Вадим Романов - Прикладные аспекты аварийных выбросов в атмосферу. Справочное пособие

• Название: Прикладные аспекты аварийных выбросов в атмосферу. Справочное пособие
• Автор: Вадим Романов
• Жанр: Прочая научная литература
• 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.

---

Туманом называется помутнение приземного слоя воздуха из-за наличия в нем взвешенных капель и воды, ледяных кристаллов или их смеси [146], при котором горизонтальная дальность видимости становится менее 1 км хотя бы в одном направлении. Аналогичное явление при горизонтальной видимости 1 км и более называют дымкой.

По агрегатному состоянию воды все туманы можно разделить на капельные, ледяные и смешанные. В смешанных туманах переохлажденные капли зафиксированы при температурах воздуха до -40 С.

Рис.1.9. Классификация туманов по [146].

Все многообразие туманов по процессу возникновения разделяют на туманы охлаждения и туманы испарения (Рис.1.9). Туманы охлаждения возникают за счет приближения влажности воздуха к состоянию насыщения при понижении температуры воздуха, туманы испарения возникают только тогда, когда температура испаряющейся жидкости выше температуры приземного слоя воздуха.

Туманы охлаждения, возникающие при понижении температуры подстилающей поверхности за счет ее радиационного охлаждения, называют радиационными, при перемещении влажного воздуха над холодной подстилающей поверхностью – адвективными.

Туманы испарения, в свою очередь, могут быть надводными при возникновении над водой или фронтальными – при испарении капель дождя, выпадающего из теплой надфронтальной воздушной массы, в холодном подфронтальном воздухе.

Туманами смешения называют аэровзвеси при смешении воздушных масс с разной температурой и влажностью. Если они возникают вблизи границы морских побережий или границ теплых и холодных морских течений, то их называют пограничными.

Кроме того, туманы могут возникнуть в результате хозяйственной деятельности человека в процессе конденсации водяного пара, поступающего в атмосферу. Их также называют антропогенными.

Орографические туманы образуются при подъеме адиабатически охлаждающегося воздуха по наветренным склонам возвышенности. При этом уровень конденсации должен быть ниже температуры на вершине возвышенности и над ней должна находиться инверсия температуры, препятствующая переносу продуктов конденсации от поверхности склона.

Отметим, что туман любого типа может появиться, если в прогностический период ожидается температура воздуха Т, равная или более низкая, чем температура туманообразования Тт , т.е. в условиях, когда Т<Тт.

Таким образом, для прогноза возникновения тумана необходим прогноз как температуры воздуха, так и температуры туманообразования. Методы прогнозирования туманов широко представлены в современной гидрометеорологической литературе.

Смог (англ, smog, от smoke – дым и fog – туман), определяемый как сильное загрязнение воздуха в больших городах и промышленных центрах также может быть отнесен к аэровзвесям. Он является разновидностью тумана. Классифицируют смоги следующие типы:

– влажный смог лондонского типа —сочетание тумана с примесью дыма и газовых отходов производства;

– ледяной смог аляскинского типа – смог, образующийся при низких температурах из пара отопительных систем и бытовых газовых выбросов;

– сухой смог лосанджелесского типа – смог, возникающий в результате фотохимических реакций, которые происходят в газовых выбросах под действием солнечной радиации; наблюдается устойчивая синеватая дымка из едких газов без тумана;

– фотохимический смог – разновидность смога, основной причиной возникновения которого считаются автомобильные выхлопы и загрязняющие выбросы предприятий в условиях инверсии температуры. Выхлопные газы в такой аэровзвеси вступают в химические реакции, которые под действием солнечного излучения, образуют озон. Фотохимический смог вызывает поражение дыхательных путей, рвоту, раздражение слизистой оболочки глаз и общую вялость. В ряде случаев в фотохимическом смоге могут присутствовать соединения азота, которые повышают вероятность возникновения раковых заболеваний.

Смог наблюдается обычно при слабой турбулентности при инверсиях температуры, при слабом ветре или штиле. Инверсии температуры в атмосфере – это повышение температуры воздуха с высотой вместо обычного для тропосферы ее убывания.

Температурные инверсии являются задерживающими слоями в атмосфере; они препятствуют развитию вертикальных движений воздуха, вследствие чего под ними накапливаются газообразные токсиканты, водяной пар и пыль. Пылевые и аэрозольные частицы являются ядрами конденсации. Поэтому при смоге всегда возникают слоистая дымка, туман и облака. Видимость уменьшается до нескольких десятков метров, предметы теряют цветовую окраску. Из-за рефракции света в слоях с температурной инверсией иногда возникают миражи.

Оседающие осадки

Замерзание продуктов конденсации водяного пара на наземных предметах и на поверхности земли приводит к образованию гололеда, изморози, гололедицы, наста обледенелого мокрого снега, твердого налета.

Несмотря на то, что эти природные явления не способны в заметной степени повлиять на возникновение и развитие аварий, их учет может дать полезную дополнительную информацию об инциденте в целом.

Оседающие осадки уменьшают проходимость транспорта и доступность места аварии. В частности, гололедица может оказать негативное влияние на ликвидацию аварийной ситуации с применением современной техники.

Рассмотрим кратко указанные выше атмосферные явления. Гололед представляет собой слой льда, нарастающего на поверхности земли или на предметах (преимущественно с наветренной стороны) при замерзании капель переохлажденного дождя, тумана или мороси. Он образуется при отрицательных температурах воздуха. Гололед возникает при метеорологических условиях, связанных, как правило, с выпадением переохлажденного дождя и с взаимодействием потоков теплого и холодного воздуха (фронтальные гололеды).

Основными благоприятными условиями для его возникновения являются наличие переохлажденного адвективного тумана, мощные инверсионные слои в пограничном атмосферном слое при умеренных и сильных ветрах.

Изморозью называют отложение льда на проводах, ветвях деревьев и других предметах при тумане. Этот процесс возникает в результате сублимации водяного пара (кристаллическая изморозь) или намерзания капелек переохлажденного тумана (зернистая изморозь).

Кристаллическая изморозь (в просторечии – иней) состоит из кристаллов льда, нарастающих преимущественно с наветренной стороны предмета при температуре воздуха ниже – 15°С. Она легко осыпается при встряхивании.

Зернистая изморозь также возникает преимущественно с намеренной стороны предметов, но при сильном ветре. Она представляет собой снеговидный рыхлый снег, по внешнему виду напоминает гололед и близка к нему по плотности.

Зернистая изморозь возникает при замерзании на предметах капель переохлажденного тумана при температурах от – 3 до – 8°С. Синоптические условия образования изморози такие же, как и при возникновении гололеда.

Вид наземного обледенения – гололед или изморозь – зависит от преобладающего размера капель тумана: если они меньше 20 мкм, то образуется зернистая изморозь, если больше, то образуется гололед.

Гололедица – это лед на поверхности земли, возникший по разным причинам [146]:

– вследствие замерзания мокрого снега или дождя и мороси при соприкосновении с переохлажденной поверхностью земли;

– из-за замерзания переохлажденного дождя или мороси на поверхности земли (по существу это гололед на земной поверхности);

– 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°С 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.