Токсичность химические опасных веществ и характер их воздействия на организм

По характеру воздействия на организм химически опасные вещества делят на следующие группы:

1. Удушающие с прижигающим эффектом – хлор, фосген.

2. Обще ядовитые вещества – синильная кислота, угарные газ, цианиды.

3. Удушающие и обще ядовитые с прижигающим действием - соединения фтора, азотная кислота, сероводород, сернистый ангидрид, оксиды азота.

4. Нейротропные яды – ФОС, сероуглерод, тетраэтилсвинец.

5. Нейропные и удушающие – аммиак, гидразин.

6. Метаболические яды – дихлорэтан, оксид этилена.

7. Нарушающие обмен веществ – диоксины, бензфураны.

В качестве примера рассмотрим краткую характеристику и действие на организм человека такого наиболее опасного промышленного ядовитого газа как аммиак.

Аммиак – неорганическое соединение основного характера, образуется в природе при разложении азотосодержащих органических веществ. В настоящее время аммиак получают из азота и водорода при нагревании в присутствии катализатора.

Жидкий аммиак широко используется в мясомолочной продукции и пищевой промышленности, является полупродуктом в химическом производстве.

Аммиак имеется на промышленных предприятиях по производству удобрений, лаков, красок, мочевины и др. химических веществ.

Жидкий аммиак используется в холодильных установках в качестве хладогента (рабочего вещества), 18-20% раствор называется аммиачной водой и используется как удобрение.

Нашатырный спирт – это 10% водный раствор аммиака.

Физические свойства:

Бесцветный газ с характерно удушливым запахом (нашатырного спирта) и едким вкусом. При обычном давлении затвердевает при температуре -78⁰С (температура плавления) и сжижается при температуре -33,4⁰С (температура кипения).

Плотность газообразного аммиака при нормальных условиях составляет 0,6 г/см³, т.е. он легче воздуха, при выходе в атмосферу дымит и, насыщаясь водяными парами, образует аэрозоль, скапливающуюся в низких местах.

Газообразный аммиак проявляет себя как удушающий яд и отравление им характеризуется клинической картиной различной тяжести от простого раздражения слизистых оболочек до внезапной смерти от рефлекторной остановки дыхания. При концентрации аммиака 0,012-0,07(г/м³) (легкая форма отравления) происходит снижение работоспособности, наблюдается головная боль, раздражительность, раздражение слизистых, кашель и т.д.

При концентрации более 0,07-0,7(г/м³) (отравление средней тяжести) наблюдается затрудненное дыхание, изжогоподобная боль в ротовой полости и носоглотке, спазм век и обильная слезоточивость, отеки слизистых и кожных покровов.

При концентрации от 0,7-1,50(г/м³) (отравление тяжелой степени) пострадавшие жалуются на обильное слезотечение и боль в глазах, удушье, сильные приступы кашля, головокружение, боли в желудке и рвоту, иногда судороги. В некоторых случаях пострадавшие сильно возбуждены или находятся в состоянии буйного бреда. Возможна смерть через несколько часов или дней после отравления от отёка гортани или пневмонии легких.

При концентрации 1,75-3,15 (г/м³) (смерть в течение 30 минут) происходит рефлекторная остановка дыхания, а при больших концентрациях - мгновенная смерть.

Доврачебная помощь:

Надеть на пострадавшего противогаз и вынести его на свежий воздух, обеспечить покой, освободить от стесняющей одежды и при первой возможности переодеть, так как аммиак (особенно жидкий), попавший на одежду, довольно долго сохраняется на ней и продолжает оказывать отравляющее действие. Напоить теплым молоком с пищевой содой, вдыхать теплые водяные пары, распыленный раствор хлорида натрия (поваренной соли) или пары уксусной кислоты (столового уксуса).

При спазме голосовой щели – тепло на область шеи, при остановке дыхания – искусственное дыхание. Если газ попал в глаза и нос, промывать водой не менее 15 минут или 2% раствором борной кислоты, закапать глазные капли с альбуцидом. В нос – вазелиновое (подсолнечное) масло.

При поражении кожи необходимо промывание чистой водой, при появлении ожогов – накладывать стерильные повязки или компрессы с раствором (2-5%) уксусной, лимонной, соляной кислот, внутрь дать анальгин. Если аммиак попал в желудок, необходимо выпить 3 стакана теплой воды с добавлением чайной ложки 6% раствора уксуса на стакан воды и механическим путем вызвать рвоту.

Химическая обстановка складывается в зоне химического заражения, возникающей при аварии на химически опасном объекте (ХОО) или разрушении этого объекта.

