Программный комплекс "Тепловой взрыв" (стр. 18 )

Любая деятельность потенциально опасна, т. е. при любой деятельности присутствует опасность. При этом, опасность всегда носит потенциальный, т. е. возможный, скрытый характер. Это утверждение является аксиомой потенциальной опасности и определяет необходимость проведения идентификации опасности, т. е. признания того, что опасность в данном объекте существует, выявления ее вида и определения ее характеристик. Идентификация опасности - обязательная начальная задача при любых исследованиях безопасности.

Использование опасных химических веществ и опасных химических процессов в нашей жизни неизбежно. Они используются во многих объектах различного назначения, при получении необходимых человеку веществ, энергии и в иных полезных целях. Опасные вещества хранятся и транспортируются в больших количествах различными видами транспорта.

Опасности химических веществ многообразны. Для решения вопросов, связанных с безопасностью объектов, использующих опасные химические вещества, каждый их вид опасности должен быть терминологически определен и иметь методологию своей идентификации. При анализе безопасности объекта осуществляется последовательная идентификация наличия или отсутствия опасности определенного вида из заданного конечного множества видов опасностей. Еще раз подчеркнем – в этом случае осуществляется последовательный перебор опасностей только из заданного их множества. Это множество всегда конечно. Поэтому полностью идентифицировать все опасности, присутствующие в системе, практически невозможно или, по крайней мере, крайне затруднительно и очень дорого. Вследствие этого во многих случаях опасности полностью не идентифицированы и причины некоторых аварий и катастроф остаются невыясненными долгие годы или же неизвестными навсегда. Можно говорить только о разной степени идентификации опасностей: более и менее полной, приближенной, ориентировочной и т. п.

Во всех случаях использования опасных химических веществ и опасных химических процессов человек, его материальные ценности, окружающая природа должны быть защищены от их опасностей. Безопасность обеспечивается:

превентивно, до того, как авария произошла, в результате устранения опасностей или снижения их до допустимого предела и/или снижением ущерба от возможной аварии до допустимого уровня в результате применения средств защиты от воздействия поражающих факторов аварии.

На объектах, использующих химические вещества или процессы, обладающих термической опасностью, в определенных условиях возможен тепловой взрыв последствия, которого – ущерб человеку, собственности, природе. Поэтому идентификация термических опасностей является принципиально важной задачей для принятия мер защиты таких объектов, обеспечения их безопасности.

Опасность экзотермических химических реакций связана не только с тепловыделением, но и с последствиями газовыделения.

Тепловыделение химического процесса определяет переход химической реакции в неуправляемый режим, следствием которого является прогрессивный разогрев и экспоненциальное нарастание скорости химической реакции. Если химическая реакция при этом сопровождается образованием газообразных продуктов, то в этом случае в объекте применения опасных веществ будет иметь место нарастание давления, опасное для его целостности. При разрушении такого объекта возникают ударная волна, осколки, выброс опасных химических продуктов и другие опасности, связанные с последствиями воздействия разрушения объекта на его окружение. Знание кинетики газовыделения является критически важным для анализа такой опасности и выбора эффективной системы аварийной защиты.

Потенциально термическую опасность для объекта создает наличие в нем, по крайней мере, одного из следующих носителей опасности:

самореагирующих веществ - химических веществ, обладающих способностью к самостоятельному разложению с выделением тепла и газообразных продуктов; смесей или растворов веществ, способных к термически опасным (т. е. с выделением тепла и газообразных продуктов) химическим взаимодействиям; химических веществ, способных к термически опасным химическим взаимодействиям с веществами, находящимися вне целевого объекта; термически опасной целевой для исследуемого объекта химической реакции и связанных с ней термически опасными побочными химическими реакциями.

Определение наличия у исследуемого объекта указанных носителей опасности – суть идентификации наличия термических опасностей.

Не существует процедур, способов и методов, с помощью которых может быть со стопроцентной гарантией проведена идентификация всех термических опасностей (как и других видов опасностей), присущих исследуемому объекту. Главная цель при выполнении идентификации опасностей – выявить основные из них, способных нанести при своей реализации максимальный ущерб и требующих принятия эффективных средств защиты с затратой для этого определенных ресурсов. При этом, если на стартовом этапе работы опасности определенного вида идентифицированы не были, то это не означает, что таких опасностей вообще нет.

