Прогнозирование последствий аварии с аммиачными веществами на холодильной установке молочного завода

1 Свойства, промышленное значение и классификационные характеристики аммиака. Анализ аварий, характерных для аммиака

В данном разделе дипломной работы представлены основные свойства аммиака, промышленное значение, области его применения и классификационные характеристики. Также проанализированы наиболее крупные аварии с выбросом (разливом) аммиака, имевшие место в мировой практике и в нашей стране. Выявлены типичные для предприятий, использующих, производящих или транспортирующих данное вещество, причины аварий.

1.1 Классификационные характеристики аммиака

АХОВ - опасное химическое вещество, применяемое в промышленности и сельском хозяйстве, при аварийном выбросе (разливе) которого может произойти заражение окружающей среды в поражающих живой организм концентрациях (токсодозах).

Токсическая доза - это количество вредного вещества, вызывающее определенный токсический эффект.

В зависимости от давления P и температуры Т, вещество может находиться в различных агрегатных состояниях (рисунок 1.1)

А - тройная точка

В-критическая точка

1 - твердая фаза

2 - жидкость

3 - газ

4 - пар

Рисунок 1.1 - Диаграмма состояния вещества [5]

Участок кривой АВ представляет условия равновесия двух фаз - жидкости и пара (линия насыщенного пара). Тройная точка А фиксирует одновременное равновесие трех фаз. В критической точке В пропадает граница между жидкостью и паром. При T ? T_кр вещество находится в газообразном состоянии независимо от давления [5].

В зависимости от агрегатного состояния в принятых условиях производства, хранения и транспортировки АХОВ делятся на:

- сжатые газы;

- сжиженные газы;

- жидкости;

- твердые вещества [2].

Сжиженный аммиак, находящийся под сверхатмосферным давлением при температуре выше или равной температуре окружающей среды в сосудах, резервуарах и другом технологическом оборудовании, является перегретой жидкостью.

В зависимости от соотношения критической температуры, температуры внешней среды и условий хранения, все АХОВ делятся на 4 основные группы. Аммиак относится ко 2 группе.

Во 2 группу входят вещества, у которых критическая температура выше, а температура кипения ниже температуры окружающей среды. При разгерметизации емкостей с жидкостями данной категории процесс образования газовых облаков зависит от условий хранения АХОВ [27].

Если АХОВ хранятся в жидкой фазе в емкости под высоким давлением и при температуре выше температуры кипения, но ниже температуры окружающей среды, то при разгерметизации емкости часть АХОВ (10-40%) «мгновенно» испарится, образуя первичное облако паров АХОВ [2].

Если АХОВ хранятся в изотермических хранилищах при температуре хранения ниже температуры кипения, то в случае разгерметизации емкости первоначального испарения значительной части жидкости не наблюдается. В первичное облако переходит только 3-5% от общего количества АХОВ. Оставшаяся часть жидкости перейдет в режим стационарного кипения. Наиболее опасные поражающие факторы в данном случае - вторичное облако паров АХОВ, переохлаждение, а в некоторых случаях - пожары и взрывы [4].

В соответствии с классификацией холодильных агентов по степени опасности воспламеняемости и взрывоопасности смесей с воздухом [21], аммиак относится ко 2 группе. К этой группе относят токсичные холодильные агенты. Несколько хладагентов этой группы являются также воспламеняемыми, но с нижней границей воспламеняемости, равной или выше 3,5% по объему, что требует надлежащих дополнительных ограничений.

Аммиак - единственный холодильный агент этой группы, который широко применяется в холодильной промышленности. У него есть преимущество: он благодаря своему резкому запаху сигнализирует об утечке даже при концентрации гораздо более низкой, чем уровень концентрации, представляющий опасность.

Вредные химические вещества по степени токсичности подразделяют на четыре класса:

I класс - чрезвычайно токсичные;

II класс - высокотоксичные;

III класс - умеренно-токсичные;

IV класс - малотоксичные вещества.

Аммиак относится к группе малотоксичных веществ (IV группа). Классификация установлена в зависимости от величины ПДК АХОВ (Таблица П. 4.1).

По преимущественному синдрому, складывающемуся при острой интоксикации, аммиак относится к пятой группе АХОВ удушающего нейротропного воздействия. Вещества этой группы вызывают токсический отек легких на фоне которого формируется тяжелое поражение нервной системы (Таблица П. 4.2).

По способности к горению, жидкий аммиак относится к группе трудногорючих веществ, а газообразный - к группе горючих веществ (Таблица П. 4.4). Аммиак является воспламеняющимся лишь в очень ограниченном диапазоне концентраций. При повышении температуры воспламеняемость аммиака увеличивается.

1.2 Основные свойства аммиака

Основные свойства аммиака определяются его физико-химическим характеристиками и токсичным действием на организм человека.

1.2.1 Токсические свойства аммиака

Токсичность - способность вредного вещества вызывать нарушения физиологических функций организма, в результате чего возникают симптомы интоксикаций (заболевания), а при тяжелых поражениях - его гибель [11].

Механизм токсического действия АХОВ и, в частности, аммиака, заключается в следующем. Внутри человеческого организма, а также между ним и внешней средой, происходит интенсивный обмен веществ. Наиболее важная роль в этом обмене принадлежит ферментам - химическим (биохимическим) веществам или соединениям, способным управлять химическими и биологическими реакциями в организме. Токсичность АХОВ заключается в химическом взаимодействии с ферментами, которое приводит к торможению или прекращению ряда жизненных функций организма. Полное подавление тех или иных ферментных систем вызывает общее поражение организма, а в некоторых случаях его гибель [4].

Для оценки токсичности АХОВ используют ряд характеристик, основными из которых являются: концентрация и токсическая доза.

Концентрация - количество вещества (АХОВ) в единице объема, массы.

Предельно допустимая концентрация - концентрация вредного вещества в воздухе, которая при ежедневной работе в течение 8 часов в день (41 часа в неделю) за время всего стажа работы не может вызвать заболеваний или отклонений состояния здоровья работающих, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений [24].

