Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Выбросы сильнодействующих ядовитых веществ и их нейтрализация

Действие токсичных веществ на живые организмы

Токсичность - это свойство веществ, которые, попадая внутрь организма живого существа, приводят к его гибели или вредят его здоровью. Выбросы сильнодействующих ядовитых веществ, о которых будет идти речь, представляют собой краткосрочные события продолжительностью не более одного часа. Таким образом, утечки малых количеств токсичных веществ, приводящие к профессиональным заболеваниям у персонала предприятия или же аналогичным заболеваниям у жителей окрестностей, здесь не обсуждаются.

Существуют три важнейших пути попадания токсичного вещества в человеческий организм:

с пищей и водой (пероральный);

через кожу (кожно-резорбтивный);

при вдыхании (ингаляционный).

Последний из них можно считать основным при краткосрочных выбросах.

Основные термины, используемые при анализе химических опасностей

Доза - общий термин, показывающий количество токсичного вещества, поглощенного человеком. Для конкретных применений этот термин должен быть соответствующим образом определен. Для случая токсичных веществ используется также термин токсодоза.

Токсодоза - количественная характеристика токсичности вещества (отравляющего или сильнодействующего ядовитого), соответствующая определенному уровню поражения при воздействии на живой организм. Токсодоза по-разному определяется для ингаляционных и кожно-резорбтивных поражений.

Ингаляционная токсодоза - произведение средней концентрации токсичного вещества, воздействующего через органы дыхания, и времени пребывания человека в зараженном воздухе. Ингаляционные токсодозы измеряются в (гмин)/м или (гс)/м. Для характеристики уровней токсичности при воздействии через органы дыхания основными являются следующие величины: средняя смертельная токсодоза, средняя выводящая из строя токсодоза, средняя пороговая токсодоза.

Средняя смертельная токсодоза - LCtx - ингаляционная токсодоза, вызывающая смертельный исход у х % пораженных. Обычно рассматривают случаи х=50 % и х=100 %. Здесь L - от латинского слова Letalis (смертельный), C обозначает концентрацию, t - время экспозиции.

Средняя выводящая и з строя токсодоза - ICtx - ингаляционная токсодоза, обеспечивающая вывод из строя х % пораженных. Обычно рассматривают случаи х=50 % или х=100 %. Здесь I - от английского слова Incapable (неспособный), С обозначает концентрацию, t - время экспозиции.

Средняя пороговая токсодоза - PCtx - ингаляционная токсодоза, вызывающая начальные симптомы поражения у х % пораженных. Обычно рассматривают случаи х=50 % или х=100 %. Здесь Р от английского слова Primary (начальный). С обозначает концентрацию, t - время экспозиции.

Кожно - резорбтивная токсодоза - масса жидкого или твердого вещества, воздействующего на человека через кожу, кровь или при проглатывании. Кожно-резорбтивные токсодозы измеряют в мг на 1 кг массы или полную массу человека (обычно эта масса полагается равной

70 кг): мг/кг или мг/чел. Для характеристики уровней токсичности при воздействии через кожу, кровь или при проглатывании основной величиной является средняя смертельная доза.

Средняя смертельная доза - LDx - токсодоза, обозначающая количество вещества на 1 кг массы (или на полную массу),при котором летальный исход возникает у х % пораженных. Обычно рассматривают случаи х=50 % или х=100 %. Здесь D указывает дозу.

Зона - ограниченная каким-либо образом часть пространства.

Внешняя зона - непосредственно прилегающая к объекту территория, в которой распределение и плотность населения, использование земли и воды рассматриваются с точки зрения возможности действий в чрезвычайной ситуации.

Санитарная зона - контролируемая площадь вокруг промышленного предприятия, выделяемая для того, чтобы обеспечить соответствующее расстояние между технологическими установками и местами, в которые население имеет доступ.

Зона химического заражения - территория, в пределах которой будет проявляться поражающее действие токсичных веществ.

Концентрация - количественная характеристика облака. Объемная концентрация - количество токсичного вещества на единицу объема облака.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны - концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе по 8 ч или при другой продолжительности рабочего дня, но не более 41 ч в неделю, в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Облако - взвесь в атмосфере какого-либо вещества в любом из возможных фазовых состояний (твердом, жидком и (или) газообразном).

Радиус поражения - радиус такого круга с центром в точке реализации опасности, что все находящиеся в нем люди подвергаются поражению определенной степени.

Удельная смертность - отношение числа погибших в результате реализации определенной опасности при аварии, катастрофе к количеству выделившегося опасного вещества. Размерность величины - чел./т.

аммиак хлор фосген авария

Причины выброса токсичных веществ

С 1965 по 1980 г. во всем мире из 1307 смертельных случаев в крупных авариях, включающих пожары, взрывы или токсичные выбросы как на стационарных установках, так и во время транспортировки, 104 смертельных случая (8 %) связаны с выбросом токсичного вещества. Статистика по несмертельным случаям такова: общее число пораженных - 4285 человек, пострадали от токсичных выбросов - 1343 человека (32 %). До 1984 г. соотношение пострадавших и погибших в результате токсичных выбросов сильно отличалось от соотношения аварий с пожарами и взрывами. Однако авария, происшедшая 3 декабря 1984 г. в г. Бхопал (Индия), унесла около 4 тыс. жизней и внесла существенную поправку в это соотношение. Аварии с выбросом токсичных веществ сильно волнуют общественность во всех промышленно развитых странах.

Многие токсичные вещества, широко используемые в промышленности, из которых наиболее важными являются хлор и аммиак, хранятся в виде сжиженных газов под давлением не менее 1 МПа. В случае потери герметичности резервуаров, где хранится такое вещество, происходит мгновенное испарение части жидкости. Количество испарившейся жидкости зависит от природы вещества и его температуры. Некоторые токсичные вещества, которые являются жидкостями при обычной температуре, хранятся в резервуарах (под атмосферным давлением), снабженных дыхательной арматурой и соответствующими устройствами для предотвращения утечки в атмосферу, например специальной ловушкой с активированным углем. Одной из возможных причин потери герметичности резервуара может стать появление избыточного давления инертного газа, например азота, внутри парового пространства резервуара, что происходит в результате отказа редукционного клапана в случае отсутствия системы автоматического регулирования давления в резервуаре. Другая причина - унос остатка токсичного вещества вместе с водой, например при промывке резервуара.

