1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1. Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости как вещества, причастные к возникновению пожара
Вещества и материалы, свойства которых благоприятствуют возникновению и развитию пожаров, называют инициаторами горения. К таким веществам относятся прежде всего легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие жидкости (ГЖ), основную массу которых составляют нефтепродукты (НП). Нефтепродукты широко применяются во всех отраслях народного хозяйства и в быту. Неосторожное или неправильное обращение с ними является часто причиной возникновения пожаров [3, 4.].
Нефтепродукты в зависимости от состава и назначения подразделяются на моторные топлива (бензины, лигроины, керосины, реактивные, дизельные топлива и др.); смазочные материалы (моторные, трансмиссионные, изоляционные и другие масла, технические смазки); растворители (бензин «калоша», уайт-спирит и др.) и другие органические вещества и материалы различного назначения, изготовленные на основе продуктов переработки нефти [5, 6]
Как показывает экспертная практика, из традиционных инициаторов горения - легковоспламеняющихся и горючих жидкостей - поджигателями наиболее часто используются (в 70-80% случаев) светлые нефтепродукты -бензины, керосины, дизельные топлива. Сравнительно реже применяются другие нефтепродукты, а также растворители для лаков и красок, олифа, клеи и другие органические жидкости, вплоть до дезодорантов, духов, одеколонов [7, 8].
Классификация товарных нефтепродуктов, использующихся для совершения поджогов приведена на рисунке1.
Помимо продуктов, производимых из нефти для поджогов могут применяться некоторые технические жидкости и товары парфюмерно-пищевой промышленности (рисунок 2).
Рисунок 1 - Классификационные признаки товарных нефтепродуктов
Рисунок 2 - Классификация горючих жидкостей, не производимых непосредственно из нефти.
1.2. Характеристика ЛВЖ и ГЖ
Рассмотрим некоторые горючие жидкости, используемые для поджогов.
Бензины – смеси различных углеводородов, выкипающие в пределах 30-205 ?С. в состав бензинов кроме углеводородов (парафиновых, олефиновых, нафтеновых и ароматических), могут входить примеси – серу-, азот- и кислородосодержащие соединения. Бензины готовят смешением компонентов, получаемых в основном переработкой нефти – прямой перегонкой (так называемый прямогонный бензин), а также крекингом, риформингом, коксованием и др. Применяют главным образом в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением. Небольшие количества бензинов используют как растворители и промывочные жидкости [9]. В настоящее время выпускаются автомобильные бензины: А-80, А-92, АИ-95, АИ-98.
Основные эксплуатационные характеристики бензинов, применяемых как горючее, - испаряемость, горючесть, воспламеняемость, химическая стабильность, коррозионная активность, склонность к образованию отложений.
Фракционный состав характеризует испаряемость топлива, от которого зависит запуск двигателя, распределение топлива, полнота сгорания. Испарение – переход вещества из конденсированной фазы в газообразную. Испарение твердого тела называется сублимацией, а парообразование в объеме жидкости – кипение. Обычно под кипением понимают парообразование на свободной поверхности жидкости в результате теплового движения ее молекул при температуре ниже точки кипения, соответствующей давлению газовой среды, расположенной над указанной поверхностью. При этом молекулы, обладающие достаточно большой кинетической энергией, вырываются из поверхностного слоя жидкости в газовую среду, часть их отражается обратно и захватываются жидкостью, остальные безвозвратно ею теряются [10].
Испаряемость определяется температурой перегонки 10, 50 и 90 %-ных фракций бензина. Давление насыщенных паров характеризует физическую стабильность топлива: чем выше это давление, тем больше склонность топлива к потерям от испарения при транспортировке и хранении. Высокое давление насыщенных паров, так же как и низкая температура кипения, может привести к образованию паровых пробок. Вследствие испаряемости бензина при транспортировке и хранении легкие его фракции неизбежно теряются, в результате чего топливо несколько утяжеляется.
