CC BY
25
УДК 681.3
ФОРМИРОВАНИЕ ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ СИТУАЦИИ В УСЛОВИЯХ СТАЦИОНАРНОЙ РАБОТЫ ПРЕДПРИЯТИЙ В РАМКАХ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА Швец Ольга Яковлевна, к.т.н.,
доцент кафедры «Приборостроение и автоматизация технологических
процессов», Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, г. Усть-Каменогорск, Казахстан (e-mail: olga.shvets75@gmail.com)
В данной статье рассматривается формирование чрезвычайной ситуации, которая возникает в условиях стационарной работы предприятий, а не только в случае аварии. Формализована классификация чрезвычайных ситуаций в г. Усть-Каменогорске и проведен анализ вклада промышленных предприятий города в ее формирование.
Ключевые слова: чрезвычайная ситуация, экологический мониторинг, хранилище экоданных.
Практически ежедневно в различных уголках нашей планеты возникают так называемые "Чрезвычайные Ситуации" (ЧС). Количество ЧС непрерывно растет. По статистическим данным за последние 20 лет число ЧС возросло в 2 раза. А это значит, что соответственно растёт число жертв, материальный ущерб и в промышленности, и на транспорте и в других сферах.
Наибольшую опасность представляют стихийные и экологические бедствия, а также крупные аварии, катастрофы на промышленных объектах и на транспорте. Последствия, вызываемые ими, сопоставимы с крупномасштабными военными конфликтами. Аварии и катастрофы не имеют национальных границ, они ведут к гибели людей и создают в свою очередь социально-политическую и экономическую напряженность. Сегодня на всех континентах Земли эксплуатируются тысячи потенциально опасных объектов с такими объёмами запасов радиоактивных, взрывчатых и отравляющих веществ, которые в случае ЧС могут нанести невосполнимые потери окружающей среде или даже уничтожить на Земле жизнь.
Рассмотрим условия формирования чрезвычайных ситуаций. Всякому чрезвычайному событию предшествует те или иные отклонения от нормального хода какого-либо процесса. Характер развития события и его последствия определяются дестабилизирующими факторами различного происхождения. Это может быть природное, антропогенное, социальное или иное воздействие, нарушающее функционирование системы.
Условно можно выделить пять фаз развития ЧС:
• накопление отклонений;
• инициирование ЧС;
• процесс ЧС;
• действие остаточных факторов;
• ликвидация ЧС.
Классифицировать чрезвычайные ситуации можно по нескольким признакам: по сфере возникновения, по масштабу возможных последствий, по ведомственной принадлежности, по характеру лежащих в основе событий (см. Рисунок 1).
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ
• техногенные
• природные
• экологические
• социально-
политические
Л
по масштабу возможных последствий
по характеру лежащих в основе событий
локальные; объектовые;
региональные; глобальные
на транспорте в строительстве в промышленности в сельском хозяйстве
• • пожар;
• авария;
• землетрясение;
• погодные
условия
Рисунок 1 - Классификация чрезвычайных ситуаций
Рассматривая основные характеристики ЧС, уделим повышенное внимание ЧС техногенного характера, так как основными причинами технологических катастроф является человеческий фактор. Именно он присутствует во всех указанных ниже причинах:
• большая насыщенность производства;
• конструктивные ошибки в изготовлении;
• значительный износ оборудования;
• ошибки персонала;
• искажение информации при совместных действиях людей.
К ЧС техногенного характера относят аварии, пожары, взрывы и т.п., спровоцированные хозяйственной деятельностью человека. По мере насыщения производства и сферы услуг современной техникой и технологией резко возрастает число таких катастроф.
Можно сделать вывод, что ЧС возникают в основном в результате:
• природных процессов, обусловленных геофизическими факторами;
• воздействия внешних природных факторов;
• проектно производственных дефектов;
• увеличения объемов производства и роста числа предприятий;
• увеличения доли высоких технологий;
• сложности проектирования;
• нарушения правил эксплуатации;
• нарушение технологической дисциплины;
• снижение дисциплины;
• снижение качества регламентных работ;
• сокращение количественного состава работников;
• военно-политических конфликтов.
Стихийные бедствия и ЧС техногенного характера могут возникать как независимо друг от друга, так и во взаимосвязи: одно из них может повлечь за собой другое. Все указанные причины возникновения ЧС могут существовать как отдельно, так и быть связанными друг с другом, а также дополнять друг друга.
