Глава 2. Оценка химической обстановки.

За последнее десятилетие по данным Министерства Украины по вопросам чрезвычайных ситуаций и делам защиты населения от последствий Чернобыльской катастрофы (МЧС) на территории Украины ежегодно регистрируется в среднем около 1000 тяжелых чрезвычайных ситуаций (ЧС), к которым относятся ЧС связанные с аварийным выбросом (разливом) сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ).

В настоящее время число химически опасных объектов на Украине составляет свыше 1800, на которых хранится, производится и используется свыше 270 тыс. тонн различных СДЯВ. Большую часть из них составляют хлор (около 10 тыс.т) и аммиак (более 180 тыс.т). На территории Донецкой области имеются около 700 т хлора, и более 20 тыс.т аммиака. Кроме того, по территории 8 областей (Днепропетровской, Донецкой, Запорожской, Луганской, Николаевской, Одесской, Харьковской и Херсонской) проходит аммиакопровод «Тольятти-Одесса», протяженностью 1022,7 км, каждый километр которого содержит 55 тонн аммиака.

При повреждении, разрушении емкостей или технологических коммуникаций на химически опасных объектах, а также аварий при транспортировке СДЯВ, могут возникнуть зоны химического заражения и очаги химического поражения людей, сельскохозяйственных животных, растений.

В связи с этим существует потенциальная угроза возникновения чрезвычайной ситуации и поэтому на всех химически опасных объектах заблаговременно проводится оценка возможных зон заражения для грамотной локализации возникшей аварии, ведения спасательных работ в условиях заражения и ликвидации последствий аварии, по восстановлению производственной деятельности объекта и обеспечению жизнедеятельности проживающего рядом населения.

Оценка химической обстановки осуществляется по специальной методике, для освоения которой необходимо знать следующие понятия и определения.

2.1. Понятия и определения.

Опасность химических веществ определяется их способностью проникать через органы дыхания, пищеварения, кожные покровы и слизистые оболочки в организм человека, нарушая при этом его нормальную жизнедеятельность, вызывая различные болезненные состояния, при определенных условиях – летальный исход.

Степень и характер нарушения нормальной жизнедеятельности организма зависит от токсических свойств химических веществ, путей проникновения и продолжительности (экспозиции) их поступления и воздействия.

По степени опасности для человека все химические вещества делятся на четыре класса. В качестве показателя опасности принят коэффициент возможного ингаляционного отравления (КВИО).

1-класс (чрезвычайно опасные) - КВИО≥ 300;

2-класс (высоко опасные) - КВИО≥ 30;

3- класс ( умеренно опасные ) -КВИО ≥ 3;

4-класс (мало опасные) - КВИО‹ 3.

КВИО это отношение максимально достигаемой концентрации вещества в воздухе при 20^оС к летальной концентрации (ЛК_50.).

ЛК₅₀ – летальная концентрация вещества, вызывающая у лабораторных животных при вдыхании (у мышей через 2 часа, у крыс через 4 часа) летальный исход, т.е. гибель 50% животных.

СДЯВ - особая группа опасных химических веществ, которые являются наиболее опасными для людей в случае попадания в окружающую среду.

Принято два критерия подбора в группу СДЯВ: первый – вещества, имеющие величину коэффициента КВИО ≥ 30, т.е. первого и второго класса опасности; второй – вероятность и масштабы возможного загрязнения атмосферы, воды, почвы при производстве, транспортировке и хранении опасных химических веществ. Введение второго критерия обусловлено тем, что из большого количества известных и запланированных к выпуску на будущее химических веществ, имеющих данную величину коэффициента КВИО, реальную угрозу массового поражения людей составляет лишь их часть, которая характеризуется большим масштабом производства, потребления, хранения и транспортирования, а следовательно существенным загрязнением окружающей среды.

Зона возможного химического заражения – территория, в пределах которой в зависимости от направления ветра может перемещаться облако зараженного воздуха. Размеры зон возможного химического заражения определяются методом прогнозирования.

Зона фактического химического заражения – территория, в пределах которой заражен приземный слой воздуха в опасных для жизни концентрациях. Ее размеры определяются по данным разведки, т.е. по фактически сложившейся обстановке.

Очаг химического поражения – это территория, в пределах которой произошли массовые поражения людей, животных и растений. Он включает в себя не только участок местности, на котором разлился токсичный продукт, но и зону заражения с подветренной стороны от места разлива.

Для характеристики токсичных свойств СДЯВ используются понятия: среднесуточная предельно-допустимая концентрация в населенном месте (ПДК_сс), предельно-допустимая концентрация рабочей зоны (ПДК_рз) и токсодоза.

Среднесуточная предельно-допустимая концентрация (ПДК_сс) – это такая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая при ежедневной пребывании в течение 24 часов, не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследований, в процессе жизни настоящих и последующих поколений.

Предельно-допустимая концентрация рабочей зоны (ПДК_рз) – это такая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны, которая при ежедневной работе в течение 8 часов, но не более 41 часа в неделю, на протяжении всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследований, в процессе работы или при отдаленных сроках жизни настоящих и последующих поколений, т.е. человек ежедневно и безопасно для здоровья может находиться в такой атмосфере не более 6 часов в сутки.