Нефтяные бензины-растворители (нефтасы) – в основном узкие бензиновые фракции прямой перегонки нефти или вторичных процессов ее термокаталитической переработки. Важнейшие требования к ним – достаточная летучесть и минимальное содержание летучих примесей.
Бензины-растворители для резиновой промышленности – легкокипящая фракция деароматизированного бензина каталитического риформинга (бензин «калоша»). Используют как растворитель в производстве резиновых клеев. Бензины-растворители для лакокрасочной промышленности – высококипящий прямогонный или гидроочищенный бензин (Уайт-спирит) [11]. Уайт-спирит, условная формула С10Н21, легковоспламеняющаяся жидкость. Молярная масса 147; плотность 760-790 кг/м3; пределы вскипания – 140-200 ?С; в воде не растворим; температура вспышки – 33-36?С; температура воспламенения – 47 ?С; температура самовоспламенения - 250; концентрационные пределы распространения пламени – 0.7-5.6 % об. температурные пределы распространения пламени: нижний - 33?С, верхний - 68; минимальная энергия зажигания – 0.33 кДж при 70?С. Применяют в производстве лакокрасочных материалов, в том числе быстровысыхающих лаков и масляных красок.
Растворители не нефтяного ряда – занимают ведущее место, наряду с бензинами, среди веществ, применяемых для поджогов. Основные растворители представляют собой искусственно составленные смеси. Как правило, это сочетание трех-четырех компонентов таких, как ароматические углеводороды, спирты, кетоны (ацетон) и сложные эфиры. Например, растворитель 646, легковоспламеняющаяся жидкость, состав % (масс.): бутилацетат – 5.8, ацетон – 11.7, этанол - 17.5, изобутанол – 15, толуол – 50. Температура вспышки – 6 ?С; температура воспламенения - -6?С, температура самовоспламенения - 428?С; температурный предел распределения пламени: нижний - 2?С, верхний -11?С. Растворитель Р-4: легковоспламеняющаяся жидкость, состав % (масс.): бутилацетат – 12, ацетон – 26, толуол – 62. Молярная масса 81.7 г/моль, температура вспышки - 7?С, температура самовоспламенения - 550?С, температурный предел распределения пламени: нижний - 9?С, верхний - 19?С. Растворитель Р-5: легковоспламеняющаяся жидкость, состав % (масс.): н-бутилацетат – 30, ксилол – 40, ацетон – 30. Молярная масса 86.8 г/моль, температура вспышки – 9 ?С, нормальная скорость распределения пламени – 0.37 м/с [12. 13].
Следует отметить, что в настоящее время многие фирмы производители выпускают номерные растворители, состав которых не соответствует приводимым параметрам. Одновременно с этим на рынке продукции появилось много новых растворителей с торговыми названиями, состав которых вообще не приводится в справочниках.
Керосин – смеси углеводородов, преимущественно С9 – С16 (вскипают в пределах 110 - 320?С). Содержат примеси сернистых, азотистых или кислородных соединений. Окраска от бесцветной до светло-коричневой с голубым оттенком. В зависимости от химического состава и способа переработки нефти, из которой получен керосин, в его состав входят: предельные алифатические углеводороды - 20-60 %, нафтеновые – 20-50 %, бициклические ароматические – 5-25 %, непредельные – до 2%. Основные физико-химические свойства керосина: вязкость – 1.2-4.5 мм2/с (при 20?С), плотность – 0.78-0.85 г/см3 (при 20?С), температура вспышки – 28-72?С, теплота сгорания – 42.9-43.1 мДж/кг.
Керосин получаю, главным образом, атмосферной перегонкой нефти при необходимости с последующей обработкой химическими реагентами, гидрированием или гидроочисткой. Ранее керосин использовали только для осветительных нужд и в медицине. Современные области применения: реактивное топливо (преимущественно авиационный керосин); компонент жидкого ракетного топлива; производственно-технические (технический керосин) и бытовые (осветительный керосин) [14].
