Программный комплекс "Тепловой взрыв" (стр. 14 )

Рис.2.3. Схема образования понятия "химическое вещество" и смежных понятий

Сырье - химическое вещество (в смысле chemicals), предназначенное для дальнейшей переработки в химическую продукцию.

Отходы - химическое вещество (в смысле chemicals), полученное из природных ресурсов и (или) преобразования сырья с использованием химических реакций и не предназначенное для дальнейшего использования

Груз – химическое вещество (в смысле chemicals) в виде сырья, продукции и отходов на этапе транспортировки.

Категории "продукция", "отходы", "груз" используются в различных законодательных и нормативных документах, определяющих правила обращения химических веществ на рынке (химическое вещество ≡ химическая продукция), их транспорт (химическое вещество ≡ груз) и обращение с отходами (химическое вещество ≡ химические отходы). При этом, во всех случаях мы имеем дело с химическими веществами в смысле Chemicals.

Опасное химическое вещество - химическое вещество (в понимании chemicals), обладающее любым видом химической опасностью. Аналогично определению понятия "опасное химическое вещество" определяются понятия "опасная химическая продукция" "опасные отходы", "опасный груз", "опасная химическая реакция".

Используя термин "опасное химическое вещество", мы разделяем все множество объектов "химические вещества" на два класса опасных и неопасных химических веществ:

{Химическое вещество} = {Опасное химическое вещество} + {Неопасное химическое вещество}.

Опасные свойства химического вещества - свойства химического вещества, наличие которых потенциально может нанести ущерб жизни или здоровью человека, имуществу, окружающей среде, животным и растениям в результате воздействия химического вещества. При этом под свойством в общем случае понимается характеристика объекта (категория его качества), определяющая его вид, тип, поведение, взаимодействие с другими предметами.

Выше мы говорили о химическом веществе как источнике и носителе реакционной опасности. Однако не только химическое вещество может создавать реакционную опасность. Источником реакционной опасности может выступать и сам химический процесс, если при своей реализации обладает опасностью.

Общепринятым определением понятия "химический процесс" (эквивалентно "химическая реакция") является: химическая реакция — превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению другие вещества (продукты реакции).

Рис.2.4. Схема образования понятий "реакционная опасность" и "термическая безопасность"

В соответствии с вышесказанным дадим следующее определение понятия "термическая безопасность", используемому в дальнейшем в настоящей книге: термическая безопасность объекта – состояние объекта, включающего в себя реактор с химическими веществами и происходящими с ними химическими реакциями, обладающими термическими опасностями, при котором воздействие на реактор всех потоков вещества и энергии от химической реакции, происходящей в реакторе, не превышает максимально допустимых значений, обеспечивающих целостность реактора. В нормальных условиях эксплуатации объекта в состоянии обеспеченности термической безопасности исключается возможность нарушения целостности реактора, в котором происходит химический процесс. В случае разрушения реактора при авариях обеспечение термической безопасности предполагает ограниченное воздействие поражающих факторов термических опасностей на человека, материальные ценности, природу установленными пределами. В этом случае разрушение реактора рассматривается как проектная авария.

Выделение термической безопасности в самостоятельный вид безопасности, связанный с опасностями теплового взрыва, для целей анализа, выявления источников термических опасностей, разработки и принятия на системном уровне необходимых мер зашиты, с учетом потенциальной опасности химических веществ и технологий, обладающих термической опасностью, представляется, по нашему мнению, не только оправданным, но и актуальным как с методологической точки зрения, так и по существу. Такой подход отражает системный подход к рассмотрению безопасности как сложного объекта, состоящего из многих составляющих, соответствующих отдельным видам опасности, для каждого из которых формируется свои способы защиты [5]. С этих позиций с опасностями химических веществ и химических процессов связывается комплекс различных видов безопасности: пожарная безопасность – с пожарными опасностями, экологическая безопасность – с экотоксикологическими опасностями и т. д.

В пределах настоящей работы термин "химическая безопасность" связывается с химическими опасностями во всех их проявлениях. Тогда термическая безопасность - раздел химической безопасности, соответствующий термическим опасностям, обусловленными тепловыделением и газовыделением химического процесса.

Термически опасными веществами являются химические вещества (в понимании chemicals), способные вызвать аварию теплового взрыва вследствие протекания химической реакции с участием этих веществ. Такая авария представляет собой внезапное событие, связанное с наличием химической реакции, потерявшей управление и сопровождающейся значительным повышением температуры и/или давления в системе, способными разрушить объект и нанести ущерб человеку, материальным ценностям и природе.

Термическая опасность всегда существует, когда химическая реакция сопровождается тепловыделением и/или образованием газообразных продуктов в количествах, превышающих возможность их отвода в окружающую среду.

Многочисленные типы химических реакций являются термически опасными: полимеризация, разложение, окисление и т. д. Часть из них относится к самореагирующим, т. к. реакция включает только одно химическое вещество. Опасными могут быть химические взаимодействия, связанные с несовместимостью продуктов целевой технологии с веществами, попадающими в систему извне в аварийных ситуациях. Термические опасности могут возникать, когда целевые химические реакции, обладая достаточным тепловыделением могут инициировать опасные побочные реакции, например, реакции разложения.

Важно подчеркнуть, что опасная химическая реакционность не определяется только внутренними свойствами химического процесса, а зависит от таких факторов, как температура процесса, давление, концентрации, примеси и т. д.

Итак, подведем итоги этого раздела.

В рамках настоящей книги термин "термические опасности" означает вид опасностей, присущих химическим веществам и химическим процессам, обладающих возможностью теплового взрыва и/или сопровождающихся газовыделением. Термическая опасность – один из видов реакционной опасности. В свою очередь, реакционная опасность – один из видов химической опасности. Термин "термическая безопасность" относится к виду химической безопасности, связанном с наличием термических опасностей у объекта.

