Идентификация опасностей техногенных источников

Современные источники техногенных опасностей должны обладать:

• • минимальным спектром и уровнем вредного воздействия на работающих, селитебные зоны техносферы и природу;
• • минимальным техногенным риском, обеспечивая тем самым минимизацию индивидуального, социального и экологического рисков в зонах своего влияния.

Оценка опасностей техногенных источников выполняется на этапах их проектирования (модернизации) и при эксплуатации. Процедуру оценки числа и уровня опасностей на этапе проектирования принято называть идентификацией опасностей.

Идентификация опасных воздействий предусматривает выявление номенклатуры опасных потоков и расчет параметров их воздействия на работающих, население и природу.

При воздействии потоков вещества вычисляют:

• • массы выбросов, сбросов и отбросов веществ, поступающих в помещения, промышленную зону и в окружающую среду;
• • концентрации веществ в загрязненных ими зонах;
• • размеры и конфигурацию загрязненных зон.

При воздействии потоков энергий определяют мощность и интенсивности потоков в зонах их влияния. Кроме указанных параметров учитываются и временные показатели процесса негативного влияния опасных зон, создаваемых источником опасности.

Идентификация опасностей в зонах пребывания людей — многофакторная задача. Некоторые упрощенные подходы к ее реализации рассмотрены ниже.

Идентификация выбросов в атмосферный воздух. Выбросы технологических процессов и технических систем при их работе в штатных режимах состоят из:

• • веществ, выбрасываемых в атмосферу;
• • веществ, поступающих в рабочее помещение;
• • утечек рабочих сред из технических систем при нарушении их герметичности как в помещение, так и на промышленные площадки.

Масса выбросов М, возникающих при проведении технологических процессов, обычно рассчитывается по формуле.

где - удельное выделение загрязняющего вещества на единицу характерного показателя П производственного процесса (для расчета выбросов из плавильных агрегатов П производительность плавильного агрегата, т/ч; для расчета выбросов при электродуговой сварке П — расход электродов, кг/ч; для расчета выбросов при резке металлов П — произведение длины реза на толщину разрезаемого металла, м2/ч; при окраске П — расход лакокрасочных материалов, кг/ч); k — поправочный коэффициент для учета особенностей технологического процесса;? — эффективность средств очистки выбросов в долях единицы. При их отсутствии? = 0.

Удельные выделения загрязняющих веществ (кг/т) при плавке чугуна в открытых чугунолитейных вагранках и электродуговых печах производительностью до 7 т/ч приведены в табл. 1.15.

Для процесса ручной дуговой сварки сталей электродами с покрытием тул на кг электродов составляют: 40 г пыли, 2 г фтороводорода, 1,5 г оксидов углерода и азота.

Обычно системы отвода загрязнений в техносферу от мест их образования удаляют из цеха до 97% вредных веществ, т. е. 3% веществ все же поступают в помещение цеха.

При эксплуатации систем с повышенным давлением возможны утечки газов, паров и жидкостей через уплотнения разъемных соединений, трубопроводов, затворы трубопро;

Таблица 1.15

Удельные выделения загрязняющих веществ (кг/т) при плавке чугуна в открытых чугунолитейных вагранках и электродуговых печах

водной арматуры (клапаны, вентили и др.). Утечки газов (см3/мин) через затворы определяются по формуле.

где к — коэффициент, зависящий от класса герметичности, k = 1−10; п — коэффициент, зависящий от вида арматуры (для вентилей n = 75• 10 для затворов ); - давление среды в трубопроводе, мПа; Dy — диаметр условного прохода, мм. Объемы утечек газов значительно превышают утечки жидкостей , обычно

При сжигании топлива (уголь, мазут, природный газ) в котлах ТЭС образуются нетоксичные диоксид углерода и водяной пар. Кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества, такие как оксид углерода, оксиды серы и азота, летучая зола. Для ТЭС мощностью 1000 мВт характерны выбросы углекислого газа — 560; паров воды — 105; диоксида серы — 14; оксидов азота — 4 и золы 0,85 т/ч при условии, что эффективность очистки дымовых газов от летучей золы составляет 0,99. Вблизи ТЭС, выбрасывающих такое количество загрязнителей, образуются зоны с повышенными по сравнению с допустимыми концентрациями вредных веществ протяженностью до пяти км и более.