Пороговая концентрация - это минимальная концентрация, которая может вызвать ощутимый физиологический эффект. При этом пораженные ощущают лишь первичные признаки поражения и сохраняют работоспособность.

Средняя смертельная концентрация в воздухе - концентрация вещества в воздухе, вызывающая гибель 50% пораженных при двухчасовом ингаляционном воздействии.

Для характеристики токсичности веществ (при их попадании в организм человека ингаляционным путем) выделяют следующие токсодозы:

- средняя смертельная концентрация (LCt₅₀) - приводит к смертельному исходу 50% пораженных;

- средняя выводящая из строя концентрация (ICt₅₀) обеспечивает вывод из строя 50% пораженных;

- средняя пороговая концентрация (PCt₅₀) - вызывает начальные симптомы поражения у 50% пораженных (г·мин/м³);

- средняя смертельная доза (LDt₅₀) при введении в желудок - приводит к гибели 50% пораженыых при однократном введении в желудок (мг/кг).

Для оценки степени токсичности АХОВ кожно-резорбтивного действия используют значения средней смертельной токсодозы (LDt₅₀), и средней пороговой токсодозы (PDt₅₀). Единицы измерения - г/чел., мг/чел., мл/кг.

Средняя смертельная доза при однократном нанесении на кожу приводит к гибели 50% пораженных [4, 24].

1.2.2 Физико-химические свойства аммиака

При оценке потенциальной опасности химических веществ необходимо принимать во внимание не только токсические, но и физико-химические свойства, характеризующие их поведение в атмосфере, на местности и в воде. В частности, важнейшим физическим параметром, определяющим характер поведения токсичных веществ ингаляционного действия при выбросах (проливах), является максимальная концентрация его паров в воздухе. В промышленной токсикологии используют показатель, учитывающий одновременно токсические свойства и летучесть веществ - коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО) [2]. Этот коэффициент равен отношению максимально возможной концентрации паров вещества при 20⁰С к его смертельной концентрации (Таблица П. 4.1)

По некоторым своим свойствам (точка кипения -33 °С, критическая температура -132 °С) аммиак похож на хлор. Так же как и хлор, аммиак удобно хранить в сжиженном виде. Зависимости давление паров - температура и доля мгновенно испаряющейся жидкости в адиабатическом приближении температура для аммиака и для хлора весьма близки. Однако аммиак в основном перевозится в виде охлажденной жидкости (в рефрижераторах). Отметим, что в США существуют трубопроводы, по которым аммиак транспортируется через всю страну [5].

1.3 Промышленное значение аммиака и области его применения

По объемам производства аммиак занимает одно из первых мест. Ежегодно во всем мире получают около 100 миллионов тонн этого соединения. Аммиак используется для производства азотной кислоты (HNO₃), которая идет на производство удобрений и множества других продуктов; азотсодержащих солей [(NH₄)₂SO₄, NH₄NO₃, NaNO₃, Ca(NO₃)₂], мочевины, синильной кислоты [11].

Аммиак используется также при получении соды по аммиачному способу, в органическом синтезе, для приготовления водных растворов (нашатырный спирт), находящих разнообразное применение в химической промышленности и в медицине. Жидкий аммиак, а также его водные растворы применяют в качестве жидких удобрений. Аммиак представляет собой хороший растворитель для значительного класса соединений, содержащих азот. Большие количества аммиака идут на аммонизацию суперфосфата.

Испарение аммиака происходит с поглощением значительно количества тепла из окружающей среды. Поэтому аммиак применяют также в качестве дешевого хладагента в промышленных холодильных установках. При этом жидкий аммиак должен соответствовать требованиям, предъявляемым ГОСТ 6221 - 90 «Аммиак жидкий технический». В качестве хладагента используется жидкий технический аммиак марки А. При этом содержание воды не должно превышать 0,1%.

Аммиак используется также для получения синтетических волокон, например, нейлона и капрона. В легкой промышленности он используется при очистке и крашении хлопка, шерсти и шелка. В нефтехимической промышленности аммиак используют для нейтрализации кислотных отходов, а в производстве природного каучука аммиак помогает сохранить латекс в процессе его перевозки от плантации до завода. В сталелитейной промышленности аммиак используют для азотирования - насыщения поверхностных слоев стали азотом, что значительно увеличивает ее твердость [5].

1.4 Общие правила устройства и безопасной эксплуатации аммиачных холодильных установок

1.4.1 Общие понятия о холодильных установках

Холодильная система - совокупность содержащих хладагент и сообщающихся между собой частей, образующих один закрытый холодильный контур для циркуляции хладагента с целью подвода и отвода тепла.

Холодильная установка - агрегаты, узлы и другие составные части холодильной системы и вся аппаратура, необходимая для их функционирования.

Абсорбционная (или адсорбционная) холодильная система - система, в которой выработка холода осуществляется в результате испарения хладагента; абсорбер (адсорбер) поглощает пары хладагента, которые впоследствии выделяются из него при нагреве с повышением парциального давления и затем под этим давлением конденсируются при охлаждении.

Холодильный агент (хладагент) - используемая в холодильной системе рабочая среда, которая поглощает теплоту при низких значениях температуры и давления и выделяет теплоту при более высоких значениях температуры и давления. Этот процесс сопровождается изменением агрегатного состояния рабочей среды.

Хладоноситель - любая жидкость, используемая для передачи тепла без изменения ее агрегатного состояния [21].

1.4.2 Требования к аппаратурному оформлению холодильных установок

1) В холодильной установке должны быть предусмотрены аппараты, предотвращающие попадание капель жидкого аммиака во всасывающую полость компрессоров.

2) Блок испарителя для охлаждения хладоносителя должен включать в себя устройство для отделения капель жидкости из парожидкостной аммиачной смеси и возврата отделенной жидкости в испаритель.

3) Для отделения жидкой фазы из перемещаемой парожидкостной смеси в холодильных системах с непосредственным охлаждением, на каждую температуру кипения предусматриваются циркуляционные (или защитные) ресиверы, совмещающие функции отделителя жидкости. Допускается предусматривать для этих целей отдельные отделители жидкости, соединенные трубопроводами с циркуляционными (защитными) ресиверами, не совмещающими функции отделителя жидкости.