Возможной причиной утечки из резервуаров может стать избыточное количество подводимого к резервуару тепла, например в виде солнечной радиации или тепловой нагрузки пожара на территории хранилища. Попадание в резервуар веществ, вступающих в химическую реакцию с содержимым, может также стать причиной токсичного выброса, причем даже в том случае, если само по себе содержимое обладало низкой токсичностью. Известны случаи, когда на предприятиях в результате неумышленных действий, например при смешивании соляной кислоты и отбеливателя (гипохлорита натрия), происходила утечка образовавшегося хлора. Попадание в резервуар веществ, ускоряющих полимеризацию или разложение, может привести к высвобождению такого количества тепла, которое вызовет выкипание части содержимого и приведет к образованию выбросов токсичных веществ.

Эксперименты на человеке

В настоящее время считается, что данные по токсичности тех или иных веществ не очень надежны. Чтобы предсказать число жертв при аварии, следует иметь данные о том, какие значения концентрации токсичного вещества соответствуют определенному уровню поражения человека. Следует сразу же оговориться, что однозначного соответствия здесь не существует. Это объясняется значительными различиями в состоянии каждого человека: его здоровьем, возрастом, индивидуальными особенностями организма и т. д. На основании каких данных можно оценить токсичность вещества? Наиболее очевидный способ - прямой эксперимент на человеке. Существует ряд способов проведения экспериментов на человеке. Один из них - привлечение добровольцев. В этих случаях применяются такие дозы (постепенно), которые не приводят к серьезному ущербу для здоровья испытуемых. Эксперименты же с применением (точнее - с выявлением) летальных доз на людях исключаются. Существуют данные по уровню летальных доз для некоторых токсичных веществ, попадающих в организм человека при самоубийствах. Известна также информация о воздействии токсичных веществ при их случайном приеме внутрь или при преднамеренном подмешивании яда в пищу. Ситуации, описанные выше, вряд ли можно назвать экспериментом. Без научного анализа подобных случаев нельзя получить достоверной информации по токсичности тех или иных веществ. В условиях военного времени возникают ситуации, которые можно считать экспериментами на человеке. Боевое применение отравляющих газов в период первой мировой войны имело значительную научную проработку как с точки зрения их использования, так и в отношении последствий. Воюющие державы применяли или рассматривали в качестве резервных около 40 отравляющих веществ, большинство из которых в настоящее время являются крупнотоннажной продукцией и могут приводить к химическим катастрофам. Если пользоваться только результатами, полученными при экспериментах по выявлению токсичности различных веществ на людях, то знания о свойствах традиционных ядов были бы весьма скудны. Еще меньше мы знали бы о токсичных свойствах веществ, широко используемых в промышленности, так как эти вещества не служили орудиями убийства или самоубийства, или же в качестве боевых отравляющих веществ в военное время. Кроме того, в промышленности в настоящее время применяется ряд веществ, по которым не имеется никаких сведений относительно их токсичного действия на людей, однако возможность такого действия всегда надо иметь в виду. Этот пробел в знаниях о токсичности веществ хотя бы частично позволяют восполнить эксперименты на животных.

Эксперименты на животных

Основным преимуществом экспериментов на животных является возможность проведения их по научной методике с использованием контрольных групп, подбора животных примерно одного возраста и физических кондиций, точного определения количеств применяемых веществ (дозы) и, наконец, благоприятные условия для статистической обработки результатов экспериментов. У этого метода есть, однако, и недостатки. Полученные экспериментальные данные по различным животным могут существенно отличаться. Так, например, при определении токсичности диоксина были получены результаты, приведенные в табл.

Таблица

Подопытное животное	LD50 (50 %-ная летальная доза), мг/кг
Морская свинка	0,6
Хомяк	3000

Таким образом, значения токсичности диоксина, полученные для разных животных, относятся как 5000 к 1. В таком случае возникает вопрос: какое значение выбрать при определении токсичности диоксина для человека? Что касается предсказания числа человеческих жертв в случае внезапного выброса токсичного вещества, то существует один фактор, который до недавнего времени не учитывался исследователями. Дело в том, что число летальных исходов среди людей, подвергшихся воздействию токсичного вещества, можно сильно снизить при применении последующей медицинской помощи, а при экспериментах на животных она не применяется.

Формы представления данных по токсичности

Существует ряд способов представления данных по токсичности. Так, при попадании токсичного вещества внутрь организма через желудочно-кишечный тракт (пероральное отравление) данные выражают количеством токсичного агента на 1 кг массы (при этом считается, что средняя масса взрослого человека равна примерно 70 кг). Если допустить, что данные, полученные в результате опытов с животными, могут быть пересчитаны для человека, однозначного коэффициента пересчета для каждого типа животных не существует. Это происходит вследствие того, что чувствительность к данному токсичному веществу у индивидуальных организмов животных одного типа различна. LD50 токсичного вещества может различаться в 2 - 3 раза в зависимости от пола, возраста и физических кондиций особи внутри одного типа испытуемых животных. Более того, эксперименты на животных, приводящие к гибели всех участвующих в эксперименте особей, не дают точного значения летальной дозы. Именно поэтому применяется показатель токсичности LD50 - доза, при которой погибает 50 % особей, участвующих в эксперименте. Считается, что LD50 служит наиболее удобным показателем для определения летального действия токсичного вещества. В литературе можно также встретить и другие значения летальных доз. Например, LD0 или LDL0 - самая низкая опубликованная доза, которая может вызвать летальный исход. Дело в том, что литературные данные из разных источников отличаются, поэтому в таком тонком вопросе, как оценка опасности, удобно указание, что показатель токсичности является минимальным из опубликованных. Для этого в ряде международных справочников в название дозы вводится дополнительно L (Literature), например LDL0. Зависимости количества летальных исходов от летальной дозы сильно различаются для разных токсичных веществ. Для пестицидов значения 50 % и 1 % летальных доз различаются в 70 раз. Попадание токсичных веществ через желудок - не единственный и не самый опасный путь проникновения яда в организм человека в случае внезапных выбросов. В таких ситуациях самый опасный путь - это вдыхание (ингаляция). Поэтому для таких случаев удобно пользоваться 50 %-ными и х %-ными летальными концентрациями (LC), где х меняется в широких пределах для различных токсичных веществ. Указанные характеристики не дают необходимой информации, если неизвестно время, в течение которого человек подвергался воздействию токсичного вещества. Для достаточно высоких уровней концентраций (сильных поражающих воздействий) справедливо следующее выражение:

c t = k,

где с -концентрация токсичного вещества;

t - время воздействия;

k - константа.

