Глава 9 оценка химической обстановки

9.1. Выявление химической обстановки при выбросах (разливах) ахов методом прогнозирования

Руководящим документом по прогнозированию масштабов зон заражения на случай аварийных выбросов АХОВ в настоящее время является "Методика прогнозирования масштабов заражения СДЯВ при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте"*. Методика используется при планировании и осуществлении мероприятий по обеспечению безопасности производственного персонала и населения и ликвидации последствий аварий с выбросом (выливом) АХОВ.

Исходные данные при заблаговременном прогнозе на случай возможной аварии характеризуются большой неопределенностью. В этом случае используются следующие допущения:

' Методика утверждена штабом ГО СССР и Комитетом гидрометеорологии при кабинете министров СССР и введена с 01.07.1990 г.

• выброс массы АХОВ происходит из максимальной по объему емкости полностью;

• метеорологические условия: инверсия, скорость ветра м/с (на высоте 10 метров), температура воздуха

• толщина слоя жидкости h: для АХОВ, разлившихся свободно на поверхности, h = 0,05 м по всей площади разлива; для АХОВ, разлившихся в поддон или обваловку, определяется по формуле:

где //- высота поддона (обваловки), м.

Для емкостей, расположенных группой с одним поддоном (в одной обваловке) или в помещении, толщина слоя жидкости принимается равной:

где - количество разлившегося АХОВ, т;

S - площадь разлива, м ; d— плотность сжиженного (жидкого) АХОВ, т/м .

Исходными данными для оперативного прогнозирования масштабов заражения АХОВ в условиях происшедшей ЧС являются:

• конкретные данные о наименовании, агрегатном состоянии и количестве АХОВ, выброшенного в атмосферу, и характер его разлива на подстилающей поверхности ("свободно", "в поддон" или "обваловку");

• толщина слоя /? разлившегося АХОВ;

• реальные на момент аварии метеорологические условия: температура воздуха, направление и скорость ветра на высоте 10 метров, степень вертикальной устойчивости воздуха;

• характер местностив районе аварии - открытая или закрытая (лесные и жилые массивы, холмистая или гористая местность, наличие зданий, подвижного состава на ОЖДТ и т. п.).

К исходным данным относится также расчетное время, на которое производится прогноз с момента начала происшедшей или возможной аварии -

Необходимо учитывать, что предельное время пребывания людей в зоне заражения (исходя из возможностей СИЗ надежно защищать людей) и максимальная продолжительность сохранения неизменными метеорологических условий составляет 4 часа. По истечении указанного времени или при изменении метеорологических условий оперативный прогноз обстановки уточняется.

121

Поэтому при оперативном прогнозе время после аварии, на которое производится прогноз , не должно превышать 4 часов ( < 4 ч).

Соблюдая это условие, при оперативном прогнозе принимается равным 1 часу или времени подхода зараженного облака к объекту (определенному рубежу) .(Если превышает 4 часа, то принимается равным 4 часам.)

При заблаговременном прогнозе заранее неизвестно когда и как будут меняться метеоусловия, поэтому обычно принимают равным времени поражающего действия АХОВ , приравненному к времени его испарения , час.

(9-0

где - толщина слоя вылившегося АХОВ, м;

- плотность АХОВ, т/м³ (табл. 9.2);

- коэффициенты в формуле (9.3).

Методикой предусматривается масштабы зон заражения определять в зависимости от физико-химических свойств и агрегатного состояния АХОВ:

• для сжиженных газов - по первичному и вторичному облаку;

• для сжатых газов - по первичному облаку;

• для жидкостей - по вторичному облаку.

(Понятия о первичном и вторичном облаке приведены в главе 4.) При прогнозировании определяются:

1. Расчетная глубина зоны возможного химического заражения , которая учитывает суммарное воздействие первичного и вторичного облаков, увеличивающее размер зоны. При образовании только первичного или только вторичного облака расчетная глубина зоны заражения приравнивается к глубине зоны заражения, соответственно, первичным или вторичным облаком.

2. Угол - угловая характеристика (угловые размеры) ЗВХЗ, зависящая от скорости ветра (табл. 9.1).

Таблица 9.1 Угловые размеры ЗВХЗ в зависимости от скорости ветра

V. м/с	< 0,5	0,6-1,0	1,1-2,0	>2,0
ф,град	360	180	90	45

3. Площадь зоны возможного и фактического химического заражения , км².

