«С.В. ЕФРЕМОВ ОПАСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОИЗВОДСТВА Санкт-Петербург Издательство Политехнического университета 2007 год УДК 335.58 ББК М Рецензенты Профессор кафедры Управления и защиты в чрезвычайных ситуациях ...»

Источники опасности (ИО) — это объекты и процессы способные причинить вред (Объекты и процессы способные создавать угрозы и оказывать негативные (поражающие) воздействия на человека и окружающую среду).

(потенциально опасные источники, элементы, объекты, территории) Опасные вещества – это вещества, способные причинить вред.

Опасные вещества можно разделить на 4 группы:

— взрывопожароопасные вещества;

— опасные химические вещества;

— опасные биологические вещества;

— радиоактивные вещества.

Опасные воздействия - это энергетические воздействия, причиняющие вред (поле давления, световое, электрическое, акустическое, информационное и другие поля).

Таблица 2. 1 - Определения основных видов опасных веществ

ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫЕ ВЕЩЕСТВА

ОПАСНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

ингаляционном воздействии на рыбу в течение 96 часов LD50средняя концентрация яда, вызывающая не более 10 миллиграммов на литр определенный эффект при воздействии на дафнии в течение 48 часов LC средняя ингибирующая концентрация не более 10 миллиграммов на литр.

при воздействии на водоросли в течение 72 часов IC Ингибирование – замедление, угнетение

2.3 ПОНЯТИЯ ОПАСНЫХ СОБЫТИЙ

Авария - разрушение сооружений или технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемые взрыв или выброс опасных веществ.

Сценарий аварии — последовательность отдельных логически связанных событий, обусловленных конкретным инициирующим событием, приводящим к аварии с опасными последствиями.

Аварии, чаще всего, проходят в своем развитии пять характерных фаз:

- первая – накопление отклонений от нормального процесса функционирования;

- вторая – инициирование аварии;

- третья – развитие аварии, во время которой оказывается воздействие на людей, окружающую среду и объекты экономики;

- четвертая – проведение аварийно-спасательных и других неотложных работ, локализация аварии;

- пятая – ликвидация последствий аварии.

Катастрофа - крупная авария, внезапное бедствие, сопровождающееся гибелью людей, материальных и природных ценностей, образованием очага поражения. (К катастрофам относятся:

стихийные бедствия, военные конфликты, эпидемии, крупные аварии, при которых возникают гибельные ситуации для людей).

Чрезвычайная ситуация - это обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей.

2.4 ПОНЯТИЯ, СВЯЗАННЫЕ С ПОРАЖЕНИЕМ

Силу, причиняющую вред, назовем поражающим фактором.

То есть это сила (форма движения материи), с помощью которой поражающие эффекты (энергия, вещество, информация) передаются от источника опасности к объекту поражения. Примеры: ударная волна, электромагнитное излучение, скоростной напор, радиоактивное загрязнение.

Поражающий параметр (ПП) – это количественная характеристика поражающего фактора. (это параметр, определяющий степень воздействия поражающего фактора на объекты). Примеры: избыточное давление, скорость, интенсивность излучения, плотность потока, доза облучения, энергия и масса рабочего тела и другие.

Критерий поражения (КП) – это численное значение поражающего параметра соответствующее определенной степени поражения (разрушения: полные, сильные, средние, слабые;

поражения: смертельные, временно-выводящие, пороговые) Поле поражающего параметра область пространства вокруг источника опасности, в каждой точке которого можно указать значение поражающего параметра.

Объект поражения – объект, на который воздействуют поражающие факторы.

Процесс поражения (поражающее действие) – это процесс причинения вреда (то есть это процесс взаимодействия поражающего фактора с объектом, в результате которого возникает поражение этого объекта).

Зона поражения (зона поражающих воздействий) – это пространство, в пределах которого значения поражающих параметров выше допустимых (или других установленных) уровней воздействия.

Зона чрезвычайной ситуации – это территория, на которой сложилась ЧС.

Таблица 2.2 - Понятия, связанные с поражением Под поражением будем понимать результат причинения причиняющая характеристика значение причинения

ПОРАЖЕНИЕ

В настоящее время общепринятой мерой опасности является риск. Под термином «риск» в общем случае понимают многокомпонентную величину, включающую показатели ущерба и вероятность возникновения рассматриваемого негативного фактора.

РИСК - Мера опасности, характеризующая вероятность возникновения возможных аварий и тяжесть их последствий.

Есть еще такое определение Риск (или степень риска) – это сочетание частоты (или вероятности) и последствий определенного опасного события.

Понятие риска всегда включает два элемента: частоту, с которой осуществляется опасное событие, и последствия этого события.

ПРИЕМЛЕМЫЙ РИСК

Риск поражения объекта — частота сложного опасного события, определяемая как произведение риска возникновения опасного события на субъекте на условную вероятность заданного вида и степени поражения объекта опасности.

Риск возникновения опасного события на объекте — частота реализации на нем опасного события.

Технический риск – вероятность отказа технических устройств с последствиями определенного уровня за определенный период функционирования ОПО.

Потенциальный территориальный риск – пространственное распределение частоты реализации негативного воздействия определенного уровня;

Индивидуальный риск — частота поражения отдельного индивидуума в результате воздействия исследуемых факторов опасности;

То есть индивидуальный риск - это риск поражения человека.

Коллективный риск — ожидаемое количество пораженных в результате возможных аварий за определенный период времени.

В РД 08-120-96 есть такое определение: коллективный риск – это ожидаемое количество смертельно травмированных в результате возможных аварий за определенный период времени.

вероятность отказа технических устройств с 1. Технический определенный период функционирования ОПО.

2. Потенциальный частота реализации поражающих факторов территориальный аварии в рассматриваемой точке территории.

риск Индивидуальный результате воздействия исследуемых факторов риск 4. Коллективный ожидаемое количество пораженных в результате риск зависимость частоты возникновения событий, в которых 5. Социальный пострадало на определенном уровне не менее N человек, риск от этого числа N.(вероятность того что пострадало не математическое ожидание величины ущерба от 6. Ожидаемый ущерб Социальный риск — зависимость частоты возникновения событий (F), в которых пострадало на определенном уровне не менее N человек, от этого числа N. В РД 08-120-96 дается такое определение: социальный риск – это зависимость частоты событий F, в которых пострадало на том или ином уровне число людей, больше определенного N, от этого определенного числа людей. То есть социальный риск есть риск получения поражения количеством людей, не менее заданного.

ПОРАЖАЮЩИЕ ФАКТОРЫ

2.6 ПОНЯТИЯ ОПАСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И

ПРОИЗВОДСТВ

В соответствии с «Законом о промышленной безопасности опасных производственных объектов» к категории опасных производственных объектов относятся объекты 5 категорий.

