ОСОБЕННОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ АВАРИЙ НА ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ

Порядок проведения расчетов

1.Определение эквивалентного количества вещества по первичному облаку.

2.Определение эквивалентного количества вещества по вторичному облаку.

3.Расчет глубин заражения первичных облаком АХОВ.

4.Расчет глубин заражения вторичным облаком АХОВ.

5. Расчет полной глубины зоны заражения.

6.Определение площади зоны возможного и фактического заражения.

7. Определение времени подхода облака зара­женного воздуха к населенному пункту.

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

«ВЫЯВЛЕНИЕ И ОЦЕНКА ХИМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ПРИ АВАРИИ С ВЫБРОСОМ (УГРОЗОЙ ВЫБРОСА) АВАРИЙНО ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ»

 

Цель работы: На основе теоретических знаний освоить методику прогнозирования и оценки химической обстановки при различных сценариях аварий на химически опасных объектах, имеющих аварийно химически опасные вещества.

ТЕРМИНЫИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Опасное химическое вещество (ОХВ) - химическое вещество, прямое или опосредованное действие которого на человека может вызвать острые и хронические заболевания людей или их гибель.

Аварийно химически опасное вещество (АХОВ) - ОХВ, применяемое в промышленности и сельском хозяйстве, при аварийном выбросе (выливе) которого может произойти заражение окружающей среды в поражающих живой организм концентрациях (токсодозах).

АХОВ ингаляционного действия (АХОВИД) - аварийно химически опасное вещество, при выбросе (выливе) которого могут про­изойти массовые поражения людей ингаляционным путем.

Из всех опасных химических веществ, используемых в настоящее время в промышленности (более 600 тысяч наименований), только немногим более 100 можно отнести к АХОВ, 34 из которых получили наибольшее распространение.

Способность любого аварийно химически опасного вещества легко переходить в окружающую среду и вызывать массовые поражения определяется его основными физико-химическими и токсическими свойствами. Наибольшее значение из физико-химических свойств имеют агрегатное состояние, растворимость, плотность, летучесть, температура кипения, гидролиз, давление насыщенных паров, коэффициент диффузии, теплота испарения, температура замерзания, вязкость, коррозионная активность, температура вспышки и температура воспламенения и др.

Основные физико-химические и токсические характеристики наиболее распространенных АХОВ приведены в Приложении 1.

Механизм токсического действия АХОВ заключается в следую­щем. Внутри человеческого организма, а также между ним и внеш­ней средой, происходит интенсивный обмен веществ. Наиболее важная роль в этом обмене принадлежит ферментам - химическим (биохимическим) веществам или соединениям, способным управ­лять химическими и биологическими реакциями в организме.

Токсичность тех или иных АХОВ заключается в химическом взаимодействии между ними и ферментами, которое приводит к торможению или прекращению ряда жизненных функций организ­ма. Полное подавление тех или иных ферментных систем вызывает общее поражение организма, а в некоторых случаях его гибель.

Для оценки токсичности АХОВ используют ряд характеристик, основными из которых являются: концентрация и токсическая доза.

Концентрация - количество вещества (АХОВ) в единице объе­ма, массы (мг/л, г/кг, г/м³ и т.д.).

Пороговая концентрация- это минимальная концентрация, ко­торая может вызвать ощутимый физиологический эффект. При этом пораженные ощущают лишь первичные признаки поражения и сохраняют работоспособность.

Средняя смертельная концентрация в воздухе - концентрация вещества в воздухе, вызывающая гибель 50% пораженных при 2-, 4-часовом ингаляционном воздействии.

Токсическая доза - это количество вещества, вызывающее опре­деленный токсический эффект. Токсическая доза принимается равной:

- при ингаляционных поражениях – произведению средней по времени концентрации АХОВ в воздухе на время ингаляционного поступления в организм. Измеряется в г×мин/м³ , г×с/м³, мг×мин/л и т.д;

- при кожно-резорбтивных поражениях – массе АХОВ, вызывающей определенный эффект поражения при попадании на кожу. Единицы измерения – мг/см², г/м², кг/см² и т.д.

Для характеристики токсичности веществ при их попадании в организм человека ингаляционный путем выделяют следующие токсодозы:

- средняя смертельная токсодоза (LCt₅₀) - приводит к смертельному исходу 50 % поражённых;

- средняя, выводящая токсодоза (ICt₅₀) - приводит к выходу из строя 50 % пораженных;

- средняя пороговая токсодоза (PCt₅₀) - вызывает начальные сим­птомы поражения у 50 % пораженных;

- средняя смертельная доза при, введении в желудок - приводит к гибели 50% пораженных при однократном введении в желудок (мг/кг).