Последовательность расчетов при выявлении химической обстановки методом прогнозирования представлена в блок-схемах I, II и III на рис. 9.1.

Pиc. 9.1. Б.юк-схсмы расчетов при прогнозе химической обстановки Условные обозначения в приведенных схемах: - эквивалентное количество АХОВ соответственно в первичном и вторичном облаке, т. Под эквивалентным количеством АХОВ понимается такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии

123

эквивалентен масштабу заражения при данной степени вертикальной устойчивости атмосферы количеством АХОВ, перешедшим в первичное (вторичное) облако;

- глубина зоны заражения соответственно первичным и вторичным облаком,км;

- полная глубина зоны заражения, км;

- предельное значение глубины переноса воздушных масс за время , на которое производится прогноз;

- расчетная глубина ЗВХЗ, км;

- площадь зоны возможного химического заражения, км ;

- площадь зоны фактического заражения, км².

В основу определения глубин зон заражения, образованных первичным (вторичным) облаком АХОВ, положено численное решение сложного нелинейного уравнения. Для упрощения расчетов в методике, рекомендуемой МЧС, используются коэффициенты, заменяющие члены уравнения.

Эквивалентное количество вещества, т, в первичном облаке определяется по формуле:

(9.2)

Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке, т, рассчитывается по формуле:

(9.3)

где - коэффициент, зависящий от условий хранения АХОВ (табл. 9.2);

- коэффициент, зависящий от физико-химических свойств АХОВ (табл. 9.2);

- коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого АХОВ (табл. 9.2);

- коэффициент, учитывающий скорость ветра (табл. 9.3);

- коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости воздуха (принимается равным: для инверсии - 1; для изотермии - 0,23; для конвекции - 0,08);

- коэффициент, зависящий от времени, прошедшего после начала аварии , на которое производится прогнозирование.

При оперативном прогнозировании значение определяется по формуле:

или по графику рис. 9.2 ( < 4 ч).

Рис. 9.2. График зависимости от

При заблаговременном прогнозировании ( определяет-

ся по формуле (9.1)).

Kj - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (табл. 9.2);

Qo - общее количество выброшенного (разлившегося) при аварии АХОВ, т.

При разгерметизации емкостей со сжатым газом Qo рассчитывается по формуле:

(9.4)

где d - плотность АХОВ, т/м'(табл. 9.2); V д - объем емкости, м³.

Рассчитанные по формулам (9.2) и (9.3) значения £?_э и Q₃ используются для определения глубины зон заражения первичным Г\ и вторичным Г2 облаком, км, по табл. 9.4.

125

Таблица 9.2

Значения вспомогательных коэффициентов для определения глубин зон заражения некоторыми АХОВ

Наименование АХОВ	Плотность АХОВ, т/м3		Значения коэффициентов
		Сжи-	K7 для температуры воздуха. "С
	Газ	женный газ, жидкость	K1	Кг	Ki	-40	-20	0	20	40
1. Аммиак	0.0008	0.681	0.18	0,025	0,04	0/0.9	0,3/1	0.6/1	1/1	1.4/1
2. Сероводород	0,0015	0,964	0,27	0,042	0,036	0,3/1	0,5/1	0,8/1	1/1	1,2/1
3. Соляная кислота	-	1,198	0	0,021	0,3	0	0,1	0,3	1	1,6
4. Хлор	0,0032	1.553	0,18	0,052	1.0	0/0.9	0,3/1	0.6/1	1/1	1.4/1

Примечание. Для коэффициента Ki при определении глубины ЗВХЗ значения приведены в числителе при воздействии от первичного облака, в знаменателе - при воздействии от вторичного облака.

Таблица 9.3 Зависимость коэффициента K_t от скорости ветра

Скорость ветра, м/с	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	15
K4	1	1.33	1,67	2,0	2,34	2,67	3,0	3.34	3.67	4,0	5,68

Таблица 9.4 Глубина зон заражения АХОВ, км

Скорость ветра, м/с	Эквивалентное количество АХОВ, т
	0,1	0,5	1	3	5	10	20	30	50	70	100	500
1 и менее	1,25	3,16	4,75	9,18	12,53	19,20	29,56	38,13	52,67	65,23	81,91	231
2	0.84	1.92	2.84	5.35	7,2	10,85	16.44	21,02	28,73	35,35	44.09	121
3	0.68	1.53	2.17	3.99	5.34	7.96	11,94	15.18	20.59	25.21	31.30	84.5
4	0.59	1.33	1.88	3.28	4,36	6,46	9.62	12.18	16.43	20.05	24.8	65,92 1
5	0.53	1.19	1.68	2.91	3,75	5,53	8,19	10.33	13,88	16,89	20,84	54,67 !
10	0.38	0,84	1,19	2,06	2,66	3,76	5,31	6.5	8.5	10,23	12.54	31.61
15и более	0,31	0,69	0,97	1,68	2,17	3,07	4,34	5,31	6,86	8,11	9,7	23,5

