Глава 4

ХАРАКТЕРИСТИКА ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ С ВЫБРОСОМ АВАРИЙНО ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ

4.1. Понятия об аварийно химически опасных веществах и химически опасных объектах

Изделия химического производства находят все более широкое распространение. Развитие химической промышленности влечет возрастание техногенных опасностей, приводящих к крупным химическим авариям со значительным материальным ущербом и большими человеческими жертвами.

В России практически во всех крупных городах имеются химически опасные объекты. Через все крупные города проходят железнодорожные магистрали, по которым постоянно перевозятся химически опасные грузы. Таким образом, во всех густонаселенных районах страны существует потенциальная опасность возникновения очагов химического поражения.

При рассмотрении опасностей, связанных с воздействием химических веществ на человека и среду обитания, используют два понятия. Первое - "опасное химическое вещество" (ОХВ) - это вещество, прямое или опосредованное воздействие которого на людей может вызвать острые и хронические заболевания или гибель человека (ГОСТ Р 22.0.05-94). Второе понятие - "аварийно химически опасное вещество" (АХОВ) - опасное химическое вещество, применяемое в промышленности и сельском хозяйстве, при аварийном выбросе (разливе) которого может произойти заражение окружающей среды в поражающих живой организм концентрациях (токсодозах) (ГОСТ Р 22.9.05-95).

К ОХВ относятся практически все вредные химические вещества, используемые в экономике (около 600 тысяч наименований), большая часть из которых в аварийных ситуациях не может привести к массовому поражению людей и заражению окружающей среды. Поэтому из всех опасных химических веществ выделена группа АХОВ, которая при аварийных условиях может привести к возникновению чрезвычайной ситуации с указанными тяжелыми последствиями.

Аварийно химически опасные вещества характеризуются химической опасностью, взрывоопасностью и пожароопасностью.

Пожароопасность вещества - это физико-химическая характеристика, определяющая возможность вещества гореть (возгораться), поддерживать горение, ускорять процесс горения. По пожароопасности АХОВ подразделяются на три группы: негорючие, трудногорючие, горючие.

К негорючим относятся вещества, не способные гореть в атмосфере нормального состава (содержащей 21 % кислорода) при температуре 900 °С: например, азотная кислота, сернистый ангидрид.

К трудногорючим относятся АХОВ, способные возгораться при действии источника огня, но не способные самостоятельно гореть после удаления этого источника (сжиженный аммиак, цианистый водород и др.).

Горючие АХОВ могут самовозгораться, возгораться от источников огня и поддерживать горение после удаления этих источников. К ним относятся, в частности, акрионитрил, газообразный аммиак, сероуглерод.

Взрывоопааюсть вещества* - это его способность к мгновенному превращению (взрыву) в результате выделяющейся тепловой энергии, образованию воздушной ударной волны и резкого скачка избыточного давления (аммиак, окись этилена, нитрил акриловой кислоты, метил хлористый, водород фтористый, сероводород, сероуглерод и др.).

К пожаро- взрывоопасным АХОВ следует отнести также агрессивные вещества из группы компонентов ракетных топлив - гептил и различные окислители. Они в значительных объемах перевозятся по железным дорогам.

Химическая опасность АХОВ - это его химические характеристики, определяющие условия и степень токсического (ядовитого) воздействия на живой организм и окружающую среду.

К основным характеристикам АХОВ, определяющим их химическую опасность, относятся: агрегатное состояние, плотность, температура кипения, растворимость, концентрация и токсическая доза.

Агрегатные состояния вещества — состояния одного и того же вещества, взаимные переходы которых из одного в другое под влиянием внешних условий (температуры и давления) сопровождаются скачкообразными изменениями плотности и других основных физических свойств (без химических изменений).

Агрегатное состояние АХОВ - сжатые газы, сжиженные газы и жидкости, кипящие при температуре выше температуры окружающей среды. Агрегатное, состояние определяет характер аварии и масштабы химического заражения. При производстве, хранении и перевозке хлора и аммиака, как правило, используются сжиженные газы. Это резко сокращает занимаемый объем.

