8.4. Идентификация опасностей техногенных источников

Современные источники техногенных опасностей должны:

— обладать минимальным спектром и уровнем вредного воздействия на работающих, селитебные зоны техносферы и природу;

— иметь минимальный техногенный риск, обеспечивая тем самым минимизацию индивидуального, социального и экологического рисков в зонах своего влияния.

Оценка опасностей техногенных источников выполняется на этапах их проектирования (модернизации) и при эксплуатации. Процедуру оценки числа опасностей на этапе проектирования принято называть идентификацией опасностей.

8.4.1. Идентификация вредных воздействий

Она предусматривает выявление номенклатуры опасных потоков и расчет параметров их воздействия на работающих, население и природу.

При воздействии потоков вещества вычисляют:

— массы выбросов, сбросов и отбросов веществ, поступающих в помещения, промышленную зону и окружающую среду;

— концентрации веществ в загрязненных ими зонах. При воздействии потоков энергий определяют мощность выброса и интенсивности потоков в зонах их влияния. Кроме указанных выше параметров, в жизненном пространстве находят координаты пространства и временные показатели процесса негативного влияния опасных зон, создаваемых источником опасности. Идентификация опасностей в зонах пребывания людей — многофакторная задача. Некоторые упрощенные подходы к ее реализации рассмотрены ниже.

Идентификация выбросов в атмосферный воздух. Выбросы технологических процессов и технических систем при их работе в штатных режимах состоят:

— из веществ, поступающих в рабочее помещение;

— утечек рабочих сред из технических систем при нарушении их герметичности как в рабочую зону цехов, так и на промышленные площадки.

Масса выбросов М, возникающих при проведении технологических процессов, обычно рассчитывается по формуле:

М=mуд Пk(1-η),

где mуд — удельное выделение загрязняющего вещества на единицу П характерного показателя производственного процесса (при расчете выбросов из плавильных агрегатов принимают, что П — производительность плавильного агрегата, т/ч; при расчете выбросов при электродуговой сварке принимают, что П — расход электродов, кг/ч; при расчете выбросов при резке металлов определяют П как произведение длины резана толщину разрезаемого металла, м/ч; при окраске П — расход лакокрасочных материалов, кг/ч); k — поправочный коэффициент для учета особенностей технологического процесса; η — эффективность средств очистки выбросов, доли единицы (при их отсутствии n = 0).

Удельные выделения загрязняющих веществ при плавке чугуна в открытых чугунолитейных вагранках и электродуговых печах производительностью до 7 т/ч приведены ниже:

Загрязняющие вещества…. пыль оксид угле- оксиды диоксид

углерода водороды азота серы

удельные выделения веществ,

кг/т,

из разных плавильных агрегатов:

открытой вагранки 19 200 2,4 0,014 1,54

электродуговой печи 8,1 1,5 — 0,29 —

Когда осуществляют процесс ручной дуговой сварки сталей электродами с покрытием, mуд на кг электродов составляют 40 г пыли, 2 г фтороводорода, 1,5 г оксидов углерода и азота.

При эксплуатации систем с повышенным давлением возможны утечки газов, паров и жидкостей через уплотнения разъемных соединений, трубопроводов, затворы трубопроводной арматуры (клапаны, вентили и др.).

Утечки газов Qг (см3/*мин) через затворы определяются по формуле:

Qг=k n DY (10 pl +2)

где k — коэффициент, зависящий от класса герметичности (k = 1 10); n — коэффициент, зависящий от вида арматуры (для вентилей n = 75*10 ; для затворов n = 2,6-10ˉ³); pl — давление среды в трубопроводе, МПа; Dy — диаметр условного прохода, мм.

Системы вентиляции рабочих помещений обычно выводят из помещения цеха 97% вредных веществ.

