Вопросы для самоконтроля

1. От чего зависит количество НВ, накапливающихся в корпусе судна?

2. Сколько процентов нефтепродукта содержится в НВ? Состав НВ.

3. Как определяют суточное накопление НВ в практике морского судоходства?

4. Как рассчитывают суточное накопление НВ для речных судов?

5. Как проявляется вредное воздействие НВ и СВ на ОС?

6. Каков состав СВ?

7. Что такое ЭХВП?

8. Оборудование для защиты ОС. Как осуществляется его выбор?

9. Какой нормативный документ регламентирует определение размера вреда при несанкционированном сбросе СВ и НВ? Особенности расчета.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

Оценка ущерба от загрязнения атмосферы выбросами судовых энергетических установок

Цель работы: Изучить особенности воздействия выбросов судовых энергетических установок (СЭУ) на ОС и организм человека, рассчитать количество вредных веществ отработавших газах с учетом качества применяемого топлива, определить размер ущерба атмосфере от выбросов СЭУ.

Теоретическая часть

Вследствие неполного сгорания топлива, несовершенства систем СЭУ, нарушений правил технического обслуживания, а иногда в результате аварии может возникнуть химическое, тепловое, шумовое, вибрационное и радиационное загрязнение атмосферы [3].

Остановимся более подробно на химическом загрязнении.

При работе СЭУ в атмосферу выбрасываются отработавшие газы (ОГ) котлов и двигателей внутреннего сгорания (главных и вспомогательных), токсичность которых зависит от сорта топлива и условий его сгорания.

Многочисленными исследованиями установлено, что в ОГ содержится более 200 различных вредных веществ, которые по токсичности делятся на семь групп (табл. 5).

Первая группа. В нее входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосферного воздуха. В этой группе заслуживает внимания углекислый газ (СО₂), содержание которого в ОГ нормируется в связи с особой ролью СО₂ в «парниковом эффекте» (Киотское соглашение).

Таблица 5. Группы вредных веществ, содержащихся в отработавших газах ДВС

Группа	Примеси	ПДК, %	Концентрация, %, и воздействие на человека
I	Азот N2, кислород О2, водород Н2, водяной пар Н2О, углекислый газ СО2	–	–
II	Окись углерода СО	0,0008	0,01 – хроническое отравление при длительном воздействии 0,05 – слабое отравление через 1 ч 1,0 – потеря сознания после нескольких вдохов
III	Окислы азота: NO, NO2, N2O4, N2O5 и т.д.	0,000009 (в пересчете на N2O5	0,0013 – раздражение слизистых оболочек носа и глаз 0,004–0,008 – отек легких
IV	Углеводородные соединения СхНу	–	Раздражение слизистых оболочек, образование опухолей
V	Альдегиды: акролеин СН2СНСНО (жидкость) формальдегид НСОН (газ)	– 0,00001	0,0005 – труднопереносим 0,014 – смерть через 10 мин 0,007 – раздражение дыхательных путей и глаз
VI	Сажа С	0,000038	Загрязнение воздуха и воды, ухудшение видимости
VII	Сернистый ангидрид SO2	0,000012	0,0017 – раздражение глаз, кашель 0,004 – отравление через 3 мин

Вторая группа. К этой группе относят только одно вещество – оксид углерода, или угарный газ (СО). Продукт неполного сгорания нефтяных видов топлива не имеет цвета и запаха, легче воздуха. В кислороде и на воздухе оксид углерода горит голубоватым пламенем, выделяя много теплоты и превращаясь в углекислый газ.

Оксид углерода обладает выраженным отравляющим действием. Оно обусловлено его способностью вступать в реакцию с гемоглобином крови, приводя к образованию карбоксигемоглобина, который не связывает кислород. Вследствие этого нарушается газообмен в организме, появляется кислородное голодание и возникает нарушение функционирования всех систем организма. Характер отравления оксидом углерода зависит от его концентрации в воздухе, длительности воздействия и индивидуальной восприимчивости человека. Легкая степень отравления вызывает пульсацию в голове, потемнение в глазах, повышенное сердцебиение. При тяжелом отравлении сознание затуманивается, возрастает сонливость. При очень больших дозах угарного газа (свыше 1%) наступает потеря сознания и смерть.

