Оценка экологического риска загрязнения окружающей среды ракетным топливом при эксплуатации космодрома "Восточный"

Анализ степени и механизмов воздействия ракетного топлива на окружающую среду. Обоснование приоритетных токсичных соединений ракетного топлива. Проведение оценки экологического риска, связанного с использованием космического ракетного комплекса "Союз-2".

Рубрика Экология и охрана природы
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 25.05.2014
Размер файла 847,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Если же при аварийном падении с высот превышающих 180 км не происходит разрушения пары топливных баков, окислителя и горючего, и разгерметизация произойдет на высоте в интервале от 80 до 100 км, то происходит интенсивное загрязнение вдоль трасс падения. Остатки топлива будут рассеяны в атмосфере, образуя ядовитый смог, осаждаясь на землю.

Так как несимметричный диметилгидразин является летучим веществом, поэтому проникновение в растения может происходить не только почвенным, но и атмотехногенным путем. В условиях атмосферного воздуха, систематически загрязняемого в концентрациях, превышающих ПДК в десятки раз, происходит сорбция несимметричного диметилгидразина поверхностью растений, проникновение его внутрь плодов, ягод, трав, накопление и очень долгое сохранение в них.

Загрязнению будут подвержены не только природная среда, но и люди, поскольку постепенно данные пары высокотоксичного топлива, осаждаясь по площади всего земного шара, в конечном итоге выпадут вместе с ливневыми осадками на поверхность Земли. На настоящий день не существует методики для расчета данным способом загрязнения и определения последствий на окружающую среду и человека [28].

5.4 Оценка последствий аварийных ситуаций, возникающих при разрушении аварийной ракеты - носителя «Союз-2» на поверхности Земли

5.4.1 Разрушение ракеты-носителя «Союз-2» при падении на поверхность Земли

Районы падения аварийной ракеты-носителя «Союз-2» подвергаются трем видам загрязнения [3]:

- загрязнением металлоконструкциями, образующимися в результате падения и разрушения;

- химическим загрязнением от пролива на поверхность остатков компонентов ракетного топлива;

- загрязнением, образующимся в результате возгорания растительности (в пожароопасный период после падения аварийной ракеты-носителя на твердую подстилающую поверхность).

Определение размеров районов падения отделяющихся частей ракеты-носителя и их минимизация является важной составной частью проектирования ракетно-космических комплексов. Проблема сокращения размеров зоны падения в последнее время приобрела особую значимость, так как вследствие разрушения на отдельные фрагменты район рассеивания имеет значительную площадь.

Во время штатного полета ракеты-носителя в расчетные моменты времени происходит отделение отработавших блоков. Отделившиеся блоки осуществляют самостоятельное неуправляемое свободное падение, причем блоки первой и второй ступеней падают на поверхность Земли, а блоки остальных ступеней, не долетая до поверхности Земли, сгорают в атмосфере. При падении блоков ракеты-носителя на них действует множество случайных факторов: переменная плотность верхней атмосферы вследствие изменения солнечной активности, загрязнение атмосферы, ветер и т.п. Кроме этого, в процессе падения может происходить разрушение конструкции, которое также носит случайный характер. Таким образом, существует некоторое множество возможных точек падения отработавших блоков и их частей. Это множество точек образует зону падения отработавшего блока. Зона отчуждения представляет собой зону падения, увеличенную по периметру на некоторое расстояние.

Траектории полета ракеты-носителя «Союз-2» проходит над территориями Амурской области, Магаданской области, республики (Саха) Якутия и Хабаровского края, на которых имеется большое количество хвойных лесов, что приводит к выводу о наиболее пожароопасных участках данных территорий.

Во внимание стоит принять тот факт, что если авария ракеты-носителя произойдет после половины пройденного расстояния третьей ступени, то есть выше 180 км над уровнем Земли и в радиусе от точки запуска свыше 2500 км, аварийные части будут сгорать в атмосфере не долетая до Земли. Так, как разгонный блок «Фрегат» запускается после отделения третьей ступени, то есть на высоте свыше 180 км, можно уверенно предположить, что он сгорит в атмосфере не достигнув Земли [46].

Опасной частью активной траектории полета ракеты-носителя «Союз-2» в случае аварии для почвенно-растительного покрова остаются этапы от момента запуска до отделения первой ступени, от отделения первой до отделения второй ступени и от отделения второй до середины работы третьей. Практическим методом установлено, что в случае отказа работы двигателя третьей ступени при прохождении ею половины заданного расстояния, аварийные части сгорят в атмосфере не долетев до Земли. Время работы первой ступени около 120 секунд. За это время ракета-носитель «Союз-2» проходит расстояние от Земли около 50 км и от точки запуска радиус около 800 км. Затем срабатывает автоматическое отделение первой ступени, которая падает с остатками топлива на поверхность Земли, и срабатывает запуск второй ступени. Отделение второй ступени происходит на высоте до 180 км и радиусе от точки запуска до 2500 км примерно на 410 секунде, после чего включается третья ступень и отсечение ее происходит в верхних слоях на 610 секунде.

Поскольку в работу двигателей первой и второй ступени ракетное топливо разгонного блока «Фрегат» не включено, количество его на момент отделения второй ступени и начало работы третьей остается в том же количестве, что и на момент запуска ракеты-носителя «Союз-2».

При возникновении аварии ракеты-носителя «Союз-2» на этапе работы первой и второй ступени (см. рисунок 5.2) и до момента их отделения, в случае падения - разрушения конструкции, как правило, не происходит.

Рисунок 5.2 Дерево отказов. Экологическая катастрофа, вызванная падением ракеты-носителя «Союз-2»

В результате жесткого приземления значительно деформируются практически все конструктивные элементы двигательной установки, что приводит к разгерметизации баков и как следствие взрыва. Так же в результате разгерметизации гидравлических магистралей двигательной установки могут иметь место проливы (разбрызгивание) на грунт горючего.