Однако, если бы эта формула была справедлива для любых концентраций, тогда, очевидно, понятие порогового уровня концентрации токсичного вещества стало бы бессмысленным. Известны экспериментальные данные, говорящие о том, что данная формула не годится для низких уровней концентраций. Объяснением служит способность организма абсорбировать токсичные вещества при их малых концентрациях с частичной нейтрализацией и последующим их выведением из организма без заметных последствий. Например, для циановодородной (синильной) кислоты при вдыхании ее паров LC0 = 200 мг/мпри экспозиции 10 мин. Из указанной выше формулы следует, что для человека концентрация 10 мг/м при экспозиции 200 мин может приводить к летальному исходу. На самом же деле концентрация 10 мг/м при ее воздействии в течение 200 мин практически вреда человеку не приносит. Очевидно, что в случае, когда имеются два равных по величине произведения концентрации на экспозицию (первое произведение - высокая концентрация и короткое время экспозиции и второе - низкая концентрация и длительная экспозиция), количество летальных исходов для первого случая будет выше, чем для второго. Скорость дыхания для человека принята в среднем 7 л/мин во время отдыха и до 30 л/мин при физической работе.

Способность СДЯВ к рассеиванию

Под способностью к рассеиванию понимается совокупность свойств токсичного вещества, определяющая интенсивность создаваемых им токсичных нагрузок. Эта способность зависит от соотношения давления, при котором содержался газ до момента выброса (давления паров внутри резервуара), к давлению его насыщенных паров при нормальных условиях. Наиболее высокую способность к рассеиванию имеют сжиженные газы, например хлор и аммиак. Фосген, находящийся в сжиженном состоянии, обладает более низкой способностью к рассеиванию по сравнению с хлором (при одинаковой температуре) вследствие более низкого давления насыщенных паров.

Стойкость СДЯВ

Боевые отравляющие вещества обычно принято делить на нестойкие и стойкие. К стойким относятся жидкости со средней и низкой летучестью (например, иприт). Для веществ, применяемых в промышленности, такое разграничение провести сложнее. Это связано с тем, что при многотонных разлитиях сжиженных газов, например хлора и аммиака, часть разлившейся жидкости (примерно 15 %) мгновенно испаряется, формируя так называемое первичное облако. Скорость испарения основной массы оставшейся жидкости зависит от интенсивности подвода тепла, и в некоторых случаях время испарения достигает нескольких дней, в результате чего образуется так называемое вторичное облако. Твердое вещество диоксин обладает чрезвычайно большой стойкостью. Его период полураспада в почве составляет несколько лет. В общих чертах можно сказать, что наименьшей стойкостью при выбросе обладают более легкие, чем воздух, токсичные химически стабильные газы, например окись углерода, циановодород. Далее в этом ряду располагаются сжиженные газы, обладающие также относительно высокой летучестью, например аммиак. За ними следуют сжиженные газы с большей плотностью, чем воздух, - хлор; высоколетучие жидкости - метилизоцианат; низколетучие жидкости - иприт и твердые токсичные вещества, например диоксин.

Вид воздействий СДЯВ на человека

Токсичные вещества сильно отличаются друг от друга по способу воздействия на человека. Одним из возможных подходов является классификация промышленных веществ (обладающих многообразием и неоднородностью вредных эффектов в интервале действующих концентраций) на основе преимущественного синдрома, складывающегося при острой интоксикации. А именно:

Вещества с преимущественно удушающим действием:

а) с выраженным прижигающим действием (хлор, оксихлорид фосфора, трихлорид фосфора);

б) со слабым прижигающим действием (фосген, хлорид серы).

Вещества, преимущественно общеядовитого действия (окись углерода, циановодород, этиленхлоргидрин).

Вещества, обладающие удушающим и общеядовитым действием:

а) с выраженным прижигающим действием (акрилонитрил);

б) со слабым прижигающим действием (окись азота, сероводород, двуокись серы).

Вещества, действующие на генерацию, проведение и передачу нервного импульса, или нейротропные яды (фосфорорганические соединения, сероуглерод).

Вещества, обладающие удушающим и нейротропным действием (аммиак).

Метаболические яды (метилхлорид, диметилсульфат, этиленоксид).

Вещества, нарушающие обмен веществ (диоксин).

Свойства и характеристики токсичных веществ

Хлор.

Молекулярная масса хлора равна 71. Это желто-зеленый газ в 2,5 раза тяжелее воздуха, критическая температура равна 144 С, температура кипения при атмосферном давлении -35 С. В промышленности используется в сжиженном виде. Доля мгновенно испарившейся жидкости в адиабатическом приближении при температуре 15 С составляет 17 %. Хлор сильно раздражает слизистые оболочки. При определении его токсичности получают весьма противоречивые значения, хотя он со времен первой мировой войны применялся в качестве боевого отравляющего вещества, а в настоящее время используется в промышленности. LD50, определенная по результатам экспериментов на животных, лежит в диапазоне 300-400 ЧНМ при экспозиции 30 мин. LD50 = 3,5 мг/кг массы. Хлор воздействует на легкие человека, вызывая в них обильное выделение жидкости. Эта жидкость изымается из круга кровообращения, что приводит к загущению крови. Самым простым способом оказания первой помощи является подача кислорода в легкие.