4) Геометрический объем циркуляционных ресиверов со стояком, совмещающих функции отделителя жидкости, для каждой температуры кипения в насосных схемах с нижней и верхней подачей аммиака в охлаждающие устройства следует рассчитывать по формулам, приведенным в [27].

5) Для аварийного (ремонтного) освобождения от жидкого аммиака охлаждающих устройств, аппаратов, сосудов и блоков, а также для удаления конденсата при оттаивании охлаждающих устройств горячими парами, необходимо предусматривать дренажный ресивер, рассчитанный на прием аммиака из наиболее аммиакоемкого аппарата, сосуда или блока.

6) Геометрический объем дренажного ресивера следует принимать из условия заполнения его не более чем на 80%.

7) Геометрический объем линейных ресиверов холодильных установок следует принимать не более 30% суммарного геометрического объема охлаждающих устройств помещений, аммиачной части технологических аппаратов и испарителей.

8) Для холодильных машин с дозированной зарядкой аммиака линейный ресивер не предусматривается.

9) Допускается предусматривать дополнительные линейные ресиверы для хранения годового запаса аммиака. При этом ресиверы не должны заполняться более 80% их геометрического объема.

10) Не допускается использовать в холодильных установках линейные ресиверы (неунифицированные) в качестве защитных, дренажных или циркуляционных, а кожухотрубные испарители в качестве конденсаторов и наоборот.

11) При подаче паров аммиака со стороны высокого давления к сосудам (аппаратам) на стороне низкого давления для освобождения их от жидкого аммиака и очистки от масла, давление в этих сосудах (аппаратах) не должно превышать давления испытания на плотность в соответствии с [21,27].

12) Воздух и другие неконденсирующиеся газы должны выпускаться из системы в сосуд с водой через специально устанавливаемый аппарат - воздухоотделитель.

1.4.3 Опасности, источником которых являются холодильные системы

1) Опасность от прямого воздействия температуры:

- хрупкость металлов при низких температурах;

- замерзание жидких хладоносителей (воды, соляных растворов) в замкнутом пространстве;

- термические напряжения;

- повреждение сооружений из-за замерзания грунта под ними;

- вредное воздействие на людей, вызванное низкими температурами.

2) Опасность, вызванная действием повышенного давления:

- увеличение давления конденсации, вызванное несоответствующим охлаждением или парциальным давлением неконденсируемых газов, или накоплением масла или жидкого хладагента;

- увеличение давления насыщенного пара, вызванное чрезмерным наружным нагревом (жидкого охладителя) или высокой температурой окружающей среды при длительном простое установки;

- расширение жидкого хладагента в замкнутом пространстве без присутствия пара, вызванное подъемом наружной температуры;

- пожар.

3) Опасность от прямого воздействия жидкой фазы:

- чрезмерное заполнение или затопление аппарата;

- присутствие жидкости в компрессорах, вызванное конденсацией в компрессоре;

- потери смазки из-за эмульгирования масла.

4) Опасность из-за вытекания хладагента:

- пожары пролива;

- взрыв ГПВС;

- интоксикация;

- паника;

- асфиксия (удушье) [1].

1.5 Общие сведения об авариях с выбросом (разливом) АХОВ на ХОО

Особенности современного производства и потребления связаны с переработкой, хранением, использованием в технологических процессах огромного количества опасных для жизнедеятельности веществ, в том числе АХОВ. Снижение уровня безопасности в техносфере связано с повышением плотности размещения разнородных объектов и производств и их зачастую непредсказуемым взаимодействием в аварийных ситуациях. О возрастании потенциальных опасностей техносферы в связи с ростом масштабов и концентрации производства можно судить по удельным, т.е. на душу населения, значениям летальных доз химически опасных веществ, накопленных в различных производствах Западной Европы. Можно привести следующие цифры: удельные значения летальных доз равны по мышьяку - 0,5 млрд. летальных доз; по фосгену, синильной кислоте, аммиаку - 100 млрд. летальных доз, по хлору - 10 триллионов летальных доз [2].

Согласно экспертным оценкам в России в ближайшей перспективе, несмотря на спад производства, не следует ожидать снижения количества аварий и катастроф на предприятиях химической и других отраслей промышленности, использующих или перерабатывающих АХОВ.

1.5.1 Виды химически опасных объектов

Химически опасный объект - объект, на котором хранят, перерабатывают, используют или транспортируют опасные химические вещества, при аварии на котором или при разрушении которого может произойти гибель или химическое заражение людей, сельскохозяйственных животных и растений, а также химическое заражение окружающей природной среды [18].

Следует иметь ввиду, что к ХОО относятся не только собственно химические производства, но и обширный класс различных объектов, использующих в своей работе АХОВ. Значительные запасы ядовитых веществ сосредоточены на объектах пищевой, мясомолочной промышленности, холодильниках торговых баз, в жилищно-коммунальном хозяйстве. Это, в первую очередь, аммиак, использующийся в качестве хладагента, и хлор, предназначенный для обеззараживания воды.

В случае аварии на таких объектах создается опасность химического заражения местности, поэтому они получили название химически опасных объектов.

Структура химически опасных объектов представлена на рисунке 1.2.



Рисунок 1.2 - Структура химически опасных объектов [2]

1.5.2 Химическая обстановка

Химическая обстановка - совокупность последствий химического заражения местности АХОВ, оказывающих влияние на деятельность объектов народного хозяйства, сил ГО и населения.

Эквивалентное количество АХОВ - такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии эквивалентен масштабу заражения при данной степени вертикальной устойчивости атмосферы количеством АХОВ, перешедшим в первичное (вторичное) облако.

Первичное облако - облако АХОВ, образующееся в результате мгновенного (1-3 мин.) перехода в атмосферу части АХОВ из емкости при ее разрушении (сжатые и сжиженные газы).

Вторичное облако - облако АХОВ, образующееся в результате испарения разлившегося вещества с подстилающей поверхности (сжиженные газы, жидкости с температурой кипения ниже температуры окружающей среды) [2].