Таблица 2.6 - Категории опасных производств

ОБЪЕКТЫ

Обеспечение промышленной безопасности (или управление риском) – системный подход к принятию политических решений, процедур и практических мер в решении задач предупреждения или уменьшения опасности промышленных аварий для жизни человека, заболеваний или травм, ущерба имуществу и окружающей среде.

Требования промышленной безопасности — условия, запреты, ограничения и другие обязательные требования, содержащиеся в федеральных законах и иных нормативных правовых актах Российской Федерации, а также в нормативных технических документах, которые принимаются в установленном порядке и соблюдение которых обеспечивает промышленную безопасность.

Рассматривая безопасность как меру защищенности человека и окружающей среды от опасностей, можно поставить вопрос о единицах ее измерения. Защищенность определенным образом влияет на качество жизни человека. Для человека обобщенным показателем качества жизни является ее продолжительность. Тогда средняя ожидаемая продолжительность жизни может быть количественным показателем уровня безопасности.

Оценивание защищенности природной среды оказывается более сложным процессом, так как экосистемы в широких пределах изменяют свои параметры в ответ на внешние воздействия, не утрачивая способности к устойчивому существованию. В некоторых странах защищенность природной среды определяется близостью экологических нагрузок к пропускной способности экологического пространства.

Учитывая большие неопределенности таких показателей, в настоящее время защищенность человека и окружающей среды от опасностей оценивается не по показателям качества жизни, а по неким предельным величинам (предельно допустимые концентрации – ПДК, предельно допустимые выбросы – ПДВ и т.п.), которые характеризуют надежность и эффективность технических систем безопасности.

В соответствии с этим различают безопасность:

- по видам (промышленная, радиационная, химическая, пожарная, биологическая, сейсмическая, экологическая);

- по объектам (население, объект экономики, окружающая природная среда);

- по основным источникам (опасные природные явления, аварии и техногенные катастрофы).

Несмотря на недостатки такого технократического подхода к оценке защищенности человека, он в настоящее время является единственно приемлемым по многим причинам. Во-первых, определение такого интегрального показателя качества жизни, как ее продолжительность, требует длительного наблюдения и сама она подвержена влиянию многих не зависящих от человека факторов (например, солнечной активности и других явлений космического масштаба), во-вторых, очень сложно и неоднозначно распределение ответственности в снижении интегральных показателей между отдельными негативными факторами, в-третьих, могут оказаться несовместимыми интересы и действия разных стран при обеспечении защищенности своих народов и т.д.

ОЦЕНКА ОПАСНОСТИ ОБЪЕКТА,

ПОРАЖАЮЩИЕ ФАКТОРЫ

И ПАРАМЕТРЫ

3.1 ОЦЕНКА ОПАСНОСТИ ОБЪЕКТА

Устройста: -Неисправности -содержащие.опас. в-ва; -Спонтанные -создающие Рисунок 3.1 - Схема оценки опасности объекта Для начала выделим на объекте опасные элементы: то есть устройства, содержащие опасные вещества и устройства, создающие экстремальные физические условия (устройства, создающие опасные воздействия). Устройства, содержащие опасные вещества характеризуются типом вещества и его количеством. По типу их можно разделить на взрывопожароопасные вещества, вредные химические вещества, радиоактивные вещества. По объему хранящихся веществ объекты можно разделить на объекты требующие лицензирования и объекты, не требующие лицензирования. К экстремальные физическим условиям(опасным воздействиям) относят: высокие и низкие температуры; высокие давления и вакуум; циклические изменения давления; циклические изменения температуры; гидравлические удары.

Далее определим, какие события могут привести к возникновению поражающих факторов. Обычно эти события объединяют в несколько групп:

- отклонения технологических параметров; возникновение спонтанных реакций;

- разгерметизация устройств; неисправности оборудования и систем обеспечения;

- ошибки человека;

- отказ системы административного управления;

- внешние события.

Считается, что человеческими ошибками обусловлены 45 % экстремальных ситуаций на АЭС, 60 % - при авиакатастрофах, 80 % при катастрофах на море.

После этого, проанализируем каков возможный исход аварии.

Исходами могут быть: выбросы опасных веществ, пожары и взрывы, гидродинамические удары.

Затем определим вероятность реализации каждого из исходов и причиняемый при этом ущерб. Ущерб обычно делят на социальный, материальный и экологический. Потом рассчитывают риск.

3.2 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРАЖАЮЩИХ

ФАКТОРОВ И ПОРАЖАЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ

Взрываться могут конденсированные взрывчатые вещества (ВВ), газы, пары и аэрозоли. Взрывы характеризуются барическими эффектами, то есть возникновением областей экстремальных давлений. При взрывах возникают два основных поражающих фактора: воздушная ударная волна и разлет осколков.

Воздушная ударная волна характеризуется тремя поражающими параметрами:

- избыточным давлением во фронте ударной волны, Рф, кПа;

- длительностью фазы сжатия, +, сек;

- импульс фазы сжатия, (I+) кПасек.

Основным поражающим параметром является избыточное давление во фронте ударной волны. Избыточное давление во фронте ударной волны определяется по формуле Садовского:

Таблица 3.1 - Техногенные опасности и их поражающие факторы

ПОРАЖЕНИЕ

Зона слабых разрушений (Рф = 10 20 кПа).

Зона средних разрушений (Рф = 20 30 кПа);

Зона сильных разрушений (Рф = 30 50 кПа);

Зона полных разрушений, соответствует давлениям Рф > 50 кПа;

Слабое разрушение. Повреждение или разрушение оконных и дверных проемов, легких перегородок. Частичное разрушение или повреждение крыши. Возможны трещины в стенах верхних этажей.

Эти разрушения могут быть устранены в порядке ремонта различной сложности и объема. Ущерб составляет 10-15% от стоимости здания.

Среднее разрушение. Разрушение крыш, окон, дверей, встроенных перегородок, трещины в стенах, частичное обрушение чердачных перекрытий и стен верхних этажей. После расчистки и ремонта можно использовать помещения нижних этажей. Полное восстановление возможно при капитальном ремонте здания. Ущерб составляет 30-40% от стоимости здания.

Сильное разрушение. Разрушение несущих конструкций и перекрытий верхних этажей, деформация перекрытий нижних этажей.

Ремонт и восстановление затруднительны. Ущерб достигает 50-70% от стоимости здания, сооружения.

Полное разрушение. Разрушение или обрушение всех или большей части стен, сильная деформация или обрушение перекрытий.

Из обломков образуется завал в пределах контура здания и вокруг него. Ущерб составляет ~ 100% от стоимости здания, сооружения.

