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 рассмотрены ниже.

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-ŋ),

 

гдеm_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; ŋ - эффективность средств очистки выбросов в долях единицы. При их отсутствии ŋ = 0.

Удельные выделения загрязняющих веществ (кг/т) при планке чугуна в открытых чугунолитейных вагранках и эле­ктродуговых печах производительностью до 7 т/ч приведе­ны и табл. 1.15.

Таблица 1.15

Удельные выделения загрязняющих веществ (кг/т)

При плавке чугуна в открытых чугунолитейных вагранках

И электродуговых печах

Для процесса ручной дуговой сварки сталей электродами с покрытием т_уд на кг электродов составляют: 40 г пыли, 2 г фтороводорода, 1,5 г оксидов углерода и азота.

Обычно системы отвода загрязнений в техносферу oт мест их образования удаляют из цеха до 97% вредных веществ, т.е. 3% веществ все же поступают в помещение цеха.

При эксплуатации систем с повышенным давлением возможны утечки газов, паров и жидкостей через уплотнение разъемных соединений, трубопроводов, затворы трубопроводной арматуры (клапаны, вентили и др.). Утечки газов Q_г, (см³/мин) через затворы определяются по формуле

Q_г = knD_у°⁵(10pi + 2),

 

где k - коэффициент, зависящий от класса герметичности, k = 1-10; п - коэффициент, зависящий от вида арматуры (для вентилей п = 75 • 10^-4; для затворов п = 2,6 • 10^-3); pi - давление среды в трубопроводе, мПа; D_y - диаметр услов­ного прохода, мм. Объемы утечек газов значительно превы­шают утечки жидкостей Q_ж, обычно (Q_г < Q_ж ≈ 10-10³.

При сжигании топлива (уголь, мазут, природный газ) в котлах ТЭС образуются нетоксичные диоксид углерода и водяной пар. Кроме них в атмосферу выбрасываются 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 концентрациями вредных веществ протяженностью до пяти км и более.

Для определения загрязнения атмосферного воздуха вы­бросами от точечного источника (например, от трубы ТЭС) используют методику ОНД-86.

Величина максимальной приземной концентрации за­грязняющего вещества (С_м, мг/м³) при выбросе нагретой га­зовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем определяется по формуле

C_м= ,

 

где А - коэффициент, зависящий от температурной страти­фикации атмосферы (определяет условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе); М - масса вредного вещества, выбрасываемогов атмосферу в единицу времени, г/с; F - безразмер­ный коэффициент, учитывающий скорость оседания частиц загрязняющих веществ в атмосферном воздухе; т, п - безмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; ŋ - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае равнинной местности равен 1; Н - высота источника выброса над уровнем земли, м; ΔТ - разность, между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси (Т_г) и температурой окружающего атмосферного воз­духа (Т_в), °С; V - расход выбрасываемой газовоздушной смеси, м³/с, определяемый по формуле

 

V= ,

 

где D - диаметр устья источника выброса, м; ω₀ - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

Значение коэффициента А, соответствующее неблагопри­ятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе макси­мальна, принимается равным:

250 - для районов Средней Азии южнее 40° с. ш., Буря­тии и Читинской области;

200 - для европейской территории России и для районов южнее 50° с. ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Республики Молдовы, для среднеазиатских госу­дарств СНГ, Казахстана, Дальнего Востока и остальной тер­ритории Сибири;

180 - для европейской территории России и Урала от 50 до 52° с. ш., за исключением попадающих в эту зону пере­численных выше районов и Украины;

160 - для европейской территории России и Урала севернее 52° с. ш. (за исключением центра европейской терри­тории России), а также для Белоруссии, Украины;

140 - для Московской, Тульской, Рязанской, Владимир­ской, Калужской, Ивановской областей.

Значения мощности выброса М (г/с) при проектирова­нии предприятий определяются расчетом в технологичес­кой части проекта.

При определении значения ΔТ (°C) принимается темпе­ратура окружающего атмосферного воздуха Т_в, равная сред­ней максимальной температуре наружного воздуха наибо­лее жаркого месяца года, а температура выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т_г - по параметрам тех­нологического процесса.