ЧС с выбросом сильнодействующих ядовитых веществ возникают не только при авариях на промышленных предприятиях или в результате стихийных бедствий. Такие ситуации могут формироваться при стационарной работе предприятий при определенных погодных условиях (например, безветрие) или под влиянием факторов, усиливающих концентрацию вредных примесей в атмосфере (например, большая загруженность транспортного потока в часы пик). К атмосферным загрязнениям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы, часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления.
При отсутствии ветра над городом верхние слои воздуха прогреваются сильнее, чем нижние, тогда все вырабатываемые газы не могут идти из приземного слоя, и над городом повисает едкая пелена. Под действием солнечного света в таком смоге образуются различные неустойчивые, но весьма токсичные продукты. Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения пе-рекисной природы, так называемые фотооксиданты. Фотохимический смог возникает в результате химических реакций при определённых условиях: наличие в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов
и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течении не менее суток инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода.
В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью.
Сам по себе туман не опасен для человеческого организма, губительным он становится, только если загрязнен токсичными примесями. Главную опасность представляет содержащийся в нём сернистый газ в концентрации 5 -10/м и выше.
Структура антропогенных источников загрязнений показана на Рисунке 2.
Промышленные предприятия дают много пыли, окислов азота, железа, кальция, магния, кремния. Эти соединения не столь токсичны, однако снижают прозрачность атмосферы, дают на 50 % больше туманов, на 10 % больше осадков, на 30 % сокращают солнечную радиацию. Тепловое воздействие увеличивает температуру в городе на 3 -5 градусов, безморозный период на 10 - 12 дней и бесснежный на 5 - 10 дней.
Рисунок 2 - Структура антропогенных источников загрязнений
Основным источником пирогенного загрязнения являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70 % ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. В нашем городе находится большое количество промышленных предприятий, которые сильно загрязняют атмосферу. Для примера рассмотрим совместную работу предприятий г. Усть-Каменогорска УК ТЭЦ и АО УК ТМК, а также вклад автотранспорта в загрязнение атмосферы города.
Рассмотрим работу УК ТЭЦ. Данное предприятие работает в режиме непрерывного производства. Загруженность производства зависит от сезона (в отопительный сезон - повышенная). Можно выделить четыре основных загрязнителя:
• сажевые выбросы
• сернистые соединения;
• окислы азота (КОХ);
• окись углерода (СО).
Предприятие УК ТМК специализируется на выпуске титановой губки, металлического магния. Основными негативными факторами на предприятии являются пылегазовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, сбросы сточных вод (промстоки) в реки, твердые и жидкие отходы производства, размещаемые в шламонакопителях и на специальном полигоне. В перечень основных загрязняющих веществ в воздушных выбросах предприятия входят хлор, хлористый водород, пыль общая, оксид углерода, диоксиды азота и серы. Наиболее значимыми специфическими загрязнителями атмосферы в контурах промплощадки и на границе сани-тарно-защитной зоны являются хлор и хлористый водород.
По каждому из выбросов можно составить наглядный график, например, по выбросам окислов азота ТЭЦ (см. Рисунок 3).