Поражение незащищенных людей может быть непосредственным и косвенным.

К непосредственному поражению относят травмы, получаемые в результате воздействия избыточного давления и скоростного напора воздуха. Избыточное давление приводит к мгновенному ударному обжатию, которое длится в течение времени +, постепенно ослабевая.

Поток воздуха, движущийся за фронтом ударной волны, создает давление скоростного напора, которое может перемещать тело в пространстве, приводя к столкновению с преградами и падению.

Косвенные поражения люди могут получить в результате ударов осколками и обломками зданий, оборудования, обломками деревьев, камнями, осколками разбитых стекол. При этом поражения осколками стеком могут наблюдаться до расстояний, соответствующих избыточным давлениям Рф = 2…5 кПа (4 кПа) и считающихся безопасными по воздействию ударной волны.

Избыточное давление Рф < 10 кПа считается безопасным для людей вне сооружений.

Зона безопасности для открыто расположенных людей определяется величиной избыточного давления РФ = 10 кПа (0, атм).

Различают легкие, средние, тяжелые и смертельные поражения.

Легкие травмы (поражения) имеют место при давлениях Рф = 20…40 кПа. Наблюдаются ушибы, вывихи, временные функциональные расстройства, понижение слуха, расстройства речи, головная. Выздоровление в течение 7…15 суток.

Травмы средней тяжести возникают при давлениях Рф =40… кПа. Характеризуются контузией, сотрясением головного мозга.

Имеют место повреждения органов слуха, кровотечений изо рта, носа, ушей, повреждения опорно-двигательного аппарата, разрывы связок, сухожилий, переломы мелких и некоторых крупных костей. Лечение до 2-х месяцев.

Тяжелые травмы наблюдаются при давлениях Рф = 60 100 кПа.

К ним относятся: общая контузия, потеря сознания, повреждения внутренних органов и внутренние кровоизлияния, сильные кровоизлияния из носа, рта, ушей, переломы костей. Лечение свыше 3х месяцев.

Смертельные поражения имеют место при давлениях Рф > 100 кПа.

Осколочные поля создаются летящими осколками технологического оборудования. Разлет осколков характеризуется такими параметрами как:

- масса осколка, mос, кг;

- скорость разлета осколка, Vос, м/с.

К техногенным пожарам относят пожары разлития, огневые шары, струевые пламена. Пожары характеризуются термическими эффектами (термической радиацией), то есть возникновением областей высоких температур. При пожарах возникают три основных поражающих фактора:

— тепловое излучение пламени (степени ожогов 1, 2, 3А поверхностные ожоги; 3Б, 4 – глубокие ожоги);

— экстремальный нагрев воздуха (среды);

— изменение состава воздуха (действие ядовитых веществ выделяющихся при взрывах и пожарах, а также недостаток кислорода).

То есть опасными факторами пожара являются: пламя, высокая температура среды и дым.

Тепловое излучение можно охарактеризовать двумя поражающими параметрами:

- интенсивностью теплового излучения (плотностью теплового потока), Jq, Вт/м2;

- световым импульсом, U, Дж/м2.

Количество теплоты Q – это энергия источника теплового излучения, Дж; ккал.

Тепловой поток W – это количество теплоты, излучаемое через изотермическую поверхность в единицу времени, Дж/с; Вт; ккал/час.

1ккал/ч=1,163 Вт. W=Q/ [кВт].

Плотность теплового потока q (интенсивность теплового излучения) – это тепловой поток, отнесенный к единице изотермической поверхности, Вт/м2.(Iq).

По плотности определяется мощность:

Световой импульс U – это произведение интенсивности излучения на время существования светящейся области, Дж/м2.

U=qc= (Qc)/(S c) =Q/S [Дж/м2].

c – время действия источника теплового излучения (время свечения).

Радиус зоны теплового воздействия на людей определяется радиусом зоны с интенсивностью излучения I = 4,2 кВт/м2. При действии излучения такой интенсивности на открытые участки тела люди испытывают болевые ощущения.

Наиболее корректным представляется решение задачи о поражающем действии тепловой радиации на человека с использованием критериев интегральной величины количества тепла полученного телом человека за время облучения. В этом случае интегральный показатель Q(t,R) рассчитывается как произведение плотности теплового потока (q) на конкретное время облучения. То есть рассчитывается удельная (приведенная к 1 м2) тепловая энергия, полученная телом человека за время облучения (это световой импульс U): U=Q(t,R)=q(R)t=qc.

Q(t,R) – тепловая энергия приходящаяся на единицу площади тела человека, кДж/м2.

q(R) – плотность падающего теплового потока на расстоянии R от центра пожара, кВт/м2.

t – время облучения человека, сек.

При ЯВ световой импульс вызывает ожоги: 1 степень – 2… кал/см2; 2 степень – 4…10 кал/см2; 3 степень – 10…15 кал/см2.

Экстремальный нагрев воздуха характеризуется таким поражающим параметром как температура воздуха, tв, оС.

Изменение состава воздуха характеризуется несколькими параметрами, это:

- концентрация продуктов горения в воздухе (окись углерода, двуокись углерода) - концентрация кислорода в воздухе;

- показатель ослабления света дымом.

Риск поражения населения от пожаров не должен быть выше 10-6 год-1, т.е. Рвн 10-6 год-1. (в - воздействие; н – нормированный риск).

Таблица 3.2 - Интегральные критерии поражения человека тепловым Первая 100…200 Покраснение и Работоспособность Вторая 200…400 Образование пузырей Потеря Третья 400…600 Полное разрушение Длительная потеря Четвертая Более Омертвление кожной Возможен Предельное значение опасных факторов пожара, при которых еще не происходит поражения:

1) Тепловое излучение – 500 Вт/м2 (Интенсивность теплового излучения I 500 Вт/м2).

2) Температура газа – 70 0С (tcp 70 0С).

3) Концентрации: Углекислого газа 0,01…6%; Окиси углеродаменее 0,1%; Кислорода-17...24 % (15…30 %).

4) Показатель ослабления света дымом на единицу длины – 2,38.

nд = 2,38.

Выбросы опасных химических веществ создают такие поражающие факторы как:

— токсические нагрузки (отравление);

— химическое загрязнение сред и поверхностей.

Токсические нагрузки характеризуются таким параметром как:

- концентрация опасного химического вещества в воздухе, С, мг/л;

- доза опасного химического вещества D, мг/кг;

Химическое загрязнение сред и поверхностей характеризуются двумя параметрами:

- концентрация опасного химического вещества в среде, С, мг/л;

- плотность химического заражения поверхности,, мг/м2.