Для определения загрязнения атмосферного воздуха выбросами от точечного источника (например, от трубы ТЭС) используют методику ОН Д-86.

Величина максимальной приземной концентрации загрязняющего вещества (См, мг/м3) при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем определяется по формуле.

где А — коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (определяет условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе); М — масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с; F — безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания частиц загрязняющих веществ в атмосферном воздухе; т, п — безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;? — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае равнинной местности равен 1; H — высота источника выброса над уровнем земли, м; - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси () и температурой окружающего атмосферного воздуха (), °С; V — расход выбрасываемой газовоздушной смеси, м3/с, определяемый по формуле.

где D — диаметр устья источника выброса, м; - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

Значение коэффициента A, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:

• 250 — для районов Средней Азии южнее 40° с. ш., Бурятии и Читинской области;
• 200 — для европейской территории России и для районов южнее 50° с. ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Республики Молдовы, для среднеазиатских государств СНГ, Казахстана, Дальнего Востока и остальной территории Сибири;
• 180 — для европейской территории России и Урала от 50 до 52° с. ш., за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов и Украины;
• 160 — для европейской территории России и Урала севернее 52° с. ш. (за исключением центра европейской территории России), а также для Белоруссии, Украины;
• 140 — для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей.

Значения мощности выброса М (г/с) при проектировании предприятий определяются расчетом в технологической части проекта.

При определении значения ?T (°С) принимается температура окружающего атмосферного воздуха , равная средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года, а температура выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси - по параметрам технологического процесса.

Концентрация примеси в приземном слое атмосферы по оси факела выброса на разных расстояниях от источника распределяется следующим образом (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере у земной поверхности от организованного высокого источника выбросов:

А — зона неорганизованного загрязнения; Б — зона переброса факела; В — зона задымления: Г — зона постепенного снижения уровня загрязнения Вблизи источника выброса концентрация примеси мала (А — зона неорганизованного загрязнения), а затем она увеличивается, достигая максимума на некотором расстоянии от трубы, и снижается. Это происходит в трех зонах: зоне переброса факела (Б), зоне задымления (В) — зоне максимального содержания загрязняющих веществ и зоне постепенного снижения уровня загрязнения (Г). Зону задымления можно выделить как участок, на котором С > 0,5 См.

Совпадение зоны задымления с местами расположения объектов, требующих повышенной чистоты воздуха, недопустимо.

Наибольшего значения концентрация обычно достигает на расстоянии от 10 до 40 высот труб в случае нагретых выбросов и на расстоянии 5- 10 высот труб в случае холодных выбросов. Так, при высоте труб от 100 до 250 м расстояние от точки выброса (от трубы) до точки максимума концентрации в зоне задымления при нагретых выбросах составляет 1−2,5 км, а при холодных — 0,5 км.

Автомобильный транспорт при сжигании бензина или дизельного топлива выбрасывает отработавшие газы, состоящие из нетоксичных паров воды, диоксида углерода, азота, кислорода и водорода, а также из токсичных веществ: оксида углерода, оксидов азота, углеводородов, альдегидов, сажи, бенз (а)пирена и др. Состав отработавших газов ДВС зависит от режима работы двигателя.

Отработавшие газы ДВС в городах являются основными загрязнителями атмосферного воздуха. Согласно данным исследований концентрации оксида углерода СО, мг/м3, в воздухе автомагистралей (на краю проезжей части) можно рассчитать по формуле.

где iV- интенсивность движения автомобилей, авт./ч.

Для транспортных магистралей характерны концентрации токсичных веществ, мг/м3, в атмосферном воздухе, представленные в табл. 1.16.

Таблица 1.16

Концентрации токсичных веществ на автомагистралях, мг/м3.

