Программный комплекс "Тепловой взрыв" (стр. 13 )

Современная жизнь и экономика, огромные темпы современного научно-технического прогресса невозможны без интенсивного использования химических продуктов и химических технологий в которых имеют место экзотермические химические реакции. Обеспечивая рост материального благосостояния и интеллектуального потенциала мирового сообщества, являясь основой техники оборонного комплекса, такие химические продукты и технологии стали в то же время причинами крупных аварий и техногенных катастроф с чрезвычайно тяжелыми последствиями для человечества и окружающей среды. Аварии и катастрофы, связанные с тепловым взрывом, составляют значительную (если не основную) долю всех техногенных аварий и катастроф.

Термическая опасность, связанная с тепловым взрывом, по своей природе является одним из видов химической опасности.

В соответствии с [59], химическая опасность - это любая опасность, присущая химическим веществам и химическим процессам, формами проявления (реализации) которой являются пожар, взрыв, токсическое или коррозионное воздействие. Химическая опасность представляет собой составную часть техногенной опасности [60]. Она присуща любым техническим системам, промышленным и транспортным объектам, объектам военной техники, в которых используются опасные химические вещества и/или осуществляются опасные химические процессы. Химические опасности весьма разнообразны: токсичность, пожароопасность, взрывчатость, реакционная опасность и т. д. Современная система классификации химических опасностей представлена в международной системе СГС [61].

С химическими опасностями связано специальное направление в области безопасности - химическая безопасность. Его цель - защита человека, природы и техносферы в целом от химических опасностей.

Следует отметить существующую неоднозначность в понимании термина "химическая безопасность" (иначе говоря, этот термин является омонимом).

Химическую безопасность часто связывают исключительно с опасностью токсических поражений человека. Такое понимание химической безопасности использует, например, Всемирная Организация Здравоохранения [62]. При этом, другие виды химической опасности при анализе химической безопасности вообще не рассматриваются. Другой подход связывает химическую безопасность с химическими опасностями во всем их многообразии. Такому представлению соответствует следующее определение понятия химической безопасности в [63]: "химическая безопасность – такое состояние защищенности персонала, населения, объектов экономики и инфраструктуры, а также окружающей среды от химической опасности в любом ее проявлении (выделено нами), при котором предотвращаются, преодолеваются или предельно снижаются негативные последствия потенциального возникновения такой опасности". Именно такое понимание термина "химическая безопасность" используется в настоящей монографии.

Однозначность в понимании термина "химическая безопасность" имеет большое практическое значение, т. к. смысл этого термина определяет правовое поле действия большого числа законодательных и нормативных документов, систему классификации безопасности по ее видам в соответствии с видами опасностей и т. д.

В составе химической безопасности выделяются отдельные виды безопасности, соответствующие отдельным опасностям, входящих в химическую опасность, например, токсическая опасность, взрывоопасность и т. д. [64]. За рубежом широко [52,53, 65 и т. д.] используется понятие реакционных опасностей", определяемых как вид химической опасности, связанный с наличием опасности, т. е. поражающих воздействий, у химического процесса, способных привести к прямому или косвенному ущербу человеку, материальным ценностям или окружающей природе. С точки зрения этого определения, термическая опасность – один из видов реакционной серьезности.

Реакционные опасности возникают при химических взаимодействиях и непосредственно связаны с реакционностью химических веществ. Реакционность (англ. - reactivity) есть свойство вещества или смеси веществ вступать в химические взаимодействия. Способность веществ к химическим взаимодействиям - основа химической технологии, определяет возможность химического получения веществ и материалов и их использования в нашей жизни. Но, с другой стороны, реакционность делает химические вещества и химические процессы опасными, если химические вещества вступают в нецелевые опасные химические взаимодействия или "полезные", целевые химические взаимодействия не управляются соответствующим образом, приводя к переходу целевого химического процесса в опасное состояние или развитию опасных побочных химических реакций, не предусмотренных технологией. Контроль за химическим процессом заключается в создании таких условий в системе, при которых тепловыделение или газовыделение химической реакции не будет представлять опасность.

Для реакционной опасности источником опасности выступает химический процесс, происходящий в некоторой ограниченной области пространства (внутреннее пространство химического реактора).

Любая химическая реакция обладает опасностью, т. е. является потенциально опасной, если сопровождается, по крайней мере, одним из следующих эффектов (далее – факторы реакционной опасности химических реакций):

выделением тепла; образованием газов; участием в химической реакции в качестве исходных, промежуточных или конечных продуктов реакции опасных химических веществ любого вида.

