Подходы к прогнозированию негативного влияния железнодорожного транспорта на окружающую среду

АННОТАЦИЯ

Рассмотрена роль железнодорожного транспорта в транспортной системе Российской Федерации. Определены основные причины загрязнения окружающей среды от железнодорожного транспорта. Проведен анализ грузоперевозок, в том числе опасных грузов, на территории России. Отмечено, что большая часть перевозимых грузов относится к опасным грузам. Определены подходы к прогнозированию негативного влияния транспорта на окружающую среду. Обоснована необходимость использования методов прогнозирования и выделены преимущества прогнозирования опасных ситуаций.

ABSTRACT

The role of railway transport in the transport system of the Russian Federation is considered. The main causes of environmental pollution from railway transport are identified. The analysis of cargo transportation, including dangerous goods, on the territory of Russia is carried out. It is noted that most of the transported goods are classified as dangerous goods. Approaches to forecasting the negative impact of transport on the environment are defined. The necessity of using forecasting methods is justified and the advantages of predicting dangerous situations are highlighted.

Ключевые слова: железнодорожный транспорт, авария, опасные грузы, нефть, нефтепродукты, негативное влияние, окружающая среда, прогнозирование.

Keywords: railway transport, accident, dangerous goods, oil, oil products, negative impact, environment, forecasting.

Железнодорожный транспорт является неотъемлемой частью грузооборота Российской Федерации, на него приходится более 45% всего грузооборота. С 2010 по 2018 год вырос с 4752 до 5644 млрд тонн-километров, на 2019 год на железнодорожный транспорт приходится 46% грузооборота России [1]. Общая протяженность железных дорог в России составляет более 87 тысяч километров, этот показатель превышает только железнодорожные сети США и Китая [1, 2].

В связи с тем, что перевозка большой части грузов осуществляется железнодорожным транспортом, в окружающую среду поступают продукты отработки топлива и побочные продукты, образовавшиеся в процессе сгорания топлива. Сравнительная характеристика удельных выбросов отработавших газов двигателей различных видов транспорта приведена в таблице 1. [3]

Таблица 1.

Удельные выбросы отработавших газов

Анализ данных удельных выбросов показывает, что значительная часть загрязнений в окружающую среду исходит от железнодорожного транспорта, причем по некоторым показателям выбросы от железнодорожного транспорта превышают показатели других видов транспорта от 200% и выше.

Согласно Правилам перевозок опасных грузов по железным дорогам, к опасным грузам относятся вещества, материалы, изделия, отходы производства и иной деятельности, которые в силу присущих им свойств и особенностей при наличии определенных факторов в процессе транспортирования, при производстве погрузочно-разгрузочных работ и хранении могут нанести вред окружающей природной среде, послужить причиной взрыва, пожара или повреждения транспортных средств, устройств, зданий и сооружений, а также гибели, травмирования, отравления, ожогов или заболевания людей, животных и птиц [4].

Опасные грузы в соответствии с международными требованиями, установленными Типовыми правилами ООН классификации веществ и изделий, по характеру опасных свойств подразделяются на следующие классы [4]:

Класс 1 - Взрывчатые вещества и изделия

Класс 2 - Газы

Класс 3 - Легковоспламеняющиеся жидкости

Класс 4.1 - Легковоспламеняющиеся твердые вещества, самореактивные вещества и твердые десенсибилизированные взрывчатые вещества

Класс 4.2 - Самовозгорающиеся вещества

Класс 4.3 - Вещества, выделяющие воспламеняющиеся газы при взаимодействии с водой

Класс 5.1 - Окисляющие вещества

Класс 5.2 - Органические пероксиды

Класс 6.1 - Ядовитые (токсичные) вещества

Класс 6.2 - Инфекционные вещества

Класс 7 - Радиоактивные материалы

Класс 8 - Едкие (коррозионные) вещества

Класс 9 - Прочие опасные вещества и изделия

В связи с большим грузооборотом с помощью железнодорожного транспорта и большим масштабом железнодорожных путей сообщения, около 40 % от общего числа грузовых перевозок приходится на опасные грузы (ОГ) [5], причем этот показатель с каждым годом растет.

Рисунок 1. Масса перевезенных грузов ОАО «РЖД» за 2018 и 2019 год, млн т) [5]

При перевозке некоторых опасных грузов, например, горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, сжиженных газов могут возникнуть утечки, пожары, что приводит к значительному загрязнению окружающей среды, заражению местности, негативному влиянию на животных и растения.