Критериями поражения являются:

- при острых отравлениях токсодозы (LD, ID, PD).;

- при хронических поражениях предельно допустимые концентрации (ПДК, мг/л) и предельно допустимые выбросы (кг/год).

Выбросы радиоактивных веществ создают два поражающих фактора:

— проникающая радиация;

— радиоактивное загрязнение сред и поверхностей.

Проникающая радиация характеризуется:

- дозой излучения, D, Зв;

- мощностью дозы излучения Р, Зв/час.

Критерием является годовая эффективная доза излучения Е:

- для персонала РОО Еперс = 20 мЗв/год;

- для населения Енасел = 1 мЗв/год.

Радиоактивное загрязнение характеризуется такими параметрами как:

- плотность радиоактивного загрязнения,, (поверхностная активность Апов), Бк/м2;

- концентрация радиоактивного загрязнения, С (объемная активность Аоб), Бк/м3.

В результате прорыва гидротехнических сооружений создается волна прорыва. Волна прорыва является поражающим фактором и характеризуется следующими параметрами:

- скоростью движения фронта волны прорыва, Nф, м/с (основной параметр);

- энергией волны прорыва, Еп, Дж;

- скоростью движения гребня волны прорыва, Nг, м/с;

- глубиной волны прорыва,, м.

Техногенные опасности, их поражающие факторы и параметры Рисунок 3.2 - Техногенные опасности, их поражающие факторы и Таблица 3.3 - Техногенные опасности, их поражающие факторы и (выброс радиация 20 мЗв/год - персонал)

3.3 ОБЩИЙ ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ

ВЕРОЯТНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ

В которой верхний предел интегральной функции (Pr) является так называемой пробит-функцией. Она отражает связь между вероятностью поражения и поражающим эффектом. Пробит-функция может быть вычислена по уравнению вида:

Где a, b – константы для каждого вещества или процесса, характеризующие специфику и меру опасности его воздействия.

X – поглощенная субъектом доза негативного воздействия.

Для вероятности смертельного поражения при термических воздействиях X будет произведением интенсивности излучения на длительность теплового импульса:

Где q – действующий на человека тепловой поток ([Дж/м2·с] [Вт/м2]);

– длительность воздействия (сек).

Пробит-функция для таких поражений будет определяться следующей формулой:

Для определения вероятности летального исхода от прямого воздействия на людей избыточного давления Ps и импульса Is используется пробит-функция:

Pr = -2,44ln[(7380/ Ps) + 1,9·109/(Ps·Is)]. (3.10) Для случая полного разрушения зданий при газовом взрыве Pr = -0,22ln[(40/ Ps)7,4 + (460/Is)11,3]. (3.11) Размерность Ps – Н/м ; Is – Н/м ·с.

Острые токсические воздействия. Токсическая нагрузка вычисляется с учетом изменения концентрации вещества за принятый период времени Т:

Здесь C() – функция концентрации в той точке пространства, куда помещен объект. Она зависит от относительной плотности газа (по воздуху), параметра устойчивости атмосферы, скорости ветра, интенсивности и длительности выброса из источника, высоты источника относительно земли и т.п.

n – показатель степени, характеризующий механизм воздействия и природу токсиканта.

Относительная вероятность поражения (от 0 до 1) представляется в виде зависимости от пробит-функции:

В случае пребывания объекта в атмосфере с постоянной концентрацией Для различных веществ пробит-функция имеет различные константы, определяемые в результате медико-биологических исследований и отнесенные к среднестатистическому составу населения или к определенному контингенту людей (табл. 3.4).

Таблица 3.4 - Константы для вычисления пробит-функции летального поражения технического персонала (C – ppm, T – мин) 1% объемный = 10000 ppm; 1ppm = 10 доли.

Длительное воздействие токсичных веществ. Проблема длительного (хронического) воздействия малых концентраций вредных веществ на человека является на сегодня одной из наиболее сложных, так как последствия токсических поражений в этом случае должны определяться путем продолжительного сравнительного медико-биологического изучения большого количества людей, проживающих на загрязненной и чистой территории.

Многие исследователи для определения последствий длительного воздействия малых доз вредных веществ на человека используют линейные модели вида:

Где: k – коэффициент дозовой зависимости для определенного вида ущерба за период всей жизни человека в данном районе;

С – средняя величина концентрации вредного вещества за год (мг/м3·год).

Эти модели строятся на основании данных о смертности и заболеваемости и, как правило, достаточно точно отражают последствия воздействия малых доз токсиканта на человека за продолжительный период времени.

3.4 ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К АНАЛИЗУ РИСКА

Более глубокое изучение этой проблемы привело к осознанию необходимости рассматривать не только худшие случаи (т.е. крайне редкие катастрофические аварии), а также и аварии меньшего масштаба, но часто повторяющиеся, суммарный ущерб от которых может быть даже выше, чем от катастрофических аварий. Это привело к необходимости использовать понятие вероятности при оценках реализации опасных событий и возможных последствий.

Вероятность аварии, объединенная с возможными последствиями, и дает величину риска. Эта величина далее может быть изучена по своей структуре или сопоставлено с другими рисками, существующими в обществе, для выработки оптимальной стратегии по обеспечению безопасности людей и охране окружающей среды.

Расчет и анализ риска является тем инструментом, при помощи которого потенциальная опасность может быть оценена количественно. Во многих случаях этот инструмент является по существу единственной возможностью исследовать сложные современные вопросы безопасности, ответ на которые не может быть получен из практического опыта, как, например, возникновение и развитие аварий с крайне малой вероятностью реализации, но с большими потенциальными последствиями.

Концептуальная основа анализа риска внешне проста. Она предполагает использование методических подходов, математического аппарата и информационной базы, позволяющих ответить на следующие вопросы:

1. Что может функционировать неправильно (в нерабочем режиме)?

2. Каковы причины этого?

3. Каковы возможные последствия?

4. Насколько это вероятно?

Итак, в общем случае потенциальная опасность в промышленности характеризуется, по крайней мере, двумя составляющими величинами:

- вероятностью возникновения аварии;

- величиной возможного ущерба.

До недавнего времени существовало глубокое убеждение, что разрабатываемые технические системы безопасности должны быть направлены на то, чтобы полностью исключить или, по крайней мере, локализовать наиболее опасные воздействия, вызванные так называемой «максимально возможной проектной аварией». Поэтому основное внимание было направлено на то, чтобы обезопасить персонал предприятия и население, проживающее вблизи него, именно от такого типа аварий.

Более глубокое изучение этой проблемы привело к осознанию необходимости рассматривать не только худшие случаи (т.е. крайне редкие катастрофические аварии), а также и аварии меньшего масштаба, но часто повторяющиеся, суммарный ущерб от которых может быть даже выше, чем от катастрофических аварий. Это привело к необходимости использовать понятие вероятности при оценках реализации опасных событий и возможных последствий. [9] Вероятность аварии, объединенная с возможными последствиями, и дает величину риска. Эта величина далее может быть изучена по своей структуре или сопоставлено с другими рисками, существующими в обществе, для выработки оптимальной стратегии по обеспечению безопасности людей и охране окружающей среды.

Расчет и анализ риска является тем инструментом, при помощи которого потенциальная опасность может быть оценена количественно. Во многих случаях этот инструмент является по существу единственной возможностью исследовать сложные современные вопросы безопасности, ответ на которые не может быть получен из практического опыта, как, например, возникновение и развитие аварий с крайне малой вероятностью реализации, но с большими потенциальными последствиями.

Концептуальная основа анализа риска внешне проста. Она предполагает использование методических подходов, математического аппарата и информационной базы, позволяющих ответить на следующие вопросы:

1. Что может функционировать неправильно (в нерабочем режиме)?

2. Каковы причины этого?

3. Каковы возможные последствия?

4. Насколько это вероятно?

Итак, в общем случае потенциальная опасность в промышленности характеризуется, по крайней мере, двумя составляющими величинами:

вероятностью возникновения аварии;

величиной возможного ущерба.

В технологическом смысле анализ риска представляет собой последовательность действий, упорядоченную по следующим этапам:

1) числовая оценка риска;

2) анализ структуры риска;

3) управление риском.

Общая логическая последовательность анализа риска представлена в виде блок-схемы на рис. 3.3.

На первом этапе, на основании «Исходных требований...»

Заказчика формулируются основные цели работы. С учетом исходной информации и имеющихся ресурсов определяется необходимая глубина анализа и строится общий алгоритм (стратегия) решения поставленной задачи.

Далее в зависимости от исходной цели проводится анализ самого объекта или в целом системы объект - окружающая среда.

Анализируется информация по технологии, характеристикам основного оборудования, физико-химическим характеристикам веществ и материалов, системам управления и защиты, а также климатические и географические характеристики окружающей среды, ситуационный план, генплан, объекты инфраструктуры, данные о техническом персонале и населении региона. При этом следует подчеркнуть, что речь идет в первую очередь об информации непосредственно или косвенно влияющей на возникновение, варианты (сценарии) развития и последствия аварий.

2. Идентификация потенциальных опасностей и разработка 3. Определение частоты возникновения отказов 4. Определение интенсивностей, общих количеств и продолжительности выбросов опасных веществ или выделений 5. Расчет пространственно-временного переноса исходных 6. Определение критериев поражения, а также допустимых уровней негативного воздействия на окружающую среду 7. Расчет последствий воздействия поражающих факторов на 8. Построение полей потенциального риска вокруг каждого 9. Анализ структуры риска. Исследование влияния различных факторов на распределение риска вокруг источников 10. Оптимизация организационно-технических мероприятий по Второй этап. Большинство опасностей на промышленных объектах возникает в результате плановых (организованных) или аварийных (нерегламентированных) поступлений (выбросов) в атмосферу вредных (токсичных) или взрывопожароопасных веществ, также в результате быстротечных выделений больших количеств энергии. Эти опасности имеют различную природу происхождения, механизм и специфику воздействия на человека, оборудование и природную среду, а также потенциальные масштабы распространения в окружающем пространстве. В этой связи необходимым этапом анализа является проведение идентификации опасностей на рассматриваемом объекте, прежде всего по физическому принципу.

Идентификация потенциальных опасностей позволяет перейти к составлению общего перечня возможных на объекте аварий, к их анализу и систематизации, далее к разработке характерных сценариев их возникновения и физически обоснованных вариантов развития (исходов). Следует подчеркнуть, что с учетом конкретного влияния внешних факторов каждая отдельная авария может иметь несколько различных исходов.

Третий этап. Исходные механизмы возникновения аварий и сценарии их последующего развития и воздействия на окружающее пространство весьма неравнозначны, поэтому число формальных вариантов анализа в зависимости от степени детализации может достигать нескольких тысяч. В этой связи крайне важным является обоснование вероятности (частоты) возникновения негативных событий, как фактора предварительного определения их значимости.

Для определения вероятностей исходных событий используются, прежде всего, соответствующие отраслевые банки статистических данных по характерным отказам и авариям. [9] При отсутствии статистически значимой информации, особенно для редких событий, а также в качестве дополнительного средства проверки достоверности, определение вероятностей проводят с использованием причинно-следственных закономерностей (логики) возникновения аварийных ситуаций и развития аварий из совокупности промежуточных событий, т. е. на базе разработки соответствующих сценариев, построенных по физически обоснованному принципу: «А что будет, если...». Поскольку число таких сценариев может быть весьма значительным, а их реализация взаимозависимой, для интегрального определения вероятности аварии на сложных объектах обычно используются специальные методики построения деревьев событий или деревьев отказов, а также методы теории графов. (Вы их будете изучать в теории надежности) Важно подчеркнуть, что при этом появляется реальная возможность логически предопределить итоговое редкое событие (например, разрушение низкотемпературного изотермического хранилища для сжиженного газа) и с высокой достоверностью вычислить вероятность возникновения отказа, опираясь на конкретные технические характеристики объекта, регламент его работы, эффективность систем контроля, а также паспортные показатели надежности отдельных элементов оборудования, по которым, как правило, имеется весьма представительная статистика отказов. В логику возникновения итогового отказа в обязательном порядке включаются показатели «человеческого фактора».

Четвертый и пятый этапы являются, по сути, этапами моделирования процессов формирования поражающих факторов.

Четвертый этап. Переход от качественного описания механизмов возникновения и развития аварий на базе причинноследственной логики к анализу количественных закономерностей физических эффектов осуществляется с использованием соответствующего комплекса математических моделей. При этом весьма важным является выделение характерных особенностей, определение интенсивностей, общих количеств и времени выброса опасных веществ или энергии в окружающее пространство, то есть достоверное описание «функции источника» негативного воздействия, причем для всего спектра нежелательных событий.

Пятый этап. На дальнейшее количественное и качественное формирование поля опасности вокруг источника (т.е. во всех направлениях полупространства) в большинстве случаев оказывают самое непосредственное влияние параметры окружающей среды, в первую очередь - скорость и направление ветра, температура и влажность воздуха, характеристики грунта, рельеф местности и ряд других.

Характерными примерами такого влияния могут служить:

интенсивность кипения и парообразования сжиженных газов на поверхности грунта (воды) при разливе или выбросе из сосудов, аппаратов или трубопроводов;

протяженный перенос по ветру углеводородных паров и токсичных газов; отклонение пламени от вертикальной оси под действием ветра при диффузионном горении нефтепродуктов и сжиженных газов с открытой поверхности;

фотохимические превращения продуктов сгорания или иных веществ, выбрасываемых в атмосферу и др.

