Техногенный риск

При выбросе токсичного и горючего соединения необходимо рассматривать оба последствия развития аварийной ситуации, обусловленного горением и заражением атмосферы, почвы и воды. Специально отметим, что при горении некоторых веществ образуются высокотоксичные продукты горения. Опасные вещества и соединения могут быть сгруппированы по следующим категориям:

- жидкости, хранимые при  атмосферных условиях или при давлении и температуре окружающей среды;

-  сжиженный газ, хранимый под давлением, но при температуре окружающей среды;

-  сжиженный газ,  хранимый при атмосферном давлении, но при пониженной температуре;

-  сжиженный газ,  хранимый под давлением и при  пониженной температуре. Выброс такого газа сопровождается импульсной фазой быстрого испарения;

-  сжатый газ, смесь  пара с газом.

Следует различать  три типа взрывов: физические, химические и взрывы типа "BLEVE".

Физические  взрывы не сопровождаются химическими превращениями с выделением тепла и образованием продуктов сгорания. Типичный пример физического взрыва - разрыв сосудов высокого давления, наполненных негорючими газами, паром или многофазными сжимаемыми системами (пыль, пена).

Химические взрывы сопровождаются химическими превращениями с выделением тепла и продуктов горения (газообразных, конденсированных). Типичные примеры химических взрывов - взрывы газовоздушных облаков, взрывы конденсированных ВВ, пылевые взрывы.

"BLEVE" (взрыв паров вскипающей жидкости) - особый тип физико-химического взрыва, характерного для емкостей под давлением, наполненных легкокипящей жидкостью (чаще всего - сжиженным горючим газом) и подвергаемых внешнему нагреву. В процессе нагрева отмечается быстрый рост внутреннего давления, разрыв емкости с малым фугасным эффектом, выброс горючего в атмосферу с последующим воспламенением и образованием огненного шара. Главный фактор поражения при "BLEVE" - мощное импульсное тепловое излучение. Отметим, что при разрыве емкости образуются высокоскоростные осколки оболочки, способные вызвать значительные повреждения соседнего оборудования в случае, когда отсутствуют специальные заградительные сооружения.

Строгий анализ аварийной ситуации особенно сложен в случаях, когда в инциденте участвует смесь опасных веществ. Здесь при анализе следует опираться на физико-химические свойства основного компонента смеси. Возможно ещё одно полезное упрощение, если один из компонентов смеси является токсичным. В этом случае свойства токсичности этого вещества распространяются на всю смесь. Например, в случае утечки углеводорода с примесями сероводорода всю смесь можно рассматривать как вещество с физическими свойствами углеводорода (при анализе формирования облака и его последующего горения или взрыва) и с токсичностью сероводорода. Одновременное наличие смеси горючего газа и токсичной примеси с воздухом предполагает параллельный анализ взрывных эффектов и токсического поражения.

При выбросе  токсичной жидкости, не кипящей при  атмосферном давлении, несмотря на незначительное испарение, облако паров  как правило не образуется. Основная опасность от таких проливов сконцентрирована вблизи места утечки продукта. Дополнительно следует принять во внимание возможность стоков в реки, море или другие бассейны. Подобные соображения служат базой для создания обваловок, поддонов в местах вероятных проливов.

Особое внимание следует уделить тому факту, что при проливе сжиженного или охлажденного компонента сначала образуется бассейн с жидкостью, постепенно переходящий в парогазовое облако. Поэтому случайное или преднамеренное воспламенение на ранних стадиях завершается только пожаром, тогда как запаздывающее воспламенение требует рассмотрения модели газового взрыва.

При изучении последствий  выбросов токсичных веществ чаще всего используется модель рассеяния тяжелых газов в облаках небольшой толщины, отслеживающих профиль окружающей место утечки местности. Это обусловлено физическим состоянием облака, как правило имеющего температуру ниже, чем окружающая атмосфера.

