Характерні види аварійних руйнувань сховищ і трубопроводів і їх наслідки

Сховища та трубопроводи, що працюють під тиском. Деякі продукти хімічних велитоннажних виробництв зберігаються протягом довгого терміну (наприклад, при сезонному характері їхнього використання). До таких речовин та матеріалів можна віднести мінеральні добрива та речовини, необхідні для їхнього виробництва, палива, а також деякі інші речовини, матеріали та продукти, які використовують у сільському господарстві, машинобудуванні, легкій промисловості, побуті та ін.

Серед речовин та матеріалів такого типу – аміак, хлор, зріджений природний газ, метан, бутан, нафта і нафтопродукти, гідразін, кислоти та ін. Усі вони екологічно небезпечні (токсичні, вибухо- та пожеженебезпечні).

Усі види аварій та аварійних ситуацій із сховищами і трубопроводами працюючих під тиском можна умовно розділити на 2 групи:

- великі (глобальні) руйнування (мають місце великі розриви ємностей (трубопроводів) та вибухи. При цьому значна частина небезпечної речовини миттєво потрапляє в атмосферне повітря);

- незначні дефекти (невеликі щілини, отвори та ін.).

Причинами великих аварій можуть бути природні небезпечні явища (зсуви, землетруси), руйнування опор, пошкодження, пов’язані з диверсіями, падінням літальних апаратів, грубі помилки персоналу та ін.

При цьому спостерігається дуже швидке (практично миттєве) розширення газу, в процесі чого теплообмін з оточуючим середовищем можна нехтувати. Таке розширення без теплообміну називають адіабатичним розширенням. При цьому температура речовини суттєво знижується, і речовина може опинитися у двофазному стані. Тобто частина газу (меньша) може перетворитися у рідину, яка розливається біля зруйнованого сховища (ємність трубопроводу) та частково – потрапляє в аерозоль (краплинки рідини з вологою повітря утворюють хмару); але більша частина речовини залишається у газовому стані й відразу потрапляє в атмосферу.

В результаті такої аварії, одним із наслідків якої є значний викид токсичної речовини, може спостерігатись велика зона ураження; при цьому може бути отруєна велика кількість людей, а також домашні тварини, популяції рідких рослин та диких тварин, отруєні водойми та ін. Якщо у повітря потрапляє газоподібна вибухо- та пожежонебезпечно речовина, біля джерела забруднення можливі вибухи і пожежі. Крім того, якщо є віддалені від місця викиду джерела вогню, можливі «вторинні» вибухи і так звані «пожежі і вибухи на відкритому просторі», бо концентрація небезпечної домішки у суміші з повітрям може досягти інтервала вибухонебезпечних концентрацій навіть на значній відстані від джерела забруднення.

Причинами невеликих дефектів можуть бути іржа (корозія металу), локальні руйнування зварного шову, осколкової відтулини і т.п. У такому випадку спостерігається повільне витікання газу зі сховища (ємності або трубопроводу), працюючого під тиском.

Такий процес витікання газу крізь невелику щілину або отвір, який супроводжується тертям (м’яттям) газу, має назву процесу дроселювання. При цьому тиск речовини змінюється від великої величини до атмосферного тиску.

Цей процес переважно призводить до зниження температури (але не такого суттєвого, як при адіабатичному розширюванні). При деяких початкових умовах та для деяких речовин при дроселюванні може спостерігатисьне зниження, а навпаки – підвищення температури, або незмінна температура (явище інверсії).

Зрозуміло, що у такому процесі швидкість проникнення у повітря небезпечної речовини суттєво нижча, ніж у попередньому випадку (внаслідок вибуху, значного руйнування сховища або трубопровода). Але може спостерігатись поступове забруднення довкілля і досягається з часо небезпечних концентрацій (з точки зору впливу на людину і інші живі об’єкти, а також з точки зору вибухо- та пожежонебезпеки). Крмі того, контакт домішки з елементами конструкцій (зварні шви, клапани, компресори, теплообмінники та ін.) може призводити інтенсивної корозії та наступного руйнування.

Сховища та транспортування небезпечних речовин у зрідженому стані при низьких температурах. Можливі ті ж дві групи аварій.

До великих аварій належать глобальні руйнування сховища (або кількі сховищ) з витіками (виливами) великої кількості небезпечної речовини в обвалований простір.

Великий витік низькотемпературної небезпечної речовини призводить до таких послідовних процесів та явищ.

Перший етап розливу (витоку) – первинне бурне кипіння і випарювання. Ці процеси пояснююься тим, що зріднена низькотемпературна небезпечна речовина потрапляє на відносно «гарячу» поверхню (ефект «краплини води на гарячій сковорідці»). Цей етап може займати від кількох хвилин до кількох десятків хвилин.

Другий етап – це поступовий перехід до режиму стаціонарного випарювання. В цей період спостерігається поступове охолодження (і промерзання) під впливом холодної рідини поверхневого шару грунту, який поступово зменшує свою теплопровідність і стає тепло ізолятором. Загальний теплопідвод до розлитої рідини зменшується, тому зменшується й інтенсивність випарювання; режим перетворюється у стаціонарний. Цей етап може здійснюватися протягом декількох годин або десятків годин.

Третій етап – стаціонарне повільне випарювання з поверхні холодного озера (з відносно невеликою, близько до постійної потужності джерела забруднення). Завдяки зниженому підводу теплоти зовні і відводу її, пов’язаному з випарюванням, температура рідини може знижуватись нижче температури кипіння при тиску довкілля (для аміаку ця температура може знижуватись до -50º С для великих проливів). У залежності від кількості розлитої рідини (масштабів аварійного виливу) цей етап може охоплювати декілька діб і, навіть, тижнів.

Четвертий етап – поступове вивільнення грунту від небезпечної речовини – рідини та адсорбційної фази небезпечної речовини шляхом остаточного випарювання, десорбції, висушування. На цьому етапі потужність джерела забруднення може бути значно меншою, ніж навіть на третьому етапі.

Невеликі аварії пов’язані з відносно невеликими витіками (внаслідок незначних протоків у результаті дефектів клапанів, трубопроводів, вентилів, розстикування трубопроводів при навантаженні чи розвантаженні ємностей, сховищ, суден або цистерн, внаслідок помилок персоналу та ін.). Такі аварійні ситуації можуть призвести до локальних миттєвих або незначно продовжених за часом забруднень відносно невеликих районів або ділянок підприємств. Аналіз таких ситуацій може бути проведений за допомогою загальних методів.