Таким образом, анализируя данную ситуацию, можно сделать вывод, что разгонный блок «Фрегат» в аварийной ситуации в случае отказа двигателей первой, второй и половины пройденной траектории третьей ступени долетит до Земли. Тротиловый эквивалент взрыва будет рассчитан в зависимости от количества оставшегося в баках топлива. На момент старта ракеты - носителя «Союз-2» он равен до 58300 кг, на момент отделения третьей ступени до 300 кг.

По опыту ракетно-космической деятельности при приземлении аварийной ракеты-носителя произойдет взрыв и частичное разбрызгивание оставшегося топлива [23]. Это вызовет пожары, загрязнение атмосферы, почвы и возможно загрязнение подземных вод высокотоксичным топливом. Расчеты, приведенные в пункте 5.1.3 можно использовать и в данной ситуации, подставляя реальные условия окружающей среды.

В связи с тем, что несимметричный диметилгидразин прочно связывается с органоминеральным комплексом почвы, а так же может образовывать устойчивые соединения с угольной кислотой, при проливах несимметричного диметилгидразина может длительное время (в северных широтах - до нескольких месяцев) сохранятся и накапливаться. При этом происходит его накопление в поверхностном слое и миграция в более глубокие слои. Миграционная способность несимметричного диметилгидразина в почве, скорость и глубина проникновения зависит от типа и сорбционной способности почвы, ее химического состава и водного режима, при котором происходит миграция.

Несимметричный диметилгидразин поглощается (сорбируется) почвами по ионно-обменному механизму: чем выше катионообменная емкость почвы, тем больше его степень поглощения. Глинистые почвы сорбируют несимметричный диметилгидразин на 70 - 90%, а сорбция песком составляет от 2 до 46 %.

Снижение концентрации несимметричного диметилгидразина в почве происходит неравномерно: наиболее резко снижается содержание в первые 5 дней, что свидетельствует как о прочном его поглощении элементами почвы, так и о наличии процессов разложения несимметричного диметилгидразина на нитрозодиметиламин и формальдегид, концентрации которых в первые сутки после пролива увеличиваются в 2 раза.

Степень разложения несимметричного диметилгидразина и диметиламина зависит от исходной концентрации и от природы образа почвы. С увеличением концентрации несимметричного диметилгидразина наблюдается уменьшения степени разложения. Степень разложения несимметричного диметилгидразина максимальна в поверхностном горизонте, для песчаного наноса степень разложения на порядок ниже, чем для поверхностного горизонта.

Наряду с разложением, поглощением и окислением имеет место и испарение с поверхности почвы. Например, при концентрации несимметричного диметилгидразина в почве 1000мг/кг с поверхности за сутки испаряется 0,3% [29].

В силу высокой степени окисления несимметричный диметилгидразин в почвах и с высокой силы их связи у почв отмечается низкая степень десорбции данного компонента ракетного топлива. Из глин несимметричный диметилгидразин вымывается в количестве около 2,7%, а из песка - около 30%. На процесс десорбции также влияние оказывает начальная концентрация несимметричного диметилгидразина и природа образца почвы, причем влияние последнего фактора более существенно. Максимальная степень десорбции характерна для речного ила, для песка и глины - минимальная в связи с тем, что минеральные составляющие песка и глины более прочно удерживают несимметричный диметилгидразин.

Несимметричный диметилгидразин и его производные благодаря своей высокой растворимости и стабильности в почве обладают выраженной способностью мигрировать по профилю почвы. Миграционная способность несимметричного диметилгидразина (сорбция и глубина проникновения в почву) обусловлена типом почвы, поглотительной способностью почвы, водным режимом, количеством компонента ракетного топлива, поступившим на поверхность. При проливе на подзолистую почву через 2 месяца несимметричный диметилгидразин и продукты его окисления могут проникнуть на глубину от 50 до 70 см. При этом, чем выше концентрация загрязнителей на поверхности почвы, но на различной глубине. Лучшей фильтрационной способностью обладает песок, а глинистые почвы препятствуют миграции несимметричного диметилгидразина вглубь, однако, несмотря на высокие сорбционные свойства, глина и суглинок не могут полностью задерживать вертикальную миграцию таких компонентов ракетного топлива. Так, например, при проливе 12 кг несимметричного диметилгидразина на глину через 4 месяца продукт проникает на глубину до 130см, а через 14 месяцев на 180 см [28].

Несимметричный диметилгидразин имеет выраженную щелочную среду (рН - 12), в связи с чем при его проливе на растительный покров возможны щелочные ожоги. Пораженная растительность приобретает цвет «варенной зелени», высыхая, становится коричневой.

Несимметричный диметилгидразин из почв проникает в листья, стебли и способен в них сохранятся длительное время (более 1 года). Аналогично накоплению несимметричного диметилгидразина в почвах может происходить его накопление в растениях по ионообменному механизму.

Учеными Агрофизического НИИ г. Санкт-Петербурга изучалась влияние несимметричного диметилгидразина на растительность и сопутствующую ей биоту (почвенные микроорганизмы). Концентрация от 1,0 г/кг до 10 г/кг почвы - вызывает снижение отдельных показателей роста и продуктивности, а также увеличение сроков развития. При содержании несимметричного диметилгидразина в почве от 10 г/кг до 50 г/кг наблюдается заметное ухудшение состояние растений, при концентрации в почве свыше 100 г/кг они погибают. Стимуляция роста, развития, продуктивности растений под действием несимметричного диметилгидразина и его продуктов деструкции связана с изменениями на трофическом, гормональном, ферментативном уровнях регуляции растительного организма [33]. Таким образом, остро встает вопрос об экологичности использования данной пары компонентов ракетного топлива.

Так же по оценке ученных из Новосибирского Института биохимии СО РАМН, доказана причинно - следственная связь между несимметричным диметилгидразином и повышением заболеваемости населения, проживающего на территориях, прилегающих к районам падения. Результаты были опубликованы в бюллетенях СО РАМН в 2005 -2006 годах: «Нарушение обмена билирубина и развитие гипербилирубинемий у новорожденных крысят под влиянием несимметричного диметилгидразина» и «Медико - социальные и экологические проблемы использования ракет на жидком ракетном топливе (несимметричный диметилгидразин)» [41].

