3.2. Методики прогнозирования

Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами (СДЯВ) при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах (ХОО) и транспорте регламентирована РД 52.04.253-90. Она распространяется на случай выброса СДЯВ в атмосферу в газообразном, парообразном или аэрозольном состоянии.

Данный РД рекомендует два вида прогнозирования:

1. заблаговременное – до аварии при максимальном количестве СДЯВ и худших метеоусловиях (степень вертикальной устойчивости атмосферы (СВУА) – инверсия и скорость ветра (U_в = 1 м/с);

2. оперативное – после аварии с учетом конкретного количества выброшенного (разлившегося) СДЯВ и реальных метеоусловий (СВУА и U_в) на момент аварии.

При заблаговременном прогнозировании рассматривают два варианта:

1) на случай разрушения единичной наибольшей емкости и разливом СДЯВ в поддон или обваловку (для сейсмических районов берут общий запас СДЯВ на объекте; при авариях на газо- и продуктопроводах – равным максимальному количеству СДЯВ, содержащему в газопроводе между автоматическими отсекателями, например, для аммиакопроизводсв это составляет 275...500 т);

2) на случай разрушения всего ХОО при свободном разливе всего количества СДЯВ на подстилающую поверхность толщиной h = 0,05 м.

Территорию, в пределах которой распространяются СДЯВ в опасных для жизни людей концентрациях, называют зоной химического заражения (ЗХЗ). Она возникает при проходе первичного и/или вторичного облаков СДЯВ. Первичное облако СДЯВ образуется в результате мгновенного (1...3 мин) перехода в атмосферу части СДЯВ из емкости (продуктопровода) при ее разрушении. Его образуют сжатые и сжиженные газы. Вторичное облако СДЯВ образуется в результате испарения разлившегося жидкого вещества и от сжиженного газа. Интенсивность испарения зависит от температуры наружного воздуха, которая меняется в течение суток.

Последствия химического заражения прогнозируются только по ингаляционной токсичности, т. е. через органы дыхания. Степень поражения СДЯВ а этом случае зависит от токсодозы – произведения концентрации СДЯВ в воздухе (мг/л) на время (ч) пребывания человека в зараженной атмосфере. Различают три токсодозы:

• пороговая – доза СДЯВ, вызывающая начальные симптомы поражения у 50% людей, находящихся в 3Х3;

• поражающая – доза СДЯВ, выводящая из строя 50 % людей;

• смертельная – доза СДЯВ, вызывающая смертельный исход у 50% пораженных.

Границы ЗХЗ устанавливаются по пороговой токсодозе.

При прогнозировании следует помнить о том, что метеоусловия сохраняются неизменными не более 4 часов. Затем прогноз обстановки необходимо уточнять. Об этом нельзя забывать при оповещении людей об опасности и выборе способов и средств их защиты.

3.2.1. Методика прогнозирования масштабов заражения сдяв при разрушении единичной наибольшей емкости

1. Определяют СВУА по таблице 2.1 в зависимости от метеоусловий на момент аварии.

Таблица 2.1 - СВУА по прогнозу погоды

Скорость ветра, Uв, м/с	Ночь		Утро		День		Вечер
	ясно, переменная облачность	сплошная облачность	ясно, переменная облачность	сплошная облачность	ясно, переменная облачность	сплошная облачность	ясно, переменная облачность	сплошная облачность
< 2	ИН	ИЗ	ИЗ (ИН)	ИЗ	КО (ИЗ)	ИЗ	ИН	ИЗ
2…3,9	ИН	ИЗ	ИЗ (ИН)	ИЗ	ИЗ	ИЗ	ИЗ (ИН)	ИЗ
≥ 4	ИЗ	ИЗ	ИЗ	ИЗ	ИЗ	ИЗ	ИЗ	ИЗ

Примечания: 1. Под термином "утро" понимают период времени в течение 2ч после восхода Солнца, а "вечер" – в течение 2 ч после захода Солнца; период от восхода до захода Солнца за вычетом двух утренних часов - день, а период от захода до восхода Солнца за вычетом двух вечерних часов – ночь.

2. Буквы в скобках – при снежном покрове.

3. Обозначения ИН следует читать как инверсия, ИЗ – изотермия к КО – конвекция.

