Промышленная безопасность

Е = 2МгqгСст/Сг = 2·8000·4,64·107·0,077/0,14 = 4,1·1011 Дж.

Исходя из классификации веществ, определяем, что пропан относится ко второму классу опасности (чувствительные вещества). Геометрические характеристики окружающего пространства относятся к виду 4 (открытое пространство). По экспертной таблице определяем ожидаемый режим взрывного превращения облака ТВС – дефлаграция с диапазоном видимой скорости фронта пламени от 150 до 200 м/с. Для проверки рассчитываем скорость фронта пламени

Vг = k1Мг1/6= 43·80001/6 = 192 м/с.

Полученная величина меньше максимальной скорости диапазона данного взрывного превращения.

Для заданного расстояния R = 100 м рассчитываем безразмерное расстояние

Rх = R/(E/P0)1/3 = 100/(4,1·1011/101 324)1/3 = 0,63.

Рассчитываем параметры взрыва при скорости горения 200 м/с. Для вычисленного безразмерного расстояния по соотношениям методики определяем величины Pх1 и Iх1:

Pх1 = (Vг2/С02) ((σ – 1) /σ ) (0,83/Rх – 0,14/Rх2) = 2002/3402·6/7 × × (0,83/0,63 – 0,14/0,632) = 0,29;

Iх1 = (Vг/C0) ((σ – 1) /σ ) (1 – 0,4 (Vг/C0) ((σ – 1) /σ )) ×

× (0,06/Rх + 0,01/Rх2 – 0,002 5/Rх3) = (200/340) ((7 – 1) /7) ×

× (1 – 0,4 (200/340) ((7 – 1) /7)) (0,06/0,63 + 0,01/0,632 – 0,002 5/0,633) = 0,042 7.

Так как ТВС – газовая, величины Pх2, Iх2 рассчитываем по соотношениям:

81

Pх2 = exp(–1,124 – 1,66 ln(Rх) + 0,26 (ln(Rх))2) = (0,74 ± 10) %,

Iх2 = exp(–3,4217 – 0,898 ln(Rх) – 0,009 6 (ln(Rх))2) = = (0,049 ± 15) %.

Определяем окончательные значения Pх и Iх:

Pх = min (Pх1, Pх2) = min (0,29, 0,74) = 0,29,

Iх = min (Iх1, Iх2) = min (0,042 7, 0,049) = 0,042 7.

Из найденных безразмерных величин Pх и Iх вычисляем искомые величины избыточного давления и импульса фазы сжатия в воздушной ударной волне на расстоянии 100 м от места аварии при скорости горения 200 м/с:

∆ P = 2,8·104 Па,

I = Iх (P0)2/3 E1/3 /C0 = 2,04·104 Па·с.

Используя полученные значения ∆ P и I, находим:

Pr1 = 6,06, Pr2 = 4,47, Pr3 = –1,93, Pr4 = 3,06, Pr5 = 2,78

(при расчете Pr3 предполагается, что масса человека 80 кг).

Это согласно табл. 3 означает: 86 % – вероятность повреждений, и 30 % – вероятность разрушений промышленных зданий, 2,5 % – вероятность разрыва барабанных перепонок у людей, 1 % – вероятность отброса людей волной давления. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.

Пример 2

В результате внезапного раскрытия обратного клапана в пространство, загроможденное подводящими трубопроводами, выброшено 100 кг этилена. Рядом с загазованным объектом на расстоянии 150 м находится помещение цеха. Концентрация этилена в облаке 80 г/м3. Требуется определить степень поражения здания цеха и расположенноговнемперсоналапривзрывеоблакаТВС.

82

Решение:

Сформируем исходные данные для дальнейших расчетов:

–горючий газ – этилен;

–агрегатное состояние смеси – газовая;

–концентрация горючего в смеси Сг = 0,08 кг/м3;

–стехиометрическая концентрация этилена с воздухом

Сст = 0,09;

–масса топлива, содержащегося в облаке, Мг = 100 кг;

–удельнаятеплотасгораниягорючегогазаqг = 4,6·107 Дж/кг;

–окружающее пространство – загроможденное. Определяем эффективный энергозапас горючей смеси Е.

Так как Сг < Сст, следовательно,

Е = Мгqг·2 = 100·4,6·107·2 = 9,2·109 Дж.

Исходя из классификации веществ, определяем, что этилен относится ко второму классу опасности (чувствительные вещества). Геометрические характеристики окружающего пространства относятся к виду 1 (загроможденное пространство). По экспертной табл. 2 определяем диапазон ожидаемого режима взрывного превращения облака топливно-воздушной смеси – первый, что соответствует детонации.

Для заданного расстояния 150 м определяем безразмерное параметрическое расстояние λ :

λ = R/E1/3 = 100·150/ (9,2·109)1/3 = 7,16.