Площадь зоны химического заражения - площадь территории, в пределах которой под воздействием изменения направления ветра может перемещаться облако АХОВ.

Графическое изображение зон возможного химического заражения (ВХЗ) и угловые размеры этих зон на картах (схемах) в зависимости от скорости ветра представлены в таблице 1.1 [4].

Таблица 1.1 - Отображение зон возможного химического заражения на картах (схемах)

Скорость ветра, V (м/с)	Угловые размеры зоны ВХЗ, ? (град)	Вид зоны ВХЗ	Графическое изображение зоны ВХЗ
0,5 и менее	360	окружность
0,6…1,0	180	полуокружность
1,0…2,0	90	сектор
более 2,0	45	сектор

При оценке химической обстановки следует говорить о двух этапах:

1) выявление химической обстановки, заключающееся в сборе данных;

2) собственно оценка химической обстановки.

Оценка химической обстановки производится как методом прогнозирования, так и по данным разведки. Исходными данными являются:

- тип и количество АХОВ;

- район и время выброса (разлива);

- топографический характер местности, характер застройки, пути распространения заражения воздуха;

- метеоусловия (скорость и направление ветра в приземном слое, а также степень вертикальной устойчивости воздуха).

Степени вертикальной устойчивости воздуха:

1) Инверсия - степень вертикальной устойчивости воздуха, при которой по мере увеличения высоты повышается температура воздуха. Таким образом нижние слои воздуха оказываются холоднее верхних и в случае аварии с выбросом АХОВ зараженное облако будет дольше сохраняться у поверхности земли. Таким образом, это наихудшие метеорологические условия с точки зрения химической обстановки. Инверсия наблюдается, как правило, в вечерние часы (час до захода солнца + ночь + час после восхода).

2) Изотермия - стабильное равновесие воздуха. Она характерна для пасмурной погоды, а также в утренние и вечерние часы. При этом

,

где ?t - разность температур на высоте 50 см и 200 см над землей, т.е. .

Изотермия, как и инверсия, способствует длительному застою паров токсических веществ на местности, особенно в лесу, жилых кварталах населенных пунктов и городов.

3) Конвекция - степень вертикальной устойчивости воздуха, при которой происходит вертикальное перемещение слоев воздуха друг относительно друга. Слои теплого воздуха перемещаются вверх, а холодного (более плотного) - вниз. При этом:

Конвекция характерна для ясных летних дней, возникает через 2 часа после восхода солнца, может сохраняться весь день и прекращается за 2 часа после до захода солнца [2,4].

При заблаговременном прогнозировании, когда метеоусловия неизвестны, в качестве худшего варианта принимается инверсия.

1.5.3 Возможные варианты ЧС и поражающие факторы при авариях на ХОО

Последствия аварий на ХОО характеризуются:

- масштабом;

- степенью опасности;

- продолжительностью химического заражения.

Эти характеристики зависят, в свою очередь, от количества, условий хранения и физико-химических свойств АХОВ, а также от метеорологических условий.

В зависимости от физико-химических свойств АХОВ и условий их использования и транспортировки, при крупных авариях на ХОО могут возникать ЧС четырех основных типов, которые отличаются друг от друга характером воздействия поражающих факторов [1,4].

1.5.3.1 Типы ЧС, вызванных авариями на ХОО

1) Первый тип ЧС характеризуется образованием только первичного облака АХОВ. он может возникнуть в случае мгновенной разгерметизации (например, в результате взрыва) емкостей или технологического оборудования с газообразными (под давлением), криогенными, перегретыми сжиженными АХОВ, в результате чего образуется первичное парогазовое или аэрозольное облако АХОВ с высокой концентрацией токсичного вещества в облаке. Пролива жидкой фазы, как правило, не происходит или же пролитое вещество быстро (за несколько минут) испаряется за счет тепла окружающей среды.

В зависимости от метеоусловий токсичное облако перемещается на прилегающую к аварийному объекту территорию. Этот тип ЧС является наиболее опасным как с точки зрения интенсивности воздействия поражающих факторов, так и трудности быстрого реагирования органов и сил РСЧС, направленных на предотвращение или снижение потерь [2].

2) Второй тип ЧС сопровождается образованием пролива, первичного и вторичного облаков АХОВ. Этот тип может возникнуть при аварийных проливах АХОВ на ХОО, использующих (хранящих, транспортирующих) сжиженные ядовитые газы, а также перегретые летучие токсичные жидкости с температурой кипения ниже температуры окружающей среды (окись этилена, фосген, окислы азота, сернистый ангидрид, синильная кислота и др.). Аварии с выбросом (проливом) аммиака также могут привести к ЧС этого типа.

При разгерметизации емкостей или технологического оборудования с указанными АХОВ часть вещества (обычно не более 10%) мгновенно (1-3 мин.) испаряется, образуя первичное облако паров со смертельными концентрациями. Оставшаяся часть вещества выливается в обвалование, поддон или на подстилающую поверхность и постепенно испаряется за счет тепла окружающей среды, образуя вторичное облако паров с поражающими концентрациями. В зависимости от времени года, метеоусловий, характера и геометрических условий пролива время испарения может составить от десятков минут до нескольких суток.

Поражающие факторы такой ЧС - это кратковременное ингаляционное воздействие первичного облака АХОВ со смертельными концентрациями паров и более продолжительное воздействий вторичного облака с опасными поражающими концентрациями паров. Кроме того, пролитый продукт может заражать грунт и воду.

Указанный тип ЧС также очень опасен для населения, но в отличие от первого позволяет по времени привлечь достаточное количество сил и средств для эффективного проведения АСДНР.

3) Третий тип ЧС может возникнуть в результате аварии с образованием пролива и только вторичного облака. Эта ситуация характерна для крупных аварий на ХОО, сопровождающихся большими проливами в поддон (обвалование) или на подстилающую поверхность сжиженных (при изотермическом хранении) или жидких АХОВ с температурой кипения ниже или близкой к температуре окружающей среды. В этом случае при испарении пролитого продукта образуется только вторичное облако паров токсичного вещества с поражающими концентрациями, которое, при неблагоприятных условиях может распространиться на значительные расстояния от места аварии. Указанный тип ЧС может возникнуть, например, при аварийном проливе фосгена. Третий тип менее опасен для населения, чем первые два, т. к. позволяет по времени принять эффективные меры по защите населения и ликвидации последствий аварии.