Третья группа. В ее составе оксиды азота, главным образом NO – оксид азота и NO₂ – диоксид азота. Это газы, образующиеся в камере сгорания ДВС при температуре 2800С и давлении около 1,0 МПа. Оксид азота – бесцветный газ, не взаимодействует с водой и мало растворим в ней, не вступает в реакции с растворами кислот и щелочей. Легко окисляется кислородом воздуха и образует диоксид азота. При обычных атмосферных условиях NO полностью превращается в NO₂ – газ бурового цвета с характерным запахом. Он тяжелее воздуха.

Для человеческого организма оксиды азота еще более вредны, чем угарный газ. Общий характер воздействия меняется в зависимости от содержания различных оксидов азота. При контакте диоксида азота с влажной поверхностью (слизистые оболочки глаз, носа, бронхов) образуются азотная и азотистая кислоты, раздражающие слизистые оболочки и поражающие альвеолярную ткань легких. При высоких концентрациях оксидов азота (0,004–0,008%) возникают астматические проявления и отек легких. Вдыхая воздух, содержащий оксиды азота в высоких концентрациях, человек не имеет неприятных ощущений и не предполагает отрицательных последствий. При длительном воздействии оксидов азота в концентрациях, превышающих норму, люди заболевают хроническим бронхитом, воспалением слизистой желудочно-кишечного тракта, страдают сердечной слабостью, а также нервными расстройствами.

Вторичная реакция на воздействие оксидов азота проявляется в образовании в человеческом организме нитритов и всасывании их в кровь. Это вызывает превращение гемоглобина в метагемоглобин, что приводит к нарушению сердечной деятельности.

Оксиды азота оказывают отрицательное воздействие и на растительность, образуя на листовых пластинах растворы азотной и азотистой кислот. Этим же свойством обусловлено влияние оксидов азота на судовые металлические конструкции. Кроме того, они участвуют в фотохимической реакции образования смога.

Четвертая группа. В эту наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды, то есть соединения типа С_хН_у. В ОГ содержатся углеводороды различных гомологических рядов: парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (бензольные), всего около 160 компонентов. Они образуются в результате неполного сгорания топлива в двигателе.

Несгоревшие углеводороды являются одной из причин появления белого или голубого дыма. Это происходит при запаздывании воспламенения рабочей смеси в двигателе или при пониженных температурах в камере сгорания.

Углеводороды токсичны и оказывают неблагоприятное воздействие на сердечно-сосудистую систему человека. Углеводородные соединения ОГ, наряду с токсическими свойствами, обладают канцерогенным действием. Канцерогены – это вещества, способствующие возникновению и развитию злокачественных новообразований.

Особой канцерогенной активностью отличается ароматический углеводород бенз-а-пирен С₂₀Н₁₂, содержащийся в ОГ дизелей. Он хорошо растворяется в маслах, жирах, сыворотке человеческой крови. Накапливаясь в организме человека до опасных концентраций, бенз-а-пирен стимулирует образование злокачественных опухолей.

Углеводороды под действием ультрафиолетового излучения Солнца вступают в реакцию с оксидами азота, в результате образуются новые токсичные продукты – фотооксиданты, являющиеся основой «смога» (от англ. smoke – дым и fog – туман).

Фотооксиданты биологически активны, оказывают вредное воздействие на живые организмы, ведут к росту легочных и бронхиальных заболеваний людей, разрушают резиновые изделия, ускоряют коррозию металлов, ухудшают условия видимости.