5.4.2 Разрушение ракеты-носителя «Союз-2» при падении в водные объекты

При попадании разгонного блока «Фрегат» в составе ракеты-носителя «Союз-2» вводные объекты (озера, реки и болота) высока вероятность разгерметизации баков горючего, что приведет к поступлению несимметричного диметилгидразина в водную среду, изменению органолептических свойств воды.

Наиболее опасна ситуация падения ракеты-носителя «Союз-2» в реку Зея, находящуюся в 17 км от стартовой площадки. В результате падения компонентов ракетного полной массы заправки может быть загрязнено по углеводородному горючему Т-1(полная масса заправки 78,5 т) до 1,6 млрд.м3. Зараженная углеводородным горючим вода реки Зея может попасть в воды реки Амур, в результате реализации такого сценария следует говорить о чрезвычайной ситуации регионального масштаба. Опасность возникновения такой ситуации возникает в интервале от 20 до 40 сек. полета ракеты-носителя, это обусловлено тем, что траектория полета ракеты проходит почти перпендикулярно течению реки.

Потенциальная опасность несимметричного диметилгидразина при попадании в объекты окружающей среды определяется неограниченной растворимостью в воде, высокой летучестью, способностью к миграции, накоплению, высокой стабильностью в глубоких слоях почвы и растениях.

Несимметричный диметилгидразин хорошо растворяется в воде и легко окисляется кислородом, растворенным в воде. При попадании в воду, под влиянием естественных природных факторов (кислород воздуха, солнечная радиация, присутствие химически активных примесей), вступает в реакцию окисления-востановления или взаимодействия с образованием новых химических соединений с новыми физико-химическими и токсическими свойствами. При контакте с кислородом воздуха водные растворы несимметричного диметилгидразина желтеют, причем интенсивность окраски зависит от длительности контакта. В водных растворах продукты окисления и разложения несимметричного диметилгидразина подвергаются дальнейшему химическому и биохимическому окислению. Наиболее стабильными являются нитрозодиметиламин, несимметричный диметилгидразин, тетраметилтетразен; менее стабильными - диметиламин и формальдегид. Стабильность первых трех соединений в зимних условиях возрастает в 10 - 15 раз [44].

Наиболее интенсивно процесс окисления несимметричного диметилгидразина в воде происходит в первые 7 - 10 суток, в результате чего увеличиваются концентрации диметиламина и формальдегида. Этот процесс продолжается по времени практически до полного окисления несимметричного диметилгидразина. На процесс окисления несимметричного диметилгидразина существенно влияет его первоначальная концентрация: скорость окисления уменьшается с увеличением концентрации несимметричного диметилгидразина.

Бывший командир 27-й ракетной дивизии, первый начальник космодрома «Свободный» Александр Винидиктов описал возможные последствия разлития несимметричного диметилгидразина на Дальнем Востоке [15]:

- «В регионе много рек. Если заправленная ракета упадет в воду, река будет отравлена на десятки лет. Несимметричный диметилгидразин хорошо растворяется в воде и устойчив к распаду. Практически все северные реки впадают в Зею - ядовитая вода может в течении нескольких дней оказаться в питьевых резервуарах крупных населенных пунктов. Из Зеи она мигрирует в Амур - очаг заражения возникает практически на всей территории Дальнего Востока».

6. Экономическая оценка ущерба от загрязнения окружающей среды при аварийных ситуациях ракеты-носителя «Союз-2»

6.1 Экономическая оценка ущерба от загрязнения окружающей среды, наносимого при возникновении аварии на ракете-носителе «Союз--2» при подготовке и пуске ракеты с космодрома «Восточный»

Данный расчет проведен по аналогии существующей методики расчета, используемой на космодроме «Байконур» и утвержденной постановлением правительства Республики Казахстан №24 от 26.01.2010 г [38]. В соответствии с данной методикой был проведен расчет экономической оценки от падения аварийной ракеты-носителя «Протон-М» летом 2013 года.

Следствием аварийных ситуаций на объектах инфраструктуры космодрома «Восточный» (промышленные предприятия, энергетические объекты, складское хозяйство) являются следующие виды воздействий на окружающую среду:

- залповые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;

- залповые сбросы загрязняющих веществ со сточными водами;

- размещение отходов в окружающей среде, в результате аварии ракеты-носителя.

Расчет экономической оценки ущерба, нанесенного окружающей среде залповыми выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, связанного с аварийными ситуациями осуществляется по формуле (6.1):

где - объем аварийного выброса i-го загрязняющего вещества в атмосферу, усл.тонн;

- показатель минимальной заработной платы (5858 руб. [27]);

- коэффициент кратности, за аварийное (самовольное) загрязнение атмосферы, определяется согласно приложению А;

- коэффициент кратности, учитывающий экологическую опасность загрязнения атмосферы, определяется согласно приложению Б.

Расчет условных тонн осуществляется по следующей формуле (6.2):

Расчет экономической оценки ущерба, нанесенного окружающей среде аварийными ситуациями, связанными с залповыми сбросами загрязняющих веществ со сточными водами, осуществляется по формуле (6.3):

где - объем аварийного выброса i-го загрязняющего вещества в атмосферу, усл.тонн;

- показатель минимальной заработной платы (5858 руб.);

- коэффициент кратности, за аварийное (самовольное)загрязнение атмосферы, определяется согласно приложению А;

- коэффициент кратности, учитывающий экологическую опасность загрязнения атмосферы, определяется согласно приложению Б.

