sb000136

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

–––––––––––––––––––––––––––––––––

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

–––––––––––––––––––––––––––––––––––

В. А. БУКАНИН, В. Н. ПАВЛОВ, А. О. ТРУСОВ

ХИМИЧЕСКАЯ И РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Электронное учебное пособие

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2012

2

УДК 614.876/.878(075.8)

ББК 68.518я73 Б 906

Буканин В. А., Павлов В. Н., Трусов А. О.

Б906 Химическая и радиационная безопасность: Электронное учеб. пособие

/Под ред. В. Н. Павлова. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2012. 48 c.

ISBN 978-5-7629-1297-4

Рассматриваются вопросы воздействия на человека химических и ради- ационно-опасных факторов в условиях аварийных и чрезвычайных ситуаций. Приводятся задачи по оценке условий распространения опасных химических веществ и радиации, выбору и расчету средств защиты.

Предназначены для студентов всех направлений и специальностей.

УДК 614.876/.878(075.8) ББК 68.518я73

Рецензенты: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, кафедра безопасности жизнедеятельности; Заслуженный деятель науки и техники РФ, д-р техн. наук, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности СПбЛТА Русак О. Н.

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве электронного учебного пособия

3

2. ЗАЩИТА ОТ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

2.1. Общие сведения о химической опасности и оценка ее последствий

По характеру воздействия на организм человека опасные и вредные химические факторы разделяются на общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные и мутагенные факторы. Опасными и вредными являются такие химические вещества, которые при контакте с организмом человека могут вызвать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами как в процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Опасные и вредные химические вещества (ОВХВ) могут проникать в организм человека через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожные покровы и слизистые оболочки. Их воздействие зависит от качественного состава и объема (количества).

Общетоксические ОВХВ преобладают на всех видах производств. Их действие на человека осуществляется при постепенном накапливании (кумулятивном накоплении) в целом организме или в отдельных органах. Токсикация проявляется в разные сроки жизни человека, а в некоторых случаях и в следующих поколениях. Для определения токсикации при материальной кумуляции имеет значение суммарное количество вещества, попавшее в организм и накопившееся в отдельных органах человека, а не его концентрация. Другие вещества, которые также могут “накапливаться”, вызывают функци-

ональные изменения в организме (так называемая функциональная кумуляция).

К числу ОВХВ, вызывающих общую токсикацию, относятся следующие: ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол, нитробензол, анилин); ртутьорганические соединения; хлорсодержащие органические соединения (диоксин, хлорвинил) и др.

Группа хлорсодержащих веществ − диоксины, называемая “суперядами ХХ века”, медленно убивает и уродует человека. Обнаружить диоксины трудно, но даже самая низкая концентрация опасна. Они воздействуют на имунно-ферментную систему, усиливая воздействие радиации, аллергенов, токсинов; провоцируют онкологические заболевания, бесплодие, болезни кровеносной и эндокринной систем; вызывают рак мозга, заболевания печени и почек; вызывают болезни сердца, дыхательной системы. Хлорорганические соединения входят в состав большинства новых видов материалов (синтетических красителей, клея, растворителей, моющих и чистящих средств). Диоксины поступают в атмосферу при сжигании всех видов нефтепродуктов, промышленного и бытового мусора.

4

Раздражающее воздействие заключается в воспалительной реакции органов, в первую очередь органов дыхания, кожного покрова и слизистой оболочки глаз. Наиболее распространенным профессиональным заболеванием является фиброз (мельчайшее рубцевание ткани легких), вызываемое в первую очередь пылью различного происхождения и аэрозолями. Производственная пыль провоцирует профессиональные пылевые бронхиты, пневмонию, астматические риниты, бронхиальную астму, пневмонию. Аэрозоли кислот, щелочей, а также хлор-, фтор-, серо- и асбестсодержащие соединения (фосген, аммиак, оксиды серы и азота, сероводород и др.) оказывают раздражающее действие.

Сенсибилизирующее действие ОВХВ проявляется в том, что после не-

продолжительного воздействия на организм в последнем возникает повышенная чувствительность к этому веществу. При последующих контактах у человека возникает бурная реакция на это вещество, приводящая к кожным реакциям, астме и заболеваниям крови. К таким веществам относятся некоторые соединения ртути, платина, альдегиды и формальдегиды, бериллий и его соединения, карбониты никеля, железа и др.

Канцерогенное воздействие ОВХВ заключается в провоцировании он-

кологических заболеваний органов человека. К этой группе веществ в настоящее время отнесены следующие: полициклические ароматические углеводороды, входящие в состав сырой нефти, образующиеся при сжигании каменного угля, нефти, сланцев при температуре свыше 350 °С; продукты перегонки нефти − мазут, гудрон, битум, масла, сажа, нефтяной кокс и т. д.; пыль асбеста и др.

Мутагенная активность веществ проявляется в разрушении генетического механизма в организме человека, что может вызвать функциональные изменения, снижение общей сопротивляемости организма и раннее старение. Воздействие мутагенных веществ может сказаться на потомстве. К этой группе относятся следующие вещества: уретан, иприт, оксид этилена, формальдегид, хлорорганические соединения, свинец, марганец и т. д.