Оценить химическую обстановку это значит определить масштаб химического заражения (глубину и площадь зоны заражения), его продолжительность

и опасность.

Оценка химической обстановки по данным прогноза[44].

Примечание: для выполнения подобных расчетных задач студентам специальности «БЖД в техносфере» рекомендуется методика: Методические указания по оценке последствий аварийных выбросов опасных веществ (РД-03-26-2007, утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 14 декабря 2007 г. № 859). Серия 27. Выпуск 2 / Колл. авт. - М.:Научно-технический центр по безопасности в промышленности, 2008. – 124 с.

Исходными данными для прогнозирования химической обстановки являются:

1) Тип и общее количество АХОВ на ХОО, их размещение в емкос­тях и технологических трубопроводах.

2) Количество АХОВ, выброшенных в атмосферу (Q₀) и характер их разлива па подстилающей поверхности ("свободно", "в поддоне", "в обваловку").

Q_m- при аварии - количество АХОВ в минимальной по объему еди­ничной емкости: для сейсмических районов - общий запас АХОВ : на газо- и продуктопроводах - максимальное количество АХОВ, содержа­щееся в трубопроводе между автоматическими отсекателями.

Характер разлива характеризуется толщиной слоя (h) и площадью (F) разлива.

- h для свободно разлившихся на подстилающей поверхности - 0.05 м:

- при разливе из единичных емкостей в самостоятельный поддон (обвалование)

h = Н - 0,2 , (1)

где Н = высота поддона (обвалования), м;

- при разливе из группы емкостей, имеющих общий поддон (обвало­вание)

, (2)

где Q₀- количество выброшенных АХОВ, т;

F - площадь разлива, м²;

d - плотность АХОВ, г/см³.

3) Для определения количественных характеристик выброса АХОВ не­обходимо определить их эквивалентные значения.

При аварии наХОО эквивалентное количество по первично­му облаку(Q_э1) определяется по формуле:

, (3)

где k₁- коэффициент, зависящий от условий хранения (для сжатых газов k₁= 1)

k₃- коэффициент, равный отношению пороговой токсодозе C_l2, к по­роговой токсодозе др.;

k₅- коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивос­ти воздуха

k₇- коэффициент формулы (1);

Q₀- количество выброшенного (разлившегося) при аварии, т.

При аварии на хранилищах сжатого газа величина Q₀ рассчитывает­ся по формуле:

где d - плотность СДЯВ, т/м³;

Vx - объем хранилища, м³.

При авариях на газопроводе величина Q₀ рассчитывается по фор­муле:

,

где n - процентное содержание АХОВ в природном газе,

d - плотность, т/м³ Vг - объем секции газопровода между автоматическими отсекателями, м³.

Для определения величины Q_э1 для сжиженных газов, не вошедших в таблицу, значение коэффициента k₇ принимается равным 1, а значе­ние коэффициента k₁ рассчитывается по соотношению:

где Сp - удельная теплоемкость сжиженного АХОВ, кДж/кг*град;

DТ - разность температур жидкого АХОВ до и после разрушения ем­кости, °С,

DН_исп - удельная теплота испарения жидкого АХОВ при температуре испарения, кДж/кг.

По вторичному облаку эквивалентное количество определяет­ся по формуле:

, (4)

где k₁; k₂; k₃; k₄; k₅; k₇- коэффициенты из формул (1-3),

k₆ - коэффициент, зависящий от времени, прошедшего после аварии N.

Значение коэффициента k₆ определяется после расчета продолжительности испарения вещества (Т, ч).

При N>Т, k₆ = .

Если N<Т, k₆= , если Т<1ч => k₆ принимается равным для 1ч.

При определении величины Q_э2 для веществ, не вошедших в табл. 17.1, значение коэффициента k₇ принимается равным 1, а значение k₂, определяется по формуле:

k₂ = 8,10 · 10^-6 · р· ,

где р - давление насыщенного пара вещества при заданной Т, мм.рт. ст.;

М - молекулярная масса вещества.

В случае разрушения химически опасного объекта эквивалентное количество в облаке зараженного воздуха определяется только для вторичного облака при свободном разливе. При этом суммарное эквивалентное количество рассчитывается по формуле:

,

где k_2i- коэффициент, зависящий от физико-химических свойств i-го АХОВ;

k_3i - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе i-го АХОВ;

k_6i –коэффициент, зависящий от времени, прошедшего после разрушения объекта;

k_7i - поправка на температуру для i-го АХОВ;

Q_i - запасы i-го АХОВ на объекте, т;

d_i - плотность i-гоАХОВ, .

