CC BY
552
УДК 658.38
ТЕХНОГЕННЫЙ РИСК. ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ © В.И. Вигдорович
Vigdorovich V.I. Ecological risk. Problems and solutions. The principal theses of the risk theory, the risk kinds, the methods of their, an estimation and a control have been considered. The mathematic models of the accident and onkologic risks ane discussed. The connection between the risks and the chemical safety in Tambov is considered.
ВВЕДЕНИЕ
Промышленное, а в ряде случаев и сельскохозяйственное производство как на федеральном, так и на региональном уровне концентрирует в себе огромные запасы различных видов энергии, токсичных веществ и материалов - постоянного источника серьезной техногенной опасности и возникновения аварий, залповых выбросов и сбросов. Изношенность основных фондов, достигающая 80 %, в сочетании с устаревшими технологиями существенно повышают уровень опасности как для населения, так и для работников, занятых на соответствующем производстве [1-16].
Объекты с химической технологией являются одними из наиболее опасных, что обусловливает разработку необходимой степени защиты с учетом соответствующего приемлемого уровня безопасности. Под безопасностью, включающей техногенные, природные и экологические аспекты, понимают состояние защищенности человека, общества и окружающей среды от чрезмерно вредных воздействий техногенных или природных факторов. Почему «чрезмерных» - только потому, что безвредных воздействий не бывает. При этом обеспечиваются условия, исключающие превышение научно-обоснованных допустимых уровней физических полей, полей концентраций вредных и сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ) на человека и биосферу в целом.
Отметим следующее. Общепринято под токсичными химическими веществами понимать продукты, которые вызывают нарушения процессов обмена веществ и физиологических функций организма при воздействии на него в малых дозах. К ним относятся десятки тысяч различных химических соединений, используемых как в военных целях (отравляющие вещества), так и в мирных условиях, в процессе промышленного и сельскохозяйственного производства.
Термин «вредные вещества» (мы их в данном случае будем называть загрязнителями, экотоксикантами или полютантами) чаще всего применяется в производственной деятельности. Под такими соединениями понимают токсичные химические вещества техногенного происхождения. Согласно ГОСТ 12.1.007-76, вредное вещество - химическое соединение, которое при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности может вызвать производственные травмы, профессиональные заболевания и
отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами как в процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. К вредным веществам в настоящее время относят более 6-104 соединений [7]. Все они представляют угрозу здоровью человека в аварийных ситуациях.
Термин СДЯВ используется для выделения наиболее опасных химических соединений, которые в случае аварий на производственных и транспортных объектах легко переходят в атмосферу, вызывая загрязнения (заражения) окружающей среды и массовые поражения людей [7]. Предполагается, что СДЯВ в аварийных ситуациях способны «самостоятельно» или с участием других энергоносителей или загрязнителей переходить в атмосферу в виде пара (газа) или аэрозоля.
Для практической реализации принятого в Российской Федерации принципа оценки безопасности необходим анализ и научное обоснование целесообразных, приемлемых для общества уровней риска с учетом социально-экономических, психологических и иных факторов. Сегодня существующий уровень риска наряду с непревышением критериальных величин (ПДК,-, ВДК и др.) различного характера определяет уровень безопасности населения, живых существ и биосферы в целом.
Методы оценки уровня рисков, исходящие из того положения [1], что цепь не прочнее, чем самое слабое звено, неприменимы к системам последовательного типа. Существует закон, согласно которому надежность системы (Я) из последовательно соединенных элементов (Я,) равна произведению надежностей этих элементов
П
К* =П К . (1)
г =1
В связи с этим была начата интенсивная работа по оценке рисков, связанных вначале с эксплуатацией атомного оборудования. Развитые понятия: дерево событий, дерево отказов и техника оценки рисков и последствий - начали использоваться в химической и других отраслях промышленности. Появились требования, предписывающие проведение исследований и оценки основных источников рисков перед началом строительства и в процессе эксплуатации предприятий.
Определение риска содержит множество понятий, ключевые из которых, в свою очередь [2], включают совокупность дополнительных понятий и сопутствующих им определений. Вместе с тем, риск, как наиболее емкое интегрирующее понятие, - фактически есть мера осознаваемой человеком опасности в его жизни и деятельности.
Опасность, являясь основной посылкой при рассмотрении проблем безопасности, рассматривается как объективно существующая возможность негативного воздействия на общество [2], личность, биосферу, в результате которой им может быть причинен какой-либо ущерб, ухудшающий состояние здоровья, придающих их развитию нежелательную динамику.
Опасность техногенного характера в рамках несколько иного толкования рассматривается как состояние, внутренне присущее технической системе, промышленному или транспортному объекту, реализуемое в виде поражающих воздействий источника чрезвычайной техногенной ситуации на человека и окружающую среду. Уровень безопасности характеризуется [17]:
- вероятностью возникновения техногенных аварий, катастроф и возможным ущербом от них;
- степенью негативного воздействия на человека и окружающую среду вялотекущих природных и техногенных процессов при сохранении на макроуровне равновесного состояния экосистем;
- вероятностью перерастания экологически опасной обстановки в кризисную и катастрофическую и возникновением чрезвычайных ситуаций.
Эти характеристики выражают риск определенных событий: в первом случае - техногенных аварий, во втором - риск ухудшения здоровья человека, негативных изменений в окружающей среде при экстремальных условиях и в третьем - риск возникновения чрезвычайных ситуаций экологического характера.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ РИСКА
Риск - вероятностная мера возникновения техногенных явлений, сопровождающихся формированием и действием вредных факторов и нанесенного при этом социального, экологического и экономического ущерба. Раскрывая (1), можно записать:
Я = ЯЯЯз, (2)
где Я - уровень риска, Я1 - вероятность (в ретроспективе частота) наступления события, обусловливающего формирование и действие вредных факторов, Я2 - вероятность формирования определенных уровней физических полей, полей концентрации токсичных веществ (СДЯВ), воздействующих на людей и другие элементы биосферы, Я3 - вероятность того, что уровни полей и нагрузок приведут к определенному ущербу, краткосрочным (разрушение, повреждение промышленных и социально-культурных объектов) и долгосрочным последствиям - разрушению биосферы, ухудшению здоровья людей, снижению их жизненной активности, исчезновению отдельных видов растений и животных, сдвигу экологического равновесия. Я1 часто анализируется самостоятельно, тогда вместо (2) имеем
Я = Я2Я3. (3)
В частности, при нормальной эксплуатации объектов, событиями, обусловливающими возникновение опасностей, являются выбросы и сбросы, содержащие экотоксиканты. Периодичность и объем их детерминирован. По существу, величина Я1 принимается в этом случае равной 1.
При определении риска как математического ожидания величины ущерба, следует принимать во внимание все виды опасных происшествий и аварий, применительно к рассматриваемому объекту. А оценку риска целесообразно производить посредством суммирования произведений вероятностей указанных событий на соответствующие ущербы (4):
Кмо =ЕГ=1 т. (4)
Ямо - уровень риска, выраженный через математическое ожидание ущерба; Я1 - вероятность возникновения г-го опасного события; У, - величина ущерба при г-м событии.
КЛАССИФИКАЦИЯ РИСКОВ
Все виды рисков можно разделить:
- по положению их источников - в обществе, природе или техносфере;
- по принадлежности объектов - адресатов риска (общество (О), природная среда (П), техносфера (Т)). С учетом сказанного, возможны восемь сочетаний:
1. О - О; 2. О - П; 3. О - Т; 4. Т - Т;
5. Т - О; 6. Т - П; 7. П - О; 8. П - Т.
Сочетание П - П не имеет физического смысла, т. к. природа сама себе не вредит. Схема источников и адресатов риска приведена на рис. 1.
Анализ риска - это, прежде всего, точный расчет. Основной вклад в это понятие внес Маршалл [18], который предложил и элементы классификации рисков. По нему, риск - частота реализации опасностей с размерностью (время)-1. Он же ввел понятия индивидуального и социального рисков.
