2.6. Идентификация опасностей техногенных источников

Современные источники техногенных опасностей должны обладать:

- минимальным спектром и уровнем вредного воздействия на работающих, селитебные зоны техносферы и природу;

- минимальным техногенным риском, обеспечивая тем самым минимизацию индивидуального, социального и экологического рисков в зонах своего влияния.

Оценка опасностей техногенных источников выполняется на этапах их проектирования (модернизации) и при эксплуатации. Процедуру оценки числа и уровня опасностей на этапе проектирования принято называть идентификацией опасностей.

Идентификация опасных воздействий предусматривает выявление номенклатуры опасных потоков и расчет параметров их воздействия на работающих, население и природу.

При воздействии потоков вещества вычисляют:

- массы выбросов, сбросов и отбросов веществ, поступающих в помещения, промышленную зону и в окружающую среду;

- концентрации веществ в загрязненных ими зонах;

- размеры и конфигурацию загрязненных зон.

При воздействии потоков энергий определяют мощность и интенсивности потоков в зонах их влияния. Кроме указанных параметров учитываются и временные показатели процесса негативного влияния опасных зон, создаваемых источником опасности.

Идентификация опасностей в зонах пребывания людей - многофакторная задача. Некоторые упрощенные подходы к ее реализации будут рассмотрены в практикуме по дисциплине.

Идентификация выбросов в атмосферный воздух.

Выбросы технологических процессов и технических систем при их работе в штатных режимах состоят из:

- веществ, выбрасываемых в атмосферу;

- веществ, поступающих в рабочее помещение;

- утечек рабочих сред из технических систем при нарушении их герметичности как в помещение, так и на промышленные площадки.

Масса выбросов М, возникающих при проведении технологических процессов, обычно рассчитывается по формуле:

М = m_уд П k (1 - η), где

m_уд - удельное выделение загрязняющего вещества на единицу характерного показателя П производственного процесса (для расчета выбросов из плавильных агрегатов П - производительность плавильного агрегата, т/ч; для расчета выбросов при электродуговой сварке П - расход электродов, кг/ч; для расчета выбросов при резке металлов П - произведение длины реза на толщину разрезаемого металла, м²/ч; при окраске П - расход лакокрасочных материалов, кг/ч);

k - поправочный коэффициент для учета особенностей технологического процесса;

η - эффективность средств очистки выбросов в долях единицы. При их отсутствии η = 0.

При сжигании топлива (уголь, мазут, природный газ) в котлах ТЭС образуются диоксид углерода и нетоксичный водяной пар. Кроме них в атмосферу выбрасывают, и вредные вещества, такие как оксид углерода, оксиды серы и азота, летучая зола. Для ТЭС мощностью 1000 МВт характерны выбросы углекислого газа - 560; паров воды – 105, диоксида серы - 14; оксидов азота - 4 и золы 0,85 т/ч при условии, что эффективность очистки дымовых газов от летучей золы составляет 0,99. Вблизи ТЭС, выбрасывающих такое количество загрязнителей, образуются зоны с повышенными по сравнению с допустимыми концентрациям вредных веществ протяженностью до пяти км и более.

Для определения загрязнения атмосферного воздуха выбросами от точечного источника (например, от трубы ТЭС) используют методику ОНД-8б.

Концентрация примеси в приземном слое атмосферы по оси факела выброса на разных расстояниях от источника распределяется, как это изображено на рисунке 2.6.

Рис. 2.6. Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере

у земной поверхности от организованного высокого источника выбросов:

А – зона неорганизованного загрязнения; Б – зона переброса факела;

В – зона задымления; Г – зона постепенного снижения уровня загрязнения

Вблизи источника выброса концентрация примеси мала (А - зона неорганизованного загрязнения), а затем она увеличивается, достигая максимума на некотором расстоянии, от трубы, а затем снижается. Это происходит в трех зонах: зоне переброса факела (Б), зоне задымления (В - зоне максимального содержания загрязняющих веществ) и в зоне постепенного снижения уровня загрязнения (Г).

Зону задымления можно выделить как участок, на котором С > 0,5С_м . Совпадение зоны задымления с местами расположен объектов, требующих повышенной чистоты воздуха, недопустимо.

Наибольшего значения концентрация обычно достигает на расстоянии от 10 до 40 высот труб в случае нагретых выбросов и на расстоянии (5…10) высот труб в случае холодных выбросов. Так, при высоте труб от 100 до 250 м расстояние от точки выброса (от трубы) до точки максимума концентрации в зоне задымления при нагретых выбросах составляет (1,0…2,5) км, а при холодных - 0,5 км.

