Расчеты при авариях на химически опасном объекте
Химическая обстановка и ее оценка
Общие положения
Под химической обстановкойпонимают масштабы и степень заражения отравляющими веществами или АХОВ воздуха, местности, водоемов, сооружений, техники и т. п.
Оценка химической обстановки — это определение масштабов и характера заражения АХОВ окружающей среды, а также анализ влияния АХОВ на деятельность объектов и сил ГО и установление степени опасности для населения.
Оценка является прогнозом, который проводится
либо по факту произошедшей ЧС на основании реальных данных химической разведки и другим наблюдениям,
либо для виртуальной ЧС с наихудшими условиями ее протекания.
При этом обычно подлежат определению: глубина зоны заражения; площадь возможного заражения; площадь территории, над которой пройдет облако; время прихода зараженного облака к определенному рубежу; продолжительность заражения.
Исходными данными при прогнозе химической обстановки являются:
— метеорологические условия (степень вертикальной устойчивости воздуха, скорость приземного ветра и температура воздуха);
— виды, количество и способ хранения АХОВ, в емкостях на объекте;
— характер разлива АХОВ (свободно на подстилающую поверхность или в поддон, обваловку);
- время, на которое делается прогноз.
1.2. Задание метеоусловий
В числе параметров метеоусловий, используемых при прогнозе химической обстановки, кроме температуры и скорости ветра используется параметр, который в обиходе используется для характеристики метеоусловий значительно реже. Таким параметром является степень вертикальной устойчивости атмосферного воздуха в приземном слое, высота которого принимается равной 20 м.
Различают три вида вертикальной устойчивости воздуха: инверсию, изотермию и конвекцию.
От степени вертикальной устойчивости воздуха зависят масштаб и продолжительность заражения. Во многом это происходит из-за характерных для каждой степени температурных режимов в приземном слое воздуха: при конвекции температура воздуха в приземном слое с высотой понижается, при инверсии — возрастает, а при изотермии — остается постоянной. Поэтому при конвекции происходит интенсивное перемешивание слоев воздуха и, как следствие, быстрое рассеивани зараженного облака, а при инверсии эти процессы протекают существенно медленнее.
Определение степени вертикальной устойчивости воздуха в конкретных условиях производится по специальным метеотаблицам в зависимости от времени года, времени суток, облачного покрова, снежного или травяного покрова и других факторов.
Следует помнить, что при скорости ветра более 4 м/с под влиянием перемешивания слоев воздуха всегда устанавливается изотермия.
Различают 2 случая задания метеоусловий :
1) при оценкереальной ЧСметеоусловия берутсяпо факту;
2) при оценке виртуальной ЧС, поскольку метеоусловия неизвестны, то они предполагаются наихудшими с точки зрения возможных последствий, т.е. в наибольшей степени благоприятствующие распространению ядовитого облака. Такими условиями являются:СВУ — инверсия, V = 1 м/с , tоC — максимальная в данной местности в данное время года [1].
1.3. Количество АХОВ, обусловившее ЧС
При оценке химической обстановки по факту произошедшей ЧС количество вышедших АХОВ определяется по реальным данным.
При определении количества АХОВ, участвующих в виртуальной ЧС учитываются два фактора:
1) Вид происшествия на ХОО, т.е. авария или разрушение объекта.
При аварии прогноз ведется исходя из объема наибольшей емкости.
При разрушении — по совокупному объему всех емкостей с АХОВ на рассматриваемом ХОО. Прогноз на разрушение объекта ведется для сейсмоопасных районов и для ЧС военного времени.
2) Агрегатное состояниеАХОВ.Количество АХОВ, вышедшее при ЧС, определяется в зависимости от агрегатного состояния АХОВ по-разному:
- при хранении (транспортировке) в газообразном состоянии используется уравнение состояния газа, согласно которому количество вышедшего АХОВ равно[2]:
, т , (1)
где P - давление в резервуаре, rг - плотность газа, V - объем резервуара, n – процентная концентрация АХОВ, если оно находится в смеси с другими газами;
- при хранении (транспортировке) в жидком состоянии:
mо = сзап ·V·rж , т , (2)
сзап - коэффициент стандартного заполнения резервуара,
V - объем резервуара, rж – плотность жидкости.
1.4. Учет влияния условий хранения, определяющих характер разлива
Для ограничения площадей разлива жидких АХОВ под промышленными емкостями для хранения АХОВ сооружаются поддоны или обваловки. Время испарения вылившейся в поддон или обваловку жидкости определяется высотой слоя жидкости в поддоне или обваловке.
1) При стандартно залитом резервуаре высоту слоя жидкости в поддоне или обваловке принимают равной
h = H — 0,2 , м (3)
где Н — высота поддона или обваловки, м, h - высота слоя испарения, м.