Индивидуальный риск - частота возникновения опасных воздействий определенного вида (обычно вызывающая летальный исход) в определенной точке пространства. Результаты его анализа отображаются на карте в виде замкнутых линий равных значений, назовем их изорисками (рис. 2). Так, риск любого человека из города с населением 3-105 человек погибнуть в течение года в автокатастрофе составляет
\
ДО)^- ^(т
Рис. 1. Схема источников адресатов рисков
Таблица 1
и. ї г I—V• іХ'--^:і57г
Рис. 2. Схема полей индивидуального риска
10 смертельных исходов 4 см.исх.
Ки =------------------------= 3,3 • 10 ------’
3 •Ю человек год.чел
где 102 - число смертельных случаев. Или риск погибнуть любого работника ОАО «Пигмент», с числом работающих на этом акционерном обществе 2000 чел., из которых ежегодно погибает 2 человека за счет воздействия сильнодействующих ядовитых веществ (фосген, хлор и др.), составит:
2-103
год.чел
Однако риск может иметь и не смертельный исход, а потому более общее выражение имеет вид:
последствияп событие1 последствияп
Риск[-------------] = частота^--------]• величина[------------] •
время
время
событие
Так, если с учетом различных вариантов острого поражения (летальный исход, отравление, травмы) в год на ОАО «Пигмент» происходит 20 событий, то имеем:
20 лп_2 событие
Кы =------- = 10 2----------■
2 •ІО3
годчел
Максимальные потери от различного рода опасных событий составляют:
гпотерип гавария п гпотерип
Риск [-------] = частота [-----------------]• величина [-] • (5)
время время авария
В квадратных скобках приведена размерность соответствующей величины. Не трудно показать, что при величине риска 10-3 все работники ОАО «Пигмент» могут погибнуть в заводских авариях и катастрофах за 1000 лет, а будут подвержены различным (суммарным) видам поражения за 100 лет.
Индивидуальный риск (фатальный)
Причина Уровень
Автотранспорт 3 • 10-4
Падение 9 • 10-5
Пожар 4 • 10-5
Отравление 210-5
Огнестрельное поражение 1 • 10-5
Водный транспорт 9 • 10-6
Электрошок 610-6
Железнодорожный транспорт 4 • 10-6
Молния 5 • 10-7
Ураган 4 • 10-7
Ядерная катастрофа 21010
Величина индивидуального риска не зависит от распределения населения на территории объекта или вообще на рассматриваемой территории. Она отражает лишь уровень потенциальной опасности. Знание индивидуального риска не позволяет судить о масштабах события или масштабах возможной катастрофы (например, выброс СОС12 в Тамбове в 1995 г.). Эта величина отражает лишь уровень потенциальной опасности, причем полная безопасность не гарантируется никому. При величине риска менее 10-6 год-1 общество не выражает чрезмерной опасности, и меры для снижения рисков в этом случае практически не принимаются. Поэтому величину 10-6 специалисты принимают как тот уровень, к которому нужно стремиться при функционировании промышленных объектов. Приведем некоторые данные по уровням индивидуального риска [1] (см. табл. 1).
В целом, индивидуальный риск можно определить как отношение
Яи =
где Яи - как и ранее индивидуальный риск, N(0 - число пострадавших (погибших) в единицу времени £ от определенного фактора риска /; Ь - число людей, подверженных соответствующему фактору риска / в единицу времени £
Коллективный риск. Иногда используется понятие коллективного риска. Оно введено для оценки уровня риска определенных категорий населения, персонала преимущественно радиационно-опасных объектов, что с полным правом можно отнести и к химическим объектам, а так же, в целом, к населению отдельных городов или регионов. Величина коллективного риска представляет собой вероятность поражения определенного количества людей [8]. При ее оценке учитывается, что различные категории людей обладают неодинаковой восприимчивостью к возникновению определенных факторов, назовем их экологическими факторами. В определенном смысле рассматриваемый вид риска имеет социальную окраску.
Социальный риск. Этот вид риска, так же как и коллективный, оценивается количеством людей, которое может быть подвержено определенному виду воздействия. Но сходство социального и коллективного рисков в определенной мере формально. Социальный
риск имеет существенные особенности. Главная из них вытекает из того, что приемлемые уровни этого вида риска определяются с учетом отношения общества к определенному типу (радиационному, химическому) опасности, обусловленной наличием в районе опасного объекта. Таким образом, это - риск (Яс) для группы или сообщества людей. Оценить его можно, например, по динамике смертности, рассчитанной на 1000 человек соответствующей группы [3]
К
100С(С2 - С1)
ь
где Яс - как указано выше, социальный риск; С - число умерших в единицу времени Г (смертность) в исследуемой группе в начале периода наблюдения, в частности, до развития чрезвычайных событий; С2 - смертность в той же группе людей в конце периода наблюдения, например, на стадии затухания чрезмерной ситуации; Ь - общая численность исследуемой группы.
Согласно [8], численное значение социального риска относится к единичному событию (аварии, происшествия) или к совокупности такого рода событий, развивающихся по различному сценарию. Во втором случае в число событий, учитываемых при оценке социального риска, включаются лишь те, при которых ущерб не ниже определенного значения. Взгляд авторов на расчет уровней социального риска неоднозначен. Можно лишь высказать, в целом, некоторые соображения по содержанию и порядку расчетов, наиболее приемлемо сформулированным в [8].
При оценке социального риска для единичного события, прежде всего, необходимо провести расчет усредненного количества людей, которое может подвергаться рассматриваемому виду воздействия в случае возникновения аварии или проишествия, используя выражение:
П
N=2 вдад/ьсо* со,
г=1
где Я2(т) - вероятность формирования дозовых нагрузок определенного уровня в случае химического воздействия одного экополютанта в единицах его ПДКг, либо в случае нескольких экотоксикантов в единицах приведенного ПДКг. Вид ПДКг определяется продолжительностью воздействия. Кратковременное воздействие - ПДКМ.Р., многосуточное - ПДКСС.; Я3(т) - вероятность того, что разовые нагрузки вызовут рассматриваемое химическое воздействие; Ро(т) - вероятность того, что в том месте, где проявляется воздействие, окажется группа людей с одинаковыми условиями поражения; к(т) - количество людей в группе; т - расчетный момент, п - количество расчетных групп.
Суммирование проводится по всем группам людей, характеризующихся в среднем одинаковым воздействием. В расчет принимаются средние для каждой группы ПДКг воздействия. Далее оценивается вероятность возникновения опасного химического события. Полученная величина интерпретируется как вероятность того, что определенное количество людей, не меньшее М, может быть подвержено химическому ущербу.
Я(п > М) = Яь
Я(п > М) - численное значение социального риска. Я! -вероятность (в ретроспективе - частота) возникновения опасного события.
Экологический риск. Экологический риск определяется соотношением пользы и вреда, получаемыми обществом от рассматриваемого вида деятельности. Это понятие используется для оценки негативных воздействий самых разнородных факторов (аварийные ситуации, химическое загрязнение, нерациональная хозяйственная деятельность, природные катастрофы и т. д.). Специфика экологического риска - его неравномерное распределение по территории, подвергшейся воздействию вредного фактора. Распределение экологического риска зависит от распределения неблагоприятного фактора (концентрация экотоксикантов, СДЯВ, физических полей) и может быть статичным, либо являться функцией времени. Так, концентрация СО, Н2Б, N0* в воздухе определяется временем суток (потоком автотранспорта), изменением во времени метеоусловий (дождь, сила и направление ветра и т. д.) (рис. 3, 4). В этом случае необходимо принимать во внимание два критерия ситуации: кратковременное воздействие
сильнодействующего и длительное многолетнее воздействие сравнительно малоинтенсивного (практически фонового) фактора в условиях, как правило, анто-гонистических либо синергетических воздействий других экотоксикантов.
а)
б)
Рис. 3. Связь Сфаст (СО) (а) и Сфа^ (С„Ы„) (б) с интенсивностью потока транспорта и временем суток
а)
б)
Рис. 4. Связь Сфаст (СО) (а) и Сфа^ (С„Ы„) (б) со скоростью ветра и временем суток
При кратковременном залповом выбросе (авария с выбросом в окружающую среду СДЯВ, например, выброс СОС12 в Тамбове на ОАО «Пигмент») само распределение вредного фактора по территории города, региона может носить и, как правило, носит ярко выраженный случайный характер, зависящий от состояния атмосферы на момент выброса. Одновременно, фактическая концентрация чаще всего одного загрязнителя многократно (в тысячи и сотни тысяч раз) превышает его ПДК,-, что позволяет не учитывать действие сопутствующих экотоксикантов. Риск поражения населения в этом случае зависит не только от вероятности аварии, но и от повторяемости различных направлений ветра, его скорости, температуры на почве (Тп) и ее соотношения с температурой плавления Ткип вещества. Если Тп < Ткип, возможна капиллярная конденсация экотоксиканта и его последующее длительное воздействие в результате испарения из капилляров почвы (литосферы).
