Теоретическая часть.

В теоретической части контрольной работы рекомендуется изложить общие положения методики прогнозирования масштаба и последствий химического заражения, происходящего при авариях и катастрофах на химически опасных хозяйственных объектах, а также при транспортировке и хранении большого количества вредных веществ. Ниже приводятся теоретические сведения и основные положения типовой методики, которую используют руководящие органы единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций Российской Федерации (РСЧС) для прогнозирования масштабов и последствий химического заражения.

Химическое заражение - это распространение вредных веществ в окружающей среде в количествах, создающих опасность для жизни и деятельности людей и угрожающих гибелью или массовыми заболеваниями сельскохозяйственных животных и растений. Химическое заражение окружающей среды возникает при авариях и катастрофах на химически опасных хозяйственных объектах и на транспорте, когда разливается на поверхность земли или выбрасывается в атмосферу большое количество вредных промышленных веществ (удушающего, общеядовитого, нейтрального действия, метаболических или нейротропных).

Прогнозирование масштаба химического заражения - это определение размеров зоны возможного химического заражения и изображение ее в масштабе на топографической карте или схеме местности, на которой произошла авария или катастрофа с выбросом в окружающую среду вредных веществ в жидком, сжиженном или газообразном состоянии. Внешние границы возможного химического заражения устанавливают на пороговой токсодозе при ингаляционном воздействии паров вредного вещества на организм человека. Пороговая токсодоза вызывает начальные симптомы поражения людей. Внутри этой зоны ближе к источнику химического заражения концентрация паров вредного вещества может достигать величины поражающих и смертельных токсодоз.

Оценка последствий химического заражения заключается в определении продолжительности поражающего действия паров вредного вещества, времени подхода их к интересующим рубежам или объектам и в оценке возможных потерь людей в очаге химического поражения. Очаг химического поражения - это территория хозяйственных объектов, учреждений, организаций или жилых массивов, которая находится в пределах зоны химического заражения. Продолжительность поражающего действия паров вредного вещества определяет временные рамки существования зоны химического загрязнения, то есть промежуток времени, в течение которого сохраняется опасность для жизни и здоровья людей, находящихся в зоне заражения. Время подхода паров вредного вещества к заданному рубежу определяется для того, чтобы обеспечить своевременное оповещение рабочих, служащих и населения об опасности химического заражения и проведение эффективных мероприятий по их защите. Оценка возможных потерь людей позволяет определить необходимый объем работ по оказанию медицинской помощи пострадавшим и их эвакуации, а также характеризует надежность защиты людей в зоне химического заражения.

Масштаб химического заражения зависит от следующих факторов:

- физико-химических свойств вещества;

- количества вредного вещества, распространившегося в результате возникновения чрезвычайной ситуации;

- условий хранения вредных веществ;

- состояния атмосферы в приземном слое воздуха (на расстоянии от поверхности земли до высоты, равной десяти метрам);

- характера разлива вредных веществ на поверхности земли (в поддон, обваловку или открытый разлив);

- метеорологических условий (скорости ветра в приземном слое атмосферы, наличия облачности и температуры воздуха);

- времени суток на момент аварии, катастрофы или стихийного бедствия (ночь, утро, день или вечер);

- времени, прошедшего после выброса вредного вещества в окружающую среду.

Физико-химические свойства и агрегатное состояние вредного вещества оказывают существенное влияние на масштаб химического заражения. Газообразные и сжиженные вредные вещества, в случае выброса их из технологических аппаратов, хранилищ и трубопроводов, образуют только первичное облако, которое формируется практически мгновенно (за несколько минут). Большинство жидкостей, в случае их выброса на поверхность земли, образуют сначала первичное, а затем и вторичное облако, которое формируется в результате испарения жидкого вредного вещества с подстилающей поверхности. Жидкости, кипящие выше температуры окружающей среды, образуют только вторичное облако паров. Размеры зоны химического заражения и скорость ее образования в определяющей степени зависят от количества вещества, перешедшего в первичное и вторичное облако. Условия хранения жидких вредных веществ также влияют на масштаб химического заражения. Если вокруг поврежденного аппарата, емкости трубопровода нет обвалования или поддона, то вредное вещество разливается свободно на большой площади, что приводит к увеличению объема облака вредных паров и масштаба химического заражения.

