Моніторинг і прогнозування становища при аварії на ХНО

3.4.1. Терміни і визначення при оцінці хімічного становища

Оцінка хімічної обстановки - розв’язання завдань і формулювання висновків з аналізу наслідків і ступеня впливу хімічного забруднення на життєдіяльність людей регіону, об’єкти господарювання та визначення заходів щодо їхнього захисту.

Хімічна обстановка — це сукупність умов, які виникають на території міста, района або ОГД внаслідок аварії на хімічно-небезпечному об'єкті (ХНО) і потребують прийняття відповідних заходів захисту.

Основні терміни і визначення.

При прогнозуванні масштабів зараження НХР визначаються розміри зон можливого і прогнозованого хімічного зараження.

Зона можливого хімічного зараження (ЗМХЗ) – територія, у межах якої внаслідок зміни напрямку вітру може переміщатися хмара НХР з вражаючими концентраціями.

Прогнозована зона хімічного зараження (ПЗХЗ) – розрахункова зона в межах ЗМХЗ, параметри якої приблизно визначаються за формулою еліпса.

Хімічно небезпечна адміністративно-територіальна одиниця (ХАТО) - адміністративно-територіальна одиниця до якої зараховуються області, райони а також будь-які населені пункти областей, які потрапляють в ЗМХЗ при аваріях на ХНО.

Небезпечна хімічна речовина (НХР) – хімічна речовина, безпосередня чи опосередкована дія якої може спричинити загибель, гостре чи хронічне захворювання або отруєння людей і завдати шкоди довкіллю.

Хімічно небезпечний об’єкт (ХНО) – промисловий об’єкт (підприємство) або його структурні підрозділи, на якому знаходяться в обігу НХР.

Зображення на топографічних картах ПЗХЗ у вигляді еліпса відповідає її розмірам на фіксований момент часу N.

На топографічних картах ЗМХЗ зображається у вигляді сектора, форма і розміри якого залежать від швидкості та напрямку вітру.

Основною характеристикою НХР є токсичність.

Токсичність — це здатність отруйної речовини уражати живий організм.

Ступінь її залежить від фізико-хемічних властивостей НХР і визначається токсодозою (токсичною дозою).

Еквівалентна кількість НХР— це така кількість хлору , масштаб зараження яким в умовах інверсії еквівалентний масштабу зараження кількістю даної речовини при даних погодних умовах.

На масштаби зараження, глибину поширення хмари зараженого повітря істотно впливають метеорологічні умови. Вони формують стан вертикальної стійкості атмосфери.

Вертикальна стійкість атмосфери має три стани:

Інверсія — зростання температури повітря з висотою. Такий стан приземного шару атмосфери перешкоджає розсіюванню зараженого повітря по висоті і створює найбільш сприятливі умови для збереження високих концентрацій СДОР.

Ізотермія — характеризується стабільною рівновагою повітря. Це також сприяє тривалому застою парів СДОР на місцевості, в лісі, в житлових кварталах міст і населених пунктів.

Конвекція — зниження температури повітря з висотою. Спостерігаються висхідні потоки повітря, що сприяє швидкому розсіюванню хмари зараженого повітря і зменшенню уражаючої дії НХР.

Хмара НХР - суміш пари і дрібних крапель НХР із повітрям в обсягах (концентраціях), небезпечних для довкілля (уражаючих концентраціях). Розрізняють первинну і вторинну хмару забрудненого повітря.

Первинна хмара НХР - це пароподібна частина НХР, яка є в будь-якій ємності над поверхнею зрідженої НХР і яка виходить в атмосферу безпосередньо при руйнуванні ємності (за 1-2 хв) без випару з підстильної поверхні.

Вторинна хмара НХР - це хмара НХР, яка виникає протягом певного часу внаслідок випарювання НХР із підстильної поверхні (для легко летючих речовин час розвитку вторинної хмари після закінчення дії первинної хмари відсутній, для інших речовин він залежить від властивостей НХР, стану обвалування та температури повітря).

Методика прогнозування та оцінка хімічної обстановки заснована на тому, що при руйнуванні ємності, в якій зберігається НХР у рідкому чи газоподібному стані, утворюється первинна і/або вторинна хмара, за якими визначається сумарна глибина прогнозованої зони хімічного забруднення, Гпзхз.

Параметри зони хімічного забруднення залежать від кількості НХР, що перейшла в первинну і/або вторинну хмару, умов зберігання НХР (ємності обваловані, не обваловані), метеоумов, характеру місцевості та ін.