Лигроин – смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов, получаемая дистилляцией нефти. Предел вскипания 120-240?С, плотность 0.795 г/см3. Лигроин – компонент товарных бензинов, осветительных керосинов и реактивных топлив. Экстрагент лигроина на основе газовых конденсатов может быть использован как наполнитель жидкостных приборов.
1.3. Химических продукты и химические соединения, используемые в современной практике народного потребления и в промышленной технологии
В современной практике народного потребления и в промышленной технологии используется около 60 тыс. различных химических продуктов [15] из более 5 млн. известных науке химических соединений. Прирост числа веществ, ежегодно находящих практическое применение, достигает 1000.
Однако, лишь небольшая часть из них, после соответствующих токсикологических исследований, включается в списки гигиенического нормирования в промышленно развитых странах. Результаты токсикологических исследований сводятся в Регистр, издаваемый Национальным Институтом Профессиональной безопасности и Здоровья (NIОSН) в США.
В нашей стране гигиеническое нормирование вредных веществ в воздухе определяется величиной предельно допустимой концентрации [16], выраженной в мг/м3 и различаемой для воздуха рабочей зоны (ПДК рз) и атмосферы населенных пунктов, где должны контролироваться ее максимально разовые (ПДК м.р.) и среднесуточные (ПДК с.с.) .значения. ПДК максимально разовые представляет собой концентрацию, которая при ежедневной работе (кроме выходных дней) в течение 8 часов, или при другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК р.з.) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, содержит более 2400 наименований [17, 18].
Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) определяет гигиеническое нормирование влияния вредных веществ в воздухе рабочей зоны значением предельного профессионального воздействия OEL (Occupational Exposure Limits), обеспечивающего условия для того, чтобы ни один работающий по найму не должен был терпеть ухудшения здоровья, или профессиональных способностей, или уменьшения продолжительности жизни в результате рабочего стажа. Изданный совместно ВОЗ и Международной Организацией Труда (МОТ) сборник содержит значения ОЕL, используемые в настоящее время в 16 промышленно развитых странах [19].
В США нормирование определяется величинами TLV - "Threshold Limit Values". Последние, согласно различаются на "Time Weighted Average " -TLV- TWA, "Short Term Exposure Limit " - TLV - STEL и "Ceiling" - TLV - С определяется как концентрация вещества, средневзвешенная во времени для нормального 8-часового рабочего дня или 40-часовой рабочей недели, при которой с большой вероятностью почти все работающие могут неоднократно, изо дня в день подвергаться воздействию без вредного эффекта. TLV - STEL -максимальная концентрация вещества в воздухе, которой могут подвергаться работающие, в течение 15 минут не более 4 раз в день, по крайней мере, с часовыми перерывами, при соблюдении TWA, без проявлений, раздражающего действия, наркотического или обморочного состояния, хронических или необратимых изменений в соединительных тканях. STEL должна рассматриваться как "Maximum Permissible Level” -MPL – максимально-допустимая концентрация. TLV-С концентрация вещества, которая не должна достигаться даже мгновенно. Списки нормируемых величин регулярно публикуются Американской Конференцией Государственных Промышленных Гигиенистов (ACGIH). В 2015 г. в очередное издание включили значения ПДК для более 700 наиболее часто встречающихся на рабочих местах (в США) вредных веществах; и более 50 био ПДК, охватывающих воздействие более чем 80 различных вредных веществ [20].
В докладе научной группы ВОЗ утверждалось, что, поскольку канцерогенные вещества представляют собой смертельную опасность, их воздействие на человека должно быть сведено к минимуму. В списке гигиенически нормируемых продуктов США присутствует более 40 веществ, признанных канцерогенами, выбросы которых в воздух рабочей зоны запрещены и не нормируются по этой причине. В нормативах Германии в 1990 году таких веществ насчитывается уже почти 160. Для анализа их содержания в воздухе нормируются величины концентрации вредных газов, паров и аэрозолей, которые являются минимально определяемыми при современных методах контроля и уровне технологии - ТRК - "Technische Richtconzehntration" или TGC - "Technical Guiding Concentrations" .