Найденные значения Г_] и Г₂ позволяют определить полную глубину зоны возможного химического заражения Г_тя„ по формуле:

(9.5) где Г' - наибольший, а Г" - наименьший из размеров Г_] и Г₂ ■

Полученное значение Г_пот необходимо сравнить с возможной предельной глубиной переноса воздушных масс Г_прея за тот же период Т_аа, которая рассчитывается по формуле:

(9.6)

где Крер - скорость переноса переднего фронта облака АХОВ, км/ч (табл. 9.5).

Таблица 9.5 Скорость переноса зараженного воздуха

Основной параметр зоны возможного химического заражения 7"_рас,, для сжиженных газов определяется путем сравнения значений Г„ и Г_ирсл и выбора из них наименьшей величины, т. е.:

Для сжатых газов за Г_ркч принимается меньшее из значений Г^ и Г

' пред-

Для жидких АХОВ за Г_рзсч принимается меньшее из значений Г₂ и

Г

' пред-

В случае распространения зараженного воздуха на закрытой местности /"расч уменьшается в 3-3,5 раза (в зависимости от плотности застройки города,-характеристики лесного массивы и рельефа местности, наличия на ОЖДТ зданий, сооружений и подвижного состава).

Определив значение Г_рз<:ч и угловую характеристику зоны - угол (табл. 9.1), на схему (карту) наносят ЗВХЗ в виде окружности, полуокружности или сектора с радиусом /", равным

127

Порядок нанесения на схемы и карты ЗВХЗ

Центр ЗВХЗ совпадает с источником заражения, который наносится в виде площади разлива жидкого АХОВ только на крупномасштабные схемы и карты. В остальных случаях источник заражения принимается за точку, из которой происходит распространение паров облака АХОВ. С внутренней стороны границы ЗВХЗ оттеняются желтым цветом.

Рядом с источником заражения черным цветом наносятся следующие данные:

• в числителе - наименование и количество АХОВ, выброшенного в окружающую среду, т;

• в знаменателе - дата и время выброса АХОВ

Зоны возможного химического заражения наносятся на схемы и карты для выработки и принятия решения на организацию защиты производственного персонала объектов и населения.

Рис. 9.3. Конфигурация ЗВХЗ при различной скорости ветра

Считается, что зона фактического заражения находится в пределах ЗВХЗ. Ввиду возможных перемещений облака АХОВ под воздействием ветра фиксированное изображение фактического заражения на схемы (карты) не наносится.

При скорости ветра не более 0,5 м/с зона возможного заражения имеет вид окружности (рис. 9.3, а), угол ; радиус окружности

При скорости ветра 0,6-1 м/с зона заражения имеет вид полуокружности (рис. 9.3, б), угол ; радиус полуокружности . Бис-

сектриса угла совпадает с направлением вектора скорости ветра (ось следа облака).

При скорости ветра больше 1 м/с ЗВХЗ имеет вид сектора (рис. 9.3, в);

радиус сектора равен . Биссектриса угла сектора совпадает с направ-

лением вектора скорости ветра.

Для организации оповещения о химической опасности и организации защиты определяют площадь ЗВХЗ , км", как площадь окружности, полуокружности или сектора по формуле:

Для определения части площади зоны заражения, приходящейся на территорию объекта (города), рассчитывают площадь зоны фактического заражения , км , по формуле:

(9.8)

где - коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости воздуха, принимаемый равным: 0,081 при инверсии; 0,133 при изотермии; 0,235 при конвекции;

- время, прошедшее с начала аварии, ч.

Пример 9.1. В западной части железнодорожной сортировочной станции произошло опрокидывание и разгерметизация железнодорожной цистерны с разливом сжиженного хлора массой 40 тонн.

Метеоусловия: азимут ветра на высоте 10 метров - 270 градусов; скорость ветра - 5 м/с; изотермия; температура воздуха - 0

Местность закрытая (в восточном направлении от места аварии размещены парки станции с подвижным составом, производственные здания и сооружения). Общая протяженность станции (с Запада на Восток) составляет 4 км.