При "вільному" виливі НХР висота шару (h) вважається такою, що не перевищує 0,05 м, при виливі "у піддон" (обваловану місцевість) висота шару приймається h = Н - 0,2 м, де Н – висота обвалування, м.

Прогнозування й оцінка хімічної обстановки під час аварій на хімічно небезпечних об’єктах (ХНО) і транспорті (автомобільному, річковому, залізничному, трубопровідному, морському) здійснюються для визначення можливих наслідків аварій, порядку дій у зоні можливого забруднення й уживання заходів для захисту людей (аварійне прогнозування), а також для визначення ступеня хімічної небезпеки об’єктів, які зберігають або використовують НХР, і адміністративно-територіальних одиниць (АТО), в межах яких живе населення, яке може бути уражене НХР (довгострокове прогнозування) .

Аварійне прогнозування здійснюється під час виникнення аварії за даними розвідки для визначення можливих наслідків аварії і порядку дій в зоні можливого забруднення.

Вихідними даними при аварійному прогнозуванні є:

- тип і кількість НХР на об’єкті Q, т;

- умови зберігання НХР: у ємностях (обваловані, не обваловані), трубопроводах;

- висота обвалування ємності Н, м;

- метеоумови: напрямок (азимут А) і швидкість вітру (V, м/с), температура повітря (°С) ступінь вертикальної стійкості повітря (СВСП): інверсія, ізотермія, конвекція (визначається за часом доби (ніч, день) і хмарністю);

- характер місцевості: відкрита, закрита (довжина забудови, лісового масиву, км);

- кількість людей на об’єкті (у населеному пункті), що може опинитися в зоні можливого забруднення;

- забезпеченість населення засобами захисту, %.

Визначаються:

1. Глибина прогнозованої зони хімічного забруднення, Гпзхз, км.

2. Ширина прогнозованої зони хімічного забруднення, Шпзхз, км.

3. Площа прогнозованої зони забруднення, Sпзхз, км².

4. Площа зони можливого хімічного забруднення Sзмхз, км².

5. Час підходу хмари зараженого повітря до заданого об’єкта (населеного пункту), tпідх, год (хв).

6. Час уражаючої дії фактора забруднення НХР, typ, год.

7. Можливі втрати людей в осередку хімічного ураження, В, осіб.

Прогнозування й оцінка хімічної обстановки здійснюється з використанням таблиць і розрахунків. Усі розрахунки виконуються на термін не більше 4 годин після початку аварії (t_aв = 4 год) - тривалість збереження сталих метеоумов. Після цього прогноз має бути уточненим.

3.4.2. Оцінка хімічного становища при аваріях на хімічно-небезпечних об’єктах.

3.4.2.1. Визначення розмірів (глибини, ширини та площі) зони хімічного

забруднення.

1. Глибина прогнозованої зони розповсюдження хмари зараженого повітря з уражаючими концентраціями (Гпзхз, км) визначається розрахунком за формулою:

Гр = Гт/Ксх - Гзм, (3.8)

де: Гт - табличне значення глибини зони, визначене за табл. 3.24.-3.34. для умов: місцевість відкрита, ємності НХР не обваловані ("вільний" розлив).

Вихідними даними до таблиць є: тип НХР, кількість викинутої при аварії НХР Q, т; ступінь вертикальної стійкості повітря (СВСП), температура повітря ^оС, швидкість вітру V, м/с.

Ксх - коефіцієнт, що враховує тип сховища НХР і характеризує зменшення глибини розповсюдження хмари НХР при виливі "у піддон" (при умові зберігання НХР в обвалованих ємностях) за табл. 3.18. з урахуванням висоти обвалування Н, м. Для не обвалованої ємності Ксх = 1.

Гзм - величина, на яку зменшується глибина розповсюдження хмари НХР на закритій місцевості (міська, сільська забудова, лісовий масив), км, визначається за формулою:

Гзм = L ·(1 - 1/Кзм) (3.9)

де L - довжина закритої місцевості на осі сліду хмари НХР, км, у межах глибини, на яку розповсюдилась би хмара на відкритій місцевості;

Кзм - коефіцієнт зменшення глибини розповсюдження хмари НХР для кожного 1 км довжини закритої місцевості за табл. 3.20.

Після визначення розрахункової глибини отримане значення Гр порівнюється з максимальним значенням глибини переносу повітряних мас Гп за 4 години: Гп = 4 W, км;

де W - швидкість переносу повітряних мас (табл. 3.19.) при заданій швидкості вітру і СВСП, км/год.