Для оценки поражающего эффекта одной величины концентрации вещества недостаточно, поскольку в организме со временем яд накапливается, т.е. необходимо учитывать экспозицию.

Токсодозой называют величину, равную количеству яда, поступившего в организм человека, отнесенному к его массе тела. Токсодозу (Ω) при воздействии яда в течении времени (t, с) при постоянной концентрации С(t) = const можно оценить по формуле Хабера:

Ω = C∙v∙t/m,

где m - масса тела человека, v – объем вентиляции легких (произведение глубины вдоха на число вдохов в единицу времени). В расчетах обычно принимают m = 70 кг, v = 7 л/мин или 1,167 ∙10^-4 м³/с. Величина Ω безразмерная, однако, используя по традиции концентрацию С в мг/м³, получаем применяемую на практике размерность для Ω мг/кг.

Данные по ПДК_сс, ПДК_рз и токсодозе представлены в таблице 6.

Для разработки комплекса мероприятий защиты населения, объектов хозяйственной деятельности (ОХД) от последствий аварий, необходимо осуществлять оценку химической обстановки.

Оценка химической обстановки на предприятиях имеющих СДЯВ, проводится двумя методами:

1. методом прогнозирования;

2) по данным химической разведки.

Методом прогнозирования пользуются в период благополучного функционирования химически опасного объекта, когда за величину возможного выброса СДЯВ принимаются данные по одновременному выбросу в атмосферу всего запаса СДЯВ, имеющегося на объекте, при благоприятных для распространения зараженного воздуха метеоусловиях (наличие инверсии и опасной скорости ветра –1 м/с);

При аварии (повреждении, разрушении емкостей со СДЯВ) оценка проводится по конкретным данным фактически сложившейся обстановки, т.е. для расчетов берутся реальные условия:

• тип и количество СДЯВ, которое было выброшено или разлито в результате аварии;

• токсичность СДЯВ;

• характер разлива (свободно, в поддон, обваловку);

• топографические условия местности и характер застройки на пути распространения зараженного облака;

• метеоусловия (температура воздуха, скорость и направление ветра в приземном слое, степень его вертикальной устойчивости).

На глубину распространения СДЯВ, являющейся основной характеристикой зоны химического заражения, и на их концентрацию в воздухе значительно влияют вертикальные потоки воздуха. Их направление характеризуется степенью вертикальной устойчивости атмосферы. Различают три степени вертикальной устойчивости атмосферы в приземном слое воздуха:

• инверсия;

• изотермия;

• конвекция.

Инверсия возникает обычно в вечерние часы примерно за 1 час до захода солнца и разрушается в течение часа после его восхода. При инверсии нижние слои воздуха холоднее верхних, что происходит в результате интенсивного излучения тепла земной поверхностью. Это препятствует рассеиванию его по высоте и создает наиболее благоприятные условия для сохранения высоких концентраций СДЯВ в зараженном воздухе. Толщина инверсионного слоя составляет десятки – сотни метров. Задерживающая функция инверсионного слоя способствует образованию под ним водяных паров, тумана, пыли, дыма. Инверсия бывает в ясную, полуясную погоду в ночное время при скорости ветра от 0,5 до 4 м/с.

Изотермия характеризуется стабильным равновесием воздуха. Она наиболее типична для пасмурной погоды (ночью и днем, а также может возникать и в утренние и вечерние часы как переходное состояние от инверсии к конвекции (утром) и наоборот от конвекции к инверсии (вечером). Изотермия, так же как и инверсия, способствует длительному застою паров СДЯВ на местности, в лесу, в жилых кварталах городов и населенных пунктов.

Конвекция – это вертикальные перемещения воздуха с одних высот на другие: более теплый воздух поднимается вверх, более холодный и плотный - опускается вниз. При конвекции восходящие потоки воздуха рассеивают зараженное облако и уменьшают его поражающее действие. Конвекция возникает обычно через 2 часа после восхода солнца и разрушается примерно за 2-2,5 часа до его захода, она типична для летних ясных дней.

Степень вертикальной устойчивости приземного слоя воздуха может быть определена по данным прогноза погоды с помощью график, представленного на рисунке 3.

Для усвоения методики оценки химической обстановки необходимо знать, что масштабы зон заражения определяются по первичному и (или) вторичному облаку в зависимости от физико-химических свойств и агрегатного состояния СДЯВ.

Скорость ветра, м/с

Ночь

День

Ясно

Полуясно

Пасмурно

Ясно

Полуясно

Пасмурно

0,5

Конвекция

Инверсия

0,6…2

2,1…4

Более 4

Изотермия

Изотермия

Рисунок 3 – График оценки степени вертикальной устойчивости воздуха по данным прогноза погоды.

