Программный комплекс "Тепловой взрыв" (стр. 16 )

Реакционные опасности являются важной проблемой химической безопасности США. В законодательстве США в области промышленной безопасности имеются серьезные пробелы, связанные с реакционными опасностями. Например, найдено, что более 50% аварий произошли с веществами, которые не считаются опасными согласно законодательно установленным требованиям OSHA и 60% с веществами, признаваемыми безопасными по требованиям EPA. В связи с этим поставлен вопрос о необходимости существенной доработки законов США в этой области. Требует серьезного изменения используемая методология идентификации и оценки реакционных опасностей, в частности, подход к определению реакционной опасности и идентификации реакционноопасных химических веществ, используемый в законодательстве США. Показано, что оценку реакционной опасности следует проводить, не только рассматривая физико-химические характеристики реагентов, но с обязательным учетом конкретных условий проведения процесса.

Не останавливаясь на деталях, укажем, что активно научные исследования в области реакционных опасностей проводятся не только в США, а также в странах ЕС, в Японии, Китае и т. д. Такие исследования проводятся во многих крупных химических фирмах, центрах безопасности, многих государственных и частных научных организациях, университетах. Международную координацию научных исследований в сфере термической безопасности осуществляют:

DIERS (Design Institute for Emergency Relief Systems) – институт конструирования систем аварийного сброса, создан при Американском обществе инженеров – химиков в 1976 г. после катастрофы в Бхопале, включает 232 организации и фирм из разных стран; EDUG (EUROPEAN DIERS USERS GROUP) - европейское отделение DIERS; RMR (Reactivity Management Roundtable) – "круглый стол по проблеме менеджмента реакционных опасностей", создан в 2003 г. при Американском обществе инженеров – химиков для выработки рекомендаций по системам управления термической безопасностью в химической промышленности; IGUS (International Group of Experts on the Explosion Risks of Unstable Substances) – международная группа экспертов по опасностям нестабильных веществ, создана и действует под эгидой Европейского Союза.

Однако современное научно-методическое состояние этой проблемы за рубежом нельзя считать удовлетворительным. Несмотря на наличие прекрасного приборного оснащения и возможности широкого использования современной вычислительной техники, до сих пор крайне ограниченно используются в практике работ по термической безопасности наиболее эффективная методология решения проблем в этой области – методология математического моделирования. В основе работы большинства зарубежных исследователей в области термической безопасности до сих пор лежит использование простейших чрезвычайно упрощенных эмпирических методов прогнозирования возможности теплового взрыва, часто приводящим к ошибочным результатам. Причинами этого, в первую очередь, являются необходимость появления новых и переучивания существующих кадров, требующая значительного времени и средств.

До 1990 г. работы в области теплового взрыва проводились в СССР практически во всех институтах, работающих в области взрывчатых веществ и ракетных топлив. Достижения отечественной научной школы в области теории теплового взрыва во всем мире признаны классическими и составляют основу мировых знаний в этой сфере.

Однако в период экономических реформ в России, связанных с переходом страны в систему рыночной экономики, это направление научных исследований в условиях резкого сокращения государственного финансирования в области науки, оборонной тематики и химической промышленности оказалось практически свернутым. Следует признать, что в этот период времени потребности практики в таких работах в России были также крайне ограничены. Это объясняется следующими причинами:

практическим прекращением работ по созданию новых высокоэнергетических ракетных топлив, порохов и взрывчатых веществ; небольшим объемом работ по созданию новых и совершенствованию существующих химических технологий, отсутствием гармонизации национальной и международной системы законодательства в области промышленной безопасности и транспорта опасных грузов.

Проблема термической безопасности и теплового взрыва не вошла в тематику нескольких Федеральных целевых программ в области безопасности и риска. Только в незначительном объеме эти работы финансировались из средств Федеральных программ по приоритетным направлениям развития науки и технологий.

Ситуацию не изменило принятие в 1997 г. Федерального закона "О промышленной безопасности опасных производственных объектов". Законом предусмотрено обязательное информирование органов власти и населения о состоянии безопасности наиболее опасных объектов, которое осуществляется через обязательную процедуру разработки и представления декларации промышленной безопасности, являющуюся по сути адаптацией в РФ процедуры анализа, предусмотренной "Директивой Севезо". Конечно, все производства, опасные с позиций возможности теплового взрыва подлежат такому декларированию. Однако возможность наличия реакционноопасных химических взаимодействий (а ведь их последствиями может быть катастрофа) не рассмотрена в этом законе как признак опасного промышленного объекта.