При сжигании топлива (уголь, мазут, природный газ) в котлах ТЭС образуется нетоксичные диоксид углерода (углекислый газ) и водяной пар. Кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества, такие, как оксид углерода, оксиды серы и азота, летучая зола. Для ТЭС мощностью 1000 МВт характерны следующие выбросы: углекислого газа — 560 т/ч; паров воды — 105 т/ч; диоксида серы — 14 т/ч; оксидов азота — 4 и золы 0,85 т/ч при условии, что эффективность очистки дымовых газов от летучей золы составляет 0,99. Вблизи ТЭС, выбрасывающих такое количество загрязнителей, образуются зоны с повышенными (по сравнению с допустимыми) концентрациями вредных веществ протяженностью до 5 км и более.

Автомобильный транспорт при сжигании бензина или дизельного топлива выбрасывает отработавшие газы, состоящие из нетоксичных паров воды, диоксида углерода, азота, кислорода и водорода, а также из таких токсичных веществ, как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, альдегиды, сажи, 6енз[а]пирен и др. Состав отработавших газов ДВС зависит от режима работы двигателя.

Отработавшие газы ДВС в городах являются основными загрязнителями атмосферного воздуха. По данным обследований, концентрации оксида углерода СО (мг/м ) в воздухе автомагистралей (на краю проезжей части) можно найти по формуле:

Ссо=1,53N

где N— интенсивность движения автомобилей, авт/ч.

Характерные концентрации токсичных веществ в атмосферном воздухе для транспортных магистралей приведены ниже:

токсичные вещества…. оксид угле оксиды

углерода водороды азота

концентрация веществ,

мг/м3, для следующих

категорий улиц:

магистральные 16,5-28,2 1,8-3,2 6,8-8,0

общегородские непре-

рывного движения 54,3—66,0 6,0—7,7 12,6—15,5

Концентрации оксида углерода и других токсичных компонентов отработавших газов автомобильных двигателей достигают наибольших значений на перекрестках. В этом случае:

CCO(ПЕР)=(1+N2/N1),

где CCO(ПЕР)— концентрация СО на перекрестке; CCO — то же на главной магистрали с интенсивностью движения N1; N2— интенсивность движения на второстепенной магистрали.

Для устранения негативного влияния выбросов на приземной слой атмосферы в селитебной зоне устанавливают предельно допустимый выброс в атмосферу. Этот норматив устанавливается для каждого источника выброса так, чтобы содержание загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы от данного источника (или от совокупности источников с учетом перспективы их развития) при рассеивании вредных веществ в атмосфере не превышало норм по каче­ству воздуха.

Предельно допустимый выброс определяется по мето­дике ОНД-86 для каждого вещества отдельно. Значение ПДВ (г/с) для одиночного источника с круглым устьем в слу­чаях Сф < ПДК определяется по формуле

Существенно повлиять на величину ПДВ при проекти­ровании источника может высота трубы, которая определя­ется по формуле

H= ,

где А — коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (определяет условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе); M— масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с (М= ПДВ при концентрациях, равных ПДК); F— безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания частиц загрязняющих веществ в атмосферном воздухе; η — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае равнинной местности равен 1; m, n — безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; Н — высота источника выброса над уровнем земли, м; V1 — расход выбрасываемой газовоздушной смеси, /с, определяемый по формуле

,

При определении значения T (°С) принимается температура окружающего атмосферного воздуха Тв, равная сред ней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года, а температура выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг — по параметрам технологического процесса.

Значение коэффищента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:

250 — для районов Средней Азии южнее 40° с. ш., Бурятии и Читинской области;

200 — для европейской территории России, для районов России южнее 50° с.ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Республики Молдовы, для среднеазиатских государств СНГ, Казахстана, Дальнего Востока и остальной территории Сибири;

180 — для европейской территории России и Урала от 50 до 52е с. щ. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов и Украины;

160 — для европейской территории России и Урала севернее 52° с.ш. (за исключением Центра ЕТР), а также для Белоруссии, Украины;

140 — для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей.

Значение безразмерного коэффициента F принимается равным:

— для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п. практически равна нулю) — 1;

— для других мелкодисперсных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90% — 2; от 75 до 90% — 2,5; менее 75% и при отсутствии очистки — 3.