Состояние атмосферы в приземном слое воздуха оценивают степенью вертикальной устойчивости воздуха. По прогнозу погоды определяют три степени вертикальной устойчивости воздуха в приземном слое атмосферы: инверсия, изотермия и конвекция. Зона химического заражения наибольших размеров возникает при максимальной устойчивости воздуха в нижних слоях атмосферы, когда нижние слои воздуха холоднее верхних и практически отсутствует перемешивание воздуха, что приводит к распространению паров вредного вещества на большие расстояния. Такое состояние воздуха в нижних слоях атмосферы называется инверсией. При изотермии вертикальная устойчивость воздуха снижается, т.к. происходит выравнивание его температуры, а при возникновении конвекции наблюдается интенсивное перемешивание воздушных масс и рассеивание паров вредного вещества. Таким образом, глубина распространения вредных паров и газов от источника химического заражения при всех прочих равных условиях минимальна при инверсии и имеет промежуточное значение при изотермии.

Степень вертикальной устойчивости воздуха определяют по справочным данным (см. табл. 13), зная скорость ветра в приземном слое воздуха, характеристику облачности, а также время аварии или стихийного бедствия, в результате которого произошел разлив или выброс вредного вещества.

Инверсия наблюдается ночью или под утро при небольшой скорости ветра (до четырех метров в секунду), а конвекция – днем при скорости ветра менее двух метров в секунду.

Размеры зоны химического заражения зависят также и от времени, прошедшего после выброса вредного вещества в окружающую среду. Поэтому прогнозирование масштаба химического заражения осуществляют на один, два, три или четыре часа, прошедших после выброса или разлива вредного вещества, чтобы получить данные о наибольшем масштабе химического заражения.

Руководящие органы единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций Российской Федерации (РСЧС) всех уровней (на хозяйственных объектах, в учреждениях, организациях, населенных пунктах, городах и районах) обязаны при угрозе химического заражения организовывать оперативное или заблаговременное прогнозирование масштаба и последствий химического заражения.

Оперативное прогнозирование должно осуществляться в кратчайшие сроки сразу после выброса или разлива большого количества вредного вещества на территории хозяйственного объекта или населенного пункта. При этом в качестве исходных данных для прогнозирования необходимо получить следующие сведения:

1) место расположения источника химического заражения на местности и наименование разлитого или выброшенного в атмосферу вредного вещества;

2) дата и время аварии, катастрофы или стихийного бедствия, в результате которого возникла опасность химического заражения;

3) метеорологические данные (скорость и направление ветра в приземном слое воздуха, температура воздуха, наличие снежного покрова, характеристика облачности) на момент аварии;

4) фактические или расчетные данные о количестве разлитого или выброшенного в атмосферу вредного вещества;

5) данные о наличии и высоте поддона или обвалования вокруг аппарата, емкости или другого оборудования, в котором содержалось вредное вещество.

Затем определяют возможную глубину зоны химического заражения. Для этого рассчитывают количество разлитого вещества, переходящее в первичное и вторичное облако, и по справочным данным находят глубину зоны возможного химического заражения при распространении первичного и вторичного облаков. Далее определяют суммарную глубину зоны возможного химического заражения. Кроме того, в зависимости от скорости приземного ветра, определяют величину центрального угла зоны возможного химического заражения.

Зону возможного химического заражения изображают на топографических картах или схемах в соответствующем масштабе в виде окружности, полуокружности или сектора с радиусом, равным глубине зоны возможного химического заражения, и центром, соответствующим месту расположения источника химического заражения. Если в момент аварии, катастрофы или стихийного бедствия наблюдалось безветрие (скорость движения воздуха менее 0,5 м/с), то зону возможного химического заражения изображают в виде окружности. При скорости ветра 0,6 - 1,0 м/с центральный угол зоны возможного химического заражения принимают равным 180⁰ и зону изображают в виде полуокружности по направлению ветра в приземном слое

воздуха. При скорости ветра более 1,0 м/с зону возможного химического заражения изображают по направлению ветра в виде сектора с центральным углом, равным 90 или 45 градусам плоского угла.

После изображения зоны возможного химического заражения приступают к оценке возможных последствий заражения. Сначала определяют продолжительность поражающего действия паров вредного вещества, которая принимается равной времени испарения данного вещества с поверхности разлива. Затем рассчитывают время подхода паров вредного вещества к зданиям, сооружениям и открытым площадкам, где могут находиться люди. Кроме того, по справочным данным определяют возможные потери рабочих, служащих и населения, оказавшихся в зоне химического заражения. Для этого необходимо знать количество людей, находящихся в зданиях, сооружениях или на открытой местности, а также обеспеченность людей средствами индивидуальной защиты.