Найменше з порівняних величин приймається за фактичну прогнозовану глибину зони забруднення, тобто Гпзхз = min{Гп; Гр}.

2. Ширина прогнозованої зони хімічного забруднення (Шпзхз)

Залежно від СВСП її ширина (друга вісь еліпса) розраховується за формулами:

при інверсії Шпзхз = 0,3 Гпзхз^0,6 , км;

при ізотермії Шпзхз = 0,3 Гпзхз^0,75, км;

при конвекції Шпзхз = 0,3 Гпзхз^0,95 , км:

де Гпзхз - глибина прогнозованої зони хімічного забруднення, що визначена в п. 1.1.

3. Площа зони хімічного забруднення

При прогнозуванні визначаються:

а) Площа зони можливого хімічного забруднення (ЗМХЗ).

Розмір ЗМХЗ приймається як сектор круга, форма й розмір якого залежать від швидкості та напрямку вітру (табл. 3.22.) і довжини прогнозованої зони хімічного забруднення Гпзхз. Площа ЗМХЗ розраховується за емпіричною формулою

Sзмхз = 8,72 · 10^-3 ·Г² пзхз·Ф км², (3.10.)

де Φ (град.) – кутові розміри сектора круга ПЗХЗ, що визначаються з табл. 3.22.

б) Площа прогнозованої зони хімічного забруднення (ПЗХЗ) розраховується за формулою

Sпзхз = К·Г²пзхз ·N^0,2 км², (3.11)

де К – коефіцієнт, що залежить від СВСП (табл. 3.21.);

N – час, на який розраховується глибина ПЗХЗ (N = 4 год.)

4. Визначення часу підходу хмари зараженого повітря до об’єкта (tпідх).

Час підходу хмари НХР до заданого об’єкта залежить від швидкості перенесення хмари повітряним потоком W, на що впливає швидкість вітру, і визначається за формулою:

t підх = R_O/W, год, (3.12)

де R_O - відстань від місця аварії (джерела забруднення) до заданого об’єкта, км;

W - швидкість перенесення переднього фронту забрудненого повітря, визначається за табл. 3.19. (швидкість вітру на висоті хмари більша, ніж біля поверхні землі).

5. Визначення тривалості дії фактора хімічного забруднення (typ).

Тривалість дії НХР визначається терміном випаровування НХР із поверхні її розливу, що залежить від характеру розливу ("вільно" чи "у піддон"), швидкості вітру, типу НХР і може бути визначена за табл. 3.35.

6. Визначення можливих втрат робітників і службовців об’єктів господарювання й населення в осередку хімічного ураження.

Очікувані втрати визначаються за табл. 3.23. залежно від чисельності людей, що можуть опинитись у прогнозованій зоні хімічного забруднення, ступеня їх захищеності (забезпеченості засобами індивідуального й колективного захисту).

Результати розрахунків щодо оцінки хімічної обстановки необхідно звести до підсумкової таблиці:

На карту наносяться межі прогнозованої зони забруднення, аналізуються результати і робляться висновки та пропозиції щодо захисту працівників об’єкта господарювання (населеного пункту), який може опинитись у зоні хімічного забруднення. Район аварії обмежується колом діаметром До, значення якого залежить від кількості НХР, умов зберігання, стійкості повітря та орієнтовно становить четверту частку ширини зони забруднення.

Результати оцінки хімічної обстановки

У висновках з оцінки ХО відзначається:

1.Чи може опинитись об’єкт у зоні хімічного забруднення (опиниться, якщо R_O<Гпзхз, а напрямок вітру збігається з напрямком на об’єкт господарювання щодо ХНО).

2.Можливі наслідки в осередку хімічного ураження (можливі ураження виробничого персоналу i населення та очікувані втрати).

3.Визначається вплив НХР на виробництво, матеріали та сировину.

4.Заходи щодо захисту людей (оповіщення, використання засобів індивідуального захисту (ЗІЗ), будівель і захисних споруд (ЗС), евакуація).

5.Визначаються можливості герметизації виробничих будівель та інших приміщень, де працюють люди, а також можливість продовжувати виробничий процес у засобах індивідуального захисту.

Графічний додаток.

Зона можливого хімічного забруднення (ЗМХЗ) хмарою НХР на картах і схемах обмежена колом, півколом або сектором, який має певні кутові розміри Φ (рис. 3.1) і радіус, рівний глибині прогнозованої зони забруднення Гпзхз. Центр кола, півкола або сектора співпадає з джерелом забруднення.