При обосновании величины ПДК р.з, вредных веществ в нашей стране используются так называемые "коэффициенты запаса". Под последними понимают кратность уменьшения величины порога хронического действия в опытах с животными до уровня ПДК р.з , рекомендуемого для человека. Значение ПДК р.з. во всех случаях принимается на порядок меньше величины порога острого действия. Кроме того, учитывают величину коэффициента кумуляции. В зависимости от величины коэффициента кумуляции выбирают значение коэффициента запаса, который приводит к уменьшению ПДК р.з. на 2 -3 порядка от расчетной величины [21].
В то же время в нашем перечне лишь 18 веществ считаются канцерогенами и, тем не менее, регламентированы ПДК р.з. для включенных в него хлористого винила, бензола и силикатных пылей, при содержании асбеста в последних до 10% и более, равные, соответственно, 5/1, 15/5 и 2-4 мг/м3 (отношение отражает максимально разовые и среднесменные значения). К тому же, последние два считаются умеренно- и малоопасными, то есть отнесены к 2 и 3 классам опасности и лишь хлористый винил признан чрезвычайно опасным. Среди этих веществ фигурирует никель, его оксиды и растворимые в воде соединения, относимые к 1 классу опасности с значениями ПДК рз от 0,05 до 0,005. В тоже время в практике широко используются никелевые защитные покрытия металлов, никельсодержащие нержавеющие стали, аппаратуры для пищевой промышленности, из них и никельсодержащих сплавов меди изготовляют столовые приборы и посуду, бижутерию и т.д., все то, что покрыто слоем оксидов никеля и непосредственно или через пищевые продукты контактирует с человеческим организмом. Соединения никеля являются генотоксичными, их канцерогенность достоверно доказана для животных и установлено, что работа на очистке никеля связана с увеличением риска заболевания раком легких и носоглотки.
1.4. Летучие компоненты нефтепродуктов, содержащиеся в объектах окружающей среды
Содержание большинства летучих нефтепродуктов и компонентов органических растворителей в воздухе строго регламентируется санитарно-гигиеническими требованиями, а методы их определения входят в систему стандартов безопасности труда [22, 23]. Приводимый в таблице 1 далеко не полный перечень ПДК в воздушной среде газов, паров или аэрозолей показывает, что эти показатели для нефтепродуктов варьируют в очень широких пределах.
Определение летучих компонентов предпочтительно проводить непосредственно на месте контроля. Однако прямой анализ газовой фазы дает приемлемые результаты только в замкнутых, плохо проветриваемых помещениях. Более низка вероятность обнаружить легколетучие фракции нефтепродуктов и органических растворителей в природных обстановках, поскольку в этих условиях практически не существует замкнутых объемов.
Таблица 1 - Предельно допустимые концентрации некоторых нефтепродуктов и компонентов органических растворителей в воздухе рабочей зоны
Наименование вещества
Величина ПДК, мг/м3
1
Ацетон
200
2
Бензин (растворитель, топливный)
100
3
Бензол
15
4
Бутан
300
5
Бутилацетат
200
6
Возгоны каменноугольных смол при среднем содержании в них бенз(а)пирена: менее 0,075 % от 0,075 до 0,15% отОД5 до 0,3%
0,2; 0,1; 0,05
7
Гексан
300
8
Ксилол
50
9
Масла минеральные нефтяные
5
10
Метилциклогексан
50
11
Нафталин
20
12
Нефрас С 150/200 (в пересчете на С)
100
13
Нефть
10
14
Пентан
300
15
Пирен
0,03
16
Пропилен
100
17
Сероводород
10
18
Сероводород в смеси с углеводородами С1-С5
3
19
Сольвент-нафта (в пересчете на С)
100
20
Спирт н-бутиловый, втор- и трет-бутиловый
10
21
Спирт изобутиловый
10
22
Спирт метиловый
5
23
Спирт пропиловый
10
24
Спирт этиловый
1000
25
Толуол
50
26
Углеводороды алифатические предельные С1-С10 (в пересчете на С)
300
27
Углерод четыреххлористый*
20
28
Фенантрен
0,8
29
Фенол
0,3
30
Циклогексан
80
31
Этилацетат
200
32
Этилен
100
Из всего перечисленного выше на первый план выходит понятие классификация экологической обстановки. Под экологической обстановкой, следует понимать совокупность условий и факторов абиотической и биотической природы, определяющих естественные процессы в экосистемах и окружающей среде, а также воздействий человека на окружающую среду, характеризующихся количественными значениями определенных параметров, с помощью которых возможно оценить влияние обстановки на здоровье и жизнедеятельность людей, состояние экосистем и других объектов биосферы [24].