Для оценки степени токсичности АХОВ кожно-резорбтивного действия используют значения средней смертельной токсодозы (LD₅₀), средней выводящей из строя токсодозы (ID₅₀) и средней пороговой токсодозы (PD₅₀). Единицы измерения - г/чел, мг/чел, мл/кг и т.д.

Средняя смертельная доза при однократном нанесении на кожу приводит к гибели 50 % пораженных.

Химически опасный объект (ХОО) - это объект, на котором xpанят, перерабатывают, используют или транспортируют ОХВ, при аварии или разрушении которого могут произойти гибель или хи­мическое поражение людей, сельскохозяйственных животных и растений, а также химическое заражение окружающей природной среды.

К химически опасным объектам относятся:

- заводы и комбинаты химических отраслей промышленности, а также отдельные установки (агрегаты) и цеха, производящие и по­требляющие АХОВ;

- заводы (комплексы) по переработке нефтегазового сырья;

- производства других отраслей промышленности, использующие АХОВ (целлюлозно-бумажной, текстильной, металлургической, пищевой и др.);

- железнодорожные станции, порты, терминалы и склады на ко­нечных (промежуточных) пунктах перемещения АХОВ;

- транспортные средства (контейнеры и наливные поезда, авто­цистерны, речные и морские танкеры, трубопроводы и т.д.).

При этом АХОВ могут быть как исходным сырьем, так промежуточными и конечными продуктами промышленного производства.

АХОВ на предприятии могут находиться в технологических линиях, хранилищах и базисных складах.

Сжиженные АХОВ на объектах экономики содержатся в стандартных емкостных элементах. Это могут быть алюминиевые, же­лезобетонные, стальные или комбинированные резервуары, в ко­торых поддерживаются условия, соответствующие заданному режиму хранения.

Химическая авария - это авария на химически опасном объекте, сопровождающаяся проливом или выбросом ОХВ, способная при­вести к гибели или химическому заражению людей, сельскохозяй­ственных животных и растений, химическому заражению окружа­ющей природной среды.

Выброс ОХВ - выход при разгерметизации за короткий проме­жуток времени из технологических установок, емкостей для хране­ния или транспортирования ОХВ в количестве, способном вызвать химическую аварию.

Пролив ОХВ - вытекание при разгерметизации из технологи­ческих установок, емкостей для хранения или транспортировки ОХВ в количестве, способном вызвать химическую аварию.

При авариях на ХОО в зону химического заражения могут по­пасть обширные территории с большим количеством проживаю­щего на них населения. Если более 10% населения административ­но-территориальной единицы (ATE) России по прогнозу попадает в зону возможного химического заражения, то такая ATE считает­ся химически опасной. При этом зоной химического заражения яв­ляется территория, в пределах которой распространены или куда привнесены ОХВ в концентрациях или количествах, создающих опасность для жизни и здоровья людей, сельскохозяйственных животных и растений в течение определенного времени.

Очаг поражения АХОВ - это территория, в пределах которой в результате воздействия АХОВ произошли массовые поражения людей, сельскохозяйственных животных, растений.

Основными источниками опасности в случае аварий на химически опасных объектах (рис.1.1) являются:

- залповые выбросы АХОВ в атмосферу с последующим зараже­нием воздуха, местности и водоисточников;

- сброс АХОВ в водоемы;

- «химический» пожар с поступлением АХОВ и продуктов их го­рения в окружающую среду;

- взрывы АХОВ, сырья для их получения или исходных продук­тов;

- образование зон задымления с последующим осаждением АХОВ, в виде «пятен» по следу распространения облака зараженного воз­духа, возгонкой и миграцией.

Каждый из указанных выше источников опасности (поражения) по месту и времени может проявляться отдельно, последовательно или в сочетании с другими источниками, а также многократно повторен в различных комбинациях. Все зависит от физико-химических характеристик АХОВ, условий аварии, метеоусловий и особенностей местности.

 

 

Инверсия

Изотермия

Рис. 1.1. Схема формирования поражающих факторов при аварии на химически опасном объекте. Поражающие факторы: 1 – залповый выброс АХОВ в атмосферу; 2- сброс АХОВ в водоемы; 3- «химический» пожар; 4 – взрыв АХОВ; 5- зоны задымления с осаждением АХОВ и их возгонкой.