Прогнозована зона хімічного забруднення (ПЗХЗ), що має форму еліпса включається у зону можливого забруднення. На топографічних картах і схемах зона можливого забруднення має вигляд (рис. 3.2.):

Рис 3.1. Кутові розміри зон можливого забруднення.

а) при швидкості вітру за прогнозом < 0,5 м/с зона забруднення має вигляд кола:

- точка 0 відповідає джерелу забруднення;

- Φ=360°;

- радіус кола рівний Гпзхз.

б) при швидкості за прогнозом від 0,6 до 1 м/с зона має вигляд півкола:

- точка 0 відповідає джерелу забруднення;

- Φ=180°;

- радіус півкола рівний Гпзхз;

- бісектриса кола співпадає з віссю сліду хмари й орієнтована за напрямом вітру.

в) при швидкості вітру за прогнозом > 1 м/с зона має вигляд сектора:

- точка 0 відповідає джерелу забруднення;

г) Φ=90° при швидкості вітру за прогнозом від 1,1 до 2 м/с і Φ=45° при швидкості вітру за прогнозом > 2 м/с;

- радіус сектора рівний Гпзхз;

- бісектриса сектора співпадає з віссю сліду хмари й орієнтована за напрямом вітру.

Порядок нанесення зон забруднення на карту або схему наступний:

На координатах позначають центр аварії і наносять площу району аварії (суцільною лінією) діаметром Д_о приблизно рівним ¼ Шпзхз.

Біля кола роблять пояснюючий напис (у чисельнику - вид НХР і кількість, а у знаменнику - час, дата розливу).

Від центру аварії в орієнтованому напрямку вітру проводять вісь прогнозованої зони забруднення.

Наносять зону можливого забруднення радіусом рівним Гпзхз формою, що визначається швидкістю вітру (значенням Φ) (пунктирними лініями).

Рис. 3.2. Нанесення зон хімічного забруднення на карту або схему.

Знаючи довжину і максимальну ширину (Гпзхз і Шпзхз) еліпса зони прогнозованого забруднення, будують його на карті або схемі (суцільною лінією) і заштриховують.

На отриманій карті або схемі роблять пояснюючі написи. У верхній лівій частині карти чи схеми вказують метеоумови.

Для прикладу на рис. 3.2. зображено нанесення зон хімічного забруднення при швидкості вітру 3 м/с, азимуті вітру А=270°, Φ=45°.

ЗМХЗ – зона можливого хімічного забруднення;

ПЗХЗ – прогнозована зона хімічного забруднення;

Гпзхз - глибина прогнозованої зони хімічного забруднення;

Шпзхз –ширина прогнозованої зони хімічного забруднення;

Гпзхз - повна глибина зони можливого забруднення;

До – діаметр зони аварії.

На рис. 3.3. показаний спосіб визначення напрямку вітру по заданому азимуту.

Рис. 3.3. Можливі напрями вітру (азимути)

Приклад1

На ХНО стався аварійний викид НХР. В зону забруднення може попасти об’єкт господарської діяльності (ОГД), розташований на певній відстані від ХНО. Необхідно оцінити хімічну обстановку, що може скластися на ОГД і запропонувати заходи по захисту людей.

Вихідні дані:

1. Тип викинутої НХР хлорпікрін

2. Кількість НХР (Q), т 70

3. Ємність обвалована, висота обваловки (Н), м 1,0

4. Температура повітря, ^оС 20

5. Швидкість вітру (V), м/с 4

6. Азимут вітру (А), град. 270

7. Час аварії 12.00

8. Хмарність напівясно

9. Місцевість закрита,ліс,1 км

10. Кількість людей, що працює на ОГД 250

11. Забезпеченість протигазами, % 60

12. Відстань від ХНО до ОГД (R_O), км 3,0

Розрахунок:

За табл. 3.5. визначається ступінь вертикальної стійкості атмосфери (день, напівясно, V= 4 м/с) – ізотермія.

1. Визначення розмірів (глибини, ширини та площі) зони хімічного забруднення.

1.1. Глибина прогнозованої зони розповсюдження хмари зараженого повітря з уражаючими концентраціями (Гпзхз, км) визначається розрахунком за формулою:

Гр = Гт/Ксх- Гзм,

де: Гт - табличне значення глибини зони, за табл. 3.33 для умов: місцевість відкрита, Q = 70 т; ступінь вертикальної стійкості повітря (СВСП) - ізотермія, температура повітря – 20 ^оС, швидкість вітру V = 4 м/с, Гт = 20,2 км.

