Прогнозування наслідків аварії з аміаком

1 Властивості, промислове значення  і класифікаційні характеристики  аміаку. Аналіз аварій, характерних для аміаку

У даному розділі дипломної роботи представлені основні властивості  аміаку, промислове значення, області  його застосування і класифікаційні характеристики. Також проаналізовані найбільш великі аварії з викидом (розливом) аміаку, що мали місце у світовій практиці і в нашій країні. Виявлено типові для підприємств, що використовують, виробляють або транспортують дана речовина, причини аварій.

1.1 Класифікаційні характеристики аміаку

АХОВ - небезпечна хімічна речовина, що застосовується в промисловості  і сільському господарстві, при аварійному викиді (розливі) якого може статися  зараження навколишнього середовища на вражаючих живий організм концентраціях (токсодоза).

Токсична доза - це кількість шкідливої ​​речовини, що викликає певний токсичний ефект.

и температуры  Т, вещество может находиться в различных  агрегатных состояниях (рисунок 1.1) У залежності від тиску P і температури Т, речовина може перебувати в різних агрегатних станах (рисунок 1.1)

А - потрійна точка

По-критична точка

1 - тверда фаза

2 - рідина

3 - газ

4 - пар

Малюнок 1.1 - Діаграма стану  речовини [5]

Ділянка кривої АВ представляє  умови рівноваги двох фаз - рідини і пари (лінія насиченої пари). Потрійна точка А фіксує одночасне рівновагу трьох фаз. У критичній точці В пропадає межа між рідиною і парою. ≥ T _кр вещество находится в газообразном состоянии независимо от давления [5]. При T ≥ T _кр речовина знаходиться в газоподібному стані незалежно від тиску [5].

У залежності від агрегатного стану  в прийнятих умовах виробництва, зберігання і транспортування АХОВ діляться на:

- Стислі гази;

- Зріджені гази;

- Рідини;

- Тверді речовини [2].

Зріджений аміак, що знаходиться під сверхатмосферним тиском при температурі вище або дорівнює температурі навколишнього середовища в судинах, резервуарах і іншому технологічному обладнанні, є перегрітої рідиною.

У залежності від співвідношення критичної  температури, температури зовнішнього середовища і умов зберігання, все АХОВ діляться на 4 основні групи. Аміак відноситься до 2 групи.

У 2 групу входять речовини, у  яких критична температура вище, а  температура кипіння нижче температури  навколишнього середовища. При розгерметизації ємностей з рідинами даної категорії процес утворення газових хмар залежить від умов зберігання АХОВ [27].

Якщо АХОВ зберігаються в рідкій фазі в ємності під високим  тиском і при температурі вище температури кипіння, але нижче  температури навколишнього середовища, то при розгерметизації ємності частина АХОВ (10-40%) «миттєво» випарується, утворюючи первинне хмара пари АХОВ [2].

Якщо АХОВ зберігаються в ізотермічних сховищах при температурі зберігання нижче температури кипіння, то в  разі розгерметизації ємності первинного випаровування значної частини рідини не спостерігається. У первинне хмара переходить лише 3-5% від загальної кількості АХОВ. Частина, що залишилася рідини перейде в режим стаціонарного кипіння. Найбільш небезпечні вражаючі фактори в даному випадку - вторинна хмара парів АХОВ, переохолодження, а в деяких випадках - пожежі та вибухи [4].

Відповідно до класифікації холодильних  агентів за ступенем небезпеки займистості  і вибухонебезпечності сумішей  з повітрям [21], аміак відноситься  до 2 групи. До цієї групи відносять токсичні холодильні агенти. Кілька холодоагентів цієї групи є також запалюється, але з нижньою межею займистості, яка дорівнює або вище 3,5% за обсягом, що вимагає належних додаткових обмежень.

Аміак - єдиний холодильний агент  цієї групи, який широко застосовується в холодильній промисловості. У нього є перевага: він завдяки своєму різкого запаху сигналізує про витік навіть при концентрації набагато нижчою, ніж рівень концентрації, що представляє небезпеку.