По соотношениям для падающейволны находим:

–амплитуда фазы давления

∆P+/P0 = 0,064 или ∆ P+ = 6,5·103 Па при P0 = 101 325 Па;

–амплитуда фазы разрежения

∆P–/P0 = 0,02 или ∆ P– = 2·103 Па при P0 = 101 325 Па;

–длительность фазы сжатия

83

τ+ = 0,050 9 с;

–длительность фазы разрежения

τ – = 0,127 с;

–импульсы фаз сжатия и разрежения

I+ ≈ I– = 126,4 Па·с.

Форма падающей волны с описанием фаз сжатия и разрежения в наиболее опасном случае детонации газовой смеси может быть описана соотношением

∆P(t) = 6,5·103(sin(π (t – 0,0509)/0,1273)/sin(–π 50,9/0,127 3)) ×

×exp (–0,6t/0,050 9).

Используя полученные значения ∆ P+ и I+, по формулам п. 4 имеем:

Pr1 = 2,69, Pr2 = 1,69, Pr3 = –11,67, Pr4 = 0,76, Pr5 = –13,21.

При расчете Pr3 предполагается, что масса человека 80 кг. Это согласно таблице связи вероятности поражения с про- бит-функцией означает 1%-ную вероятность разрушения производственных зданий. Вероятности остальных критериев пора-

жения близки к нулю.

По соотношениям для отраженной волны находим:

–амплитуда отраженной волны давления

∆Pr+/P0 = 0,14 или ∆ Pr+ = 1,4·104 Па при P0 = 101 325 Па;

–амплитуда отраженной волны разрежения

∆Pr_/P0 = 0,174 или ∆ Pr_ = 1,74·104 Па при P0 = 101 325 Па;

–длительность отраженной волны давления

τr+ = 0,053 4 с;

–длительность отраженной волны разрежения

84

tr– = 0,190 6 с;

– импульсы отраженных волн давления и разрежения:

Ir+ = 308 Па·с,

Ir– = 284,7 Па·с.

Форма отраженной волны при взаимодействии со стенкой

∆Pr(t) = 1,4·104(sin(π (t – 0,053 4)/0,190 6)/sin(–π 0,053 4/0,190 6)) ×

×exp (–0,890 6t/0,053 4).

Используя полученные значения ∆ P+ и I+, по формулам п. 4 имеем:

Pr1 = 4,49, Pr2 = 3,28, Pr3 = –7,96, Pr4 = 1,95, Pr5 = –9,35.

Это согласно таблице связи вероятности поражения с про- бит-функцией означает вероятности: 30 % – повреждения, 4 % – разрушения производственных зданий. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 10.

ОЦЕНКА ХИМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ПРИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ НА ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ ЭКОНОМИКИ

Задания

1.Ознакомиться с характеристикой аварийно химически опасных веществ (АХОВ), районов химического заражения и очаговхимического поражения.

2.Ознакомиться с методикой анализа химической обстановки, складывающейся при выбросе (проливе) АХОВ, с основными способами и средствами защиты людей от действия АХОВ

(РД 52.04.253.90) [3].

85

3. Получить навыки в проведении анализа обстановки при аварии на химически опасном объекте с выбросом (проливом) АХОВ, изучив примеры.

Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте

1. Краткая характеристика АХОВ и районов химического заражения при их выбросе (проливе)

К аварийно химически опасным веществам (АХОВ) относят группу химических веществ или соединений (акролеин, аммиак, ацетонитрил, хлор и др.), а также некоторых продуктов горения (окись углерода и др.), способных при определенных условиях вызыватьмассовыепоражения людей, животных и растений.

АХОВ на промышленных и других объектах экономики (предприятиях, учреждениях, организациях) хранят в емкостях (цистернах, баках и др.), технологических установках и коммуникациях под давлением, в газообразном или жидком состоянии. Выброс АХОВ в воздух (при авариях, стихийных бедствиях, диверсиях и др.) происходит в газообразном или аэрозольном состоянии. При этом АХОВ воздействует на людей (животных) через органы дыхания, глаза, кожу. По виду воздействия на людей АХОВ подразделяют нараздражающие, удушающиеи общеядовитые.

Количественной характеристикой АХОВ является их концентрация в воздухе или жидкости – Св(ж), мг/м3 (мг/л), плотность на местности – γ , мг/ м2.