К числу указанных параметров можно отнести уровни геофизических полей, в том числе полей концентраций ингредиентов, загрязняющих окружающую среду, интенсивность (дозировку) температурного, влажностного факторов, коэффициенты рождаемости, прироста и смертности той или иной популяции, скорость естественного увеличения популяции и т. п.
Исходя из определения экологической обстановки, нетрудно дать формулировки такого понятия, как "химическая обстановка". Указанный вид обстановки обычно рассматриваются как частный случай экологической обстановки, когда роль экологических факторов играют поля концентраций химических веществ антропогенного происхождения [24].
Химическая обстановка формируется, главным образом, как результат антропогенного воздействия на окружающую среду. Итак, химическая обстановка - это совокупность условий и факторов химической природы, характеризующихся пространственно-временными параметрами химического загрязнения окружающей среды, уровнями концентраций вредных веществ в различных средах и дозовыми нагрузками на людей и другие объекты живой природы, с помощью которых можно оценить влияние этой обстановки на здоровье и жизнедеятельность людей, состояние; экосистем, объекты окружающей среды.
Экологическую обстановку, характеризующуюся определенной дегармонизацией природных процессов, по возрастанию степени неблагополучия принято подразделять на 5 видов (таблица 2).
Существует достаточно большое количество критериев степени неблагополучия экологической обстановки. Однако до сих пор не выработан интегральный критерий, который бы в полной мере удовлетворял требования. Все же считается, что в качестве такого критерия можно пользоваться величиной индекса концентрации. Под индексом концентрации понимается осредненная концентрация вредных веществ с учетом весовых коэффициентов, отражающих степень их токсичности. В таблице приведены значения этих индексов, характерных для экологической обстановки различной степени неблагополучия.
Таблица 2 - Классификация экологической обстановки по степени ее неблагополучия
Относительно удовлетворительная
Индекс концентрации вредных веществ не превышает индекса ПДК
Напряженная
Индекс концентрации вредных веществ в пределах 10 индексов ПДК
Критическая
Индекс концентрации вредных веществ составляет 20-30 индексов ПДК
Кризисная (чрезвычайная экологическая ситуация)
Индекс концентрации вредных веществ превышает индекс ПДК в 50 раз и более. Устойчивые отрицательные изменения в окружающей природной среде. Исчезновение отдельных видов растений и животных, нарушение генофонда. Угроза здоровью людей. Необходимо обязательное принятие экстренных мер для устранения ЧС
Катастрофическая
(Экологическое бедствие)
Глубокие необратимые изменения в окружающей природной среде. Нарушение природного равновесия, деградация флоры и фауны, потеря генофонда. Существенное ухудшение здоровья людей
Наибольшую экологическую опасность представляет кризисная и катастрофическая экологическая обстановка. При этом кризисная экологическая обстановка связывается с зонами чрезвычайной экологической ситуации, катастрофическая — с зонами экологического бедствия.
Чрезвычайная экологическая ситуация– это опасное отклонение от естественного, или обычного, состояния окружающей среды, возникшее в результате стихийного бедствия или хозяйственной деятельности человека, ведущее к неблагоприятным последствиям экономического и социального характера и представляющее непосредственную угрозу жизни и здоровью людей, объектам экономики и элементам окружающей природной среды на ограниченной территории. [25]. В соответствии с законом Российской Федерации "Об охране окружающей среды"[26] к зонам чрезвычайной экологической ситуации следует относить участки территории, где в результате хозяйственной и иной деятельности происходят устойчивые отрицательные изменения в окружающей среде, угрожающие здоровью населения, состоянию естественных экологических систем, генетических фондов растений и животных.