В случае сравнительно малоинтенсивного фактора, действующего в течение продолжительного срока (антропогенное загрязнение атмосферы промышленных городов, осуществляемое годами), состояние погоды в рассматриваемой точке меняется многократно. В этом случае эффективным неблагоприятным фактором является усредненная за определенный промежуток времени концентрация экотоксиканта в атмосфере. Усреднение осуществляется путем расчета распределения концентрации загрязнителя в атмосфере для каждого возможного состояния погоды, времени года и последующего суммирования всех полей распределения концентраций с учетом повторяемости погодных условий.
Необходимо принимать во внимание и специфику объекта воздействия, который может быть локализован на определенной территории (зеленые насаждения в городе) или менять свое географическое положение (склонные к миграции популяции, плотность населения). В последнем случае могут оказывать роль местные традиции - городские праздники, приверженность к определенным продуктам питания, которые способны аккумулировать экотоксиканты, направляя их по пищевым цепям.
При проведении оценок риска необходимо для сохранения здоровья и жизни людей все население делить по половозрастному, профессиональному признакам и осуществлять оценку риска отдельно для каждой группы, постулируя, что воздействие фактора риска на всех членов группы одинаково.
ТЕХНОГЕННЫЙ РИСК
Проблемы техногенной безопасности. Круг проблем техногенной безопасности, как на федеральном, так и на региональном уровнях чрезвычайно широк. Он усугубляется многочисленными факторами, среди которых - возрастающая изношенность основных фондов (ОФ) промышленных предприятий, стремление к увеличению мощностей единичных установок и агрегатов, периодические экономические кризисы, вызывающие снижение средств, направляемых на капитальные ремонты и обновление ОФ. Согласно статистике службы государственного надзора России [2], число смертей в РФ ежегодно увеличивается на 10-1500 аварий и катастроф (не считая ДТП), в которых погибают и получают увечья тысячи людей. Вывод из эксплуатации по-
тенциально-опасных объектов, выработавших ресурс или срок службы, представляет не последнюю задачу как с научно-технической, так и социальных точек зрения.
Официальная информация по Тамбовской области, которая может быть только занижена, за 1995 г. следующая [19]:
а. Выброс фосгена на АООТ (тогдашняя аббревиатура) «Пигмент» 27 июля 1995 г. В начале было объявлено, что выброс составил 1500 кг СДЯВ, затем эта цифра, очевидно, достаточно произвольно оказалась уменьшенной до 94 кг. Тамбову очень повезло, т. к. скорость ветра на момент выброса составила 1-3 м/с, т. к. тогда в городе располагалось училище химической защиты, а температура на почве была порядка 15 °С.
б. Розлив 20 т дизтоплива на Мичуринском отделении ЮВЖД 27 марта 1995 г. Сумма ущерба - 68 млн деноминированных рублей.
в. Сброс Жердевским сахарным заводом 15 апреля и 12 октября 1995 г. сточных вод в ручей Безымянный и далее в р. Савалу.
Официальные данные за 1996 г. [20]:
а. Сброс АО «Пигмент» 17 января и 24 января 1996 г. в р. Цна 22,6 тыс. м3 сточных вод, содержащих по официальной информации хлориды и сульфаты.
б. Сброс раздаточной станцией аммиака РС-20 линейного участка 7-го аммиакопровода «Тольятти -Одесса» Воронежского управления АООТ «Трансаммиак» Уваровского района 896 кг аммиака.
в. Сброс АООТ «Ржаксоагропромхимия» 19 т аммиачной воды на рельеф.
В связи со сказанным, разработана классификация и номенклатура потенциально опасных объектов и технологий. В основу классификации положена градация по характеру возможных ЧС. Укрупненно классификация включает шесть групп:
Группа 1. Радиационные объекты и сложные технические системы (СТС).
Группа 2. Химические опасные объекты и СТС, на которых при авариях может произойти массовое поражение людей и загрязнение территории СДЯВ. В их числе производства и полупроизводства в анилинокрасочной промышленности. Использование на предприятиях фенола, анилина, нитробензола, хлорбензола при суммарной мощности производства более 1000 т/год. Предприятия, использующие технологические процессы, хлорирование.
Группа 3. Пожароопасные объекты и СТС, на которых производятся, хранятся, транспортируются взрывоопасные продукты. Они делятся на несколько категорий. Наиболее опасны объекты категории А и Б.
Категория А - нефтеперерабатывающие заводы, химические предприятия, трубопроводы и склады нефтепродуктов.
Категория Б - цехи по приготовлению и транспортировке угольной пыли, древесной муки и сахарной пудры.
Группа 4. Биологические объекты и СТС, при разрушении которых возможно образование волн прорыва и затопление обширных территорий. К этой группе, в частности, относятся биохимические предприятия.
Группа 5. Гидродинамические опасные объекты и СТС (плотины, дамбы, напорные бассейны).
Группа 6. Объекты жизнеобеспечения крупных народно-хозяйственных предприятий и населенных пунктов, аварии на которых могут привести к катастрофическим последствиям для предприятий и населения (энергетические системы, системы коммунального хозяйства, очистные сооружения).
СТРУКТУРА ПОЛНОГО УЩЕРБА КАК ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ НА ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ
перестройку системы управления. Косвенный социальный ущерб включает следующие факторы: потери трудовых ресурсов, затраты на их перераспределение, изменение условий и характера труда, предоставление социальных услуг, льгот и гарантий, изменение структуры потребления. Косвенный экологический ущерб формируется за счет нарушения регионального климатического баланса, уменьшения численности в фауне, ухудшения качественных характеристик природных ресурсов.
В условиях техногенного риска важно оценивать как вызываемый полный ущерб, так и его составляющие (схема 1).
Схема 1. Структура полного ущерба
СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПРЯМОГО И КОСВЕННОГО УЩЕРБА
Под прямым ущербом в результате аварий, катастроф понимают потери и убытки всех структур экономики, попавших в зону аварии или катастрофы. Прямой экономический ущерб связан непосредственно с повреждением или утратой основных и оборотных фондов, затратами на ограничение развития ЧС. Социальный ущерб - людские потери и изменение условий жизни. Прямой экологический ущерб связан с разрушением литосферы, повреждением растительного покрова, загрязнениями водоемов и атмосферы.
Косвенный ущерб включает убытки, понесенные вне зоны прямого воздействия аварии или катастрофы. Он так же делится на составляющие: экономический, социальный и экологический. Косвенный экономический ущерб включает изменение объема и структуры выпуска продукции, показателей эффективности, преждевременное разрушение основных фондов, понижение производственных мощностей, вынужденную
ОБЩАЯ СТРУКТУРА АНАЛИЗА ТЕХНОГЕННОГО РИСКА
Концептуальная основа анализа техногенного риска предоставлена ниже на схеме 2. Его этапы:
- обоснование целей и задач анализа риска;
- анализ технологических особенностей производственного объекта. Идентификация потенциальных опасностей и классификация нежелательных событий, способных привести к нерегламентируемым выбросам опасных веществ или скоротечным выделениям энергии;
- определение вероятности (или частоты) возникновения нежелательных событий;
- выделение характерных особенностей, определение интенсивности, общих количеств и продолжительности выбросов опасных веществ или выделения энергии в окружающее пространство для всего спектра нежелательных событий;
- определение критериев поражения, а также форм или допустимых уровней разового или систематического негативного воздействия различных источников на окружающую среду;
- построение полей потенциального риска вокруг каждого из выделенных источников опасности, в пределах которых вероятно определенное негативное воздействие для соответствующих объектов;
- расчет прямых и косвенных последствий (ущербов) негативного воздействия источников опасности на различные субъекты или группы риска с учетом конкретного количественного и пространственновременного распределения вокруг источников;
- - анализ структуры риска. Исследование влияния различных факторов на уровень и пространственно-временное распределение риска вокруг источников.