Экзотермичность химической реакции – причина теплового взрыва. Тепловой взрыв является одним из видов химического взрыва.

Химический взрыв - быстропротекающий физико-химический процесс, проходящий в небольшом объёме за короткий промежуток времени за счёт энергии химических связей исходных веществ со значительным выделением энергии и приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду вследствие высокоскоростного расширения продуктов взрыва.

Химический взрыв может протекать в режиме теплового взрыва или детонации.

Детонация - распространение со сверхзвуковой скоростью зоны быстрой экзотермической химической реакции, следующей за фронтом ударной волны. Ударная волна инициирует реакцию, сжимая и нагревая детонирующее вещество. Выделяющаяся при реакции энергия поддерживает ударную волну, обеспечивая самораспространение процесса. Подробнее о детонации в [66].

В отличии от детонации тепловой взрыв – объемный процесс с передачей тепла по механизму теплопроводности или конвекции [54].

В настоящей книге постоянно используется термин "химическое вещество". Несмотря на кажущуюся очевидность однозначности его смысла, использование этого термина требует уточнения.

В рамках настоящей книги термин "химическое вещество" используется в понимании, установленном в системе классификации СГС [61]: химическое вещество - любой химический элемент, любое химическое соединение или любая смесь, или раствор из них, включая сюда также примеси, обусловленные процессом их получения, а также специально вводимые в них функциональные добавки.

Однако в принятом недавно основополагающем техническом регламенте "О безопасности химической продукции" [67] этот термин имеет принципиально другое значение. Дословно приведем него: ""химическое вещество" - химические элементы и (или) их соединения, находящиеся в естественном состоянии или полученные в результате любого производственного процесса, включая любые добавки, необходимые для обеспечения стабильности, и любые примеси, обусловленные процессом получения химической продукции, исключая любой растворитель, который можно отделить без нарушения стабильности химического вещества или изменения его состава (к химическим веществам относится химическая продукция, в которой химическое вещество присутствует в концентрации 80 процентов (по массе) и более, при этом оставшиеся 20 процентов (по массе) и менее считаются примесями и (или) добавками)". В противоположность указанному выше определению химического вещества ООН, "отечественное" определение исключает из понятия химических веществ смеси и растворы. Еще одно терминологическое "новшество" этого документа – определение термина "смесь": "смесь - состоящие из двух или более химических веществ смесь или раствор, в которых эти вещества не вступают в реакцию друг с другом". Помимо терминологической неправильности построения этого термина (понятие смесь определена через себя), его использование исключает в России из системы классификации опасных веществ смеси и растворы, в которых возможны химические реакции, что может привести к определенным коллизиям с системами классификации, принятыми за рубежом.

Возникшая проблема обусловлена тем, что в английском языке (первоисточник СГС) русскому термину "химическое вещество" соответствуют два термина chemicals и substances, смысл которых различен, что и стало, вероятно, причиной возникшей коллизии [68 -69].

Под substances, переводимом на русский язык как химическое вещество, в английском языке понимается множество объектов, состоящее только из химических элементов и индивидуальных химических соединений:

{Substances} = {Элементы} + {индивидуальные химические соединения}.

Понятие термина chemicals, также в переводе на русский язык, означающем "химическое вещество", в английском языке включает в себя также смеси и растворы:

{Сhemicals} = {Substances} + {смеси} +{растворы}

или

{Сhemicals} = {Элементы} + {химические соединения} + {смеси} +{растворы}.

Схема образования понятия "химическое вещество" приведена на рис. 2.3.

Мы не приводим определения понятий химический элемент, химическое соединение, смесь и раствор в силу их общеизвестности и наличия таких определений в любом курсе химии.

На разных этапах своего жизненного цикла химическое вещество выступает как химический продукт (химическая продукция), химическое сырье, химический отход, химический груз.

Химический продукт (множественный – химическая продукция) – химическое вещество (в смысле chemicals), годное к использованию для удовлетворения потребностей человека или для производства в том виде, в котором оно выпущено предприятием-изготовителем. Такое понятие "химическая продукция" соответствует общему понятию "продукция", определенному в ФЗ "О техническом регулировании" [23] следующим образом: продукция – результат деятельности, представленный в материально-вещественной форме и предназначенный для дальнейшего использования в хозяйственных и иных целях. Иначе говоря, продукция рассматривается как материализованный результат процесса трудовой деятельности, обладающий полезными свойствами, полученный в определенном месте за определенный интервал времени и предназначенный для использования потребителями.