Общие и токсикологические характеристики некоторых АХОВ

Меры защиты и оказание медицинской помощи при воздействии АХОВ рассматриваются во второй части данного пособия.

В связи с высокой опасностью АХОВ из всех объектов экономики особо выделяют химически опасные объекты.

Химически опасный объект (ХОО) - объект, на котором хранят, перерабатывают, используют или транспортируют опасное химическое вещество, при аварии на котором может произойти гибель или химическое заражение людей, сельскохозяйственных животных и растений, а также химическое заражение окружающей природной среды (ГОСТ Р 22.0.05-94).

Крупными запасами АХОВ располагают предприятия химической, целлюлозно-бумажной, оборонной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности, черной и цветной металлургии, промышленности минеральных удобрений. Создаваемые минимальные (неснижаемые) запасы минеральных удобрений в среднем рассчитаны на 3 суток работы, а для предприятий по производству минеральных удобрений - до 10-15 суток. В результате на крупных предприятиях, расположенных в городах или прилегающих к ним районах, могут одновременно храниться сотни и тысячи тонн АХОВ; все они перевозятся железнодорожным транспортом.

Значительные запасы АХОВ сосредоточены также на объектах пищевой, мясомолочной промышленности, в промышленных холодильниках торговых баз, в жилищно-коммунальном хозяйстве и особенно на предприятиях водоочистки. Например, на отдельных овощных базах содержится до 150 тонн сжиженного аммиака, а на водопроводных станциях - от 100 до 400 тонн сжиженного хлора. Эти объекты находятся, как правило, в непосредственной близости от жилых районов и объектов железнодорожного транспорта. Серьезную опасность представляют железнодорожные станции с пунктами погрузки, выгрузки, с подъездными путями и путями отстоя вагонов с АХОВ.

Железнодорожный транспорт занимает ведущее место в перевозке АХОВ. Например, по железным дорогам Российской Федерации перевозится ежегодно свыше 500 тыс. тонн хлора.

Грузоподъемность железнодорожных цистерн для хлора составляет 47,6 и 56 тонн, для аммиака - 30,7; 45,3 и 132 тонны, соляной кислоты - 52 и 59 тонн, фтора - 20 и 25 тонн.

Помимо цистерн, для транспортировки АХОВ используются различные контейнеры (бочки) емкостью от 0,1 до 0,8 м³ и специальные баллоны емкостью от 0,016 до 0,05 м\

Условия содержания АХОВ в цистернах (контейнерах, баллонах) соответствуют, как правило, условиям хранения сжиженных газов.

Железнодорожные цистерны, контейнеры и баллоны должны заполняться только до допустимой массы - с тщательным контролем массы пустой и заполненной емкости, так как при повышении температуры резко поднимается давление в емкости. Для сжиженных газов нормативный коэффициент заполнения емкости составляет 0,8-0,85.

Повреждение или разрушение специальных хранилищ, емкостей, цистерн, трубопроводов на ХОО и ОЖДТ в результате внешнего физического воздействия или аварий может привести к выбросу АХОВ в окружающую среду и образованию очага химического поражения. Образовавшееся при этом облако зараженного воздуха формирует зону заражения, пребывание людей в которой может представлять угрозу для их жизни и здоровья.

ХОО подразделяются по степени опасности в зависимости от того, какое количество людей может оказаться в зоне возможного химического заражения (ЗВХЗ):

I степень опасности - более 75 тыс. человек;

II степень опасности - от 40 до 75 тыс. человек;

III степень опасности - менее 40 тыс. человек;

IV степень опасности - ЗВХЗ не выходит за пределы санитарно-
защитной зоны ХОО.

Критериями для классификации административно-территориальных единиц по химической опасности служит процент населения (территории), попадающий в ЗВХЗ:

I степень опасности - более 50 % населения (территории);

II степень опасности - от 30 до 50 % населения (территории);

III степень опасности - от 10 до 30 % населения (территории).

