Вадим Романов - Прикладные аспекты аварийных выбросов в атмосферу

• Название: Прикладные аспекты аварийных выбросов в атмосферу
• Автор: Вадим Романов
• Жанр: Экология
• Год: 2006
• ISBN: 978-5-89155-166-2

Книга посвящена проблемам загрязнения окружающей среды при авариях промышленных предприятий и объектов разного профиля и имеет, в основном, обзорный справочный характер.

Изучается динамика аварийных турбулентных выбросов при наличии атмосферной диффузии, характер расширения турбулентных струйных потоков, их сопротивление в сносящем ветре, эволюция выбросов в реальной атмосфере при наличии инверсионных задерживающих слоев.

Классифицируются и анализируются возможные аварии с выбросами в атмосферу загрязняющих и токсичных веществ в газообразной, жидкой или твердой фазах, приводятся факторы аварийных рисков.

Рассмотрены аварии, связанные с выбросами токсикантов в атмосферу, описаны математические модели аварийных выбросов. Показано, что все многообразие антропогенных источников загрязнения атмосферного воздуха при авариях условно может быть разбито на отдельные классы по типу возникших выбросов и характеру движения их вещества. В качестве источников загрязнений рассмотрены пожары, взрывы и токсичные выбросы. Эти источники в зависимости от специфики подачи рабочего тела в окружающее пространство формируют атмосферные выбросы в виде выпадающих на поверхность земли твердых или жидких частиц, струй, терминов и клубов, разлитий, испарительных объемов и тепловых колонок. Рассмотрены экологические опасности выбросов при авариях и в быту.

Книга содержит большой иллюстративный материал в виде таблиц, графиков, рисунков и фотографий, который помогает читателю разобраться в обсуждаемых вопросах. Она адресована широкому кругу людей, чей род деятельности связан преимущественно с природоохранной тематикой: инженерам, научным работникам, учащимся и всем тем, кто интересуется экологической и природозащитной тематикой.

---

— вследствие замерзания слоя воды на поверхности земли после оттепели или выпадения дождя в результате наступления похолодания.

Образование гололедицы зависит не только от атмосферных условий, но и от температуры подстилающей поверхности. Отрицательные температуры поверхности земли обеспечивают замерзание на ней выпадающих жидких или полужидких осадков.

Наст представляет собой гололедицу, возникшую на поверхности снежного покрова. В результате многократного образования наста снежный покров приобретает слоистую структуру с чередованием плотных и рыхлых слоев.

Обледенелый мокрый снег — ледяная масса, возникающая при быстром замерзании мокрого снега при температуре воздуха до + 2 °C и скорости ветра до 6 м/с. По внешнему виду напоминает очень плотную зернистую изморозь, но размерами может превосходить гололед.

Еще одним видам оседающих осадков является твердый налет — тонкий слой ледяных кристаллов, образующихся вследствие сублимации водяного пара на холодных, преимущественно каменных, поверхностях. Возникает преимущественно с наветренной стороны при ослаблении мороза, при оттепели, обычно в пасмурную погоду. Твердый налет белого цвета, его толщина не превышает нескольких миллиметров.

Отметим, что все виды наземного обледенения, за исключением твердого налета и кристаллической изморози, могут создавать опасные весовые нагрузки на различные сооружения и затруднять работу транспорта. Это может негативно сказаться на успешности ликвидации аварий.

Безусловно, невозможно предвидеть, какие метеорологические и синоптические условия будут ко времени наступления конкретной аварийной ситуации. Однако при составлении прогнозных экспресс-оценок развития уже начавшейся аварии информация о возможном влиянии на нее атмосферных явлений может быть весьма полезной и является ценным вспомогательным элементом в оценке полной картины развития инцидента.

Кроме того, подобные исследования способны оценить «коридор» возможных отклонений хода аварий от стандартного сценария, использующего некоторые «средние», как правило, ничем не обоснованные начальные и граничные условия.

Отметим, что при некоторых авариях атмосферные явления приобретают главенствующее значение в процессах возникновения и развития происшествия. Это относится к пожарам (особенно лесным), возникновение и протекание которых существенно зависит от атмосферных осадков, ветровых потоков, а также грозовых электрических разрядов.

На токсичные выбросы определяющее влияние может быть оказано осадками в виде дождя, снега и льда, туманами разной природы и метелью.

Возникновение и развитие взрывных аварий практически не чувствительно к атмосферным явлениям, за исключением возможного инициирования взрыва грозовым электричеством.

Влияние атмосферных явлений по классификации работы [146] на возможность возникновения и развития аварий разной природы представлено в Таблице № 1.3.

В таблице 1.4 представлены данные о негативном влиянии атмосферных явлений на возможность ликвидации аварийной ситуации противоаварийными подразделениями.

Как следует из таблицы, атмосферные явления могут оказывать заметные воздействия на возможность ликвидации аварий. Такими явлениями являются, в первую очередь, помутнения воздуха при туманах и поверхностные отложения льда (гололедица), а также сильные ветровые потоки типа шквалов, бурь и смерчей. Остальные проявления атмосферных явлений очевидно мало влияют на работу ликвидаторов аварий.

Таблица № 1.3.

