CC BY
57
МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ПРИ СТОЯНКАХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ С НЕФТЕПРОДУКТАМИ
А.С. Самофалова, студентка, А.В. Звягинцева, доцент, к.т.н., Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж
Аварии на железнодорожном транспорте при перевозке нефтепродуктов наносят огромный ущерб окружающей среде. В этой связи оптимизация транспортировки нефтепродуктов железнодорожным транспортом является актуальной инженерно-экологической задачей, решение которой поможет уменьшить общее число аварийных ситуаций. Выбор объектов исследования обусловлен с одной стороны опасностью и токсичностью, с другой - частотой аварий, связанных с проливами и разрушениями цистерн, в которых они транспортируются. В России в период с 2003 по 2010 год продолжилась тенденция роста объема перевозок опасных грузов, число которых увеличилось на 5,5 % по сравнению с аналогичным периодом прошлых лет. Наблюдается значительное увеличение числа аварий при перевозке опасных грузов. Из них 80 % аварийных ситуаций произошли по вине работников ЖД (человеческий фактор) и 20 % - в виду неисправных технических средств. Также происходит увеличение количества нарушений в безопасности движения, в том числе с утратой опасного груза: в 80-85 % случаев происходит утрата цистерн с бензином (в количествах от 2 до 900 тонн) сырой нефти и газовых конденсатов [1, 2].
В качестве объектов исследования при товарных перевозках ЖД транспортом нами были выбраны нефть и нефтепродукты.
Нефть - жидкость от светло-коричневого до тёмно-бурого цвета (табл.). Продуктами переработки нефти в зависимости от условий ее перегонки являются гудрон, керосин, мазут, бензин, битум, дизельное топливо и другие смеси.
Нефть представляет собой смесь примерно 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть жидкие углеводороды (с молекулярной массой более 400 г/моль - 90 %) и гетероатомные органические соединения (45 %): преимущественно сернистые (~3 %), азотистые (~1 %), кислородные (~2 %), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты - растворенные углеводородные газы (С1-С4, от десятых долей до 4 %), вода (0-10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1-4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др., механические примеси (частицы глины, песка, известняка) [1-3].
Попавшая в воду нефть быстро покрывает, большие площади при этом толщина загрязнения вирируется от 0,5 до 70 мм. При низких температурах воды (< 10 0С) замедляется растекание нефти по поверхности, поэтому одно и то же количество нефти может покрывать большие участки летом, чем зимой.
Толщина пленки разлитой нефти больше в тех местах, где она собирается вдоль береговой линии. Движение нефтяного разлива зависит от скорости и направления ветра, течения и приливов. Некоторые сорта нефти опускаются (тонут) и движутся под толщей воды или вдоль поверхности в зависимости от направления течения и приливов. Нефтепродукты, попав непосредственно на почву, начинают испаряться, подвергаясь окислению и воздействию микроорганизмов. При пористой почве и низком уровне грунтовых вод нефть, разлитая на земле может загрязнять грунтовые воды.
Таблица
Физико-химические свойства нефти
Критерии Числовые данные
Средняя молекулярная масса [г/моль] 220 - 470
Плотность: [г/см3] 0,65-1,05 (обычно 0,82-0,95)
Легкая фракция < 0,83
Средняя фракция 0,831-0,860
Тяжёлая фракция > 0,860
Температура вспышки [°С] от -35 до +121
Температура кристаллизации [°С] от -60 до + 30
Вязкость [мм2/с] от 1,98 до 265,90
Удельная теплоёмкость [кДж/(кг-К)] 1,7-2,1
Удельная теплота сгорания [МДж/кг] < 43,7-46,2
Диэлектрическая проницаемость [мА] 2,0-2,5
Электрическая проводимость [Ом ^см 1] от 2-10-10 до 0,3-10 18
Основным видом транспорта при поставке нефтепродуктов на экспорт является железнодорожный, которым в 2010 году экспортировано 83,5 % нефтепродуктов. Источником аварий чаще всего является железнодорожный транспорт (более 80 % случаев). В зависимости от вида перевозимых грузов вагоны-цистерны подразделяются: на цистерны общего назначения и специальные. К цистернам общего назначения относятся цистерны для перевозки широкой номенклатуры жидких нефтепродуктов, не требующих подогрева при наливе и сливе в диапазоне климатических изменений температуры груза. Цистерны общего назначения составляют основную часть парка вагонов-цистерн.