Ксх - коефіцієнт, що враховує тип сховища і характеризує зменшення глибини розповсюдження хмари НХР при виливі "у піддон" (при умові зберігання НХР в обвалованих ємностях) за табл. 3.18 з урахуванням висоти обвалування Н = 1 м, Ксх = 5,3.

Гзм - величина, на яку зменшується глибина розповсюдження хмари НХР на закритій місцевості (міська, сільська забудова, лісовий масив), км, визначається за формулою:

Гзм = L(1 - 1/Кзм)

де L = 1 км - довжина закритої місцевості на осі сліду хмари НХР, км;

Кзм - коефіцієнт зменшення глибини розповсюдження хмари НХР для кожного 1 км довжини закритої місцевості за табл. 3.18, Кзм = 1,7 км.

Гзм = 1 - 1/1,7 = 0,41 км

Гр = 20,2/5,3 – 0,41 = 3,4 км.

Після визначення розрахункової глибини отримане значення Гр порівнюється з максимальним значенням глибини переносу повітряних мас Гп за 4 години: Гп = 4 W, км;

де W - швидкість переносу повітряних мас (табл. 3.17) при заданих V = 4 м/с і ізотермії, W = 24 км/год,

Гп = 4 · 24 = 96 км

Найменше з порівняних величин приймається за фактичну прогнозовану глибину зони забруднення, тобто Гпзхз = min{Гп; Гр} = min{3,4; 96} = 3,4 км.

1.2. Ширина прогнозованої зони хімічного забруднення (Шпзхз)

при ізотермії Шпзхз = 0,3 Гпзхз^0,75 = 0,3·3,4^0,75 = 0,75 км;

1.3. Площа зони хімічного забруднення

При прогнозуванні визначаються:

а) Площа зони можливого хімічного забруднення (ЗМХЗ).

Sзмхз = 8,72 · 10^-3 ·Гпзхз² ·Ф км²,

З табл. 3.20 для V = 4 м/с Ф = 45^о, тоді

Sзмхз = 8,72 · 10^-3 ·3,4² ·45 = 4,54 км²,

б) Площа прогнозованої зони хімічного забруднення (ПЗХЗ) розраховується за формулою

Sпзхз = К·Гпзхз² ·N^0,2 км²,

де К – коефіціент, для ізотермії К = 0,133 (табл. 3.21.);

N – час, на який розраховується глибина ПЗХЗ (N = 4 год.).

Sпзхз = 0,133·3,4² ·4^0,2 = 2,03 км².

2. Визначення часу підходу хмари зараженого повітря до об’єкта (t_підх).

Час підходу хмари НХР до заданого об’єкта залежить від швидкості перенесення хмари повітряним потоком W, на що впливає швидкість вітру, і визначається за формулою:

t _підх = R_O/W, год,

де R_O - відстань від місця аварії (джерела забруднення) до заданого об’єкта, км;

t _підх = 3/24 = 0,125 год = 7,5 хв.

3. Визначення тривалості дії фактора хімічного забруднення (typ).

З табл. 3.35. для хлорпікріну при висоті піддона Н = 1 м, при температурі повітря 20^о і V = 4 м/с t_yp = 332 год.

4. Визначення можливих втрат робітників і службовців об’єктів господарювання й населення в осередку хімічного ураження.

З табл.3.23 при 60% забезпеченістю протигазами втрати людей становлять:

- при перебуванні на відкритій місцевості 250 · 0,4 = 100 чол.

- при перебуванні у будівлях і простіших укриттях 250 · 0,22 = 55 чол.

Структура втрат становить (примітка до табл. 3.23.):

- легкого ступеня 100·0,25 = 25 чол.;

- середньої тяжкості 100·0,4 = 40 чол.;

- смертельне ураження 100·0,35 = 35 чол.

Результати оцінки хімічної обстановки:

Висновки

1. ОГД може опинитись у зоні хімічного забруднення (R_О<Гпзхз).

2. Хмара зараженого повітря підійде до об’єкта через 7,5 хв., що не дає змоги вивести людей із зони забруднення.

3. Тривалість дії уражаючого фактора НХР велика – 332 години.

4. Основні заходи щодо захисту людей:

- негайне оповіщення виробничого персоналу про загрозу хімічного забруднення;

- терміново зупинити виробництво і розмістити людей у сховищі; систему повітропостачання включити в режим фільтровентиляції;

- вести хімічну розвідку на об’єкті безперервно;

- забезпечити виробничий персонал протигазами на 100 відсотків.

Графічний додаток