Расчет экономической оценки ущерба, нанесенного окружающей среде размещением отходов вне специально оборудованных мест, имеет место при аварии при старте, определяется по формуле (6.4):

где - объем i-го вида отходов, размещенных вне специально оборудованных мест при аварии на старте запуска ракеты-носителя, тонн;

- ставка платы за размещение 1 тонны i-го вида отходов производства и потребления;

- коэффициент экологической опасности размещения отходов вне специально оборудованных мест, определяется согласно приложению В;

Подставляем данные в формулы 6.1, 6.3, 6.4 и полученные значения заносим в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 Плата за аварийные выбросы, сбросы и размещение компонентов ракетного топлива разгонного блока «Фрегат» в пределах территории космодрома «Восточный»

Виды воздействия, в следствии аварийной ситуации

Объем аварийного выброса несимметричного диметилгидразина (азотного тетраоксида ингибированного), усл. тонн

Сумма ущерба, нанесенного окружающей среде несимметричным диметилгидразином (азотным тетраоксидом ингибированным), руб.

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

17,5

(1,8)

3 382 995

(347 965,2)

Сбросы загрязняющих веществ со сточными воддами

17,5

(1,8)

46 131 750

(4 744 980)

Размещение отходов, в результате аварии ракеты-носителя

17,5

(1,8)

304 360

(13 417,2)

6.2 Экономическая оценка ущерба от загрязнения окружающей среды, наносимого при возникновении аварии по траектории полета на активном участке работы первой и второй ступеней ракеты-носителя «Союз--2» над территорией Дальнего Востока

Результатом аварийной ситуации по траектории полета на активном участке работы первой и второй ступеней ракеты носителя являются следующие виды воздействия на окружающую среду:

- загрязнение атмосферного воздуха выбросами компонентов ракетного топлива при их испарении в процессе падения отделяющихся частей и после их приземления, а так же выбросами продуктов сгорания компонентов ракетного топлива, если после приземления происходит их возгорание;

- загрязнение почвенного покрова при сбросе компонентов ракетного топлива из отделяющейся части при ее разрушении после удара о змелю;

- загрязнение поверхностных вод при смыве компонентов ракетного топлива и продуктов их распада из мест падения отделяющихся частей в поверхностные воды;

- загрязнение опасными отходами - металлическим ломом, возникающем в результате разрушения отделяющихся частей ракеты-носителя. Расчет экономической оценки ущерба, нанесенного окружающей среде аварийными ситуациями ракет-носителей в район падения отделяющихся частей ракет-носителей и связанного с загрязнением атмосферы выбросами паров компонентов ракетного топлива и продуктов их распада, осуществляется по формуле (6.5):

где - физический объем компонентов ракетного топлива, испарившегося в

атмосферу, тонн;

- показатель минимальной заработной платы (5858 руб);

- коэффициент кратности, за аварийное (самовольное) загрязнение атмосферы, определяется согласно приложению А;

- коэффициент кратности, учитывающий экологическую опасность загрязнения атмосферы, определяется согласно приложению Б.

Расчет физического объема компонентов ракетного топлива, испарившегося в атмосферу, производится по формуле (6.6):

где - физический нормативный объем компонентов ракетного топлива, оставшийся в баках ракеты-носителя;

- коэффициент распределения компонентов ракетного топлива по компонентам окружающей среды. Для атмосферы его значение равно - 0,2.

В случае если при приземлении отделяющихся частей в районах падения происходит возгорание компонентов ракетного топлива, то расчет экономической оценки ущерба, нанесенного атмосфере продуктами их сгорания, осуществляется по формуле (6.7):

где - объем аварийного выброса i-го загрязняющего вещества в атмосферу, усл.тонн;

- показатель минимальной заработной платы (5858 руб.);

- коэффициент кратности, за аварийное (самовольное) загрязнение атмосферы, определяется согласно приложению А;

- коэффициент кратности, учитывающий экологическую опасность загрязнения атмосферы, определяется согласно приложению Б.

В этом случае объем аварийного выброса будет найден по следующей формуле (6.8):

где - физический объем компонентов ракетного топлива, сгоревший при приземлении отделяющейся части, тонн;

- удельная норма образования i-го загрязняющего вещества при сгорании компонентов ракетного топлива, равна 0,280 тонн.

При этом физический объем компонентов ракетного топлива, сгоревшего при их возгорании после приземления, определяется по формуле (6.9):

где - физический нормативный объем компонентов ракетного топлива, оставшийся в баках отделяющихся частей ракеты-носителя, тонн;

- коэффициент сгорания компонентов ракетного топлива при приземлении, его значение равно - 0,8.

Расчет экономической оценки ущерба, наносимого загрязнением поверхностных вод при смыве компонентов ракетного топлива и продуктов их распада из аварийных мест падении отделяющихся частей в поверхностные воды, осуществляется по формуле (6.10):

где - физический объем компонентов ракетного топлива, сюброшенного в воду, тонн;

- показатель минимальной заработной платы (5858 руб);

- коэффициент кратности, за аварийное (самовольное)загрязнение атмосферы, определяется согласно приложению А;

- коэффициент кратности, учитывающий экологическую опасность загрязнения атмосферы, определяется согласно приложению Б.

Расчет физического объема компонентов ракетного топлива, сброшенного в поверхностные воды из аварийного места падения отделяющейся части ракеты-носителя, осуществляется по следующей формуле (6.11):

где - физический нормативный объем компонентов ракетного топлива, оставшийся в баках отделяющихся частей ракеты-носителя, тонн;

-коэффициент распределения компонентов ракетного топлива по компонентам окружающей среды. Для аварийных сбросов в водные источники его значение равно - 0,4.

Ущерб от аварийного размещения жидких отходов - компонентов ракетного топлива в окружающей среде на местах падения аварийной ракеты-носителя определяется по формуле (6.12):

где - объем жидких отходов, размещенных в окружающей среде, тонн;

- ставка платы за размещение 1 тонны i-го вида отходов, руб.;

- коэффициент экологической опасности места размещения отходов, определяется согласно приложению В.

Объем отходов - компонентов ракетного топлива, размещаемых в окружающей среде, определяется по формуле (6.13):

где - физический нормативный объем компонентов ракетного топлива, оставшийся в баках отделяющихся частей ракеты-носителя, тонн;

-коэффициент распределения компонентов ракетного топлива по компонентам окружающей среды. Для аварийных сбросов в водные источники его значение равно - 0,4.