Основные поражающие факторы при третьем типе ЧС - ингаляционное воздействие вторичного облака АХОВ и заражение грунта и воды на месте пролива.

4) Четвертый тип ЧС - это ЧС с заражением территории (грунта, воды) малолетучими АХОВ. такие ситуации могут возникать при крупных авариях на ХОО, сопровождающихся выбросом (проливом) значительного количества малолетучего АХОВ. Агрегатное состояние этого вещества либо жидкость с температурой кипения гораздо выше температуры окружающей среды, либо твердое вещество. В результате выбросов таких веществ может произойти заражение местности с опасными последствиями для жизни живых организмов и растительности. Вторичного облака паров с поражающими концентрациями при этом типе ЧС не образуется, но длительное пребывание на зараженной территории без СИЗОД может привести к ингаляционному отравлению. Основным поражающим фактором при четвертом типе ЧС является возможное пероральное или в ряде случаях резорбтивное воздействие на организм.

К числу АХОВ, которые могут при авариях на ХОО стать причиной ЧС четвертого типа, относятся фенол, диоксин, сероуглерод, ацетонитрил, металлическая ртуть, соли синильной кислоты.

Также следует отметить, что описанные выше типовые варианты ЧС на ХОО, особенно второй и третий типы, могут быть осложнены взрывами и пожарами, сто становится причиной возникновения дополнительных поражающих факторов, таких как, ударная волна, обрушение зданий и сооружений с образованием завалов, прямое воздействие огня, тепловое излучение, задымление, образованию токсичных продуктов горения. Все это может увеличить потери и ущерб от аварии на ХОО и значительно осложнить проведение АСДНР.

1.5.3.2 Классификация ЧС по масштабу

ЧС в зависимости от масштаба, количества пострадавших и нанесенного материального ущерба классифицируются в соответствии с Постановлением №304 от 21 мая 2007 г. «О классификации ЧС природного и техногенного характера». (Таблица 1.2)

Таблица 1.2 - Классификация ЧС

Характер ЧС	Зона ЧС	Количество пострадавших, чел.	Материальный ущерб, млн. руб.
Локальная	не выходит за пределы территории объекта	не более 10	не более 0,1
Муниципальная	не выходит за пределы территории одного поселения или внутригородской территории города федерального значения	не более 50	не более 5
Межмуниципальная	затрагивает территорию двух и более поселений, внутригородских территорий города федерального значения или межселенную территорию	не более 50	не более 5
Региональная	не выходит за пределы территории одного субъекта Российской Федерации	50…500	5…500
Межрегиональная	территорию двух и более субъектов Российской Федерации	50…500	5…500
Федеральная	территорию двух и более субъектов Российской Федерации	свыше 500	свыше 500

1.5.4 Наиболее крупные аварии, связанные с выбросом (разливом) аммиака

Авария 5 июня 1971 г. в г. Флор Аль (штат Арканзас, США) По-видимому, это было самое крупное разлитие аммиака, отмеченное литературе. Разрыв трубопровода привел к выбросу около 600 т аммиака. Жертв не было. Аммиак попал в реку, что привело к гибели рыбы.

Авария 13 июля 1973 г. Потчефструм (ЮАР). Эта авария произошла на заводе по выпуску удобрений. Причиной аварии стал отрыв торцевой крышки резервуара, содержавшего 50 т аммиака. Осколок торцевой части диаметром 2,9 м (25% массы торцевой части) отлетел на 40 м. Размер утечки составил 38 т аммиака, хранившегося при температуре около 15 °С. В результате аварии погибло 18 человек, шестеро из них находились за пределами предприятия.

В радиусе до 50 м от места аварии, погибли 7 человек; в радиусе 50…100 м погибли 5 человек; на расстоянии 100…150 м погиб 1 человек; на расстоянии 150…200 м умерли 5 человек. Было отмечено 65 случаев несмертельных отравлений. Впоследствии некоторые пострадавшие утверждали, что на земле дышать было легче, так как воздух содержал у поверхности земли меньше аммиака.

Результаты металловедческого анализа разрушенного резервуара: торцевая часть оказалась очень хрупкой. По мнению независимого эксперта, после замены торцевой части резервуара (за 4 года до аварии) необходимо было провести термообработку для снятия образовавшихся напряжений. Это и стало причиной аварии [5].

Авария 6 мая 1976 г. в г. Хьюстон (штат Техас, США).

В данной аварии автоцистерна с аммиаком, двигавшаяся по горному шоссе, в результате дорожного происшествия съехала с полотна дороги и, пролетев 10 м, упала на проезжую часть проходившего внизу шоссе. Произошел мгновенный выброс 19 т аммиака, погибло 6 человек, пострадало более 100 человек. В начальный период аварии образовавшееся облако аммиачно-воздушной смеси было тяжелее окружающего воздуха.

Эта площадь, согласно оценкам автора [5], сделанным путем сравнения фотографий из работы и карты места аварии из работы составляет приблизительно 1 км².

Авария 1997 г. в г. Барнаул

Во время работы в ночную смену машинист находился в нетрезвом состоянии. Средства автоматической защиты АХУ были им отключены. В результате превышения допустимого уровня аммиака в циркуляционном ресивере произошел гидравлический удар в цилиндре компрессора. Через пробитую при этом прокладку газообразный аммиак быстро распространился по помещениям машинного зала и управления (двери были открыты), где находился и, возможно, спал машинист. Он получил тяжелое отравление и после длительного лечения скончался [13].