В зонах чрезвычайной экологической ситуации может наблюдаться уменьшение видового разнообразия, исчезновение отдельных видов растений и животных. По тому же закону зонами экологического бедствия объявляются участки территории, где в результате хозяйственной и иной деятельности произошли глубокие необратимые изменения окружающей природной среды, повлекшие за собой существенное ухудшение здоровья населения, нарушение природного равновесия, разрушение естественных экологических систем, деградацию флоры и фауны, потерю генофонда.
При определении указанных выше зон имеется в виду, что необратимые изменения происходят в течение относительно короткого промежутка времени, соответствующего продолжительности жизни одного поколения людей. Под существенным ухудшением здоровья населения, прежде всего, понимается увеличение числа нарушений здоровья, которые являются необратимыми и несовместимыми с жизнью людей. Показателями ухудшения здоровья населения также являются изменение структуры причин смерти и увеличение смертности за счет онкологических заболеваний, врожденных пороков развития, появление специфических заболеваний, вызванных загрязнением окружающей среды, отклонений физического и нервно-психического развития, нарушений течения и исходов беременности и родов, связанных с загрязнением окружающей среды.
Таким образом, возникновение зон чрезвычайной экологической ситуации характеризуется определенными изменениями окружающей среды, состояния здоровья человека, а также деградацией естественных экосистем.
Основными объектами этих изменений, по которым могут быть сделаны предметные суждения об экологической обстановке в том или ином районе, являются человек и естественные экосистемы. Системное представление происходящих загрязнений компонентов окружающей среды, истощений ресурсов, влекущих за собой изменение среды обитания, здоровья человека и деградацию экосистем, приведено в таблице 3.
С учетом факторов, определяющих изменения состояния здоровья человека и дегармонизацию процессов, которые протекают в естественных экосистемах, оценку территорий с неблагоприятной экологической обстановкой представляется целесообразным проводить по четырем группам показателей: медико-демографической, экологической, социальной и экономической. При этом рекомендуется принимать во внимание показатели загрязнения компонентов окружающей среды, в частности, атмосферного воздуха, вод и почв.
Таблица 3 - Основные медико-демографические показатели состояния здоровья населения, используемые при оценке экологического состояния территории
Наименование показателя
Кратность превышения по сравнению с контрольной территорией
для зоны экологического бедствия
для зоны чрезвычайной экологической ситуации
Изменение структуры и увеличение перинатальной смертности
В 1,5 раза и более
От 1,3 до 1,5 раза
Увеличение детской смертности (младенческой - в возрасте до 1 года и детской - в возрасте 1 -4 года)
В 1,5 раза и более
От1,3 до 1,5 раза
Медико-генетические показатели (увеличение частоты врожденных пороков развития новорожденного и спонтанных выкидышей)
В 1,5 раза и более
От1,3 до 1,5 раза
Изменения заболеваемости детей и взрослых: увеличение распространенности по отдельным нозологическим формам и возрастным группам, изменение структуры заболеваемости
В 2 раза и более
От 1,5 до 2 раз
Онкологические заболевания (заболеваемость и смертность), в том числе злокачественные новообразования у детей
В 2 раза и более
От 1,5 до 2 раз
Специфические заболевания, этиологически связанные с характером загрязнения территорий
Наличие таких заболеваний
Наличие таких заболеваний
К числу этих показателей относятся: заболеваемость, детская смертность, медико-генетические нарушения, специфические и онкологические заболевания, связанные с загрязнением окружающей среды. Для экологически неблагоприятных территорий они сравниваются с аналогичными показателями на контрольных (фоновых) территориях, расположенных в этих же климатогеографических зонах.