Оперативное прогнозирование масштаба и последствий химического заражения необходимо выполнять в кратчайшие сроки. Для этого разрабатывают прикладные программы, чтобы выполнять расчеты с использованием компьютерной техники. Результаты прогнозирования используют для проведения экстренных мероприятий по защите рабочих, служащих и населения, находящихся в зоне химического заражения, а также в ходе спасательных и других неотложных работ.

Расчетная часть

В расчетной части контрольной работы необходимо выполнить оперативное прогнозирование масштаба и последствий химического заражения в случае разлива большого количества вредного вещества при аварии на химическом предприятии. Ниже приводится задание, исходные данные и порядок его выполнения.

Задание На химическом предприятии, расположенном в черте города, произошла авария с разливом большого количества вредного вещества и происходит образование зоны химического заражения.

Исходные данные: наименование и количество разлитого вредного вещества Q₀, время прошедшее с начала химического заражения N, направление и скорость приземного ветра U, время суток в момент аварии, характеристика облачности, температура воздуха, наличие снежного покрова, высота поддона разрушенной емкости Н, расстояние от места аварии до цеха Х,

количество людей, работающих в цеху - указаны в табл. 14 по вариантам.

Выполнить оперативное прогнозирование масштаба и последствий химического заражения.

Порядок выполнения задания

1. Определение глубины зоны возможного химического заражения при разливе вредного вещества

Глубину зоны возможного химического заражения (Г) определяют по справочным данным, зная скорость приземного ветра и эквивалентное количество разлитого вещества, переходящее в первичное или вторичное облако паров. Значение скорости приземного ветра (среднее значение от поверхности земли до высоты, равной 10 метрам) определяет метеорологическая служба РСЧС оно приведено в исходных данных, а эквивалентное количество разлитого вещества, переходящее в первичное (Q 4э₁) и вторичное (Qэ₂) облако, устанавливают расчетным способом.

Эквивалентное количество вредного вещества в тоннах, образующее первичное облако, определяют по формуле

Q э₁ = K ₁ x K ₃ x K₅ x K ₇ x Q ₀ , (1)

где К ₁ - коэффициент, зависящий от условий хранения вредного вещества;

К ₃ - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого вредного вещества;

К ₅ - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости воздуха;

K ₇ - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха;

Q ₀ - количество разлившегося при аварии вещества, т.

Величину коэффициентов К₁, К₃ и К₇ определяют по справочным данным (см. табл. 15), зная наименование вредного вещества и температуру воздуха. При определении коэффициента К₇ необходимо учитывать сведения, приведенные в примечании к табл. 15.

При определении величины коэффициента К₅ сначала необходимо установить, какая степень вертикальной устойчивости воздуха имеет место в момент аварии. Для этого необходимо использовать исходные данные согласно варианту задания и методику, описанную выше в теоретической части контрольной работы. При инверсии коэффициент К₅ = 1, при изотермии данный коэффициент принимают равным 0,23, а при конвекции - 0,08.

Количество разлившегося вредного вещества Qо указано в исходных данных задания по вариантам.

Эквивалентное количество вредного вещества в тоннах, образующее вторичное облако, рассчитывают по формуле

Q ₀

Qэ₂ = (1-K ₁) х К₂ х К₃ х К₄ х К₅ х К ₆ х К ₇ х ------ , (2)

h x d

где К₂- коэффициент, зависящий от физико-химических свойств вредного вещества;

К ₄ - коэффициент, учитывающий величину скорости приземного ветра;

К ₆ - коэффициент, зависящий от времени, прошедшего с начала аварии (N);

d - плотность вредного вещества, т/м ³ ;

h - толщина слоя разлитого вещества, м.

Величина коэффициентов К ₁ и К ₃ определена выше при расчете значения Qэ1, величину коэффициента К ₇ определяют вновь по справочным данным (см. табл.15), причем его значение берут в знаменателе дроби, указанной в колонках 8, 9, 10 или 11. В этой же таблице приведены значения коэффициента К₂. Коэффициент К₄ определяют по справочным данным, приведенным в табл.16, в зависимости от величины скорости приземного ветра U.

Величину коэффициента К₆ определяют после расчета продолжительности испарения вредного вещества Т с площади его разлива в часах из выражения

h x d

Т = ------------- . (3)

K ₂ x K ₄ x K ₇

Толщина слоя разлитого вещества h при разрушении емкостей, технологических аппаратов или трубопроводов, имеющих обвалование или самостоятельный поддон, определяют следующим образом:

h = H - 0,2 , (4)

где Н - высота обвалования или поддона в метрах (см. исходные данные).

