1.1. Аварии − естественный спутник взрывоопасных производств

Энергонасыщенные конденсирован­ные материалы  (ЭКМ) несут в себе запас химической энергии, способный в результате взрывного превращения произвести механическую работу. К ЭКМ относят все виды взрывчатых веществ; ракетные, артиллерийские, плазменные, лазерные и винтовочные пороха; смесевые твердые ракетные топлива; пиротехнические средства и гидрореагирующие твердотопливные композиции, т.е.  без ЭКМ нет стрелкового оружия, нет артиллерии, нет основных видов боевых ракет, нет термоядер­ных зарядов. Кроме военного применения различные виды ЭКМ используются в уникальных и весьма актуальных технологиях. В их числе: добыча полезных ископаемых, эффективная борьба с пожара­ми, борьба с засухой, градом и лавинами, сварка несвариваемых классическими методами материалов, про­грессивная штамповка, резка металлических и железобе­тонных изделий, упрочнение стальных конструкций, разработка но­вых материалов, включая технические алмазы, разработка лекарст­венных препаратов и эффективное решение многих других проблем.

Таким образом, человеку необходимо разрабатывать, изготовлять и использовать ЭКМ и изделия из них, несмотря на то, что материалы, элементы которых содержат значительный запас энергии, яв­ляются потенциально опасными, так как всегда существует возможность неконтролируемого ее высвобождения. И хотя современные производ­ства и оборудование проектируются так, чтобы их надежность была мак­симальной с точки зрения предотвращения опасных ситуаций, надежность этих систем имеет конечное значение. Применение специальных мер лишь понижает вероятность возникновения аварий из-за отказов оборудова­ния или ошибок персонала, но все-таки эта вероятность никогда не рав­на нулю. Нулевой риск возможен лишь в системах, лишенных запасен­ной энергии, химически или биологически активных компонентов.

Человечество давно использует вещества, обладающие запасом энер­гии.

 Первым таким веществом был дымный порох. Порох был изобретен, видимо, в Индокитае примерно 3500 лет назад. Представлял собой механическую смесь серы, селитры и угля в пропорции 10:75:15, без существенных изменений применяется в настоящее время.

В Европу проник, вероятно, двумя путями:

• через Монголию – упоминание огненных средств ведения боя при осаде Легницкого замка в 1241 г.;

• через арабов и византийцев − латинская рукопись Марка Грека «Книга огней для сжигания врагов», 1260г.;

• а может его открыли заново.

Применение пороха и появление огнестрельного оружия на Руси связано с именем Дмитрия Донского. Через два года после Куликовской битвы новый властелин Золотой Орды хан Тохтамыш тайком собрал несметное войско и неожиданно появился у стен Москвы. 24 августа 1382 года Тохтамыш начал штурм Кремля. «Татары пускали стрелы, как дождь, − пишет известный историк С. Соловьев, − стреляли без промаха, и много падало осажденных в городе и на стенных забралах; неприятель поделал уже лестницы и лез на стены; но горожане лили на него из котлов горячую воду, кидали камни, стреляли из самострелов, пороков, тюфяков и пушек, которые здесь в первый раз упоминаются». Слово «тюфяк», или «тюфенг» (по−турецки «ружье»), восточного происхождения. Может быть, огнестрельное оружие и порох пришли к нам, минуя Европу, непосредственно с Востока, от арабов через турок и татар? Один из самых первых русских тюфяков хранится в Артиллерийском музее в Ленинграде.

Вначале порох в Россию вво­зился из-за границы, но очень скоро было налажено собственное произ­водство. История свидетельствует, что с первых дней появ­ления пороходелия в России мы узнаем и о серьезных авариях. В 1422 г. от порохового взрыва и последующего пожара сгорела вся столица. В 1531г. на одном из Московских заводов произошла крупнейшая авария − от взрыва "сгорело в один час бо­лее 200 человек".

Конец XIX века ознаменовался бурным развитием производства бездымных порохов, и это развитие сра­зу же дало всплеск аварийности. Завод−пионер в обла­сти науки и практики пироксилиновых порохов, Ох­тинский завод пережил большое число аварий, пока не были выработаны жизненно важные правила их про­изводства

Аварии сопровождали всю историю развития производства ЭКМ. И хотя статистика аварийных случаев, имевших место при производстве и применении ЭКМ, долгое время вообще не велась, тем не менее, име­ются некоторые описания аварий, происходивших чуть ли не с начала эры черного пороха. Чаще всего приводимые в литературе примеры − это сведения об авариях, в которых либо пострадали известные лица, либо имели место трагические последствия.