Для перевозки нефтепродуктов на ЖД транспорте используются вагоны-цистерны, которые специально оборудованы для этой цели [3]. Современный парк ЖД цистерн представлен вагонами старого поколения (произведенные с 1970 по 1995 г.) и нового образца (произведенные в период с 1995 по 2010 г.). Российский ЖД парк цистерн представлен в основном устаревшими вагонами (рис. 1). Цистерны для перевозки вязких нефтепродуктов оборудованы пароподогревательным кожухом, сливным прибором и предохранительно -впускным клапаном.
Рис. 1. Четырехосная цистерна для вязких нефтепродуктов, модель 15-1566.
Обозначение: А - вид с боку; Б - сечение: 1 - пароподогревательный кожух;
2 - загрузочный люк; 3 - предохранительно-впускной клапан
Четырехосная цистерна для перевозки вязких нефтепродуктов снабжается пароподогревательный кожухом 1, который не дает транспортируемым веществам загустеть. В конструкции этих вагонов предусмотрено заполнение котла в верхней части цистерн через загрузочный люк 2. Люк снабжен предохранительно-впускным клапаном 3, через который во время транспортировки выходят излишки паров нефтепродуктов [1].
Важнейшей эколого-аналитической задачей является контроль качества воздуха в случае аварийных выбросов токсических веществ. Высота источника выброса (цистерны) не превышает 10 м над уровнем земли, то выбросы считаются низкими и наиболее опасными в случае аварий (когда концентрация ЗВ (загрязняющих веществ) во много раз превышает ПДК (предельно допустимую концентрацию)). В этой связи необходимо провести расчет приземных концентраций ЗВ от аварийных источников, в том числе их валового выброса. По результатам расчета можно сделать вывод о целесообразности и экологической безопасности стоянки ЖД цистерн, перевозящих нефтепродукты, вблизи крупных населенных пунктов.
Массу аварийного выброса из цистерны рассчитывали по формуле (1):
М = 0 ,0 0 1 ■ в ■ Кн25 ■ ((Н, (1)
где В - расход топлива, г/с; КНг5 - коэффициент, характеризующий
выброс, на 1 МДж теплоты, кг/МДж; ((Н - низшая температура сгорания, МДж/кг.
Проведем расчеты массы выброса сероводорода по формуле (1):
Мн25 = 0,001 ■ В ■ Кн25 ■ (Й = 75 г/с Аналогично рассчитывается масса выброса формальдегида:
МСн2о = 0,01 ■ В ■ КСН2о ■ = 36,75 г/с Массу аварийного выброса бензола рассчитываем по формуле (2):
М с б Н 6 = В-АР-£ (2)
где В - расход топлива, г/с; А Р - зольность топлива на рабочую массу, %; - коэффициент учитывающий скорость трансформации ароматических углеводородов в воздухе.
Подставим имеющиеся данные в формулу (2):
МСбнб = В-Ар-/= 525 г/с
Аналогично рассчитаем массу толуола:
Мс7н8 = В-АР-/= 595 г/с Масса выброса суммарного количества углеводородов рассчитывается по формуле (3):
Мсум.Угл. = Я ■ т ■ х, (3)
где g - зольность топлива, %; m - расход топлива, г/с; % - коэффициент. Подставим имеющиеся значения в формулу (3):
Мсум.Угл. — § ' т ' X — 1375 г/с После расчета массы аварийного выброса ЗВ, образующихся при взрыве или разгерметизации цистерны с нефтепродуктами, проводят расчет рассеивания данных токсических веществ атмосферным воздухом.