Плотность - массовое содержание вещества в единице объема при данной температуре, г/см³. В случае, когда плотность газообразных АХОВ больше плотности воздуха, они скапливаются в низинах. Если плотность жидких или сжиженных АХОВ больше плотности воды, вещества будут проникать в глубину водоемов, заражая их.

' Более подробное определение взрывоопасное™ приведено в главе 2.

Температура кипения - температура, при которой давление пара жидкости достигает 760 мм рт. ст. (1 атм.). Температура кипения позволяет судить о летучести АХОВ и характеризует его время испарения, а, следовательно, и продолжительность его поражающего действия. Чем выше температура кипения АХОВ, тем медленнее происходит его испарение и больше продолжительность его поражающего действия.

Растворимость - это свойство вещества растворяться в воде или других жидкостях. Хорошая растворимость вещества в воде может привести к заражению водоемов, в то же время она позволяет использовать растворы различных веществ для нейтрализации.

Основными количественными характеристиками токсичности АХОВ являются предельно допустимая концентрация (ПДК) и токсическая доза (ТД). ПДК - это максимальное количество АХОВ в почве, воздушной или водной среде, продовольствии, пищевом сырье и кормах, которое при постоянном контакте с человеком или при воздействии на него за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье и не вызывает неблагоприятных последствий в организме. ПДК измеряется в мг/м3 или мг/л.

Различают следующие предельно допустимые концентрации: ПДК (м.р.) - максимальная разовая концентрация; ПДК (р.з.) - рабочей зоны; ПДК (с.с.) - среднесуточная в атмосферном воздухе населенных пунктов.

ПДК в воздухе рабочей зоны - это концентрация вредного вещества в воздухе, которая при ежедневной работе в течение 8 часов (41 час в неделю) за время всего стажа работы не может вызвать заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследований, и не оказывает никаких отрицательных последствий на здоровье настоящего и последующего поколений.

Токсодоза определяется как произведение концентрации АХОВ в данном месте зоны химического заражения на время пребывания человека в этом месте без средств защиты органов дыхания (мг-мин/л). Для оценки токсикологических свойств и последствий действия на организм человека применяют следующие токсодозы:

• средняя пороговая ингаляционная - количество АХОВ, вызывающее при попадании в организм через органы дыхания начальные симптомы поражения у 50 процентов пораженных;

• средняя поражающая ингаляционная - количество АХОВ, вызывающее при попадании в организм через органы дыхания поражение легкой, средней и тяжелой степени у 50 процентов пораженных;

• средняя смертельная ингаляционная - количество АХОВ, вызывающее при попадании в организм через органы дыхания смертельный исход у 50 процентов пораженных.

Некоторые виды жидких АХОВ оказывают поражающее действие при попадании на кожу человека. Для оценки действия таких АХОВ по аналогии используются средние пороговые, поражающие и смертельные кожно-резорбтивные токсодозы (размерность мг • мин/кг).

В настоящее время на территории России спасателям приходится сталкиваться чаще всего с АХОВ 21 наименования. Самыми распространенными из них являются сжиженные хлор и аммиак. Из общего числа химически опасных объектов примерно на 60% объектов хранят, производят, перерабатывают и транспортируют аммиак и на около 30% объектов -хлор, поэтому при авариях с выбросом (выливом) АХОВ по числу случаев с гибелью людей на первом месте стоят хлор и аммиак.

Аммиак (NH₃) - бесцветный газ с резким удушливым запахом нашатырного спирта, в 1,7 раза легче воздуха, хорошо растворяется в воде, при выходе в атмосферу дымит. При температуре 33,4 °С ниже нуля кипит и при температуре 77,8 °С ниже нуля затвердевает (при обычном давлении).

Горюч, взрывоопасен в смеси с воздухом. Концентрационные пределы воспламенения составляют от 15 до 28% содержания аммиака в воздухе.

Аммиак используется при производстве азотной кислоты, соды, синильной кислоты, удобрений, при крашении тканей, в качестве хладагента в холодильниках, в медицине.