Применение хлора в качестве боевого отравляющего вещества

В районе г. Ипр (Бельгия) 22 апреля 1915 г. немецкие войска выпустили около 168 т хлора при легком ветре на участке фронта длиной

7 км. По одним оценкам погибло около 5 тыс. человек, по другим - около 1 тыс. человек. Для французских войск применение отравляющих веществ противником было полной неожиданностью, и никаких средств защиты у них не было. Отравления разной степени тяжести получили 15 тыс. человек. Факторы, способствовавшие поражению большого числа людей в результате данной боевой операции:

Военная дисциплина. Войска должны стойко оборонять свои позиции и ни в коем случае их не покидать.

Геометрический фактор. Ветер дул в сторону французских войск под углом 90 и газ распространялся по направлению ветра на участке шириной до 7 км. Большинство людей, попавших в зону движения облака, не успевали ее покинуть.

Метеорологические условия. Приказ к началу атаки был отдан тогда, когда метеоусловия способствовали наибольшей эффективности газовой волны.

Рельеф местности. Низины и овраги создавали “карманы”, в которых скапливался хлор.

Время образования облака хлора, которое составило всего 5 мин.

Боевые условия. Артиллерийский обстрел и пулеметный огонь привели к гибели людей, которые в их отсутствие могли бы выйти из зоны движения облака.

Газовое облако не достигло г. Ипр, который находился на расстоянии 5 км. В целом применение хлора в качестве боевого отравляющего вещества во время первой мировой войны разочаровало поборников химического оружия того времени.

Удельная смертность при поражении хлором

Боевые операции в первой мировой войне привели к таким последствиям: 2312 погибших на 1041 т хлора. Удельная смертность составила 2,22 чел./т. И это с учетом одновременного действия других поражающих факторов. Для выброса хлора на промышленных предприятиях удельную смертность считают равной 0,5 чел./т. В табл. представлены аварии с выбросом хлора.

Таблица

Дата аварии	Место аварии	Хранилище хлора	Масса облака, т	Количество погибших, чел.
01.08.1981	Пос. Монтана, Мексика	Ж./д. цистерна	300	17
10.12.1976	Батон-Руж, США	Резервуар	90	0
10.11.1979	Миссиссауга, Канада	Ж./д. цистерна	60	0
05.11.1947	Раума, Финляндия	« «	30	19
30.12.1962	Корнуэлл, Канада	« «	28	0
13.03.1965	Гриффит, США	« «	27	0
31.01.1965	Ла-Барр, США	« «	27	1
13.12.1926	Сент-Обан, Франция	Резервуар	24	19
10.05.1929	Сиракьюз, США	«	24	1
24.12.1939	Зарнешти, Румыния	«	24	60
1917	Уайндотт, США	«	17	1
04.02.1947	Чикаго, США	Ж./д. цистерна	16	0
08.02.1934	Ниагара-Фолс, США	« «	15	1
04.04.1952	Вальсум, ФРГ	« «	15	7
28.04.1963	Брандсвилл, США	« «	8	0
26.01.1940	Мюдолен, Норвегия	« «	7	3
01.08.1949	Фрипорт, США	Трубопровод	4	0
30.03.1956	Лейк-Чарльз, США	«	3	0
12.11.1936	Джонсонберг, США	Ж./д. цистерна	2	0

Промышленные аварии с выбросом хлора

Поселок Монтана, Мексика, 01.08.1981 г. В результате отказа тормозов 32 цистерны с хлором сошли с рельсов в узком ущелье. Разлилось

300 т хлора. Образовавшееся облако накрыло поселок Монтана (примерно 20 домов). Погибло 17 человек. Считается, что до 500 человек попали в загазованную зону, многие из них были с отравлением отправлены в госпиталь. Тысячи людей покинули близлежащий город Серритос.

Батон-Руж, США, 10.12.1976 г. Разлитие хлора массой 90 т испарялось со скоростью 18 т/ч. Никто не погиб, хотя авария произошла вблизи крупного города. Это объясняется тем, что ветер отнес облако за реку Миссисипи (ширина реки около 1 км) на малонаселенную местность. В качестве меры предосторожности 10 тыс. студентов и 500 человек местного населения были эвакуированы. Некоторым работникам предприятия была оказана медицинская помощь. Причиной утечки послужил относительно слабый взрыв смеси природного газа и воздуха. От ударной волны резервуар с хлором упал с поддерживающих опор и получил пробоину. Следующие условия уменьшили последствия этой аварии: низкая плотность населения на пути движения облака; процесс утечки происходил медленно, так как пробоина имела малые размеры; низкая температура воздуха.

Миссиссауга, Канада, 10.11.1979 г. Причиной аварии послужил сход с рельсов 26 цистерн, из которых в одной содержался хлор, в 11 - пропан, в 3 - толуол, в 3 - гидроксид натрия.Причиной схода с рельсов послужило заклинивание буксы одного из вагонов вследствие перегрева. Цистерна с хлором (90 т) получила пробоину. Ее залатали и оттащили с места происшествия с остатками 30 т хлора. Несколько цистерн с пропаном загорелись. Одна из них взорвалась, осколки разлетелись на значительное расстояние. Предполагают, что восходящие потоки воздуха от горящих цистерн предотвратили интенсивное рассеивание испарившегося хлора. Пожар продолжался 6 дней, в его тушении участвовали 100 пожарных. Полиция эвакуировала 200 тыс. жителей, проживающих на площади 125 км, для части населения эвакуация длилась около недели.

Раума, Финляндия, 05.11.1947 г. Причиной аварии послужило переполнение резервуара, не имевшего предохранительного клапана, и последующий разрыв оболочки резервуара. Размер утечки хлора составил 30 т. Погибли 19 человек, находившихся в радиусе 150 м от резервуара. Люди, находившиеся в помещениях в 200 м от места утечки, не пострадали.