Пятая группа. Ее составляют альдегиды – органические соединения, содержащие альдегидную группу – , связанную с углеродным радикалом (СН₃, С₆Н₅ и др.).

В ОГ присутствуют в основном формальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Наибольшее количество альдегидов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузок, когда температуры сгорания в двигателе невысокие.

Формальдегид НСНО – бесцветный газ с неприятным запахом, тяжелее воздуха, легко растворимый в воде. Он раздражает слизистые оболочки человека, дыхательные пути, поражает центральную нервную систему. Обуславливает запах отработавших газов, особенно у дизелей.

Акролеин СН₂ = СН–СН = О, или альдегид акриловой кислоты, – бесцветный ядовитый газ с запахом подгоревших жиров. Оказывает воздействие на слизистые оболочки.

Уксусный альдегид СН₃СНО – газ с резким запахом и токсичным действием на человеческий организм.

Шестая группа. В нее выделяют сажу и другие дисперсные частицы (продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар и др.) Сажа – частицы твердого углерода черного цвета, образующиеся при неполном сгорании и термическом разложении углеводородов топлива. Она не представляет непосредственной опасности для здоровья человека, но может раздражать дыхательные пути. Создавая дымный шлейф за транспортным средством, сажа ухудшает видимость. Наибольший вред сажи заключается в адсорбировании на ее поверхности бенз-а-пирена, который в этом случае оказывает более сильное негативное воздействие на организм человека, чем в чистом виде.

Седьмая группа. Представляет собой сернистые соединения – такие неорганические газы, как сернистый ангидрид, сероводород, которые появляются в составе ОГ двигателей, если используется топливо с повышенным содержанием серы. Значительно больше серы присутствует в дизельных топливах по сравнению с другими видами топлив, используемых на водном транспорте.

Согласно европейским стандартам, введенным в действие в 1996 году, содержание серы в дизельном топливе не должно превышать 0,005 г/л. Наличие серы усиливает токсичность ОГ дизелей и является причиной появления в них вредных сернистых соединений.

Сернистые соединения обладают резким запахом, тяжелее воздуха, растворяются в воде. Оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека, могут привести к нарушению углеводного и белкового обмена и угнетению окислительных процессов, при высокой концентрации (свыше 0,01%) – к отравлению организма. Сернистый ангидрид губительно воздействует и на растительный мир.

Оценку экологической опасности загрязнения атмосферы СЭУ можно выполнить по количеству и составу вредных веществ ОГ (NO_x; СО; СН) с учетом качества применяемого топлива (SO_x). В качестве интегрального показателя оценки экологической опасности целесообразно использовать размер ущерба.

В большинстве случаев основными элементами СЭУ, загрязняющими атмосферу, являются главные и вспомогательные дизели.

Наибольшую опасность выбросы в атмосферу от судовых дизелей представляют во время стоянки судна с работающими двигателями, например, в порту или при прохождении шлюзов. Поэтому можно рассматривать судно как одиночный неподвижный низкий точечный источник выбросов.

В соответствии с действующими Международными документами и Правилами Морского и Речного Регистров нормируемым параметром при оценке экологической опасности двигателей является удельный средневзвешенный выброс вредного (загрязняющего) вещества в граммах на 1 кВт  ч.

Основные мероприятия по предотвращению загрязнения атмосферы СЭУ в соответствии с Правилами Морского и Речного Регистров обеспечивают наличием сертификата завода-строителя двигателя и контролем в процессе освидетельствования двигателя за нормируемыми параметрами выбросов вредных загрязняющих веществ в атмосферу с помощью упрощенной методики «Сверка параметров».

Эта методика основывается на возможности замены измерения концентрации вредных веществ в ОГ двигателя, указанных в паспорте двигателя (измерениями некоторых технических параметров). Поддержание этих параметров на определенном уровне гарантирует безопасную концентрацию вредных веществ в ОГ. Безопасный уровень технических параметров устанавливается во время стендовых испытаний на заводе-строителе.