Характеристика источников чрезвычайных ситуаций

Химические аварии

Химическая авария - это непланируемый и неуправляемый выброс (пролив) опасных химических веществ на химически опасных объектах (ХОО), оказывающих отрицательное действие на окружающую среду и поражающее действие на человека и живую природу.

В настоящее время различные перечни вредных веществ насчитывают сотни и тысячи различных химических соединений. Естественно, что многие вредные вещества не будут представлять значительную угрозу персоналу ОЭ и населению в случае аварийных выбросов (проливов) в силу своих токсических и физико-химических свойств.

К наиболее распространенным ОХВ относят: хлор (Cl₂), аммиак (NH₃), водород цианистый (HCN), водород мышьяковистый (AsH₃), акролеин (CH₂ = CHCHO), ацетонитрил (CH₃CN), фосген (COCl₂), формальдегид (CH₂O), хлорциан (ClCN), треххлористый фосфор (PCl₃), сероуглерод (CS₂), диоксид серы (SO₂), оксид этилена (CH₂O) и др.

Перечень ОХВ сведен к 34 наименованиям, но в этом перечне выделено 21 наименование, которое названо АХОВ.

В количественном отношении хлор и аммиак по праву занимают первые два места. Значительные их запасы сосредоточены на объектах пищевой, мясомолочной промышленности, холодильниках торговых баз, в жилищно-коммунальном хозяйстве. Так, на овощебазах содержится до 150 т аммиака, используемого в качестве хладагента, а на станциях водоподготовки - от 100 до 400 т хлора. Статистика показывает, что наиболее опасными (не с точки зрения токсичности) по числу случаев гибели людей являются хлор и аммиак.

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

Аварийно химически опасное вещество (АХОВ) - опасное химическое вещество, выброс которого при химической аварии приводит к химическому заражению окружающей среды в поражающих живые организмы количествах (концентрациях, токсодозах).

Выброс ОХВ (АХОВ) - не предусмотренный регламентом их выход из технологических установок (емкостей для хранения или транспортирования) при их разгерметизации.

Пролив опасных химических веществ - выброс жидкой фазы ОХВ.

Поражающим фактором ХА является токсическое воздействие на людей и животных жидкой фазы, первичного и вторичного облака паров ОХВ и зараженных ими объектов.

Объект, на котором хранят, перерабатывают, используют или транспортируют опасные химические вещества (ОХВ), при аварии на котором или при разрушении которого может произойти гибель или химическое заражение людей, сельскохозяйственных животных и растений, а также химическое заражение окружающей природной среды, называется химически опасным объектом (ХОО). Число таких объектов в РФ превышает 3 тыс.

На ХОО могут создаваться запасы ОХВ на 3-15 суток работы и составлять тысячи тонн. Они находятся в резервуарах базисных и расходных складов, технологической аппаратуре и транспортных средствах (трубопроводах, цистернах).

Наземные резервуары могут располагаться группами, имея один резервный резервуар, или стоять отдельно. Для каждой группы резервуаров или отдельных больших хранилищ по периметру оборудуется замкнутое обвалование или ограждающая стенка (реже для отдельно стоящих устраивается поддон). Они позволяют при аварии удержать разлившиеся ОХВ на меньшем участке местности, т. е. сократить площадь испарения. Около 60% общего числа хранилищ защищается обваловкой из грунта. Расчетный объем обваловки должен обеспечивать при аварии прием всего объема резервуара (ров) и еще иметь запас по высоте земляного вала 0,2 м.

В зависимости от агрегатного состояния ОХВ применяются различные способы и условия их хранения (см. табл. 2.1) на потенциально опасных химических производствах.

Оценка степени потенциальной опасности химических производств может быть определена по следующим пяти показателям:

1. масштабам возможных последствий химической аварии (ПО₁);
2. характеру развития возможной химической аварии (ПО₂);
3. степени токсической опасности ОХВ (ПО₃), используемых на объекте (определяется классом опасности ОХВ);
4. риску возникновения аварии на объекте (ПО₄);
5. пожаровзрывоопасности объекта (ПО₅).

Каждый из этих показателей имеет 4 степени опасности. Содержание показателей см. в п. 3.6.

Категория опасности ХОО (приведена в табл. 2.2) определяется по обобщенному показателю опасности (ОПО), равному сумме вышерассмотренных частных показателей:

ОПО = ПО₁ + ПО₂ + ПО₃ + ПО₄ + ПО₅.

Опасные химические вещества классифицируют по физико-химическим свойствам (агрегатное состояние, растворимость, плотность, летучесть, подверженность гидролизу); путям и виду воздействия; токсичности.

По путям воздействия на организм человека ОХВ подразделяют на 3 группы:

• ингаляционного действия (ИД) - действующие через органы дыхания;
• кожно-резорбтивного действия (КРД) - действующие через кожные покровы;
• перорального действия (ПД) - действующие через желудочно-кишечный тракт.