Ла-Барр, США, 31.01.1965 г. В результате железнодорожной катастрофы, вызванной сходом состава с рельсов, из пробитой цистерны вылилось не менее 35 т хлора. Образовавшееся облако было частично ограничено защитной дамбой вдоль берега реки Миссисипи в направлении распространения. Отмечена массовая гибель домашних животных (49 свиней, 2 мула, 2 коровы, 1 лошадь, 320 кур). На основании местоположения погибших животных площадь зоны заражения определена в 15 км. Зона, в которой быстро погибли животные, находилась в 2 км от места катастрофы по направлению ветра. Через 3 ч после катастрофы были взяты пробы воздуха на анализ: концентрация хлора составила 1200 мг/мв 75 м от пробитой цистерны. Такой уровень загазованности сохранялся в течение 7 ч после катастрофы. Через 9 ч концентрация хлора снизилась до 24 мг/м в непосредственной близости от места катастрофы. Это объясняется тем, что скорость испарения разлитого хлора была весьма невысока. В результате пострадали 100 человек; 15 человек были отправлены в госпиталь, из которых один - 11-месячный младенец - умер через 5 ч с момента отравления. У 10 человек развился отек легких, 5 человек при поступлении в госпиталь находились в бессознательном состоянии. Пострадавшим назначили кислород и атропин. Умерший ребенок в момент катастрофы находился в доме на расстоянии 500 м от места утечки хлора. Пытаясь спасти задыхавшегося ребенка, отец вынес его на улицу, однако этим только усугубил положение, так как концентрация хлора на улице была выше, чем в помещении. Другой двухмесячный младенец и его отец, находившиеся внутри этого дома, остались в живых.

Сент-Обан, Франция, 13.12.1926 г. В данной аварии разлилось 24 т хлора, в результате чего погибло 19 человек. Причиной аварии послужил внутренний взрыв, происшедший в результате реакции между хлором и водородом, который является побочным продуктом при электролизе. Погибшие люди находились в радиусе 50 м от аварийного резервуара.

Зарнешти, Румыния, 24.12.1939 г. Во время этой аварии разлилось 24 т хлора и погибло 60 человек. Предполагается, что причиной утечки послужил разрыв оболочки резервуара под действием гидростатического давления. Погибшие люди находились в основном вокруг резервуара, но несколько человек на железнодорожной станции, расположенной в 250 м от места аварии. Эта авария принесла два печальных рекорда: во-первых, погибли 60 человек - это наибольшее число погибших за всю историю аварий с выбросом хлора; во-вторых, один из погибших находился на расстоянии 800 м от места аварии - это наибольшее удаление от места аварии с выбросом хлора при летальном исходе для пострадавшего. В момент аварии был легкий ветер и скорость дрейфа облака была мала. Многим людям удалось взобраться на возвышенности и таким образом избежать попадания в облако хлора.

В 1985 г. обществом инженеров химиков-технологов Великобритании был сделан обзор аварий с выбросом хлора, где отмечается, что, за исключением одного, все случаи гибели людей при таких авариях происходили в радиусе до 400 м, а основная часть погибших находилась на площади радиусом 250 м от места аварии.

Аммиак.

Аммиак имеет молекулярную массу, равную 17, плотность его в 1,7 раза меньше плотности воздуха при одинаковой температуре. Однако это не означает, что в случае потери герметичности резервуара, содержащего аммиак, формирующееся облако будет обязательно легче воздуха. В таких условиях в некоторых случаях отмечалось образование облаков воздушно-аммиачной смеси тяжелее воздуха. Температура кипения аммиака при атмосферном давлении составляет -33 С, критическая температура

132 С. Так же как и хлор, аммиак удобно хранить в сжиженном виде. Доля мгновенно испарившейся жидкости в адиабатическом приближении при температуре 15 С составляет, как и у хлора, около 17 %. Однако аммиак в основном перевозится в виде охлажденной жидкости (в рефрижераторах). В США и России имеются трубопроводы, по которым аммиак транспортируется через всю страну. LD50 равна 21 мг/кг (для хлора - 3,5 мг/кг). Общепризнанно, что аммиак менее токсичен, чем хлор. Самым серьезным последствием отравления аммиаком является отек легких. В качестве лекарственного препарата предлагается использовать сульфат атропина. Попадание жидкого аммиака на открытые части тела приводит к сильным ожогам. В истории не зафиксировано случая применения аммиака в качестве боевого отравляющего вещества во время войны.

Удельная смертность при поражениях аммиаком

Сравнительные оценки для удельной смертности, чел./т, от аммиака и хлора представлены в табл.

Таблица

Тип аварии	Вещество
	хлор	аммиак
Все случаи, чел./т	0,18	0,02
Хранилища, чел./т	0,50	0,05

Как видно, значения удельной смертности для аммиака меньше соответствующих значений для хлора и согласуются с меньшей токсичностью аммиака, которая составляет 1/7 токсичности хлора. В табл. представлены аварии с выбросом аммиака.

Таблица

Дата аварии	Место аварии	Хранилище аммиака	Масса облака, т	Количество погибших, чел.
05.06.1971	Флорал, США	Трубопровод	600	0
07.05.1976	Инид, США	«	500	0
06.12.1973	Конуэй, США	«	277	0
16.01.1976	Ландскруна, Швеция	«	180	2
16.11.1970	Блэр, США	Резервуар	160	0
18.02.1969	Крит, США	Ж./д. цистерна	90	9
21.01.1970	Бэлл, США	« «	75	0
03.09.1975	Тэхас-Сити, США	Трубопровод	50	0
13.07.1973	Потчефструм, ЮАР	Резервуар	38	18
11.05.1976	Хьюстон, США	Автоцистерна	19	6
21.08.1968	Льевен, Франция	«	19	6

Промышленные аварии с выбросом аммиака

Флорал, США, 05.06.1971 г. По-видимому, это самое крупное разлитие аммиака, отмеченное в литературе. Разрыв трубопровода привел к выбросу около 600 т аммиака. Жертв не было. Аммиак попал в реку, что привело к гибели рыбы.

