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.