При анализе любого сценария аварии необходимо учитывать возможность вовлечения в процесс других источников опасности. Таковыми могут быть соседние хранилища опасных веществ, коммуникации, разрушение которых сопровождается дополнительными очагами поражения. Здесь существенен контроль над плотностью опасных веществ, который задает тип распространения облака в атмосфере: всплывание, осаждение или нейтральное смешение с воздухом. Подобная информация вместе с данными о вероятных источниках поджигания позволяет оценить массу вещества, вовлекаемого во взрывное превращение. На многих технологических установках безопасность обеспечивается установкой клапанов, вентилей, систем аварийного сброса давления и т.п.. При этом места наиболее вероятных разрывов достаточно просто идентифицировать. Чаще всего здесь устанавливаются системы сброса давления с учетом того, что горючие вещества не должны истекать через вентиляционные приспособления. Например, при аварийном погасании дежурного факела на башне дожигания попутных горючих продуктов, в атмосферу не должны поступать опасные количества горючего или токсичного продукта. При реализации конкретного технологического процесса необходимо исключить или сделать маловероятным развитие нежелательных химических реакций, способных вызвать неконтролируемое повышение давления и температуры.

При утечке опасных веществ  из больших резервуаров важно правильно оценить время, в течение которого удается реально изолировать емкость от внешней среды с помощью отсечной аппаратуры. Этот период времени зависит от следующих факторов:

-  возможности обнаружения утечки с помощью газовых, температурных и иных детекторов с учетом их размещения и времени быстродействия;

-  инерционности действия систем отсечки и изоляции, связанной с наличием автоматизированных или ручных устройств и включающей время активации соответствующих устройств;

-  надежности и скорости срабатывания отсечных клапанов и запорных регуляторов.

Можно предполагать, что  масштабные разрывы и выбросы  опасных веществ обнаруживаются немедленно либо детекторами, либо персоналом. На объектах с неавтоматизированными системами управления время устранения аварийных выбросов зависит от действий операторов, надежности систем оповещения и тренированности персонала и составляет от 3 до 15 минут (с учётом факторов паники, стресса и потенциальных ошибок). Для автоматизированных систем время срабатывания зависит от размеров клапанов и уровня рабочих параметров (в основном - давления). Считается, что характерное время срабатывания больших клапанов при высоком давлении составляет около 30 секунд.

В любом случае анализ последствий аварии или построение ее вероятного сценария могут быть существенно упрощены при использовании базы данных по уже случившимся промышленным катастрофам, подвергнутым достаточной экспертизе и описанию. При выборе аналогов самой существенной является общность природы и физико-химических свойств опасного вещества и способов его переработки и хранения. Существующая информация о типичных авариях на продуктопроводах, системах хранения и раздачи горючих веществ позволяет сделать ряд важных практических выводов:

-  основные факторы  поражения биообъектов и оборудования обусловлены фугасными и тепловыми эффектами при сгорании парогазовоздушных систем;

-  в незагроможденном  пространстве отсутствует фугасный  фактор поражения, и вся опасность связана с тепловыми потоками при горении, в основном длительностью и интенсивностью теплового излучения;

-  в загромождённом  пространстве с размерами более  [15x15x5] м³ можно ожидать быстрые режимы горения с серьезными последствиями от фугасного действия волн давления;

-  погодные условия  (температура окружающей среды,  сила ветра и т.п.) несущественно  влияют на взрывоопасность газовых  смесей.

 

 

РИСКИ ПРИ АВАРИЙНЫХ СОСТОЯНИЯХ

 

При штатном  функционировании объекта техногенной  сферы имеет место ситуация, тем или иным образом предусмотренная и проанализированная проектировщиками и регулирующими органами, выдавшими разрешение (лицензию) на строительство, эксплуатацию (или на снятие с эксплуатации) данного предприятия. Как правило, при этом должен обеспечиваться достаточный уровень безопасности, хотя, как мы знаем, исторически сложилось так, что для целого ряда предприятий этот уровень недостаточно высок с точки зрения населения и ввиду растущих требований к охране окружающей природной среды. Но существенно, что хотя при этом и могут происходить сбросы вредных веществ за пределы предприятия (в том числе эмиссия загрязняющих атмосферу газов), эти сбросы имеют известную (или лежащую в известных пределах) величину и поэтому к ним можно, так или иначе, приспособиться.

При этом воздействие  опасных факторов имеет прогнозируемый характер, и общество, в принципе, имеет достаточно информации и времени, чтобы адекватно отреагировать на наличие такого рода рисков. Неопределенность, связанная с эмиссией загрязняющих атмосферу веществ и влиянием других вредных факторов, вообще говоря, невелика (в предположении надлежащего состояния регулирования).