Принятие федерального закона "О техническом регулировании" с обязательными требованиями обеспечения термической безопасности (без определения смысла этого понятия!), появление технических регламентов, как основополагающих документов, определяющих безопасность продукции, переход в России к использованию гармонизированной в глобальном мировом масштабе системе классификации опасных веществ СГС требуют создания новой методической основы, нормативной и испытательной базы для работ в области термической безопасности.

Сегодня необходимость обязательного обеспечения безопасности производств химических продуктов, процессов их транспортировки, хранения и применения в России формально законодательно определена на государственном уровне в федеральном законе РФ "О техническом регулировании" (статья 7) [23].

Закон [23] определяет безопасность продукции, а также процессов ее производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации как состояние, при котором отсутствует недопустимый риск, связанный с причинением вреда жизни или здоровью граждан, имуществу (государственному или муниципальному, физических или юридических лиц), окружающей среде, жизни или здоровью животных и растений.

В соответствии с этим законом подлежат разработке новые нормативные документы – технические регламенты, принимаемые в законодательном порядке и устанавливающие обязательные для исполнения требования к обеспечению всех видов безопасности, включая термическую безопасность. Разработка проектов таких технических регламентов в настоящее время проводится весьма интенсивно

В техническом регламенте [67] установлены минимально необходимые требования безопасности химической продукции в части взрывобезопасности, пожарной, термической и химической безопасности при ее хранении, перевозке, реализации, применении и утилизации. Однако срок ввода в действие этого регламента – 2021 год. И главное – нет соответствующей нормативной и методической базы, нет системы испытательных лабораторий.

Представленные данные, по нашему мнению, достаточно полно говорят о наличии в сфере химической безопасности РФ проблемы большой практической важности – проблемы термической безопасности химических веществ и химических процессов. Наша задача — не навести ужас на читателя. Но мы не должны забывать о том, что произошло.

2.4. Концептуальные основы термической безопасности

Любая химическая реакция всегда происходит в определенном ограниченном объеме. Объем, где происходит химическая реакция, принято называть реакционным объемом, а устройство, в котором он находится, химическим реактором. Прилагательное "химический" указывает на специфику реактора, как устройства, в котором осуществляется именно химическая реакция (в отличие от реакторов иных типов, например, ядерных). Поскольку в пределах настоящей книги рассматриваются только химические реакции, то в ней вместо термина "химический реактор" используется просто термин "реактор".

В литературе термин "химический реактор" обычно используется в значении специального аппарата, в котором осуществляется технологический процесс синтеза химических веществ. В настоящей книге этот термин имеет несколько иной смысл, отождествляемый с понятием реакционного объема и применяется во всех случаях, когда имеет место химическая реакция, вне зависимости от цели ее проведения. В этом смысле реактором является не только аппарат для химического синтеза, но и цистерна, используемая для транспорта или хранения химического вещества, снаряд, снаряженный взрывчатым веществом, химический склад и т. д.

Предполагается, что во всех случаях реактор герметически отделен от окружающей среды некоторой непроницаемой физической оболочкой. При этом, в реактор могут подаваться или из него могут отводится химические вещества через специально предназначенные для этого места.

Рассматривая вопросы безопасности, будем полагать, что до тех пор, пока реактор сохраняет свою целостность, химическая реакция безопасна для человека и природы. Только при разрушении (разгерметизации) реактора возникают прямые и косвенные поражающие факторы химической аварии: температура, ударная волна, осколки оболочки разрушающегося реактора, выброс опасных химических веществ и т. д. Соответственно с этим можно рассматривать две задачи обеспечения безопасности объекта, в котором происходит химическая реакция:

1) задача обеспечения целостности реактора при наличии в нем химической реакции;

2) задача обеспечения безопасности персонала, населения, природы в условиях аварийного разрушения реактора.

Это две принципиально разные самостоятельные задачи, с различными объектами защиты, поражающими факторами и методологией решения.

Тепловой взрыв – "пиковое" состояние внутри химического реактора, характеризующееся максимальными значениями температуры и давления в нем и взрывными скоростями их достижения. Любое состояние химической реакции вне состояния теплового взрыва (кроме детонации) менее опасно, чем в случае его реализации. Отсюда возникают следующие задачи обеспечения термической безопасности: