Лекции по БЖД

Лекция 19. ПОРАЖАЮЩИЕ ФАКТОРЫ ТЕХНОГЕННЫХ КАТАСТРОФ

 

1. Воздушно-ударная волна 

2.  Тепловые и осколочные поля

3. Выброс  химически  опасных веществ

4.   Выброс  радиоактивных веществ

 

 

Согласно ГОСТ Р 22.0.02-94   поражающий  фактор  источника  ЧС это составляющая опасного явления или процесса, вызванная источником чрезвычайной ситуации и характеризуемая физическими, химическими и биологическими действиями или проявлениями, которые определяются или выражаются соответствующими параметрами. При этом  выделяют первичные и вторичные поражающие факторы.

 

Рис. 4        Ударная волна

Одним из наиболее мощных поражающих факторов при авариях  на пожаро-, взрывоопасных объектах является воздушно-ударная волна. Она образуется в результате внезапного выделения в ограниченном пространстве большого количества энергии, что обусловливает резкое повышение температуры и давления. Последующее быстрое расширение газов в зоне взрыва вызывает сильное его сжатие в примыкающих областях,  порождая воздушную ударную волну (БУВ). Она распространяется во все стороны со сверхзвуковой скоростью, что вызывает возникновение уплотнения (избыточного давления) на ее передней движущейся границе, называемой фронтом ударной волны, за которым давление постепенно снижается. Время, за  которое  происходит снижение давления до атмосферного, называется “положительной фазой ВУВ” Т ⁺.  Затем наступает фаза разрежения, которая длится в  течение времени   Т ^-     (рис. 4).

 

 

2.  Тепловые и осколочные поля

 

Энергоносители (в первую очередь, углеводородные топлива) способны гореть и взрываться, т.е. создавать  воздушно-ударную волну и тепловые поражающие поля. Технологическое оборудование при действии на него тепловых и ударных нагрузок разрушается с образованием осколочных полей. Дальность разлета осколков зависит от массы, размеров, начальной скорости. Радиус разлета фрагментов  и осколков технологических установок подчиняется нормальному закону распределения вероятности, причем 45% всех фрагментов и осколков находится в пределах окружности радиуса 700 м.

Процесс горения на пожаро- и взрывоопасных объектах можно представить в виде двух последовательных процессов:

а) процесс разгорания, когда интенсивность горения  нарастает;

б) процесс выгорания, когда интенсивность горения снижается до нуля, вследствие уменьшения горючего материала.

Основными параметрами  пожаров, таким образом, являются характеристики и количество горючего вещества (пожарная нагрузка).

Облако пара или топливовоздушной смеси, переобогащенное топливом, и не способное поэтому объемно детонировать, начинает гореть вокруг своей внешней оболочки, образуя огневой шар. Такие шары, вызванные горением углеводородов, светятся и излучают тепло, что может причинить смертельные ожоги и вызвать возгорание горючих веществ. Поднимаясь, огневой шар образует грибовидное облако, ножка которого - это сильное восходящее конвективное течение. Такое течение может всасывать отдельные предметы, зажигать их и разбрасывать горящие предметы на большие площади. Огневой шар как поражающий фактор оценивается следующими параметрами:

- максимальный  размер

- время существования  огневого шара

- плотность теплового  потока или мощность, выделяющаяся  при сгорании шара.

При авариях  на промышленных предприятиях масса  огневого шара достигает 50 т, диаметр - 200 м, время существования - 14 с; а мощность при сгорании достигает 170 Гвт.

Пожары и взрывы на промышленных предприятиях могут приводить к образованию поражающих факторов как на территории предприятия, так и в на прилегающих территориях населенных пунктов. По масштабу распространения пожары подразделяются на отдельные, массовые, сплошные, огненный шторм.

  Отдельные  пожары возникают  в зданиях, рассредоточенных по  району при невысокой плотности  застройки  (менее 15-20%). При отдельных  пожарах  возможна эвакуация  пострадавших через район пожаров. 

Сплошные  пожары охватывают  значительную территорию (более 90%) и возникают при плотности  застройки  20-30%.   Проход через  район пожаров невозможен  и  аварийно-спасательные и другие неотложные работы (АСиДНР) в районе можно проводить лишь через 4-10 часов после начала таких пожаров. Главная задача пожарных подразделений  в этом случае - локализация района сплошных пожаров.

Сплошные  пожары при плотной городской  застройке, отсутствии приземного ветра и малой влажности, при одновременном их возникновении в нескольких местах, могут превратиться в огненный шторм. В этом случае образуется мощный столб пламени, формирующийся воздушными потоками со скоростью 50 км/ч, движущимися к центру горящего района.  Огненный шторм нельзя потушить. Войти в район пожара можно через двое суток.

Масштаб пожара  определяется его видом  и зависит от конкретной обстановки (климатические условия, характер застройки, готовностью сил пожарных подразделений и средств  пожаротушения и др.).  Количественно масштабы  оцениваются длиной фронта пламени,  а также плотностью пожаров по формуле

                   

где  N_п - количество горящих зданий,   N - общее число зданий в районе пожаров.

«Эффект домино». Для техногенных катастроф характерно появление дополнительного комплексного поражающего фактора - так называемого “эффекта домино”, под которым понимается механизм вовлечения новых опасностей  (ядовитые вещества, энергозапас, возникновение воздушной ударной волны (ВУВ), взрывы облаков топливо-воздушных смесей (ТВС), тепловое излучение огневых шаров и горящих разлитий, осколочные поля при полном разрушении сосудов под давлением и т.п.). Известен пример крупной  ЧС в  США в 1947 г., когда в порту Техас-Сити  произошел взрыв нитрата аммония на корабле. Пламя перекинулось на близлежащие заводы по производству стирола,  последовал взрыв, породивший вторичный пожар, который распространился в направлении города.  В результате этого катастрофического происшествия  около 2000 человек было ранено и  516 погибло.

“Эффект домино”  наблюдается не только в ЧС техногенного характера, к инициированию этого  эффекта могут приводить землетрясения, наводнения, ураганы, лавины и т.п.

При образовании  облаков топливно-воздушных смесей (ТВС)  в результате появления трещин в резервуарах, повреждения фланцевых соединений трубопроводов и т.д. и наличия источника воспламенения происходит взрывное (детонационное или дефлаграционное) превращение облака. Источник воспламенения в аварийной ситуации, как правило, всегда находится. Взрыв ТВС происходит с тем или иным временем задержки. Как показано на рис.5 наибольшая вероятность взрыва наблюдается в пределах от 0 до 5 мин с момента образования ТВС.

Облако ТВС  до воспламенения может дрейфовать, что в ряде случаев усиливает  эффект “домино” и делает его возможным не только внутри одного предприятия, но и среди нескольких предприятий. Дрейф обусловлен атмосферными процессами и временем достижения облаком нижнего концентрационного предела воспламенения.

 

 

Для упрощенной оценки последствий взрывных явлений существуют таблицы, в которых приведены радиусы поражения ВУВ облака ТВС (значения избыточного давления ВУВ в зависимости от массы облака и радиуса). При эффекте “домино” наблюдаются массовые пожары, уничтожающие 80-90% основных производственных фондов.

 

Рис. 5   Задержка   воспламенения               

                      облака  ТВФ              

 

Рис.  6     Дрейф  облака ТВФ

 

3. Выброс  химически  опасных веществ

 

Особенности современного производства и потребления связаны  с переработкой, хранением, использованием в различных технологических процессах огромного количества опасных для жизнедеятельности веществ. При авариях, катастрофах на объектах, использующих такие вещества создаются чрезвычайные ситуации, соответствующие пункту 2.1.3 Классификации ЧС, т.е. аварии с выбросом или угрозой выброса химически опасных веществ. До недавнего времени существовало общепринятое  название для таких веществ - СДЯВ (сильно действующие ядовитые вещества), т. е. - вещества, которые заражают воздух в опасных концентрациях, способных вызвать массовые поражения людей, животных и растений. К таким веществам относятся хлор, аммиак, сернистый ангидрид, трихлорфенол, или диоксин, метилизоцианат. В современной классификации  такие вещества называются также  АХОВ (аварийно  химически опасные вещества). Далее мы будем употреблять именно эту аббревиатуру. Введение новых обозначений связано с необходимостью подчеркнуть связь этих веществ с производственной деятельностью человека, в то время как  обозначение СДЯВ часто использовалось в контексте применения химического оружия потенциальным противником. В настоящее время употребляют общий термин «химически опасные вещества» (ХОВ), подразделяя их на «отравляющие вещества» (ОВ), т.е. боевые отравляющие вещества и АХОВ.

Совокупность последствий  химического заражения местности  АХОВ (ОВ), оказывающих влияние на деятельность объектов народного хозяйства (ОНХ), сил ГО и населения, называется химической обстановкой. Химическая обстановка создается в результате разлива (выброса АХОВ) или применения химического оружия с образованием зон химического заражения.

