2.9. Расчет загрязнения атмосферы кратковременными выбросами наземных источников

Необходимые расчеты по загрязнению атмосферы при кратковременных выбросах от наземных источников (разрывы трубопроводов, аварийная разгерметизация емкостей и т.п.) сводятся к следующему.

Максимальная (вблизи источника) концентрация вредных веществ с_а (мг/м³) от наземных кратковременных источников определяется по формулам точечных источников

с_а = AMt/x³;

где А=0,11 - константа; М-мощность выброса, мг/с; t- возможная продолжительность аварийного выброса, с; X - расстояние от центра источника выброса до расчетной точки, м.

Линейные источники с_а = AM₁t/x ; где А=0,17.

Значение М₁=∑М/в,

где ∑М - суммарная величина выброса всех источников, м/с; В-проекция границ промплощадки на линию, перпендикулярную оси промузел - город, м.

При особо неблагоприятных метеоусловиях (штиль, инверсия) рекомендуется принимать t равным продолжительности особо неблагоприятных метеоусловий.

2.10. Расчет приземных концентраций вредных веществ на промышленной площадке с учетом влияния застройки

Процесс рассеивания вредных веществ из затененных и незатененных источников отличаются друг от друга. Это обусловлено влиянием застройки на территории предприятия. Влияние застройки (здания и сооружения) на загрязнение воздуха на промышленной площадке связано с изменением характера воздушных течений вблизи источника. Дополнительным фактором при этом является изменение зданиями направления и скорости ветра, образование циркуляционных зон и зон подпора воздуха, т.е. образуются ветровые тени (застойные зоны). Учет влияния застройки, в случаи необходимости, осуществляется для источников средней высоты, низких и наземных источников (см. раздел 2.2), причем за высоту источника принимается высота устья над уровнем подстилающей поверхности.

Ниже приведены методики расчета концентраций вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятия, в двухметровом слое над поверхностью земли на промышленной площадке с учетом влияния ее застройки.

Общие расчетные параметры

Общие расчетные параметры предопределяют алгоритм дальнейших расчетов и определение их заключается в следующем.

1. Для каждого из рассматриваемых источников выбросов определяется по методикам раздела 2.3 значения максимальной приземной концентрации С_м (мг/м³), расстояния Х_м (м) и опасной скорости ветра u_м (м/с) для условий отсутствия застройки.

2. Для всех рассматриваемых зданий на промышленной площадке при заданном направлении ветра определяются размеры трех основных ветровых теней (рис.2.15): I- подветренная; II- на крыше; III – наветренная (зона подпора).

Значения Н_I, Н_II, Н_III высоты над уровнем земли ветровых теней указанных типов и их протяженности L_I, L_II, L_III определяются формулами

Н_I=Н₃, L₁=4L*

при L_д< 2L*: Н_II=Нз+0.4L_д, L_II=L_б,

при L_д>2L*: Н_II=Нз+0.4L, L_II=L*,

H_III⁼0,5L*, L_III=L*,

где

L*=H₃ при H₃≤L_ш,

L=L_ш при Н₃>L_ш.

Размеры L_д и L_ш устанавливаются в зависимости от направления ветра. В случаях, когда ветер направлен по перпендикуляру к стене здания, длина этой стены принимается за L_ш, а длина смежной стены - за L_д (рис.2.15 б).

Границы ветровых теней устанавливаются по графикам, приведенным на рис. 2.15 в-д, или по формулам:

при 0≤х≤4L*;

при 0<x<L_II

при 0≤x≤L*,

где х- расстояние вдоль направления ветра от расчетной точки до стены здания, м.

В случаях, если высота ветровых теней Н_в в зонах I, II, III будет менее 2 м, то принимается Н_в=2м.