Схема 2. Концептуальная основа анализа техногенного риска
ОЦЕНКА ОПАСНОСТИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ АВАРИЙ, СВЯЗАННЫХ С ВЫБРОСАМИ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Некоторые вопросы статистики аварий на территории Тамбовской области в 1995-1996 гг. приведены выше. Статистические данные по мировой практике можно почерпнуть в [18], данные об авариях на территории РФ до 1993 г. приведены частично в [21]. Там же дана характеристика ЧС и оценка опасности технологий и предприятий. Как и следовало ожидать, причиной большинства крупных аварий является использование горючих и токсичных химических продуктов. Их результат - пожары, взрывы, выбросы токсичных веществ и СДЯВ. Существует условная количественная шкала уровня опасности. Приведем методику, изложенную в директиве «Севезо» [22, 23]. Происшествия:
1. Заметное.
2. Очень заметное.
3. Значительное.
4. Очень значительное.
5. Катастрофическое.
1.. .5 - с условным параметром Ю, который является функцией трех безразмерных параметров Д, С и М. Их можно количественно учесть. Эти параметры также варьируются от 1 до 5. М - варьирует параметры, определяющие затраты на ликвидацию ЧС и численность населения в районе. С - отражает последствия ЧС (число погибших и пострадавших людей, погибших домашних и диких животных, рыбы, площадь зараженных территорий и поверхностных водоемов). Д - имеет прогностический смысл. Его можно оценивать не только по последствиям ЧС, но и согласно технологическим регламентам. Значения его зависят от количества токсичного вещества, вызвавшего ЧС или выделившегося в результате ЧС.
Значение параметра Д
Величина Д Количество опасного вещества
токсичного, % от порога Севезо (их не следует превышать в технологическом цикле). Перечень в [23] взрывчатого в тротиловом эквиваленте, т
1 < 0,1 < 0,1
2 > 0,1 0,1 -0,2
3 > 1 1-5
4 > 10 5-50
5 > 100 > 50
Дополнительно определяются показатели пожаро-и взрывоопасности Е и показатель Т.
Е = МЕ(1 + ОРН) (1 + БРН).
МЕ - коэффициент материала, критерий потенциальной энергии продуктов; ОРН - коэффициент суммарной опасности технологического процесса; БРН - коэффициент специфической опасности процесса.
В нашей стране подход к оценке опасности упрощен. Нормативный документ [24] перечисляет особо опасные производства.
1. Технологические объекты. Хранилища, сливоналивные станции, транспортные системы сжиженных
горючих газов и легковоспламеняющихся жидкостей, на которых при авариях возможны выбросы горючих газов (паров) в количествах более 2000 кг, вызывающие при взрыве полное разрушение зданий и коммуникаций на площадях радиусом свыше 55 м. К этой категории объектов относятся также крупные изотермические хранилища сжиженных углеводородных газов, вмещающих свыше 2000 т вещества.
2. Производства и отдельные технологические объекты (блоки и стадии процесса), связанные с получением и переработкой жидких или твердых продуктов со взрывчатыми свойствами, а также склонных к спонтанному разложению с энергией возможного взрыва, эквивалентной 4500 кг тринитротолуола.
3. Производства и отдельные технологические объекты (блоки и стадии процесса) по получению и переработке веществ, относящихся к 1 -му и 2-му классам опасности по ГОСТу 12.1.007-76, при функционировании которых возможно поражение людей за пределами санитарных зон, установленных действующими нормами.
4. Хранилища, сливо-наливные пункты жидкого хлора, фосгена, синильной и нитрилакриловой кислот, других высокоопасных веществ, расположенные вблизи объектов административно-вспомогательного, жилищно-гражданского назначения и других объектов с постоянным массовым пребыванием людей.
5. Производства и отдельные стадии технологических процессов повышенной взрывоопасности (см. ниже).
6. Крупные хвостохранилища обогатительных фабрик емкостью выше 1 млн м3.
7. Отвалы каменной соли подземных и горных работ.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ «ХИМИЧЕСКИХ» АВАРИЙ
Среди аварий на химических предприятиях большую опасность представляют аварии на энергонасыщенных нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях и продуктопроводах, связанные с образованием облаков топливно-воздушных смесей и дальнейшим взаимодействием компонентов в них в форме взрывов. Анализ аварий в химической и нефтеперерабатывающей промышленности свидетельствует, что приблизительно в 70 % случаев возникали облака топливно-воздушных смесей. Степень поражения при выбросах газообразных токсичных веществ или при испарении жидких продуктов с поверхности почвы, с различных поверхностей на химических предприятиях во многом зависит от процесса распространения облака химически активного вещества. В основе обоих типов промышленных аварий лежат общие механизмы их возникновения и развития. Так, нефтяные газы и многие токсичные вещества, широко используемые в промышленности, например хлор и аммиак, хранятся в сжиженном виде под давлением. При потере герметичности резервуаров или трубопровода происходит образование топливно-воздушной смеси токсичного вещества.
Поскольку натурные эксперименты в условиях современных энергонасыщенных химических предприятий недопустимы, наиболее доступным методом исследования аварий и построения возможных сценариев
их развития (или реконструкции и анализа уже произошедших) является метод математического моделирования. Он включает анализ отдельных фаз и построение на его основе математической модели процесса, разработку численных методов и алгоритма решения задач, проведение вычислительных экспериментов и создание банка данных по результатам моделирования и расследования аварий. Практическими руководствами этого метода являются методики анализа и прогнозирования аварийной опасности. Система методического обеспечения должна включать в себя следующие материалы:
- методологические принципы анализа аварийной ситуации объекта;
- систему расчета явлений аварии;
- систему компьютерных кодов, реализующих эту методику;
- банк экспериментальных данных по физическим явлениям аварий для проверки эффективности (версификации) методик;
- банк данных по имевшим место авариям;
- методологические принципы сравнительного анализа аварий из банка данных.
В нашей стране подобные банки данных разрабатываются как отдельными организациями (Гражданская оборона России, НПО «Ромб», НПО ГИПХ, ОНИР «ИРС», ГКЧС России), так и в рамках Г осударственной научно-технической программы «Безопасность населения и народно-хозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф», реализуемой с 1991 г. К сожалению, детальное знакомство с этими компьютерными кодами возможно только путем прямого обращения к владельцу. В зарубежных публикациях имеются и детальные описания разработанных моделей распространения химических веществ в воздухе и используемых для расчетов программных продуктов. Среди них можно отметить модели распространения тяжелых газов [25-28]. Причем в работе [26] рассматривается явление, протекающее в сложных метеорологических условиях, в [27] - испарение и распространение больших количеств тяжелого газа, в [28] -влияние на процесс распространения фотохимических реакций. Отечественные нормативные документы представлены в [29-35].
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ И УПРАВЛЕНИЯ РИСКОМ
Показатели безопасности (опасности). В качестве меры токсичности СДЯВ принято использовать величины их концентраций или доз вещества. Причем наиболее часто пользуются такими характеристиками, как пороговая концентрация, предел переносимости, смертельная концентрация, значение токсических доз, соответствующих определенному эффекту поражения. Под пороговой понимается минимальная концентрация, при которой возникает ощутимый физический эффект и наблюдаются первые признаки поражения. Предел переносимости - фактическая концентрация, которую человек может выдержать определенное время без получения устойчивого поражения. Аналогией предела переносимости является ПДК,-.
Токсическая доза (токсодоза) выражается количеством вещества, вызывающим определенный токсический эффект. При анализе и оценке химической обста-
новки, возникающей при распространении в окружающей среде СДЯВ, величину токсодозы определяют как произведение средней за время воздействия концентрации СДЯВ в воздухе на время пребывания в зоне поражения (в атмосфере), т. е. С-т - ингаляционное поражение, или как массу жидкого либо твердого СДЯВ, попавшего на кожные покровы человека (кож-но-резорбтивные поражения). Используется следующая градация:
- средняя смертельная токсодоза, вызывающая поражения с летальным исходом 50 % реципиентов, подвергшихся воздействию СДЯВ. Обозначение: ингаляционное воздействие - ЬСХ^, кожно-резорбтивное
воздействие ЬО ;
т50
- средняя выводящая из строя токсодоза, вызы-
вающая поражения не ниже средней степени тяжести у 50 % подвергнувшихся воздействию СДЯВ людей. Обозначение: - ингаляционное воздействие,
т50
- кожно-резорбтивное воздействие;
- средняя пороговая токсодоза, вызывающая начальные симптомы поражения у 50 % подвергшихся воздействию СДЯВ людей. Обозначения: ингаляционное воздействие - РСт, кожно-резорбтивное воздействие РО .
