5.4. Техногенные опасности

Техногенная опасность территории обусловлена совокупностью размещенных на ней объектов техносферы, а степень опасности для жизнедеятельности населения характеризуется видами размещенных на ней потенциально опасных и вредных объектов, их числом, накопленным потенциалом опасности, аварийностью, объемом ежедневных (ежегодных) выбросов и сбросов загрязняющих веществ, продолжительностью функционирования, пространственным размещением по отношению к местам расселения людей, зонами действия негативных факторов в случае опасных техногенных явлений с учетом среднегодового (среднесезонного, среднесуточного) распределения направления и скорости ветра и другими факторами.

Техногенные опасности по механизму причинения вреда для жизнедеятельности человека обычно подразделяют на две группы: техногенное загрязнение окружающей природной среды; опасные техногенные процессы и явления.

Техногенные опасности при нормальной эксплуатации объектов и в опасных техногенных явлениях реализуются в следующих основных формах: опасное контролируемое или неконтролируемое высвобождение энергии (кинетической, взрывной, тепловой, световой, электрической, электромагнитной), накопленной в объекте; опасный контролируемый или неконтролируемый выброс веществ (радиационно, химически и биологически опасных); разрушение необходимых или возникновение опасных (вредных) потоков информации (в управляющих, контролирующих, оповещающих системах объектов).

Техногенный риск для жизнедеятельности обычно называют естественной платой человечества за высокий уровень цивилизации. Это, безусловно, правильно, если считать уровень современной цивилизации потребления высоким, а ее развитие — тупиковым.

На основе анализа техногенного риска необходимо предусматривать меры для его сведения к минимуму, т.е. к обеспечению техногенной безопасности. Первый шаг в таком анализе — это анализ опасности объектов техносферы.

Опасные объекты. Опасность объекта — это его свойство, состоящее в возможности в процессе эксплуатации при определенных обстоятельствах причинять ущерб человеку, социальным системам и окружающей природной среде. Технический объект, от которого исходит опасность, является источником опасности. В соответствии с аксиомами теории техногенного риска любое техническое устройство является источником техногенной опасности. Если территориальное расположение источника опасности может быть установлено, то может быть определена зона опасности. Верхний предел ущерба, который может быть причинен техническим объектом, обозначается как потенциал опасности, различный для случаев нормальной эксплуатации и аварии объекта.

Промышленные объекты по потенциалу опасности (количеству накопленных опасных веществ, запасенной энергии) условно подразделяют:

на неопасные;

опасные, подлежащие регистрации в государственном реестре, требующие декларирования безопасности, обязательного страхования ответственности за ущерб третьим лицам и других процедур государственного регулирования техногенной безопасности.

Далее приведены предельные количества опасных веществ, наличие которых на промышленном объекте служит основанием для обязательной разработки декларации промышленной безопасности: аммиак — 500 т (аммиак высокотоксичен, но наличие резкого запаха позволяет принять своевременные меры безопасности); нитрат аммония — 2 500 т; хлор — 25 т; цианистый водород — 20 т; фосген — 0,75 т; диоксид серы — 250 т; воспламеняющиеся газы — 200 т; горючие жидкости, находящиеся на складах, — 50 000 т; токсичные вещества — 200 т; высокотоксичные вещества — 20 т; окисляющие вещества — 200 т; взрывчатые вещества — 50 т; вещества, представляющие опасность для окружающей среды, — 200 т. По состоянию на начало 2005 г. в Российской Федерации число декларируемых объектов в 739 эксплуатирующих организациях составляло 2 523.

Классификация опасных промышленных объектов может быть проведена по следующим признакам (рис.

Потенциальная возможность причинения ущерба является ключевой в объяснении смысла термина «потенциально опасный объект». Техническая система, неблагоприятные воздействия ко-

торой на персонал и окружающую среду в процессе эксплуатации полностью определены, считается вредной. Поэтому по механизму причинения ущерба объекты техносферы могут быть:

вредными для здоровья в процессе нормальной эксплуатации. Проявлениями их опасности обычно являются уровни вредных факторов, сопровождающих эксплуатацию объекта, площади и степень загрязнения прилегающих к объекту территорий в результате выбросов и сбросов. В зависимости от назначения предприятия и его мощности назначается один из пяти классов вредности, в зависимости от которого устанавливается ширина санитарнозащитной зоны: от 1 000 м (I класс) до 50 м (V класс);

потенциально опасными, ущерб от которых наступает в случае аварий. Проявлениями их опасности являются уровни поражающих факторов, формирующихся в случае аварий, площади и степень загрязнения прилегающих к объекту территорий в случае аварий.

