Учет безопасности при проектировании научных центров: основные примеры
Проектирование с целью снижения газовой опасности
Большинство опасностей, возникающих на нанотехнологическом объекте, относятся к категориям, которые хорошо известны специалистам из различных отраслей (рис. 8.12). Вместе с тем на нем требуется объединение разного технического опыта, так как необходима междисциплинарная информация о безопасности. Конструкции, показанные в этом примере, являются стандартными и установлены на большинстве полупроводниковых предприятий, хотя они не всегда применяются на нанотехнологических объектах, на которых работают с такими же или аналогичными исходными материалами. Однако выбор таких
Рис. 8.12. Примеры различных конструктивных решений, применяемых для снижения опасностей в ВМС
известных технологий является важным элементом при проектировании объекта, где используются наноматериалы.
В качестве примера общих концепций безопасного проектирования, которые используются в ВЫС, приведем методы ослабления газовых опасностей. Программа обеспечения безопасности в ВЫС имеет четкую иерархию: Профилактика —> Мониторинг —> Индивидуальные средства защиты. В качестве цели на этом направлении была сформулирована разработка программ профилактики, предусматривающих применение технических средств контроля, чтобы устранить или минимизировать опасности. Там, где эти элементы контроля не обеспечивают 100% защиты, вторым уровнем защиты выступают системы мониторинга, задача которых — оповестить людей, находящихся в центре, при возникновении потенциально опасных ситуаций. И наконец, последним барьером между опасностью и человеком выступают индивидуальные средства защиты (рис. 8.13).
Для ослабления воздействия опасных газов самым главным является предупреждение такого воздействия. Первый шаг такого подхода — ограничение доступа к потенциально опасным зонам объекта. Чтобы отделить такие зоны от
Рис. 8.13. Иерархия мер безопасности при проектировании и эксплуатации В1ЧС
участков общего пользования, была разработана система доступа посредством специальных карт. Затем эти зоны были классифицированы на основе необходимости доступа в них персонала и уровня их опасности. Например, к клеточной конструкции, в которой находятся баллоны с газом, доступ имеет ограниченное число лиц. Этот отсек закрыт на специальный замок, ключ от которого выдается только имеющим доступ к ним. То же самое сделано в отношении газораспределительных помещений. Дополнительные замки установлены и на газовые шкафы, так как они являются опасными элементами. Системы видеоконтроля фиксируют посещение этих участков, что помогает защищать их от взлома и документирует любую подозрительную деятельность. Эти меры оказались достаточно эффективными и восприняты положительно большинством пользователей. Для уточнения происходившего и установления личностей лиц, приходивших на такие участки, используются видеокамеры, что в целом также оценивается положительно.
Чтобы опасные материалы не смешивались с обычными, их поступление в рабочий отсек осуществляется через разные стеллажи. Работники, обслуживающие тяжелые или громоздкие предметы, должны выполнять свои обязанности отдельно от работников, выполняющих операции с газовыми баллонами или стеклянными емкостями с кислотами. Персонал, работающий на стеллажах приема опасных материалов, знает об этих опасностях и поэтому ведет себя соответственно. Кроме того, работники, занимающиеся получением обычных материалов или выполняющие какие-то операции с громоздким оборудованием, не должны беспокоиться о том, что рядом с ними трудятся их коллеги, работающие с опасными материалами. Такое разделение стеллажей распространяется и на поступающие и отправляемые из центра газовые баллоны. Размещение этих баллонов рядом со зданием должно осуществляться в соответствии с положениями нормативных документов и обеспечивать их безопасное хранение и защиту от атмосферных воздействий. Конечно, эти баллоны не должны находиться на пути транспортировок других материалов и оборудования.