Опасное содержание аммиака в воздухе:

• порог ощущения - 0,037 г/м³;

• предельно-допустимая концентрация (ПДК) в рабочей зоне (среднесуточная) - 0,02 г/м³.

Газообразный аммиак при концентрации 1,5-2,7 г/м³ приводит к смертельному исходу при воздействии в течение 0,5-1 часа. Сжиженный аммиак при испарении охлаждается, его соприкосновение с кожей может вызвать обморожение различной степени.

В высоких концентрациях аммиак возбуждает центральную нервную систему и вызывает судороги. Чаще смерть наступает через несколько часов или суток после отравления от отека легких и гортани.

Перевозится в сжиженном состоянии под давлением.

Хлор (С1₂) - зелено-желтый газ с резким раздражающим запахом, в 2,5 раза тяжелее воздуха. Облако зараженного воздуха скапливается в низких участках местности, может проникать в нижние этажи и подвальные помещения зданий. Газ плохо растворяется в воде, но хорошо - в некоторых органических растворах. Температура кипения 34,1 °С ниже нуля, при обычном давлении затвердевает при 101 °С ниже нуля, не горюч, но пожароопасен в контакте с горючими материалами. Один килограмм жидкого хлора при испарении дает 315 литров газа.

Находит широкое применение в промышленности, в том числе для отбеливания тканей и бумажной массы, в производстве пластмасс, каучу-ков, растворителей, в цветной металлургии, а также в коммунально-бытовом хозяйстве для обеззараживания питьевой воды.

В первую мировую войну использовался в качестве отравляющего вещества удушающего действия. При воздействии на человека поражает легкие, раздражает слизистые и кожу.

Первые признаки отравления - резкая загрудинная боль, резь в глазах, слезоотделение, сухой кашель, рвота, нарушение координации, одышка.

Содержание хлора в воздухе:

• ПДК в рабочих помещениях-0,001 г/м³;

• порог ощущения - раздражающее действие при концентрации 0,01 г/м³;

• смертельные отравления возможны при концентрации 0,25 г/м и вдыхание в течение 5 минут.

Основные характеристики наиболее часто используемых АХОВ приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Общие и токсикологические характеристики некоторых АХОВ

Наименование АХОВ	Температура кипения, °С	Плотность, т/м3	Токсодозы средние ингаляционные, мгмин/л		Характерный запах
			пороговые	смертельные
Аммиак (сжиженный)	-33,4	0,681	5,0	150	Резкий, нашатырного спирта
Водород фтористый	19,52	0,989	4,0	75	Резкий
Водород хлористый (сжиженный)	-85,1	1,191	2,0	-	Резкий раздражающий
Демнтиламнн (сжиженный)	6,9	0,68	4,8	-	Резкий аммиачный
Метил бромистый	3,6	1,732	2,0	90	Слабый эфирный
Метил хлористый	-23,76	0,983	10	100	Эфира
Метнлмеркаптаи	5,95	0,867	1,7	1700	Неприятный
Окись этилена	10,7	0,882	41	100	Резкий эфирный
Сернистый ангидрид	-10,1	1,462	1,8	70	Резкий удушающий
Сероводород	-60,35	0,964	5,0	16	Тухлых яиц
Сероуглерод	46.2	1,263	1,5	900	Эфирный приятный
Соляная кислота	-	1,198	2,0	200	Водорода хлористого
Фосген	8,2	1,432	3-10 ^	3,2	Гнилых фруктов
Хлор (сжиженный)	-34,1	1,553	0,3	6,0	Резкий удушливый
Хлорпикрин	112,3	1,658	0,01	20	Удушающий, картофельной ботвы
Хлорциан	12,6	1,22	0,012	11	Резкий удушающий

59

Меры защиты и оказание медицинской помощи при воздействии АХОВ рассматриваются во второй части данного пособия.

В связи с высокой опасностью АХОВ из всех объектов экономики особо выделяют химически опасные объекты.

Химически опасный объект (ХОО) - объект, на котором хранят, перерабатывают, используют или транспортируют опасное химическое вещество, при аварии на котором может произойти гибель или химическое заражение людей, сельскохозяйственных животных и растений, а также химическое заражение окружающей природной среды (ГОСТ Р 22.0.05-94).