Для определения масштаба (глубина и площадь) заражения при ава­рии на ХОО прежде всего рассчитывается глубина зоны химического за­ражения. Полная глубина зоны заражения (Г, км), обусловленная воздействием первичного и вторичного облака, определяется по формуле:

Г = Г^/ + 0,5 · Г^// , (5)

где Г^//- наименьший;

Г^/ наибольший из размеров Г₁ и Г₂.

Полученное значение Г сравнивается с предельно возможным значе­нием глубины переноса воздушных масс (Г_п , км), определяемым по фор­муле:

Г_п = N ·n , (6)

где N - время начала аварии, ч;

n- скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при данных скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч .

Сравнивая значения полной глубины зоны заражения Г и предельно возможного значения глубины переноса воздушных масс, Г_п для дальнейших расчетов выбирают наименьшее значение.

В случае разрушения химически опасного объекта при прогнозировании глубины заражения рекомендуется брать данные на одновремен­ный выброс суммарного запаса АХОВ на объекте и следующие метеоус­ловия:

инверсия, скорость ветра V = 1 м/с.

Полученные по таблице значения глубины зоны заражения Г в за­висимости от рассчитанной величины О_э и скорости ветра сравнивайся с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс Г_п . За окончательно рассчитанную глубину зоны заражения принимается меньшее из двух сравниваемых между собой значений.

Площадь зоны возможного заражения первичным (вторичным) облаком (S_в, ) определяются по формуле

, (7)

где Г - глубина зоны заражения, км;

j- угловые размеры зоны возможного заражения.

Площадь зоны фактического заражения (S_ф , км²) рассчитывается по формуле:

Sф = kв · Г² · , (8)

где k_в - коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости возду- ха;

N- время после аварии, ч.

Время подхода ОЗВ (облака зараженного воздуха) к объекту оценивается с целью принятия реше­ния о проведении необходимых защитных мероприятий при угрозе хи­мического заражения объекта. Оно зависит от скорости переноса облака воздушным потоком и определяется по формуле:

, (9)

где Х - расстояние от источника заражения до заданного объекта, км;

n- скорость переноса переднего фронта облака зараженного в зависимости от скорости ветра, км/ч.

Время поражающего действия СДЯВ определяется по формуле:

, (10)

где h - толщина слоя, при свободном разливе =0.05 м;

d -удельный вес (плотность) СДЯВ, г/ ;

k₂- коэффициент, зависящий от физико-химических свойствСДЯВ;

k₄- коэффициент, учитывающий скорость ветра;

k₇- коэффициент, зависящий от времени, прошедшего после начала аварии.

Скорость химического заражения оценивается потерями. Потери в масштабах городов, областей и регионов определяются с учетом нахож­дения людей в укрытиях, на открытой местности и от степени обеспече­ния противогазами. Потери определяются по формуле:

, (11)

где S_ф - площадь фактического заражения, км²;

b - процент потерь (на открытой местности и в укрытиях), % .

Потери на объекте агропромышленного производства определяются по формулам:

,

,

N - количество человек на открытой местности или в укрытиях;

b - процент потерь.

Зона химического заражения наносится на схему в зависимости от скорости ветра, либо в виде окружности, либо в виде полуокружности.

1. При n≤ 0,5 м/с - в виде окружности (рис.20.1).

Точка (О) соответствует источнику заражения. Угловой размер зоны (j)=360°. Радиус окружности (г) равен глубине зоны заражения (Г).

Рис. 20.1 Зона химического заражения при n≤ 0,5 м/с.

2. При 0,5< n< 1м/с - зона химического заражения имеет вид по­луокружности (рис.20.2). Условный размер зоны (j) = 180°. Радиус полуокружнос­ти (r) равен глубине зоны заражения (Г). Биссектриса полуокружности совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра.

Рис. 20.2 Зона химического заражения при 0,5< n< 1м/с.

3. При n > 1 м/с зона заражения имеет вид сектора, где R_{сектора} = Г_{заражения} (рис.20.3).

Биссектриса сектора совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра.

j = 90° при скорости ветра от 1,1 до 2 м/с,

j = 45° при скорости ветра больше 2 м/с.

Рис. 20.3 Зона химического заражения при n>1м/с.

Вариант оценки химической обстановки

На ХОО произошло разрушение обвалованной емкости со 100 т хло­ра. Высота обваловки 2,2 м. Районный центр от источника заражения на­ходится в 4 км. Метеоусловия: изотермия, скорость приземного ветра 3 м/с, темпера­тура воздуха 0°С. Плотность населения 2 тыс. чел, на 1 км². Обеспечен­ность противогазами 50%. Произвести оценку химической обстановки.

