Прикладные аспекты аварийных выбросов в атмосферу

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.

5.3. Поступление в атмосферу токсичных продуктов при испарении проливов

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 %).

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