В реальных производственных городских, региональных и тому подобных условиях атмосферный воздух практически всегда оказывается одновременно загрязненным несколькими веществами. Совместное негативное влияние загрязняющих веществ на воздух городов и промышленных зон оценивают индексом загрязнения атмосферы (ИЗА). Для каждого i-го вещества:

ИЗА = k _i (С _i / ПДК_ссi) , где

k - коэффициент, равный 1,7 - для веществ 1 класса; 1,3 - для веществ II класса; 0,1 - для веществ III класса и 0,9 - для веществ IV класса;

С _i - текущая концентрация i-го вещества в атмосфере;

ПДК_ссi - предельно допустимая, среднесуточная концентрация i-го вещества.

Интегральную оценку загрязненности атмосферы в городах обычно ведут по пяти наиболее опасным веществ для чего рассчитывают значение ИЗА по формуле:

ИЗА₅ =Σ k _i (С _i / ПДК_ссi),

С.

Допустимые значения ИЗА₅ ≤ 7. В 2002 году в России 38 городов имели показатель ИЗА₅ > 14. Данные наблюдений за 2008 год показывают, что уровень загрязнения атмосферы остается высоким. В 67% городов (136 городов), в которых проводятся наблюдения, степень загрязнения воздуха очень высокая и высокая и лишь в 19% городов – низкая, а в 14% - допустимая.

Идентификация энергетических воздействий.

При идентификации энергетических воздействий следует исходить из условия, что наибольшая интенсивность потока энергии всегда отмечается непосредственно около источника. Интенсивность потока энергии в среде обитания уменьшается обратно пропорционально площади, на которую распределяется энергия, т.е. величине r ², где r - расстояние от источника излучения до рассматриваемой (расчетной) точки в среде обитания.

Если источник, излучающий энергию, находится на земной поверхности, то излучение идет, в полусферическое пространство (S – 2πr ²), если же источник, излучающий энергию, находится над земной поверхностью или под ней, то излучение идет в сферическое пространство (S – 4πr ²).

Расчет амплитуд вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта при вертикальных (горизонтальных) вибрациях фундамента машин с динамическими нагрузками производят по формуле:

A_r = A₀ {1/ř [1 + (ř – 1)²] + (ř ² – 1)/(ř ² + 1) (3ř ) ^-1}, где

A_r - амплитуда колебаний грунта в точках, расположенных на расстоянии r от оси фундамента, являющегося источником волн в грунте;

A₀ - амплитуда свободных или вынужденных колебаний фундамента при r = r₀, r₀ = (F/π)^-1 - приведенный радиус подошвы фундамента площадью F;

ř = r/r₀·. Частоту волн, распространяющихся в грунте, принимают равной частоте колебаний фундамента.

Протяженность зоны воздействия вибраций определяется величиной их затухания в грунте, которая, как правило, составляет 1 дБ/м (в водонасыщенных грунтах она несколько выше). Чаще всего на расстоянии (50…60) м от магистралей рельсового транспорта вибрации затухают.

Зоны действия вибраций возле строительных площадок, кузнечно-прессо-вых цехов, оснащенных молотами с облегченными фундаментами, значительно больше, они могут иметь радиус до (150…200) м. Значительные вибрации в жилых зданиях могут создавать расположенные в них технические устройства (насосы, лифты и т.п.), а также трассы метрополитена неглубокого залегания.

Интенсивность звука (Вт/м²) в расчетной точке окружающей среды при излучении шума источником со звуковой мощностью P (Вт) рассчитывают по формуле:

I =РФ/Sk , где

Ф - фактор направленности излучения шума;

S - площадь, на которую распределяется звуковая энергия, м²;

k - коэффициент, учитывающий уменьшение интенсивности звука на пути его распространения за счет затухания в воздухе и на различных препятствиях;

k = 1 при отсутствии препятствий и при расстояниях до 50 м.

Усредненные уровни звука и зоны воздействия шума при эксплуатации различных средств транспорта приведены в таблице 2.3 (при интенсивности движения единиц транспорта в час: железная дорога – 40; открытая линия метро – 40; автотранспорт городских улиц – (50…500); скоростная автомагистраль – (2000…6000).

Таблица 2.3.