Идентификация термических опасностей объекта в общем случае включает в себя:

1) определение перечня всех химических веществ, входящих в состав целевого объекта;

2) определение в этом перечне самореагирующих веществ;

3) определение возможных экзотермических химических взаимодействий между химическими веществами, входящими в состав объекта исследования;

4) определение возможных экзотермических химических реакций между химическими веществами, входящими в состав объекта исследования и химическими веществами вне его;

5) идентификацию термической опасности целевой химической реакции и связанных с ней побочных химических реакций в случае, если на объекте исследования реализуется соответствующий технологический процесс, включающий целевую химическую реакцию (например, объект исследования - химический процесс в реакторе для получения определенного продукта).

В общем случае носителем термической опасности является или индивидуальное химическое вещество, способное к экзотермической химической реакции саморазложения или определенная смесь веществ, способных вступать в химическое взаимодействие, сопровождающееся выделением тепла. Наличие или отсутствие термической опасности при ее исследовании определяется по результатам экспериментального наблюдения за поведением химического вещества или смеси химических веществ в определенных условиях, фиксируя в этих условиях наличие или отсутствие экзотермической химической реакции или расчетно – теоретически, определяя значение определенного показателя вещества или смеси веществ и сопоставляя его с некоторым критерием, фиксирующим наличие или отсутствие термической опасности.

Еще раз подчеркнем, что заключение о наличии или отсутствии у объекта исследования термической опасности никогда не является абсолютным, т. к. зависит от методики исследования, используемых показателей, критериев и т. д. Сам факт отсутствия экзотермического взаимодействия в объекте в определенных условиях исследования еще не означает невозможность появления такого взаимодействия в иных условиях.

К сожалению, отечественной научно – технической литературы по вопросам идентификации термических опасностей практически нет. Вероятно, это обусловлено тем, что интенсивно проводимые исследования в СССР в 60 – 90 годы прошлого века по этим направлениям преимущественно были связаны с оборонной тематикой, их результаты носили закрытый характер и в открытой печати не публиковались. Именно на эти годы относится пик зарубежных исследований по этим направлениям, что связано с произошедшими тяжелыми катастрофами, вызванными тепловым взрывом и, соответственно, высокая публикационная активность в зарубежной печати. В 2000 и последующие годы и до настоящего времени высокая активность научных и прикладных исследований по указанной проблематике и, соответственно, публикационная активность за рубежом продолжает сохраняться. В значительной мере она перешла в Интернет. К сожалению, в России в условиях перехода нашей экономики к рынку, резкого сокращения государственной поддержки науки, сворачивания исследований по оборонной тематике и химической технологии произошло и сохраняется до сих пор практически полное прекращение исследований по проблеме термической безопасности. Ситуацию в России не изменили даже произошедшие в эти годы катастрофы и аварии, вызванные тепловым взрывом, а также факт наличия интенсивных исследований в этой сфере за рубежом.

Отметим, что в данном случае речь не идет об отечественных исследованиях в области теории теплового взрыва, получивших мировое признание и создавших научный фундамент в этой области знаний (, -Каменецкий, , ).

В зарубежной литературе и в Интернет присутствует большой объем информации по опасным свойствам отдельных веществ и их смесей. Многие химические компании имеют огромный материал по этим вопросам, полученный в результате многолетних экспериментальных и теоретических исследований. Только небольшая часть этих результатов опубликована в открытом доступе, оставаясь во внутрифирменных мало доступных материалах. Как и в других сферах человеческих знаний, объем информации об опасностях химических веществ катастрофически постоянно растет, разобраться в нем, найти и собрать необходимую информацию становится все труднее. Во многих случаях провести необходимые исследования быстрее, чем найти опубликованные результаты. Поэтому весьма привлекательной является идея создания публичной базы данных по опасным свойствам реакционноопасных веществ. Эта идея была высказана еще в 1990 г. специалистами фирмы Dow Chemical и Национальным институтом стандартов и технологии Агентства торговли США (NIST). В последующем (в октябре 2002 г.) Совет по химической безопасности при Конгрессе США (CSB) поддержал идею создания такой базы и дал соответствующие рекомендации Национальному агентству США по охране окружающей среды (EPA) и Агентству по промышленной безопасности (OSHA). Обсуждение концепции реализации такой базы данных продолжается до сих пор с участием ряда промышленных фирм и администрации США. Однако практических результатов пока нет [1].

За рубежом опубликованы ряд руководств, имеющих смысл технических рекомендаций, по проведению исследований, направленных на создание безопасных химических процессов. Ряд из них [2 - 13] рассматривают вопросы идентификации термических опасностей. Отличаясь между собой по степени подробности представления материала, все они достаточно близки друг другу по методологии подхода к решению этой задачи. Все эти публикации содержат рекомендуемую последовательность выполнения экспериментального и расчетно - теоретического скрининга реакционных опасностей вообще и термических опасностей в частности.