Так, при разрыве пушки в 1460 г. в г. Роксбурге был убит король Шотландии  Иаков II. В 1645 г. при взрыве черного пороха погибло три человека и была разрушена треть г. Бостона. В г. Брешиа (Италия) в 1769 г. взрыв 85 т пороха разрушил 190 домов, а на созданном Петром I в 1712г. первом государственном пороховом заводе за 90 лет его существования произошло 92 взрыва.

Развитие науки и промышленности привело к появлению в XIX в. новых видов взрывчатых веществ (ВВ), более мощных, чем черный порох. Первый описанный несчастный случай с ВВ нового поколения произошел в 1864 г. в г. Хеленбурге (Швеция). Погибло 5 человек, сре­ди которых был Эмиль Нобель − брат изобретателя динамита Альфреда Нобеля.

Не обошлось и без взрывов нитрата аммония, используемого глав­ным образом в качестве удобрения, а также в качестве основного ком­понента современных промышленных ЭКМ. Первый такой взрыв слу­чился в Лондоне в 1896 г. Нитрату аммония принадлежит первенство по количеству вещества, взорвавшегося в одной аварии. Одна из этих аварий произошла 21 сентября 1921 г. в г. Оппау (Германия). И хотя многочисленные описания аварии расходятся в деталях, главной ее при­чиной считается взрыв смеси нитрата и сульфата аммония, который про­изошел в результате инициирования детонации взрывным зарядом, обыч­но применявшимся для дробления слежавшегося удобрения. На месте взрыва образовалась воронка длиной 165 м, шириной 96 м и глубиной 18,5 м (по другим данным, размеры воронки были 115 х 75 х 10 м); 75% зданий в г. Оппау (всего около 1000) были  разрушены. В результате взры­ва погиб 561 человек, включая 4 человек в г. Манигейме, расположен­ном в 7 км от места взрыва. Ранения же получили около 1500 человек.

Другая крупная авария, связанная с нитратом аммония, произошла 16−17 апреля 1947 г. в порту Техас-Сити. На судне «Grandcamp» с 2300 т нитрата аммония в 8 часов утра возник пожар, в 9 часов 12 минут про­изошел взрыв, при котором погибло более 200 человек. Имели место серьезные разрушения в порту. Возникший пожар быстро распростра­нился на близлежащий комплекс компании «Monsanto» и терминалы ряда нефтяных компаний. Обломки при взрыве разлетались на тысячи метров; например, обломок винта массой 1 т отлетел на 4 км.

В 1 час 10 мин следующего дня на другом судне «Highflyer», транспор­тировавшем нитрат аммония и (по некоторым сообщениям) серу, загорев­шемся в результате взрыва на «Grandcamp», также произошел взрыв.

Всего за два дня погибло 522 человека, получили ранения 2000 и 200 человек пропали без вести. Материальный ущерб (в ценах 1947 г.) составил 100 млн долларов США. Тротиловый эквивалент (ТЭ) каждого из взрывов составил примерно 1000 т.

Случай в Техас-Сити послужил основанием для возникновения по­нятия «эффект домино», которым обусловлены пожары на нефтехрани­лищах близлежащего химического предприятия и складских помеще­ниях.

Еще одним примером, в котором также наблюдался «эффект доми­но», является авария, произошедшая в 1985 г. иа Павлоградском хи­мическом заводе при перегрузке тротила из вагона в автомобиль. Из-за неисправности автомобиля загорелись мешки из−под тротила, ве­тошь, хлопчатобумажные нити, пламя перешло на россыпи тротила под вагоном и эстакадой ленточного конвейера. Двери вагона были открыты, пламя охватило мешки с тротилом в вагоне и приближалось ко второму вагону с тротилом. Через 25 мин после начала горения про­изошел взрыв в обоих вагонах. Ударная волна, раскаленные обломки конструкций вагонов, горящие предметы, разбросанные при взрыве иа расстояние до 3 км, вызвали многочисленные загорания и пожары. В двух зданиях завода пожары стали причиной взрывов, при этом час­ти разбитого оборудования разлетались иа расстояние до 400 м, а еще в 28 зданиях загорания удалось погасить. Ущерб от аварии соста­вил 1,5 млн руб.