1. Поскольку один из вспомогательных коэффициентов, в частности k₆ определяется после нахождения времени поражающего действия (или времени испарения) АХОВ, (Т, ч), целесообразно начать расчет вре­мени поражающего действия по формуле (10):

,

где h - толщина слоя. при свободном разливе =0,05м

d - плотность АХОВ, г/см³ (см. табл. 20.1),

Вспомогательные коэффициенты:

k₂ , k₇ - (см. табл. 20.1)

k₄ - (см. табл. 20.9)

h = (Н - 0,2) м, где Н - высота обваловки.

k₇ определяем по табл. 20.1, берем значение по знаменателю, так как стойкость определяется вторичным облаком.

ч.

Время оценки обстановки ограничено 4 часами (т.е. N - 4 часа пос­ле аварии). После четырех часов - уже прогноз.

2. Определяем эквивалентное количество вещества по первичному облаку (Q_э1, т) по формуле 3:

Q_э1=k₁·k₃·k₅·k₇·Q₀,

где Q₀ - количество АХОВ, выброшенное при аварии, т,

k1 , k3 , k7- вспомогательные коэффициенты (см. табл. 20.1);

k5- вспомогательный коэффициент (см. табл. 20.2).

Q_э1= 0,18 · 1 · 0,23 · 0,6 · 100 = 2,48 т.

3. Определяем эквивалентное количество вещества по вторичному облаку (Q_э2 , т) по формуле 7:

Q_э2 = (1- k₁ ) ·k₂·k₃·k₄·k₅·k₆·k₇· .

Расчет значения k₆:

Если N>Т, то k₆ = Т⁰⁸. В нашем случае N (4ч) < Т(35,8 ч), поэтому k₆ = = = 3,03. Поскольку данные табл. 20.3 рассчитаны по формуле k₆ = , то значение k₆ в данном случае можно взять и из табл. 20.3:

Q_э2 = (1 - 0,18) · 0,052 · 1· 3,01 · 1,67 · 0,23 · 1 · т.

4. По табл. 20.10 для 2,48 т хлора (Q_э1) интерполированием находим глубину зоны заражения первичным облаком (Г₁, км):

3 т хлора ...................... 3.99 км

2,48т хлора……………X км

1 т хлора………………2,17 км

В общем виде: Г₁= Г_мин +(Г_макс – Г_мин) · (Q_экв1 – Q_{экв мин})/(Q_{экв макс} – Q_{экв мин})

В частном виде:

км.

5. Аналогично по табл. 20.10 для 1,59 т хлора (Q_э2) интерполированием находим глубину зоны заражения вторичным облаком Г₂ (км):

3 т хлора ..................... 3,99 км

1,59 т ........................... Х км

1 т хлора ..................... 2,17 км

км.

6. Определим максимальную полную глубину заражения Г(км) по формуле 9:

Г = Г ' + 0,5 · Г ",

где Г - наибольшая , а Г ' наименьшая величина из размеров Г 'и Г".

Г= 3,52 + 0,5 * 2,7 = 4,87 км.

7. Определим предельное значение глубины переноса воздушных масс Г_п (км) по формуле 6:

Г_п = N · n,

где N - время после аварии, ч (в нашем случае N=4 ч),

n- скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха (км/ч) (см. табл. 20.7)

Г_п = 4·18 = 72 км,

За расчетную глубину заражения принимается 4,87 км, как наимень­шая из сравниваемых величин (Г) и (Г_п).

8. Нанесение зоны заражения на схему:

а) поскольку скорость приземного ветра равна 3 м/с то угловой размер зоны j (см. табл. 20.5) равен 45°;

б) при скорости ветра 1 м/с зона заражения имеет вид сектора.

Радиус сектора равен глубине зоны заражения Г. Точка О соответ­ствует источнику заражения. Биссектриса сектора совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра .

9. Определяем площадь зоны возможного заражения Sв (км²) по фор­муле (7):

Sв = 0,00872 · j · Г²,

где 0,00872 - расчетный коэффициент.

Г - полная глубина зоны заражения, км.

Sв = 0,00872 · 4,87² · 45 = 9,3 км².

10. Определяем площадь зоны фактического заражения Sв (км²) по формуле (8):

S_ф = k₈ · Г² · ,

где k₈ - коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости воздуха (СВУВ) (см. табл. 20.2);

Г - полная глубина зоны заражения, км;

N - время после начала аварии, ч;

S_ф = 0,133 · 4,87² · =4,16км².

11. Определение числа людей, подлежащих эвакуации.

