Большинство опасностей, с которыми сталкивается газоспасательное отделение, невидимы, а многие не имеют запаха. На этой странице собраны основные свойства газов, которые спасатели встречают чаще всего, с нормативами разных стран и ссылками на официальные источники.
Три вида опасности
Газ может навредить человеку тремя разными способами, и многие газы опасны сразу в нескольких отношениях.
- Токсичные газы отравляют организм даже в малых количествах. Сероводород, оксид углерода, хлор и циановодород могут убить при концентрации в несколько сотен миллионных долей (ppm) и ниже — намного меньше той, при которой они заметно вытесняли бы кислород.
- Удушающие газы лишают организм кислорода. Простые асфиксанты — азот, аргон, метан, диоксид углерода — вытесняют воздух; недостаток кислорода ничем себя не выдаёт и может привести к потере сознания за несколько вдохов. Оксид углерода и циановодород называют химическими асфиксантами: они не дают организму усваивать вдыхаемый кислород. См. также статью о недостатке кислорода.
- Горючие газы горят или взрываются, когда их концентрация в воздухе находится между нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени (НКПР и ВКПР). Смесь выше ВКПР тоже небезопасна: при разбавлении воздухом она снова проходит через взрывоопасную область.
Где скапливается газ
Относительная плотность газа (по воздуху = 1) подсказывает, где его искать. Газы тяжелее воздуха — сероводород, диоксид углерода, хлор, диоксид серы — стекают вниз и скапливаются в приямках, подвалах, траншеях, колодцах и на дне ёмкостей. Более лёгкие газы, например метан и аммиак, поднимаются и собираются под перекрытиями и в верхней части шахтных стволов. Газы с плотностью, близкой к воздуху, такие как оксид углерода, перемешиваются с воздухом и заполняют весь объём.
Плотность — лишь ориентир. Холодный выброс (например, сжиженного аммиака или газа, дросселирующего через вентиль) поначалу может быть тяжелее воздуха, горячие продукты горения поднимаются вверх, а сквозняки и вентиляция переносят всё. Поэтому воздушную среду перед входом измеряют на нескольких уровнях, а во время работы — непрерывно.
Распространённые газы: сводная таблица
Если не указано иное, значения взяты из справочника NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. REL NIOSH — рекомендуемый в США предел воздействия: TWA — средневзвешенная концентрация за 10 часов, ST — предел кратковременного (15 минут) воздействия, C — потолочное значение. IDLH — концентрация, непосредственно опасная для жизни и здоровья.
| Газ | Плотность по воздуху | НКПР–ВКПР, % об. | REL NIOSH | IDLH | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|
| Сероводород H₂S | 1,19 | 4,0–44 | C 10 ppm (10 мин) | 100 ppm | При малых концентрациях запах тухлых яиц, но парализует обоняние; канализация, нефтегазодобыча, кожевенные заводы, биогаз |
| Оксид углерода CO | 0,97 | 12,5–74 | TWA 35 ppm, C 200 ppm | 1200 ppm | Без запаха; пожары, двигатели, печи, доменный газ, послевзрывные газы |
| Метан CH₄ | 0,55 | НКПР 4,4 (МЭК); 5–15 (ICSC) | — | — | Без запаха (природный газ одорируют); угольные шахты, канализация, полигоны отходов, биогаз |
| Аммиак NH₃ | 0,60 | 15–28 | TWA 25 ppm, ST 35 ppm | 300 ppm | Резкий запах; холодильные установки, производство удобрений, сельское хозяйство |
| Хлор Cl₂ | 2,47 | негорюч | C 0,5 ppm (15 мин) | 10 ppm | Жёлто-зелёный, резкий запах; сильный окислитель; водоподготовка, химические производства |
| Диоксид углерода CO₂ | 1,53 | негорюч | TWA 5000 ppm, ST 30 000 ppm | 40 000 ppm | Без запаха; бродильные помещения, силосы, колодцы, установки газового пожаротушения |
| Диоксид серы SO₂ | 2,26 | негорюч | TWA 2 ppm, ST 5 ppm | 100 ppm | Резкий, раздражающий; металлургия, сжигание сернистого топлива |
| Диоксид азота NO₂ | ≈ 1,6 | негорюч | ST 1 ppm | 13 ppm | Красно-бурый, едкий; продукты взрывных работ, силосы, азотная кислота; поражение лёгких может проявиться через несколько часов |
| Циановодород HCN | 0,94 | 5,6–40 | ST 4,7 ppm (через кожу) | 50 ppm | Запах горького миндаля, который многие не ощущают; горение пластмасс, гальваника, фумигация |
| Недостаток кислорода | — | — | — | ниже 19,5 % O₂ (OSHA) | В нормальном воздухе 20,9 % O₂; причины — инертные газы, CO₂, коррозия, брожение, продувка |
Плотности метана, диоксида азота и циановодорода рассчитаны по молярным массам; пределы для метана взяты из Международной карты химической безопасности МОТ (5–15 %) и из МЭК 60079-20-1 (НКПР 4,4 %), подробнее — ниже. Для метана нет ни REL, ни IDLH: его опасность — взрыв и вытеснение кислорода, а не токсичность.