т50
В качестве критерия используется и наибольшая концентрация в облаке токсического вещества, при которой нахождение в нем не более 30 минут не приводит к необратимым изменениям в организме человека. Этот критерий обозначается через }ВЪН. Приведем примеры токсодоз некоторых СДЯВ (см. ниже).
Пороги поражения человека промышленными СДЯВ
Пороговая токсодоза
СДЯВ < Dx , Т50 мг/м3 < С , 150 (мг/м3)мин. ІБШ, мг/м3
Аммиак 21 - 350
Фосген 0,3 3200 8,36
Монооксид углерода 94 3817 1650
(СО)
Метилизоцианат - 2900 48,2
Цианистый водород 37 1000 57,2
Хлор 600* 6200 -
РСТ_
МОДЕЛИ ИЗУЧЕНИЯ РИСКОВ
Модель «Дерево отказов». Стадия 1. Определение системы и выявление в общих чертах потенциальной опасности. Эта процедура включает предварительное выявление элементов системы или событий, ведущих к опасным ситуациям, а также расширение анализа за счет формализованных количественных примеров, в том числе с включением последовательных событий, превращающих опасность в происшествие. Эту ситуацию называют «предварительный анализ опасности» (ПАО).
Выполнение
анализа
Схема 3. Дерево решений анализа опасности
Анализ
других
источни-
ков
Схема 4. Дерево решений
Стадия 2. Выявление последовательности опасных ситуаций (дерево событий, дерево отказов). Стадия 2 наступает после оценки надежности оборудования и определения конфигурации системы.
Стадия 3. Анализ последствий. На этой стадии:
- подсчитываются объемы утечки токсикантов, СДЯВ и энергии для нескольких вариантов развития событий;
- прослеживается распространение токсичных элементов, ударной волны, фронта пожара, ведущих к летальному исходу;
- оценивается уровень риска воздействия на здоровье людей.
Метод «Анализ видов отказов и последствий»
(АВОП). При использовании этого метода один за другим анализируются все виды возможных отказов или аварийные ситуации и выявляются их результирующие воздействия на систему с тем, чтобы определить их воздействие на другие близлежащие элементы. АВОП может быть существенно более детальным, чем анализ посредством «дерева отказов», т. к. в этом методе необходимо рассматривать все возможные виды отказов или аварийные ситуации для каждого элемента системы (реле отказало, т. к. контакты не разомкнулись, запоздало размыкание контактов, короткое замыкание и т. д.).
Метод «Анализ критичности». В этом случае каждому элементу присваивается степень влияния на выполнение общей задачи. Критичность устанавливается несколькими способами:
- отказ, потенциально приводящий к жертвам;
- отказ, потенциально приводящий к невыполнению задачи;
- отказ, потенциально приводящий к задержкам и потере работоспособности;
- отказ, потенциально приводящий к дополнительному незапланированному обслуживанию.
Введение категории критичность - очевидный следующий шаг после проведения АВОП.
Объединенный метод АВОП/АК (анализ отказов, их последовательностей и критичности).
В этом случае элементы классифицируются посредством вычисления коэффициентов критичности Сг
N Й
Сг = £Р-аКЕКАХ -106;
г=1
где п - число критических видов отказов элементов системы, попадающих под конкретное определение потерь, п от 1 до 5; N - суммарное число критических видов отказов элементов системы, соответствующих данному определению потерь; Х - частота отказов элементов системы, отказов за час или цикл работы; ґ -время работы, ч или число рабочих циклов данного элемента при выполнении программы работ; КА -коэффициент, учитывающий разницу между загрузкой элемента при определении параметра Х и ожидаемой загрузкой системы; КЕ - коэффициент, учитывающий окружающие условия, разницу между окружающими условиями при замере параметра Х и ожидаемыми условиями работы элемента. При упрощенном вычислении К е = К а = 1, а Х можно использовать в качестве приближенного значения интенсивности отказов для данного вида отказов и условий работы. а - коэффициент отношения данного вида отказов к критическому. Он для данного вида отказов - доля Х, вносимая этим отказом в критическом состоянии системы. р - условная вероятность того, что последствие отказа для данного вида критического отказа имеет место при усло-
вии, когда произошел критическии отказ данного вида. Р выбирают из следующего набора:
Последствия отказа Р, %
Фактические потери 10
Вероятные потери 10-100
Возможные потери 0-10
Отсутствие потерь 0
10 - коэффициент перехода Сг от потерь на попытку к потерям за 106 попыток. Сг обычно > 1.
Этот метод не дает количественной оценки возможных последствий или ущерба. Он ведет к улучшению качества системы путем определения:
- элемента, который следует подвергнуть детальному анализу с целью исключения опасности;
- элемента или узла, требующего особого внимания в процессе производства, более жесткого контроля качества;
- оценки специальных требований, выдвигаемых поставщиком, подлежащих включению в перечень характеристик, определяющих функциональные возможности продукта, изделия, конструкции;
- норматива выходного контроля.
Метод «опасностей и работоспособности». Это расширенный вариант АВОП за счет включения в анализ показателей работоспособности.
Метод «причин - последствий». В этом методе работа начинается с выбора критического события, которое подбирается таким образом, чтобы оно служило удобной отправной точкой для анализа. Причем большинство аварийных ситуаций развивается за критическим событием в цепи отдельных событий. Критические события: возмущение основных параметров технологического процесса (в баках, контейнерах), расширение диапазона давлений, температур, степени загрязнения продукта. Выявление последствий - часть анализа «причин - последствий» начинается с выбора первичного события с последующим рассмотрением всей цепи вызываемых в системе событий. На разных стадиях цепи могут разветвляться:
Процедура построения диаграммы последствий состоит из выбора первичного события и события, за которым следуют другие. При этом необходимо ответить на вопросы:
- при каких условиях данное событие ведет к развитию последующих?
- каковы переменные условия для данного предприятия, которые ведут к развитию разных вариантов событий?
- на какие другие элементы данное событие оказывает влияние?
При анализе «причин - последствий» используют комбинированные методы дерева отказов (выявление причин) и дерева событий (последствий).
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОГНОЗА АВАРИЙНОГО РИСКА
Как ранее указывалось, количественной характеристикой риска является функция от частоты аварий и ожидаемого ущерба. Запишем (5) несколько иначе:
[Оценка аварийного риска] = Частота Z - го
= 2
z аварийного процесса Ущерб (потери)
X
при Z - ом аварийном процессе
Рассмотрим частный случай наличия точечного источника опасности. Пусть Р2 - прогнозируемая частота
г-го процесса, UZ - прогнозируемый ущерб. Тогда выражение для риска К в некоторой точке в полярных координатах с началом в точке источника опасности имеет вид:
R(r, Ф) = 2Pz (г,Ф),
Z
где ф) - оценка условного аварийного риска, связанного с 2-ой аварией, может быть получена из зависимости
WZ (г,ф) = ї&кUK (г,ф) ■
ик - ущерб, зависящий от климатических условий (температура, скорость и направление ветра); Я к -
характеристика метеоусловий; W к - характеристика уровня техногенной опасности.
В случае токсического воздействия на человека через атмосферный воздух имеем:
- и т Ц(а)-Ки) х
2л иmax Т max
W (г,ф) (На } <3и | р(и є ($и /аі')х(Т ) х
0 0 Т min х 2
х и (г, ф, аі, а,и ,Т )аТ ,
где ц(а) - плотность распространения вероятности направления ветра, определяемая величиной значения угла а; Х(Ц) - плотность распределения вероятности значения скорости ветра и, P(U є dU)/di - вероятность того, что при скорости ветра U є dU состояние устойчивости атмосферы относится к классу устойчивости 4, Т(Г - плотность распределения вероятности величины температуры атмосферного воздуха; и(г,ф, di, а, U, Г) -функция, характеризующая ущерб при реализации аварийной ситуации. Функция ущерба и(г,ф, di, а, и, Г) выражает частоту поражения реципиента в точке с координатами (г, ф). В качестве временного интервала берется 1 год. Предполагается, что реципиент находится в выделенной точке (г, ф) 24 ч в сутки без средств
к
защиты в течение всего года. В случае летального поражения К(г, ф) = 1. Поле оценок летального аварийного риска показано на рис. 5. Линейный размер рассматриваемой области характеризуется эффективным радиусом Кэфф
Кэфф = ,
£ - площадь зоны риска.