Рис. 2.15. Схема и графики для определения границ ветровых теней

Рассматриваемое здание, как правило, аппроксимируется параллелепипедом (рис.2.16) высотой Н₃, длиной L׳_д (размер наибольшей стороны основания) и шириной L'_ш. Высота Н₃ определяется по формуле

где V₃ - фактический объем здания; S₀ - фактическая площадь основания. Значения L'д и L'_ш должны удовлетворять условию L'_дL'_ш=S₀, а положение боковых сторон аппроксимирующего параллелепипеда выбирается так, чтобы они были близки к стенам зданий.

Расчетная схема здания

3. Производится проверка необходимости расчета загрязнения воздуха с учетом застройки.

Расчет производится в случаях, если здание удалено от источника на расстояние менее х_м, или когда источник расположен на здании или в зонах возможного образования ветровых теней при одновременном соблюдении условия для всех случаев, что высота здания не менее 0,4 высоты источника или когда здание удалено от источника на расстояние больше чем 0,5х_м и основание источника не размещается в зоне ветровой тени и соблюдается одновременно условие высота здания превышает 0,7 высоты источника (Н₃ > 0,7Н).

Не подлежат учету здания высотой менее 5 м, а также здания с линейным максимальным размером по горизонтали менее 10 м.

4. Максимальное значение концентрации c_м в расчетной точке промышленной площадки с учетом застройки определяется по формуле

с_м= с_мη,

где η - поправка, учитывающая влияние застройки.

Расчет максимальной концентрации вредных веществ на промышленной площадке от одиночного точечного источника с учетом застройки в виде одного здания

Расчет выполняется с учетом расположения источника относительно здания.

Случай 1

При размещении основания источника в зонах возможного образования подветренной тени при перпендикулярном к стене направления ветра (рис. 2.17 а), максимальная концентрация достигается при переносе воздуха по перпендикуляру от здания к источнику.

1. Значение максимальной концентрации с_м(мг/м³) вычисляется по формуле

с_м = c_мη,

где с_м - максимальная приземная концентрация, вычисленная без учета застройки, мг/м³; η - поправка, учитывающая влияние застройки.

Схема к расчету поправки η

2. Значение поправки определяется по формуле

η_м=ύ₁έ_м+S₁(1-έ_м),

где ύ₁=r₃ήs; έ_м, S₁ - безразмерные коэффициенты, учитывающие наличие застройки.

3. Значение коэффициенты г₃ определяется в зависимости от отношения u_м/u_м по графику рис. 2.18 или по формулам

при ≤1,

при >1.

График для определения безразмерных коэффициентов r₃,р₃

Значение u_м при расчете определяется по формулам п.З раздела 2.3 с использованием параметров, вычисляемых по формулам п. 1 раздела 2.3.

При этом необходимо учитывать следующее. Если

высота источника (Н) меньше высоты зоны ветровой тени (Н_в) в точке расположения источника (Н<Н_В), рис. 2.19 а), то расчет значений ν_м производится при замене высоты источника (Н) на высоту зоны тени (Н_в), Если Н>Н_в (рис. 2.19 б), то u_м=u_м (расчетные данные по п.1) и г₃=1.

Схема к расчету значений v_м, f

4. Значение коэффициента ή определяется следующим образом. При Н≥Н_в коэффициент ή определяется по графику (рис.2.20) или формуле

При Н<Н_В принимается значение,_определенное при условии Н=Н_в. При расчетном значении ή< 1,4 в дальнейших расчетах принимается: ή_м=1; с_м=с_м; u_м=u_м; х_м = х _м.

График для определения безразмерного коэффициента ή

5. Значение коэффициента S определяется в зависимости от аргумента t₁ по графику (рис.2.21) или формуле

S=0.67t₁⁴-2t₁³+2t₁² при 0≤t₁<1

при 1≤ t₁≤8;

;

при 8<t₁≤50;

при t₁>50.

Значение аргумента t₁ определяется по формуле

,

где при Н<Н_в коэффициент р₃ устанавливается в зависимости от отношения u_м/u_м по графику, приведенному на рис. 2.18, или по формулам:

р₃=3 при ≤0,25;

р₃=8,43(1- )⁵+1 при 0,25< ≤1;

р₃=0,32 +0,68 при >1.