Разные СДЯВ имеют различные токсичные свойства, приведенные в таблице 5.2. Поэтому эту особенность при расчете учитывают путем пересчета количеств тех или иных СДЯВ, выброшенных в окружающую среду, на эквивалентное количество хлора. Под эквивалентным количеством СДЯВ понимают такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии эквивалентен масштабу заражения при данной СВУА количеством СДЯВ, перешедшем в первичное (вторичное) облако.

2. Рассчитывают эквивалентное количество вещества,Q_э1, т, в первичном облаке СДЯВ по формуле:

Q_э1 = К₁ К₃ К₅ К₇ Q_О (2.1)

где К₁ – коэффициент, зависящий от условий хранения конкретного СДЯВ (таблица 2.2, для сжатых газов К₁ = 1);

К₃ – коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого СДЯВ (таблица 2.2);

К₅ – коэффициент, учитывающий СВУА (для инверсии К₅ = 1, для изотермии К₅ = 0,23, а для конвекции К₅ = 0,08);

К₇ – коэффициент, учитывающий влияние температуры наружного воздуха на момент аварии (таблица 2.2, а для сжатых газов К₇ = 1);

Q_о – количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т.

3. Находят продолжительность поражающего действия СДЯВ или время испарения, ч, СДЯВ с площади разлива по формуле:

(2.2)

где h – толщина разлившегося слоя СДЯВ, м (при свободном разливе h = 0,05 м по всей площади разлива, а при разливе в поддон или обваловку высотой Н величина h = Н – 0,2);

d – плотность СДЯВ, т/м³ (таблица 2.2);

К₂ – коэффициент, зависящий от физико-химических свойств СДЯВ (табл. 2.2);

К₄ – коэффициент, учитывающий U_в (таблица 2.3).

Таблица 2.3 - Величина К₄ в зависимости от скорости ветра U_в

Uв, м/с	1	2	3	4	5	6	8	10	15
К4	1	1,33	1,67	2,0	2,34	2,67	3,34	4,0	5,68

Таблица 2.2 - Характеристика СДЯВ и вспомогательные коэффициенты для определения глубины зоны заражения

№	СДЯВ	Плотность СДЯВ, т/м3		Пороговая токсодоза, (мг · мин)/л	Значение вспомогательных коэффициентов
		газ	жидкость		К1	К2	К3	К7 для температур воздуха
								-40	-20	0	20	40
1.	Аммиак: - хранение под давлением	0,0006	0,681	15	0,18	0,025	0,04	0 0,9	0,3 1	0,6 1	1 1	1,4 1
	- изотермическое хранение	-	0,681	15	0,01	0,025	0,04	0 0,9	1 1	1 1	1 1	1 1
2.	Водород хлористый	0,0016	0,191	2	0,27	0,037	0,30	0,4 1	0,6 1	0,8 1	1 1	1,2 1
3.	Диметиламин	0,0020	0,680	1,2	0,06	0,041	0,5	0 0,1	0 0,3	0 0,8	1 1	2,5 1
4.	Метиламин	0,0014	0,699	1,2	0,13	0,034	0,5	0 0,3	0 0,7	0,3 1	1 1	1,8 1
5.	Окислы азота	-	1,491	1,5	0	0,040	0,40	0	0	0,4	1	1
6.	Сернистый ангидрид	0,0029	1,462	1,8	0,11	0,049	0,333	0 0,2	0 0,5	0,3 1	1 1	1,7 1
7.	Сероводород	0,0015	0,964	16,1	0,27	0,042	0,036	0,3 1	0,5 1	0,8 1	1 1	1,2 1
8.	Хлор	0,0032	1,553	0,6	0,18	0,052	1,0	0 0,9	0,3 1	0,6 1	1 1	1,4 1
9.	Фенол	0,0007	0,778		0,1	0,046	1	0 0,2	0 0,2	0,3 1	1 1	2 1
10.	Ацетон	0,0006	1,176		1,12	0,034	1,1	0,2 0,7	0,5 0,9	0,9 1	1 1	2,3 1,3
11.	Окислы углерода	0,0009	1,122		1,57	0,044	1,1	0 1,4	0,4 1,6	1 1	1,2 1,6	1,6 1,7
12.	Окись азота	0,0003	1,49		0	0,04	0,4	0 0,1	0 0,3	0 0,7	1 1	1 1
13.	Формальдегид	0,0009	0,815		0,1	0,034	1	0 0,1	0 0,1	0,8 1	1 1	1,5 1
14.	Акролеин	0,003	0,84		0	0,013	0,75	0,1	0,2	0,4	1	2,2

Примечание: Значение К₇ в числителе приведены для первичного облака, в знаменатели – для вторичного.