Подставляем данные в формулы 6.5, 6.7, 6.10 и 6.12 и полученные значения заносим в таблицы 6.2, 6.3 и 6.4.

Таблица 6.2 Плата за аварийные выбросы, сбросы и размещение компонентов ракетного топлива разгонного блока «Фрегат» на территории сельхозугодий и непокрытых лесом земель

Виды воздействия, в следствии аварийной ситуации

Объем аварийного выброса несимметричного диметилгидразина и азотного тетраоксида ингибированного, тонн

Сумма ущерба, нанесенного окружающей среде несимметричным диметилгидразином и азотным тетраоксидом ингибированным, руб.

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, в случае разлития

5,35

188 041,8

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, в случае возгорания

5,35

4 633 349,95

Сбросы загрязняющих веществ со сточными водами

5,35

376 083,6

Размещение жидких отходов, в результате аварии ракеты-носителя

5,35

57 270,4

Таблица 6.3 Плата за аварийные выбросы, сбросы и размещение компонентов ракетного топлива разгонного блока «Фрегат» на территории покрытых лесом земель, селитебных и особо охраняемых территорий водоохранных зон.

Виды воздействия, в следствии аварийной ситуации

Объем аварийного выброса несимметричного диметилгидразина и азотного тетраоксида ингибированного, тонн

Сумма ущерба, нанесенного окружающей среде несимметричным диметилгидразином и азотным тетраоксидом ингибированным, руб.

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, в случае разлития

5,35

313 403

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, в случае возгорания

5,35

7 722 249,92

Сбросы загрязняющих веществ со сточными водами

5,35

626 806

Размещение жидких отходов, в результате аварии ракеты-носителя

5,35

114 540,8

Таблица 6.4 Плата за аварийные выбросы компонентов ракетного топлива разгонного блока «Фрегат» в околоземном пространстве.

Виды воздействия, в следствии аварийной ситуации

Объем аварийного выброса несимметричного диметилгидразина и азотного тетраоксида ингибированного, тонн

Сумма ущерба, нанесенного окружающей среде несимметричным диметилгидразином и азотным тетраоксидом ингибированным, руб.

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, в случае разлития

5,35

1 253 612

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, в случае возгорания

5,35

30 888 999,78

Сбросы загрязняющих веществ со сточными водами

5,35

2 507 224

Размещение жидких отходов, в результате аварии ракеты-носителя

5,35

103 086,92

Проведенный анализ при планировании и ликвидации последствий воздействия компонентов ракетного топлива разгонного блока «Фрегат», а так же оценки воздействия будущего космодрома на компоненты окружающей среды, позволяет сделать следующие выводы:

1) Наиболее опасным видом воздействия на окружающую среду, является сброс загрязняющих веществ компонентов ракетного топлива со сточными водами, падение аварийной ракеты в водные объекты. При расчете суммы ущерба за сброс загрязняющих веществ - максимально неблагоприятным условием будет падение аварийной ракеты-носителя над территорией космодрома, в случае полной разгерметизации баков и попадания компонентов ракетного топлива, в частности несимметричного диметилгидразина в водный бассейн - ущерб составит 46 131 750 рублей.

2) Минимально возможным негативным воздействием на окружающую среду компонентов ракетного топлива разгонного блока «Фрегат» в случае расчета суммы ущерба будет размещение жидких отходов на территории непокрытых лесом земель и составит - 57 270,4 рубля.

Учитывая, что идеальной ситуации возникнуть не может, то в случае аварии ущерб будет рассчитываться комплексно - суммацией ущерба нанесенного окружающей среде от воздействия выбросов, сбросов и размещения отходов компонентов ракетного топлива. В период эксплуатации космодрома «Восточный» следует организовать экологический контроль состояния природно-технических систем, эффективности защитных и природоохранных мероприятий.

7. Охрана труда при заправке ракеты космического назначения «Союз-2», разгонного блока «Фрегат» и блока выведения «Волга»

7.1 Анализ безопасности при эксплуатации космического ракетного комплекса «Союз-2»

Безопасность при наземной подготовке ракеты-носителя «Союз-2» на космодроме «Восточный» в первую очередь обеспечивается преемственностью основных технических решений по отношению к базовому носителю «Союз», имеющему большой срок успешного производства и эксплуатации: надежность этого носителя составляет 0,985[31].

Наземная инфраструктура космического ракетного комплекса «Союз-2» на космодроме «Восточный» создается с максимальным использованием конструкторских, технических и технологических решений, принятых на стартовом комплексе для космодромов «Байконур», «Плесецк» и Гвианском космическом центре.

При возникновении нештатной ситуации работа составных частей (систем и агрегатов), на которых произошла нештатная ситуация, прекращается до её устранения, а на остальных системах (агрегатах) работы могут быть продолжены по решению руководителя работ при выполнении условий их безопасного выполнения [3].

Для обеспечения выхода из нештатных ситуаций руководитель работ организовывает четкое взаимодействие всех номеров расчета обслуживающего персонала. При выполнении работ по выходу из нештатной ситуации следует строго соблюдать порядок и технологическую последовательность выполнения операций, указанную в эксплуатационной документации. Запрещается сокращать установленный объем и изменять порядок и технологию выполнения работ. Все работы необходимо выполнять только по командам руководителя работ с последующим докладом о их выполнении.

Запрещается подавать команду на выполнение очередной операции без получения доклада о выполнении предыдущей операции. В процессе выполнения работ на рабочих местах должен находиться только эксплуатирующий персонал, непосредственно занятый на работе.

При отыскании неисправностей необходимо использовать оборудование, приборы, инструмент и приспособления, предусмотренные эксплуатационной документацией из комплекта ЗИП (запасные части, комплекты и инструменты), которые должны быть в исправном состоянии. При отыскании и устранении неисправностей должны быть приняты меры предосторожности, исключающие возможность возникновения нештатных ситуаций. Запись об устранении неисправности с указанием характера неисправности и способа ее устранения заносить в журнал на комплекс и формуляр соответствующей системы (агрегата).

