Основные характеристики железнодорожных цистерн, используемых для перевозки АХОВ

 

Наименование АХОВ	Полезный объем котла цистерны, м3	Давление в цистерне, атм.	Грузоподъемность
Акрилонитрил	41,7	1-3,5	33,6
Амил	37,3	1-3,4	53,8
Аммиак сжиженный	45,0; 67,6; 90	20,4	30,7; 45,3; 132
Азотная кислота (конц.)	37,3	0,02	57,3
Азотная кислота (разб.)	44,5	0,02	61,5
Гептил	41,7	1-3	32,9
Гидразин	41,7	1-3	42,0
Дихлорэтан	41,7	0,03	52,4
Окись этилена	36,5	1-4	32,4
Сернистый ангидрид	45,5	8-10	60,0
Сероуглерод	41,7	-	52,7
Фосген	41,7	4-5	59,7
Фтористый водород	41,7	0,7-2,6	41,3
Хлор сжиженный	32,1; 45,5	до 16	47,6; 55,8
Цианистый водород	41,7	1-3,5	29,1

 

 

В Российской Федерации успешно функционирует аммиакопровод Тольятти-Одесса общей протяженностью 2424 км, диаметр 0,35 м, пропускная способность 2,5 млн.т./год. Трасса разбита на 334 поста секционирования и имеет 30 раздаточных станций с мощностью по отгрузке до 200 т/сутки.

Химически опасная административно-территориальная единица (АТЕ) - административно-территориальная единица, более 10 % населения которой могут оказаться в зоне возможного химического заражения при авариях на химически опасных объектах (10).

Химическое заражение - распространение ОХВ в окружающей природной среде в концентрациях или количествах, создающих угрозу жизни людей, сельскохозяйственным животным и растениям в течение определенного времени (5).

Зона химического заражения - территория, в пределах которой распространены или куда привнесены ОХВ в концентрациях иликоличествах, создающих опасность для жизни и здоровья людей, сельскохозяйственных животных и растений в течение определенного времени (5).

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) - территория вокруг потенциально опасного объекта, устанавливаемая для предотвращения или уменьшения влияния вредных факторов его функционирования на людей, сельскохозяйственных животных и растения, а также на окружающую природную среду.

Классификация объектов экономики и АТЕ по химической опасности проводится на основании методических рекомендаций (10) и критериев приведенных в табл.10.

 

Таблица 10

 

Критерии для классификации АТЕ и объектов экономики по химической опасности

№ п/п	Классифи-цируемый объект	Определение классификации объектов	Критерий (показатель) для отнесения объекта и АТЕ к химически опасным	Численное значение критерия степени химической опасности по категориям химической опасности
I	II	III	IV
1.	Объект экономи-ки	Химически опасный объект экономики - это объект экономи-ки, при разру-шении (аварии) которого могут произойти мас-совые поражения людей, сельско-хозяйственных животных и рас-тений АХОВ	Количество населения, попадающего в зону возможного химического заражения АХОВ (1)	Более 75 тыс. чел.	От 40 до 75 тыс. чел.	Менее 40 тыс. чел.	Зона ВХЗ не выходит за пределы объекта и его СЗЗ
2.	АТЕ	Химически опасная АТЕ- АТЕ, более 10 % населения кото-рой могут ока-заться в зоне ВХЗ при авариях на ХО объектах.	Количество населения (доля территорий) в зоне ВХЗ АХОВ (2)	Более 50 %	От 30 до50%	От 10 до 30%	-

Примечание

I. Зона возможного химического заражения (ВХЗ) - это площадь круга с радиусом, равным глубине зоны с пороговой токсодозой.

2. Для городов и городских районов степень химической опасности оценивается по доле территории, попадающей в зону ВХЗ, допуская при этом что население распределено равномерно по площади.

3. Для определения глубины зоны с пороговой токсодозой задаются следующими метеоусловиями: инверсия, скорость ветра I м/с, температура воздуха 20^о С, направление ветра равновероятное от 0 до 360^о.

 

3.2. Особенности возникновения и развития аварий на химически опасных объектах, загрязнения окружающей среды

 

Теоретически любое химическое вещество может находиться в 3-х фазовых состояниях жидкость, газ (пар) и твердое состояние. Взаимосвязь между этими фазовыми состояниями отражается на диаграмме фазового состояния (рис.16).