4.2. Характеристика параметров химического заражения при авариях

4.2.1. Факторы, влияющие на масштабы химического заражения

На железнодорожном транспорте наиболее часто причинами аварийных выбросов (разливов) АХОВ являются: неисправности, удары, сходы и опрокидывания железнодорожных цистерн с нарушением герметизации; трещины в сварных швах; разрыв оболочки цистерн; разрушение мембран; неисправность предохранительных клапанов и протечка из арматуры. Химические аварии происходят также из-за нарушения норм налива и других правил техники безопасности и перевозки АХОВ.

Масштабы распространения зараженного воздуха АХОВ и формирующиеся зоны химического заражения при авариях зависят от вида (свойств), массы и агрегатного состояния АХОВ, условий хранения емкостей, метеорологических и местных условий.

Процесс аварии при разгерметизации емкостей, в которых хранят или перевозят АХОВ в сжиженном состоянии, можно разделить на два этапа.

На первом этапе происходят мгновенный (в течение 1-3 мин) выброс части АХОВ в атмосферу и образование первичного облака.

На втором этапе происходит пролив вещества из емкости на подстилающую поверхность и его испарение (или испарение вещества из разгерметизированной цистерны без пролива). При испарении образуется вторичное облако химического заражения. При переносе первичного и вторичного облаков, которые накладываются, происходит выпадение осадков АХОВ на местность и ее заражение. Соотношение масс АХОВ, выброшенных в первичное и вторичное облако, зависит от свойств АХОВ, температуры воздуха при аварии, а также от давления и температуры в емкости.

При разгерметизации емкости с АХОВ, хранящихся в газообразном состоянии, образуется только первичное облако, а хранящихся в виде жидкостей - только вторичное облако.

Условия хранения и перевозки емкостей с АХОВ также оказывают существенное влияние на характер аварии и масштабы ее последствий.

При утечке из емкостей сжиженных и жидких АХОВ пролитая жидкость может распространиться на большие площади, заражая значительные территории и вызывая взрывы и пожары.

Для предотвращения указанных опасностей на многих ХОО применяется способ хранения АХОВ в обваловке или в поддонах (рис. 4.1).

Высота обваловки резервуаров грунтом принимается из расчета полного вылива АХОВ (с учетом превышения обваловки над уровнем вылившейся жидкости не менее 20 см). Ширина земляного вала поверху устраивается не менее 1 м.

Поддоны изготавливаются из железобетона или грунта с соблюдением тех же условий.

Рис. 4.1. Условия хранения емкостей: а - в обваловке; б - в поддоне

При открытом хранении емкостей (сюда же относятся железнодорожные цистерны с АХОВ) в случае аварии химическому заражению могут подвергнуться большие территории, сооружения, устройства и фунтовые воды. В этом случае толщина разлившегося слоя АХОВ будет незначительной (в среднем около 0,05 м), поэтому время испарения и поражающего действия меньше, чем при хранении емкостей в обваловке или поддоне.

Масштабы химического заражения существенно зависят от метеоусловий.

От направления ветра во многом зависит, какие объекты (жилые массивы, сооружения и устройства) могут попасть в зону заражения.

При увеличении скорости ветра (измеряемой на высоте 10 метров) увеличивается рассеивание химического облака. Чем меньше скорость ветра, тем дольше сохраняется большая концентрация АХОВ. В зимних условиях испарение АХОВ незначительно, и заражение местности будет длительным. При повышении температуры воздуха и почвы испарение АХОВ увеличивается, а продолжительность их действия уменьшается.

Дождь механически вымывает АХОВ из атмосферы и из поверхностных слоев почвы. При выпадении на зараженный участок снега некоторые виды АХОВ сохраняются более продолжительное время.

Состояние воздуха в приземном слое характеризуется степенью его вертикальной устойчивости: инверсией, изотермией и конвекцией. Условия их возникновения и характеристика представлены в табл. 4.2.

При инверсии и изотермии сохраняется высокая концентрация АХОВ в приземном слое воздуха, а распространение облака зараженного воздуха происходит на значительные расстояния.

Конвекция вызывает рассеивание зараженного воздуха, т.е. снижение концентрации паров АХОВ вследствие подъема более теплого воздуха и перемешивания его с верхними слоями.

Рельеф местности (овраги, лощины), лес и жилые массивы способствуют застою зараженного воздуха и увеличению длительности заражения. Вместе с тем, они препятствуют распространению зараженного воздуха на Глубину, в 3-3,5 раза меньшую, чем на открытой местности.