Зазор в 0,2 м предусмотрен ГОСТом.
2) В случае общей обваловки для нескольких резервуаров при виртуальной аварии высота слоя жидкости вычисляется по формуле
, м (4)
где moi — масса АХОВ в каждом резервуаре, т.
3) При свободном разливе АХОВ на подстилающую поверхность (земля, бетон, асфальт и т.п.) высота слоя жидкости принимается равной h = 0,05 м.
Расчеты при авариях на химически опасном объекте
2.1. Основные положения методического подхода к расчету
В основу методики расчетов положены следующие допущения и условия.
1.Внешние границы зон заражения рассчитываются по пороговой токсодозе АХОВ.
2.Определение глубины зоны заражения проводится по единой для всех АХОВ таблице.
3.Для того, чтобы пользоваться единой таблицей для всех АХОВ, производится пересчет исходных данных и характеристик вещества к веществу, выбираемому эталоном. Эталонным веществом в используемой методике прогнозирования выбран хлор.
4.Основная таблица составлена для аварий с выходом хлора при следующих метеоусловиях: инверсия, температура воздуха 20оС.
Таким образом, первым этапом используемой методики является расчет эквивалентного количество АХОВ.
Эквивалентное количество АХОВ- это такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии и температуре 20оС эквивалентен масштабу заражения данным АХОВ при конкретных метеоусловиях.
Токсичность любого АХОВ по отношению к хлору, свойства, влияющие на образование зараженного облака, а также отличные от стандартных метеоусловия учитываются специальными коэффициентами, по которым рассчитывается эквивалентное количество АХОВ.
2.2. Коэффициенты, используемые при расчете эквивалентного количества АХОВ
Рассмотрим используемые при расчетах коэффициенты и поясним их физический смысл и особенности расчета и использования.
К1- коэффициент, определяющий относительное количество АХОВ, переходящее при аварии в газ:
Способ хранения | Вещество (тип вещества) и его агрегатное состояние | К1 |
Все низкокипящие вещества, хранящиеся под давлением в виде жидкости | Значения приведены в таб.№ 14 | |
Аммиак, хранящийся изотермически в виде жидкости | Значения приведены в таб.№ 14 | |
Другие АХОВ, хранящиеся изотермически в виде жидкости | ||
Низкокипящие АХОВ, хранящиеся под давлением в виде газа | ||
Высококипящие жидкости, хранящиеся при нормальных условиях |
К2- удельная скорость испарения вещества - количество испарившегося вещества в тоннах с площади 1 м. кв. за 1 час, (т/м2 ч) ;
K3 — отношение пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе данного АХОВ (значения приведены в таб.№ 14);
К4- коэффициент, учитывающий влияние скорости ветра на интенсивность испарения АХОВ (значения приведены в таб.№ 15);
K5 —коэффициент, учитывающий влияние степени вертикальной устойчивости воздуха на интенсивность рассеивания АХОВ [3]:
для инверсии К5 = 1 ,
для изотермии К5 = 0,23 ,
для конвекции К5 = 0,08 .
К6 — коэффициент, учитывающий соотношение времени, на которое осуществляется прогноз (Тпрог) и продолжительности испарения АХОВ (Тисп) :
при Tисп ³ 1 часа К6 = min { Tисп ;Tпрог)0,8 ,
при Tисп < 1 часа K6 = 1 .
Если необходимо рассчитать максимальные размеры зон заражения, то Тпрог условно принимается бесконечно большим.
К7 — коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха в момент аварии на интенсивность испарения АХОВ при формировании первичного (К7п) и вторичного облака (К7в):
для газообразных АХОВ К7 = 1,
для жидкостей и сжиженных газов К7п, К7в из таб.№ 14.
Значения коэффициентов К1,К2,K3, К4, К7 — при расчетах берутся из выдаваемых студентам таблиц (см. Приложение)[4].
2.3. Определение эквивалентного количества вещества в первичном облаке
Эквивалентное количество вещества, по первичному облаку, т, определяется по формуле:
mэ1 = K1 ·K3 ·K5 ·K7п ·mо (5)
mо — количество вышедшего при аварии АХОВ , т. ( см. (1) и (2) ).
2.4. Определение эквивалентного количества вещества во вторичном облаке и времени испарения
Вторичное облако образуется за счет испарения жидкой фазы АХОВ.
Расчет проводится в два этапа:
1) Определяется время испарения ,ч :
, ч (6)
где rж — плотность АХОВ, т/м. куб ( см. Приложение);
h — высота слоя испарения разлившегося АХОВ, м .
При Tисп <1 во всех дальнейших расчетах принимаем Т = 1 ч.