При расчете рассеивания ЗВ от аварийного источника проводят расчет приземных концентраций. Аварийный источник - источник с кратковременным выбросом большого количества загрязняющих веществ. Загрязнение воздушного бассейна от таких источников рассчитывается по формуле (4):
Сд = ^ (4)
где СА - приземная концентрация, мг/м (в зоне жизнедеятельности населения); А - безразмерный коэффициент: А = 110; М - масса выброшенных веществ, г/с; т - продолжительность выброса для всех веществ примем равную 10 с; x - расстояние от источника до расчетной точки, м.
Проведены расчеты приземных концентраций для сероводорода (Н^), формальдегида (СН20), бензола (С6Н6), толуола (С7Н8), а также содержание суммарного количества углеводородов.
Сравнивая полученные в ходе расчетов значений СА со значением ПДК, имеющихся для этих веществ, можно сделать вывод о том, что по всем направлениям света ПДК веществ достигается только на расстоянии более 1000 м. Графически полученные данные представим в виде карт-схем распространения ЗВ по всем направлениям света (рис. 2).
По результатам расчета можно сделать вывод о том, что в случае разрушения цистерн с нефтепродуктами, от 90 до 95 % объектов хозяйственной деятельности окажутся в зоне значительного превышения ПДК (от 2 до 300 раз превышения ПДК).
Рис. 2. Карта-схема распространения сероводорода при разрушении или взрыве цистерн
с нефтепродуктами
Следовательно, в рамках обеспечения безопасности и качества атмосферного воздуха города Воронежа целесообразно не проводить временную и постоянную дислокацию ЖД цистерн, перевозящих нефтепродукты на территории города.
Список использованной литературы
1. ГОСТ Р 22109-2005. «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг аварий на железной дороге». Принят и введен в действие постановлением Госстандарта России от 25 мая 2005. - 181 с.
2. Львович И.Я. Актуальные проблемы обеспечения безопасности в биосфере и техносфере [Текст]: материалы международной научно-практической конференции /Сост. И.Я. Львович, Л.М. Баженова. - Воронеж: Научная книга, 2008. - 336 с.
3. Кондауров Н.С. Автоматизированная информационно-управляющая система контроля и охраны ЖД перевозок / Н.С. Кондауров, О.А. Харин, Б.В. Степанов М.МЛТИ Сб. Научные труды. Вып. 225., 2005. - 365 с.
ОБЪЁМНЫЙ И РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ СОСТАВА РАСТВОРОВ БИНАРНЫХ СИСТЕМ ЭТАНОЛ - Н-АЛКИЛБУТАНОАТЫ
Ю.К. Сунцов, профессор, д.х.н., профессор, Ю.Н. Сорокина, доцент, к.т.н., доцент, А.М. Чуйков, начальник кафедры, к.т.н., Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж
При производстве этилового спирта часто встречаются растворы образованные этанолом и н-алкилбутаноатами [1]. Для контроля технологического процесса получения этанола и состояния окружающей среды необходимы данные об объёмных и рефрактометрических свойствах растворов, образованных этими компонентами. Существующие методы расчета свойств многокомпонентных растворов также базируются на свойствах их бинарных составляющих. В работе исследованы объемные свойства бинарных растворов, образованных этанолом и метилбутаноатом, этилбутаноатом, н-пропилбутаноатом, н-бутилбутаноатом и н-пентилбутаноатом.
Исходные смеси готовились из реактивов марки «ХЧ», обезвоженных по методике [2] и ректифицированных (без доступа воздуха) на лабораторной ректификационной колонне 0В-503/1. Константы очищенных веществ совпадали с литературными данными [3]. Плотность веществ и их растворов
-5
измерялась пикнометрическим методом с точностью + 0,0001 ^м ; показатель преломления - рефрактометром PL-1 с точностью + 0,0001 во всём диапазоне концентраций растворов и интервале температур Т = 298 - 338 К.