По виду опасности различают пять групп объектов, на которых: 1)

вырабатываются, используются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются опасные вещества. Объекты первой группы подразделяют на следующие подгруппы в зависимости от вида опасных веществ: воспламеняющиеся; окисляющиеся; горючие; взрывчатые; токсичные; высокотоксичные; вещества, представляющие опасность для окружающей природной среды; 2)

используют оборудование, работающее под давлением более 0,07 МПа или при температуре нагрева воды более 115 °С; 3)

используют стационарно установленные грузоподъемные механизмы, эскалаторы, канатные дороги, фуникулеры («высота»); 4)

получают расплавы черных и цветных металлов и сплавы на основе этих расплавов; 5)

ведут горные работы, работы по обогащению полезных ископаемых, а также работы в подземных условиях.

По происхождению основных опасных факторов, образующихся в результате аварий, обычно выделяют следующие группы потенциально опасных объектов: ядерно и радиационно, химически, пожаровзрыво-, биологически, гидродинамически опасные объекты и объекты жизнеобеспечения. В России насчитывается примерно 45 тыс. опасных объектов, при этом с повышением степени износа основных фондов возможность аварий на них возрастает. Потенциально опасным объектам, с точки зрения негативного влияния на окружающую среду, часто присущи эмерджентные свойства (новые свойства, не присущие их элементам). Например, пожары на некоторых объектах вызывают аварийное образование химически опасных веществ.

Техногенное загрязнение окружающей природной среды. Обычно этот вид техногенных опасностей рассматривают при решении задач, связанных с экологической безопасностью. Совокупность объектов техносферы на рассматриваемой территории за все время их функционирования, т.е. с учетом прошлой деятельности, приводит к ее загрязнению и формированию неблагоприятных условий для жизнедеятельности. Загрязнение окружающей среды происходит в следующих условиях:

при нормальном функционировании объектов техносферы. Главными источниками загрязнения атмосферы являются тепловые электростанции и теплоэлектроцентрали, сжигающие органическое топливо; транспорт; черная и цветная металлургия; машиностроение; химическое производство; добыча и переработка минерального сырья. Для водных объектов основными источниками загрязнения являются сточные воды. Источниками загрязнения окружающей среды служат также шум и вибрация, электромагнитное и ионизирующее излучение;

в результате аварий, практически всегда связанных с выбросами и сбросами вредных веществ в окружающую среду.

Опасные техногенные явления. Можно классифицировать опасные техногенные явления (рис. 5.8) по местоположению относи-

тельно рассматриваемого объекта (причине), тяжести последствий, виду и другим признакам.

Опасные техногенные явления на объектах техносферы обусловлены внутренними и внешними причинами, а также их неблагоприятным сочетанием.

Внутренние причины связаны с протекающими в объектах техносферы опасными техногенными процессами: старением, изнашиванием, деградацией параметров, разрегулированием, которые приводят к отказам технических устройств, а последние — к аварийным ситуациям и авариям. К внутренним причинам относится также человеческий фактор, дающий значительный вклад в аварийность.

Внешние причины обусловлены взаимодействием объектов техносферы с окружающей (природной, техногенной, социальной) средой, в которой эпизодически возникают события, инициирующие опасные техногенные явления. Так, аварии на объектах техносферы могут быть вызваны опасными природными явлениями (природно-техногенные катастрофы), авариями на других объектах техносферы, опасными социальными явлениями (социотехногенные аварии, вызванные, например, актами технологического терроризма). Социальный фактор является причиной подавляющего числа пожаров. В 90-е гг. XX в. доля ЧС техногенного характера в России росла вследствие общего снижения уровня промышленной безопасности.

По тяжести последствий обычно выделяют инциденты, происшествия, аварии и катастрофы.

Необходимо отметить, что техногенные опасности для жизнедеятельности проявляются не всегда, а лишь при возникновении необходимых и достаточных условий возникновения происшествия, что происходит достаточно часто. Событие, заключающееся в появлении одного из условий происшествия, называют предпосылкой к происшествию, а событие, заключающееся в появлении одного из условий предпосылки к происшествию, — признаком опасности.