2) Эквивалентное количество АХОВ, образующее вторичное облако, определяется по формуле:
, т (7)
2.4. Расчет глубины зоны заражения при аварии на ХОО
В основной таблице (Таблица № 13) приведены значения глубин зон заражения первичным Г1 или вторичным Г2 облаком АХОВ в зависимости от эквивалентного количества вещества и скорости ветра. Соотношение между значениями Г1 и Г2 для каждого АХОВ индивидуально.
Глубина зоны заражения, обусловленная первичным и вторичным облаками, определяется формулой:
Гоб = max { Г1; Г2} + 0,5 min { Г1; Г2} , км. (8)
Используемая Таблица 13 дает зависимость глубины распространения АХОВ под действием ветра с учетом рассеивания и понижения концентрации облака. Эти данные справедливы для случая распространения облака над плоской поверхностью, но требуют уточнения в случае распространения облака над местностью с реальным рельефом и застройкой. Кроме того, скорость ветра в Таблице 13 является средней по высоте в приземном слое, скорость же на высоте распространения облака будет значительно больше[5].
Изменение скорости ветра по высоте существенно зависит от степени вертикальной устойчивости воздуха. Так при инверсии скорость распространения заражения возрастает в 1,4 – 1,46 раза, при изотермии в 1,61 – 1,67 раза, при конвекции в 1,94 – 1,96 раза, причем конкретное значение коэффициента зависит от скорости ветра.
В разработанной и принятой в РФ методике скорость распространения заражения и в конечном итоге глубина образовавшейся зоны заражения определяется следующим образом.
Во-первых, рассчитывается значение величины Гоб в соответствии с формулой (8).
Во-вторых, по Таблице 16 в зависимости от СВУ и средней скорости ветра определяется скорость ветра на высоте переноса облака Vпер и глубина переноса облака Гпер
Гпер = Vпер ×Тпрог (9)
В-третьих, за окончательную расчетную глубину зоны заражения (Гок ) принимается минимальная из величин Гоб и Гпер
Гок = min {Гоб; Гпер} (10)
Затем рассчитывается время формирования зоны
Tф = Гок / Vпер (11)
2.5. Определение площади зоны заражения и нанесение ее на карту
Различают зоны возможного и фактического зараженияАХОВ.
Зона возможного заражения— это пространство , в котором может распространиться АХОВ при данных метеорологических условиях.
На картах зона возможного заражения изображается в виде секторов окружности радиуса Гок . Биссектриса секторов ориентирована по направлению ветра и проходит через центр аварии.
Скорость ветра в приземном слое, v м/с | Форма и размеры зоны возможного заражения |
v £ 0,5 , м/с | сектор с центральным углом 360о (окружность) |
0,5 < v £ 1 , м/с | сектор с центральным углом 180о |
1 < v £ 2 , м/с | сектор с центральным углом 90о |
v > 2 , м/с | сектор с центральным углом 45о |
Площадь зоны возможного заражения облаком АХОВ определяется по формуле:
Sв = 8,73 × 10-3 × Гок2 × j = p Гок2 j/ 360 , км2 (12)
где Гок — глубина зоны заражения , км;
j — угловые размеры зоны, град.
Зоной фактического зараженияназывается территория, воздушное пространство которой заражено АХОВ в опасных для жизни пределах. Конфигурация зоны фактического заражения близка к эллипсу, который не выходит за пределы зоны возможного заражения и может перемещаться в ее пределах под воздействием ветра.
Из-за возможного перемещения зоны фактического заражения на карту ее не наносят. Ее размеры используют для определения возможной численности пораженного населения и необходимого запаса сил и средств, необходимых для проведения спасательных работ.
При расчетах зоны используется коэффициент К8 , учитывающий влияние степени вертикальной устойчивости воздуха на интенсивность рассеивания АХОВ: для инверсии К8 = 0,081,
для изотермии К8 = 0,133,
для конвекции К8 = 0,235 .
Площадь зоны фактического заражения облаком АХОВ вычисляется по формуле:
Sф = К8 Гок2 q0,2 , (13)
где Гок — глубина зоны заражения, км;
q — время формирования зоны на момент прогноза, которое определяется, как
q = min { Тф; Тпрог} , Тф = Гок / Vnер , ч.
2.6. Определение времени подхода зараженного воздуха к заданному объекту
Время подхода облака АХОВ к заданному рубежу зависит от скорости переноса облака воздушным потоком и определяется по формуле:
Tподх= R/Vпер (14)
где R — расстояние от источника заражения до выбранного рубежа, км;
Vперп -скорость переноса фронта облака зараженного воздуха, км/час.
2.7. Определение продолжительности заражения
Время поражающего действия АХОВ ( продолжительность заражения) Тзар определяется максимальным временем испарения из всех вышедших АХОВ.
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 7938;