Шкідливі хімічні речовини за ступенем токсичності поділяють на чотири класи:

класс –  чрезвычайно токсичные; I клас - надзвичайно токсичні;

класс –  высокотоксичные; II клас - високотоксичні;

класс –  умеренно-токсичные; III клас - помірно-токсичні;

класс –  малотоксичные вещества. IV клас - малотоксичні речовини.

группа). Аміак відноситься до групи малотоксичних речовин (IV група). Класифікація встановлена ​​залежно від величини ГДК АХОВ (Таблиця П. 4.1).

За переважного синдрому, який складається  при гострій інтоксикації, аміак  відноситься до п'ятої групи АХОВ задушливого нейротропної дії. Речовини цієї групи викликають токсичний набряк легенів на тлі якого формується важке ураження нервової системи (Таблиця П. 4.2).

За здатністю до горіння, рідкий аміак відноситься до групи важкогорючих речовин, а газоподібний - до групи горючих речовин (Таблиця П. 4.4). Аміак є займистим лише в дуже обмеженому діапазоні концентрацій. При підвищенні температури займистість аміаку збільшується.

1.2 Основні властивості аміаку

Основні властивості аміаку визначаються його фізико-хімічними характеристиками і токсичною дією на організм людини.

1.2.1 Токсичні властивості аміаку

Токсичність - здатність  шкідливої ​​речовини викликати порушення фізіологічних функцій організму, в результаті чого виникають симптоми інтоксикацій (захворювання), а при важких ураженнях - його загибель [11].

Механізм токсичної  дії АХОВ і, зокрема, аміаку, полягає  в наступному. Всередині людського організму, а також між ним і зовнішнім середовищем, відбувається інтенсивний обмін речовин. Найбільш важлива роль у цьому обміні належить ферментам - хімічним (біохімічним) речовин або сполук, здатним керувати хімічними та біологічними реакціями в організмі. Токсичність АХОВ полягає в хімічній взаємодії з ферментами, що призводить до гальмування або припинення ряду життєвих функцій організму. Повне придушення тих чи інших ферментних систем викликає загальне ураження організму, а в деяких випадках його загибель [4].

Для оцінки токсичності АХОВ використовують ряд характеристик, основними з  яких є: концентрація і токсична доза.

Концентрація - кількість речовини (АХОВ) в одиниці об'єму, маси.

Гранично допустима концентрація - концентрація шкідливої ​​речовини в повітрі, яка при щоденній роботі протягом 8 годин на день (41 години на тиждень) за час всього стажу роботи не може викликати захворювань або відхилень стану здоров'я працюючих, які виявляються сучасними методами досліджень у процесі роботи або у віддалені терміни життя теперішнього і наступного поколінь [24].

Порогова концентрація - це мінімальна концентрація, яка може викликати відчутний фізіологічний ефект. При цьому уражені відчувають лише первинні ознаки ураження і зберігають працездатність.

Середня смертельна концентрація в  повітрі - концентрація речовини в повітрі, що викликає загибель 50% уражених при двогодинному інгаляційному впливі.

Для характеристики токсичності речовин (при їх попаданні в організм людини інгаляційним шляхом) виділяють наступні токсодоза:

₅₀ ) – приводит к смертельному исходу 50% пораженных; - Середня смертельна концентрація (LCt ₅₀₎ - призводить до смертельного результату 50% уражених;

₅₀ ) обеспечивает вывод из строя 50% пораженных; - Середня що виводить з ладу концентрація (ICt ₅₀₎ до виведення з ладу 50% уражених;

₅₀ ) – вызывает начальные симптомы поражения у 50% пораженных (г·мин/м ³ ); - Середня порогова концентрація (PCt ₅₀₎ - викликає початкові симптоми ураження у 50% уражених (г · хв / м ^3);

₅₀ ) при введении в желудок – приводит к гибели 50% пораженыых при однократном введении в желудок (мг/кг). - Середня смертельна доза (LDt ₅₀₎ при введенні в шлунок - призводить до загибелі 50% поражениих при одноразовому введенні в шлунок (мг / кг).