Если вокруг разрушенной емкости, аппарата нет обвалования (поддона) или отсутствуют данные об их высоте, то толщину слоя разлившейся жидкости h принимают равной 0,05 м по всей площади разлива.

Величину плотности разлитого вещества d устанавливают по справочным данным (см. табл. 15). Величины коэффициентов К ₂ и К₇ определены выше.

После расчета величины Т ее сравнивают с временем, прошедшим с начала аварии N (приведено в исходных данных). Если N < Т, то коэффициент К₆ = N ^0,8 . При N > Т коэффициент К ₆ = Т ^0,8 . Если величина Т < 1, то коэффициент К ₆ рассчитывают, принимая величину Т равной одному часу.

Получив значения Qэ₁ и Qэ₂, определяют глубину зоны химического заражения при распространении первичного ( Г ₁) и вторичного облака ( Г₂). Для этого используют справочные данные, приведенные в табл.17. Зная величину скорости приземного ветра и эквивалентного количества вещества, образующее облако паров, на пересечении соответствующих горизонтальных строк и вертикальных колонок таблицы находят значение глубины зоны возможного химического заражения (Г₁ или Г₂). Например, величина Qэ1 = 5 т, а Qэ₂ = 20 т при U = 2 м/c. По справочным данным находим, что Г₁ = 7,3 км, Г₂ = 16,4 км.

Полную глубину зоны возможного химического заражения при распространении первичного и вторичного облаков паров вредного вещества Г определяют из выражения

Г = Г ' + 0,5 x Г ", (5)

где Г ' - наибольшее значение из величин Г ₁ и Г ₂ ;

Г" - наименьшее значение из величин Г ₁ и Г₂.

В зависимости от свойств вредного вещества, образующего зону химического заражения, возможны два варианта соотношения между величинами Г₁ и Г₂ (Г₁ < Г₂ и Г₁ > Г₂ ). Поэтому в выражении (5) за величину Г' принимают большее значение из величин Г₁ и Г₂.

Далее полную глубину зоны возможного химического заражения необходимо сопоставить с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс под действием приземного ветра Г_п Это делается для того, чтобы исключить грубую ошибку, которая может произойти при неправильном расчете величин Г₁ и Г₂ .

Глубину переноса воздушных масс под действием ветра в километрах определяют из выражения

Г _п = N x V , (6)

где N - время, прошедшее с начала аварии, ч;

V - скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при заданных скорости приземного ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч.

В табл. 18 приведены данные о величине скорости V. Время, прошедшее с начала аварии N, приведено в исходных данных.

Таблица 18

Скорость переноса переднего фронта облака зараженного

воздуха в зависимости от скорости приземного ветра

После определения величины Гп ее сравнивают с полной величиной глубины зоны возможного химического заражения Г и окончательно за глубину зоны возможного заражения принимают наименьшее значение из этих двух величин.

2. Определение угловых размеров и изображение зоны возможного химического заражения на топографических картах или схемах

Для того, чтобы изобразить зону возможного химического заражения на карте или схеме, необходимо знать место расположения источника химического заражения на местности или территории предприятия, направление приземного ветра, глубину зоны возможного заражения и центральный угол этой зоны. Место расположения источника химического заражения и направление ветра в приземном слое воздуха в градусах плоского угла указаны в исходных данных. Глубина зоны возможного заражения Г определена выше.

Величину центрального угла зоны возможного химического заражения определяют по справочным данным в зависимости от значения скорости приземного ветра (см. табл. 19).

Таблица 19

Величина центрального угла зоны возможного химического

заражения в зависимости от скорости приземного ветра

Зону возможного химического заражения изображают в виде окружности, полуокружности или сектора с центральным углом φ и радиусом, равным глубине зоны возможного химического заражения Г.

При скорости приземного ветра U > 0,5 м/с при изображении зоны заражения необходимо учитывать направление приземного ветра. На топографической карте отмечают место разлива вредного вещества и от него как от центра изображают окружность произвольного диаметра, а затем вектором указывают направление на север. Затем от этого вектора по часовой стрелке с помощью транспортира откладывают плоский угол, равный указанному в исходных данных (направление ветра в приземном слое воздуха). Отметка в месте пересечения окружности с отложенным углом указывает, откуда дует ветер, через место разлива. Если в исходных данных указано, что направление ветра – 0⁰ (360⁰), то ось следа химического заражения направляют на юг. Если направление ветра – 90⁰, то ось следа химического заражения направляют на запад. При направлении ветра - 180 ⁰ ось следа химического заражения откладывают по направлению на север.