В зависимости от объекта, особенностей развития и последствий различают следующие виды опасных техногенных явлений: транспортные аварии;

пожары, взрывы в зданиях, на коммуникациях, технологическом оборудовании промышленных объектов, в зданиях и сооружениях жилого, социально-бытового и культурного назначения;

аварии с выбросом (угрозой выброса) аварийно химически опасных веществ;

аварии с выбросом (угрозой выброса) радиоактивных веществ; аварии с выбросом (угрозой выброса) опасных биологических веществ;

внезапное обрушение зданий, сооружений различного назначения, пород;

аварии на электроэнергетических системах; аварии на коммунальных системах жизнеобеспечения; аварии на очистных сооружениях; гидродинамические аварии.

Характеристика негативных факторов и последствий некоторых опасных техногенных явлений приведена в табл. 5.1.

К транспортным авариям относятся: крушения и аварии грузовых и пассажирских поездов и судов; авиационные катастрофы; дорожно-транспортные происшествия и автомобильные катастрофы (в России в 2005 г. произошло 223 342 дорожно-транспортных происшествия, при которых получили ранения 274 864 чел., а погибли 33 957 чел.); аварии на магистральных трубопроводах, внутрипромысловых нефтепроводах.

Пожаром называется неконтролируемое горение, причиняющее ущерб физическим и юридическим лицам, элементам антропосферы. В основе процесса горения лежат быстротекущие химические реакции окисления в атмосфере кислорода воздуха. Для Предупреждения пожара на пожароопасных объектах следует воз- Негативные факторы и последствия опасных техногенных явлений Вил опасного явления Негативные факторы Вилы поражающего действия Параметры, характеризующие поражающее действие Последствия Транспортная авария Удар Механическое Перегрузки

Деформации Ранение и гибель людей, повреждение транспортного средства и перевозимого груза Вторичные явления и их негативные факторы: пожар, взрыв Пожар Непосредственное действие огня на горящий предмет (горение) Тепловое Температура, продолжительность нагрева и его интенсивность Гибель (термические повреждения различной степени) людей, домашних и сельскохозяйственных животных. Сгорание предметов, объек Дистанционное воздействие высоких температур за счет излучения Тепловой поток Задымление Удушающее, токсическое Концентрация опасных веществ тов. оборудования, их обугливание. разрушение. Прекращение выполнения объектами своих функций Вторичные яачения и негативные факторы: взрывы; утечка ядовитых или загрязняющих веществ в окружающую среду; вода, используемая для тушения пожара Взрыв Воздушная ударная волна Механическое Избыточное давление во фронте, длительность фазы сжатия Гибель (ранение — термические и механические повреждения) людей. Разрушение (повреждение) зданий, сооружений. оборудования, транспортных средств Осколочное поле Количество осколков, их пространственное распределение, кинетическая энергия и

радиус разлета Вторичные явления и негативные факторы: пожары: поле образующихся токсичных веществ; разрушение зданий Химическая

авария Химическое заражение окружающей среды (приземного слоя атмосферы — облако зараженного воздуха; водных источников; продуктов питания; почвы) Токсическое: респираторное (основное); пишевое; поверхностное Концентрация сильнодействующих ядовитых веществ, токсическая доза Химическое поражение людей и животных Радиационная авария Дымовое (пылевое) облако выброса при взрыве (сгорании) — газоаэрозольная смесь радионуклидов, которая распространяется на сотни километров и испускает ионизирующее излучение. Радиоактивное загрязнение местности в результате осаждения радиоактивных частиц из газоаэрозольного облака Ионизирующее Эффективная доза, мощность дозы Лучевая болезнь, стохастические эффекты облучения Г идродина-

мическая

авария Волна прорыва Механическое.

блокирующее Высота волны, скорость ее движения. Скоростной напор, давление Гибельлюдей, разрушение элементов инфраструктуры. Смыв плодородных почв или отложение наносов на обширных территориях Стремительное затопление местности Длительность затопления Разрушение

зданий

—. Обломки Механическое,

блокирующее Объем завалов Гибель, ранение людей, находящихся внутри объектов, обломками обрушенных конструкций, их изоляция в завалах Изоляция в завалах действовать на условия его возникновения и развития: начальный источник тепла, количество и распределение горючего, источник кислорода, дополненные человеческим фактором.