 

ОСОБЕННОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ АВАРИЙ НА ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ

 

Теоретически любое химическое вещество может находиться в 3-фазовых состояниях: жидкость, газ (пар) и твердое состояние. Взаимосвязь между фазовыми состояниями отражается на диаграмме фазового состояния (рис. 2.1).

Рис. 2.1.Диаграмма фазового состояния: Т_пл. - температура плавления, Т_кр - «критическая» температура, Р_кр - «критическое» давление

 

Кривые фазового равновесия показывают:

А-В - соотношение между давлением пара и температурой для твердой фазы;

В-С - соотношение между давлением пара и температурой для жидкой фазы;

точка С - соответствует «критической» температуре: Т_кр - «кри­тическая» температура; Р_кр - «критическое» давление.

При температуре больше Т_кр вещество может находиться толь­ко в газообразном состоянии. Газовая фаза имеет подфазу, именуемую паровой.

В зависимости от соотношения критической температуры, тем­пературы внешней среды и условий хранения все АХОВ можно разделить на 4 основные группы.

I группа. Вещества (рис.2.2,а), имеющие критическую темпера­туру намного ниже температуры окружающей среды (метан, кис­лород, этилен и др.). Вещества данной группы в больших количе­ствах хранятся на объектах экономики при температурах ниже критических. При разгерметизации емкостей с жидкостями данной категории незначительная часть жидкости (около 5 %) «мгновенно» испарится за счет тепла поддона и окружающей среды, обра­зуя первичное облако паров АХОВ. Оставшаяся часть жидкости перейдет в режим стационарного кипения.

 

Рис. 2.2. Основные группы АХОВ в зависимости от диаграммы их фазового состояния и температуры окружающей среды: Т_хр, Т_окр.ср., Т_кип -температуры хранения, окружающей среды, критическая и кипения соответственно

 

Скорость кипения (скорость образования вторичного облака) является функцией подвода тепла от окружающей среды и некоторых физико-химических свойств АХОВ. Наиболее опасные источники поражающих факторов в данном случае - вторичное облако паров АХОВ, а в некоторых случаях - пожары и взрывы.

В случае разгерметизации емкостей с данной группой АХОВ, хранящихся в газообразном состоянии, практически все содержи­мое емкости образует первичное облако. Опасность поражающе­го действия первичного облака в данном случае зависит не только от типа, количества, физико-химических и токсических характери­стик АХОВ, но и от степени разрушения емкостей и метеоусловий. Наиболее опасные поражающие факторы в данном случае - пер­вичное облако паров АХОВ, а в некоторых случаях - пожары и взрывы.

II группа. Вещества (рис.2.2,б) у которых критическая темпера­тура выше, а температура кипения ниже температуры окружаю­щей среды (аммиак, хлор и др.). При разгерметизации емкостей с жидкостями данной категории процесс образования газовых облаков зависит от условий хранения АХОВ.

Если АХОВ хранятся в жидкой фазе в емкости под высоким дав­лением и при температуре выше температуры кипения, но ниже температуры окружающей среды (T_xpl), то при разгерметизации емкости часть АХОВ (10-40%) «мгновенно» испарится (рис.2.3), образуя первичное облако паров АХОВ, а оставшаяся часть будет испаряться постепенно за счет тепла окружающей среды, образуя вторичное облако паров АХОВ. Наибольшую опасность в данном случае будет представлять первичное облако паров АХОВ за счет того, что процесс его образования протекает очень интенсивно (в течение 5 - 10 мин.) с разбрызгиванием значительной части жид­кости в виде пены и капель, образованием первичных тяжелых об­лаков АХОВ. При этом возможны взрывы пожароопасных аэро­золей. Оставшаяся часть жидкой фазы АХОВ охладится до температуры кипения и перейдет в режим стационарного кипения аналогично АХОВ первой группы.

 

Рис. 2.3 Доля мгновенно испарившейся жидкости в зависимости от температуры хранения.

 

ЕслиАХОВ хранятся в изотермических хранилищах при температуре хранения ниже температуры кипения (Т_хр2), то в случае раз­герметизации емкости первоначального испарения значительной части жидкости не наблюдается. В первичное облако переходит только 3-5% от общего количестваАХОВ. Оставшаяся часть жид­кости перейдет в режим стационарного кипения. Наиболее опас­ные поражающие факторы в данном случае - вторичное облако паровАХОВ, переохлаждение, а в некоторых случаях - пожары и взрывы.