Тяжесть поражения людей (животных) зависит от физических, химических и токсикологических свойств АХОВ, их концентрации, плотности и времени действия. По степени опасности АХОВ подразделяют на 4 класса. При выбросе (проливе) АХОВ образуется первичное и вторичное облако зараженного воздуха и районы химического заражения местности (РХЗМ), а в них – очаги химического поражения (рисунок

86

ниже). Ц.А. – центр химической аварии; ОХП-1 и ОХП-2 – очаги химического поражения; ЧОЗ − чрезвычайно опасное заражение; ОЗ – опасное заражение; подзоны ТП, СрП, ЛП – подзоны тяжелых, средних и легких поражений; Гз(см) − глубина зоны со смертельной концентрацией; Гз(пор) – глубина зоны с поражающей концентрацией; Гз − глубина района заражения АХОВ. Первичное облако образуется в результате мгновенного (1–3 мин) перехода в атмосферу части АХОВ, вторичное – в результате испарения АХОВ, разлившихся на подстилающую поверхность.

Классы опасности АХОВ

В районах химического заражения местности (ХЗМ) выделяют участки непосредственного выброса (пролива) АХОВ и участки распространения зараженного воздуха с зонами смер-

87

тельной (Ссм) и поражающей (Спор) концентрациями, в которой выделяют подзоны (примерно равной длины) с легким, средним и тяжелым поражением людей.

Форма участка непосредственного выброса (пролива) АХОВ – окружность, участка распространения зараженного воздуха – вытянутый (по направлению приземного ветра) эллипс:

–правильной формы – при нормальных метео- и топоусловиях (устойчивом по направлению и скорости ветре, ровной, открытой местности и т.п.);

–неправильной формы – при ненормальных метео- и топоусловиях (переменном по направлению и скорости ветре, застроеннойтерриториии т.п.).

Линейные размеры участков непосредственного выброса АХОВ и распространения зараженного АХОВ воздуха (длина, ширина, площадь) при нормальных топо- и метеоусловиях определяют по формулам или таблицам справочников по оценке химической обстановки, при ненормальных условиях – по результатам инструментальных измерений концентрации АХОВ

ватмосферном воздухе (плотности на местности).

В районе ХЗМ может располагаться один или несколько очагов химического поражения (ОХП) – населенных пунктов, объектов экономики с фактическим или прогнозируемым массовым поражением людей, животных, растений.

Для заблаговременного проведения мероприятий по защите населения от АХОВ и обеспечения их безопасности на картах (схемах, планах) местности строят районы, зоны и подзоны возможного (прогнозируемого) химического заражения местности (ВХЗМ) в виде окружности, полуокружности или сектора (в зависимости от скорости приземного ветра), в пределах которых с 90%-ной вероятностью должны располагаться реальные районы (зоны, подзоны) ХЗМ, занимая примерно 1/3 площади района, зоны, подзоны ВХЗМ.

88

При этом центры окружностей, полуокружностей и секторов ВХЗМ совпадают с источниками выбросов (проливов) АХОВ, абиссектрисы – с осями следов ХЗМ по направлению приземного ветра: а– ϕ 0 = 360°; VПВ ≤ 0,5 м/с; б – ϕ 0 = 180°, VПВ = 0,6…1,0 м/с; в– ϕ 0 = 90°, VПВ = 1,1…2,0 м/с; г– ϕ 0 = 45°, VПВ > 2 м/с:

Радиусы (глубины заражения – ГЗ) районов ВХЗМ с поражающей концентрацией зависят от типа и количества выброшенного (пролитого) АХОВ, способа его хранения, метео- и топоусловий.

Метеоусловия в данном случае характеризуются степенью вертикальной устойчивости воздуха (конвекция, инверсия, изотермия), зависящей от времени суток, скорости приземного ветра и характера погоды:

Степень вертикальной устойчивости воздуха

Направление ветра характеризуется так называемым обратным азимутом α 2 – углом между направлением на север и направлением, откуда дует ветер.

89

Фактические площади заражения Sф равны примерно 1/3 от прогнозируемых площадей:

Sф = 1/3 SВХЗМ.

Глубины районов ВХЗМ со смертельной концентрацией составляют примерно 10–20 % от глубин с поражающей концентрацией:

Гз(см) = (0,1…0,2) Гз(пор).

Время подхода облака с АХОВ к населенному пункту tподх, мин, определяется по формуле

tподх = R/60Wпер,

где R – расстояние от места аварии до населенного пункта, м; Wпер – скорость переноса облака, м/с.

Глубину районов ВХЗМ от действия АХОВ определяют одним из следующих способов:

1)по формулам с использованием значений эквивалентного (по хлору) количества выброшенного (пролитого) АХОВ для первичного и вторичного облаков;

2)по таблицам справочника по оценке химической обстановки (М.: Воениздат, 1978), с использованием значений фактического количества выброшенного (пролитого) АХОВ (таблицы ниже).

Первый метод более точен, но требует более сложных расчетов и применяется, как правило, при построении районов ВХЗМ до чрезвычайной ситуации. Второй метод применяется, как правило, при построении районов ВХЗМ непосредственно после чрезвычайной ситуации.

90