По данным Росгостехнадзора в России ежегодно происходит несколько тысяч аварий в химических отраслях. Число аварий с угрозой выброса АХОВ увеличивается вследствие транспортных происшествий. В период 2002…2007 г. в России на ХОО было зарегистрировано несколько десятков аварий с аммиачными веществами. В этих авариях пострадало около 30 человек и 5 человек получили смертельное отравление парами аммиака. Некоторые из них, наиболее крупные, приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Описание некоторых аварий с аммиачными веществами, произошедшими в период 2002…2007 г. В России

Дата аварии	Место аварии, предприятие, на котором произошла авария	Краткое описание аварии	Масса разлившегося вещества, кг	Причины аварии	Количество пострадавших / погибших
13.02.2002	ОАО «Пигмент»	при пуске аммиачного компрессора разрушился цилиндр второй ступени с вырыванием клапанной коробки на стороне нагнетания	150	Коррозионный износ стенок цилиндра	1/1
27.08.2002	ООО «Тирса»	разгерметизация технологической системы АХУ, выброс аммиака	1000	пожар, возникший при повреждении электрического кабеля и коротком замыкании	6/3
08.07.2003	ОАО «Любинский молочно-консервный комбинат»	Выброс аммиака из неработающей емкости	150	Отрыв крышки	4/0
22.07.2003	Пищевой комбинат «Уссурийский продукт»	Разрушение линейного ресивера с выбросом аммиака	1200	взрыв аммиачного контейнера в компрессорном цехе	3/0
5.08. 2003	ООО «Холод»	Выброс аммиака из испарителя	50	выход из строя металлического кожуха трубного испарителя	0/0
06.09.2005	ОАО «Калининградского мясокомбината»	Выброс аммиака из системы трубопроводов	100	Несоблюдение правил техники безопасности при ремонте насоса	2/0
03.05.2006	ОАО «Микояновский мясоперерабатывающий завод», Москва	Разрыв трубопровода, выброс аммиака	100	Фура, доставившая груз на завод, разворачиваясь, не вписалась в разворот на территории завода и крышей задела стойку, на которой крепился трубопровод	1/1
07.06.2007	Рыбный порт, Петропавловск-Камчатский	Авария на морозильной установке траулера «Кое Мару»	2000	неизвестны	6/1
03.09.2007	ЗАО «Черниговский мясокомбинат»	Разгерметизация трубопровода с последующим выбросом аммиака	1000	Обвал стены здания, в котором размещались трубопроводы	2/0

Значительное количество аварий связано, прежде всего, с медленными темпами реконструкции и модернизации производства, переносами сроков ремонта и замены оборудования, ухудшением качества ремонтов, несвоевременной диагностикой технического состояния эксплуатируемого оборудования. Амортизационный износ оборудования достигает 60 - 70%, а на ряде производств 95 - 100% [2].

1.6 Факторы, влияющие на обеспечение безопасной эксплуатации АХУ

Основные и типичные для большинства предприятий, эксплуатирующих АХУ, факторы, влияющие на промышленную безопасность:

1) техническое состояние оборудования, трубопроводов, запорной и предохранительной арматуры;

2) наличие, техническое состояние и организация грамотной эксплуатации приборов автоматической защиты и управления технологическим процессом;

3) квалификация персонала и соблюдение технологической и трудовой дисциплины;

4) готовность обслуживающего персонала к локализации и ликвидации аварийных ситуаций и аварий;

5) оснащенность АХУ средствами противопожарной, а персонала - индивидуальной защиты;

6) должный контроль со стороны руководства за состоянием промышленной безопасности и соблюдением нормативов при эксплуатации АХУ [13].

1.7 Типичные причины, приводящие к разгерметизации составных частей аммиачной холодильной установки

Часто опасности аварий с резервуарами связаны с их большой емкостью, т.е. наличием большого количества АХОВ в единичной емкости. Наиболее массовые вертикальные цилиндрические стальные резервуары монтируются из поясов, соединенных сварными швами. Основной причиной аварий резервуаров является возникновение трещин в сварных швах, как результат некачественной сварки (непровар), выплавки и режима эксплуатации [5].

Но помимо разгерметизации резервуаров, содержащих наибольшее количество АХОВ, аварии могут быть вызваны разрушением отдельных блоков технической системы.

Анализ физико-химических свойств аммиака, условий производственных операций и изучения опыта крупных аварий по зарубежным литературным данным и сведениям Росгостехнадзора России позволяет сделать вывод, что для аммиачной холодильной установки характерны следующие аварии:

1) разрушение оборудования и коммуникаций, находящихся под избыточным давлением;

2) взрыв и сгорание аммиачно-воздушной смеси при разгерметизации оборудования;

3) распространение токсичного облака аммиака, образовавшегося в результате выброса его из системы;

Основные причины, способствующие возникновению аварии:

1) нарушение персоналом норм и правил производственной и трудовой дисциплины, своих должностных обязанностей и правил по ремонту и эксплуатации оборудования и систем;

2) нарушение норм технологического режима (в том числе из-за отказа средств контроля и управления), выход заданных параметров за допустимые регламентированные пределы возможных изменений и их тенденция приближения к опасным предельным значениям;

3) все случаи разгерметизации технологических систем и создание на объекте любой степени загазованности, включая локальные очаги;

4) аварийная остановка какого либо блока системы из-за неисправности или по другим причинам;

5) возникновение на объекте любых возгораний или очагов пожара;

6) внешнее механическое воздействие на элементы технологической системы;

7) природные опасности акты саботажа (диверсии), опасности, связанные с движением транспорта, а также с соседними производствами и объектами [1].

Опыт эксплуатации АХУ показывает, что опасными отклонениями от оптимального режима работы являются:

1) повышенная температура нагнетания.

Эта ситуация может возникнуть при перегреве на всасе компрессора или при неполадках непосредственно в самом компрессоре и привести к разгерметизации компрессора или его обвязки.

2) повышенная температура конденсации из-за несоответствия производительности включенных компрессоров и конденсаторов;

3) попадание влаги в цилиндры компрессора.

Это может привести к гидравлическому удару и разрушению цилиндров компрессора. Попадание жидкости в цилиндры, вызывающие гидравлические удары, чаще всего связано с неисправностью приборов контроля уровня жидкости в отделителях на всасывающей стороне компрессоров, а также с другими нарушениями режима работы машины. Может произойти разгерметизация компрессора или его обвязки;

4) разгерметизация оборудования, трубопроводов.