Далее на карте или схеме местности от места разлива вредного вещества указывают направление приземного ветра и по его направлению симметрично изображают центральный угол зоны возможного химического заражения , а затем радиусом, равным глубине зоны заражения Г , очерчивают сектор или полуокружность (при = φ 180 ⁰) в соответствующем масштабе (см. рис. 1 ). Кроме того, около окружности произвольного размера, изображающей место разлива вредного вещества, делают надпись с указанием вида и количества разлитого вещества (в числителе), а также время и дату аварии или катастрофы (в знаменателе дроби). На рис. 1 приведено схематическое изображение зоны возможного химического заражения.

Зона возможного заражения состоит из двух частей: участка разлива хлора 1 и территории, над которой распространяются пары хлора в опасных концентрациях 2. На данной схеме в масштабе изображают также место расположения цеха с учетом заданного и исходных данных расстояния Х.

Рис.1. Схема зоны возможного химического заражения при разливе

хлора (направление приземного ветра - 90 ⁰, угол = φ 45⁰):

1 - место разлива хлора; 2 -территория, над которой распространяются пары хлора в пороговой, поражающей и смертельной токсодозах; 3 - территория цеха хозяйственного объекта.

U - направление приземного ветра; С,Ю,З,В - соответственно север, юг, запад и восток; Х- расстояние от места разлива хлора до цеха.

При выполнении задания студенты принимают произвольный масштаб изображения зоны возможного химического заражения и форму территории цеха. Все надписи, направление приземного ветра, величины Г и φ должны соответствовать исходным данным и результатам выполненных расчетов по выбранному варианту.

3. Определение продолжительности поражающего действия паров вредного вещества в зоне заражения и времени подхода облака зараженного воздуха к заданному рубежу

Продолжительность поражающего действия паров вредного вещества tng определяет временные рамки существования зоны химического заражения, т.е. длительность сохранения опасности на этой территории. Величина tng принимается равной времени испарения вредного вещества с площади разлива Т.

Порядок расчета времени испарения вредного вещества описан выше.

Время подхода зараженного воздуха к заданному рубежу tх в часах рассчитывают по формуле

X

t _х = ----- , (7)

V

где X - расстояние от источника заражения до заданного рубежа, км ;

V - скорость переноса фронта облака зараженного воздуха, км/ч.

При прогнозировании последствий химического заражения после изображения зоны возможного заражения на карте или схеме местности определяют расстояния от места разлива вредного вещества до всех интересующих рубежей (зданий, сооружений, цехов, рабочих мест), находящихся в зоне возможного заражения. Расстояние от источника химического заражения до цеха Х приведено в исходных данных. Порядок определения величины V описан выше (см. табл. 18).

4. Прогнозирование возможных потерь людей в зоне химического заражения

Потери рабочих, служащих и населения, проживающего вблизи химически опасных хозяйственных объектов, в случае воздействия на них паров вредного вещества, зависят от количества людей, находящихся в зоне заражения, обеспеченности их противогазами и расположения людей в зоне заражения (на открытой местности или в зданиях, укрытиях). Для прогнозирования возможных потерь людей используют справочные данные (см. табл. 20).

Количество людей, оказавшихся в зоне химического заражения, определяют по их штатной численности в цехах, зданиях, рабочих помещениях и открытых площадках хозяйственных объектов, а количество населения по числу лиц, прописанных в жилых домах, кварталах и в населенных пунктах. Количество людей, оказавшихся в зоне заражения приведено в исходных данных (все находятся в цеху). Кроме того , необходимо учесть, что рабочие и служащие хозяйственных объектов обеспечены противогазами на 100 %.

Получив данные о возможных потерях людей в процентах, определяют их общую численность и структуру согласно примечанию к табл.20. Общие потери людей и их структуру определяют в целых числах.

Таблица 20

Возможные потери рабочих, служащих

населения в зоне химического заражения, %

Примечание. Структура возможных потерь в очаге химического поражения: легкой степени –25%, средней и тяжелой – 40 %,

со смертельным исходом – 35 %.

.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведённые выше учебные и методические материалы содержат программу дисциплины «Безопасность жизнедеятельности», организационно-методические указания для дистанционного обучения студентов-заочников, учебный материал по теоретической и практической части курса, а также учебно-методические материалы по выполнению контрольной работы и список рекомендуемой литературы.

Таким образом, сборник учебно-методических материалов по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» обеспечивает преподавателя и студентов всеми основными учебно-методическими материалами, использование которых позволит обеспечить успешное изучение студентами дисциплины «Безопасность жизнедеятельности».