0,07 О,Об 0,05 1 0,О4 1 3 о,оз 0,02 0,01 о,оо V
мох
Ж средняя
1 1 II
12 3 4 3 6 7 3 Э Ю 11 12 13 14 15 16 17 18 10 20 -У
Рисунок 3 - Выбросы окислов азота от ТЭЦ за 20 дней
Автомобильными двигателями выделяются в воздух города более 95% оксида углерода, около 65 % углеводородов и 30 % оксидов азота. Кроме того, входящий в состав воздуха азот при высокой температуре и давлении в цилиндрах двигателя реагирует с остаточным кислородом. В результате образуются оксиды азота - ещё одна вредная составляющая выхлопных газов. Автомобиль загрязняет атмосферный воздух не только токсичными компонентами отработанных газов, парами топлива, но и продуктами износа шин, тормозных накладок. В атмосферный воздух постоянно поступают пары топлива из баков, наиболее заметных в летний период в местах
массовых стоянок автомобилей. Наибольший ущерб здоровью наносят машины, стоящие в непосредственной близости от жилых зданий. Кроме того, выбросы от автотранспорта составляют до 52% от выбросов стационарных источников. В периоды неблагоприятных метеоусловий (НМУ) под воздействием приземных выбросов от автотранспорта образуется фотохимический смог. Периоды НМУ в 2006 году составили 32% от общего количества дней в году. Основными источниками поступления бенз(а)пирена (БП) в атмосферный воздух является автотранспорт, предприятия топливно-энергетического комплекса и частный сектор. Выхлопные газы автотранспорта выбрасываются непосредственно в зоне дыхания жителей городов, содержание бенз(а)пирена в воздухе достигает высоких значений (до 3-8 мкг/100 м3). По уровню загрязнения атмосферного воздуха (ИЗА) г. Усть-Каменогорск находится на 8-ом месте, после городов: Караганда, Шымкент, Алматы, Актобе, Тараз, Темиртау, Риддер. Индекс загрязнения атмосферного воздуха (ИЗА) г. Усть-Каменогорска в 2006 г. составил: 6,5, в период с января по май 2007 г. в среднем 8,2. В г. Семипалатинске ИЗА на уровне 4,0-5,5. По официальным данным вклад машин в насыщение воздуха вредными примесями превышает 70 %. Количество автотранспорта в г. Усть-Каменогорске за последние 7 лет выросло в два раза. Экологические проблемы г. Усть-Каменогорска, связанные с автомобильным транспортом, становятся все более значимыми в условиях стабильного роста парка как индивидуального, так и общественного автотранспорта (см. Рисунок 4).
Город Усть-Каменогорск имеет недостаточно развитую уличную сеть, приводящую к большой перегрузке 7 магистральных улиц: пр. Независимости, пр.Абая, ул.Бажова, ул. Пролетарская, пр. Ауэзова, ул. Ушанова, ул. Орджоникидзе, на которые приходится более 50% всех автотранспортных потоков, рисунок 1.5. Все они расположены в селитебных и деловых районах города, где сосредоточено большое число пешеходов и пассажиров. В то же время ул. Солнечная, Виноградова, Потанина, Протозанова, Набережная им. Славского, Мызы характеризуются низкой интенсивностью движения и могут составить резерв для перераспределения и корректировки транспортных потоков. Расстояния между магистралями в основной застроенной части города вместо рекомендуемых 600 м составляют: 250-375500 м в центральной части города, 800-1000 в периферийной части. Расстояния между остановочными пунктами можно считать «условно выдержанными», но несоответствующими с точки зрения размещения в плане по отношению к транспортным узлам и перегонам.
80000
г 75000
с 70000
I 65000
£ 60000 а
" 55000 о
| 50000
г 45000 €
£ 40000 35000
1993 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
ГОЛЫ
Рисунок 4 - График роста количества автотранспорта
Существующий в городе автомобильный парк работает в основном на бензине и дизельном топливе. Наибольшей токсичностью обладает выхлоп карбюраторных ДВС за счет большого объема выбросов оксида углерода СО, углеводородов СН, оксилов азота КОх. Дизельные ДВС выбрасывают в больших количествах сажу, которая в чистом виде не токсична, но ее частицы несут на себе сорбированные токсичные вещества, в том числе канцерогены, особенно опасные для человека.
Поступающие в атмосферу оксиды азота сохраняются в ней в течение 34 дней. В результате фотохимических реакций на солнечном свету оксида азота образует диоксид азота КО2, который вместе с углеводородами является причиной образования токсических туманов, называемых смогами.
Превышение ПДК оксидов азота показано на Рисунке 5. Аналогичные
Все вредные выбросы промышленных предприятий и автотранспорта вносят свой вклад в загрязнение атмосферы города. Для мониторинга ЧС в условиях стационарной работы предприятий составляется расчет суммарного эффекта от всех источников по каждому вредному веществу и строится график, наглядно демонстрирующий содержание данной примеси в воздухе, а также превышение ПДК, если оно имеет место. Лучшим вариантом является снятие проб каждый час в течение суток и отслеживание динамики ежечасно. Соответственно будет каждый час проверяться наличие
ЧС в связи с превышением ПДК по конкретной примеси или по нескольким примесям. Также учитывается эффект синергизма из-за многообразности примесей.
На территории Казахстана, к сожалению, нет единой и целостной информационной системы экологического мониторинга, откуда можно было бы черпать необходимые сведения для проводимых работ.