По виду воздействия (клинике поражения) ОХВ условно делят на группы:

• вещества с преимущественно удушающим действием (хлор, фосген, хлорпикрин, треххлористый фосфор, хлорид серы, оксихлорид серы);
• вещества преимущественно общеядовитого действия (оксид углерода, цианистый водород, динитрофенол, динитроортокрезол, этиленхлоргидрин, этиленфторгидрин);
• вещества, обладающие удушающим и общеядовитым действием (акрилонитрил, азотная кислота и оксиды азота, диоксид серы, фтористый водород);
• вещества, действующие на генерацию, проведение и передачу нервных импульсов - нейротропные яды (сероуглерод, тетраэтилсвинец, фосфорорганические соединения);
• вещества, обладающие удушающим и нейротропным действием (аммиак, несимметричный диметилгидразин, гидразин);
• метаболические яды, нарушающие обмен веществ в живых организмах (оксид этилена, дихлорэтан, диоксин, полихлорированные бензофураны).

Важнейшей характеристикой ОХВ является их токсичность - способность оказывать поражающее действие на организм. В промышленной токсикологии из общего числа промышленных ядов к ОХВ отнесены те вещества, смертельные дозы которых для человека не превышают 100 мг/кг, т. е. первого и второго класса опасности. Для более точной характеристики ОХВ используют понятия "токсическая доза" и "предельно допустимая концентрация" (ПДК).

Токсическая доза (Д) ОХВ - количество вещества (доза), вызывающее определенный токсический эффект.

При ингаляционных поражениях Д равна произведению cxt (с - средняя концентрация ОХВ, t - время пребывания человека в зараженном воздухе, гxмин/м³, мгxмин/л).

При кожно-резорбтивных поражениях Д равна массе жидкого ОХВ, вызывающей определенный эффект поражения (мг/чел, мг/кг).

Для характеристики токсичности ОХВ при воздействии на человека приняты токсодозы:

• ингаляционно: среднесмертельная LC_t50 (L от лат. Letalis - смертельный), средневыводящая из строя IС_t50 (I от англ. Incapacitate - вывести из строя), среднепороговая PC_t50 (Р от англ. Primary - начальный);
• кожно-резорбтивно: среднесмертельная LД₅₀, средневыводящая из строя ID₅₀, среднепороговая PD₅₀.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) - это концентрация, которая при ежедневном воздействии на человека в течение длительного времени не вызывает патологических изменений и заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами диагностики.

ПДК некоторых ОХВ в атмосфере воздуха населенных мест (среднесуточная) ПДКсс и в рабочем помещении объекта экономики (ОЭ) ПДКОЭ приведены в табл. 2.3.

Пороговая концентрация - минимальная концентрация ОХВ, вызывающая начальные симптомы поражения.

Летальная (или смертельная) концентрация - концентрация ОХВ, вызывающая летальный исход.

К основным характеристикам ОХВ также принято относить агрессивность и стойкость. Агрессивность - это способность ОХВ оказывать вредное воздействие на элементы объектов экономики и окружающую природную среду. Стойкость - это продолжительность сохранения поражающей способности ОХВ.

По токсичности все химические вещества делят на 6 групп:

• чрезвычайно токсичные - IС_t50 меньше 1 мгxмин/л (производные мышьяка, ртути, цианистые соединения и т. п.);
• высокотоксичные - IС_t50 от 1 до 5 мгxмин/л (хлор, хлориды, фосген и др.);
• сильнотоксичные - IС_t50 от 6 до 20 мгxмин/л (аммиак, серная, соляная, азотная кислоты);
• умеренно токсичные - IС_t50 от 21 до 80 мгxмин/л;
• малотоксичные - IС_t50 от 81 до 160 мгxмин/л;
• практически нетоксичные - IС_t50 больше 160 мгxмин/л.

Все ОХВ по степени воздействия на организм человека подразделяются на четыре класса опасности: 1-й - чрезвычайно опасные; 2-й - высокоопасные; 3-й - умеренно опасные; 4-й - малоопасные.

Класс опасности ОХВ определяется в зависимости от показателей норм, приведенных в табл. 2.4.

Примечания:

1. КВИО равен отношению максимально допустимой концентрации ОХВ в воздухе при 20 к средней смертельной концентрации вещества для мышей при двухчасовом воздействии.
2. Зона острого действия - это отношение средней смертельной концентрации ОХВ к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей изменение биологических показателей на уровне целостного организма.
3. Зона хронического действия - это отношение минимальной пороговой концентрации, вызывающей изменения биологических показателей на уровне целостного организма, к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей вредное действие.

При оценке потенциальной опасности химических веществ необходимо принимать во внимание не только токсические, но и физико-химические свойства, характеризующие их поведение в атмосфере, на местности и в воде. В частности, важнейшим физическим параметром, определяющим потенциальную опасность токсичных веществ ингаляционного действия при выбросах (проливах), является их способность образовывать газовое облако с высокими поражающими концентрациями паров в воздухе (летучесть).

Физико-химические свойства ОХВ, представляющих наибольшую потенциальную опасность при авариях на ХОО, приведены в табл. 2.5.