Таблица 4.2

t°_в - температура верхних слоев воздуха; t°_н - температура нижних слоев воздуха.

4.2.2. Зоны химического заражения и очаги химического поражения

При авариях на ХОО образуются зоны химического заражения.

Зона химического заражения - это территория, в пределах которой распространены (привнесены) опасные химические вещества в концентра циях или количествах, создающих опасность для жизни и здоровья людей для сельскохозяйственных животных и растений в течение определенного времени.

Различают зоны фактического заражения (ЗФЗ) и зоны возможной химического заражения (ЗВХЗ).

Площадь ЗФЗ — это площадь территории, приземный слой воздуха на которой заражен парами (аэрозолем) АХОВ в концентрациях, опасных для жизни и здоровья людей.

Следует учитывать, что направление ветра характеризуется сильной пространственной изменчивостью, поэтому заранее точно определить местоположение ЗФЗ не представляется возможным.

Для учета неопределенности в направлении ветра и повышения надежности прогноза используют зоны возможного химического заражения.

Площадь ЗВХЗ - это площадь территории, в пределах которой под воздействием изменения скорости и направления ветра может перемещаться облако зараженного воздуха.

В ЗВХЗ с высокой вероятностью (более 90%) с учетом изменения направления и скорости ветра размещается ЗФЗ.

На территории ЗВХЗ должны приниматься меры по обеспечению безопасности производственного персонала ОЖДТ, хотя невозможно точно предсказать заранее, будут или нет конкретные объекты внутри ЗВХЗ "накрыты" облаком АХОВ.

Зона возможного химического заражения определяется двумя параметрами - расчетной глубиной Г_расч и угловой характеристикой ср, харак-к-ризующей положение боковых границ зоны.

Расчетная глубина Г_рас.| определяется в зависимости от значений i лубины распространения первичного и вторичного облака АХОВ.

Угол ф зависит от скорости ветра V_B на высоте 10 метров от поверхности земли. Его значения могут составлять от 45 до 360 градусов.

Считается, что на внешних границах ЗВХЗ организм человека подвергается воздействию пороговой ингаляционной токсодозы (при ингаляционном воздействии хлора - 0,6 мг мин/л). Внутри зоны на человека дей-i твуют поражающие, а в районе аварии - смертельные токсодозы.

Таким образом, зоны химического заражения характеризуются ви-чами распространяющихся АХОВ, размерами, расположением по отношению к объектам экономики, степенью зараженности воздушной среды и местности и изменением этой зараженности во времени.

В зависимости от количества вылившегося АХОВ в зоне заражения может образоваться один или несколько очагов химического поражения (ОХП)(рис. 4.2).

Очаг химического поражения - это территория, в пределах которой в результате воздействия опасных химических веществ произошли массовые поражения людей, сельскохозяйственных животных и растений.

Так, например, авария на объекте К (рис. 4.2) привела к образованию очагов химического поражения парами хлора: на объекте К на площади H₁, в городе N на площади П₂, на части площади ОЖДТ (площадь Пз).

Характер и степень поражения людей в очаге химического поражения зависит от вида АХОВ и токсодозы.

Рис. 4.2. Зона возможного химического заражения и очаги химического поражения

Большинство АХОВ действуют на организм человека комбинированно, вызывая различные отрицательные эффекты.

Поражение людей АХОВ происходит чаще всего ингаляционным путем через органы дыхания, ряд АХОВ воздействует на человека через кожу и слизистые, некоторые попадают внутрь организма с зараженными продуктами питания.

Наиболее опасно ингаляционное воздействие, наименее опасно внутреннее воздействие, так как часть АХОВ перерабатывается печенью, а другая часть выходит вместе с калом.

АХОВ заражает местность, сооружения, технику, одежду, водоемы, грунтовые воды и способны заражать незащищенных людей как в момент оседания облака зараженного воздуха, так и после оседания частиц АХОВ вследствие их испарения с зараженной поверхности, а также при контакте с этими поверхностями.

Классификация АХОВ по преимущественному сочетанию симптомов (синдрому) при воздействии на человека приведена в табл. 4.3.