Информационное обеспечение экологических исследований реализуется главным образом за счет двух информационных потоков:
• информация, возникшая при проведении экологических исследований;
• научно-техническая информация по мировому опыту разработки экологических проблем по различным направлениям.
Общей целью информационного обеспечения экологических исследований является изучение информационных потоков и подготовка материалов для принятия решений на всех уровнях управления в вопросах выполнения экологических исследований, обоснования отдельных научно-исследовательских работ, а также распределения финансирования.
При оценке чрезвычайных ситуаций информационная подготовка занимает 30-60% времени, а информационные системы в состоянии быстро предоставить информацию и обеспечить нахождение эффективных методов урегулирования. В условиях чрезвычайной ситуации решения не могут быть смоделированы в явном виде, однако основой для их принятия может служить большой объем разнообразной информации, хранимой и передаваемой базой данных. По представленным результатам управленческий персонал на основе своего опыта и интуиции принимает конкретные решения.
Экологический мониторинг ЧС предполагает создание отдельного хранилища данных, содержащего агрегированную информацию в удобном виде. Целью построения хранилища данных является интеграция, актуализация и согласование оперативных данных из разнородных источников для формирования единого непротиворечивого взгляда на формирование ЧС в условиях стационарной работы предприятий в целом. При этом в основе концепции хранилищ данных лежит признание необходимости разделения наборов данных, используемых для транзакционной обработки, и наборов данных, применяемых в системах поддержки принятия решений. Такое разделение возможно путем интеграции в едином хранилище разъединенных в различных системах обработки данных и внешних источниках детализированных данных, их согласования и, в некоторых случаях, агрегации.
Как видно из схемы, входными данными являются справка о метеоусловиях из Гидрометцентр, форма ГЧС и данные, хранящиеся в БД (справочники по ядовитым веществам, ПДК и др.). Справки и формы, поступившие в бумажном виде, проходят дополнительную проверку на полноту и правильность заполнения. После проверки, данные обрабатываются. По окончании данного этапа происходит визуализация данных.
Рисунок 6 - Схема формирования информационного хранилища данных
Рисунок 7 - Схема формирования информационного хранилища данных
Для визуализации данных при решении задач экологического мониторинга наиболее эффективным средством является применение геоинформационных технологий. Для визуализации приведенных исследований была использована геокартографическая система MapInfo.
Список литературы
1. Швец О.Я. Построение дерева поиска решения для классификации чрезвычайных ситуаций \\ научно-практический журнал «Современные материалы, техника и технологии» №1 (4), 2016, Курск, Россия, с. 232-237.
2. Швец О.Я. Разработка информационной системы выявления чрезвычайных ситуаций. Мониторинг атмосферы городов Saarbrücken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. - 159 с. ISBN 978-3-659-24063-8
3. Shvets O.Y. Math-computer support of extreme situation revealing in stationary work of the enterprises in Ust-Kamenogorsk city. Bulgaria, Journal of International Research Publications: Ecology & Safety. Published by Science & Education Foundation. ISSN 1313-7999, June 2012
4. Швец О.Я. Использование современных информационных технологий при проектировании информационных систем экологического мониторинга. Совместный выпуск журналов «Вестник ВКГТУ», «Вычислительные технологии» Институт вычислительных технологий Сибирского отделения РАН, Часть 3, Усть-Каменогорск, 2013 г., С.306-311.
5. Shvets O.Y. Information model presentation of the centre for environmental monitoring of extreme situations' prevention MIT-2013, X Conference "Computational and Informational Technologies for Science, Engineering and Education", Vrnjacka Banja, Serbia and Budva, Montenegro, 5-14, 09.2013.
Shvets Olga Yakovlevna, Cand.Tech.Sci.,
Associate Professor of Instrument Engineering, Automation and Control subdepartment, D. Serikbayev East-Kazakhstan state technical university. Ust-Kamenogorsk, Kazakhstan
(e-mail: olga.shvets75@gmail.com)
FORMATION OF EMERGENCY IN THE CONDITIONS OF STATIONARY WORK ENTERPRISES UNDER THE ENVIRONMENTAL MONITORING Abstract. This article describes the formation of an emergency situation, which occurs under conditions of stationary work of enterprises, not only in the event of an accident. It is formalized classification of emergency in Ust-Kamenogorsk city and it is analyzed the contribution of the industrial enterprises of the city in the emergency.
Keywords: emergency situation, environmental monitoring, store of eco-data.