₅₀ ), и средней пороговой токсодозы ( PDt ₅₀ ). Для оцінки ступеня токсичності АХОВ шкірно-резорбтивної дії використовують значення середньої смертельної токсодоза (LDt _50), і середньої порогової токсодоза (PDt _50). Одиниці виміру - м / чол., Мг / чол., Мл / кг.

Середня смертельна доза при одноразовому нанесенні на шкіру призводить до загибелі 50% уражених [4, 24].

1.2.2 Фізико-хімічні властивості  аміаку

При оцінці потенційної небезпеки  хімічних речовин необхідно приймати до уваги не тільки токсичні, але  і фізико-хімічні властивості, що характеризують їх поведінку в атмосфері, на місцевості та у воді. Зокрема, найважливішим фізичним параметром, що визначає характер поведінки токсичних речовин інгаляційного дії при викидах (протоках), є максимальна концентрація його пари у повітрі. У промислової токсикології використовують показник, що враховує одночасно токсичні властивості і летючість речовин - коефіцієнт можливості інгаляційного отруєння (КВІО) [2]. Цей коефіцієнт дорівнює відношенню максимально можливої ​​концентрації парів речовини при 20 ⁰ С до його смертельної концентрації (Таблиця П. 4.1)

За деякими  своїми властивостями (точка кипіння -33 ° С, критична температура -132 ° С) аміак схожий на хлор. Так само як і хлор, аміак зручно зберігати в зрідженому вигляді. Залежності тиск парів - температура і частка миттєво випаровується рідини в адіабатичному наближенні температура для аміаку і для хлору дуже близькі. Однак аміак в основному перевозиться у вигляді охолодженої рідини (в рефрижераторах). Відзначимо, що в США існують трубопроводи, по яких аміак транспортується через всю країну [5].

1.3 Промислове значення аміаку і області його застосування

За обсягами виробництва аміак займає одне з  перших місць. Щорічно у всьому світі отримують близько 100 мільйонів тонн цього з'єднання. ₃ ), которая идет на производство удобрений и множества других продуктов; азотсодержащих солей [( NH ₄ ) ₂ SO ₄ , NH ₄ NO ₃ , NaNO ₃ , Ca ( NO ₃ ) ₂ ], мочевины, синильной кислоты [11]. Аміак використовується для виробництва азотної кислоти (HNO _3), яка йде на виробництво добрив і безлічі інших продуктів; азотовмісних солей [(NH _{4) 2} SO _4, NH ₄ NO _3, NaNO _3, Ca (NO _{3) 2],} сечовини, синильної кислоти [11].

Аміак використовується також при отриманні соди за аміачним способом, в органічному синтезі, для приготування водних розчинів (нашатирний спирт), що знаходять різноманітне застосування в хімічній промисловості і в медицині. Рідкий аміак, а також його водні розчини застосовують в якості рідких добрив. Аміак є хороший розчинник для значного класу сполук, що містять азот. Великі кількості аміаку йдуть на аммонізацію суперфосфату.

Випаровування аміаку відбувається з поглинанням значно кількості тепла з навколишнього середовища. Тому аміак застосовують також як дешевого хладагента в промислових холодильних установках. При цьому рідкий аміак повинен відповідати вимогам, що пред'являються ГОСТ 6221 - 90 «Аміак рідкий технічний». Як холодоагент використовується рідкий технічний аміак марки А. При цьому вміст води не повинна перевищувати 0,1%.

Аміак використовується також для отримання синтетичних  волокон, наприклад, нейлону і капрону. У легкій промисловості він використовується при очищенні і фарбуванні бавовни, вовни та шовку. У нафтохімічній промисловості аміак використовують для нейтралізації кислотних відходів, а у виробництві природного каучуку аміак допомагає зберегти латекс в процесі його перевезення від плантації до заводу. У сталеливарній промисловості аміак використовують для азотування - насичення поверхневих шарів сталі азотом, що значно збільшує її твердість [5].