Требуется: выявить возможную химическую обстановку на сортировочной станции через 1 час после начала аварии ( = 1 час) методом прогнозирования.

Решение:

1. Так как в разгерметизированной железнодорожной цистерне хлор находится в сжиженном состоянии, то принимаем последовательность расчетов, указанную в блок-схеме III (рис. 9.1).

2. По табл. 9.2 и 9.3 определяем значения коэффициентов. Для данных метеоусловий и условий выброса они составляют: =0,18; = 0,052;

129

для первичного облака и для

вторичного облака. Толщина разлившегося слоя сжиженного хлора ,.. м

(свободный разлив из цистерны). Плотность сжиженного хлора т/м (табл. 9.2).

3. По условию задачи ч, следовательно,

3. По формуле (9.2) определяем эквивалентное количество хлора в первичном облаке:

5. По табл. 9.4 находим глубину зоны заражения первичным облаком:

6. По формуле (9.3) определяем эквивалентное количество хлора во вто ричном облаке:

7. Находим глубину зоны заражения вторичным облаком. По табл. 9.4 глубина заражения для Ют составляет 5,53км, для 20т-8,19 км. Путем интерполяции находим глубину зоны заражения для 11,8 т:

8.11о формуле (9.5) находим полную глубину ЗВХЗ:

9. Предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс Г_щжл рассчитываем по формуле (9.6):

10. Из условия за расчетную глубину ЗВХЗ принима ем , т. е. . Учитывая, что местность закрытая

2,3 км.

11. Угол ф при скорости ветра равен 45 градусов (табл. 9.1).

11. Значения площадей зон возможного и фактического заражения соответственно составляют:

_ г-2

Па основании проделанных расчетов на схему сортировочной станции наносится ЗВХЗ, радиус которой равен , а угол градусов.

Зона фактического заражения будет находится в пределах ЗВХЗ с учетом возможного изменения направления ветра. Так как зона фактического заражения по глубине не выходит за пределы сортировочной станции ( ), то площадь

фактического заражения на территории станции составит ориентировочно 0,7 км².

В ряде случаев в оперативных целях для прогнозирования химической обстановки применяют ускоренные методы расчета с использованием усредненных табличных данных. Эти методы упрощают расчеты, допуская незначительный процент ошибки результатов по сравнению с рассмотренной методикой.

Один из ускоренных методов предусматривает использование усредненных таблиц, составленных для хлора. Для расчета других видов

АХОВ определяется эквивалентное количество хлора по сравнению с

количеством выброшенного в окружающую среду АХОВ

(9.9)

где - коэффициент эквивалентности хлора по отношению к другому

АХОВ.

Для расчетов используются три таблицы. В первой таблице (прил. 6) приведены АХОВ к хлору при температуре +20 °С, а также попра-

вочные коэффициенты к глубине и площади зоны заражения при

температурах воздуха, отличных от +20 °С. Во второй таблице (прил. 7) указаны значения глубины и площади заражения при аварийном выбросе (выливе) хлора в свободный разлив в зависимости от массы выброшенных АХОВ, степени вертикальной устойчивости воздуха и скорости ветра. В третьей таблице (прил. 8) приведены значения глубины и площади заражения при аварийном выбросе (выливе) хлора в поддон с учетом тех же условий, что и во второй таблице.

Пример 9.2. В условиях примера 9.1 в результате аварии из железнодорожной цистерны вылилось 35 т соляной кислоты ( =5 м/с, = 0 °С, изотермия, местность закрытая). Определить параметры зоны возможного химического заражения: и угол с использованием ускоренного метода расчета.

Решение:

1. Соляная кислота представляет собой жидкость, при выливе которой на подстилающую поверхность происходит испарение и образование только вторичного облака.

2. Определяем эквивалентное количество хлора по формуле (9.9):

= 7 при +20 °С (прил. 6). 3. По прил. 7 для свободного разлива 5 т эквивалентного количества хлора при изотерм ни и скорости ветра 5 м/с глубина заражения вторичным облаком составит = 2,02 км.

4. С учетом поправочного коэффициента (прил. 6) для к глубине зоны вторичного заражения получим:

5. При предельной глубине ЗВХЗ (формула (9.6), расчетная глубина равна и для закрытой местности составит:

6. При скорости ветра угол градусов (табл. 9.1).