Печальный опыт и его последствия

Начнем с цитаты: "Без трагических фактов крупных аварий никто бы не стал всерьез обсуждать проблему обеспечения безопасности, принимать решения и выделять средства на предупреждение аварий в промышленности" [70]. Именно по этой причине мы посчитали полезным представить в нашей книге информацию о наиболее тяжелых свершившихся авариях и катастрофах, связанных с термическими опасностями. Понимание причин произошедших аварий является мощным инструментом предотвращения новых [31, 40-43].

Материалы, приведенные в настоящем разделе, ни в коей мере не претендуют на полноту представления информации о всех (или, по крайней мере, о большинстве) свершившихся авариях и катастрофах, причиной которых был тепловой взрыв. Они получены обобщением только достаточно широко известных данных, представленных в разных, преимущественно, зарубежных публикациях и Интернет, а также из многолетнего практического опыта работы в этой области и носят только иллюстративный характер важности проблемы термической безопасности. Отметим, что нет (по крайней мере, в доступных источниках) статистики аварий, вызванных тепловым взрывом, произошедших в России. В большинстве случаев (для экономии места) в этом разделе не приводятся ссылки на источники информации о свершившихся авариях. Найти ее не представляет больших трудностей.

Аварии и катастрофы, вызванные тепловым взрывом - наиболее опасное проявление химических опасностей. Произошедшие аварии и катастрофы такого типа относятся к наиболее тяжелым по своим последствиям среди известных человечеству техногенных катастроф и аварий. Так, например, среди крупнейших 14 техногенных катастроф, произошедших в мире в период 1947- 2011г., 4 катастрофы имеют своей причиной тепловой взрыв (около 30%!). И это без учета катастрофы атомохода "Курск" и других свершившихся аварий, причиной которых был тепловой взрыв в объектах оборонного и ракетно – космического комплекса. Ущерб ряда из них сопоставим с последствиями ядерных катастроф.

История произошедших аварий и катастроф в химической промышленности, ракетно – космическом и оборонном комплексе, на транспорте, химических производствах ядерной промышленности говорит о большой практической важности и значимости проблемы термической безопасности, о ее межотраслевом значении.

Представленные в табл. 2.1 данные по авариям и катастрофам, связанными с тепловым взрывом иллюстрируют этот вывод. Еще раз следует указать, что они составлены только по открытым публикациям и ни в коем образе не претендуют на полноту представления всех произошедших аварий и катастроф такого типа.

Таблица 2.1

Некоторые произошедшие катастрофы и тяжелые аварии, вызванные тепловым взрывом

Год	Место аварии катастрофы	Причина	Последствия
1921	Oppau (Германия)	Тепловой взрыв нитрата аммония	Погибло 561 чел.
1942	Tessenderloo (Бельгия)	Тепловой взрыв нитрата аммония	Погибло 211 чел
1947	Техас-Сити (США)	Тепловой взрыв нитрата аммония	Погибло свыше 1500 человек (из них 581 человек непосредственно при взрыве)
1957	Кыштым (СССР)	Тепловой взрыв радиоактивных отходов	Выброс радионуклеидов 20 млн. кюри, площадь загрязнения 20 тыс. кв. км, отселено более 30 населенных пунктов, облучено 217 тыс. чел.
1960-1980	США	Аварии в химической промышленности США, вызванные тепловым взрывом	167 аварий, погибло 108 чел., страховой ущерб $2-3 млрд.
1976	Seveso (Италия)	Тепловой взрыв на производстве химических удобрений	Выброс канцерогенов на территории более 30 кв. км, пострадали более 1000 чел., отселено населения 3 городов
1986 - 1998	Англия	245 аварий, связанных с тепловым взрывом	Не имели катастрофических последствий, но имели потенциал для их возникновения
1980	Космодром "Плесецк" (Россия)	Тепловой взрыв перекиси водорода	Погибло 48 чел., ранено 44
1984	Bhopal (Индия)	Тепловой взрыв, реакция гидролиза метилизоцианата	Погибло 4035 чел., токсически поражено более 40 тыс. чел.
1992	Uithoorn (Голландия)	Тепловой взрыв при полимеризации	Погибло 4 чел.
1984-2001	Тайвань	Тепловой взрыв перекиси метилэтилкетона	5 взрывов, погибло 156 чел., ранено 55 чел.
2000	Enschede (Голландия)	Тепловой взрыв пиротехнических составов	Погибло 17 чел.
2000	Yosu (Корея)	Тепловой взрыв перекиси метилэтилкетона	Погибло 11 чел., ранено 3
2000	Атомная подводная лодка "Курск" (Россия)	Тепловой взрыв перекиси водорода торпеды	Погибло 123 чел., гибель атомной подводной лодки, лучшей в стране, масштаб ущерба – миллиарды долларов США
2001	Toulouse (Франция)	Тепловой взрыв нитрата аммония	Погибло 31 и было ранено 2442 человек, разрушено полностью или частично 27000 домов, ущерб – 2.5 млрд. евро
2007	Florida (США)	Тепловой взрыв на производстве химических удобрений	Погибло 4 чел.
2011	Кипр	Тепловой взрыв боеприпасов из-за высокой температуры.	Погибло 13 чел., ранено 30, разрушена крупнейшая электростанция государства.
2012	Китай	Тепловой взрыв нитрогуанидина	Погибло 25 чел.
2015	Китай, Tianjin	Аварийные химические реакции	Тротиловый эквивалент взрыва – 21 т ТНТ. Погибло около ста и было ранено несколько сот человек. Колоссальный материальный ущерб

В качестве примера приведем примеры нескольких катастроф и аварий, связанных с тепловым взрывом нитрата аммония.