Возможные причины: коррозия, ослабление фланцевых соединений или неправильная их затяжка, использование неподходящих материалов в качестве сальниковых набивок, выход из строя отдельных движущихся частей запорной или предохранительной арматуры, вибрация, дефекты материала, оборудования, трубопроводов, прокладок. Опыт эксплуатации показывает, что имеют место пропуски в сальниковые уплотнения запорной арматуры, через образующиеся в процессе работы неплотности в прокладках фланцевых соединений аппаратов и трубопроводов [1,5].

2. Описание ОАО «Уфамолзавод»

Приведены общие сведения об объекте, характере местности, на которой он расположен, санитарно-защитной зоне и распределении людей по территории объекта.

2.1 Общие сведения о промышленном объекте

Полное наименование предприятия: Открытое Акционерное Общество «Уфамолзавод».

Вышестоящая организация: Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Башкортостан.

Адрес: РБ, 450001, г. Уфа, Комсомольская, 3, ОАО «Уфамолзавод».

Телефоны: г. Уфа, 228-33-90, факс 228-34-98.

В состав промышленного объекта ОАО «Уфамолзавод» входят два основных цеха: приемно-аппаратный и цех мороженого. План расположения основного технологического оборудования ОАО «Уфамолзавод» представлен на рисунке П. 1.1.

Таблица 2.1 - Производственные мощности приемно-аппаратного цеха ОАО «Уфамолзавод»

Полученный продукт	Объем полученного продукта (т/смена)
приемка молока	63
молоко в крупной таре	12
молоко фасованное	27,7
творог	3,6
сырки творожные	1
сыр адыгейский	0,5
сгущенное молоко	0,35
сыр домашний	1
сметана	0,6

Компрессорный цех завода обеспечивает охлаждение и хранение охлажденного продукта - 239 т/смена [1].

2.2 Описание месторасположения промышленного объекта

ОАО «Уфамолзавод» расположен на пересечении ул. Комсомольская и ул. Бессонова в Советском р-не, г. Уфа. АХУ размещается на границах ОАО «Уфамолзавод», занимающего площадь 2,5 га. Здания и сооружения кирпичные постройки 1960 г.

Территория не является особо охраняемой и не включена в заповедный фонд. Санитарно-защитная зона от границ ОАО «Уфамолзавод» - отсутствует. АХУ размещается на генплане предприятия с относительно ровным рельефом местности, характеризующимся отметками 186.03: 189.64 м, с уклоном на юго-восток. На площадке установки отсутствуют овраги, каналы.

Расстояние от поверхности грунта до уровня залегания грунтовых вод составляет 1,5 м.

2.3 Сведения о природно-климатических условиях в районе расположения объекта

Климат района резко-континентальный. В сейсмическом отношении район устойчив согласно СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах».

Таблица 2.2 - Температура воздуха в данном районе

Время года	Температура воздуха (Тв), 0С
Самый холодный месяц (январь), среднемесячная Тв	-14,6
Самый жаркий месяц (июль), среднемесячная Тв	19,0
Наиболее холодный период, средняя Тв	-19,0
Наиболее жаркий месяц (июль), среднемаксимальная Тв	24,7
абсолютный минимум Тв	-44,0
абсолютный максимум Тв	39,0
Наиболее холодная пятидневка, средняя Тв	-35,0

Продолжительность отопительного периода на объекте - 214 дней. Глубина промерзания грунта - 1,8 м. Снеговая нагрузка - 150 кг/м², что соответствует IV географическому району по весу снегового покрова (СНиП 2.01.07 - 85).

Таблица 2.3 - Средняя влажность воздуха и количество осадков в данном районе в течение года

Средняя месячная относительная влажность воздуха в 13:00, %	Наиболее холодного месяца (январь)	82
	Наиболее теплого месяца (июль)	53
Среднее количество осадков, мм	за год	533
	суточный максимум	53

Ветровой режим.

Повторяемость различных направлений и скоростей ветра определяется сезонным режимом барических образований и рельефом местности.

Зимой под влиянием западного острога сибирского антициклона наблюдается увеличение частоты южных ветров. Летом повторяемость направлений ветра имеет сложное распределение, преобладают ветра северного и северо-западного направлений.

Существенное влияние на перенос и рассеивание вредных примесей в приземном слое атмосферы оказывают слабые ветры, скорость которых меньше 2 м/с. Ветровая нагрузка - 30 кг/м², что соответствует II географическому району по давлению ветра (СНиП 2.01.07 - 85).

Туманы.

Атмосферные давления, в частности, туманы, на рассматриваемой территории обуславливаются особенностями циркуляции атмосферы в отдельные сезоны и влиянием рельефа. Средняя продолжительность туманов 54,8 ч (в год), среднее число дней с туманами - 37 (в год).

Анализ годового хода показывает, что максимальное число дней с туманами и максимальная продолжительность туманов отмечается с октября по январь.

Преобладающим в данном районе являются радиационные туманы, которые образуются в результате радиационного охлаждения почвы, от которой затем охлаждается прилегающий к ней воздух [1].

2.4 Данные о персонале промышленного объекта и населении, проживающем на прилегающей к нему территории

2.4.1 Персонал промышленного объекта

Общая численность рабочих и служащих на ОАО «Уфамолзавод» состаляет 646 человек.

Фирменные магазины №1,2,3,4 и столовая №2 располагаются за территорией завода, и общая численность работников и персонала в них составляет 73 человека. Распределение персонала по территории объекта представлено в таблице 2.4.

2.4.2 Население, проживающее на территории, прилегающей к объекту

Советский р-н г. Уфы, расположенный в его центре, является одним из крупнейших промышленных и социально-культурных центров столицы. Район занимает площадь 16,2 км². Численность населения, проживающего на территории Советского района, составляет 166,1 тыс. чел. Средняя плотность населения в данном районе составляет 10,253 тыс. чел. / км².