Особенно опасное влияние на окружающую природу являются ситуации, при которых происходит выброс и разлив нефти и нефтепродуктов. Нефть и ее продукты, вследствие физических свойств, имеют такую скорость проникновения и впитывания в почву, что до начала работ по ликвидации аварии большая часть груза впитывается в почву, вызывая загрязнение атмосферы и приводя к гибели расположенной вокруг места аварии флоры и фауны.

Правила перевозки опасных грузов по железным дорогам регламентируется Соглашением о международном железнодорожном грузовом сообщении, основной целью которого является единых условий и требований к виду, категориям исправности составов и локомотивов, правилам оформления документации, способам упаковки, погрузки и перемещения опасных грузов, а также порядку действий при авариях при перевозке железнодорожным транспортом [6].

Практика показывает, что негативное влияние перевозки опасных грузов на железнодорожном транспорте происходит по большей части вследствие аварий, которые случаются на путях следования железнодорожных составов.

Основными причинами аварий на путях сообщения железнодорожного транспорта являются:

1. отказы техники вследствие неправильного обслуживания или ремонта;
2. несоблюдение требований безопасности в процессе погрузки и перевозки опасных грузов;
3. столкновения с составами или другим подвижным транспортом;
4. природные условия;
5. несоблюдение требований безопасности при обслуживании путей сообщения;
6. террористические акты.

Отдельно стоит выделить те аварии и происшествия, вследствие которых происходит возгорание подвижного состава. Помимо факторов влияния на окружающую среду, которые происходят без возгорания подвижного состава, ситуация осложняется следующими сценариями развития:

1. Возгорание содержимого опасного груза, что приводит к взрывам, разрушениям подвижного состава, тар хранения, а также усиленному загрязнению окружающей среды по причине выброса в атмосферу продуктов горения, разливу легковоспламеняющихся и горючих жидкостей по большой площади, гибели растений и животных;
2. Увеличение сложности ликвидации произошедшей чрезвычайной ситуации, так как для успешной ликвидации первоочередным этапом будет прекращение горения с необходимость привлечения большего количества личного состава, что может привести к повышенному травмированию.

При возникновении аварий с опасными грузами необходимо проведение комплекса первоочередных мероприятий по обеззараживанию местности, подвижного состава и грузов, что требует привлечения специализированных подразделений радиационной и химической защиты.

Аварии на железнодорожном транспорте, в том числе при перевозке опасных грузов, имеют свой уникальный сценарий их развития. При организации необходимой теоретической и практической подготовки, применению современных методологических подходов, а также грамотному анализу и комплексному прогнозированию создания возможных чрезвычайных ситуаций позволяет существенно сократить шанс возникновения подобных инцидентов, а в случае возникновения уменьшить время реагирования на сложившуюся ситуацию, вследствие чего уменьшить негативное влияние на окружающую среду.

Проведенный анализ инцидентов с опасными грузами на ОАО «Дальневосточная железная дорога» [7] показывает, что основной причиной происшествий является некачественное обслуживание технологического оборудование подвижного состава, по причине которой возникают течи, на долю которых приходится 92%, из них течи через сливной прибор – 36%, а на возгорание и самовозгорание грузов приходится 5%.

Существующие подходы к прогнозированию негативного влияния недостаточно полно описывают возможные ситуации с опасными грузами, уделяя внимание лишь общим негативным факторам влияния железнодорожного подвижного состава. Так как немалая часть железных дорог проходит по особо охраняемым природным территориям (ООПТ), то можно использовать подход по оценке возможного влияния антропогенных объектов на ООПТ.

Суть подхода заключается в том, что вводятся буферные зоны влияния различных производств со своим радиусом и площадью влияния.

Для нефтяных предприятий и предприятий газовой промышленности была определена зона радиусом 5 км, а для трубопроводов, транспортирующих опасные грузы – до 1 км. В данном случае железную дорогу можно рассматривать как транспортирующую опасные грузы и принять зону с радиусом 1 км, а с учетом большого масштаба перевозки и разнообразности перевозимых опасных грузов, а также их прямого или непрямого влияния на окружающую среду эту зону можно увеличить до 2-3 км в случае загрязнений почвы и до 10 км в случае возможного выброса в объекты водного хозяйства [8].

