Материал: Применение компьютерных технологий в расчетах по техносферной безопасности. Николенко С.Д., Сазонова С.А

3. Пример выполнения практической части

3.1. Теоретические сведения

Изложим основные теоретические и расчетные положения методики прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте [1]. Методика предназначена для заблаговременного и оперативного прогнозирования масштабов заражения на случай выбросов аварийно химически опасных веществ (АХОВ) в окружающую среду при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте.

Общие положения

1. Настоящая методика позволяет осуществлять прогнозирование масштабов зон заражения при авариях на технологических емкостях и хранилищах, при транспортировке железнодорожным, трубопроводным и другими видами транспорта, а также в случае разрушения химически опасных объектов.

2. Методика распространяется на случай выброса АХОВ в атмосферу в газообразном, парообразном или аэрозольном состоянии.

3. Масштабы заражения АХОВ в зависимости от их физических свойств и агрегатного состояния рассчитываются для первичного и вторичного облаков:

для сжиженных газов - отдельно для первичного и вторичного; для сжатых газов - только для первичного; для ядовитых жидкостей, кипящих выше температуры окружающей среды, - только для вторичного.

4. Исходные данные для прогнозирования масштабов заражения АХОВ:

общее количество АХОВ на объекте и данные о размещении их запасов в технологических емкостях и трубопроводах;

количество АХОВ, выброшенных в атмосферу, и характер их разлива на подстилающей поверхности ("свободно", "в поддон" или "в обваловку");

высота поддона или обваловки складских емкостей;

метеорологические условия: температура воздуха, скорость ветра на высоте 10 м (на высоте флюгера), степень вертикальной устойчивости воздуха (приложение 1);

5. При заблаговременном прогнозировании масштабов заражения на случай производственных аварий в качестве исходных данных рекомендуется принимать: выброс АХОВ (Q₀) - количество АХОВ в максимальной по объему единичной емкости (технологической, складской, транспортной и др.), метеорологические условия - инверсия, скорость ветра 1 м/с.

Для прогноза масштабов заражения непосредственно после аварии должны браться конкретные данные о количестве выброшенного (разлившегося) АХОВ и реальные метеоусловия.

6. Внешние границы зоны заражения АХОВ рассчитываются по пороговой токсодозе при ингаляционном воздействии на организм человека.

7. Принятые допущения

Емкости, содержащие АХОВ, при авариях разрушаются полностью.

Толщина h слоя жидкости для АХОВ, разлившихся свободно на подстилающей поверхности, принимается равной 0,05 м по всей площади разлива; для АХОВ, разлившихся в поддон или обваловку, определяется следующим образом:

а) при разливах из емкостей, имеющих самостоятельный поддон (обваловку):

,

где _H - высота поддона (обваловки), м;

б) при разливах из емкостей, расположенных группой, имеющих общий поддон (обваловку):

,

где Q₀ - количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т;

d - плотность АХОВ, т/м ;

_F - реальная площадь разлива в поддон (обваловку), м .

Предельное время пребывания людей в зоне заражения и продолжительность сохранения неизменными метеорологических условий (степени вертикальной устойчивости атмосферы, направления и скорости ветра) составляет 4 ч. По истечении указанного времени прогноз обстановки должен уточняться.

При авариях на газо- и продуктопроводах выброс АХОВ принимается равным максимальному количеству АХОВ, содержащемуся в трубопроводе между автоматическими отсекателями, например, для аммиакопроводов - 275-500 т.

8. Термины и определения

Первичное облако - облако АХОВ, образующееся в результате мгновенного (1-3 мин) перехода в атмосферу части АХОВ из емкости при ее разрушении.

Вторичное облако - облако АХОВ, образующееся в результате испарения разлившегося вещества с подстилающей поверхности.

Пороговая токсодоза - ингаляционная токсодоза, вызывающая начальные симптомы поражения.

Под эквивалентным количеством АХОВ понимается такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии эквивалентен масштабу заражения при данной степени вертикальной устойчивости атмосферы количеством АХОВ, перешедшим в первичное (вторичное) облако.