Рассмотренная характеристика последствий аварий с выбросом АХОВ используется при прогнозировании и оценке химической обстановки на ОЖДТ (гл. 9).

Таблица 4.3 Классификация АХОВ по преимущественному синдрому

Глава 5

ХАРАКТЕРИСТИКА ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ С ВЫБРОСОМ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

5.1. Общие сведения о радиационно опасных объектах и ионизирующих излучениях

Ионизирующая радиация находит широкое применение в медицине, геологии, химических технологиях. Ее используют в приборах для контроля и автоматизации производственных процессов. Особое развитие получило использование радиоактивных материалов для получения электрической энергии. К существующим в мире 436 ядерным реакторам АЭС прибавляется 32 строящихся.

По состоянию на 2000 г., Россия занимает пятое место в мире по числу работающих ядерных реакторов (28 реакторов установлены на 9 АЭС). Кроме того, еще 4 ядерных реактора находятся в стадии строительства. Несмотря на то, что доля электроэнергии, вырабатываемой АЭС, составляет в среднем по стране всего около 14,5 процента от ее общей выработки, в ряде регионов она значительно больше средней (Поволжье -18%, Центр - 21%, Юг - 22%, Северо-Запад - 33%, Ленинградская область - 50%).

Работа АЭС отличается высокой экономичностью и малым риском смертельных поражений от рабочих выбросов. Этот риск при нормальной работе АЭС примерно в 400 раз меньше, чем от выброшенных веществ при работе тепловых электростанций.

Наряду с указанными преимуществами атомная энергетика имеет существенный недостаток - возможность возникновения запроектных аварий. Если для проектных радиационных аварий определены возможные исходные и конечные состояния радиационной обстановки и предусмотрены системы безопасности, то запроектныерадиационные аварии характеризуются потерей управления источником ионизирующего излучения. Эта потеря может быть вызвана неисправностью оборудования, неправильными действиями персонала, стихийными бедствиями или иными причинами, которые могут привести (и приводили) к облучению людей выше установленных норм или радиоактивному загрязнению окружающей среды.

Для оценки возникающих аварий на АЭС и других РОО разработана шкала МАГАТЭ (международное агентство по атомной энергетике). По этой шкале все нештатные ситуации на АЭС в зависимости от их тяжести подразделяются на семь уровней.

I уровень - незначительное происшествие; II уровень - происшествие средней тяжести; III уровень - серьезное происшествие; IV уровень -авария в пределах АЭС; V уровень - авария с риском для окружающей среды; VI уровень - тяжелая авария и VII уровень - глобальная авария (катастрофа).

Первые три уровня называются происшествиями и не представляют серьезной опасности для населения.

Последние четыре уровня отнесены к авариям, т.к. именно они опасны для персонала АЭС, населения и окружающей среды из-за потери управления источником ионизирующих излучений.

В 1980 году во Франции на АЭС произошла авария с частичным разрушением активной зоны реактора. Применения мер защиты не потребовалось. Радиоактивные выбросы за пределами АЭС не были зафиксированы. Эту аварию отнесли к IV уровню.

В 1979 году на АЭС "Тримайл Айленд" (США) произошла авария с плавлением активной зоны реактора (вследствие потери охлаждения) с по-

следующим взрывом водорода. Выбросы РВ были зафиксированы за пределами АЭС, но на незначительной территории. Потребовалась частичная эвакуация и местная йодная профилактика. Эту аварию отнесли к V уровню.

В 1957 году в Англии на АЭС произошел пожар. Горение активной зоны из урана и графита привело к выбросу радиоактивных продуктов (в течение двух дней) в окружающую среду. Образовавшееся радиоактивное облако накрыло обширные территории Англии, Шотландии, Северной Европы. Потребовалось введение всех защитных мер. Данную аварию отнесли к VI уровню.

Авария на Чернобыльской АЭС, произошедшая 26 апреля 1986 года, наиболее крупная из всех известных радиационных аварий и по существу является крупнейшей экологической катастрофой глобального масштаба. Экспертами МАГАТЭ ей присвоен VII уровень.