Следует подчеркнуть, что значительное число возможных метеорологических состояний устойчивости атмосферы (не менее 6ти по Паскуиллу) и большое число возможных направлений и скоростей ветра (по крайней мере, 5-7 характерных скоростей и не менее 8 основных географических направлений) резко увеличивают число вариантов распространения потенциально опасных веществ в атмосфере, требующих анализа. А это, в свою очередь, оказывает непосредственное воздействие на потенциальные масштабы ущерба.

Формирование в окружающем пространстве физического поля (потенциальной опасности) может также вообще не зависеть или слабо зависеть от характеристик среды распространения. Например, в случае разрушения сосуда с газом под давлением (воздушная ударная волна, разлет осколков) или при разрушении резервуаров со сжиженным газом (образование огневого шара (эффект BLEVE), термическая радиация, ударная волна).

Шестой этап. Дальнейший анализ требует четкого определения допустимых мер воздействия. Заметим, что принятая для конкретного случая мера воздействия служит, по существу, граничным репером при определении масштаба распространения соответствующей потенциальной опасности (в виде поля физических параметров). Как правило, в качестве групп риска выступают люди (технический персонал предприятий, население в зоне потенциального негативного воздействия), материальные ценности (оборудование, объекты инфраструктуры, имущество), биотический компонент природной среды (флора, фауна), а также характеристики водоемов и почв с точки зрения их влияния на жизнедеятельность биоты.

Седьмой этап. После выбора критериев можно переходить к.

расчету прямых или косвенных (отдаленных) последствий (ущерба).

Восьмой этап. На этом этапе производится построение полей потенциального риска вокруг каждого из выделенных источников опасности, в пределах которых вероятно определенное негативное воздействие для соответствующих объектов. Таким образом, общим итогом последовательного выполнения вышеперечисленных этапов является построение функциональной связи между величиной определенного ущерба и вероятностью его возникновения. Поскольку численно эти параметры могут сильно различаться (например, аварии с очень малой вероятностью, но очень значимой величиной ущерба и, наоборот) для их обоснованного сравнения в рамках единой шкалы используется понятие риска, объединяющее (в виде произведения) вероятность события и его последствия. При получении интегральных значений риска от отдельных аварий или источников рассчитываются независимо, с учетом территориальной привязки источников опасности и групп риска на единой картографической основе и затем суммируются для конкретного объекта воздействия.

Девятый этап. На этом этапе строятся локальных и интегральных (для предприятия в целом) полей риска, производится анализ структуры риска, исследуется влияние различных факторов на уровень и пространственно-временное распределение риска вокруг источников.

Десятый этап заключается в оптимизации организационнотехнических мероприятий по снижению риска до заданной величины.

ОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ СОДЕРЖАЩИХ

ГОРЮЧИЕ И ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА

В промышленности эксплуатируются различные емкости для хранения и транспортировки нефтепродуктов, химических веществ, сжиженных газов под давлением. Сосуды и трубопроводы применяются в тепловых и химических технологических процессах.

Хранимые и транспортируемые жидкости (нефть, дизтопливо, мазут, бензин, спирты, капролактаны, метанол, аммиак) отличаются по плотности, огне и взрывоопасности, токсичности, коррозионной активности.

Аварии резервуаров большой емкости чреваты взрывами хранилищ, и взрывами облаков газопаровоздушных смесей (ГПВС).

Устройства для хранения и транспортировки жидкостей и «Красные» Цистерны Вертикальные Мокрые «Зеленые» Бочки Горизонтальные Сухие «Желтые» Баллоны Шаровые Трубопроводы — это устройства для транспортирования жидкостей и газов. На трубопроводы с транспортируемым веществом наносят краской предупредительные (сигнальные) цветные кольца.

Количество сигнальных колец определяет степень опасности.

Красные: взрывоопасные, огнеопасные, легковоспламеняющиеся Зеленые: безопасные или нейтральные вещества;

Желтые: токсичные или иного вида опасности, например глубокий вакуум, высокое давление, наличие радиации По определению емкость – это вместилище для жидких и сыпучих тел. Емкости делят на сосуды, резервуары и газгольдеры.

СОСУДЫ. Согласно «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов работающих под давлением» под сосудом понимается – герметически закрытая емкость, используемая для хранения, транспортировки сжатых, сжиженных и растворенных газов и жидкостей под давлением, а также ведения тепловых и химических процессов. Сосуды делятся на цистерны, бочки, баллоны.

ЦИСТЕРНА (от лат. cisterna — водоем, водохранилище), большая мкость, а также вагон или автомобиль с такой емкостью для хранения и перевозки жидкостей. Вместимость автомобильных цистерн обычно 1,5-5 м3, железнодорожных цистерн до 140 м3.

БОЧКА Деревянное, обтянутое обручами, или металлическое цилиндрическое вместилище с двумя днищами и обычно с несколько выгнутыми боками. Дубовая б. Б. для воды. Б. с цементом. (Старая русская мера жидкостей, равная сорока вдрам, около 490 л).

цилиндрический сосуд специального назначения для жидкостей или газов. Различают баллоны малой (0,4... 12 л), средней (20...50 л) и большой (80...500 л) емкости.

транспортировки различных сжиженных газов: воздуха, кислорода, аргона. их выпускают шести типоразмеров: 6; 3; 10; 16; 25 и 40 л.

РЕЗЕРВУАР (франц. reservoir, от лат. reservo — сберегаю), вместилище (наземное или подземное) для хранения жидкостей и газов. Распространены металлические и железобетонные резервуары, реже — каменные, деревянные, из полимерных и др. материалов.

В России применяются стальные вертикальные цилиндрические резервуары емкостью от 100 м3 до 30 тысяч м3; шаровые и горизонтальные резервуары для различных продуктов;

Сжиженные газы под давлением Р = 0,25…2,5 МПа хранят в шаровых резервуарах объемом 600…2000 м3.

Нефтепродукты, сжиженные газы и другие жидкости под давлением до 2 МПа хранят в горизонтальных цилиндрических резервуарах надземных – емкостью до 600 м3; и подземных – емкостью до 1000 м3.

Особую опасность представляют изотермические резервуары для хранения сжиженных газов при температурах от минус 33 до минус 160 градусов Цельсия, имеющие диаметр от 15 до 46 м, высоту 20… метров, объем 10…50 тысяч метров кубических, содержащие до тысяч тонн легковоспламеняющихся, горючих и токсичных жидкостей.

для хранения больших количеств сжиженных газов используют стационарные резервуары (объемом до 500 тыс. л), а для их перевозки — транспортные сосуды (цистерны), имеющие объем до 35 тыс. л.