Бензол и его производные, сероводород, свинец, сурьма, марганец, никотин, соединения ртути и некоторые другие вещества снижают репродуктивную функцию организма (воспроизведение потомства).

Для всех вредных веществ, используемых в производстве, стандартом ГОСТ 12.1.005−88 устанавливаются классы опасности и предельно допустимые концентрации (ПДК), которые в течение рабочей смены не должны быть превышены даже кратковременно. ПДК − это такая концентрация вещества в воздухе, которая при ежедневной работе в течение 8 часов, но не более 41 часа в неделю, на протяжении всего рабочего стажа не вызывает у работающих заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования непосредственно в процессе работы или в отдаленные сроки. Оценка значения ПДК производится по массе вред-

5

ного вещества, измеренной в миллиграммах на один кубический метр объема воздуха.

По степени воздействия на организм химические вещества согласно ГОСТ 12.1.007−76 делятся на 4 класса опасности (табл. 2.1).

Примером первого класса чрезвычайно опасных химических веществ

могут служить ртуть, озон и свинец, ПДК которых составляют, соответственно, 0.01, 0.1 и 0.01/0.007 мг/м3. К высокоопасным веществам (2-й класс

опасности) относятся, например, марганец (ПДК = 0.3 мг/м3) и окись хрома (ПДК = 1.0 мг/м3). Оксид азота (ПДК = 2 мг/м3), кремневая пыль (ПДК = 1 мг/м3) и сода кальцинированная (ПДК = 2 мг/м3) являются представителями умеренно опасных веществ 3-го класса. К 4-му классу малоопасных вещества относится оксид углерода (ПДК = 20 мг/м3).

При одновременном содержании в воздухе нескольких вредных веществ однонаправленного действия нормирование производится с учетом ПДК всех компонентов смеси вредных веществ, которые остаются такими же, как и при изолированном воздействии.

Однонаправленное (однородное) действие вредных веществ подразумевает действие компонентов вредных веществ в воздухе на одни и те же системы в организме. При количественно одинаковой замене их друг другом токсичность компонентов не меняется. При независимом действии вредных веществ компоненты смеси вредных веществ в воздухе действуют на различные системы в организме человека.

При авариях, нарушении техники безопасности или регламентов работы оборудования возможно резкое возрастание вредных веществ в рабочей зоне, приводящее к острым отравлениям (иногда со смертельным исходом). Особую опасность для работающих и населения представляют аварии трубопроводов, цистерн и емкостей, в которых находится большая масса ОВХВ. При таких авариях рабочие и служащие поражаются поступающими в воздух ядовитыми парами, газами и продуктами горения. Площадь распространения облака ядовитых веществ называют очагом химического заражения.

В химическом отношении наиболее опасны предприятия химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, судостроительной, пищевой,

6

резинотехнической, мясомолочной промышленности; холодильники; водопроводные и водоочистительные сооружения; железнодорожные составы и склады с ядохимикатами, которые могут выделять радиоактивные и ядовитые вещества.

К химическим веществам и материалам как источникам ядовитых веществ относятся:

-летучие сильнодействующие ядовитые химические вещества;

-сильнодействующие ядовитые вещества (аммиак, хлор, синильная кислота, фосген, гидразины, олеум, сероуглерод), если их масса на предприятии удовлетворяет соотношению

где М - масса продукта, т; А - процентное содержание ОХВ в продукте; Cп - поражающая концентрация, мг/м3 (поражение в течение 1-3 ч); K - коэффициент, равный 1 - при Cп< 100 мг/м3, 2 - при Cп = 101…500 мг/м3 и 3 - при Cп > 500 мг/м3; X n - коэффициент условий хранения под землей, X = 1.5 для газообразных веществ; X = 3.0 для жидких и твердых веществ;

- летучие токсические вещества (амилацетат, растворители, бензин, фреон), если их масса в крупных наземных емкостях (цистернах) составляет для газообразных веществ 10 т, жидких и твердых - 30 т; соответственно подземных 15 и 90 т или в мелкой таре (бочках, баллонах) в наземных складах 15 т - для газообразных веществ, 50 т - для жидких и твердых веществ, а

вподземных складах, соответственно, 25 и 150 т;

-материалы, выделяющие при горении (пожаре) ядовитые газы (герметики, клей, краска, пластмасса, кожа, сера), если их масса более 100 т;

-химические вещества, самовоспламеняющиеся или взрывающиеся при контакте с водой (калий, карбид кальция, амальгамы), если их масса более 1 т;

-химические вещества, самовозгорающиеся на воздухе со взрывом (порошки алюминия, магния, цинка, циркония), если их масса более 1 т.

Кроме того, на предприятиях имеются газобаллонные заправочные станции с газовоздушными и топливными смесями (кислород, ацетилен, пропан, углекислый газ, топливо), при взрывах или утечках являющиеся потенциально опасными источниками ядовитых веществ.