Возможность создания опасных пар из составляющих пожарного треугольника (горючее, кислород, температура), приводящих к ситуации пожара, делает объект пожароопасным (рис. 5.9). Человеческий фактор возникновения пожара проявляется как непредусмотрительность или поджог. В первом случае причиной является халатность в устранении возможной опасной размерно - сти или динамики трех составляющих пожарного треугольника, трех опасных пар и возможности их одновременного присутствия. Во втором случае — это последовательные действия по созданию факторов, пар и синергизма.

Для управления пожарным риском необходимо анализировать возможность возгорания и принимать меры для ее снижения, уменьшения возможности распространения огня, его передачи между отдельными элементами объекта, выявления пожара и подавления его. Следует также уделять внимание раннему обнаружению (противопожарной сигнализации) и немедленным действиям по тушению.

Взрыв — это процесс выделения энергии за короткий промежуток времени, связанный с быстрым физико-химическим изменением состояния вещества, приводящим к возникновению скачка давления или ударной волны, сопровождающийся образованием сжатых газов или паров, способных производить работу. Взрывы можно классифицировать по виду высвобождаемой энергии: химической (чаще всего взрывчатых веществ); внутриядерной (ядерный взрыв), электромагнитной (искровой разряд, лазерная искра

и др.), механической (при высокоскоростном соударении астероидов и комет с Землей и др.), сжатых газов (при превышении давлением предела прочности сосуда — баллона, трубопровода и т.п.). Таким образом, взрывчатые превращения могут иметь в своей основе процессы либо физического, либо химического характера.

Применительно к взрывоопасным объектам различают три типа аварийных взрывов:

химические — сопровождаются химическими превращениями веществ с выделением тепла и продуктов горения (взрывы газовоздушных облаков, конденсированных взрывчатых веществ (ВВ), пылевые взрывы);

физические — не сопровождаются химическими превращениями веществ с выделением тепла и образованием продуктов сгорания (разрыв трубопроводов, сосудов, находящихся под высоким давлением, наполненных негорючими газами, паром или многофазными сжимаемыми системами — пыль, пена);

«BLEVE» (взрыв паров вскипающей жидкости) — особый тип физико-химического взрыва, характерного для емкостей под давлением, наполненных легкокипящей жидкостью (чаще всего — сжиженным горючим газом) и подвергаемых внешнему нагреву. В процессе нагрева происходит быстрый рост внутреннего давления, разрыв емкости с малым фугасным эффектом, выброс горючего в атмосферу с последующим воспламенением и образованием огненного шара. Основные поражающие факторы при «BLEVE» — мощное импульсное тепловое излучение и осколочное поле, образующееся при разрыве емкости.

Для возбуждения (инициирования) взрывчатого превращения ВВ требуется сообщить ему с определенной интенсивностью необходимое количество энергии (начальный импульс), которая может быть передана одним из следующих способов: механическим (удар, накол, трение); тепловым (искра, пламя, нагревание); электрическим (нагревание, искровой разряд); химическим (реакции с интенсивным выделением тепла); взрывом другого заряда ВВ (взрыв капсюля-детонатора или соседнего заряда). Порог чувствительности к любому из этих внешних воздействий должен быть достаточно высоким, иначе обращение со взрывчатыми материалами становится крайне опасным. Инициирование взрывчатого превращения может реализоваться в аварийных ситуациях.

Другим видом взрывов являются аварийные взрывы физического характера. Причиной взрывов паровых котлов и баллонов со сжатыми газами является не химическая реакция, а физический процесс, обусловленный высвобождением внутренней энергии сжатого или сжиженного газа. Взрывы связаны с разрывом стенки резервуара вследствие того, что давление водяного пара (газа) по какой-либо причине начинает резко возрастать либо снижается несущая способность стенок вследствие аварийного воздействия.

Явление физической детонации возникает при смешении горячей и холодной жидкостей, когда температура одной из них значительно превышает температуру кипения другой (например, выливание расплавленного металла в воду). В образовавшейся парожидкостной смеси испарение может протекать взрывным образом вследствие развивающихся процессов тонкой фрагментации капель расплава, быстрого теплоотвода от них и перегрева холодной жидкости с сильным ее парообразованием. Физическая детонация сопровождается возникновением ударной волны с избыточным давлением в жидкой фазе, достигающим в некоторых случаях более тысячи атмосфер.

Физическая детонация может наблюдаться как в техносфере, так и в природе. Взрыв вулкана Кракатау в 1883 г. произошел в результате взаимодействия расплавленной лавы с морской водой. Гул взрыва был слышен на расстоянии 5 000 км в течение четырех часов после события.