III группа. Вещества, у которых критическая температура и температура кипения выше температуры окружающей среды (рис. 2.2,в), т.е. вещества, хранящиеся при атмосферном давлении в жидкой или твердой фазе (тетраэтилсвинец, диоксин, кислоты и т.д.). В данном случае при разрушении емкостей происходит разлив (рассыпание) АХОВ. Первичное облако паров АХОВ практически отсутствует, однако существует опасность поражения людей вторичным газовым облаком (облаком пыли), загрязнения почвы и водоисточников.

IV группа. Вещества, относящиеся к III группе, но находящиеся при повышенных температуре и давлении (рис. 2.2,г). При разрушении емкостей с АХОВ в данном случае процесс образования газовых облаков происходит аналогично, как для веществ II груп­пы в случае хранения их под высоким давлением и температуре выше температуры кипения, но ниже температуры окружающей среды. Однако вследствие быстрой передачи тепла первичным облаком в окружающую среду, а также с учетом физико-химических свойств АХОВ, они будут постоянно конденсироваться и оседать на местности в виде пятен по следу распространения облака в атмосфере. В последующем возможно их повторное испарение и пе­ренос (миграция) на значительные расстояния от места первоначального осаждения.

Наиболее сложно протекает процесс испарения у второй группы веществ, хранящихся при повышенном давлении. Весь процесс испарения жидкости при разрушении емкости в данном случае мож­но условно разделить на 3 периода.

Первый период - бурное, почти мгновенное испарение жидко­сти за счет разности упругости давления насыщенных паров АХОВ в емкости и парциального давления в атмосфере (рис. 2.3). В резуль­тате температура жидкой фазы понижается до температуры кипе­ния. Продолжительность первого периода составляет до 3-5 минут.

Второй период - неустойчивое испарение за счет тепла поддона и тепла окружающей среды. Продолжительность второго перио­да может достигать до 5-10 мин.

Третий период – стационарное испарение АХОВ за счет подво­да тепла от окружающей среды. Продолжительность третьего пе­риода зависит от физико-химических свойств АХОВ, его количе­ства, метеоусловий и может доходить до нескольких суток.

Часть жидкости, перешедшая в паровую фазу в первый и вто­рой периоды испарения, образует первичное облако паров АХОВ, а в третий период - вторичное облако. Наиболее опасным перио­дом аварии в данном случае является первый период. Образующий­ся в этот период аэрозоль в виде тяжелых облаков моментально поднимается вверх, а затем под действием собственной силы тяже­сти опускается на грунт. При этом облако совершает неопределен­ные движения, которые трудно предсказуемы.

В случае разрушения оболочки изотермического резервуара (хранение АХОВ при давлении близком к атмосферному) и разлива АХОВ в поддон первый период испарения практически отсутству­ет. В результате в первичное облако переходит всего около 3-5% хранимой жидкости (за счет тепла поддона и окружающей среды) в течение 5-10 мин. В случае свободного разлива количество АХОВ, перешедшее в первичное облако, будет зависеть еще и от площади разлива. Оставшаяся часть жидкости перейдет в режим стационарного кипения, аналогично рассмотренному ранее.

В случае разрушения оболочек высококипящих жидкостей образование первичного облака паров практически не происходит. Испарение жидкости осуществляется по стационарному процессу и зависит от физико-химических свойств АХОВ, его количества и метеоусловий, площади зеркала разлива т.д.

Таким образом, в случае возникновения аварий на химически опасных объектах с выбросом АХОВ очаг химического пораже­ния будет иметь следующие особенности:

1. Образование облаков паров АХОВ и их распространение в окружающей среде являются сложными процессами, которые определяются диаграммами фазового состояния АХОВ, их основны­ми физико-химическими характеристиками, условиями хранения, метеоусловиями, рельефом местности и т.д., поэтому прогнозирование масштабов химического заражения (загрязнения) весьма затруднено.

2. В разгар аварии на объекте действует, как правило, несколь­ко поражающих факторов: химическое заражение местности, воз­духа, водоемов; высокая или низкая температура; ударная волна, а вне объекта - химическое заражение окружающей среды.

3. Наиболее опасный поражающий фактор - воздействие паров АХОВ через органы дыхания. Он действует как на месте аварии, так и на больших расстояниях от источника выброса и распрост­раняется со скоростью ветрового переноса АХОВ.

4. Опасные концентрации АХОВ в атмосфере могут существовать от нескольких часов до нескольких суток, а заражение местности и воды - еще более длительное время.

5. Летальный исход зависит от свойств АХОВ, токсичной дозы и может наступать как мгновенно, так и через некоторое время (несколько дней) после отравления.