно лишь безопасность жизнедеятельности отдельной личности, но не сказываются на безопасности после- 
дующих структурных уровней. Исключение составляют люди, олицетворяющие 
собой государственную власть или оказывающие существенное влияние на состояние общества. В этом случае проблемы безопасности жизнедеятельности 
выходят за рамки отдельной личности и должны рассматриваться на втором, 
третьем или даже четвертом структурных уровнях. 
Негативные факторы (угроза, опасность), действующие на втором структурном уровне по отношению к обществу, неизбежно будут распространяться 
и на первый структурный уровень безопасности жизнедеятельности человека, 
но вовсе не обязательно они должны отражаться на третьем или четвертом структурных уровнях безопасности государства и международного (мирового) сообщества. Исключением являются лишь те виды опасностей, которые затрагивают 
значительную часть общества и могут существенно повлиять на общее состояние 
государства в целом, например, районные масштабные вооруженные конфликты 
или эпидемии. 
Наконец, опасности, действующие по отношению к объекту третьего структурного уровня безопасности – государству (например, в виде экономического 
дефолта или угрозы внешней военной агрессии), несомненно, будут распространяться и на все предшествующие структурные уровни безопасности жизнедеятельности как отдельных групп общества, так и каждого проживающего в этом 
государстве человека. Одновременно подобного рода опасности почти наверняка окажут свое воздействие и на общий уровень международной обстановки, 
отразившись в падении котировок акций и индексов деловой активности на мировых фондовых, товарно-сырьевых и валютных биржах. 
Таким образом, негативные факторы (опасности, угрозы), действующие 
на определенном структурном уровне безопасности жизнедеятельности, обязательно распространяются на все предшествующие, более низкие структурные 
уровни безопасности и лишь в качестве исключения могут затрагивать последующие, более высокие, ее структурные уровни. 
 
8 
 

Отмеченную взаимозависимость структурных уровней безопасности, неизбежно и часто в неявном виде приводящую к распространению угрозы (опасности) с какого-либо высокого структурного уровня на более низкие, наглядно 
можно представить в виде «эффекта разбегающихся волн». Изредка при особом 
стечении обстоятельств наблюдается и обратный эффект, при котором внешне 
незначительные угрозы (опасности) низкого структурного уровня могут повлечь 
за собой весьма значительные изменения на существенно более высоких структурных уровнях безопасности. 
При проектировании устройств и систем на предприятиях, основным требованием безопасности является предотвращение воздействия вредных и опасных производственных факторов на работающих и снижение выбросов окружающую среду.  
Проектировать новые и реконструировать действующие предприятия следует в соответствии с нормативными документами. При размещении объектов 
на генеральном плане предприятия необходимо соблюдать санитарно-защитные 
зоны и противопожарные разрывы. Производственные здания надо располагать 
с учетом направления господствующего ветра, чтобы на них не перелетали искры при пожаре жилых зданий или других объектов. При планировке территории предприятия необходимо стремиться к созданию простой схемы проездов. 
Она должна отвечать следующим требованиям: 
– соответствовать поточности производства, обеспечивать удобство и кратчайшую связь между зданиями и сооружениями, а также перевозку грузов и готовой продукции по наиболее коротким расстояниям с минимальным количеством пересечений и встречных движений; 
– транспортные магистральные проезды нельзя совмещать с пешеходными 
дорожками. 
Площадку предприятия располагают на ровном возвышенном месте с небольшим уклоном, обеспечивающим отвод поверхностных вод, с уровнем грунтовых вод ниже глубины подвалов, траншей, смотровых ям. Ровная поверхность 
территории обеспечивает удобство и повышает безопасность движения людей 
и транспортных средств. 
 Предприятия, отдельные здания и сооружения с технологическими процессами, являющимися источниками выделения в окружающую среду вредных 
и (или) пахучих веществ, а также источниками шума, вибрации, инфразвукового 
и электромагнитного излучения, статического электричества, отделяют от жилой застройки санитарно-защитными зонами. 
Санитарно-защитные зоны – это обязательный элемент любого промышленного предприятия и других объектов, которые могут быть источниками химического, биологического или физического воздействия на окружающую среду 
и здоровье человека. Они предназначены: 
 – для обеспечения требуемых гигиенических норм содержания в приземном слое атмосферы загрязняющих веществ, уменьшения отрицательного влияния на окружающее население предприятий, транспортных коммуникаций, линий электропередач и факторов физического воздействия (шума, вибраций, инфразвука, электромагнитных волн и статического электричества); 
  
9 
 

– создания санитарно-защитного барьера между территорией предприятия 
(группы предприятий) и территорией жилой застройки; 
 
– организации дополнительных озелененных площадей с целью усвоения 
ассимиляции, и фильтрации загрязнителей атмосферного воздуха. 
В соответствии с действующими Санитарными правилами и нормами для 
предприятий, их отдельных зданий и сооружений установлены следующие минимальные размеры санитарно-защитных зон: для предприятий I класса – 1000 м; 
II класса – 500 м; III класса – 300 м; IV класса – 100 м, V класса – 50 м. 
Санитарно-защитные зоны протяженностью 1000 м отделяют производства аммиака, азотной кислоты, азотно-туковых удобрений и др. Санитарно- 
защитные зоны протяженностью 500 м установлены для мясокомбинатов, про- 
изводств соляной кислоты, антибиотиков, складов пестицидов вместимостью 
свыше 500 т и др. 
 