Для пирофорных и взрывоопасных газов необходима дополнительная защита. Так, на основе расчетов, подтвержденных затем экспериментально, было установлено, что при детонации силана возникающая волна избыточного давления, опасная для человека, распространяется на 12 футов (около 3,5 м). Для снижения этой опасности был сооружен специальный бункер с тремя литыми бетонными стенами, четвертая стена и крыша гасят удар. Внутри этого бункера
Рис. 8.14. Пирофорный бункер в Центре нанотехнологий Бирк. Помимо стены, гасящей удар, так же конструктивно сделана и крыша, чтобы в случае взрыва рассеять его энергию
находятся газовые шкафы для всех пирофорных и/или взрывоопасных газов, а за гасящей удар стеной снаружи находится зона безопасности длиной 16 футов (около 5 м). На входе в бункер стоит взрывозащищенная дверь, закрываемая на замок. Входить в этот бункер может ограниченное число сотрудников, имеющих соответствующую подготовку. Устройства, контролирующие состояние газовых шкафов, вынесены из бункера и находятся за бетонной стеной. Это позволяет инженеру во время выполнения операций с баллонами находиться в безопасном месте (рис. 8.14).
Для газов, не являющихся пирофорными и взрывоопасными, отдельно построено два газовых здания. Доступ к ним осуществляется из зоны опасных материалов, но сами эти помещения отделены от этой зоны. Это обеспечивает два уровня безопасности: доступ к зоне опасных материалов вообще ограничен, а для входа в газовые помещения необходим свой ключ. Каждый опасный газ находится внутри газового шкафа, установленного в этом помещении. В каждом шкафу располагается не более двух газовых баллонов. Баллоны, находящиеся в одном шкафу, должны содержать совместимые друг с другом газы и создавать похожие виды опасности. В помещениях, в которых работают с газообразными веществами, устанавливаются взрывозащищенные электрические компоненты, а горючие газы находятся в отдельном помещении от токсичных газов.
Все опасные газы, относящиеся по шкале 14БРА к любой категории и имеющие показатель 3 и выше, должны размещаться в газовых шкафах, установленных в газовых помещениях. В этих помещениях давление должно поддерживаться ниже давления в прихожей и наружи, а в газовых шкафах ниже, чем в газовом помещении.
Рис. 8.15. Внутренний вид газовых шкафов, используемых в ВЫС. В шкафу с несколькими баллонами могут находиться только совместимые друг с другом газы. Как правило, это одни и те же газы разной концентрации
Эти шкафы обеспечивают режим автоматизированной продувки и имеют дополнительные механизмы и меры безопасности, такие как датчики избыточного давления, отверстия для снижения мощности потока и устройства отключения системы в случае сбоя. В них используется конструкция, создающая высокую турбулентность с высоким давлением выхлопных газов — 200 кубических футов (около 5,66 м3) в минуту при перепаде давления воды в 0,02 дюйма (1 дюйм = 2,54 см). За работой этих приборов ведется контроль при помощи автоматизированных датчиков и манометров, установленных рядом со шкафами, с визуальным считыванием их показателей. Все шкафы оборудованы устройствами пожаротушения (рис. 8.15 и 8.16).
Следующий участок по степени уязвимости — распределительный трубопровод подводки опасных газов к местам их использования. Трубопровод выполнен в виде коаксиальных труб из нержавеющей стали с инертным газом (аргоном), заполняющим пространство между трубами. Трубопровод проложен в охраняемых местах — в специальных стойках и выемках в потолке, закрытых защитными балками (как и в гараже), чтобы предотвратить задевание их оборудованием, которое может быть достаточно высоким и при перемещении может достать до трубопровода.
Чтобы обеспечить дублирование технического контроля, описанного выше, была реализована система двойного мониторинга. Общая система состоит из двух подсистем подачи сигнала тревоги, которые объединены друг с другом. Одна подсистема, реагирующая на наличие газа в воздухе, забирает воздух в разных точках, пропускает его через ленту с химическим покрытием и анализирует, не изменился ли цвет сигнальной ленты. Ленты чувствительны к конкретным видам газов, таким как гидриды или различные окислители. Для тех
Рис. 8.16. В ВМС применяются газовые шкафы с автоматизированной продувкой газа. Такие шкафы должны использоваться для всех газов, относящихся по шкале 18РРА к любой категории и имеющих показатель 3 и выше. Шкафы находятся в безопасных, изолированных помещениях, установленных по периметру центра. Кроме того, для обеспечения дополнительной безопасности каждый шкаф закрывается на ключ
газов, где ленточная технология непригодна, например в отношении легковоспламеняющихся, используются пеллисторные (каталитические) датчики (рис. 8.17).