К наиболее крупным  за последние десятилетия ЧС с выбросом химически опасных веществ относятся авария в г. Севезо  (Италия) в 1976 году, когда в результате выброса диоксина в сторону населенного района пострадало около 1 000 человек, а также авария на заводе американской фирмы «Юнион Карбайд»  в  г. Бхопал (Индия) в 1984 году,  которая  привела  к  гибели  около  3 000 человек и тяжелому отравлению  примерно  200 000  человек.  Причиной  таких тяжелых последствий был выброс сжиженного газа - метилизоцианата, который был промежуточным продуктом при производстве пестицидов.

Можно упомянуть также  ЧС 1 августа 1981 г. в поселке Монтана (Мексика), когда в результате железнодорожной катастрофы из-за отказа тормозов  32  цистерны с хлором сошли с рельсов в узком ущелье. Разлилось 300 т хлора. Образовавшееся облако хлора накрыло поселок Монтана - примерно 20 домов. Погибло 17 человек. В загазованную зону попали 500 человек, многие были отправлены в госпиталь. Тысячи людей покинули ближайший городок Серритос.

Аварии с выбросом химически опасных веществ отличаются разнообразием характера протекания, последствий, комплексным действием поражающих факторов в зависимости от характера производства, свойств используемых и хранящихся веществ, условий окружающей среды, поэтому АХОВ неоднородны по   химическому строению,  физико-химическим,  токсическим свойствам. 

  Классификация АХОВ. В основу  классификации  АХОВ  положен прежде всего характер их воздействия на человека.  По этому признаку они подразделяются на следующие группы:

первая  группа  - вещества с преимущественно удушающим  и с выраженным прижигающим действием  (хлор, треххлористый фосфор, оксихлорид  фосфора),  а также со слабым прижигающим действием  (фосген,  хлорпикрин, хлорид серы);

вторая  группа - вещества преимущественно общеядовитого действия (окись углерода, синильная кислота, динитрофенол, этиленхлоргидрин, этиленфторгидрин);

третья  группа - вещества,  обладающие удушающим и общеядовитым действием, выраженным прижигающим действием (акрилонитрил), а также слабо прижигающим действием  (сернистый ангидрид, окислы азота, сероводород);

четвертая группа - это нейротропные яды, т.е. вещества, действующие на формирование и передачу нервного импульса  (сероуглерод, фосфорорганические соединения);

пятая группа - вещества, обладающие удушающим нейротропным действием (аммиак);

шестая  группа -  метаболические яды, т.е.  вещества, нарушающие обмен веществ (этиленоксид, метилбромид, метилхлорид, диметилсульфат).

 

По  степени  воздействия  на людей АХОВ делятся  на 4 класса опасности, указанные в  таблице 2.

Таблица 2

Показатели	Норма для класса токсической опасности
	1-го	2-го	3-го	4-го
Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны (ПДКр.з.), мг/мм3	менее   0,1	0,1 - 1,0	1,1 - 10	более 10
Средняя смертельная  концентрация  в воздухе,    мг/м	менее 500	500 -5000	5001-50000	более 5000
Средняя смертельная    доза при попадании в желудок, мг/кг	менее 15	15 -150	151 - 500	более 500
Средняя смертельная  доза при попадании на  кожу, мг/кг	менее 100	100 - 500	501 - 2500	более 2500

Таким образом, каждое химически опасное вещество имеет несколько показателей опасности.   Отнесение АХОВ к классу  токсической  опасности производят по показателю, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности.     Введение такой классификации обусловлено тем,  что в ряде случаев высокотоксичные соединения оказываются,  вследствие особенностей их физико-химических свойств, относительно малоопасными и,  наоборот,  умеренно и малотоксичные вещества при определенных условиях становятся высокоопасными,  например, аммиак. Вещества I и II классов способны образовывать опасные для жизни и здоровья людей  концентрации даже при небольших утечках. Степень опасности химического вещества при авариях на ХОО в значительной мере зависит от его количества на аварийном объекте. 

При  оценке  потенциальной  опасности химических веществ необходимо принимать во внимание не только токсические, но и  физико-химические свойства, характеризующие их поведение в атмосфере,  на местности и в воде. В частности, важнейшим физическим  параметром,  определяющим  характер поведения токсичных веществ ингаляционного действия при выбросах (проливах),  является максимальная концентрация их паров в воздухе. В промышленной токсикологии используют показатель, учитывающий одновременно токсические свойства и летучесть веществ - коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО). Этот коэффициент равен отношению максимально возможной концентрации паров вещества при 20⁰С  к его смертельной  концентрации (LC 450).