Крупными запасами АХОВ располагают предприятия химической, целлюлозно-бумажной, оборонной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности, черной и цветной металлургии, промышленности минеральных удобрений. Создаваемые минимальные (неснижаемые) запасы минеральных удобрений в среднем рассчитаны на 3 суток работы, а для предприятий по производству минеральных удобрений - до 10-15 суток. В результате на крупных предприятиях, расположенных в городах или прилегающих к ним районах, могут одновременно храниться сотни и тысячи тонн АХОВ; все они перевозятся железнодорожным транспортом.

Значительные запасы АХОВ сосредоточены также на объектах пищевой, мясомолочной промышленности, в промышленных холодильниках торговых баз, в жилищно-коммунальном хозяйстве и особенно на предприятиях водоочистки. Например, на отдельных овощных базах содержится до 150 тонн сжиженного аммиака, а на водопроводных станциях - от 100 до 400 тонн сжиженного хлора. Эти объекты находятся, как правило, в непосредственной близости от жилых районов и объектов железнодорожного транспорта. Серьезную опасность представляют железнодорожные станции с пунктами погрузки, выгрузки, с подъездными путями и путями отстоя вагонов с АХОВ.

Железнодорожный транспорт занимает ведущее место в перевозке АХОВ. Например, по железным дорогам Российской Федерации перевозится ежегодно свыше 500 тыс. тонн хлора.

Грузоподъемность железнодорожных цистерн для хлора составляет 47,6 и 56 тонн, для аммиака - 30,7; 45,3 и 132 тонны, соляной кислоты - 52 и 59 тонн, фтора - 20 и 25 тонн.

Помимо цистерн, для транспортировки АХОВ используются различные контейнеры (бочки) емкостью от 0,1 до 0,8 м³ и специальные баллоны емкостью от 0,016 до 0,05 м\

Условия содержания АХОВ в цистернах (контейнерах, баллонах) соответствуют, как правило, условиям хранения сжиженных газов.

Железнодорожные цистерны, контейнеры и баллоны должны заполняться только до допустимой массы - с тщательным контролем массы пустой и заполненной емкости, так как при повышении температуры резко поднимается давление в емкости. Для сжиженных газов нормативный коэффициент заполнения емкости составляет 0,8-0,85.

Повреждение или разрушение специальных хранилищ, емкостей, цистерн, трубопроводов на ХОО и ОЖДТ в результате внешнего физического воздействия или аварий может привести к выбросу АХОВ в окружающую среду и образованию очага химического поражения. Образовавшееся при этом облако зараженного воздуха формирует зону заражения, пребывание людей в которой может представлять угрозу для их жизни и здоровья.

ХОО подразделяются по степени опасности в зависимости от того, какое количество людей может оказаться в зоне возможного химического заражения (ЗВХЗ):

I степень опасности - более 75 тыс. человек;

II степень опасности - от 40 до 75 тыс. человек;

III степень опасности - менее 40 тыс. человек;

IV степень опасности - ЗВХЗ не выходит за пределы санитарно- защитной зоны ХОО.

Критериями для классификации административно-территориальных единиц по химической опасности служит процент населения (территории), попадающий в ЗВХЗ:

1. степень опасности - более 50 % населения (территории);

2. степень опасности - от 30 до 50 % населения (территории);

III степень опасности - от 10 до 30 % населения (территории).

4.2. Характеристика параметров химического заражения при авариях

4.2.1. Факторы, влияющие на масштабы химического заражения

На железнодорожном транспорте наиболее часто причинами аварийных выбросов (разливов) АХОВ являются: неисправности, удары, сходы и опрокидывания железнодорожных цистерн с нарушением герметизации; трещины в сварных швах; разрыв оболочки цистерн; разрушение мембран; неисправность предохранительных клапанов и протечка из арматуры. Химические аварии происходят также из-за нарушения норм налива и других правил техники безопасности и перевозки АХОВ.

