Вадим Романов - Прикладные аспекты аварийных выбросов в атмосферу

Древесина способна к самовоспламенению при температуре свыше 330 °C. При длительном нагревании температура ее самовоспламенения значительно снижается. Например, самовоспламенение древесины наблюдалось при 166 °C через 20 ч. Это явление необходимо учитывать при размещении деревянных конструкций вблизи нагреваемых предметов (отопительных приборов, труб, дымоходов и т. п.). В данном случае должны быть обеспечены такие условия изоляции от нагревания, чтобы установившаяся, длительно действующая температура не превышала 50 °C.

При горении в атмосферу выбрасываются не только твердые частицы, но и пыли органического и минерального происхождения. В любом топливе есть сернистые соединения (пирит, образованный бактериями), соединения азота (остатки аминокислот) и др. Топливо сгорает, а запас сернистых соединений обращается в оксид серы; азот топлива превращается в оксид азота. Сернистые газы и водяные пары, содержащиеся в воздухе, образуют аэрозоль сернистой и серной кислот. Оксиды азота и вода образуют азотную кислоту.

Попадая в атмосферу с восходящими воздушными потоками, эти соединения способны сформировать токсичные облачные структуры, из которых они проливаются в виде дождей. Общепризнанно, что кислотные дожди являются причиной гибели растительности и животных, а также приводят к другим негативным изменениям окружающей природной среды.

Вокруг промышленных объектов, являющихся источниками кислотных дождей, в радиусе 3–5 км практически уничтожен травяной покров, погибают хвойные деревья. На склонах пересеченного рельефа интенсивно развиваются эрозионные процессы: смывается гумусовый горизонт, сеть глубоких эрозионных промоин и рытвин расчленяет поверхность. Ландшафт вокруг такого объекта становится антропогенной пустыней.

Радиус общего загрязнения атмосферного воздуха крупными промышленными предприятиями оценивается величиной ~ 30 км; радиус зоны максимального загрязнения составляет от 10 Н до 14 Н, где Н — высота заводских труб. Воздух загрязнен пылью, двуокисью азота, фенолом, сажей, свинцом.

Значительным источником загрязнения атмосферы является автотранспорт. Автомобили сжигают миллионы тонн бензина и дизельного топлива, расходуют миллионы тонн кислорода и выбрасывают огромное количество продуктов горения, содержащих угарный газ, оксиды азота, свинец, бензапирен и многие другие токсичные вещества; подсчитано, что среднестатистический автомобиль выбрасывает в год 0,8 т вредных веществ.

Взрывы чаще всего происходят на пожаро— и взрывоопасных объектах, где могут возникнуть условия для образования газопаровоздушных и пылевоздушных смесей, где в больших количествах применяются углеводородные газы (метан, этан, пропан). Возможны взрывы котлов в котельных, газовой аппаратуры, продукции и полуфабрикатов химических заводов, паров бензина и других компонентов, муки на мельницах, пыли на элеваторах, сахарной пудры на сахарных заводах, древесной пыли на деревообрабатывающих предприятиях. Взрывы пылевоздушных смесей в виде аэрозолей представляют одну из основных опасностей химических производств.

Могут быть взрывы в жилых помещениях, когда люди забывают выключить газ. Взрывы происходят на газопроводах при плохом контроле за их состоянием и несоблюдении требований техники безопасности при их эксплуатации. К тяжелым последствиям приводят взрывы рудничного газа в шахтах.

В промышленности большое количество технологических процессов связано с взрывоопасными газодисперсными системами: процессы осаждения пылей, пневмотранспортировка, размельчение материалов, сушка, хранение, сжигание, шлифовка поверхностей, механическая обработка горючих материалов, составление порошковых композиций и их прессование. Аварийные ситуации или нарушения технологических режимов могут создать условия для воспламенения газодисперсной системы, процесс горения которой может носить характер взрыва.

Необходимым условием возникновения взрыва является присутствие горючей пыли с концентрацией в пределах воспламенения и источника зажигания. Давление при таком взрыве сопровождается волной сжатия, скорость которой в окружающей среде от нескольких сантиметров до нескольких сотен метров в секунду. Быстрое нарастание давления взрыва является в большинстве случаев достаточным для разрушения или повреждения оборудования. Эта опасность усиливается, если первоначальная вспышка пыли местного характера приводит в состояние аэрозоля значительные количества осажденной пыли с ее воспламенением. В этом случае взрыв может распространяться до тех пор, пока имеется горючая пыль. Эта особенность является наиболее важной для различения взрыва пылей от взрыва горючих газов и паров.

Особенно опасна смесь, в которой находится в диспергированном состоянии горючая пыль, а газообразная фаза содержит горючие пары или газы. Более высокая чувствительность такой смеси к воспламенению легко приводит к разрушительному комбинированному взрыву пыли и газа. Такие взрывы происходят в угольных шахтах.

Часто взрывному превращению промышленных аэрозолей предшествует фаза тления. По данным российских и зарубежных исследователей [156,157] время перехода тления в горение, в том числе в дефлаграционное горение (тепловой взрыв), при благоприятных условиях является очень незначительным (от долей секунды до нескольких секунд), а скорость распространения фронта пламени лежит в пределах от 8 м/с до 1,5 км/с.

Загрязняющие и токсичные вещества в продуктах взрыва практически те же, что и при обычном горении (при пожаре) исходных ингредиентов.

Проливы загрязняющих и токсичных веществ при аварийных ситуациях представляют большую опасность для человека и природных сред, так как возникающие выбросы не имеют вертикальных начальных скоростных импульсов и перемещаются в атмосфере только за счет ветра и архимедова всплытия. Поэтому объемы проливов в виде пара или газа стелются в сравнительно тонком приземном слое, в котором находятся живые организмы, и могут привести к их отравлению.

Наибольшую опасности создают проливы боевых отравляющих веществ, сильнодействующих ядовитых веществ, сжиженных газов и нефтепродуктов. Аварии с ядами обычно рассматриваются гипотетическими; они могут иметь катастрофический глобальный масштаб, и возможность подобных аварий должна быть полностью исключена в практике работы с такими продуктами.

Что касается проливов сжиженных газов и нефтепродуктов, то такие происшествия в нашей стране носят массовый характер. В частности, в процессе эксплуатации нефтяных и газонефтяных скважин на поверхность земли могут вырываться напорные струи в виде фонтанов, которые нередко становятся пожарами. Условно фонтаны подразделяются на газовые (содержащие газа 95-100 %), нефтяные (содержащие нефти более 50 %, а газа меньше 50 %), газонефтяные (содержащие газа более 50 %, нефти меньше 50 %).