Потчефструм, ЮАР, 13.07.1973 г. Причиной аварии стал отрыв торцевой крышки резервуара, содержащего 50 т аммиака. Осколок торцевой части диаметром 2,9 м отлетел на 40 м. Утечка составила 38 т аммиака, хранившегося при температуре около 15 С. Погибло 18 человек, причем шестеро из них находились за пределами предприятия. Из людей, работавших в радиусе до 50 м от места аварии, на месте погибли 2 человека, а 5 умерли позже от последствий отравления. Из работавших в радиусе 50-

100 м на месте никто не умер, впоследствии умерло 5 человек; из пораженных на расстоянии 100-150 м впоследствии умер 1 человек; на расстоянии 150-200 м впоследствии умерло 5 человек. Было отмечено 65 случаев несмертельных отравлений. Отметим одну интересную особенность: некоторые пострадавшие утверждали, что на земле дышать было легче, так как воздух содержал у поверхности земли меньше аммиака.

Хьюстон, США, 11.05.1976 г. Автоцистерна с аммиаком, двигавшаяся по горному шоссе, в результате дорожного происшествия съехала с полотна дороги и, пролетев 10 м, упала на проезжую часть. Произошел мгновенный выброс 19 т аммиака, погибло 6 человек, из них 4 умерли на месте, пострадало более 100 человек. В начальный период аварии образовавшееся облако аммиачно-воздушной смеси было тяжелее окружающего воздуха. Доказательством этому служит значительная площадь вокруг места аварии, на которой трава увяла и приобрела коричневый цвет. Эта площадь составляла около 1 км.

Фосген.

Фосген имеет молекулярную массу, равную 99, в газовой фазе в 3,5 раза тяжелее воздуха, в жидком состоянии имеет плотность 1,4 т/м. Это летучая жидкость или бесцветный газ с температурой кипения 8 С при атмосферном давлении, критическая температура равна 182 С. Фосген можно хранить и перерабатывать в сжиженном виде при любых обычных температурах окружающей среды. Доля мгновенно испарившейся жидкости в адиабатическом приближении при 20 С составляет 5 %. Фосген - высокотоксичное вещество. При низких концентрациях фосген имеет запах прелого сена. В отличие от хлора фосген не оказывает мгновенного действия. Существует обычно период “хорошего самочувствия” от первых признаков до серьезных симптомов отравления фосгеном. Период скрытого развития отравления фосгеном может достигать 48 ч. Основной симптом отравления - сильный отек легких. В таких случаях рекомендуется подача кислорода в легкие. LD50 для фосгена равна 0,3 мг/кг. Это значение получено исходя из LCt50, равное 3,2 (гмин)/м. Данные по токсичности этого вещества весьма противоречивы. Считается, что фосген примерно в 12 раз токсичнее хлора.

Промышленное значение фосгена

Фосген производится в значительно меньших масштабах по сравнению с аммиаком или хлором. Например, годовое производство фосгена в США составляет около 0,6 млн т; хлора или аммиака - около 16 млн т (на начало 80-х гг.). Тем не менее фосген является весьма важным химическим веществом для промышленности. В последние годы он стал основным источником для получения цианатов, которые служат сырьем для производства полиуретанов. В США 85 % выработанного фосгена идет на производство полиуретанов.

Использование фосгена в качестве боевого отравляющего вещества

Фосген широко применялся во время первой мировой войны. В литературе отмечено 23 случая боевого применения фосгена в газовых атаках совместно с хлором, 43 случая обстрела снарядами с фосгеном и хлором; из этих 43 случаев 29 раз применялся лишь фосген. Несмотря на свою высокую токсичность, фосген оказался не таким эффективным в боевом плане, как хлор. Объяснением последнему факту, а также тому, что фосген применяли вместе с хлором, служит относительно низкая летучесть фосгена.

Промышленная авария с выбросом фосгена

За все время в промышленности произошел лишь один случай отравления фосгеном, приведший к многочисленным летальным исходам. Это авария 28.05.1928 г. в Гамбурге (Германия). Авария произошла в районе гавани. В результате аварии погибло 11 человек. Переменный ветер способствовал распространению фосгена в разных направлениях. Авария произошла в воскресенье, и людей вокруг места аварии было мало, что несомненно сказалось на числе погибших. Размер утечки составлял 11-12 т. Через некоторое время 171 человек обратились в больницу из-за последствий отравления фосгеном. Пострадавшие находились в радиусе 1 км от места аварии. Была проведена эвакуация 350 человек на один день. Погибли два человека, находившиеся в 100 м от места аварии.

Иприт.

Иприт - бесцветная или слегка желтоватая маслянистая жидкость со слабым запахом чеснока, температура кипения выше 200 С, летучесть составляет 960 мг/мпри 25 С. При контакте с ипритом человек не испытывает никаких болевых ощущений; первые симптомы отравления проявляются через 1-48 ч. Возникают волдыри, болят глаза, возможна временная или постоянная потеря зрения, в случае высоких концентраций в воздухе поражаются легкие, что может привести к летальному исходу. Для человека наименьшая летальная доза при проникновении через кожу равна 64 мг/кг, LCt = 1,5 (гмин)/м. Считается, что удельная смертность при поражении ипритом в первой мировой войне составила 0,8 чел./т. Таким образом, будучи хорошо рассеиваемым в воздухе, иприт более опасен, чем хлор.

Метилизоцианат.

Утечка паров метилизоцианата (МИЦ) стала причиной катастрофы в Бхопале (Индия) 3 декабря 1984 г., унесшей около 4 тыс. жизней и приведшей к отравлению более 200 тыс. человек. Эта авария, описание которой приводится ниже, явилась самой крупной по числу жертв за всю историю развития мировой промышленности. МИЦ используется для производства инсектицида - севина. Севин значительно менее токсичен для людей и животных, чем многие другие инсектициды, и значительно менее устойчив, чем ДДТ. В середине 70-х гг. в США ежегодное производство МИЦ составило 12-14 тыс. т, а севина - около 24 тыс. т. Именно севин являлся конечным продуктом на заводе Юнион Карбид в Бхопале.

Метилизоцианат имеет молекулярную массу 57, в два раза тяжелее воздуха. Температура кипения при атмосферном давлении составляет около 39 С. Это высоколетучая жидкость при комнатной температуре. Взаимодействует с водой в присутствии кислот, щелочей, железа, олова, меди и их солей.