Нормативы в разных странах различаются
Предельные концентрации вредных веществ на рабочих местах устанавливаются на национальном уровне и везде разные. В таблице сравниваются индикативные предельные значения Европейского союза, обязательные в США пределы OSHA (PEL) и российские ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
| Газ | ЕС, индикативное значение, 8 ч | ЕС, индикативное значение, 15 мин | США, PEL OSHA | Россия, ПДК р.з., мг/м³ |
|---|---|---|---|---|
| H₂S | 5 ppm | 10 ppm | C 20 ppm | 10 (3 в смеси с углеводородами C1–C5) |
| CO | 20 ppm | 100 ppm | TWA 50 ppm | 20 |
| CH₄ | — | — | — | 7000 |
| NH₃ | 20 ppm | 50 ppm | TWA 50 ppm | 20 |
| Cl₂ | — | 0,5 ppm | C 1 ppm | 1 |
| CO₂ | 5000 ppm | — | TWA 5000 ppm | 27 000 / 9000 |
| SO₂ | 0,5 ppm | 1 ppm | TWA 5 ppm | 10 |
| NO₂ | 0,5 ppm | 1 ppm | C 5 ppm | 2 |
| HCN | 0,9 ppm | 4,5 ppm | TWA 10 ppm | 0,3 |
Источники: директивы 2000/39/EC (аммиак), 2006/15/EC (хлор, диоксид углерода), 2009/161/EU (сероводород) и (EU) 2017/164 (оксид углерода, диоксид серы, диоксид азота, циановодород); значения OSHA — по справочнику NIOSH; российские значения — по таблице 2.1 СанПиН 1.2.3685-21. Одно значение — это максимальная разовая ПДК (ПДК м.р.); если указаны два, первое — максимальная разовая, второе — среднесменная (ПДК с.с.). Для оксида углерода СанПиН допускает кратковременную работу при более высоких концентрациях: до 50 мг/м³ — не более 1 ч, до 100 мг/м³ — не более 30 мин, до 200 мг/м³ — не более 15 мин.
Обратите внимание на единицы: нормативы ЕС и США даны в ppm, российские — в мг/м³. При 20 °C мг/м³ ≈ ppm × молярная масса ÷ 24,1; для сероводорода 10 мг/м³ — это около 7 ppm. Индикативные значения ЕС служат ориентиром: каждое государство — член ЕС устанавливает собственные национальные пределы с их учётом, поэтому национальные перечни могут различаться.
Метан: 4,4 % или 5 %?
Десятилетиями нижний предел взрываемости метана указывали как 5 % об., и эта цифра до сих пор встречается в горной литературе и многих американских документах. Европейский подход по МЭК 60079-20-1 (с 2017 года заменён стандартом ISO/IEC 80079-20-1) определяет предел в других условиях испытаний и даёт меньшее значение — 4,4 %. Ни одно из значений не «ошибочно» — они получены разными методами, — но для газоанализаторов разница важна. Прибор, у которого 100 % НКПР соответствуют 4,4 % метана, в той же атмосфере покажет примерно на седьмую часть больше, чем прибор, настроенный на 5 %: 1 % метана отобразится как около 23 % НКПР вместо 20 % НКПР. Спасатели должны знать, по какому значению настроены их собственные приборы, особенно при совместной работе с подразделениями из других стран.
Кислород: недостаток и избыток
Сухой воздух содержит 20,9 % кислорода по объёму. Пороговые значения различаются:
- США: ниже 19,5 % атмосфера считается обеднённой кислородом, выше 23,5 % — обогащённой (29 CFR 1910.146); по 29 CFR 1910.134 любая атмосфера с недостатком кислорода приравнивается к IDLH.
- Германия: фильтрующие СИЗОД нельзя применять при содержании кислорода ниже 17 % (для фильтров от оксида углерода — ниже 19 %), а работы в ёмкостях и замкнутых пространствах при содержании кислорода ниже 17 % допускаются только в изолирующих аппаратах (DGUV Regel 112-190).
- Россия: работы при недостаточном содержании кислорода (объёмная доля ниже 20 %) относятся к газоопасным, а работа внутри ёмкостей (аппаратов) без СИЗОД допускается только при содержании кислорода не менее 20 % и концентрациях опасных веществ не выше ПДК (федеральные нормы и правила «Правила безопасного ведения газоопасных, огневых и ремонтных работ», приказ Ростехнадзора от 15.12.2020 № 528).
Избыток кислорода тоже опасен: при содержании выше примерно 23 % одежда, масла и смазки легко воспламеняются и бурно горят. Никогда не «освежайте» воздух в замкнутом пространстве кислородом.
Источники
- NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards — REL, PEL OSHA, IDLH, пределы взрываемости и плотности
- Международная карта химической безопасности МОТ 0291 — метан
- Директива (EU) 2017/164, директива 2009/161/EU, директива 2006/15/EC, директива 2000/39/EC — индикативные предельные значения ЕС
- СанПиН 1.2.3685-21 — гигиенические нормативы, таблица 2.1
- OSHA 29 CFR 1910.146 и 29 CFR 1910.134
- DGUV Regel 112-190 — применение средств защиты органов дыхания (Германия)
- МЭК 60079-20-1 (отменён, заменён ISO/IEC 80079-20-1:2017)
См. также оснащение, безопасность и выбор газоанализатора.