Для оценки условного аварийного группового риска в точке (г, ф) є О используется выражение
Wgz (r, ф) = ^(г, ф) • Wz (r, ф)
М - общая численность реципиентов риска в области £.
Уровень аварийной опасности, связанной с конкретной аварией на некоторой территории, характеризуется интегральной оценкой условного аварийного
риска WK (£) и интегральной оценкой условного группового аварийного риска WfK (£) .
Wz (S) = | Wz (r, ф^П
S
wG (S) = | Wgz (r, ф^П .
Интегральная оценка условного аварийного риска WL (£) характеризует прогнозируемые последствия конкретной аварии на территории площади £.
Для оценки группового локального аварийного риска используется выражение
Я. (Г, ф) = 2 РкМК (Г, ф).
Для интегральной оценки аварийного риска служит зависимость:
Rl =Х PzWlz ,
а для той же оценки группового аварийного риска уравнение:
Rg = Е PzWGl
Важной характеристикой уровня опасности, порождаемой объектом относительно человека, является максимальное количество летальных исходов. Для отдельной аварии
Nе, = !"а“т тг,Ф)и(Г,Ф,й1,а,и,Т )ёБ
5
N let = max N
Рис. 5. Представление локального риска на карте местности
где N - число летальных исходов в целом по объекту; ^ (Г, ф ) - плотность распределения людей в области &
Рис. 6. Типичный вид F-N-диаграммы
Ущерб при химических авариях в виде функции U(r,q,di,a,U,T) зависит от климатических условий.
Последствия аварийных воздействий на реципиентов риска в пределах определенной территории могут быть описаны F - N-диаграммами, где F - (частота, йедиепсе), N - (номер, number). Эти диаграммы - график зависимости частоты событий от последствий аварии, выражаемых обычно в числе летальных исходов. Их вид приведен на рис. 6.
УРОВЕНЬ ПРИЕМЛЕМОГО АВАРИЙНОГО РИСКА
В Российской Федерации принята концепция ненулевого приемлемого риска. При его установлении учитывается:
- объем валового национального продукта (обычно за год);
- качество жизни;
- средняя ожидаемая продолжительность предстоящей жизни (СОППЖ);
- стоимость увеличения ожидаемой продолжительности жизни (СОПЖ).
S
z
z
z
Отметим, что СОППЖ - наиболее приемлемый и наиболее представительный критерий. СОПЖ - дополнительный критерий. Широко рассматривается критерий Эшби.
Критерий приемлемости риска по Эшби
Ранг риска Вероятность одной смерти в год Степень приемлемости
1 Не менее 10-3 Риск неприемлем
2 10 -4 Риск приемлем лишь в особых
обстоятельствах
3 10-5 Требуется детальное обоснование
приемлемости
4 10-6 Риск приемлем без ограничений
Обобщая приведенные выше табличные данные, отметим, что в методологии оценки риска принято выделять несколько его диапазонов.
Первый диапазон (индивидуальный риск в течение всей жизни, равный или меньший 1-10-6, что соответствует 1 -му дополнительному случаю серьезного заболевания или смерти на 1 млн экспонированных лиц) характеризует такие уровни риска, которые воспринимаются всеми людьми как пренебрежимо малые, не отличающиеся от обычных, повседневных рисков. Подобные риски не требуют никаких дополнительных мероприятий по их снижению, и их уровни подлежат только периодическому контролю.
Второй диапазон (индивидуальный риск в течение всей жизни более 1-10-6, но менее 1-10-4) соответствует зоне условно приемлемого (допустимого) риска. Именно на этом уровне установлено большинство зарубежных и рекомендуемых международными организациями гигиенических нормативов для населения в целом. Уровни допустимого риска подлежат постоянному контролю. В некоторых случаях при таких уровнях риска могут проводиться дополнительные мероприятия по их снижению.
Третий диапазон (индивидуальный риск в течение всей жизни 1-10-4 - 1-10-3) приемлем для профессионалов и неприемлем для населения в целом. Появление такого риска требует разработки и проведения плановых оздоровительных мероприятий.
Четвертый диапазон - индивидуальный риск в течение всей жизни, равный или больший 1-10-3, неприемлем ни для населения, ни для профессионалов. При его достижении необходимо проведение экстренных оздоровительных и принятие других мер по снижению риска.
Легко видеть, что четыре ранга риска перекрывают более трех порядков вероятности одной смерти в год, причем для неограниченного приемлемого риска принят такой же порядок вероятности, какой характерен для природных катастроф (10-6).
Вопрос об уровне допустимого или приемлемого риска является наиболее важным в принятии решения. Следует подчеркнуть, что выбор значения приемлемого уровня индивидуального риска во многом зависит от экономического состояния страны. Так, в Нидерландах в 1985 г. концепция приемлемого риска была принята в качестве государственного закона. По этому закону вероятность смерти для населения от опасностей, свя-
занных с техносферой, считается недопустимой, если составляет в год более 10-6, и приемлемой, если эта величина меньше 10-8 год-1. Решение по объектам, уровень индивидуального риска для которых лежит в интервале 10-6 - 10-8 год-1, принимается исходя из конкретных экономических и социальных аспектов. В других странах масштабы использования концепции приемлемого риска в законодательстве более ограничены, но во всех промышленно-развитых странах уже существует понимание необходимости применения такого подхода как одного из наиболее эффективных механизмов управления промышленной безопасностью.
В соответствии с рекомендациями Всемирной Организации Здравоохранения, одним из основных показателей безопасности населения является смертность от неестественных причин (травмы, гибель при пожарах, падения, отравления, убийства и т. д.). За 1994 г. эта величина составила по Москве 235 человек на 100 тыс. населения (их них только 20,4 человека за счет криминальных преступлений). Эта величина в 2-3 раза превышает тот же показатель для стран Западной Европы. Таким образом, индивидуальный риск смерти от неестественных причин, которому обычно не придают значения (10-4 год-1), в Москве составляет в среднем 1,6-10-3 год-1.
Для территории РФ уровень риска (смерть от неестественных причин) близок к 10-3 год-1, что на 3-4 порядка выше нормативного уровня, установленного в странах ЕЭС. Очевидно, что ориентироваться на фоновый уровень, близкий к 10-3, не следует. В то же время верхняя граница фонового уровня гибели населения вследствие техногенных ЧС составляет от 2,0-10-5 (1989 г.) до 5,0-10-6 год-1 (1990 г.)
Из приведенных данных следует, что риск гибели населения выше 5-10-5 год-1 должен рассматриваться как недопустимый или неприемлемый. Отметим, что в ряде отечественных ГОСТов по пожарной опасности в качестве приемлемого уровня как для персонала, так и для населения заложен уровень 1-10-6 год-1. Анализ многочисленных материалов показывает, что для территории нашей страны фоновый уровень риска близок к 5-10-6 год-1.
ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ОНКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА
Для находящихся в воздухе канцерогенных загрязняющих веществ производится оценка среднесуточного поступления (СП) на 1 кг веса тела. Обозначим его Ст, мг-кг-1-сут.-1. Умножение Ст на фактор потенциала канцерогенности Рт , кг-сут.-м-1 определяет прижизненный риск смерти. Среднесуточное поступление канцерогена через органы дыхания оценивается посредством зависимости
Ст = СпUgVэT э /(тТ ТсрКа ) ,
где СП - концентрация полютанта в воздухе, мкг-м-3, и% - интенсивность дыхания, м3-сут.-1, принимаемая для взрослых лиц равной 20 м3сут.-1; уэ - частота экспозиции сут./год-1, принимаемая обычно равной 350 сут.-год-1; тэ - продолжительность экспозиции (усреднено для мужчин - 60, женщин - 70 лет); тт -
средний вес тела в период экспозиции (70 кг); тср -время усреднения (для мужчин 365 сут.-60 лет ^ ^ 21900 сут.-лет); К а - коэффициент перехода от мкг к мг, равный 1000.