Большую опасность представляют аварийные и нештатные ситуации, приводящие к проливам криогенных компонентов, разрывам коммуникаций, пожарам, взрывам ракет космического назначения, как на старте, так и в полете на начальном участке траектории.

Наиболее тяжелые последствия возникают в случае аварии ракеты космического назначения на старте, что связано с наличием на борту больших запасов компонентов ракетного топлива [23].

Известно, что авария ракеты-носителя на начальном участке полета необязательно приводит к взрыву со всеми вытекающими последствиями, может сопровождается соединением компонентов топлива между собой и их сгоранием без ярко выраженного взрыва. В том и в другом случае большое количество горючего не успевает прореагировать, что способствует загрязнению в месте аварии грунтовых и поверхностных вод, почвы и растительности. Результатом аварии ракеты космического назначения «Союз-2» является так же процесс рассеивания паров горючего в атмосфере, который существенно зависит от природно-климатических условий (влажность воздуха, скорость и направление ветра).

Реально предотвратить возникновение и развитие аварийной ситуации в этих условиях как правило, невозможно. Основное внимание должно быть уделено оперативной ликвидации ее последствий, что уменьшает время воздействия ее результатов на обслуживающий персонал, оборудование и окружающую среду.

Мероприятия для оперативной ликвидации последствий аварийной ситуации заключаются в следующем [4]:

- разработке и программировании типовых моделей аварийных ситуаций с ракетой-носителем, в процессе предстартовой подготовке, пуске и работе первой, второй и третьей ступени;

- разработки прогностических моделей развития и результатов аварийных ситуаций с определением на основе баллистических данных места падения аварийной ракеты-носителя, мощности взрыва в результате падения, возможного пожара, заражения местности и атмосферы с учетом реальных метеоусловий;

- разработке оптимального алгоритма принятия решений для ликвидации последствий аварии ракеты-носителя;

- тушение пожара, разделка корпуса на транспортабельные части;

- сбор и вывоз частей ракеты-носителя на специальную площадку;

- нейтрализация частей ракеты-носителя и почвы(в случае необходимости) в месте падения аварийной ракеты-носителя.

7.2 Мероприятия по обеспечению безопасности подготовки и пуска ракеты-носителя «Союз-2»

К основным конструктивным и технологическим мероприятиям по обеспечению безопасности подготовки ракеты-носителя «Союз-2» относятся [3]:

- использование минимальное количество разъемных соединений и обеспечение их герметичности;

- использование предохранительных мембран, фильтров и автоматически закрывающихся заглушек;

- использование системы блокировок для исключения проливов компонентов ракетного топлива при проведении операции заправки и отстыковки от заправочных горловин ракеты-носителя комплекта автоматических стыковочных устройств;

- применение предохранительных клапанов, отключающих подачу газов и компонентов ракетного топлива в неисправные магистрали.

К основным техническим мероприятиям по обеспечению безопасности при подготовке ракеты-носителя «Союз-2» относятся [4]:

- оснащение помещений и сооружений объектов космодрома «Восточный», задействованных при подготовке ракеты-носителя «Союз-2», приборами газового анализа воздушной среды;

- использование приточно-вытяжной вентиляции.

К основным организационно-техническим мероприятиям относится контроль состояния основных технологических агрегатов и систем. В соответствии с правилами Гостехнадзора осуществляется периодическое освидетельствование полуторократным рабочим давлением всех элементов, работающих под избыточным давлением. Кроме того, во избежание серьезных аварийных ситуаций, емкости оборудованы дренажными и предохранительными клапанами.

Все емкости системы также снабжены местными и дистанционными (вынесенными на пульт управления) манометрами давления и указателями уровня, а так же дистанционными указателями срабатывания дренажных клапанов. Следует отметить, что новых агрегатов и систем, являющихся объектами Гостехнадзора, при создании и эксплуатации космического ракетного комплекса не предусмотрено [23].

К организационно-техническим мероприятиям по обеспечению защиты объектов наземной инфраструктуры космодрома «Восточный» от возможных аварийных ситуаций при подготовке ракеты-носителя «Союз-2» относятся [4]:

- соблюдение правил техники безопасности, изложенных в инструкциях по технике безопасности, действующих на месте эксплуатации, и выполнение мероприятий по их предупреждению;

- допуск к выполнению работ только лиц, изучивших устройство систем и правил эксплуатации, сдавших зачеты и имеющих необходимую квалификацию;

- выполнение всех видов работ, проводимых на технологических агрегатов, строго по командам руководителя работ;

- контроль выполнения штатных работ эксплуатирующей организацией, представителями промышленности;

- постоянный контроль исправности технологического оборудования.

7.3 Защита обслуживающего персонала от электромагнитного излучения

К физическим факторам, оказывающим влияние на окружающую среду, относятся шумы и электромагнитное излучение.

Для внешнетраекторных измерений ракеты космического назначения «Союз-2» со стартовой позиции используется существующий на космодроме «Восточный» комплекс «Кама-Н» [3].

Исходя из тактико-технических характеристик радиолокационной станции «Кама-Н» установлены:

- санитарно-защитная зона;

- зона ограничения застройки.

Внешняя граница санитарно-защитной зоны определена на высоте до 2-х метров от поверхности земли по предельно-допустимому уровню электромагнитного потока(ЭМП), установленного для персонала не более 10мкВт/см2, и установлена в радиусе 350 метров от фазового центра антенного поста [46].

Зонной ограничения застройки является территория, непосредственно примыкающая к внешней границе санитарно-защитной зоны, где на высоте более 2-х метров от поверхности земли величина ЭМП превышает предельно-допустимые уровни, установленные для персонала.

Внешняя граница зоны ограничения застройки определяется по высоте верхнего этажа самого высокого здания застройки по предельно-допустимому уровню ЭМП, установленному для персонала. Для радиолокационной станции «Кама-Н» зона ограничения застройки установлена в радиусе 700 метров при высоте застройки не более 25 метров [3].

7.4 Мероприятия по обеспечению безопасности подготовки и пуска ракеты-носителя разгонного блока «Фрегат»

Цикл заправки компонентами ракетного топлива и сжатыми газами составляет для разгонного блока «Фрегат» - 5 дней [4].