1.4 Загальні правила будови і  безпечної експлуатації аміачних  холодильних установок

1.4.1 Загальні поняття про холодильних  установках

Холодильна система - сукупність містять  хладагент і сполучених між собою  частин, що утворюють один закритий холодильний контур для циркуляції хладагента з метою підведення та відведення тепла.

Холодильна установка - агрегати, вузли  та інші складові частини холодильної  системи і вся апаратура, необхідна  для їх функціонування.

Абсорбційна (або адсорбційна) холодильна система - система, в якій вироблення холоду здійснюється в результаті випаровування хладагента; абсорбер (адсорбер) поглинає пари хладагента, які згодом виділяються з нього при нагріві з підвищенням парціального тиску і потім під цим тиском конденсуються при охолодженні.

Холодильний агент (холодоагент) - яка  у холодильній системі робоче середовище, яка поглинає теплоту при низьких значеннях температури і тиску і виділяє теплоту при більш високих значеннях температури і тиску. Цей процес супроводжується зміною агрегатного стану робочого середовища.

Хладоноситель - будь-яка рідина, що використовується для передачі тепла без зміни її агрегатного стану [21].

1.4.2 Вимоги до апаратурному оформлення  холодильних установок

1. У холодильній установці повинні бути передбачені апарати, що запобігають потраплянню крапель рідкого аміаку у всмоктувальну порожнину компресорів.
2. Блок випарника для охолодження холодоносія повинен включати в себе пристрій для відділення крапель рідини з парорідинних аміачної суміші і повернення відокремленої рідини в випарник.
3. Для відділення рідкої фази з переміщуваної парорідинних суміші в холодильних системах з безпосереднім охолодженням, на кожну температуру кипіння передбачаються циркуляційні (або захисні) ресивери, що поєднують функції отделителя рідини. Допускається передбачати для цих цілей окремі віддільники рідини, з'єднані трубопроводами з циркуляційними (захисними) ресіверами, не поєднують функції отделителя рідини.
4. Геометричний об'єм циркуляційних ресіверів з стояком, які суміщають функції отделителя рідини, для кожної температури кипіння в насосних схемах з нижньої і верхньої подачею аміаку в охолоджуючі пристрої слід розраховувати за формулами, наведеними в [27].
5. Для аварійного (ремонтного) звільнення від рідкого аміаку охолоджуючих пристроїв, апаратів, посудин і блоків, а також для видалення конденсату при відтаванні охолоджувальних пристроїв гарячими парами, необхідно передбачати дренажний ресивер, розрахований на прийом аміаку з найбільш амміакоемкого апарату, судини або блоку.
6. Геометричний об'єм дренажного ресівера слід приймати за умови заповнення його не більше ніж на 80%.
7. Геометричний об'єм лінійних ресиверів холодильних установок слід приймати не більше 30% сумарного геометричного обсягу охолоджувальних пристроїв приміщень, аміачної частини технологічних апаратів і випарників.
8. Для холодильних машин з дозованою зарядкою аміаку лінійний ресивер не передбачається.
9. Допускається передбачати додаткові лінійні ресивери для зберігання річного запасу аміаку. При цьому ресивери не повинні заповнюватися більше 80% їх геометричного об'єму.
10. Не допускається використовувати в холодильних установках лінійні ресивери (неуніфікованих) як захисних, дренажних або циркуляційних, а кожухотрубні випарники в якості конденсаторів і навпаки.
11. При подачі парів аміаку з боку високого тиску до судин (апаратів) на стороні низького тиску для звільнення їх від рідкого аміаку і очищення від масла, тиск у цих судинах (апаратах) не повинно перевищувати тиску випробування на щільність відповідно до [21,27] .
12. Повітря та інші неконденсуючий гази повинні випускатися з системи у посудину з водою через спеціально встановлений апарат - воздухоотделітель.