В настоящее время для оценки онкологического риска используют две критериальных или точнее параметрических величины. Одна из них - фактор онкологического потенциала, выражаемый через первую производную dD/dO, где Б - доза, О - ответ. Обычно оценивают величину dD/dO как тангенс наклона прямой, заданной в соответствующих координатах. Второй параметр - единичный риск соответственно для питьевой воды Ре.в. и атмосферного воздуха Ре.вз.. Принято считать, что при получении подобным образом величины dD/dO достигается доверительная вероятность 0,95. Размерность dD/dO принимается равной (мг-кг-*-сут-1)-1 или кг-сут-мг-1. Величина dD/dO устанавливается раздельно для ингаляционного и накожного действия.
Единичные риски Яе.в. и Яе.вз. характеризуют величину риска для единицы канцерогенного вещества в единице объема окружающей среды (воздуха или воды, т. е. [Яе.в] = мкг-м-3 и [Яе.вз] = мкг-л-1. Яг рассчитывается делением значения dD/dO на массу тела человека с последующим умножением полученной величины на объем легочной вентиляции (как отмечалось, 20 м3-сут.-1 или объем суточного потребления воды (2 л-сут.-1)
R„„ = 20( dD / dO) = 2,86 •lO-4 (dD / dO),
R
1000^70 2( dD / dO) ' 1000^70
= 2,86 •lO-5 (dD / dO).
1000 - перевод мг в мкг. Величины dD/dO и P, согласно современным представлениям, позволяют прогнозировать уровень онкологического риска. Например, если средняя ежедневная концентрация канцерогена составляет С, мкг/л-1 или С, мкг-м3, то индивидуальный дополнительный к фоновому риск (Rua) развития первичной онкологии составляет:
Ru.g. = Ri - Ci .
Если известна численность популяции N, подверженной воздействию канцерогена с концентрацией Ci, то можно рассчитать и популяционный онкологический риск (Rn), т. е. число случаев первичной онкологии, дополнительное к фоновому
Rn = R - N.
Для нестандартных условий воздействия, например, производственных, в приведенные выше формулы вносятся поправки, отражающие различия в факторах экспозиции. В частности, для восьмичасового рабочего дня и 40-летнего производственного стажа, если число рабочих дней в году принять равным 240 и среднюю легочную вентиляцию за смену - 10 м3, то R^. = = Pi (240/365)(40/70)(19/20)
-^е.р.з. = 0,188^.в,
Яерз. = 5,38-10-5 - (dD/dO).
Отсюда дополнительный к фоновому индивидуальный риск первичной онкологии за период производственного стажа составит
ЯИ.Д.Р.З. = Яе.р.з. - Сг,
Сг - средняя концентрация г-го канцерогена за период производственной деятельности.
ПОСТРОЕНИЕ ПОЛЕЙ РИСКОВ (дополнение)
Для снижения заформализованности математической модели отметим, что для построения полей потенциального территориального риска (Яху, х, у - декартовы координаты) или (Ягф) проводится суммирование всех вероятностных зон поражения (см. раздел «Математическая модель прогноза аварийного риска») с учетом частоты их реализации на рассматриваемой территории.
Яг,ф = 2^^],г,ф . г=1
Затем строится распределение персонала или населения (Мг ф) на рассматриваемой территории. Это распределение отражает количество реципиентов (субъектов) воздействия, находящихся в конкретном месте в среднем за год. Тогда коллективный риск, который обозначим для этого случая через ^, составит
F = | N ,ф R
г ф V ,ф ■
5
Для определения среднего показателя индивидуального риска для субъектов воздействия (М) из всех субъектов следует выделить только ту часть (МЯ), которая подвергается риску Я. Это обусловлено тем, что определенная часть субъектов может находиться за пределами негативного воздействия опасного производственного объекта
NR = І Мг,ф, є Rr^, > 0
Средний индивидуальный риск Rind равен
Rind = F / N
R.
Кроме показателя среднего индивидуального риска, зная Щ,ф и Кгф, можно построить распределение субъектов воздействия по уровням риска (Щ(Я)), т. е. К-
диаграмму. Эта информация важна для оценки количества субъектов, находящихся на высоких уровнях риска. Помимо этого, распределение субъектов по территории всегда носит роевый характер, и потому распределение субъектов следует разбить на группы по территориальной принадлежности. Для каждой группы ЩГ,гф можно определить показатели коллективного и
индивидуального риска ЯГШ.
S
Количество пострадавших при конкретном сценарии аварии рассчитывается из зависимости
N = 1N Г ,Г,Ф^,Ф 5
при частоте события X.
Рассчитав количество пострадавших из всех групп, строят Е-М- диаграмму.
ПУТИ СНИЖЕНИЯ АВАРИЙНОГО РИСКА
Снижение аварийного риска возможно следующими путями:
- уменьшение вероятности возникновения аварии. Это определяется прежде всего надежностью технологического оборудования, поддержанием его ресурса и действенностью объективного контроля за ресурсом, эффективностью управления технологическим процессом, наличием и уровнем гражданской позиции у технического руководства и держателей пакетов акций;
- уменьшение масштабов и учет направления физических и концентрационных полей воздействия при организации технологического процесса, вплоть до изменения географического положения источников аварии по отношению к коллективным объектам поражения;
- достижение адекватной опасности уровня материальных затрат на снижение масштабов распространения физических и концентрационных полей воздействия на окружающую среду (создание дренажных систем, защитных ограждений, водяных завес, контроля за адсорбционной емкостью составляющих литосферы при барражной закачке);
- снижение масштабов поражения. Идет речь о подготовленности персонала, наличии и квалификации работников экологических служб опасных объектов. Имеется в виду их техническая и экологическая квалификация, что далеко не одно и то же. Обычно работников этих служб путают с работниками отделов техники безопасности, хотя у них разные задачи. Например, вторые не вмешиваются в технологию процесса, первые обязаны это делать;
- готовность к выведению субъекта воздействия из зоны поражения или негативного влияния, т. е. перемещение его относительно опасного объекта на расчетные безопасные расстояния, а не «за околицу».
Таким образом, повышение безопасности химикотехнологических объектов предусматривает, в первую очередь, осуществление технических и организационных мер, включающих мониторинг опасного объекта, наличие планов действия в различных ЧС. Необходимо инвестирование предприятий с целью замены экологически опасных технологий на более безопасные, уменьшающие выход опасных веществ, использование опасного сырья и полупродуктов. Причем этого не следует ждать от руководства опасных объектов, держателей пакета акций. Это должно быть для них вынужденной мерой, определяемой экономическими факторами, вводимыми администрацией регионов. Только таким образом можно обеспечить населению, например, г. Тамбова приемлемый уровень техногенного риска порядка 10-6.
РИСКИ И ХИМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
г. ТАМБОВА
Наличие в г. Тамбове опасных предприятий, в том числе и химических, приводит к возникновению аварийных ситуаций. Это доказывается не только наличием подобных обстоятельств, но и реальными их проявлениями, в частности, выброс фосгена на ОАО «Пигмент». Это же обусловливает необходимость разработки полей рисков аварийных ситуаций для областного центра. Подобная картина позволит глубже понять городские эколого-химические проблемы, необходимость изменения ряда технологий, необходимость перепрофилирования отдельных производств, либо вывода их за пределы городской черты с созданием необходимых санитарных зон. Таким образом, речь может пойти об изменении географического расположения этих объектов.
Разработка полей аварийных рисков позволит наиболее целесообразно выбрать точки для оценки уровней физических и химических полей и таким образом наиболее эффективно организовать мониторинг выбросов и сбросов, в том числе, залповых и аварийных от опасных объектов.