Концентрации оксида углерода и других токсичных компонентов отработавших газов автомобильных двигателей достигают наибольших значений на перекрестках. В этом случае.

где - концентрация СО на перекрестке; - то же на главной магистрали с интенсивностью движения; - интенсивность движения на второстепенной магистрали.

В реальных производственных городских, региональных и тому подобных условиях атмосферный воздух, сточные воды и почва практически всегда оказываются одновременно загрязненными несколькими веществами.

Совместное негативное влияние загрязняющих веществ на воздух городов и промышленных зон оценивают индексом загрязнения атмосферы (ИЗА). Для каждого i-го вещества.

где k — коэффициент, равный 1,7 — для веществ I класса; 1,3 — для веществ II класса; 0,1 — для веществ III класса и 0,9 — для веществ IV класса; - текущая концентрация /-го вещества в атмосфере; - предельно допустимая среднесуточная концентрация i-го вещества.

Интегральную оценку загрязненности атмосферы в городах обычно ведут по пяти наиболее опасным веществам, для чего рассчитывают значение ИЗА по формуле.

Допустимые значения ИЗА5? 7.

Данные наблюдений за 2011 г. показывают, что уровень загрязнения атмосферы остается высоким. В 119 городах (58% городов) степень загрязнения воздуха оценивается как очень высокая и высокая и только в 17% городов — низкая (рис. 1.8).

К категории наиболее часто используемых показателей для оценки качества воды относят индекс загрязнения воды (ИЗВ). Индекс загрязнения воды рассчитывают по шестисеми показателям, часть из которых (концентрация растворенного кислорода, водородный показатель pH, биологическое потребление кислорода ВПК5) является обязательной.

где Сi — концентрация компонента; N — число показателей компонентов, используемых для расчета индекса; ПДКi — установленная величин ПДК i-го загрязнения для водного объекта.

В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы: 1 — очень чистые, ИЗВ 5,0.

Оценка уровня химического загрязнения почв как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населе;

Рис. 1.8. Данные по уровню загрязнения атмосферного воздуха в городах Российской Федерации (2011 г.).

ни я проводится по показателям, разработанным при исследованиях окружающей среды городов. Такими показателями являются:

• коэффициент концентрации химического вещества K, который определяется отношением фактического содержания определяемого вещества в почве С, в г/кг почвы, к региональному фоновому содержанию :

• суммарный показатель загрязнения Z равный сумме коэффициентов концентраций химических элементов-загрязнителей:

где п — число суммируемых веществ; - коэффициент концентрации /-го компонента загрязнения.

Анализ распределения геохимических показателей, полученных в результате апробирования почв, дает пространственную структуру загрязнения селитебных территорий и воздушного бассейна.

Оценка степени опасности загрязнения почв комплексом металлов по показателю Z, отражающему загрязнения воздушного бассейна городов, как металлами, так и другими наиболее распространенными ингредиентами (пыль, окись углерода, окислы азота, сернистый ангидрид), проводится по оценочной шкале, приведенной в табл. 1.17.

Таблица 1.17

Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения Z

Идентификация энергетических воздействий. При идентификации энергетических воздействий следует исходить из условия, что наибольшая интенсивность потока энергии всегда отмечается непосредственно около источника. Интенсивность потока энергии в среде обитания уменьшается обратно пропорционально площади, на которую распределяется энергия, т. е. величине , где - расстояние от источника излучения до рассматриваемой (расчетной) точки в среде обитания. Если источник, излучающий энергию, находится на земной поверхности, то излучение идет в полусферическое пространство (), если же источник, излучающий энергию, находится надземной поверхностью или под ней, то излучение идет в сферическое пространство ().

Расчет амплитуд вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта при вертикальных (горизонтальных) вибрациях фундамента машин с динамическими нагрузками производят по формуле.

где - амплитуда колебаний грунта в точках, расположенных на расстоянии г от оси фундамента, являющегося источником волн в грунте; - амплитуда свободных или вынужденных колебаний фундамента при приведенный радиус подошвы фундамента площадью F; . Частоту волн, распространяющихся в грунте, принимают равной частоте колебаний фундамента.