Масштабы распространения зараженного воздуха АХОВ и формирующиеся зоны химического заражения при авариях зависят от вида (свойств), массы и агрегатного состояния АХОВ, условий хранения емкостей, метеорологических и местных условий.

Процесс аварии при разгерметизации емкостей, в которых хранят или перевозят АХОВ в сжиженном состоянии, можно разделить на два этапа.

На первом этапе происходят мгновенный (в течение 1-3 мин) выброс части АХОВ в атмосферу и образование первичного облака.

На втором этапе происходит пролив вещества из емкости на подстилающую поверхность и его испарение (или испарение вещества из разгерметизированной цистерны без пролива). При испарении образуется вторичное облако химического заражения. При переносе первичного и вторичного облаков, которые накладываются, происходит выпадение осадков АХОВ на местность и ее заражение. Соотношение масс АХОВ, выброшенных в первичное и вторичное облако, зависит от свойств АХОВ, температуры воздуха при аварии, а также от давления и температуры в емкости.

При разгерметизации емкости с АХОВ, хранящихся в газообразном состоянии, образуется только первичное облако, а хранящихся в виде жидкостей - только вторичное облако.

Условия хранения и перевозки емкостей с АХОВ также оказывают существенное влияние на характер аварии и масштабы ее последствий.

При утечке из емкостей сжиженных и жидких АХОВ пролитая жидкость может распространиться на большие площади, заражая значительные территории и вызывая взрывы и пожары.

Для предотвращения указанных опасностей на многих ХОО применяется способ хранения АХОВ в обваловке или в поддонах (рис. 4.1).

Высота обваловки резервуаров грунтом принимается из расчета полного вылива АХОВ (с учетом превышения обваловки над уровнем вылившейся жидкости не менее 20 см). Ширина земляного вала поверху устраивается не менее 1 м.

Поддоны изготавливаются из железобетона или грунта с соблюдением тех же условий.

Рис. 4.1. Условия хранения емкостей: а - в обваловке; б - в поддоне

При открытом хранении емкостей (сюда же относятся железнодорожные цистерны с АХОВ) в случае аварии химическому заражению могут подвергнуться большие территории, сооружения, устройства и фунтовые воды. В этом случае толщина разлившегося слоя АХОВ будет незначительной (в среднем около 0,05 м), поэтому время испарения и поражающего действия меньше, чем при хранении емкостей в обваловке или поддоне.

Масштабы химического заражения существенно зависят от метеоусловий.

От направления ветра во многом зависит, какие объекты (жилые массивы, сооружения и устройства) могут попасть в зону заражения.

При увеличении скорости ветра (измеряемой на высоте 10 метров) увеличивается рассеивание химического облака. Чем меньше скорость ветра, тем дольше сохраняется большая концентрация АХОВ. В зимних условиях испарение АХОВ незначительно, и заражение местности будет длительным. При повышении температуры воздуха и почвы испарение АХОВ увеличивается, а продолжительность их действия уменьшается.

Дождь механически вымывает АХОВ из атмосферы и из поверхностных слоев почвы. При выпадении на зараженный участок снега некоторые виды АХОВ сохраняются более продолжительное время.

Состояние воздуха в приземном слое характеризуется степенью его вертикальной устойчивости: инверсией, изотермией и конвекцией. Условия их возникновения и характеристика представлены в табл. 4.2.

При инверсии и изотермии сохраняется высокая концентрация АХОВ в приземном слое воздуха, а распространение облака зараженного воздуха происходит на значительные расстояния.

Конвекция вызывает рассеивание зараженного воздуха, т.е. снижение концентрации паров АХОВ вследствие подъема более теплого воздуха и перемешивания его с верхними слоями.

Рельеф местности (овраги, лощины), лес и жилые массивы способствуют застою зараженного воздуха и увеличению длительности заражения. Вместе с тем, они препятствуют распространению зараженного воздуха на Глубину, в 3-3,5 раза меньшую, чем на открытой местности.

Таблица 4.2

Степень вертикальной устойчивости приземного слоя атмосферы

t°_в - температура верхних слоев воздуха; t°_н - температура нижних слоев воздуха.