Коэффициенты m и n определяются в зависимости от параметров рассчитываемых по формулам

;

Коэффициент n определяется в зависимости от f и fe по формулам:

Коэффициент n определяется по формулам:

Если значение ПДВ по причинам объективного характера в настоящее время не может быть достигнуто, то вводится поэтапное снижение выбросов загрязняющих веществ от действующих предприятий до значений, обеспечивающих непревышение ПДК. На каждом этапе устанавливают временно согласованный выброс (ВСВ).

Расчет загрязнения атмосферы выбросами одиночного точечного источника. Для определения загрязнения атмосферного воздуха выбросами от точечного источника рассчитываются следующие характерные величины:

- максимальная приземная концентрация загрязняющих веществ;опасная скорость ветра, при которой достигается максимальная приземная концентрация;

- расстояние от источника выброса, на котором достигается максимальная приземная концентрация;

- приземная концентрация загрязняющих веществ по оси факела выброса на различных расстояниях от источника.

Расчет проводится по методике ОНД-86. Величина максимальной приземной концентрации загрязняющего вещества Cм (мг/м³) при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем определяется по формуле

Значение опасной скорости

Приземная концентрация загрязняющих веществ Сi (мг/м³) при опасной скорости ветра um по оси факела выброса на различных расстояниях Xi(M) от источника выброса определяется по следующей формуле:

Сi=S1iCм

где S1i – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от от отношения XiXm и коэффициента F по графику, приведенному на рис.8.7

Концентрация примеси в приземном слое атмосферы по оси факела выброса на разных расстояниях от источника распределяется следующим образом (рис 8.8).Вблизи источника концентрация примеси мала(зона А,зона неорганизованного загрязнения).Она увеличивается и достигает максимума на некотором расстоянии от трубы.

12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 Х/Х_ы

Рис. 8.7. Графики для определения коэффициента Si (легкая примесь 1 — F< 1,5, тяжелая примесь 2 — F> 1,5) для источников средней высоты и высоких

Наибольшего значения концентрация обычно достигает на расстоянии от 10 до 40 высот труб в случае нагретых выбросов и на расстоянии 5-—10 высот труб в случае холодных выбросов.

Так, при высоте труб от 100 до 250 м расстояние от точки выброса (от трубы) до точки максимума концентрации в зоне задымления при нагретых выбросах составляет 1—2,5 км, а при холодных — 500 м.

Все это свидетельствует о наличии трех зон неодинакового загрязнения атмосферы: зона переброса факела(Б), зоны задымления (В), т.е. зоны максимального содержа­ния загрязняющих веществ, и зоны постепенного снижения уровня загрязнения (Г). Зону задымления можно выделить как участок, на котором С > 0,5 С_м. Совпадение зоны задым­ления с местами расположения объектов, требующих повы­шенной чистоты воздуха, недопустимо.

Если из источника выбрасывается несколько различных загрязняющих веществ, то за высоту выброса принимается наибольшее из значений Н, которые определены для каж­дого вещества в отдельности и для групп веществ с сумми­рующимся вредным действием.

Очевидно, что увеличение высоты трубы всегда снижает уровень загрязнения приземного слоя. Однако такие реше­ния допускаются только после полного использования всех доступных на современном уровне технических средств по сокращению выбросов. Использование на энергетических объектах труб высотой более 250 м, а на других производствах — более 200 м допускается только по специальному согласованию.

Неорганизованные выбросы, как правило, поступают на промышленные площадки и прилегающие к ним территории. Для защиты от таких выбросов используют санитарно-защитные зоны.

Описание состояния загрязненности приземного слоя атмосферы обычно представляют полями изолинии содержания вещества в долях от ПДК (рис. 8.9).

Для расчета полей загрязнения атмосферного воздуха используют различные программы, основанные на использовании ОНД-86.

Как уже отмечалось выше, в реальных производственных городских, региональных и тому подобных условиях атмосферный воздух практически всегда оказывается одновременно загрязненным несколькими веществами.

Совместное негативное влияние загрязняющих веществ на воздух городов и промышленных зон оценивают индек¬сом загрязнения атмосферы (см. подробнее 5.2.1).