Протяженность зоны воздействия вибраций определяется величиной их затухания в грунте, которая, как правило, составляет 1 дБ/м (в водонасыщенных грунтах она несколько выше). Чаще всего на расстоянии 50−60 м от магистралей рельсового транспорта вибрации затухают. Зоны действия вибраций возле строительных площадок, кузнечно-прессовых цехов, оснащенных молотами с облегченными фундаментами, значительно больше, они могут иметь радиус до 150−200 м. Значительные вибрации в жилых зданиях могут создавать расположенные в них технические устройства (насосы, лифты и т. п.), а также трассы метрополитена неглубокого залегания.

Интенсивность звука (Вт/м2) в расчетной точке окружающей среды при излучении шума источником со звуковой мощностью Р (Вт) рассчитывают по формуле.

где Ф — фактор направленности излучения шума; S — площадь, на которую распределяется звуковая энергия, м2; k — коэффициент, учитывающий уменьшение интенсивности звука на пути его распространения за счет затухания в воздухе и на различных препятствиях; k = 1 при отсутствии препятствий и при расстояниях до 50 м.

Значительные уровни звука и зоны воздействия шума возникают при эксплуатации средств транспорта (табл. 1.18).

Шумовая характеристика железнодорожного транспорта оценивается величиной уровня звука (дБА), определяемой по формуле.

где V — скорость состава, м/с; V0 = 1 м/с.

Таблица 1.18

Уровни звука, создаваемые средствами транспорта

Электромагнитное поле (ЭМП) несет энергию, определяемую плотностью потока энергии I, Вт/м2. При излучении сферических электромагнитных волн плотность потока энергии в зависимости от расстояния от источника определяется по формуле.

где Р — мощность источника, Вт; r - расстояние от источника электромагнитного поля до расчетной точки, м.

Формула справедлива при условии, что , где  — длина волны электромагнитного излучения, м. Длина волны связана с частотой Гц, соотношением , где с - скорость распространения электромагнитных волн, м/с. Опасные зоны источников ЭМП и излучений составляют:

1) для линий электропередачи (ЛЭП) с частотой 0 и 50 Гц в зависимости от напряжения:

• 2) для электрифицированных железных дорог при напряжении 10−20 кВ защитная зона составляет соответственно 10 и 20 м;
• 3) для источников радиочастот СВЧ ( Гц) защитная зона составляет 300 м.

Идентификация травмоопасных воздействий. Идентификация травмоопасных воздействий предусматривает, прежде всего, оценку техногенного риска опасных производственных объектов (ОПО) при авариях.

Для идентификации опасных объектов в России используют следующие нормативные документы:

• 1) Методические указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов РД 03.418−01;
• 2) Методику прогнозирования масштабов загрязнения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте РД 52.04.253−90;
• 3) Положение о порядке оформления деклараций промышленной безопасности и перечень сведений, содержащихся в ней РД 03.315−99.

Основной подход к оценке техногенного риска ОПО, как правило, опирается на статистику аварий или на вероятный анализ: построение и расчет «деревьев событий» и «деревьев отказов». С помощью первых можно предсказать, во что может вылиться тот или иной отказ техники, а с помощью вторых — проследить все причины, которые способны его вызвать.

По анализу вероятности рассчитывают риск реализации каждого отказа, а в итоге — общую вероятность (риск) аварии па ОПО. Построить дерево отказов можно в соответствии с рекомендациями РД 03.418−01.

Количественно анализ опасностей технических систем на основе оценки вероятности возникновения нештатных ситуаций упрощенно можно оценить с помощью формулы.

где? — интенсивность отказов, 1 /ч;? — время эксплуатации.

Для некоторых технических систем интенсивность отказов приведена ниже:

?ип оборудования.
Механическое оборудование.
Паровые котлы.
Гидропневмоэлементы.
Трансформаторы.
Сварные соединения.
Болтовые соединения.

При построении полей суммарного техногенного риска от воздействия нескольких технических средств в зонах защиты следует использовать соотношение.