При Н>Н_В значение р_з=1. Если при этом ύ≤1, где ύ₁ определяется по формуле п.2, то принимается соотношение

η_м=1; с_м=с_м; u_м=u_м; х_м=х_м.

Для низких источников (т.е. при Н<10 м), коэффициент s при расчете ύ₁ по формуле п.2 заменяется на s_L, где s_L определяется по формулам:

s_L=1 при t₁≤1 и Н≤2 м;

s_L=0.125 (10-H)+0.125(H-2)s при t₁≤1 и 2 <H<10 м;

s_L=s+0.4/t₁ при t₁>1и H≤2 м;

при t₁>1и 2 <H<10 м;

Графики для определения безразмерного коэффициента S

Значение коэффициента έ_м определяется в следующем порядке. Предварительно по графику (рис. 2.22) или формулам находится вспомогательный угол φ_к (в градусах) в зависимости от отношения t₂=L_ш/L_д (см. рис.2.16 и пояснения к п. 1 раздела по определению общих расчетных параметров).

Расчетные формулы

φ_к=136,5t₂⁴-364t₂³+273t₂² при t₂≤1,

при t₂>1

Затем по графику (рис. 2.23) или формуле определяется значение коэффициента έ_м в зависимости от значения аргумента

при u_м≤5 м/с;

t₃=2,24φ_к при u_м>5 м/с.

Расчетная формула

График для определения вспомогательного угла φ

График для определения безразмерного коэффициента έ_м

7. Значения коэффициента s₁ принимается при Н/Н_В≥1 равным 1, при Н/Н_В<1 определяется с учетом отношения έ=х_в/р₃х_м (где х_в – удаление основания источника от границы ветровой тени, см. рис. 2.19). Если έ ≥1, то коэффициент S₁=l, при έ< 1 коэффициент S₁ находится по графику (рис. 2.24) в зависимости от отношения

έ=х_в/р₃х_м.

График для определения безразмерного коэффициента S₁

8. Расстояние х_м(м) от источника до точки, в которой достигается значение с_м определяется по формулам

при έ≥1 х_м=р₃х_м;

при έ< 1 и Н/Нв≤1 х_м=х_м;

при έ< 1 и Н/Нв>1

9. Определяется расчетное значение поправки ή_м. В случае ή_м≤1 принимается: ή_м=1; с_м=с_м; u_м=u_м; х_м=х_м.

Случай 2

При размещении основания источника в зонах, где образование подветренной тени возможно только при направлении ветра, отличном от направления нормалей к стенам здания (см. рис. 2.17,6 и 2.25,6), максимальная приземная концентрация c_м достигается при опасном направлении ветра, соответствующем переносу воздуха к источнику от ближайшего к нему угла здания. Расчет η_м производится при этом по формулам п.2 со следующими изменениями:

Рис.2.25 Схема к расчету безразмерных коэффициентов έ_м, ή_м

Для определения того, какая из сторон здания при указанном направлении ветра является подветренной, через центр здания (рис. 2.25 а) проводится прямая, ориентированная вдоль направления ветра. Если эта прямая находится внутри или на границах угла, который образован диагоналями, примыкающими к более длинной стороне здания (например, к стороне CD на рис. 2.25а), то данная сторона рассматривается как подветренная и ее длина обозначается L_ш, а длина смежной стороны – L_д. В противном случае подветренной является более короткая сторона здания. Полученное значение L_ш используется для определения L* по формуле п.2 раздела 2.10. по определению общих расчетных параметров.

Величина έ_м вычисляется из соотношений:

έ_м =0,5(έ_м' + έ_м") при γ<φ_к, έ_м=0,5(έ-έ") при γ>φ_к,

где γ - положительный острый угол (в градусах) между опасным направлением ветра и нормалью к стене здания (рис. 2.25 а). Здесь έ' находится по графику, приведенному на рис. 2.23, или по формуле п.6 как значение έ_м, вычисленное по аргументу t₃ (формула п.6) при замене φ_к на φ_к+γ, а έ" вычисляется аналогичным образом при замене φ_к на |φ_к-γ|.