Идентификация энергетических воздействий. При идентификации энергетических воздействий следует исходить из условия, что наибольшая интенсивность потока энергии всегда существует непосредственно около источника. Интенсивность потока энергии в среде обитания уменьшается обратно пропорционально площади, на которую распределяется энергия, т. е. величине г , где г — расстояние от источника излучения до рассматриваемой (расчетной) точки в среде обитания. Если источник, излучающий энергию, находится на земной поверхности, то излучение идет в полусферическое пространство (S=2πr² ), если же источник, излучающий энергию, находится над земной поверхностью или под ней, то излучение идет в сферическое пространство (S=4πr²).

Расчет амплитуд вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта при вертикальных (горизонтальных) вибрациях фундамента машин с динамическими нагрузками производят по формуле

Аг=A0{ ‾ }

где Аг — амплитуда колебаний грунта в точках, расположенных на расстоянии r от оси фундамента, являющегося источником волн в грунте; A0 — амплитуда свободных или вынужденных колебаний при г=г0,

ro= π приведенный радиус подошвы фундамента (основания);

r=r/r°. Частоту волн, распространяющихся в грунте, принимают рав¬ной частоте колебаний фундамента машины.

Протяженность зоны воздействия вибраций определяется величиной их затухания в грунте, которая, как правило, составляет 1 дБ/м (в водонасыщенных грунтах оно несколько выше). Чаще всего на расстоянии 50—60 м от магистралей рельсового транспорта вибрации затухают. Зоны действия вибрации около строительных площадок, кузнечно-прессовых цехов, оснащенных молотами с облегченными фундаментами, значительно больше и могут иметь радиус до 150—200 м. Значительно выше вибрации в жилых зданиях могут создавать расположенные в них технические устройства (насосы, лифты, трансформаторные и т.п.), а также трассы метрополитена неглубокого залегания.

Интенсивность звука I (Вт/м²) в расчетной точке окружающей среды при излучении шума источником со звуковой мощностью Р (Вт) рассчитывают по формуле

I=РФ/Sk,

где Ф — фактор направленности излучения шума; S—площадь, на которую распределяется звуковая энергия, м²; k — коэффициент, учитывающий уменьшение интенсивности звука на пути его распространения за счет затухания в воздухе и на различных препятствиях (k = 1 при отсутствии препятствий и при расстояниях до 50 м).

Значительные уровни звука и зоны воздействия шума возникают при эксплуатации различных средств транспорта.

Вид

магистрали..... железная откры- скоростная автотранс-

дорога тая линия автомагист- порт город-

метро раль ских улиц

интенсивность

движения, шт/ч 40 40 2000-6000 50-500

уровень звука, дБ,

на расстоянии, м:

7,5………………. 89 69 87 60-74

10………………. 60-74

50………………. 53 55-56

70………………. 65

требуемое снижение

уровня звука,

ДБ………………. 20 8 11-14 7-21

Шумовая характеристика железнодорожного транспорта оценивается величиной уровня звука Iэкв (дБ), определяемой по формуле

Iэкв = 63 + 25lg Vr V°,

где Vr — скорость состава, м/с; V°= 1 м/с.

Электромагнитное поле несет энергию, определяемую плотностью потока энергии I (Вт/м ). При излучении сферических электромагнитных волн плотность потока энергии в зависимости от расстояния от источника определяется по формуле

I=P/4πr²,

где Р — мощность, подводимая к источнику, Вт; г — расстояние от источника электромагнитного поля до расчетной точки, м.

Формула справедлива при условии, что г≥λ/2π, где λ -длина волны электромагнитного излучения, м. Длина волны связана с частотой ƒ(Гц) соотношением λƒ = с, где с — скорость распространения электромагнитных волн, м/с.

Опасные зоны источников ЭМП и излучений для линий электропередач с частотой 0 и 50 Гц в зависимости от напряжения приведены ниже:

напряжение, кВ…………………… 20 110 330 750 1150

размер защитной зоны

от крайнего провода ЛЭП, м……….10 20 75 250 300

Для электрифицированных железных дорог при напряжении 10—20 кВ защитная зона составляет соответственно 10 и 20 м.