Из пяти причин аварии, сформулированных экспертами МАГАТЭ, три основных причины связаны с человеческим фактором. Это: слабый профессионализм и некомпетентность персонала; пренебрежение правилами техники безопасности и психологическая неподготовленность; слабый контроль со стороны государственных органов за работой АЭС.

Накануне плановой остановки реактора четвертого энергоблока ЧАЭС проводился эксперимент по выяснению возможности использования механической энергии ротора турбины в интересах аварийного обеспечения электроэнергией станции в случае ее обесточивания. При отключенной автоматической защите внезапно возросла мощность реактора, что привело к резкому повышению температуры и давления в активной зоне и последующим взрывам реактора и водорода. В результате взрывов в реакторе были разрушены система охлаждения и активная зона реактора, образовалось более 30 очагов пожара. Через пролом в реакторном зале были выброшены высокоактивные обломки конструкций активной зоны с топливом. Продукты ядерного деления (ПЯД) поднялись на высоту до 1 км и стали распространяться в окружающую среду. Реактор перестал существовать как управляемая система и превратился в постоянно действующий источник выброса РВ, поступающих в атмосферу.

Существенную радиационную опасность представляют аварии не только на АЭС, но и на других РОО.

В России работает 113 научно-исследовательских ядерных установок, около 13 тысяч предприятий страны используют в той или иной мере в технологическом процессе радиоактивные элементы.

Значительной проблемой является захоронение радиоактивных отходов. Так называемые "могильники" размещены в районах АЭС, а также рассредоточены в различных регионах страны (Новая Земля, Челябинский полигон - комбинат "Маяк", на котором функционирует 200 "могильников" с твердыми радиоактивными отходами и значительное количество емкостей с жидкими отходами и др.).

Атомный флот страны располагает 407 ядерными реакторами. Особенно остро стоит вопрос об утилизации списанных атомных подводных лодок.

Если учесть накопленные запасы ядерного оружия, опасность транспортировки радиоактивных веществ и возможность террористических актов на РОО, то становится понятным актуальность проблемы обеспечения радиационной безопасности в стране.

Опасность радиационных аварий связана с особым воздействием выброшенных радиоактивных элементов на окружающую среду и человека.

Радиоактивными называются элементы (уран, торий, радий и др.), у которых происходит самопроизвольное превращение (распад) атомных ядер, приводящее к изменению их атомного номера и массового числа. Радиоактивные вещества распадаются со строго определенной скоростью, измеряемой периодом полураспада T_1/2, т.е. временем, в течение которого распадается половина всех атомов. Радиоактивный распад не может быть остановлен или ускорен каким-либо способом.

Важнейшим свойством распадающихся РВ являются внутриядерные превращения, в результате которых происходит самопроизвольное испускание частиц и лучей, ионизирующих окружающую среду. Основными видами ионизирующих излучений, возникающих при радиоактивных превращениях, являются альфа-, бета- и гамма- излучения.

Альфа-излучение - поток положительно заряженных частиц (ядер атомов гелия), движущихся со скоростью около 20 000 м/с. Обладает очень высокой ионизирующей способностью и низкой проникающей способностью. Свободный пробег в воздухе альфа-частиц не превышает 10 см и поглощается листом бумаги.

Бета-излучение — поток отрицательно заряженных частиц (электронов). Их скорость приближается к скорости света (250 000 км/с), а пробег в воздухе составляет 10 м. Бета-активные вещества особенно опасны при попадании на кожные покровы и внутрь организма.

Гамма-излучение - представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение. По свойствам оно близко к рентгеновскому, но обладает значительно большей скоростью (300 000 км/с) и энергией. Свободный пробег в воздухе гамма-излучений достигает ста и более метров. Эти лучи обладают высокой проникающей способностью, и для их ослабления требуется значительная толщина материалов. Поэтому гамма-излучение на радиоактивно загрязненной местности (РЗМ) является наиболее опасным.

При запроектных авариях на АЭС значительную часть выброшенных РВ составляют: р-активный стронций-90 (Т_1/2 = 28 лет); B и Y-активный цезий-137(Т_1/2=30 лет); Р и у-активный йод-131 (T_1/2 = 8 суток).

Общим свойством ионизирующих излучений является способность проникать через материалы различной толщины и ионизировать воздух и живые клетки организма.