Так, например, аммиак, отнесенный по величине ПДК к IV классу (малоопасные вещества), является в действительности весьма опасным, поскольку имеет высокую летучесть. Его запасы на химических предприятиях достаточно велики (до 30 тыс. т в отдельных хранилищах), а защита от воздействия паров аммиака при высоких концентрациях фильтрующими противогазами не обеспечивается. В то же время такое высокотоксичное ОВ, как ви-экс относится по КВИО лишь к III классу (умеренно опасным веществам).

По агрегатному состоянию ОХВ при производстве, хранении и транспортировке делят на сжатые газы, сжиженные газы, жидкости и твердые вещества.

Причины химических аварий:

• отказ оборудования из-за несовершенства конструкции установок, нарушения технологии их изготовления, монтажа и эксплуатации;
• ошибочные действия персонала или преднамеренное нарушение правил эксплуатации;
• внешние события, включающие в себя стихийные бедствия, воздействие поражающих факторов ССП и диверсионные (террористические) акты.

Опасности, связанные с химическими авариями, относят к химическим опасностям. При этом основные формы химических опасностей проявляются в виде пожаров, взрывов и токсических выбросов.

Наибольшую потенциальную опасность представляют химические аварии на предприятиях химической и нефтехимической промышленности. Это связано как с физико-химическими свойствами веществ, используемых в технологических процессах, так и с их количеством, сосредоточенным на складах этих производств.

В зависимости от физико-химических свойств ОХВ и условий хранения химические аварии могут сопровождаться образованием:

• только первичного облака ОХВ при разгерметизации емкостей со сжатыми газами.

В результате образуется парогазовое облако с высокой концентрацией токсичного вещества, которое распространяется по ветру, неся смертельную опасность всему живому.

Примером может служить авария 1984 г. на химическом предприятии в г. Бхопале (Индия) с выбросом первичного облака метилизоцианата в количестве 43 т, в результате чего погибло 3150 человек и более 200 тыс. получили отравления различной степени тяжести. Эти аварии характеризуются большой скоростью нарастани я и интенсивностью воздействия токсических веществ и трудностью быстрого реагирования на него для предотвращения или снижения потерь.

Поражающее действие при этом проявляется в результате ингаляционного воздействия на людей и животных высоких (смертельных) концентраций паров ОХВ.

При этом масштабы поражения зависят от размеров первичного облака, концентрации токсичного вещества в нем, скорости ветра, СВУВ, плотности вещества (легче или тяжелее воздуха), времени суток (ночное или дневное), характера местности (сельская местность или городская застройка), плотности населения, проживающего в вероятной зоне химического заражения и др.;

• первичного и вторичного облака при разгерметизации емкостей с сжиженными токсичными газами (аммиак, хлор и др.) или летучими токсичными жидкостями с температурой кипения ниже температуры окружающей среды (окись этилена, фосген, окислы азота, сернистый ангидрид, синильная кислота и др.). В этом случае часть выброшенного вещества (обычно около 10%) мгновенно испаряется, образуя первичное облако паров (аэрозоля) со смертельными концентрациями. Остальное выливается в поддон (обваловку) или на местность и постепенно испаряется, создавая вторичное облако паров с поражающими концентрациями.

Этот тип аварии характеризуется кратковременным поражающим действием первичного облака со смертельными концентрациями паров ОХВ и более продолжительным действием (часы, сутки) вторичного облака с опасными концентрациями паров, заражением грунта и воды. В зависимости от времени года, метеоусловий, характера и геометрических размеров пролива время испарения может составить от десятков минут до нескольких суток.

Примером может служить авария в хранилище жидкого аммиака на химическом предприятии г. Ионава (Литва) в 1989 г.;

• только вторичного облака при разрушении емкостей и проливе в поддон (обваловку) или на подстилающую поверхность сжиженных (изотермическое хранение) или жидких ОХВ с температурой кипения ниже или близкой к температуре окружающей среды. При этом образуется только вторичное облако с поражающими концентрациями паров и заражается грунт и вода на месте пролива.

Такая авария может возникнуть, например, при аварийном проливе фосгена или компонента ракетного топлива - четырехокиси азота и т. п. Такой тип аварии менее опасен для населения, чем первые два, поскольку время формирования вторичного облака паров ОХВ составляет от нескольких часов до нескольких суток, что достаточно для принятия мер защиты населением;

• только заражением местности (грунта воды) при проливе жидких малолетучих ОХВ с температурой кипения значительно выше окружающей среды или твердых. При этом поражения наносятся в результате перорального или резорбтивного воздействия на организм. Вторичное облако паров с поражающими концентрациями образуется только над зараженной территорией.

Такой тип аварий может создаваться при проливе фенола, сероуглерода, ацетонитрила, диоксина, металлической ртути и др. Опасность этих аварий невелика, поскольку небольшие зоны заражения могу быть быстро локализованы. Вместе с тем заражение рек и водоемов данными ОХВ представляет большую опасность для населения.