 

 

 

Рис. 16. Диаграмма фазового состояния: Т_пл – температура плавления,

Т_кр – "критическая" температура, Р_кр – "критическое" давление

 

 

Кривые фазового равновесия показывают:

А-В - соотношение между давлением пара и температурой для твердой фазы;

В-С - соотношение между давлением пара и температурой для жидкой фазы;

Точка С - соответствует «критической» температуре: Т_кр - «критическая» температура; Р_кр - «критическое» давление.

При температуре больше Т_кр­ вещество может находиться только в газообразном состоянии. Газовая фаза имеет подфазу, именуемую паровой.

В зависимости от соотношения критической температуры, температуры внешней среды и условий хранения все АХОВ можно разделить на 4 группы.

1 группа. Вещества (рис.17,а), имеющие критическую температуру намного ниже температуры окружающей среды (метан, кислород, этилен и др.). Вещества данной группы в больших (промышленное значение) количествах хранятся на объектах экономики при температурах ниже критических. При разгерметизации емкостей с жидкостями данной категории незначительная часть жидкости (около 5 %) “мгновенно” испарится за счет тепла поддона и окружающей среды, образуя первичное облако паров АХОВ. Оставшаяся часть жидкости перейдет в режим стационарного кипения.

Рис. 17. Основные группы АХОВ в зависимости от их диаграммы состояния и температуры окружающей среды: Т_хр, Т_окр.ср., Т_кр, Т_кип – температуры ранения, окружающей среды, критическая и кипения соответственно.

 

Скорость кипения (скорость образования вторичного облака) является функцией подвода тепла от окружающей среды. Наиболее опасные поражающие факторы в данном случае – вторичное облако паров АХОВ, переохлаждение, а в некоторых случаях пожары и взрывы.

II группа. Вещества (рис.17,б) у которых критическая температура выше, а температура кипения ниже температуры окружающей среды (аммиак, хлор и др.). При разгерметизации емкостей с жидкостями данной категории процесс образования газовых облаков зависит от условий хранения АХОВ.

Если АХОВ хранятся в жидкой фазе в емкости под высоким давлением и при температуре выше температуры кипения, но ниже температуры окружающей среды (Тхр1), то при разгерметизации емкости часть АХОВ (10-40 %) “мгновенно” испарится (рис. 18), образуя первичное облако паров АХОВ, а оставшаяся часть будет испаряться постепенно за счет тепла окружающей среды, образуя вторичное облако паров АХОВ. Наибольшую опасность в данном случае будет представлять первичное облако паров АХОВ за счет того, что процесс его образования протекает очень интенсивно (до 5 - 10 мин), с разбрызгиванием значительной части жидкости в виде пены и капель, образованием первичных тяжелых облаков трудностью предсказания направленияих движения. Возможны взрывы пожароопасных аэрозолей.

 

 

 

 

Рис.18. Доля мгновенно испарившейся жидкости в зависимости от температуры хранения. При температуре хранения 20-30 ⁰С для хлора и аммиака доля мгновенно испарившейся жидкости может составить 15-20 %

 

 

Если АХОВ хранятся в изотермических хранилищах при температуре хранения (Тхр2) ниже температуры кипения, то в случае разгерметизации емкости первоначального испарения значительной части жидкости не наблюдается. В первичное облако переходит только 3-5 % от общего количества АХОВ. Оставшаяся часть жидкости перейдет в режим стационарного кипения. Скорость кипения является функцией подвода тепла от окружающей среды. Наиболее опасные поражающие факторы в данном случае – вторичное облако паров АХОВ, переохлаждение, а в некоторых случаях, пожары и взрывы.

III группа. Вещества, у которых критическая температура и температура кипения выше температуры окружающей среды (рис.17,в), т.е. вещества хранящиеся при атмосферном давлении в жидкой или твердой фазе (тетраэтилсвинец, диоксин, кислоты и т.д.).В данном случае при разрушении емкостей происходит разлив (рассыпание) АХОВ. Первичное облако паров АХОВ практически отсутствует, однако существует опасность поражения вторичным газовым облаком (облаком пыли), загрязнение почвы и водоисточников, с последующим попаданием АХОВ в растения, пищу сельскохозяйственным животным и человеку.

IV группа. Вещества, относящиеся к III группе, но в данный момент они находятся при повышенных температуре и давлении (рис.17, г). При разрушении емкостей с АХОВ в данном случае процесс образования газовых облаков происходит аналогично, как для веществ II группы для случая хранения под высоким давлением и температуре выше температуры кипения, но ниже температуры окружающей среды. Однако, вследстваии быстрой передачи тепла первичным облаком в окружающую среду, а также с учетом физико-химических свойств, АХОВ будут постоянно конденсироваться и оседать на местности в виде пятен по следу распространения облака в атмосфере. В последующем возможно их повторное испарение и перенос (миграция) на значительные расстояния от места первоначального осаждения.