Особенностью развития производства и использования ЭКМ в на­шей стране является значительная удаленность производящих заво­дов от мест применения ЭКМ. По этой причине ежесуточно «на коле­сах» находятся несколько десятков тысяч тони ЭКМ, транспортирова­ние которых осуществляется по магистралям общего назначения, что создает определенную опасность при железнодорожных перевозках, в том числе пассажирских. Широко известны аварии, произошедшие в 1988 г. на станциях Арзамас и Свердловск. Так, при взрыве на стан­ции Арзамас погиб 91 человек, в том числе 12 детей, ранено 744 че­ловека, полностью разрушено 44 жилых дома, материальный ущерб (в ценах до 1991 г.) составил более 120 млн руб. Взрыв на станции Свердловск привел к гибели 6 человек, травмы получили 1021 че­ловек, было повреждено 642 дома, 77 из которых подлежали сносу, материальный ущерб составил более 236 млн руб. Эти аварии слу­жат ярким примером тех печальных последствий, которые вызыва­ются нарушением правил транспортирования ЭКМ.

В конце 50−х − начале 60−х годов ХХ века начали интенсивно разрабатываться крупногабаритные заряды из смесевых твердых топлив для межконтинентальных баллистических ракет, космических объектов и т.п. Актуализация вопросов обеспечения взрывобезопасности производ­ства твердых ракетных топлив привела к созданию нового научного направления − технологической безопас­ности. Очевидно, что повышение безопасности при обра­щении с ЭКМ, в том числе при их производстве и применении, является одной из важных проблем, стоящих перед государством.

Новое научное направление (технологическая безопас­ность) возникло на стыке наук, с одной стороны, физики горения и взрыва и, с другой стороны, химии и технологии производства ЭКМ.

Как правило, производство ЭКМ на исправном оборудовании, из ка­чественного сырья, при соблюдении технологического регламента и правил эксплуатации оборудования не приводит к возникновению оча­га загорания.

Однако при производстве, транспортировании и использовании ЭКМ нередки случаи, когда из-за воздействия неблагоприятных факторов или их сочетания в энергоемком материале развивается процесс выделения накопленной в материале  энергии, могущее привести к аварии или катастрофе.

В большинстве случаев развитие аварии происходит по следующей схеме: образование начального очага загорания − рас­пространение горения за пределы очага − переход горения во взрыв или детонацию − возникновение вторичных факторов поражения, некото­рые из которых могут стать причиной образования новых зон аварии. Основные причины возникновения очага − механическое и (или) тепловое воздействие, электрический разряд, химическая реакция. Тех­ническими и организационными мероприятиями можно снизить часто­ту появления таких причин, но нельзя исключить их полностью.

Чем раньше будет прервано развитие аварии, тем меньшим будет ущерб. Величина ущерба в основном определяется физическими, химичес­кими, механическими и т.д. процессами, которые происходят в ЭКМ, и количеством материала, в них вовлеченного. Физические процессы, происходящие в ЭКМ, характеризуются различными поражающими фак­торами. Если развитие аварии заканчивается на стадии горения, то эти­ми факторами в основном являются сравнительно длительное действие пламени, тепловое излучение и образование токсичных продуктов го­рения. Если же горение перейдет во взрыв или детонацию, то среди поражающих факторов будут преобладать воздушная ударная волна (УВ), разлетающиеся осколки и обломки оборудования и строительных конструкций. Каждый из поражающих факторов имеет свои законы воз­никновения и распространения, размеры зон поражения, и знание этих законов необходимо для того, чтобы можно было правильно оценить тяжесть возможных последствий от различных аварий. Научно обоснованный подход в обеспечении безопасности состоит в том, что необходимо оценить не только вероятность возникновения той или иной аварии, но и масштабы ее последствий, то есть оценить риск аварии. Необходимо разработать совокупность специальных мер, не позволяющих аварии развиться до значительных масштабов.

Цель данной отрасли знаний − это выявление потенциальных опасностей, способ­ ных нанести существенный урон при производстве и применении ЭКМ; анализ условий проявления разрушительного потенциала ЭКМ; изложе­ ние требований к конструкции оборудования, его размещению, защит­ным сооружениям, порядку организации технологического процесса и т.п., направленных на снижение вероятности возникновения и тяжести последствий возможных аварий; описание методов регламентирования безопасности.