Уровни звука (дБА), создаваемые средствами транспорта

Расстояние от источника шума, м	Транспортное средство
	железная дорога	открытая линия метро	городской автотранспорт	скоростная автомагистраль
7,5	89	69	60…74	87
10,0	-	=	60…74	-
50,0	-	53	-	55…56
70,0	65	-	-	-
Требуемое снижение уровня звука, дБА	20	8	7…21	11…14

Шумовая характеристика железнодорожного транспорта оценивается величиной уровня звука I_экв (дБА), определяемой по формуле:

I_экв = 63 + 25 lgV/V₀ , где

V - скорость состава, м/с;

V₀ - 1 м/с.

Электромагнитное поле (ЭМП) несет энергию, определяемую плотностью потока энергии I (Вт/м²). При излучении сферических электромагнитных волн плотность потока энергии в зависимости от расстояния от источника определяется по формуле:

I =Р_ист /4 πr² , где

Р_ист - мощность источника, Вт;

r - расстояние от источника электромагнитного поля до расчетной точки, м.

Формула справедлива при условии, что r ≥ λ/2π, где λ - длина волны электромагнитного излучения, м. Длина волн связана с частотой f, Гц, соотношением λf = с, где с - скорость распространения электромагнитных волн, м/с.

Опасные зоны источников ЭМП и излучений для линий электропередачи с частотой 0 и 50 Гц в зависимости от напряжения представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4.

Размер защитной зоны от крайнего провода ЛЭП

Напряжение, кВ	20	110	330	750	1150
Размер защитной зоны, м	10	20	75	250	300

Для электрифицированных железных дорог при напряжении (10…20) кВ защитная зона составляет соответственно 10 и 20 м.

Для источников радиочастот СВЧ [f = (3·10⁸…3·10¹¹) Гц] защитная зона составляет 300 м.

Идентификация травмоопасных воздействий.

Идентификация травмоопасных воздействий предусматривает, прежде всего, оценку техногенного риска опасных производственных объектов (ОПО) при авариях.

Для идентификации опасных объекта в Российской Федерации используют следующие нормативные документы:

- Методические указания па проведению анализа риска опасных промышленных объектов РД 03.418-01;

- Методику прогнозирования масштабов загрязнения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте РД 52.04.253-90;

- Положение о порядке оформления деклараций промышленной безопасности и перечень сведений, содержащихся в ней РД 03.315-99.

Основной подход к оценке техногенного риска ОПО, как правило, опирается на статистику аварий или на вероятный анализ: построение и расчет "Деревьев событий" и "деревьев отказов". С помощью первых можно. предсказать, во что мажет вылиться тот или иной отказ техники, а с помощью вторых - проследить все причины, которые способны его вызвать.

Па анализу вероятности рассчитывают риск реализации каждого отказа, а в итоге - общую вероятность (риск) аварии на ОПО. Построить дерево отказов можно в соответствии с рекомендациями РД 03.418-01.

Количественна анализ опасностей технических систем на основе оценки вероятности возникновения нештатных ситуаций упрощенно можно оценить с помощью формулы:

R = 1 – е ^-λt, где

λ - интенсивность отказов, 1/ч;

t - время эксплуатации.

Для некоторых технических систем интенсивность отказов приведена ниже в таблице 2.5.

Таблица 2.5.

Интенсивность отказов для технических систем

Тип оборудования	Интенсивность отказов, 1/ч
Механическое оборудование	10-2…10-4
Гидропневмоэлементы		10-2…10-4
Паровые котлы	10-2…10-5
Трансформаторы	10-3…10-6
Сварные соединения	10-5…10-8
Болтовые соединения	< 10-9

При построении полей суммарного техногенного рис R_Ti от воздействия нескольких технических средств в зон защиты используется соотношение:

n

R_ΣT (x, у) = Σ R_Ti (x, у) , где

_{i =1}

R_Ti - величина техногенного риска i-го источника в точке селитебной зоны с координатами х и у;

п - число источников техногенной опасности, одновременно оказывающих опасное влияние в этой точке пространства.

Максимальное значение индивидуального риска (R_и ) для человека в конкретной зоне его пребывания определяется суммированием величины естественного риска (R_ecт ) в этой зоне с величиной индивидуального риска, возникающего от действия всех техногенных источников в этой зон пребывания R_ΣT , по формуле:

R_и = R_ΣT + R_ecт .

Условие отсутствия травмоопасности описывается формулой:

R_и ≤ R_{и доп} , где

R _{и доп} - допустимый (приемлемый) индивидуальны риск

Приведенное выше соотношение для определения R_и справедливо при одновременно происходящих естественно-техногенных событиях.