Площадь зоны фактического заражения АХОВ - площадь территории, зараженной АХОВ в опасных для жизни пределах.

Площадь зоны возможного заражения АХОВ - площадь территории, в пределах которой под воздействием изменения направления ветра может перемещаться облако АХОВ.

3.2. Прогнозирование глубины зоны заражения ахов

Расчет глубины зоны заражения АХОВ ведется с помощью данных, приведенных в приложениях 2-5.

3.2.1. Определение количественных характеристик выброса ахов

Количественные характеристики выброса АХОВ для расчета масштабов заражения определяются по их эквивалентным значениям.

Определение эквивалентного количества вещества в первичном облаке

Эквивалентное количество Q_э1(т) вещества в первичном облаке определяется по формуле:

, (1)

где K₁ - коэффициент, зависящий от условий хранения АХОВ (приложение 3; для сжатых газов K₁ =1);

K₃ - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого АХОВ (приложение 3);

K₅ - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы; для инверсии принимается равным 1, для изотермии 0,23, для конвекции 0,08;

K₇ - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (приложение 3; для сжатых газов K₇ =1);

- количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т.

При авариях на хранилищах сжатого газа рассчитывается по формуле:

, (2)

где - плотность АХОВ, т/м (приложение 3);

- объем хранилища, м .

При авариях на газопроводе рассчитывается по формуле:

, (3)

где - содержание АХОВ в природном газе, %;

- плотность СДЯВ, т/м (приложение 3);

- объем секции газопровода между автоматическими отсекателями, м .

При определении величины для сжиженных газов, не вошедших в приложение 3, значение коэффициента принимается равным 1, а коэффициент рассчитывается по соотношению

, (4)

где - удельная теплоемкость жидкого АХОВ, кДж/(кг·°С);

- разность температур жидкого АХОВ до и после разрушения емкости, °С;

- удельная теплота испарения жидкого АХОВ при температуре испарения, кДж/кг.

Определение эквивалентного количества вещества во вторичном облаке

Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке рассчитывается по формуле:

, (5)

где - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств АХОВ (приложение 3);

- коэффициент, учитывающий скорость ветра (приложение 4);

- коэффициент, зависящий от времени , прошедшего после начала аварии;

значение коэффициента определяется после расчета продолжительности (ч) испарения вещества (см. п.4.2):

при ч принимается для 1 ч;

- плотность АХОВ, т/м (приложение 3);

- толщина слоя АХОВ, м.

При определении для веществ, не вошедших в приложение 3, значение коэффициента принимается равным 1, а коэффициент определяется по формуле

, (6)

где - давление насыщенного пара вещества при заданной температуре воздуха, мм рт. ст.; - молекулярная масса вещества.

3.2.2. Расчет глубины зоны заражения при аварии на химически опасном объекте

Расчет глубины зоны заражения первичным (вторичным) облаком АХОВ при авариях на технологических емкостях, хранилищах и транспорте ведется с использованием приложений 2 и 5. Порядок нанесения зон заражения на карту (схему) изложен в приложении 6.

В приложении 2 приведены максимальные значения глубины зоны заражения первичным ( ) или вторичным ( ) облаком АХОВ, определяемые в зависимости от эквивалентного количества вещества (его расчет проводится согласно п.2.1) и скорости ветра. Полная глубина зоны заражения (км), обусловленной воздействием первичного и вторичного облака АХОВ, определяется: , где - наибольший, - наименьший из размеров и . Полученное значение сравнивается с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс , определяемым по формуле:

, (7)

где - время от начала аварии, ч;

- скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при данной скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч (приложение 5).

За окончательную расчетную глубину зоны заражения принимается меньшее из двух сравниваемых между собой значений.

Пример 1

На химическом предприятии произошла авария на технологическом трубопроводе с жидким хлором, находящимся под давлением. Количество вытекшей из трубопровода жидкости не установлено. Известно, что в технологической системе содержалось 40 т сжиженного хлора.

Требуется определить глубину зоны возможного заражения хлором при времени от начала аварии 1 ч и продолжительность действия источника заражения (время испарения хлора).