Однако сама по себе идея санитарно-гигиенического мониторинга не решает проблемы. Дело в том, что каждый регион и тем более опасный объект характеризуется своей номенклатурой токсичных веществ и СДЯВ, как в фоновых концентрациях, так и в концентрациях аварийных ситуаций. Поэтому действенный мониторинг требует их предварительного всестороннего обследования на предмет выявления потенциальноопасных токсичных соединений и СДЯВ. Это важно не только применительно к условиям функционирования цехов и участков в регламентных режимах, но и в период экстремальных аварийных ситуаций. Это важно и в связи с тем, что технологические процессы на опасных предприятиях, в том числе и на ОАО «Пигмент», могут проводиться с серьезными отступлениями от указанных в регламентах параметров. Квалифицированному химику легко показать, что в подобных условиях могут и, более того, должны идти незапланированные регламентами параллельные процессы, которые приведут к выбросам и сбросам новых веществ. Причем последние могут (пока могут!) привести к образованию не только токсичных продуктов, но и СДЯВ, к их сбросам и выбросам. В подобных условиях мониторинг и поля рисков необходимо создавать и по этим веществам. Для этого нужны соответствующие датчики, а их постановка требует опережающего выявления таких продуктов: их идентификацию и расчет возможных полей концентраций. К таким незапланированным, приводящим к нерегламентированным процессам может привести простое изменение температурного режима процесса. Кроме того, на ОАО «Пигмент» широко используются процессы хлорирования. А это прямой путь образования диоксинов, многоцикловых хлорпроизводных, оценка концентрации которых никогда не производилась. Учитывая такие обстоятельства, организацию санитарногигиенического мониторинга должно предварить серьезное и объективное обследование. Для
г. Тамбова таким объектом является прежде всего ОАО «Пигмент». Подобное обследование должно включать:
- выполнение технологических регламентов потенциально опасных цехов и участков как объектов с потенциально-опасной технологией;
- независимую оценку концентрации выбрасываемых и сбрасываемых токсичных веществ и СДЯВ в условиях нормативной (регламентной) работы объектов;
- независимую идентификацию и количественную оценку вновь идентифицированных продуктов в выбросах и сбросах;
- оценку состояния основных фондов предприятий: реакторного оборудования, цеховых и межцеховых наземных и подземных трубопроводов и продуктопро-водов. Причем эта проверка должна проводиться комиссией в составе специалистов-технологов, коррозио-нистов и специалистов в области неразрушающего контроля;
- выработку рекомендаций по проведению мониторинга для улучшения химико-экологической обстановки на объекте и снижения уровня аварийного риска.
Кроме того, в г. Тамбове достаточно неблагоприятная обстановка с онкологической ситуацией. Источником канцерогенных веществ являются не только стационарные опасные объекты, но и, прежде всего, автомобильный транспорт. В связи с этим необходимо в процессе организации санитарно-гигиенического мониторинга создать возможность оценки концентрации бенз(а)пирена и постоянно ее отслеживать. Подобную опасность представляют и асфальтобетонные заводы, литейные цехи и участки. Ситуация требует систематического проведения медицинского обследования работников подобных служб, организации работы службы медстатистики в этом направлении.
На базе данных санитарно-гигиенического мониторинга необходимо разработать для г. Тамбова поля онкологических рисков как для фоновых концентраций, так и в условий аварийных выбросов и сбросов. И, конечно, совершенно недопустима организация массового асфальтирования городских магистралей перед приездом высокопоставленных лиц. Такой подход, помимо резкого увеличения выброса канцерогенов в атмосферу города, ни к чему хорошему не приведет.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хенли Э.Дж., Куманото Х. Надежность технологических систем и оценка риска. М.: Машиностроение, 1984. 528 с.
2. Алымов В.Т., Тарасова Н.П. Техногенный риск. Анализ и оценка. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. 118 с.
3. Меньшиков В.В., Швырев А.А. Опасные химические объекты и техногенный риск. М.: МГУ, 2003. 254 с.
4. Меньшиков В.В. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность и экологичность техногенных систем. М.: МГУ, 2003. 265 с.
5. Вигдорович В.И., Габелко Н.В. Техногенные системы и экологический риск. Тамбов: Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина, 2004. 212 с.
6. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М.: Гидрометиздат, 1984.
7. Измалков В.И. Экологическая безопасность, методология прогнозирования антропогенных загрязнений и основы построение химического мониторинга окружающей среды. СПб. - М.: Изд-во НИИ ЭБ, 1994. 131 с.
8. Измалков В.И., Измалков А.В. Техногенная и экологическая безопасность и управление риском. М. - СПб: Изд-во НИИ ЭБ, 1998. 482 с.
9. Елохин А.И. Анализ и управление риском: теория и практика. М.: Лукойл, 2003. 186 с.
10. Бурдаков Н.И., Кульба В.В., Назаретов В.М. Концепция стратегического управления техногенным и природным риском в регионе // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. М.: ВИНИТИ, 1992. Вып. 2.
11. Потехин Г.С., Прохоров Т.С., Терещенко Г.Ф. Управление риском в химической промышленности // Журн. Всесоюз. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева. 1990. Т. 35. № 4. С. 421-424.
12. Кузьмин И.И., Махутов Н.А., Хемагуров С.В. Безопасность и риск. Эколого-экономические аспекты. СПб: Изд-во С.-Петерб. ун-та экономики и финансов, 1997. 164 с.
13. Соловьев А.А. Оценка опасности и прогнозирование веществ // Рос. хим. журн. 1993. Т. 38. № 4. С. 66-74.
14. Едигаров А.С. Метод расчета зоны поражения при аварийных выбросах токсичного газа // Рос. хим. журн. 1995. Т. 39. № 2. С. 94-100.
15. Количественные оценки риска химических аварий / Под ред. В.М. Колодкина. Ижевск: Издат. дом «Удмуртский университет», 2001. 228 с.
16. Гидаслов В.В., Кузьмин И.И., Ласкин Б.М., Азиев Р.Г. Научнотехнологический процесс, безопасность и устойчивое развитие цивилизации // Журн. всерос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева. 1990. Т. 35. № 4. С. 409-414.
17. Маршалл В.К. Основные опасности химических производств. М.: Мир, 1989. 671 с.
18. Доклад о состоянии окружающей природной среды Тамбовской области в 1995 году. Тамбов: Изд-во Тамб. комитета по охране природы, 1996. 206 с.
19. Доклад о состоянии окружающей природной среды Тамбовской области в 1996 году. Тамбов: Изд-во Комитета по охране природы, 1997. 134 с.
20. Соловьянов А.А. Оценка опасности и прогнозирования аварий, связанных с выбросом химических веществ // Рос. хим. журн. 1993. Т. 37. № 4. С. 66-74.
21. Директива ЕС. (82 / 50 ЕЕс). Женева, 1982. (Директива «Севезо»).
22. Accident Gravity Scale, Commission of European Communities. Belgium. Brussels, 1989.
23. Перечень видов производств, при проектировании которых должны разрабатываться специальные меры по предупреждению возможных аварийных ситуаций и ликвидации их воздействия на ОС. Госгортехнадзор СССР. 1989.
24. Jacobsen O., Magnussen BF. // Hazard. Mat. 1987. V. 16. P. 215-250.
25. Riou Y. // Ibid. P. 252-265.
26. Chan S.T., ErmarkD.L., MorrisL.K. // Ibid. P. 267-292.
27. Reynolds S.D., Roth P.M. Air Pollution // Atm. Environ. 1973. V. 7. P. 1033-1061.
28. Методика выявления и оценки химической опасности при разрушении (аварии) объектов, содержащих сильнодействующие ядовитые вещества. Генеральный штаб Вооруженных Сил СССР, 1990.
29. Методика прогнозирования последствий аварий и разрушений объектов, содержащих СДЯВ. М.: Союзмашпроект, 1990.
30. Программа прогнозирования последствий аварий и разрушений объектов, содержащих СДЯВ. М.: Союзмашпроект, 1990.
31. Зоны опасности при возможных авариях. Методика определения. М.: НИИХиммаш, 1988.
32. Методика оценки химической обстановки на предприятиях отрасли с применением ПЭВМ. М.: Союзпромпроект, 1990.
33. Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах на транспорте. Штаб ГО СССР и Госкомгидро-мет СССР, 1990.
34. Положение об организации и проведении работ по предупреждению, осуществлению организационно-технических мероприятий и ликвидации аварийных ситуаций с опасными химическими веществами. Минобщемаш СССР, 1989.
Поступила в редакцию 18 декабря 2004 г.