С целью предупреждения аварийных ситуаций слив компонентов ракетного топлива осуществляется в следующем порядке:

1) Сброс давления сжатых газов;

2) Слив гидразина;

3) Слив несимметричного диметилгидразина из коллектора и баков;

4) Слив азотного тетраоксида ингибированного.

Длительность проведения работ по сливу компонентов ракетного топлива составляет -12 рабочих дней.

На космодроме предусмотрена система сбора и нейтрализации паров и промстоков горючего (ССНППГ) (система сбора и нейтрализации паров и промстоков горючего (ССНППО)) предназначенная для сбора и нейтрализации паров и промстоков горючего (окислителя), образующихся при выполнении работ по заправке (сливе) компонентами ракетного топлива.

Промстоки представляют собой случайные проливы продукта, образовавшиеся при проведении стыковочных работ и смытые водой продукты компонентов ракетного топлива. Нейтрализацию проводят для предотвращения загрязнения атмосферы и почвы окружающей среды.

Так же на космодроме «Восточный» предусматривается душирующая установка, предназначенная для индивидуальной защиты эксплуатирующего персонала от ожогов при возгорании одежды в зонах, обогащенных кислородом [3].

В условиях эксплуатации предприятий, использующих несимметричный диметилгидразин в качестве ракетного топлива, основными путями поступления его в организм работающих являются органы дыхания и кожные покровы. Этому способствует высокая летучесть, стабильность парообразной фазы продукта в воздушной среде и способность к резорбции через кожу.

Уровень суммарной резорбции паров несимметричного диметилгидразина в процессе трудовой деятельности зависит от концентраций и стабильности в воздушной среде, так и от объема легочной вентиляции. Последний в свою очередь, сопряжен со степенью тяжести выполняемых рабочих операций.

Объем вдыхаемого воздуха за рабочую смену (8 часов) варьируется в зависимости от тяжести труда и для взрослого среднеарифметического мужчины составляет 9,6 м3 - при легкой работе и 19,2 м3 в условиях работы средней тяжести [24]. При выполнении работ при содержании несимметричного диметилгидразина во вдыхаемом воздухе на уровне ПДКрз(0,1мг/м3), с учетом степени резорбции, принимаемой за 80%, величина суммарного поступления за смену может составлять 0,77 и 1,54 мг соответственно. Данные расчета приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 Суммарная резорбция паров несимметричного диметилгидразина за рабочую смену при ингаляционном поступлении (в расчете на взрослого мужчину)

Характер физической нагрузки

Минутный объем легких, дм3/мин

Объем вдыхаемого воздуха за раб. Смену (8 час), дм3

ПДК в воздухе рабочей зоны, мг/м3

Степень резорбции, %

Величина резорбции за смену, мг

Легкая

20

9600

0,1

80

0,77

Средняя

40

19200

0,1

80

1,54

При тяжелой физической нагрузке и увеличении объема вентиляции легких количество резорбируемого несимметричного диметилгидразина может достигать до 2,0 мг и более за смену, что может оказать негативное влияние на организм работающих. В связи с вышеизложенным, выполнение тяжелых работ в условиях производственного контакта с несимметричным диметилгидразином требует жесткого ограничения.

В реальных условиях работ с несимметричным диметилгидразином на испытательных станциях жидкостного ракетного двигателя, базах нейтрализации ракетной техники, станциях очистки дренажных выбросов и других участках, сопряженных с опасностью загрязнения воздушной среды парами горючего, необходимо иметь ввиду, что, помимо ингаляционного поступления несимметричного диметилгидразина в организм работающих, не исключена опасность резорбции его через кожные покровы.

В опытах на животных (кроликах) показано, что при нанесении на кожу несимметричного диметилгидразина в виде жидкости происходит его быстрое всасывание с максимальным содержанием в крови через 2-3 часа после аппликации. Экспериментальными исследованиями показано, что при хроническом воздействии парообразной фазы опасность отравления через кожу достигает уровня ингаляционного воздействия, при этом порог хронического кожно-резорбтивного действия паров несимметричного диметилгидразина для кроликов определен на уровне 0,2 мг/м3 [29].

Таким образом, в условиях производственной деятельности, сопряженной с необходимостью выполнения работ при нахождении в воздушной среде рабочей зоны паров несимметричного диметилгидразина, следует учитывать возможность комплексного поступления этого продукта, как через органы дыхания, так и через кожные покровы, что может привести к суммированию токсического эффекта.

Указанные факты явились основанием разработки и практического применения персоналом мер защиты органов дыхания и кожных покровов с организацией контроля содержания несимметричного диметилгидразина в воздухе рабочей зоны и на поверхности кожи работающих.

Для ограничения объема всасывания несимметричного диметилгидразина через кожные покровы и предупреждение выноса загрязнений за пределы производственной зоны на большинстве предприятий, где возможно поступление несимметричного диметилгидразина в воздух рабочих помещений и загрязнение им кожных покровов, реализованы требования по планировке и обеспечению работы бытовых помещений по типу санитарных пропускников [24].

При традиционной гигиенической оценке условий труда, даже при наличии дифференцированных регламентов содержания токсиканта в воздухе рабочей зоны и уровня допускаемого загрязнения кожных покровов, реальная степень его воздействия на организм работающих, как правило, рассматривается изолированно, что может привести к определенной недооценки влияния вредного фактора. Очевидно, что при выполнении работ в условиях содержания несимметричного диметилгидразина в воздушной среде и опасности многократного загрязнения кожных покровов в течении рабочей смены, следует рассматривать возможность суммарного эффекта за счет комплексного его воздействия через органы дыхания и кожу.