Количество людей подлежащих эвакуации (N_э тыс. чел.) определяет­ся по формуле:

N_э= А · S_в ,

где А - плотность населения, тыс. чел/км²;

S_в - площадь зоны возможного заражения, км².

N_э = 2 · 9,3= 18,6 тыс. чел.

12. Определение потерь:

а) потери населения N_э (тыс.чел.) в регионах, областях, городах опре­деляют по формуле (11):

,

где S_ф - площадь фактического заражения, км²;

b - процент потерь на открытой местности и в укрытии в зависимос­ти от обеспеченности населения противогазами

тыс. чел.

Структура потерь определяется согласно примечанию (табл. 20.8):

- легкой степени (25%) – 1,04 тыс.чел.;

- средней и тяжелой степени (40%) – 1,67 тыс.чел.;

- со смертельным исходом (35%) – 1,46 тыс.чел.

б) потери населения в условиях объекта агропромышленного произ­водства определяются по формулам:

N_п(о.м.) = N(о.м.) · П(о.м.)

где N_п(о.м.) - потери людей на открытой местности, чел.;

N(о.м.) - количество людей на открытой местности, чел.;

П(о.м.)- процент потерь на открытой местности (табл. 20.8).

N_п(укр) = N(укр.) · П(укр.)

где N_п(укр) - потери людей в укрытиях, чел.;

N(укр.) - количество людей в укрытиях, чел.;

П(укр.) - процент потерь в укрытиях (табл. 20.8).

Таблица 20.1.

Характеристика АХОВ и вспомогательные коэффициенты для определения глубин зон заражения

	Значение вспомогательных коэффициентов
Наименование АХОВ	d (г/ )	Т кипе­ния, °С	Токсо-доза (Т/Д) кг/мин.	К1	К2	Кз	-40°С	-20°С	0°С	+20°С	+40°С
л.
Хлор	0,032	-34		0,18	0,052			0,3	0,6		1,4
1,558	0,9
Аммиак под дав­лением   изотерм. хранение	0,0008	-33,4   -33,4		0,18   0,01	0,025   0,025	0,04   0,04		0,3	0,6		1,4
0,681   - -	0,9 0 0,9	1	1	1	1
0,681
Ангидрид сернистый	0,0029	-10,1	1,8	0,11	0,049	0,333			0,3		1,7
1,462	0,2	0,5
Сероводород	0,015	-60,3	16,1	0,27	0,042	0,036	0,3	0,5	0,8		1,2
0,964
Водород цианистый	-	25,7	0,2		0,026	3,0			0,4		1,3
0,687
Водород хлористый	0.016	-85,1		0,28	0.037	0,3	0,64	0,6	0,8		1,2
1,191
Соляная кислот;» (К)	-	—			0,021	0,3		0,1	0,3		1,6
1.198
Окислы азота	-	+21	1,5		0,040	0,4			0,4
1,491
Азотная кислота	-	+83				0,1
1.513
Фтор	0,0017	-188,2	0,2	0,95	0,038	3,0	0,7	0,8	0,9		1,1
1.512
Хлорпикрин	"	*112,3	0,02		0.002	30,0	0,03	0,1	0,3		2,9
1,66
Фосген	0,0035	*8.2	0.6	0,05	0,061						2,7
1,432	0,1	0,3	0,7
Нитрил акриловой кислоты (НАК)		*77,3	0.75		0,007	0,8	0,04	0,1	0,4		2,4
0,806
Этилмеркаптан	-	+35	2.2		0.028	0,27	0,1	0,2	0,5		1,7
0,839
Формальдегид	-	-19,0	0,6	0.19	0,034	1.0			0,5		1,5
0,815	0.4
Метил бромистый	-	+3,6	1,2	0,04	0,039	0,5					2,3
1,732	0,2	0,4	0,9
Диметиламин	0,002	+6,9	1.2	0,06	0,041	0,5					2,5
0,680	0,1	0,3	0,8
Хлорциан	0,0021	+12,6	0,75	0.04	0,046.	0,6					3,9
1,220			0,6
Метил хлористый	0,0023	-23,7	10,8	0,125	0,044	0,056		0,1	0,6		1.5
0,983	0,5

Таблица 20.2

Значения коэффициентов К₅, К₈

СВУВ	инверсия	изотермия	конвекция
К5	1,0	0,23	0,08
К8	0,081	0,133	0,235

Таблица 20.3

Значения коэффициента К₆

Время после начала аварии N, ч		1,5		2,5		3,5		4,5
К6		1,37	1,74	2,08	2,41	2,72	3,03	0,8

Таблица 20.4