Наиболее сложно протекает процесс испарения у второй группы веществ, хранящихся при повышенном давлении. Весь процесс испарения жидкости при разрушении емкости в данном случае можно условно разделить на 3 периода.

Первый период - бурное, почти мгновенное испарение жидкости за счет разности упругости давления насыщенных паров АХОВ в емкости и парциального давления в атмосфере (рис. 18). В результате температура жидкой фазы понижается до температуры кипения. Продолжительность первого периода составляет до 3-5 минут.

Второй период - неустойчивое испарение за счет тепла поддона и тепла окружающей среды. Продолжительность второго периода может достигать до 5-10 мин.

Третий период - стационарное испарение АХОВ за счет подвода тепла от окружающей среды. Продолжительность третьего периода зависит от физико-химических свойств АХОВ, его количества, метеоусловий и может составлять до нескольких суток.

Часть жидкости, перешедшая в паровую фазу в первый и второй периоды испарения образует первичное облако паров АХОВ, а в третий период - вторичное облако. Наиболее опасным периодом аварии в данном случае является первый период. Образующаяся в этот период аэрозоль в виде тяжелых облаков моментально поднимается вверх, а затем под действием собственной силы тяжести опускается на грунт. При этом облако осуществляет неопределенные движения, которые трудно предсказуемы.

В случае разрушения оболочки изотермического резервуара (хранение АХОВ при давлении, близком к атмосферному) и разлива АХОВ в поддон первый период испарения практически отсутствует. В результате в первичное облако переходит всего около 3-5% хранимой жидкости за счет тепла поддона и окружающей среды в течении 5 – 10 мин. В случае свободного разлива количество АХОВ, перешедшее в первичное облако, будет зависеть еще и от площади разлива. Оставшаяся часть жидкости перейдет в режим стационарного кипения, аналогично рассмотренному ранее.

В случае разрушения оболочек высококипящих жидкостей образование первичного облака паров практически не происходит. Испарение жидкости осуществляется по стационарному процессу и зависит от физико-химических свойств АХОВ, его количества и метеоусловий площади зеркала разлива и т.д.

Основными источниками опасности в случае аварий на химически опасных объектах (рис.19) являются:

залповые выбросы АХОВ в атмосферу с последующим заражением воздуха, местности и водоисточников;

сброс АХОВ в водоемы;

"химический" пожар с поступлением АХОВ и продуктов их горения в окружающую среду;

взрывы АХОВ, сырья для их получения или исходных продуктов;

образование зон задымления с последующим осаждением АХОВ, в виде "пятен" по следу распространения облака зараженного воздуха, возгонкой и миграцией.

 

 

 

Рис. 19. Схема формирования поражающих факторов при аварии

на химически опасном объекте. Поражающие факторы: 1 - залповый выброс АХОВ в атмосферу; 2 - сброс АХОВ в водоемы; 3 – "химический" пожар; 4 - взрыв АХОВ;5 - зоны задымления с осаждением АХОВ и возгонкой

 

 

Каждый из указанных выше источников опасности (поражения) по месту и времени может проявляться отдельно, последовательно или в сочетании с другими источниками, а также многократно повторен в различных комбинациях. Все зависит от физико-химических характеристик АХОВ, условий аварии, метеоусловий и топографии местности.

Химическая авария - это авария на химически опасном объекте, сопровождающимся проливом или выбросом ОХВ, способная привести к гибели или химическому заражению людей, сельскохозяйственных животных и растений, химическому заражению продовольствия, пищевого сырья, кормов, других материальных ценностей и местности в течение определенного времени.

Выброс ОХВ - выход при разгерметизации за короткий промежуток времени из технологических установок, емкостей для хранения или транспортирования ОХВ в количестве, способным вызвать химическую аварию.

Пролив ОХВ - вытекание при разгерметизации из технологических установок, емкостей для хранения или транспортировки ОХВ в количестве, способным вызвать химическую аварию.

Очаг поражения АХОВ - это территория, в пределах которой в результате аварии на химически опасном объекте с выбросом АХОВ произошли массовые поражения людей, сельскохозяйственных животных, растений, разрушения и повреждения зданий, сооружений.

В случае возникновения аварий на химически опасных объектах с выбросом АХОВ очаг химического поражения будет иметь следующие особенности.