ГАЗГОЛЬДЕР (англ. gasholder, от gas - газ и holder - держатель) - это стационарное стальное сооружение для прима, хранения и выдачи газов в распределительные газопроводы или установки по их переработке и применению Сооружение для приемки, хранения и отпуска газа в газопроводную сеть. Газгольдеры предназначены для хранения и выдачи больших количеств сжатых газов.

Различают газгольдеры переменного (мокрые) и постоянного (сухие) объма. Газгольдер переменного объма состоит из цилиндрического вертикального резервуара (бассейна), наполненного водой, и колокола (цилиндрический вертикальный резервуар без нижнего днища). Сверху этот резервуар снабжн сферической крышей. Через дно бассейна под колокол подводится газопровод. При заполнении внутреннего пространства Г. газом колокол поднимается;

при отборе газа - опускается.

В России функционируют мокрые газгольдеры мкостью от 10 до 50 тыс. м3, их недостатки: большие расходы металла, увлажнение газа, переменный режим давления и трудности эксплуатации в зимнее время. Этих недостатков в значительной степени лишены так называемые сухие, или поршневые, газгольдеры, которые представляют собой неподвижный корпус с поршнем. Как и в мокром газгольдере, при наполнении газом поршень поднимается, а при выдаче газа опускается. В России функционируют сухие газгольдеры мкостью до 100 тыс. м3, к их недостаткам относятся сложность монтажа и трудность обеспечения герметичности между корпусом и поршнем.

ОДНОКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЫ

Рисунок 4.1 - Типовая фазовая диаграмма состояния однокомпонентной системы Кривая ОС представляет собой график зависимости давления насыщенного пара от температуры. Она называется «кривой кипения». Процесс 1 – испарение, процесс 2 – конденсация. Точка С соответствует критической температуре. При температурах больших, чем критическая вещество не может находиться в жидком состоянии.

Газовая фаза имеет подфазу именуемую «паровой фазой». Она лежит области температур ниже критической (кривая АОС). При нахождении вещества в этой области для перевода в жидкость его надо просто сжать. Область газообразной фазы лежащей выше критической температуры можно назвать областью «перманентных»

(постоянных) газов.

Кривая ОВ – отделяет область жидкой фазы от твердой фазы. Эта кривая называется «кривой плавления». Процесс 3 – затвердевание, процесс 4 – плавление.

Кривая ОА – это кривая равновесия твердое состояние – пар (или кривая сублимации). Процесс 5 – сублимация, процесс 6 – десублимация.

4.3 ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ХРАНЕНИЯ И

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ

ДИАГРАММЫ ЕГО СОСТОЯНИЯ

1 категория - вещества, у которых критическая температура ниже температуры окружающей среды. Эти вещества называют перманентными газами, а в жидком состоянии криогенными жидкостями. Из криогенных веществ наиболее широко используются:

сжиженный природный газ (СПГ) состоящий главным образом из метана; азот; кислород.

Для веществ 1 категории технология перемещения и хранения основывается на применении высококачественной термоизоляции с использованием, как правило, вакуумных оболочек. Отметим, что содержать метан, кислород или азот в жидкой фазе посредством охлаждения трудно, так как это можно сделать только при наличии еще более холодных жидкостей. Образующиеся при неизбежном выкипании пары можно либо сразу использовать, либо снова сжижать, либо просто выбрасывать в атмосферу.

Таким образом, вещества 1 категории хранятся в изотермических хранилищах либо при атмосферном, либо при пониженном давлении.

При изотермическом способе хранения емкости искусственно охлаждаются.

2 категория - вещества, у которых критическая температура Рисунок 4.3 - Диаграмма состояния для веществ отличаются способностью к «мгновенному испарению». То есть при разгерметизации часть жидкости мгновенно испаряется, а оставшаяся охлаждается до точки кипения при атмосферном давлении.

При этом могут образовываться паровые облака, которые составляют значительную часть проблем с точки зрения опасности.

Хранятся вещества 2 категории под давлением при температуре окружающей среды, хотя можно их хранить и в охлажденном состоянии.

№ Наименование Температура кипения при Критическая 3 категория - вещества, у которых критическое давление выше атмосферного, а температура кипения выше температуры Рисунок 4.4 - Диаграмма состояния для веществ Все вещества находящиеся при температуре окружающей среды в твердом состоянии также попадают в эту категорию. Однако твердые вещества в данном случае опасны если они взрывчатые или если они находятся в воздухе в диспергированном виде. Жидкости 3 категории хранят в закрытых емкостях при температуре окружающей среды.

температурах. К ним относятся жидкости 3 категории, которые содержатся при подводе тепла и под давлением при температурах выше их атмосферной точки кипения. Это водяной пар в котлах, циклогексан. Вещества 4 категории ведут себя подобно веществам категории.

4.4 АВАРИЙНЫЕ ВЫБРОСЫ НА ОБЪЕКТАХ

СЖИЖЕННОГО ГАЗА

1) Постепенное опорожнение резервуара (сосуда, аппарата) при частичной разгерметизации его корпуса или же истечение жидкости из протяженного трубопровода за конечный промежуток времени при его частичной разгерметизации. При этом происходит двухфазное истечение жидкости в атмосферу с дальнейшим испарением.

2) Взрывное вскипание сразу жидкости в емкости при значительном нарушении его герметичности с последующим резким возрастанием давления, полным разрушением сосуда с возможностью образования огневого шара и разлета осколков (эффект «BLEVE»).

«Мгновенное» (взрывное) вскипание сразу всего объема «сильно» термодинамически перегретой жидкости в сосуде или аппарате при значительном нарушении его герметичности с последующим резким возрастанием давления и полным разрушением сосуда с очевидной расположенностью к воспламенению и далее к интенсивному сгоранию расширяющегося аэрозольного облака переобогащенной топливно-воздушной смеси (эффект «BLEVE»).

4.4.1. Постепенное опорожнение сосуда При постепенном опорожнении происходят следующие процессы:

- истечение сжиженных газов;

- растекание и испарение сжиженных газов на поверхности;

- движение и рассеивание облаков тяжелого газа в приземном слое атмосферы;

- сгорание углеводородных облаков.

Истечение, растекание и испарение сжиженных газов на При аварийной разгерметизации сосудов или трубопроводов происходит истечение под давлением сжиженного газа и «мгновенное» испарение в окружающее пространство определенной его части. Оставшаяся часть вытекшей жидкости охлаждается, растекается по поверхности и испаряется.

Таким образом, массовая интенсивность испарения сжиженного газа при аварийном истечении определяется тремя факторами:

- резким падением давления;

- теплопритоком из массива грунта;

- турбулентно-диффузионным потоком тепла из атмосферы.