Случай 3

Для источников, основание которых расположено вне зоны возможного образования подветренной тени (см. рис.2.17 в, г и 2.25г) опасное направление ветра соответствует переносу воздуха от здания к источнику по нормали (рис.2.17 в) или по направлению от ближайшего угла здания (рис. 2.17 г). Если при этом расстояние от источника до границы ветровой тени х_в (рис. 2.17 в, г) удовлетворяет условию х_в≤1,5L* (где L* определяется в соответствии с п. 2 раздела по определению общих расчетных параметров), то

где η_мв и х_мв определяется в соответствии с порядком расчета по случаю 1 или 2 как значения η_м и х_м для источника, расположенного на границе зоны ветровой тени (т.е. в точке с координатой х_в). При x_B>l,5L* принимается η_м=1.

Расчет концентрации вредных веществ на промышленной площадке от одиночного источника при размещении его на крыше

здания

Метод расчета загрязнения атмосферы выбросами от затененного источника, расположенного на крыше здания, предложенный В.М. Эльтерманом, позволяет определить значение и место нахождения максимальной концентрации вредных веществ в заветренной или единой циркуляционной зоне узкого здания (Н/Н₃≤2,5)

Расчет выполняется следующим образом.

1. Определяется максимальная приземная концентрация вредного вещества с_мт (мг/м³) на территории промышленной площадки по формуле

с_мт = 530МφЕк/Dώ₀Н₃,

где М-мощность выброса, г/с; φ- коэффициент скорости, учитывающий поле скорости над зданием при обдувании ветром; К-коэффициент, учитывающий изменение максимальной концентрации в приземном слое в зависимости от отношения L/H₃; L, Н₃ - длина и высота здания, м; ώ₀ - вертикальная составляющая скорости выхода газовоздушной смеси из устья источника, м/с; D- диаметр устья источника, м. Коэффициент к принимается по п. 1 следующего раздела.

Значения ώ₀ и D связаны соотношением

D=(4V1/πώ₀)^0,5,

где V₁- расход газовоздушной смеси через устье источника выброса, м³/c.

Значение коэффициента φ для отдельно состоящих зданий принимается с учетом значений параметров:

Е=Ве^-0,15В2;

В=(h²+3,3)^0,5-h;

H=(H-H₃)/H₃;

где Н - высота источника, м по нижеприведенным данным

h…0	0,25	0,5	0,75	1,0	1,2
В…0,55	0,635	0,72	0,81	0,93	1,02
Е…1,11	0,83	0,59	0,40	0,26	0,18
φ…0,8	1,0	1,1	1,2	1,4	1,4

Значения φ могут приниматься также с учетом места нахождения здания относительно других. Для зданий, расположенных среди застройки равным 1,2; для зданий, находящихся в зоне аэродинамической тени впереди стоящего здания или зоне подпора равным 0,8.

уходящего через фонарь, °С; t_H - температура наружного воздуха, ⁰С; Н₃-высота здания, м

Значение L/Н₃,к, к_ф (L, H₃ длина и высота здания, м) определяется по нижеприведенным данным:

L/Н3	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0	10
кф	-	0,9	1,0	1,15	1,3	1,45	1,65	1,8	2,1	2,2
к	1,2	1,3	1,15	1,0	0,8	0,65	0,5	0,35	0,28	0,33

2. Значение опасной скорости ветра u(м/c), при которой достигается максимальная приземная концентрация с_м (мг/м³) в атмосфере промплощадки определяется по формуле

u_м=0,93φ(q/H₃)^l/3,

где φ - коэффициент скорости, учитывающий поле скорости над зданием, обдуваемым ветром (принимается с использованием отношения L/H₃, приведенного в п.1 раздела по расчету выбросов от одиночного точечного источника, расположенного по крыше здания).