Концентрация примеси в приземном слое атмосферы по оси факела выброса на разных расстояниях от источника распределяется следующим образом (рис. 1.7).

Вблизи источника выброса концентрация примеси мала (А - зона неорганизованного загрязнения), а затем она уве­личивается, достигая максимума на некотором расстоянии от трубы, и снижается. Это происходит в трех зонах: зоне пере­броса факела (Б), зоне задымления (В) - зоне максималь­ного содержания загрязняющих веществ и зоне постепенно­го снижения уровня загрязнения (Г). Зону задымления можно выделить как участок, на котором С > 0,5С_м.

Совпадение зоны задымления с местами расположения 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 1-2,5 км, а при холодных - 0,5 км.

 

Рис. 1.7. 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

 

Автомобильный транспорт при сжигании бензина или дизельного топлива выбрасывает отработавшие газы, состоящие из нетоксичных паров воды, диоксида углерода, азота, кислорода и водорода, а также из токсичных веществ: оксида углерода, оксидов азота, углеводородов, альдегидов, сажи, бенз(а)пирена и др. Состав отработавших газов ДВС зависит от режима работы двигателя.

Отработавшие газы ДВС в городах являются основными загрязнителями атмосферного воздуха. Согласно данным исследований концентрации оксида углерода СО, мг/м³, в воздухе автомагистралей (на краю проезжей части) можно рассчитать по формуле

 

С_со =1,53 N ^-0,368,

 

где N - интенсивность движения автомобилей, авт./ч.

Для транспортных магистралей характерны концентра­ции токсичных веществ, мг/м³, в атмосферном воздухе, представленные в табл. 1.16.

Концентрации оксида углерода и других токсичных ком­понентов отработавших газов автомобильных двигателей достигают наибольших значений на перекрестках. В этом случае

С_{со (пер)} = С_со (1+ N₂/N₁)

 

где С_{со (пер)} - концентрация СО на перекрестке; С_со - то же на главной магистрали с интенсивностью движения; N₁, N₂ - интенсивность движения на второстепенной магистрали.

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

Таблица 1.16

Концентрации токсичных веществ на автомагистралях, мг/м³

ИЗА = k_i (C_i / ПДК_cci),

 

где k - коэффициент, равный 1,7 - для веществ I класса; 1,3 - для веществ II класса; 0,1 - для веществ III класса и 0,9 - для веществ IV класса; C_i - текущая концентрация i -го вещества в атмосфере; ПДК_i - предельно допустимая среднесуточная концентрация i -го вещества.

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

 

ИЗА₅ = .

 

Допустимые значения ИЗА₅ 7. В 2002 г. в России 38 городов имели показатель ИЗА₅ > 14. Данные наблюдений за 2008 г. показывают, что уровень загрязнения атмосферы ос­тается высоким. В 67% городов (136 городов), где проводят­ся наблюдения, степень загрязнения воздуха очень высокая и высокая и в 19% городов - низкая (рис. 1.8).

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 r², 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 - 2πr²), если же источ­ник, излучающий энергию, находится над земной поверхностью или под ней, то излучение идет в сферическое пространство (S - 4 πr²).

 

Рис. 1.8. Данные по уровню загрязнения атмосферного воздуха в городах Российской Федерации (2008 г.)

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

,

 

где A_r - амплитуда колебаний грунта в точках, расположен­ных па расстоянии r от оси фундамента, являющегося источником волн в грунте; А ₀ - амплитуда свободных или вынужденныхколебаний фундамента при r =r₀, r₀ = - приведенный радиус подошвы фундамента площадью F; . 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, кузнечнопрессовых 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 Р (Вт) рассчитывают по формуле

 

I = РФ / S k,

 

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 препятствийи при расстояниях до 50 м.

Значительные уровни звука и зоны воздействия шума возникают при эксплуатации средств транспорта (табл. 1.17).

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

I_экв = 63 + 251g V/V₀ ,

где V - скорость состава, м/с; Vo = 1 м/с.

Таблица 1.17