Иное положение  возникает при отходе от штатной  ситуации, особенно если этот отход ведет к развитию аварийного процесса. Следует иметь в виду, что при значительном отклонении от штатных режимов работы многие технические системы попадают в сложные условия работы, и резко возрастает вероятность различного рода отказов, а персонал находится в условиях дефицита времени на принятие решений и высокой нервной нагрузки. При этом возможны различные цепочки событий развития аварийного процесса и значительно возрастают различного рода неопределенности.

Если при  штатном функционировании характер и величина рисков, вообще говоря, известны, то в аварийных условиях эти риски, как правило, резко возрастают, и, кроме того, возможно появление новых факторов опасности. Усиливается синергетический эффект их проявления.

Как уже говорилось, развитие аварии носит вариантный характер: при этом реализуется одна из множества возможных цепочек событий. На течение аварийного процесса влияют как состояние оборудования, изменение условий его работы из-за аварийной обстановки и связанные с этим отказы, так и действия персонала и еще ряд факторов, вплоть до метеорологической обстановки в зоне аварии. Ряд возможных цепочек событий развития аварии можно предугадать при проектировании нового предприятия или анализе деятельности уже работающего предприятия. В таком случае говорят о проектной аварии. Для проектных аварий разрабатывают специальные меры предупреждения их возникновения или/и смягчения их последствий.

Однако развитие событий  может пойти по непредусмотренному пути и привести к тяжелым последствиям, как для самого предприятия, так и для окружающей среды (окрестного населения и окружающей природной среды). Такие аварии называют запроектными. В особо неблагоприятных случаях авария может перерасти в катастрофу локального, регионального или даже глобального характера. Особое значение приобретает управление аварией с тем, чтобы направить ход ее развития по возможности в менее опасное русло и тем самым смягчить неблагоприятные последствия.

 

 

 

 

 

РЕСУРС  И БЕЗОПАСНОСТЬ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ  ПО КРИТЕРИЯМ ПРОЧНОСТИ, ДОЛГОВЕЧНОСТИ И МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ

 

Проблемы продления ресурса безопасной эксплуатации машин и конструкций приобрели исключительную актуальность во всех промышленно развитых странах в последние десятилетия. Для нас важность их решения обусловлена снижением объемов производства для восполнения выводимых из эксплуатации машин и конструкции. Это в первую очередь касается объектов тепловой и ядерной энергетики, нефтегазопроводов, химической промышленности, наземного, надводного и воздушного транспорта, промышленного и гражданского строительства. Такого же характера проблемы имеют место и в оборонном комплексе: ракетно-космической технике, авиации, надводном и подводном флоте с ядерными силовыми установками.

Во многих странах мира и в международном научном  сообществе проблемы продления ресурса стали ведущими для научно-исследовательских, конструкторских и технологических организаций, служб надзора и эксплуатации потенциально опасных объектов. В этой связи следует упомянуть программы США, ФРГ, Франции по развитию работ в области продления ресурса гражданских самолетов и атомных энергетических реакторов. В нашей стране указанные работы ведутся не только на ведомственном (Минатом, Минстрой, Минтранспорт, Госгортех-надзор, Госатомнадзор, Госавианадзор, РАО "Газпром" и ЕЭС, Минобороны), но и на федеральном уровне. В 1991 г. они вошли составным элементом, а с 1996 г. — специальным проектом в государственную научно-техническую программу "Безопасность населения и народно-хозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф".

При этом в комплексе должны быть решены следующие методические вопросы:

— численный анализ исходного, использованного и остаточного  ресурсов как отдельных объектов, так и систем объектов;

—  обоснование проектного, фактического и остаточного ресурсов;

— оценка состояния конструкционных  материалов несущих элементов с учетом исходной технологической наследственности и возникающих эксплуатационных повреждений;

—  определение характера, параметров, дислокации и размеров макро- и микродефектов в несущих элементах;

— расчетный и экспериментальный  анализ деформированных состояний несущих элементов;

—  исследование механизмов естественного и ускоренного старения;

— оценка живучести материалов и элементов конструкций на разных стадиях повреждений;

—  комплексная диагностика ресурса;

—  предварительное и уточненное расчетно-экспериментальное определение остаточного ресурса.