3. Определяется расстояние х_м(м) от фонаря до точки, в которой имеет место максимальное значение приземной концентрации с_м. Максимальная концентрация достигается на расстоянии 2,5 Н₃ от заветренной стороны здания. При значении отношения х/Н₃>2,5 расчет концентрации по оси факела, перпендикулярной длинной стороне фонаря определяется по формуле

с_х = с_меxр[2,5 -х/Н₃],

где X - расстояние до точки, м.

Наличие последующих по оси факела зданий приводит к увеличению концентрации за зданием, на крыше которого размещается источник. Это увеличение при Х_К/Н₃ > 1 оценивается поправкой, определяемой по формуле

к_п = 7 + 0,5 Н ₃/х_к,

где Х_к - расстояние между зданиями, м.

2.11. Расчет минимальной высоты источников выброса

Определение минимальной высоты источников выброса осуществляется с учетом условия, что концентрация каждого вредного вещества (С, мг/м ) не должна превышать максимально разовой предельно допустимой концентрации (ПДК) данного вещества в атмосферном воздухе населенных мест (табл. 2.1), а именно С≤ПДК или С≤ПДК_СС (для веществ с установленной только среднесуточной ПДК)

При наличии фонового загрязнения с концентрацией (С_ф) следует принимать С+С_ф≤ПДК. При отсутствии норм ПДК вместо них используется ОБУВ (ориентировочно безопасный уровень вредного вещества).

Расчет минимальной высоты источника выброса производится в следующем порядке.

1. Минимальная высота одиночного источника выброс а в виде трубы Н(м) определяется по формулам

1а. При ΔТ≈0 (разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в, измеряемая в ⁰С) по формуле

Значения составляющих формулы приведены в п.1 раздела 2.3.

При этом, если вычисленному значению Н (м) соответствует значение u׳_м=(1,3ώо D/H)≥2, то расчетная величина Н является окончательной (где ώо - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья трубы, равная ώо=4V₁/πD², м/с). Если ύ׳_м<2, то необходимо при найденном H=H₁ определить величину n=n₁ по рис.2.3 или по формулам расчета величины n (см. раздел 2.3) и последовательным приближением найти Н=Н₂ по Н₁ и n₁ ..., H=H_i+1 по Hi, ni по формуле

где n_i, n_i-1 - значение безразмерного коэффициента n, определяемого соответственно по значениям H_i, H_i-1.

Уточнение производится до тех пор пока два последовательно найденных значения H_i, H_i-1 практически не будут отличаться один от другого с точностью до 1 м.

1 б. При ΔТ>0 по формуле

Значения составляющих формул приведены в п.1 раздела 2.3.

При этом, если значение Н≤ώ₀(10D/ΔT)^1/2 ,то значение высоты источника (трубы) является окончательным. Если найденное значение Н>ώ₀(10D/ ΔT) ^1/2 , то предварительное значение минимальной высоты определяется по формуле

Н=(AMFη(ПДК-с_ф)( V₁ΔT)^1/3)^1/2

По вычисленному значению Н=Н₁ определяется значение параметров f, ύ_м, ύ׳_м, f_e (см. раздел 2.3) и устанавливаются в первом приближении значения коэффициентов m=mi, n=ni. Ели mn≠1, то по значению m₁, n₁ определяется второе приближение Н=Н₂ по формуле

H₂=H₁ (m₁n₁)^0.5

В общем случае (i+l)-e приближение H_i+1 определяется по формуле

H_i+1 =H_i(m₁n_]/m_i-1n_i1)^0.5,

где n_i, m_i - соответствуют Н_i, а m_i-1,n_i-1 отвечают Н_i-1.

Если через трубу одновременно выбрасывается несколько вредных веществ, то за высоту выброса должно приниматься наибольшее из значений Н, которые определяются для каждого вещества в отдельности или для групп веществ с суммирующим вредным действием. При этом необходимо учитывать, что при выбросе из трубы только двух вредных веществ с М_1, f₁ для одного и М₂, F₂ для другого, значение Н при F₁M₁>F₂M₂ определяется по выбросу первого вредного вещества, а при F₁M₁< F₂M₂ -по выбросу второго.