При оценке негативного влияния ЧП необходимо понимать, что аварии и стихийные явления, характеризуемые на их первой стадии значениями риска, в дальнейшем могут создавать в жизненном пространстве чрезвычайные ситуации. Состояние опасностей на таких территориях и акваториях, описывают величиной вредных факторов - концентрациями вредных веществ и значениями уровней интенсивности потоков энергии, обычно представленных в безразмерных единицах, кратных ПДК или ПДУ Примером развития подобных событий является авария на ЧАЭС.

Полученные значения потенциального техногенного риска R_T позволяют определить социальный риск R_c по формуле:

R_c = ∫ R_T (x, у) φ(x, у) dS , где

s

φ(x, у) - плотность распределения людей на элементе территории dS;

S - площадь территории, на которую распространяется условие R_и > R_{и доп} .

Следует отметить, что принятые в РД 03.418-01 рекомендации по учету исходных данных не являются достаточно полными, поэтому и результаты анализа требуют определенного уточнения. На конечный результат определения риска влияют плотность жилой застройки (школ, больниц, кинотеатров, транспортных развязок и т.п.), а также способы использования опасного вещества в технологическом процессе, поэтому расчетные уровни индивидуального риска ОХО могут существенного изменяться. Как правило, многие объекты, отнесенные ранее к неопасным, меняют свой статус.

Так, например, расчеты показывают, что, в Москве общее количество объектов повышенной опасности (создающих уровень индивидуального риска выше 10^-4) составляет 19 (в их число входят хладокомбинаты, водопроводные станции, базы сжигания газа, мясокомбинаты, химические предприятия), а количество предприятий умеренного риска (10^-4…10^-6) - 53 (многие промышленные предприятия, пищевые комбинаты, холодильники и т.п.). Малоопасными (риск менее 10^-6) являются 69 объектов (ТЭЦ, машиностроительные и приборостроительные предприятия, типографии и т.п.).

Эти обстоятельства весьма важны при оценке влияния ОПО на население. Если их учесть, то можно определить расчетные расстояния, приведенные в таблице 2.6 для некоторых химических веществ, на которых возможно нанесение ущерба здоровью населения при хранении предельно допустимых количеств веществ на ОПО.

Таблица 2.6.

Расчетные расстояния при хранении

предельно допустимых количеств веществ на ОПО

Вещество	Предельное количество, т	Расчетное расстояние, м
Хлор	25	500
Аммиак	500	500
Акрилонитрил	200	100
Оксид этилена	50	50
Цианистый водород	20	50
Фтористый водород	50	200
Сернистый водород	50	500
Диоксид серы	250	500
Триоксид серы	75	-
Алкилы свинца	50	-
Фосген	0,75	200
Метилизоционат	0,15	25
Бензин	200	200
Нитрат аммония	2500	200

При этом следует учитывать, что радиусы зон поражения при авариях (РД 52.04.253-90), как это видно из таблицы 2.7, весьма значительны.

Таблица 2.7.

Расчетные расстояния при хранении

предельно допустимых количеств веществ на ОПО

ОПО	Вещество	Расчетная граница зоны поражения, м
Водопроводная станция	Хлор	2000
Хладокомбинат	Аммиак	1000
Нефтезавод	Нефтепродукты	750
	ЛВЖ, ГЖ	400

Определенные шаги по учету влияния запасов веществ на уровень опасности объекта уже сделаны. В соответствии с последними нормативными документами величина предельного количества вещества может быть уменьшена (вплоть до 0,1 от предельного), если расстояние от объекта до селитебной зоны или зон большого скопления людей составляет менее 500 м.

Некоторые данные о реальной удаленности ОПО от населенных районов приведены в таблице 2.8.

Таблица 2.8.

Реальная удаленность ОПО от селитебной зоны

Вид ОПО	Расстояние от селитебной зоны, м
Бензозаправочные станции	менее 50
Хранилища баллонов	менее 100
Хранилища пестицидов	менее 50

При оценке воздействия источников чрезвычайной опасности на состояние (размеры) опасных зон используются поля изолиний индивидуального риска, ограниченные соответствующими линиями (10^-5, 10^-6 и т.п.).

При оценке опасности проживания населения в конкретной зоне необходимо учитывать факты взаимного влияния ОПО. Даже если риск одновременного негативного воздействия отдельных объектов является маловероятным, необходимо учитывать их возможное совместное негативное влияние, особенно для условий расположения объектов в плотной жилой застройке.