При утечке опасных газов сенсорная система активируется и может выдать о ней количественную информацию. Это позволяет настроить срабатывание аварийной сигнализации в зависимости от уровня концентрации газов. В В1МС установлены следующие пороги срабатывания этой сигнализации: при достижении 50% Т1_У для токсичных газов и/или 25% ЬЕЬ подается сигнал предупреждения, а при достижении 100% ТЬУ и/или 50% ЬЕЬ — сигнал опасности. При подаче сигнала предупреждения выполняются установленные действия и задействуется персонал, отвечающий за восстановление ситуации. При подаче сигнала опасности происходит эвакуация людей из здания и оповещаются аварийно-спасательные службы.
За пределами коаксиальной системы трубопроводов, в таких местах, как газовые шкафы, клапаны коллекторных шкафов (УМВ) и места подводок трубопровода к оборудованию, установлены датчики. Они также расположены в выходных воздуховодах непосредственно после вероятных мест утечки газа. Такое расположение гарантирует обнаружение системой газа с самой высокой концентрацией, благодаря чему достигается ее максимальная чувствительность при его утечке. Такой подход позволяет отслеживать эффективность технического контроля и предотвращать воздействие газов на персонал.
Рис. 8.17. Для обнаружения любых утечек газа используется сочетание датчиков (анализирующего типа) газового контроля и датчиков давления. При обнаружении утечки система автоматизированного мониторинга должна выдать автоматическое уведомление
Вторая подсистема позволяет отслеживать давление в пространстве между трубами. Она контролирует давление инертного газа в межтрубном пространстве, между трубой подачи газа и наружной трубой. Межтрубное давление составляет 50% давления в трубе подачи газа, и вся трубопроводная система является закрытой. Падение межтрубного давления указывает на утечку через внешнюю трубу. Увеличение межтрубного давления свидетельствует об утечке газа через трубу доставки. Любой из этих вариантов вызывает соответствующие последующие действия с привлечением специалистов. Внезапное падение давления до атмосферного указывает на катастрофический сбой в работе трубопровода, при этом осуществляется немедленная эвакуация людей из здания и начинают работу аварийно-спасательные службы.
В случае выхода из строя любых других систем, что является, конечно, очень маловероятным, опасная ситуация может быть определена людьми, работающими или находящимися в здании. По всему центру в стратегически важных помещениях установлены пульты оповещения о возникновении чрезвычайной ситуации. На пульте под крышкой расположен грибовидный выключатель: если поднять крышку и нажать на выключатель, прекратится подача всех опасных газов в здание и прозвучит объявление об эвакуации людей из центра. Это действие также станет сигналом вызова аварийно-спасательных служб на объект (рис. 8.18).
Последним уровнем защиты от опасных газов являются индивидуальные средства защиты. Для проведения краткосрочных операций технического обслуживания и смены баллонов используются автономные дыхательные аппараты (8СВА). Для более длительного обслуживания 8СВА соединяется с бал-
Рис. 8.18. Пульт отсечения газа при возникновении чрезвычайной ситуации. В случае обнаружения чрезвычайной ситуации любой человек, находящийся в центре, имеет право воспользоваться этим устройством. (Надпись над устройством: «Для эвакуации из здания и прекращения подачи газа в чрезвычайных условиях». Надпись на кнопке: «Нажать». Надпись внизу: «Поднять».)
лоном с воздухом, находящимся на тележке. При выполнении работ в помещении обязательно должно находиться не менее двух человек (бригада), и у каждого из них должен быть БОВА.