Токсичные свойства МИЦ

Метилизоцианат в 2-5 раз токсичнее фосгена и в 25-30 раз - хлора. Результаты экспериментов, проведенных на добровольцах в ФРГ, выявили: ощущение раздражения глаз возникало в период 1-5 мин при концентрации 2 млн, а такое же по времени воздействие при концентрации 21 млн было непереносимым. МИЦ вызывает отек легких, воздействует на глаза, желудок, печень и кожу. Об отдаленных последствиях мало что известно. Имеются данные, что МИЦ не оказывает канцерогенного или мутагенного воздействия. В табл. представлены данные по токсичности МИЦ и других опасных веществ, которые были известны до трагедии в Бхопале.

Таблица

Вещество	Характеристика токсичности
	ПДК, мг/	LCtL 50*, ЧНМмин	LCt 50**, ЧНМмин
МИЦ	0,05	1050 (мыши)	1200 (крысы)
Фосген	0,5	200 (свинки) 1500 (крысы) 2400 (собаки)	Нет данных
Хлор	1	2500 (крысы) 24000 (собаки) 26200 (человек)	8200 (мыши) 17600 (крысы) 12000 (человек)
Циановодород	0,3	2000 (человек) 1000 (животные)	19400 (мыши) 29000 (крысы)

* LCtL50 - средняя смертельная ингаляционная токсодоза (наименьшее из опубликованных в литературе значений).

** LCt50 - средняя смертельная ингаляционная токсодоза

Заметим, что некоторые зарубежные специалисты считают концентрации, указанные для МИЦ в табл., завышенными (т. е. токсичность МИЦ занижена).

Описание аварии в Бхопале (Индия) 3 декабря 1984 г.

Население Бхопала составляло около 800 тыс. человек. Авария произошла ночью, многие умерли не проснувшись. Окружавшие площадку завода дома были примитивными легкими конструкциями и не обеспечивали надежной защиты от распространения газа. Плотность населения составляла 25 тыс. чел./км.

Те, кто жили не в трущобах, а в нормальных домах, имевших более одного этажа, избежали самых тяжелых последствий. Во время аварии люди использовали мокрые тряпки, что оказалось достаточно эффективным. В скором времени все местные больницы были переполнены пострадавшими, а медицинский персонал не знал причину отравления и не имел понятия как лечить людей. Администрация предприятия не смогла вовремя предупредить население об опасности и организовать взаимодействие с властями, ответственными за действия в чрезвычайных ситуациях. Из резервуара, содержащего 41 т МИЦ, в атмосферу через предохранительный клапан было выброшено 30-35 т МИЦ. Причиной выброса послужило повышение давления в резервуаре в результате случайного попадания воды (500-1000 кг) и последующая реакция с тепловым эффектом. Скорость утечки МИЦ во время аварии составляла около 4 кг/с. При атмосферном давлении и температуре 50 С это значение составляло 1,85 м/с. Считается, что основной причиной катастрофы в Бхопале явился большой объем хранившегося МИЦ. В проекте было заложено, что МИЦ - один из самых токсичных агентов, применяемых в промышленности, должен храниться в количествах до 120 т в одной емкости. Согласно нормам, принятым в странах ЕЭС, которые были сформулированы еще до трагедии в Бхопале, МИЦ должен храниться в количествах до 1 т в одной емкости.

Удельная смертность при поражениях МИЦ

Имеются данные лишь по одному случаю аварии с МИЦ, которые были использованы для оценки удельной смертности от этого вещества, и этот случай - авария 03.12.1984 г. в Бхопале. С учетом разности плотности населения в Индии и в Европе или Америке, удельную смертность от МИЦ принято считать равной 13 чел./т.

Несмотря на то, что МИЦ - одно из самых высокотоксичных веществ, применяемых в промышленности, опубликованных данных по его токсичности до аварии в Бхопале было очень мало. Та информация, которая по этому вопросу была опубликована, однозначно показала, что МИЦ более токсичен, чем хлор, фосген, циановодород. Авария в Бхопале была самой крупной по числу жертв за всю историю развития промышленности. Причина аварии была связана с ошибкой, заложенной в проекте, в единичной емкости хранилось очень большое количество МИЦ. Кроме того, администрация предприятия не имела представления о необходимости поддержания в рабочем состоянии всех имеющихся систем защиты. Тяжелое экономическое положение предприятия также явилось одной из причин, по которой были отключены системы защиты. Увеличению масштабов последствий аварии способствовали следующие факторы: время суток, когда произошла авария; перенаселенность окрестностей предприятия; тип городской застройки (трущобы), в помещения которых легко проникал газ; нехватка медицинских учреждений и их неподготовленность на случай крупной утечки СДЯВ.

Расчет сил и средств для нейтрализации паров аммиака и хлора

Нейтрализация паров аммиака и хлора (далее СДЯВ) осуществляется распыленной водой. Газообразный аммиак при ветре распространяется из разлития на малой высоте, хлор стелится по земле. Стволы необходимо устанавливать так, чтобы вода не попадала на жидкое СДЯВ. Количество требуемой воды определяется физико-химическим процессом взаимодействия СДЯВ с водой. Расход воды определяется скоростью испарения СДЯВ со всей площади зеркала разлития.

Время испарения СДЯВ, ч,

где h - толщина слоя разлитого СДЯВ, м.

При отсутствии обвалования h = 0,05 м; d - плотность жидкого СДЯВ (аммиак 0,681 т/м; хлор 1,553 т/м), т/м; K1 - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств СДЯВ (для аммиака 0,025; для хлора 0,052), т/(мч);

K2 - коэффициент, учитывающий скорость ветра (при скорости 1 м/с K2=1, при 15 м/с K2=5,7); K3 - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (для аммиака и хлора при температурах от -30 до +40 С K3=1).

Скорость испарения СДЯВ, кг/с,

где G - масса разлитого СДЯВ, т.