К территории объекта примыкают жилые дома, предприятия, в том числе, ЦТиР «Мир», хлебзавод №3, которые являются местами массового скопления людей. Удаление источников заражения от жилых кварталов 0,15 км, от промышленных предприятий - 0,3 км.

Также на расстоянии 0,4…1,0 и более км от объекта расположено множество магазинов, аптеки, баня, школы и детские сады. Остановки транспорта «ЦТиР «Мир», «Округ Галле» на Пр. Октября, школы и детские сады также являются местами массового скопления людей.

Таблица 2.4 - Численность и распределение по территории объекта персонала ОАО «Уфамолзавод» в дневное и ночное время

Наименование цехов, подразделений, участков	Численность, чел.
	Дневное время (смена)	Ночное время и выходные дни
Лаборатория	15	3
Цех мороженого	30	20
Вафельный участок	10	10
Маслоучасток	6	5
Участок по производству кефира	8	-
Приемно-аппаратный цех	33	4
Участок «СГОЛ»	5	-
Транспортный цех	49	2
Электроцех	10	2
Участок КиП и А	9	2
Паросиловое хозяйство (ПСХ)	15	3
Эксплуатационно-ремонтный цех (ЭРЦ)	16	-
Компрессорный цех	19	2
Ремонтно-строительный цех (РСЦ)	22	-
Тарный цех	3	1
Отдел материально-технического снабжения (ОМТС)	9	-
Санцех	10	2
Отдел охраны	4	3
Общежитие	3	1
Столовая №1	6	-
Коммерческий отдел (готовой продукции, отдел сбыта)	20	4
Заводоуправление	43	-
Итого	345	61

Таким образом, максимальное количество работающих: в дневное время - 345 человек, в ночное время - 61 человек.

3. Характеристика веществ, применяемых и обращаемых на ОАО «Уфамолзавод»

Предметом рассмотрения данной дипломной работы является АХУ на ОАО «Уфамолзавод», в качестве хладагента на которой используется аммиак. В данном разделе приведены структурная формула аммиака, получение и использование его в промышленности, основные физико-химические и токсические свойства.

3.1 Получение аммиака

Аммиак (NH₃) - простейшее соединение азота с водородом, бесцветный газ с удушливым резким запахом. Относится к азотсодержащим неорганическим соединениям. Молекула аммиака представлена на рисунке 3.1.

Молекула NH₃ имеет форму трехгранной пирамиды с атомом азота в вершине. В молекуле аммиака атомы Н могут иметь два равновесных положения в параллельных плоскостях (по обе стороны от атома N). Соответствующий переход - это, так называемая, инверсия молекулы NH₃ [11].

Рисунок 3.1 - Молекула аммиака

Между молекулами аммиака существуют водородные связи. В твердом аммиаке каждый атом азота связан с шестью атомами водорода тремя ковалентными и тремя водородными связями. При плавлении аммиака рвутся только 26% всех водородных связей, еще 7% разрываются при нагреве жидкости до температуры кипения. И лишь выше этой температуры исчезают почти все оставшиеся между молекулами связи.

В природе аммиак образуется при разложении азотсодержащих органических соединений. Впервые аммиак был получен в чистом виде в 1774 году английским химиком Джозефом Пристли. Он нагревал нашатырь (хлорид аммония) с гашеной известью (гидроксид кальция).

Эту реакцию до сих пор используют в лабораториях, если требуется получить небольшие количества этого газа. Другой удобный способ получения аммиака - гидролиз нитрида магния:

В начале XIX века аммиак получали с помощью синтеза, например из цианамида кальция: или из цианида натрия:

В наше время в промышленности аммиак получают синтезом из азота и водорода:

Процесс протекает при повышенных значениях температуры и давления, в присутствии катализатора [11].

3.2 Физико-химические свойства аммиака

Аммиак при нормальной температуре и атмосферном давлении находится в газообразном состоянии. С понижением температуры до -33,3 °С или при комнатной температуре при повышении давления примерно до 10 атм аммиак сжижается. А при охлаждении до -77,7° С - замерзает [5].

Аммиак отличается хорошей растворимостью в воде: при нормальных условиях 1 мл воды способен поглотить больше литра газообразного аммиака (точнее, 1170 мл) с образованием 42,8%-ного водного раствора. Водные растворы аммиака обладают уникальным среди всех щелочей свойством: их плотность снижается с увеличением концентрации раствора (от 0,99 г./см³ для 1%-ного раствора до 0,73 г./см³ для 70%-ного).

Аммиак вступает в реакции присоединения, замещения и окисления. Не разрушает углеродистые стали, но взаимодействует с медью, алюминием, цинком и их сплавами.

Таблица 3.1 - Физико-химические свойства аммиака [4]

Наименование показателя	Значение
Молекулярная масса	17,03
Температура кипения, 0С (при атмосферном давлении)	-33,3
Плотность, кг/м3 (при t=200С)	0,727
Теплота испарения, кДж/моль	23,4
Критическая температура, 0С	132
Удельная теплота испарения, кДж/кг	1190,7
Давление насыщенных паров при температуре 20 °С, Па	85,46
Растворимость в воде	?
В других растворителях	спирт, эфир

3.3 Свойства, определяющие пожаровзрывоопасность аммиака

Жидкий аммиак не горюч и не взрывоопасен. Газообразный аммиак относится к горючим газам. В соответствии с ГОСТ 12.1.011 - 78 (1991) «ССБТ. Смеси взрывоопасные. Классификация и методы испытаний» аммиачно-воздушная смесь относится к категории взрывоопасности IIА и группе Т1 [25]. В чистом кислороде аммиак сгорает бледно-желтым пламенем, превращаясь, в основном, в азот и воду.

Аммиак горит при наличии постоянного источника огня. Наличие масел и другого горючего увеличивает пожаровзрывоопасность этого вещества [5]. Емкости с аммиаком при нагревании могут взрываться.

Водный раствор аммиака обладает свойствами слабого основания. Контакт с ртутью, хлором, йодом, бромом, кальцием и окисью серебра может привести к образованию взрывчатых соединений.

Таблица 3.2 - Параметры, характеризующие пожаровзрывоопасность аммиака