I. Образование облаков паров АХОВ и их распространение в окружающей среде являются сложными процессами, которые определяются диаграммами фазового состояния АХОВ, их основными физико-химическими характеристиками, условиями хранения, метеоусловиями, рельефом местности и т.д., поэтому прогнозирование масштабов химического заражения (загрязнения) весьма затруднено.

2. В разгар аварии на объекте действует как правило несколько поражающих факторов: химическое заражение местности, воздуха, водоемов; высокая или низкая температура; ударная волна, а вне объекта - химическое заражение окружающей среды.

3. Наиболее опасный поражающий фактор-воздействие паров АХОВ через органы дыхания. Он действует как на месте аварии, так и на больших расстояниях от источника выброса и распространяется со скоростью ветрового переноса АХОВ.

4. Опасные концентрации АХОВ в атмосфере могут существовать от нескольких часов до нескольких суток, а заражение местности и воды еще более длительное время.

5. Смерть зависит от свойств АХОВ, токсической дозы и может наступать как мгновенно, так и через некоторое время (несколько дней) после отравления.

Аварии на химически опасных объектах можно, в соответствии с рекомендациями (36), подразделить на две категории.

Аварии первой категории. В данном случае происходит разрушение технологических линий, производственных и инженерных сооружений, вследствие чего полностью или частично прекращается функционирование объекта по его прямому назначению, а для восстановления объекта требуются специальные ассигнования, превышающие затраты на капитальный ремонт.

Аварии второй категории. В данном случае в результате повреждения основного или вспомогательного технологического оборудования, инженерных сооружений полностью или частично прекращается функционирование объекта по его прямому назначению, а для восстановления объекта не требуется специальных ассигнований.

В зависимости от масштабов аварии и границ зон распространения АХОВ в соответствии с рекомендациями (3) потенциально опасные аварии на химически опасных объектах можно разделить на 6 типов.

Локальная авария. Последствия аварии, в том числе химическое загрязнение окружающей среды, ограничиваются пределами объекта. При этом химическое загрязнение на территории объекта и его СЗЗ превышает предельно-допустимые концентрации для рабочих и служащих.

Местная авария. Последствия аварии, в том числе химическое загрязнение окружающей среды, ограничиваются пределами населенных пунктов района расположения химически опасного объекта. При этом химическое загрязнение территории района превышает предельно-допустимые концентрации для рабочих, служащих и населения.

Территориальная авария. Последствия аварии, в основном химическое загрязнение окружающей среды выше предельно-допустимых концентраций для рабочих, служащих и населения, ограничиваются субъектом РФ, на территории которого расположен химически опасный объект, и включает, как правило, две и более АТЕ данного субъекта.

Региональная авария. Химическое загрязнение окружающей среды выше предельно-допустимых концентраций охватывает территорию 2-х и более субъектов РФ.

Если при региональной аварии количество людей, получивших токсические поражения выше предельно-допустимых значений может превысить 500 чел., или количество людей, у которых могут быть нарушены условия жизнедеятельности превысит 1000 чел., или материальный ущерб аварии превысит 5 млн. минимальных размеров оплаты труда, то такая авария называется федеральной.

Трансграничная авария. Химическое загрязнение окружающей среды выше предельно-допустимых концентраций выходит за территорию РФ, либо данная авария произошла за рубежом и затрагивает территорию РФ.

 

 

3.3. Основные инженерно-технические мероприятия при строительстве и реконструкции химически опасных объектов

 

Основные общегосударственные инженерно-технические мероприятия при строительстве и реконструкции химически опасных объектов изложены в СНиП 2.01.51 - 90 г. (7).

В соответствии с требованиями СНиП территория, прилегающая к химически опасным объектам, в пределах которой при возможном разрушении емкостей с АХОВ вероятно распространение облаков зараженного воздуха с концентрациями вызывающими поражение незащищенных людей, составляет зону возможного опасного химического заражения. Удаление границ зоны возможного опасного химического заражения приведено в табл. 11.

 

Таблица 11

Удаление границ зоны возможного опасного химического заражения от 50-тонных емкостей с АХОВ

 

Высота обваловки поддона (стакана),м	Удаление границ зоны возможного опасного химического заражения, км.
аммиак	водород цианистый	сернистый ангидрид	Сероводо-род	фосген	хлор	метилизо-цианат
Без обваловки	1,15	2,6	1,1	0,9	8,0	5,7	4,5
1,0	0,35	1,25	0,5	0,45	2,5	1,2	1,6
2,0	0,25	1,0	0,38	0,35	1,9	1,0	1,5
3,0	0,23	0,95	0,35	0,3	1,65	0,9	1,5

 

 

Таблица 12