Первичное облако образуется в результате мгновенного (1-3мин) испарения из разрушенных емкостей, содержащих СДЯВ под давлением. Оно характеризуется высокими концентрациями паров ядовитого вещества (от нескольких десятков до нескольких сотен мг/л), превышающими на несколько порядков смертельные дозы при кратковременной экспозиции. Если плотность паров СДЯВ выше плотности атмосферного воздуха, то для облака образованного этим СДЯВ характерно стелющееся движение, затекание в низины, лощины, овраги, погреба, подвалы, колодцы, тоннели.

Вторичное облако образуется в результате испарения разлившегося вещества на подстилающей поверхности. Особенностью поражающего действия вторичного облака по сравнению с первичным является то, что концентрация в нем паров ядовитых веществ в 10-100 раз ниже. Продолжительность поражающего действия вторичного облака определяется временем испарения СДЯВ и временем сохранения устойчивого направления ветра.

Для сжиженных газов масштабы зон химического заражения определяются по первичному и вторичному облаку, для сжатых газов – по первичному, для жидкостей по вторичному. Следует знать, что одним из главных показателей, характеризующих масштабы химического заражения, является глубина распространения первичного облака СДЯВ, на которую в значительной степени влияет скорость ветра и вертикальная устойчивость атмосферы. Размеры зоны химического заражения характеризуются глубиной (Г), шириной (Ш), площадью (S).

Глубина распространения облаков зараженного воздуха представлены в таблицах 7 и 8.

Таблица 7 – Глубина распространения облака воздуха, зараженного СДЯВ, на открытой местности, км (емкости не обвалованы, скорость ветра 1 м/с)

Наименование СДЯВ	Количество СДЯВ в емкостях (на объекте), т
	5	10	25	50	75	100
При инверсии
Хлор, фосген	23	49	80	› 80	› 80	› 80
Аммиак	3,5	4,5	6,5	9,5	12	15
Сернистый ангидрид	4	4,5	7	10	12,5	17,5
Сероводород	5,5	7,5	12,5	20	25	61,6
При изотермии
Хлор, фосген	4,6	7	11,5	16	19	21
Аммиак	0,7	0,9	1,3	1,9	2,4	3
Сернистый ангидрид	0,8	0,9	1,4	2	2,5	3,5
Сероводород	1,1	1,5	2,5	4	5	8,8
При конвекции
Хлор, фосген	1	1,4	1,96	2,4	2,85	3,15
Аммиак	0,21	0,27	0,39	0,5	0,62	0,66
Сернистый ангидрид	0,24	0,27	0,42	0,52	0,65	0,77
Сероводород	0,33	0,45	0,65	0,88	1,1	1,5

Таблица 8 – Глубина распространения облаков воздуха, зараженного СДЯВ, на закрытой местности, км (емкости не обвалованы, скорость ветра 1 м/с)

Наименование СДЯВ	Количество СДЯВ в емкостях (на объекте), т
	5	10	25	50	75	100
При инверсии
Хлор, фосген	6,57	14	22,85	41,14	48,85	54
Аммиак	1	1,28	1,85	2,71	3,42	4,28
Сернистый ангидрид	1,14	1,28	2	2,85	3,57	5
Сероводород	1,57	2,14	3,57	5,71	7,14	17,6
При изотермии
Хлор, фосген	1,31	2	3,28	4,57	5,43	6
Аммиак	0,2	0,26	0,37	0,54	0,68	0,86
Сернистый ангидрид	0,23	0,26	0,4	0,57	0,71	1,1
Сероводород	0,31	0,43	0,71	1,14	1,43	2,51
При конвекции
Хлор, фосген	0,4	0,52	0,72	1	1,2	1,32
Аммиак	0,06	0,08	0,11	0,16	0,2	0,26
Сернистый ангидрид	0,07	0,08	0,12	0,17	0,21	0,3
Сероводород	0,093	0,13	0,21	0,34	0,43	0,65

Примечание:1. Для обвалованных емкостей со СДЯВ глубина распространения облака зараженного воздуха уменьшается в 1,5 раза.

2. При скорости ветра более 1 м/с применяются поправочные коэффициенты, имеющие следующие значения:

Скорость ветра, м/с	1	2	3	4	5	6
При инверсии	1	0,6	0,45	0,38	-	-
При изотермии	1	0,71	0,55	0,5	0,45	0,41
При конвекции	1	0,7	0,62	0,55	-	-

При одинаковой скорости ветра и одинаковом количестве выброшенного (вылитого) СДЯВ, глубина распространения первичного облака хлора при инверсии почти в 5 раз превышает глубину распространения первичного облака аммиака (20 км и 4,4 км соответственно). Это объясняется тем, что аммиак легче воздуха, а хлор – тяжелее примерно в 2,5 раза и вследствие этого он стелится по поверхности. Подобная закономерность очевидна и при конвекции.

Кроме того, скорость ветра определяет форму зоны химического заражения. Так, при скорости ветра от 0 до 0,5 м/с - зона химического заражения будет иметь форму круга, от 0,6 до 1 – полукруга, от 1,1 до 2 – сектор с углом в 90^о, более 2 м/с – сектор с углом в 45^о.