Влияние атмосферных явлений на возможность возникновения и развития аварийной ситуации

Обозначения эффектов воздействия:

О — отсутствует (нулевой);

О-Н — от нулевого до незначительного;

Н — незначительный (слабый);

3 — значительный (средний);

Н-Опр — от незначительного до определяющего;

Опр — определяющий (сильный).

Таблица № 1.4.

Влияние атмосферных явлений на возможность ликвидации аварийных ситуаций

Представленный в таблице 1.3 и таблице 1.4 подход имеет феноменологический описательный характер, однако при использовании статистического материала и баз данных по авариям очевидно можно перейти к количественному вероятному представлению описанных выше зависимостей.

В заключении этого раздела отметим, что атмосферные явления не исчерпывают внешних условий, которые можно рассматривать в качестве аварийного фона. Такие фоновыми условиями могут быть различные физические воздействия: тепловые, радиация, вибрации, инсоляции и наличие источников химически активных реагентов.

Указанные факторы, как правило, не учитываются при прогнозах аварий из-за их кажущейся незначительности, что иногда может привести к большим ошибкам.

В качестве примера рассмотрим температурный фактор. Известно, что регулярно в одном из наиболее жарких месяцев (как правило в мае) на складах боеприпасов происходят самопроизвольные загорания и взрывы. Жертвой таких инцидентов являются люди, в огне пожаров гибнут снаряды сотнями вагонов.

Взрываются почему-то боеприпасы с вышедшими сроками хранения. Официально такие инциденты объясняются халатностью военнослужащих при курении, а в средствах массовой информации, кроме того, желанием военных во что бы то ни стало избавиться от бесполезного и опасного груза (самоподрывы). Никто почему-то не связывает эти аварии с нарушением правил хранения снарядов.

Объяснением, не связанным с «человеческим фактором», является температурный запуск в топливе химических реакций, приводящих к их загоранию или взрыву. Ракетное топливо в просроченных снарядах давно потеряло свои первоначальные физико-химические свойства из-за процессов эрозии, растрескивания и т. п. Таким образом, сравнительно небольшое повышение температуры внешней среды может инициировать наступление аварии нетермостатированных боеприпасов.

В работе [102] сделана попытка связать аварийную ситуацию при пожаре с погодными условиями — в частности с температурой воздуха. На основе анализа антропогенных и погодных условий на пожарную обстановку в Красноярском крае сделан вывод о том, что частота пожаров (количество загораний в сутки) и их распределение по причинам возникновения в разные периоды времени определяются преимущественно двумя факторами. Первый из них — уровень урбанизации региона, который выражается через численность населения.

Второй фактор — температура окружающего воздуха. Представленные в этой работе эмпирические уравнения для относительного количества пожаров в сутки, по утверждению авторов, могут использоваться для прогноза обстановки с пожарами в регионах. Причем достоверный прогноз ошибки прогноза пожара составляет не более 10 %.

Аналогичным эффектом «спускового крючка» обладают, очевидно, и некоторые другие физические воздействия. Весь вопрос в их интенсивности, времени и продолжительности действия.

Глава II Описание аварий, оценка их физических характеристик, факторы опасности

В последние годы участились случаи крупных аварий на объектах химической промышленности, ядерной энергетики и хранилищах токсичных и взрывчатых веществ. Это может быть объяснено отчасти большей открытостью информации некогда запретных тем, возросшей халатностью персонала и не соблюдением сроков регламентных работ и замены выработавшей ресурс техники. Наиболее пристальное внимание общественности в последние годы стали привлекать масштабные аварии боеприпасов, сопровождающиеся взрывами, пожарами и разлетом артиллерийских снарядов и ракет с места инцидента.

Имеются небезосновательные подозрения, что кроме безответственности и технической безграмотности военнослужащих подобные происшествия порой являются фактически несанкционированными ликвидациями устаревшей и не кондиционной техники и вооружений, хранящихся на военных складах и базах.

Повышенная опасность подобных происшествий возникает из-за того, что аварийные объекты, как правило, расположены либо внутри, либо на окраинах населенных пунктов. В случае комплексной аварии, включающей в себя взрывы и пожары, жертвы среди населения могут быть достаточно внушительными. Приведем примеры некоторых наиболее типичных подобных аварий, ставших достоянием гласности из-за невозможности их утаить — слишком много шума и свидетелей было при инцидентах.

При пожаре цеха оснащения турбореактивных снарядов пороховыми зарядами арсенала боеприпасов рядом с Владивостоком практически все жители семисоттысячного города были вынуждены первого, а затем во второй раз второго мая 1992 года эвакуироваться за его пределы. Пожар в цехе возник по не установленной причине (по одной из версий от окурка, брошенного матросом), неожиданно стали взрываться болванки с порохом. Раскаленные осколки и ударные волны инициировали пожары в двадцати других закрытых хранилищах боеприпасов. Всего же на территории этого арсенала Тихоокеанского флота кроме закрытых хранилищ имелось более сорока площадок с различными снарядами, пиротехническими компонентами и порохами. Авиационные бомбы, реактивные и обычные снаряды, гранаты и патроны хранились в количествах, исчисляемых сотнями вагонов. Хорошо, что из-за штилевых условий пожар ограничился примерно половиной боезапасов арсенала. Пострадало в этот раз удивительно малое количество людей: офицер и двое матросов были ранены, еще двоих оглушило…