Испарение жидкостей 1 категории. Вытекающая криогенная жидкость будет находиться в равновесии со своими парами при давлении равном атмосферному. Следовательно, при подводе тепла возникает немедленное кипение жидкости с интенсивностью пропорциональной скорости подвода тепла. Однако по мере того как основание охлаждается и уменьшается подвод тепла, то и резко падает скорость испарения.

Так когда жидкий азот растекается по основанию имеющему температуру +20 оС скорость его испарения равна 100 грамм в секунду с 1 м2. (0,1 кг/с·м2). Однако когда основание замерзает, то скорость испарения уменьшается в 10 раз и составляет всего 10кг/с·м (Таким образом, в случае разрушения оболочки изотермического хранилища и последующего разлива большого количества вещества в обваловку испарения за счет разности упругости насыщенных паров вещества в емкости и парциального давления в воздухе практически не наблюдается).

Для разлития таких жидкостей характерны два периода:

- период нестационарного испарения;

- период стационарного испарения.

В период нестационарного испарения происходит неустойчивое испарение вещества за счет тепла поддона (обваловки), изменения теплосодержания жидкости и притока тепла от окружающего воздуха.

Этот период характеризуется резким падением интенсивности испарения в первые минуты после разлива с одновременным понижением температуры жидкого слоя ниже температуры кипения.

Стационарное испарение происходит за счет тепла окружающего воздуха. Испарение в этом случае будет зависеть от скорости ветра, температуры окружающего воздуха и жидкого слоя. Подвод тепла от поддона (обваловки) практически будет равен нулю.

Продолжительность стационарного периода в зависимости от типа вещества, его количества и внешних условий может составить часы, сутки и более.

Формирование первичного облака осуществляется в период нестационарного испарения за счет тепла поддона (обваловки), изменения теплосодержания жидкости и притока тепла от окружающего воздуха. При этом количество вещества переходящее в первичное облако, как правило, не превышает 3…5 % при температуре воздуха 25…30 оС.

Испарение жидкостей 2 категории. Рассмотрим теперь разлитие жидкостей имеющих критическую температуру выше температуры окружающей среды. Их свойства отличаются от свойств криогенных жидкостей и содержатся такие жидкости в резервуарах под давлением.

В случае разрушения оболочки емкости содержащей вещество под давлением и последующего разлива большого количества вещества в поддон (обваловку) его поступление в атмосферу может осуществляться в течение длительного времени. Процесс испарения в этом случае делится на три периода (а не на два как с веществами категории):

1 период – период мгновенного испарения;

2 период – период нестационарного (неустойчивого) испарения;

3 период – период стационарного испарения.

1 период. Основное отличие веществ 2 категории от веществ категории заключается в явлении «мгновенного испарения», которое возникает тогда, когда в системе включающей жидкость, находящуюся в равновесии со своими парами понижается давление.

При этом происходит бурное, почти мгновенное испарение за счет разности упругости насыщенных паров вещества в емкости и парциального давления в воздухе.

Данный процесс обеспечивает основное количество паров вещества поступающего в атмосферу в этот период времени. Кроме того, часть вещества переходит в пар за счет изменения теплосодержания жидкости, температуры окружающего воздуха и солнечной радиации. В результате температура жидкости понижается до температуры кипения.

Учитывая, что за данный период времени испаряется значительное количество вещества, то может образоваться облако с концентрациями, приводящими к взрыву или токсическому поражению (в зависимости от типа вещества).

Второй и третий периоды аналогичны жидкостям 1 категории.

Наиболее опасной стадией аварии, безусловно, являются первые 10 минут, когда испарение вещества происходит интенсивно. При этом в первый момент выброса сжиженного газа находящегося под давлением образуется аэрозоль в виде тяжелых облаков.

Если считать что мгновенное испарение происходит адиабатически (то есть система не получает и не отдает тепло), то доля мгновенно испарившейся части жидкости при температуре Т равна:

DТ H Т H X LX

HX - удельная энтальпия жидкости в точке кипения при атмосферном давлении;

LX - удельная скрытая теплота парообразования в точке кипения при атмосферном давлении.

Анализ гидродинамики мгновенного испарения дает три варианта:

а) мгновенное испарение, сопряженное с полным разрушением сосуда под давлением;

б) мгновенное испарение при утечке над уровнем жидкости в парожидкостной системе;

в) мгновенное испарение при утечке ниже уровня жидкости в парожидкостной системе.

Испарение жидкостей 3 категории. Жидкости 3 категории обычно называют высококипящими жидкостями. Они хранятся в закрытых емкостях при температуре окружающей среды. Полное разрушение такой емкости маловероятно.

Поэтому существенное значение (с точки зрения опасности) имеет утечка ниже уровня жидкости. Интенсивность такой утечки зависит от давления жидкости.

Испарение разлитой жидкости осуществляется по стационарному процессу и зависит от физико-химических свойств вещества, температуры воздуха и скорости ветра. При этом первичное облако не образуется.

Испарение жидкостей 4 категории. Жидкости 4 категории при температурах выше их точки кипения при атмосферном давлении являются сжиженными парами. В этом они схожи с жидкостями категории и поэтому при их разлитии наблюдается явление мгновенного испарения.

Натурные опыты с аммиаком показывают, что первичное облако моментально поднимается вверх примерно на 20 метров, а затем под действием собственной силы тяжести опускается на грунт. Границы облака на первом этапе очень отчетливы, так как оно большую оптическую плотность и только через две-три минуты становится прозрачным. Ввиду его большой плотности на начальном этапе разбавление облака и его движение осуществляется под собственной силой тяжести.

На этом этапе формирование и направление движения облака носят крайне неопределенный характер, в результате чего при прогнозировании распространения (движения) облака в данном случае выделяют «зону неопределенности», в которой нельзя предсказать местоположение облака, руководствуясь только метеорологическими условиями. Радиус этой зоны лежит в пределах от 0,5 до 1 км.

Но в отличие от жидкостей 2 категории при разлитии этих веществ часть выброшенного пара конденсируется. Это явление происходит из-за потери тепла в окружающую относительно холодную среду.

Движение и рассеивание облаков тяжелого газа При выбросе сжиженного газа градиенты плотности, температуры и давления формируют «локальное» поле сил плавучести, которое приводит к распространению облака не только по направлению ветра, но и в поперечном и даже в противоположенном ветру направлениях.

Облако тяжелых паров при достижении им источников зажигания может сгорать с образованием воздушной ударной волны.

Сгорание топливно-воздушной смеси (ТВС) может протекать как в режиме детонации, так и в режиме дефлограции (быстрого горения).