На химически опасных объектах, загрязнения окружающей среды

Теоретически любое химическое вещество может находиться в 3-фазовых состояниях: жидкость, газ (пар) и твердое состояние. Взаимосвязь между этими фазовыми состояниями отражается на диаграмме фазового состояния (рис.1.6).

 

 

Рис. 1.6. 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.

1 группа. Вещества (рис.1.7,а), имеющие критическую температуру намного ниже температуры окружающей среды (метан, кислород, этилен и др.). Вещества данной группы в больших (промышленное значение) 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.

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

 

Рис. 1.7. Основные группы АХОВ в зависимости от их диаграммы состояния и температуры окружающей среды: Т_хр, Т_окр.ср., Т_кр, Т_кип – температуры ранения, окружающей среды, критическая и кипения соответственно.

 

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.1.7,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 (Тхр1), то при разгерметизации емкости часть АХОВ (10-40%) «мгновенно» испарится (рис.1.8), 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, что затрудняет предсказания направления их движения. Возможны взрывы пожароопасных аэрозолей. Оставшаяся часть жидкой фазы АХОВ охладится до температуры кипения и перейдет в режим стационарного кипения аналогично АХОВ первой группы.

 

Рис.1.8. Доля мгновенно испарившейся жидкости в зависимости от температуры хранения. При температуре хранения 20-30 ⁰С для хлора и аммиака доля мгновенно испарившейся жидкости может составить 15-20 %

 

Если АХОВ хранятся в изотермических хранилищах при температуре хранения (Т_хр2) ниже температуры кипения, то в случае разгерметизации емкости первоначального испарения значительной части жидкости не наблюдается. В первичное облако переходит только 3-5% от общего количества АХОВ. Оставшаяся часть жидкости перейдет в режим стационарного кипения. Скорость кипения является функцией подвода тепла от окружающей среды и некоторых физико-химических свойств АХОВ. Наиболее опасные поражающие факторы в данном случае – вторичное облако паров АХОВ, переохлаждение, а в некоторых случаях – пожары и взрывы.

III группа. Вещества, у которых критическая температура и температура кипения выше температуры окружающей среды (рис.1.7,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, с последующим попаданием АХОВ в растения, пищу сельскохозяйственным животным и человеку.

IV группа. Вещества, относящиеся к III группе, но в данный момент они находятся при повышенных температуре и давлении (рис.1.7,г). При разрушении емкостей с АХОВ в данном случае процесс образования газовых облаков происходит аналогично, как для веществ II группы для случая хранения 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.1.8). 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 и т.д.

Основными источниками опасности в случае аварий на химически опасных объектах (рис.1.9) 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.

 

 

Рис. 1.9. 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 возгонкой

 

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 топографии местности.

Химическая авария – это авария на химически опасном объекте, сопровождающимся проливом или выбросом ОХВ, способная привести к гибели или химическому заражению людей, сельскохозяйственных животных и растений, химическому заражению продовольствия, пищевого сырья, кормов, других материальных ценностей и местности в течение определенного времени.

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.

Очаг поражения АХОВ – это территория, в пределах которой в результате аварии на химически опасном объекте с выбросом АХОВ произошли массовые поражения людей, сельскохозяйственных животных, растений, разрушения и повреждения зданий, сооружений.

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. Смерть зависит от свойств АХОВ, токсической дозы и может наступать как мгновенно, так и через некоторое время (несколько дней) после отравления.

ПОЖАРЫ И ВЗРЫВЫ