Контроль безопасности ртутных люминесцентных ламп
В ближайшие годы населению РФ, большинства стран СНГ и Евросоюза предстоит столкнуться с вполне объяснимым увеличением в целом пока бесконтрольного предложения ртутных люминесцентных ламп, так что тематика обеспечения безопасности их применения становится актуальной для многих. Поэтому, после публикации в пятом номере 2010 года журнала “Современная светотехника” статьи о контроле количества ртути в люминесцентных лампах, считаем целесообразным напомнить читателю: (1) законодательные аспекты и (2) реальные возможности стандартных методов контроля ртутного наполнения эффективных люминесцентных ламп (ЛЛ).
Нормативная база контроля содержания ртути в ЛЛ характеризуется, прежде всего, тем, что действующими в настоящее время на территории России санитарными правилами и нормами СанПиН [1] регламентируются предельные допустимые концентрации (ПДКHg) только свободной ртути. В том числе, в виде её паров в атмосферном воздухе населённых мест и жилых помещений (индекс — «ж») — ПДКHgж=0,0003 мГ/м 3 , указаны ПДКHgр = 0,005 мГ/м 3 — среднесуточная норма в рабочих помещениях (индекс — «р»), в которых допускается кратковременная (индекс — «к») работа при концентрации ртутных паров не более ПДКHgк= 0,01мГ/м 3 . При этом в перечнях СанПиН [1] ртуть содержащие соединения не представлены — отсутствуют ПДК по широко применяемым в электроламповом производстве современных энергоэкономичных конструкций ЛЛ составам ртутных амальгам и интерметаллических соединений. То есть, строго говоря, ограничений применения связанной ртути в ЛЛ нет, но из общих положений следует, что ртуть содержащие элементы и соединения, вводимые внутрь лампы, должны соответствовать нормам [1] по концентрации паров ртути над ними в окружающих условиях жизнедеятельности человека. Нет и единых, признанных всеми странами международных норм по содержанию массы ртути МHg, введённой в ЛЛ. Такие данные по МHg большинство фирм указывало только в технологической и в рекламной документации. Вместе с тем, федеральный закон «Технический регламент о безопасности низковольтного оборудования» [2] установил обязательность указания массы содержащейся в лампе ртути в маркировке, этикетке или в сопроводительной документации. В 2009 году разработан и утвержден [3] ГОСТ Р (МЭК 60968-2010), в разделе которого «Эксплуатационные требования» установлено техническое требование того, что количество ртути в каждой лампе любой конструкции должно быть «не более 5 мг». Но срок введения в действие [2, 3] пока не установлен. Поскольку официальные обязательные (на уровне МЭК) требования к качеству ЛЛ и, в частности — к компактным люминесцентным лампам (КЛЛ) отсутствуют, то, подобно европейской практике, на добровольной основе может выдаваться «экоярлык» или «экологический паспорт», в котором должна содержаться информация о количестве ртути в лампе. Организационные механизмы и общие методические рекомендации выполнения работ предприятиями-изготовителями ЛЛ по обеспечению их ртутной безопасности, как необходимой составляющей качества продукции, в полной мере определяются и регламентируются действующими у нас международными системами обеспечения качества — ИСО [5] и добровольной сертификации [6] продукции. На многое повлиял запрет [4] применения ламп накаливания, в т.ч. и на незаслуженное отрицательное отношение к современным эффективным конструкциям ЛЛ. В сравнении эффективности средств освещения, думается, не следует исходить только из названия. Общеизвестно, что в ЛЛ используется высокоэффективная генерация ультрафиолетового излучения в плазме ртутного разряда низкого давления. Для этого в ЛЛ требуется оптимальная концентрация ртути всего около (6—7)10 -5 мг/см 3 . Для получения максимальной световой отдачи в стандартных ЛЛ, например — мощностью 20 Вт, выполненных к колбе диаметром 38 мм, необходима, в частности, концентрация паров ртути, примерно равная 6,2·10 -5 мг/см 3 , т.е. эффективно работает в такой полулитровой лампе только 3,1·10 -2 мг ртутных паров. Конечно, риск разгерметизации — разбить лампу — существует. Он повышен при перемещении лампы, при установке и замене ламп в светильниках, но особенно опасен в освещаемых местах постоянного нахождения людей. Поэтому к атмосфере воздуха населённых мест предъявляются самые жёсткие предельно допустимые нормы — 0,0003 мг/м 3 . В свете действующей нормативной базы [1—3] безопасность ртутных люминесцентных ламп обеспечивается и означает, что в любых ситуациях их использования, давление паров над ртутью, которая может выйти в окружающую среду из лампы при её разгерметизации, не должно [1] превышать ПДКHgж=0,0003 мГ/м 3 . Именно такая лампа — всегда обеспечивающая выполнение норм [1], и является безопасной, в частности — по ртути, содержащейся в ней.
На территории Российской Федерации рекомендован, согласно [3], отечественный способ [7] неразрушающего контроля массы ртути в ЛЛ, основные принципы и схема измерений которого изложены в [7—9], в том числе — сравнительно подробно, разнопланово и критически в [8—9]. Разработанный нами способ [7] контроля базируется на тестовом процессе, основной характеристикой которого является зависимость напряжения горения U контролируемой лампы в режиме тлеющего разряда. При неизменном токе в условиях повышения температуры Т среды, окружающей лампу с внутренним объёмом V, измеряется кривая напряжения на лампе U(Т). Температура колбы, соответствующая точке перегиба (бифуркации) кривой U(Т), есть температура Тис полного испарения всей ртути массы М, находящейся в объёме лампы. При температуре Т ≥ Тис вся ртуть находится в парообразном состоянии. Когда вся ртуть находится в парообразном состоянии, из уравнения состояния:
где V — внутренний объем лампы, μ — молекулярный вес ртути, R — универсальная газовая постоянная, определяется искомая масса ртути М. Полезным в оперативной практике контроля может стать обобщенный расчетный материал по справочным данным [10—13], представленный в таблице 1. Данные этой таблицы для давления насыщенных ртутных паров Р в зависимости от Т совпадают с хорошей точностью с величинами, полученными по расчетной формуле [10]: