Вадим Романов - Прикладные аспекты аварийных выбросов в атмосферу

Если проливы углеводородного сырья и топлив не отягощены пожарами или взрывами, то в окружающую среду поступают эти продукты в виде пара или газа и рассеиваются в атмосфере под действием ветра и турбулентной диффузии. При горении или взрыве пролива над местом инцидента возникают кратковременные или стационарные выбросы продуктов горения, всплывающие на некоторую высоту. Их дисперсия происходит из приподнятого источника, и концентрации приземных загрязнений будут ниже, чем от обычного пролива.

Горение нефти и нефтепродуктов может происходить в резервуарах, производственной аппаратуре и при их разливах на открытых площадях. При пожаре нефтепродуктов в резервуарах могут происходить взрывы, вскипание горючего вещества и его выброс. Весьма опасны вскипания нефтепродуктов, содержащих воду. При вскипании стремительно возрастает температура продукта до ~ 1,5 тыс.°С, а высота пламени до десятков метров. Для таких пожаров характерно бурное горение вспененной массы горючего вещества.

При взрыве объема с нефтепродуктами или газами наблюдаются выбросы этих продуктов из резервуаров в парожидкой и капельной фракциях. Тонны вещества могут быть выброшены на расстояния более восьми диаметров емкости, а площадь горения может достигать нескольких тысяч квадратных метров. Продолжительность подобных инцидентов может составлять многие часы и зависит от массовых, геометрических и теплофизических характеристик продукта, а также от рельефа местности и метеорологических условий.

На скорость выгорания проливов влияют не только специфические химические реакции, но и неконтролируемый приток окислителя из окружающей среды. Значения скорости выгорания продукта в проливе зависят также от его плотности и вида. Эти данные представлены в таблице 5.1. (При наличии сертификата, содержащего данные о плотности продукта, его значение принимается по сертификату. В случае отсутствия таких данных принимается среднее значение этого параметра, указанное в таблице в скобках).

При пожарах на открытом пространстве, возникающих в результате аварий на нефтебазах, нефтехимических производствах, трубопроводах или продуктопроводах, на железнодорожном или автомобильном транспорте, реализуется неконтролируемое горение.

Таблица 5.1.

Скорость выгорания и плотность нефтепродуктов

Если в процесс горения вовлечены большие массы продукта, то над очагом пожара возникает конвективная колонка — струя нагретых продуктов сгорания, которые забрасываются восходящим мощным потоком в пограничный и тропосферные слои атмосферы. Высота конвективной колонки прямо пропорциональна количеству тепла, выделяяющемуся при горении. Очаг пожара имеет сложную структуру и включает в себя зону пиролиза углеводородного топлива, зону догорания газообразных и конденсированных продуктов пиролиза. Горение происходит при постоянном давлении и имеет диффузионный характер, т. е. лимитируется поступлением кислорода благодаря подсосу воздуха из окружающей среды.

Таблица 5.2.

Класс опасности и ПДК загрязняющих веществ при горении проливов нефти и нефтепродуктов

В таблице № 5.2, заимствованной из [168], приведены данные о выбросах загрязняющих веществ при горении нефти и нефтепродуктов.

В таблице № 5.3, взятой из того же источника, приводятся характеристики выбросов основных загрязнителей при сгорании проливов различных топлив. Под удельными выбросами приняты выбросы, отнесенные к единице массы сгоревших нефти и/или нефтепродуктов. Даны численные значения для диоксида азота, оксида и диоксида углерода, сажи, углеводородов, бенз(а)пирена в кг/кг или т/т и.

Таблица 5.3.

Удельные выбросы загрязняющих веществ, отнесенные к единице массы сгоревших нефтепродуктов

В заключение этого раздела отметим, что как для мгновенных, так и для непрерывных выбросов из проливов размеры зон опасности будут больше и по длине и по ширине, когда выбрасывается большее количество вещества. Особенно важны размеры площади испарения, когда пар или газ, кипя или просто испаряясь, попадают в атмосферу из лужи разлития. Из небольшой лужи будет испаряться небольшое количество вещества — из больших луж будет более высокий уровень выброса, а следовательно, они будут приводить к более высокой токсической опасности.

Неупорядоченное сжигание бытового мусора носит повсеместный характер и не считается несущим в себе угрозу большой угрозы здоровью, что является большим заблуждением. Рассмотрим основные угрозы, которые таят в себе подобные неорганизованные ликвидации отходов.

В таблице 5.4. представлены данные о содержании химических элементов в продуктах сжигания твердых бытовых отходов [161]. Приведенные в ней «коэффициенты концентрации», это величины, показывающие насколько данного вещества в выбросах больше, чем в обычном воздухе (фактически относительно «фонового» значения). Следует заметить, что за прошедшие 15 лет со дня получения этих данных в выбросах, возросло содержание свинца, ртути и кадмия, то есть наиболее токсичных металлов.

Уже из данных этой таблицы видно, что в дымах бытовых отходов опасных металлов в некоторых случаях в тысячи раз больше, чем в «обычном» воздухе. Токсичные металлы выбрасываются в форме солей или окислов, то есть в устойчивом виде и могут находиться в природных средах неопределенное число лет, накапливаясь постепенно и с пылью попадая в организм человека. Опасность токсичных металлов именно в том, что они (кроме ртути, которая активно мигрирует) могут накапливаться. Поэтому нормы ПДК могут оказаться не применимыми к таким выбросам.

Таблица 5.4.

Содержание химических элементов в продуктах сжигания твердых бытовых отходов

Что касается ртути, то она попадает в атмосферу в форме паров (7 %) и в форме хлоридов (70 %). И те и другие весьма токсичны и являются потенциальными нейротоксинами.

Мигрируя по пищевым цепям, ртуть накапливается в морских и речных организмах. По таким же цепочкам аккумулируется ртуть и на суше, ее конечным владельцем становятся хищники. Считается, что из-за ртути в Швеции исчезла пустельга, а поголовье соколов-сапсанов и ястребов сильно уменьшилось.