Определение таких буферных зон позволяет тщательно проанализировать возможные аспекты ведения работ по ликвидации аварии и/или возникшего пожара, составить планы и карты таких мест с учетом рельефа, коммуникаций и путей сообщения, выявить возможные модели разлива нефти, разработать инструкции для личного состава участников ликвидации, а также не допустить увеличения распространения составляющих опасных грузов в почву или водные ресурсы.

Точный расчет размерных и временных показателей произошедшей аварии, а также учет каждого конкретного участка местности, а не их обобщение, позволит выделить наиболее важные аспекты различной местности, что обеспечивает точность и качество проводимых работ по ликвидации чрезвычайных ситуаций.

Для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов возможно использование передвижной установки, принцип действия, составные части и технические характеристики которой представлены в Патенте [9].

Несмотря на то, что аварии, сопровождающиеся или произошедшие вследствие возгорания опасных грузов, встречаются реже, чем аварии, в результате которых происходит выброс составляющих опасных грузов без из загорания, ущерб от горения, например, нефтепродуктов, гораздо выше. Продукты горения нефти выделяют как опасные для флоры и фауны вещества, так и подвергают опасности личный состав, обслуживающий пути сообщения и прибывшие на место пожара пожарные расчеты.

 Содержащийся в продуктах горения угарный газ смертелен при концентрации в воздухе в 1%, а смерть наступает менее чем через 3 минуты. 

Влияние продуктов горения на окружающую среду заключается в том, что, например, оксида углерода (концентрацией 100∙10^-7 %) время пребывания в атмосфере до 2 месяцев, у аммиака (концентрацией 1∙10^-7 %) – 2 суток, а у диоксида серы (концентрацией 0,3∙10^-7 %) – 4 суток.

Прогностический подход по отношению к авариям, сопровождающимся пожаром, или произошедшим вследствие возгорания опасных грузов, необходимо использовать для определения пожаровзрывоопасности перевозимого содержимого. Для определения степени опасности перевозимого груза предлагается использовать эксергетический подход к прогнозированию и использование эксергетического показателя. Его использование позволяет комплексно оценить пожарную опасность перевозимых грузов на основе их состава из различных материалов.

Расчет эксергетического показателя проводится по формуле:

где  – химическая эксергия веществ, материалов и изделий, МДж/кг;

30 – минимальная химическая эксергия вещества, материала или изделия, относящегося к классу Э3, МДж/кг.

Классификация грузов по эксергетическому показателю представлена в таблице 2.

Таблица 2.

 Классификация грузов по эксергетическому показателю

Химическая эксергия веществ, материалов и изделий, рассчитывается по формуле:

где С – количество атомов углерода в веществе;

Н – количество атомов водорода в веществе;

О – количество атомов кислорода в веществе;

N – количество атомов азота в веществе;

S – количество атомов серы в веществе;

Сl – количество атомов хлора в веществе.

Расчет эксергетического показателя позволит понять степень опасности груза и повысить эффективность классификации, а соответственно более точно оценить возможный ущерб от пожара, правильно организовать взаимодействие сил и средств, определить необходимые технические средства, а совместно с применением аналитического подхода описанию местности возможной аварии правильно подготовить участников ликвидации чрезвычайной ситуации.

Список литературы:

1. Россия в цифрах. 2019: крат. стат. сб./Росстат. M., 2019 – 371 - 373 с.
2. The world’s 10 longest railway networks. URL: https://www.railway-technology.com/features/featurethe-worlds-longest-railway-networks-4180878/ - перевод с англ.
3. Марков В.А. Токсичность отработавших газов дизелей / В. А. Марков, Р. М. Баширов, И. И. Габитов. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. 376 с.
4. Правила перевозок опасных грузов по железным дорогам от 05.04.96 РЖД в цифрах. URL: https://company.rzd.ru/ru/9377/page/103290?redirected&id=16978#cargo
5. Соглашение о международном железнодорожном грузовом сообщении от 1 ноября 1951 г. с изменениями и дополнениями на 1 июля 2017 г.
6. Луценко А.Н. Влияние железнодорожного транспорта на природную среду и пути его снижения на Дальневосточной железной дороге
7. Яницкая Т.О. Оценка репрезентативности, состояния и потенциальных угроз системе особо охраняемых природных территорий России
8. Патент 104197 РФ, МПК Е01Н 1/08 (2006.01). Передвижная установка для очистки рабочих поверхностей от разливов нефтесодержащих жидкостей и сбора сыпучих и мелкокусковых материалов