Поведение сильнодействующих ядовитых веществ и газов на местности,

ввоздухе и их воздействие на организм человека определяются физикохимическими и токсическими свойствами. По токсикологическому воздействию опасные химические вещества (ОХВ) условно делятся на 6 групп: удушающие с прижигающим эффектом (хлор, фосген, хлорпикрин); общеядовитые (окись углерода, синильная кислота); удушающе-общеядовитые

7

(сернистый ангидрид, сероводород, окись азота), нейтропные, нервно- парали-тические (сероуглерод, фосфорорганические) и нарушающие обмен веществ (диоксин).

Безопасность функционирования химически опасных предприятий зависит от физико-химических свойств ОХВ, характера технологического процесса, условий хранения и транспортировки веществ. Вместимость резервуаров ограничивается для хлора массой 1−1000 т, аммиака − 5−30 000 т,

синильной кислоты − 1−200 т, сернистого ангидрида и сероуглерода

− 1−100 т.

Сильнодействующие ОХВ хранятся в резервуарах высокого давления (давление собственных паров), в изотермических резервуарах (низкотемпературное хранение), в хранилищах при температуре окружающей среды (высококипящие вещества).

При разрушении емкости давление над жидкими веществами падает до атмосферного, вещество вскипает (хлор, аммиак) и происходит бурный выброс газа (пара) на высоту 20−40 м. Облако, образовавшееся в момент разрушения емкости, называют первичным. Оно распространяется на большие расстояния, на объект проходит за 20−30 мин. Оставшаяся часть жидкого сильнодействующего ядовитого вещества разливается и испаряется, образуя вторичное облако, распространяющееся на небольшие расстояния. На объект это облако действует длительное время, пока не испарится (см. рисунок).

Исходные данные для оценки обстановки: М − масса ОХВ, т;

vв− скорость ветра, м/с;

степень вертикальной устойчивости атмосферы ночью и днем для ясной, полуясной и пасмурной погоды;

8

тип ОХВ; ПДК - предельно допустимая концентрация в рабочей зоне, мг/м3;

Dп - пороговая токсодоза, мг × мин/л;

Kэкв - коэффициент эквивалентности ОХВ одной тонне хлора;

Z - коэффициент, учитывающий условия хранения ОХВ, (Z = 1 - наземный склад; Z = 5 - подземный склад);

Y - коэффициент, учитывающий расположение склада относительно водоема; Y = 10 (L < 1.0 км), Y = 3 (L = 1…3 км);

n - обеспеченность людей противогазами, %;

Х - коэффициент агрегатного состояния ОХВ; Х = 1.5 - газ, Х = 3 - жидкость и твердое вещество.

Степень вертикальной устойчивости атмосферы определяется по табл. 2.2, исходя из скорости ветра, времени суток и состояния погоды.

Степень химической опасности объекта определяется, исходя из суммарного количества ОХВ по хлору (аммиаку): М3= 0.8…50 т (10…500 т) - 3-

я степень; М2 = 50…250 т (500…2500 т) - 2-я степень; М1 > 250 т ( > 2500 т) -

1-я степень.

При наличии других ОХВ на объекте производится расчет с использованием коэффициента эквивалентности одной тонны хлора: Kэкв = Гхл/Гяхв,

где Гхл − глубина распространения хлора в городе (температура воздуха 20 °С, vв= 1 м/с) определяется по табл. 2.3.

Примечание. Числитель − свободный разлив; знаменатель − разлив в обваловку;

на открытой местности табличную глубину необходимо умножать на 3.3 (глубина не более 80 км).

9

Глубина распространения 1 т опасных химических веществ (км) определяется по формуле

где D − токсодоза (см. табл. 2.18).

Глубина распространения ОХВ с учетом всех параметров определяется по формуле

где М − масса ОХВ, кг; Dпор − поражающая токсодоза, мг·мин/л; vв− скорость ветра, м/с; K − коэффициент вертикальной устойчивости атмосферы (K = 2 − инверсия; K = 3 − изотермия; K = 4 − конвекция).

При наличии нескольких ОХВ эквивалентное количество их по отношению к хлору и степень химической опасности объекта можно рассчитать по формуле

Глубина распространения облака ОХВ выбирается из табл. 2.3. При этом принято: а) для мирного времени − выброс ОХВ происходит из одного резервуара наибольшей емкости; б) для военного времени – выброс ОХВ происходит из всех резервуаров [масса рассчитывается по формуле (2.1)].

Разряд химической опасности объекта (РХО), исходя из объема возможных потерь людей (%), определяется по формуле

где Aхл − процентное содержание хлора в продукте (50…100 %).

При Р > 100 − особо опасное химическое предприятие 1-го разряда (потери людей более 50 %); Р = 11…100 − высокоопасное химическое пред-

приятие 2-го разряда (потери людей 20…50 %); Р < 10 − опасное химическое предприятие 3-го разряда (потери людей 10…20 %).

Радиус очага Ro первичного химического поражения местности (в метрах)

Ro = 6 М1 + М2 + .... + Мn ,

где М − масса, т.

Очагом первичного поражения считается площадь круга ( So ) с плотностью заражения δ = 0.01 т/м2.

10