Расход воды, л/с, равен:

Q=gVS

где g - удельный расход воды на нейтрализацию СДЯВ (для аммиака g=1,9 л/кг; для хлора g=136 л/кг), л/кг; S - коэффициент, учитывающий дисперсность струй воды, ее температуру и концентрацию паров СДЯВ в облаке (принимается равным 3-6).

Количество n стволов, требуемых для нейтрализации паров СДЯВ (округляется до большего числа),

где g1 - расход воды одного ствола, л/с.

Требуемое количество пожарных машин N основного назначения

где n0 - количество стволов, обеспечиваемое пожарной машиной (отделением); K4 - коэффициент запаса (1,3 - летом, 1,5 - зимой).

Расстояние между стволами L

где P - периметр разлития СДЯВ, м.

Расстановку стволов осуществляют с учетом максимального перекрытия сечения движущегося облака СДЯВ (у места разлития).

Фактический расход воды, л/с, равен:

.

Для нейтрализации облака СДЯВ используются насадки-распылители, тактико-технические характеристики которых представлены в табл.

Таблица

Параметры	Турбинные распылители	Щелевой распылитель
	НРТ-5	НРТ-10	НРТ-15
Напор перед распылителем, МПа	0,6	0,6	0,6	0,6
Расход воды, л/с	5	10	15	12
Дальность струи, м	20	25	30	8 (вертикальная завеса)

Необходимый запас воды Qв, м, на нейтрализацию облака

Qв = 3,6 Qф Т K5

где K5 - коэффициент запаса воды (K5=3).

Общее число пожарных машин и пожарных подразделений складывается из числа машин, предназначенных для нейтрализации облака, машин на перекачку воды (или ее подвоз), машин для патрулирования вокруг опасной зоны. Необходимость привлечения пожарных подразделений специального назначения, вспомогательной и хозяйственной техники, воинских трубопроводных подразделений определяется с учетом конкретной обстановки на месте аварии, тактических возможностей пожарных подразделений по выполнению боевых действий и безопасности ведения аварийно-спасательных работ.

Расчет параметров гидроэлеваторной системы для откачки проливов опасных жидкостей

Тактико-техническая характеристика гидроэлеватора Г-600А

Рабочий расход воды при напоре в линии

перед гидроэлеватором H1=80 м……………………Q1=550 л/мин

Подача воды при напоре в линии перед

гидроэлеватором H1=80 м……………………………Q2=600 л/мин

Рабочий напор ………………………………………...H1=20-120 м

Напор за гидроэлеватором при подаче воды

Q2=600 л/мин…………………………………………...H2= 17 м

Наибольшая высота подъема воды

при рабочем напоре:

H1=120 м……………………………………………19 м

H1=20 м……………………………………………..1,5 м



Рис Схема работы гидроэлеватора Г-600А

При откачке горючих и других опасных жидкостей их попадание в насос или цистерну пожарного автомобиля не допускается. Поэтому для запуска и работы гидроэлеваторных систем пожарный автомобиль необходимо устанавливать на водоисточник (пожарный гидрант или открытый водоем). Эффективность подсасывания водой различных жидкостей зависит от физических параметров: плотности, вязкости, упругости паров и т. п. В табл. представлены средние коэффициенты эжекции водой различных жидкостей при температуре 20 С. Коэффициенты эжекции других жидкостей, не указанных в табл. 5.7 будут более или менее соответствовать коэффициентам эжекции жидкостей, указанных в ней, в зависимости от того, насколько отличаются плотности и вязкости сравниваемых жидкостей.

Таблица

Наименование жидкости	Плотность, г/см	Коэффициент эжекции Кэ
Бензин	0,72	1,08
Керосин	0,82	1,02
Вода	1,00	1,00
Пенообразователь	1,15	0,75
Четыреххлористый углерод	1,59	0,66
Бромэтил	1,39	0,59
Автол	0,80	0,55

Коэффициент эжекции Кэ (см. рис. 5.1)

где Q2 - расход подсасываемой жидкости, л/мин; Q1 - рабочий расход воды через активное сопло, л/мин;

Для Г-600А (подсасываемая жидкость - вода) Кэ=0,8-1,3 в зависимости от режима и условий работы гидроэлеваторной системы.

Коэффициент подпора Кп (см. рис.)

Коэффициент полезного действия (КПД) гидроэлеватора

КПД=Кэ Кп=0,25

Указанное значение КПД необходимо принимать в расчетах в качестве максимальной величины.

Коэффициент использования насоса Ки

где Qн - номинальная подача насоса пожарного автомобиля.

Оптимальное значение Ки для гидроэлеваторных систем составляет 0,65-0,70.

Напор за гидроэлеватором H2

где Z1 - геометрическая высота от уровня гидроэлеватора, на которую поднимается вода с суммарным расходом Q1+Q2, м; Hм1 - потери напора в отводящих рукавах, по которым расход составляет Q1+Q2, м; n0 - количество отводящих рукавов; S - сопротивление одного пожарного рукава длиной 20 м (табл. 5.8).

Напор за гидроэлеватором Г-600А, в зависимости от режима работы, может быть от 10 до 26 м.

Таблица

Рукав	Диаметр рукава, мм
	51	66	77	89
Прорезиненный	0,15	0,035	0,015	0,004
Непрорезиненный	0,30	0,077	0,03	-

Напор на насосе Hн

где H1 - напор перед гидроэлеватором, м; Z2 - геометрическая высота, на которую поднимается (+) или опускается (-) гидроэлеватор от оси насоса пожарного автомобиля, м; Hм2 - потери напора в подводящих рукавах при расходе воды Q1, м; nп - количество подводящих рукавов.

Рекомендуемая литература

Иванников В. Р., Клюс П. П. Справочник руководителя тушения пожара. -М.: Стройиздат, 1987. -288 с.

Курбатский О. М. Водоструйные аппараты в пожарном деле. -М.: Изд-во минист. коммун. хоз-ва РСФСР, 1963. -186 с.

Маршалл В. Основные опасности химических производств. -М.: Мир, 1989. -672 с.

РД 52.04.253-90. Методика прогнозирования масштабов заражения СДЯВ при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте. -Л.: Гидрометеоиздат, 1991. -18 с.

Размещено на Allbest.ur

...