4. Определяют эквивалентное количество вещества (Q_э), т, во вторичном облаке СДЯВ по формуле:

, (2.3)

где К₆ – коэффициент, зависящий от времени N, ч, прошедшего после начала аварии.

Его значения вычисляют по формуле:

К₆ = N^0,8 при N < Т К₆ = Т^0,8 при N ≥ Т (2.4)

а при Т < 1 ч К₆ принимается для 1ч.

5. Находят методом интерполяции максимальную глубину ЗХЗ первичным (Г₁) и вторичным (Г₂) облаками по таблице 2.4 в зависимости от U_в и Q_э1 или Q_э2.

Таблица 2.4 - Максимальная глубина, км, ЗХЗ

Скорость ветра, м/с	Эквивалентное количество СДЯВ
	0,01	0,05	0,1	0,5	1	3	5	10	20	50
1 и менее	0,38	0,85	1,25	3,16	4,75	9,18	12,53	19,20	29,56	52,67
2	0,26	0,59	0,84	1,92	2,84	5,35	7,20	10,83	16,44	28,73
3	0,22	0,48	0,68	1,53	2,17	3,99	5,34	7,96	11,94	20,59
4	0,19	0,42	0,59	1,33	1,88	3,28	4,36	6,46	9,62	16,43
5	0,17	0,38	0,53	1,19	1,68	2,91	3,75	5,53	8,19	13,88
6	0,15	0,34	0,48	1,09	1,53	2,66	3,43	4,88	7,20	12,14
8	0,13	0,30	0,42	0,94	1,33	2,30	2,97	4,20	5,92	9,90
10	0,12	0,26	0,38	0,84	1,19	2,06	2,66	3,76	5,31	8,50
15 и более	0,10	0,22	0,31	0,69	0,97	1,68	2,17	3,07	4,34	6,86

Примечание: при скорости ветра более 10 м/с необходимо проводить расчеты по данным для скорости ветра 10 м/с. При скорости ветра менее 1 м/с расчеты проводить как для скорости 1 м/с.

Например, при U_в = 3 м/с и Q_э1 = 0,769 т интерполируют по таблице 2.4 величину Г₁ так:

Г₁ = 1,53 + [(2,17 – 1,53)/(1 – 0,5)] (0,769 - 0.5) = 1,89 км.

6. Вычисляют полную глубину ЗХЗ (Г), км, по формуле:

Г = Г^/ + 0,5Г^// (2.5)

где Г^/ - наибольшая и Г^// - наименьшая величина из значений Г₁ и Г₂, км.

7. Определяют предельно возможную глубину (Г_п), км, переноса воздушных масс по формуле:

Г_п = N ν (2.6)

где N – время от начала аварии, ч;

ν – скорость переноса переднего фронта облака СДЯВ при данной U_в и СВУА, км/ч (таблица 2.5).

Таблица 2.5. - Значения ν, км/ч, в зависимости от скорости ветра U_в и СВУА

СВУА	Значения Uв, м/с
	1	2	3	4	5	6	8	10	12	15
Инверсия	5	10	16	21	-	-	-	-	-	-
Изотермия	6	12	18	24	29	35	47	59	71	88
Конвекция	7	14	21	28	-	-	-	-	-	-

8. Сравнивают значения Г и Г_п и за окончательную расчетную глубину ЗХЗ принимают наименьшее из двух сравниваемых значений. Ее обозначают как Г_о, км.

9. Вычисляют возможную и фактическую площади ЗХЗ, км², по формулам:

S_B = 8,72 10^-3 Г_О² φ (2.7)

S_Ф = К₈ Г_О² N^0,2 (2.8)

где S_В – возможная площадь ЗХЗ или площадь территории, в пределах которой под воздействием изменения направления ветра может перемещаться облако СДЯВ, км²;

S_Ф – фактическая площадь ЗХЗ или площадь территории, на которой заражение СДЯВ наблюдается в опасных для жизни людей пределах, км²;

φ – угловые размеры зоны возможного заражения (таблица 2.6), град;

К₈ – коэффициент, зависящий от СВУА (принимают равным: 0,081 при инверсии; 0,133 при изотермии; 0,235 при конвекции).

Таблица 2.6. - Угловые размеры и форма зоны возможного заражения СДЯВ