Ядерный взрыв — это взрыв, вызванный выделением внутриядерной энергии. Аварийный ядерный взрыв (ядерная авария) возможен при эксплуатации ядерных боеприпасов и энергетических установок различного назначения. Объекты, в которых возможно развитие в определенных условиях неконтролируемой са- моподдерживающейся цепной реакции деления, считаются ядерно опасными.

Электрические взрывы — это мощные искровые разряды в газах (например, молнии), взрывы металлических проволочек при пропускании импульсных токов высокого напряжения и т. п. Такие взрывы могут происходить в форме как техногенных, так и природных опасных явлений.

Высокоскоростное соударение наблюдается в военной сфере и в природе, например, при столкновении Земли с астероидом или кометой. Скорость соударения составляет 20 — 40 км/с. Соответствующая ей кинетическая энергия /: ки|, 'Я.цпср^.к.кр/З выделяется в виде взрыва в атмосфере или на поверхности Земли (^асчер _ масса астероида; vm;nf — скорость астероида).

Радиационная авария - это потеря управления источником ионизирующего излучения, вызванная неисправностью оборудования, неправильными действиями персонала, опасными явлениями или иными причинами и связанная с выходом радиоактивных веществ за установленные пределы, которая может привести или привела к незапланированному облучению людей или радиоактивному загрязнению окружающей среды, превышающему величины, регламентированные для контролируемых условий.

К радиационным авариям относятся аварии на атомных электростанциях, ядерных энергетических установках различного назначения; аварии на предприятиях ядерного топливного цикла; аварии транспортных средств и космических аппаратов с ядерными установками или грузом радиоактивных веществ на борту; аварии при промышленных или испытательных ядерных взрывах; аварии с ядерными боеприпасами. Чрезвычайной ситуацией считается и угроза выброса радиоактивных веществ, так как уже это требует принятия мер реагирования.

Потенциальным источником радиационных аварий являются радиационно опасные объекты. Аварии на них приводят к выходу (выбросу) радиоактивных веществ и (или) ионизирующих излучений за установленные границы (барьеры) в количествах, превышающих пределы безопасной эксплуатации. В некоторых случаях, когда вследствие повреждения барьеров безопасности происходит нарушение контроля и управления цепной ядерной реакцией деления в активной зоне реактора, радиационные аварии могут перерасти в ядерные. В этом случае могут произойти тепловые (как в случае аварии на Чернобыльской АЭС) и ядерные взрывы.

Химическая авария — это авария на химически опасном объекте, сопровождающаяся проливом или выбросом опасных химических веществ и приводящая к химическому заражению окружающей среды. Выброс — это выход опасных химических веществ за короткий промежуток времени из технологических установок и емкостей при разгерметизации. Пролив — это вытекание опасных химических веществ из технологических установок и емкостей при разгерметизации. Кроме того, некоторые химические вещества могут образовать токсичные вещества в определенных условиях (например, при взрывах, пожарах) в результате химических реакций. Это так называемые аварийно химически опасные вещества (АХОВ).

Гидродинамические аварии — это прорывы гидротехнических сооружений (плотин, запруд, дамб, шлюзов, перемычек и др.), являющихся гидродинамически опасными объектами, с образованием волн прорыва и катастрофических затоплений.

Процесс и результат разрушения зданий имеют свои особенности в зависимости от причин: сейсмического воздействия, оползания грунта, воздействия селевого потока, внутреннего взрыва газа или попадания извне артиллерийского снаряда, падения воздушного судна, воздействия воздушной ударной волны ядерного взрыва и др. Например, при землетрясениях принято рассматривать пять степеней разрушения зданий: слабые повреждения, для ликвидации которых достаточно их текущего ремонта; умеренные повреждения, для ликвидации которых необходим капитальный ремонт; тяжелые повреждения, при которых возможен восстановительный ремонт здания; частичные разрушения несущих конструкций, когда здание подлежит сносу; обвалы. Характер разрушения зданий в значительной степени зависит от их конструктивНой схемы.

Разрушение происходит в случае превышения уровнями поражающих факторов различных опасных природных и техногенных явлений пределов стойкости зданий. При разрушении зданий образуются вторичные поражающие факторы, опасные для находящихся в них людей, а также образуются завалы. Спасение блокированных в завалах людей зависит от своевременности проведения аварийно-спасательных работ.