где - величина техногенного риска i-го источника в точке селитебной зоны с координатами х и у, п — число источников техногенной опасности, одновременно оказывающих опасное влияние в этой точке пространства.

Максимальное значение индивидуального риска () для человека в конкретной зоне сто пребывания определяется суммированием величины естественного риска () в этой зоне с величиной индивидуального риска, возникающего от действия всех техногенных источников в этой зоне пребывания , по формуле.

Условие отсутствия травмоопасности описывается формулой.

где - допустимый (приемлемый) индивидуальный риск.

Приведенное выше соотношение для определения справедливо при одновременно происходящих естественно-техногенных событиях.

При оценке негативного влияния ЧП необходимо понимать, что аварии и стихийные явления, характеризуемые на их первой стадии значениями риска, в дальнейшем могут создавать в жизненном пространстве чрезвычайные ситуации. Состояние опасностей на таких территориях и акваториях описывают величиной вредных факторов — концентрациями вредных веществ и значениями уровней интенсивности потоков энергии, обычно представленных в безразмерных единицах, кратных ПДК или ПДУ. Примером развития подобных событий является авария на ЧАЭС.

Полученные значения потенциального техногенного риска позволяют определить социальный риск по формуле.

где - плотность распределения людей на элементе территории dS; S — площадь территории, на которую распространяется условие .

Следует отметить, что принятые в РД 03.418−01 рекомендации по учету исходных данных не являются достаточно полными, поэтому и результаты анализа требуют определенного уточнения. На конечный результат определения риска влияют плотность жилой застройки (школ, больниц, кинотеатров, транспортных развязок и т. п.), а также способы использования опасного вещества в технологическом процессе, поэтому расчетные уровни индивидуального риска ОХО могут существенного изменяться. Как правило, многие объекты, отнесенные ранее к неопасным, меняют свой статус.

Так, например, расчеты показывают, что, в Москве общее количество объектов повышенной опасности (создающих уровень индивидуального риска выше 10−4) составляет 19 (в их число входят хладокомбинаты, водопроводные станции, базы сжигания газа, мясокомбинаты, химические предприятия), а количество предприятий умеренного риска (10−4- 10−6) — 53 (многие промышленные предприятия, пищевые комбинаты, холодильники и т. п.). Малоопасными (риск менее 10−6) являются 69 объектов (ТЭЦ, машиностроительные и приборостроительные предприятия, типографии и т. п.).

Эти обстоятельства весьма важны при оценке влияния ОНО на население. Если их учесть, то можно определить расчетные расстояния, на которых возможно нанесение ущерба здоровью населения при хранении предельно допустимых количеств веществ на ОПО (табл. 1.19).

Таблица 1.19

Расчетные расстояния при хранении предельно допустимых количеств веществ на ОПО

Некоторые данные о реальной удаленности ОПО от населенных районов приведены ниже:

Определенные шаги по учету влияния запасов веществ на уровень опасности объекта уже сделаны. В соответствии с последними нормативными документами величина предельного количества вещества может быть уменьшена (вплоть до 0,1 от предельного), если расстояние от объекта до селитебной зоны или зон большого скопления людей составляет менее 500 м.

При оценке воздействия источников чрезвычайной опасности на состояние опасных зон используют поля изолиний индивидуального риска (рис. 1.9).

Puc. 1.9. Зоны индивидуального риска для опасных предприятий (а) и транспортной магистрали, по которой осуществляется перевозка опасных грузов (б):

1, 2, 3 — опасные объекты; 4 — изолинии риска При оценке опасности проживания населения в конкретной зоне необходимо учитывать факты взаимного влияния ОПО. Даже если риск одновременного негативного воздействия отдельных объектов является маловероятным, необходимо учитывать их возможное совместное негативное влияние, особенно для условий расположения объектов в плотной жилой застройке. При этом следует учитывать, что радиусы зон поражения при авариях (по РД 52.04.253−90) весьма значительны (табл. 1.20).

Таблица 1.20

Радиусы зон поражения