В качестве примера может быть рассмотрен конкретный случай поступления несимметричного диметилгидразина в организм при содержании его в воздухе рабочей зоны на уровне ПДК, т.е. в концентрации 0,1 мг/м3, и загрязнении всей поверхности кожи на уровне ПДУ, т.е. 0,00001мг/см3. В этих условиях за рабочую смену для «стандартного» человека с объемом вдыхаемого воздуха при работе средней тяжести равном 19,2 м3, площади загрязнения кожи 180 дм2 и соответствующими коэффициентами всасывания, комплексное поступление несимметричного диметилгидразина будет составлять 1,75 мг. Очевидно, что более высокие уровни поступления будут превышать допустимые показатели и могут оказывать негативное влияние на состояние здоровья работающих.

В реальных условиях работ с несимметричным диметилгидразином снижение объема его поступления в организм следует осуществлять по двум направлениям - ограничение загрязнения им воздуха рабочей зоны и предупреждение попадания вещества на кожные покровы, что может быть выполнено путем модификации технологического процесса и совершенствования промышленной вентиляции и использования надежных средств индивидуальной защиты персонала.

Что касается окислителя - азотного тетраоксида ингибированного - сильнодействующее вещество с выраженными раздражающими свойствами. Токсическое действие его характеризуется наличием узкого диапазона между переносимыми и смертельными концентрациями. Порог раздражающего действия на слизистую оболочек верхних дыхательных путей равен 25мг/м3[1]. Раздражение слизистых оболочек глаз и носа наступает при содержании вещества в воздухе на уровне14 мг/м3. Человек ощущает запах и раздражение во рту и зеве при 8 мг/м3. Порог восприятия запаха человеком составляет 2 мг/м3. Концентрации азотного тетраоксида в воздухе на уровне 200 - 300 мг/м3 опасны для жизни человека на уровне 400 - 500 мг/м3 вызывают быструю смерть.

При воздействии азотного тетраоксида возможно комбинированное поражение (ингаляционное отравление, химический ожег). При поражении более 10% поверхности тела развивается ожоговый шок.

При ингаляционном воздействии чрезвычайно опасен в плане развития острых смертельных отравлений при нормальных условиях. Ингаляционное отравление азотного тетраоксида протекает при явлениях резкого раздражения верхних дыхательных путей, острого отека легких, нарушении функции дыхания и сердечно-сосудистой системы, водно-солевого обмена, образования метгемоглобина в крови, гемолиза эритроцитов, признаков гипоксии гемического типа [41].

Попадание чистого азотного тетраоксида на кожу сопровождается сильными ожогами кислотного типа с образованием труднозаживающих некрозов. Ожег глаз может быть причиной слепоты. Отдаленными последствиями острых и хронических отравлений азотного тетраоксида ингибированного являются развитие хронического бронхита и склероза легких.

Заключение

По результатам проведенных исследований установлено, что в районе строящегося космодрома «Восточный» фоновые уровни загрязняющих веществ в атмосферном воздухе не превышают допустимых норм. В Свободненском районе, в котором располагается космодром, расположен заказник областного значения, памятники природы, санаторий. Населенные пункты Свободненского района попадают в число районов Дальнего Востока с наиболее напряженной экологической обстановкой в связи с высокой степенью опасности загрязнения воздушного бассейна. В Амурской области за последние 10 лет существенно снизилась численность населения, что можно связать с экологической напряженностью и информированностью населения.

При эксплуатации на космодроме ракеты-носителя «Союз-2» будет использовано в качестве компонентов ракетного топлива керосин высокой очистки и жидкий кислород, четвертого класса опасности, что говорит об экологичности использования данной пары. Однако для повышения энергетических возможностей ракеты-носителя «Союз-2» и выведения космического аппарата на высокоэнергетические орбиты используется разгонный блок «Фрегат» и блок выведения «Волга», данные аппараты несут в себе высокотоксичное топливо - несимметричный диметилгидразин и азотный тетраоксид ингибированный. Исключить использование данных компонентов ракетного топлива на сегодняшний день не является возможным, поскольку включение двигателей этих аппаратов происходит на высотах не ниже 180 км, где иные компоненты ракетного топлива непригодны. Наиболее опасным химическим веществом является компонент ракетного топлива - несимметричный диметилгидразин, который при взаимодействии с воздухом разлагается до нитрозодиметиламина, диметиламина, тетраметилтетразена, метилендиметилгидразина, формальдегида, воды и азота.

В штатном режиме работы космодрома - воздействие компонентов ракетного топлива на персонал и окружающую среду не предусмотрено в случае соблюдения персоналом техники безопасности и соблюдения мер индивидуальной и коллективной защиты. Поскольку данный компонент ракетного топлива используется на последнем этапе выведения ракеты-носителя, то негативное его воздействие на окружающую среду может происходить только при нештатных ситуациях. В случае разлития несимметричного диметилгидразина в количестве 1750 кг (полная заправка) максимальный радиус загрязнения достигается через 4 часа 57 минут и составляет 9,669 км.

На основании полученного радиуса была проведена оценка экологического риска загрязнения окружающей среды высокотоксичным ракетным топливом на примере Хабаровского края. В случае раздельного пролива полной заправки баков, содержащих несимметричный диметилгидразин, распространении его в атмосфере и осаждении на почву, в течение 30 лет он может вызвать заболевания у 1476 человек. По результатам эколого-экономического расчета максимально неблагоприятной ситуацией может служить разлитие несимметричного диметилгидразина в водные объекты, в частности в реки - ущерб от такого загрязнения составит - 46 131 750 рублей. Сложность написания дипломного проекта была в том, что практически вся информация по несимметричному диметилгидразину засекречена. Это вызывает трудность анализа и выявления последствий его влияния на организм человека и окружающую среду. Я предлагаю рассекретить информацию, связанную с данным компонентом ракетного топлива. Сейчас можно лишь предложить своевременную ликвидацию последствий, проведение экологического мониторинга территорий падения отделяющихся частей ракеты-носителя, правильно спланированные места падения отделяющихся частей и трасс полета, а так же доведение полной информации до населения о воздействии ракетно-космической техники.

Список используемых источников

1. Зрелов, В.Н. Жидкие ракетные топлива [Текст] / В. Зрелов, Е. Серегин. - М.: Химия, 1975. - 320 с.


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.