К предприятиям III класса (300 м) относят склады пестицидов вместимостью от 50 до 500 т, предприятия или цехи по первичной обработке и переработке молока, фруктов, овощей, производства химических реактивов, пластмасс, 
мельницы и т. п.  
Санитарно-защитные зоны протяженностью 100 м отделяют элеваторы, 
производства пищевого спирта, мыла, рыбокомбинаты, молочные заводы, теплицы и парники, склады минеральных удобрений и пестицидов вместимостью 
до 50 т, кормоцехи, гаражи и парки по ремонту, технологическому обслуживанию и хранению автомобилей и сельскохозяйственной техники и т. д. 
Санитарно-защитная зона протяженностью 50 м установлена для автозаправочных станций, кондитерских фабрик, консервных заводов, производства 
спичек, углекислоты, хлебозаводов, хранилищ овощей, картофеля, зерна и др. 
Для предприятий без выброса вредных веществ санитарно-защитную зону 
не устанавливают. 
 
В границах санитарно-защитных зон предприятий 1, II и III классов, а также в зонах повышенной протяженности допускается размещать предприятия, 
их отдельные здания и сооружения с производствами меньшего класса вредности, чем основное производство. При этом должно выполняться условие выделения аналогичных по составу, но меньших по количеству выбросов. К таким 
предприятиям относятся пожарные депо, бани, прачечные, гаражи, стоянки автомобилей, нежилые помещения для дежурного аварийного персонала и охраны предприятий и т. п. 
Для предприятий IV и V классов санитарно-защитные зоны должны быть 
максимально озеленены – не менее 60  площади; для предприятий II и III классов – не менее 50 ; для предприятий ȱ класса и зон большей протяженности – 
не менее 40 . 
Расположение на территории предприятия зданий и сооружений относительно сторон света и направления господствующих ветров должно обеспечивать наиболее благоприятные условия для естественного освещения и проветривания помещений. 
10 
 

Производственные здания и сооружения следует размещать на территории предприятия по ходу производственного процесса. При этом их необходимо 
группировать с учетом общности санитарных и противопожарных требований. 
Производства, характеризующиеся резким шумом, необходимо размещать в изолированных зданиях и помещениях. 
При объединении в одном здании цехов с различными санитарно-гигиеническими условиями помещения с одинаковой вредностью необходимо группировать и располагать смежно, изолируя более вредные участки от менее вредных. Производства, сопровождающиеся значительными тепло- и газовыделе- 
ниями, следует размещать в одноэтажных зданиях. С целью создания наиболее 
благоприятных условий для естественной вентиляции продольную ось здания 
располагают перпендикулярно или под углом не менее 45ƒ к направлению господствующих ветров. 
Помещения горячих цехов, а также помещения с вредными выделениями 
(газов, паров, пыли) следует располагать у наружных стен здания. За счет этого 
обеспечивается приток свежего воздуха и естественная вентиляция помещения. 
Цеха холодной обработки металлов, сборочные и другие, а также склады готовой продукции располагают вблизи заготовительных цехов и главного входа, 
как и цеха с большой численностью работающих. Деревообрабатывающие це- 
ха являются огнеопасными, поэтому их целесообразно располагать как можно 
дальше от горячих цехов. 
Электростанции, теплоэлектроцентрали, котельные, склады топлива располагают с подветренной стороны по отношению к другим, зданиям, так как 
при их работе выделяются газы, дым, гарь, пыль. 
Взрыво- и пожароопасные объекты, а также склады горючих и легковоспламеняющихся материалов размещают на самостоятельных участках за пределами территории предприятий. Открытые склады угля, а также наиболее опасные и вредные производства должны отстоять от производственных зданий не 
менее чем на 20 м, от бытовых помещений – на 25 м, а от вспомогательных 
зданий – на 50 м. Эти разрывы следует озеленять. 
При определении расстояний между зданиями сопоставляют требования 
Санитарных правил и норм и Правил пожарной безопасности. Если протяженность санитарно-защитных зон окажется меньше противопожарных разрывов, 
то выбирают требуемый противопожарный разрыв. 
 
1.2. Концепция безопасности и анализ технических средств 
комплексной системы безопасности 
 
К основным фондам охраны труда и основных инженерных средств производственной санитарии относят установки кондиционирования воздуха, вытяжной и приточной вентиляции, стационарные устройства для борьбы с шумом 
и вибрацией, средства защиты от избыточного тепла и др. 
Создание новых технологий предполагает применение высокоэффективных машин и механизмов, содержащих конструктивные элементы, которые обес11