Защита населения и хозяйственных объектов от чрезвычайных ситуаций. Радиационная безопасность

3.4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ХИМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ТЕХНОГЕННОЙ ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ

СИТУАЦИИ70 (2 часа)

Цель работы: научиться прогнозировать масштабы загрязнения АХОВ после аварии (разрушения) на химически опасном объекте и на транспорте (методика РД 52.04.253–90 с дополнениями и уточнениями, учитывающими особенности экономики РБ).

3.4.1 Порядок выполнения работы. 1) Выбрать исходные данные своего варианта в табл. 3.4.1 и 3.4.2. Номер варианта соответствует порядковому номеру фамилии студента в журнале учета занятий. 2) Приступить к выполнению работы согласно приведенной методики.

3.4.2 Общие положения

Методика позволяет осуществлять прогнозирование масштабов зон загрязнения после аварий на технологических емкостях и хранилищах предприятий, при транспортировке железнодорожным, трубопроводным и другими видами транспорта, а также в случае разрушения химически опасных объектов. Расчеты распространяются на случай выброса АХОВ в атмосферу в газообразном, парообразном или аэрозольном состоянии.

Масштабы загрязнения АХОВ рассчитывают для первичного и вторичного облаков: 1) для сжиженных газов – отдельно для первичного и вторичного, 2) для сжатых газов – только для первичного, 3) для ядовитых жидкостей, кипящих выше температуры окружающей среды, – только для вторичного облака.

Исходные данные для прогнозирования масштабов загрязнения АХОВ следующие: 1) общее количество АХОВ на объекте и данные о размещении их запасов в технологических емкостях и трубопроводах; 2) количество АХОВ, выброшенных в атмосферу, и характер их разлива на подстилающей поверхности («свободно», «в поддон» или «в обваловку»); 3) высота поддона или обваловки складских емкостей; 4) метеорологические условия: температура воздуха, скорость ветра на высоте 10 м (на высоте флюгера), степень вертикальной устойчивости воздуха (табл. 3.4.1–3.4.2); 5) выброс АХОВ (Q0) – количество АХОВ в максимальной по объему единичной емкости (технологической, складской, транспортной и др.);

70Методика, разработанная Пустовитом В.Т., Карабановым М.Ф., приводится в адаптированном к учебному комплексу виде. Опубликована в «Учебно-методическом пособии к практическим занятиям по «Защите населения и объектов в чрезвычайных ситуациях. Радиационная безопасность. Прогнозирование, оценка и предупреждение техногенных чрезвычайных ситуаций». / ч 1. Минск: Изд-во БНТУ, 2006– С. 5–22.

251

252

Таблица 3.4.2.

Исходные данные для решения задач 1, 2, 3, 4, 5

6) метеорологические условия – инверсия, скорость ветра 1 м/с. Для прогноза масштабов загрязнения непосредственно после аварии необходимо брать конкретные данные о количестве выброшенного (разлившегося) АХОВ

253

и реальные метеоусловия. Внешние границы зоны загрязнения АХОВ рассчитывают по пороговой токсодозе при ингаляционном воздействии на организм человека.

Принимаем что: 1) Емкости, содержащие АХОВ, при авариях разрушаются полностью. 2) Толщина h слоя жидкости для АХОВ, разлившихся свободно на подстилающей поверхности, равна 0,05 м по всей площади разлива. Для АХОВ, разлившихся в поддон или обваловку, толщину h определяют следующим образом: а) при разливах из емкостей, имеющих самостоятельный поддон (обваловку):

h = H – 0,2, (3.4.1)

где H - высота поддона (обваловки), м;

б) при разливах из емкостей, расположенных группой, имеющих общий поддон (обваловку):

h Q0

Fd , (3.4.2)

где Q0 – количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т; d

– плотность АХОВ, т/м3; F – реальная площадь разлива в поддон (обваловку), м2 .

Предельное время пребывания людей в зоне загрязнения и продолжительность сохранения неизменными метеорологических условий (степени вертикальной устойчивости атмосферы, направления и скорости ветра) составляет 4 ч. По истечении указанного времени прогноз обстановки уточняют.

При авариях на газо- и продуктопроводах выброс АХОВ принимается равным максимальному количеству АХОВ, содержащемуся в трубопроводе между автоматическими отсекателями, например, для аммиакопроводов –

275–500 т.

3.4.3 Решение задач Задача 1. Определение продолжительности поражающего действия

АХОВ. Продолжительность поражающего действия АХОВ определяется временем его испарения с площади разлива. Время испарения Т(ч) АХОВ с площади разлива определяется по формуле:

T = hd/K2K4K7, (3.4.3)

где h – толщина слоя АХОВ, м (формула 3.4.1). Если разлив свободный, то h принимают равным 0,05 м; d – плотность АХОВ в виде жидкости, т/м3 (табл. 3.4.3); K4 – коэффициент, учитывающий скорость ветра (табл. 3.4.5); в этой же таблице представлены данные о K2 – коэффициенте, зависящем от физикохимических свойств АХОВ и K7 – коэффициенте, учитывающем влияние температуры воздуха, при которой произошла авария (для сжатых газов K7 = 1).

254

Если точное значение температуры воздуха в табл. 3.4.4 для К7 отсутствует, то его определяют путем линейной экстраполяции71.

Таблица 3.4.3.

Основные характеристики АХОВ

71 Интерполяция – разновидность аппроксимации, при которой кривая построенной функции проходит точно через имеющиеся точки данных.

72 Плотности газообразных АХОВ в графе 3 приведены для атмосферного давления; при давлении в емкости, отличном от атмосферного, плотности определяются путем умножения данных графы 3 на значение давления в атмосферах (1 атм. = 760 мм рт. ст.). В графе 5 численные значения токсодоз, помеченные звездочками, определены ориентировочно по соотношению: Д = 240 К ПДКр.з, где Д – токсодоза, мг·мин/л; ПДКр.з – ПДК рабочей зоны (мг/л) по ГОСТ 12.1.005-88; К = 5 для раздражающих ядов (помечены одной звездочкой); К = 9 для всех прочих ядов (помечены двумя звездочками).

255

Таблица 3.4.4.

Вспомогательные коэффициенты для определения глубины загрязнения

73 Значения K7 в числителе приведены для первичного, в знаменателе – для вторичного облака. Значения К1 для изотермического хранения аммиака приведены для случая разлива (выброса) в поддон.

256

Таблица 3.4.5.

Значение коэффициента К4 в зависимости от скорости ветра

Задача 2 Определение количественных характеристик выброса АХОВ.

2.1 Определение степени вертикальной устойчивости атмосферы. Прово-

дится с учетом данных табл. 3.4.6, используя исходные данные табл. 3.4.1 и 3.4.2 (скорость ветра, облачность и время суток).

Таблица 3.4.6.

Определение степени вертикальной устойчивости атмосферы по прогнозу погоды

2.2 Определение эквивалентного количества вещества в первичном облаке.

Эквивалентное количество Qэ1 вещества в первичном облаке определяют по формуле:

где K1 – коэффициент, зависящий от условий хранения АХОВ (табл. 3.4.5, для сжатых газов K1 = 1); K3 – коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого АХОВ, принят для пороговой токсодозы взрослого человека, для детей токсодоза в 4–10 раз меньше и в данной методике не рассматривается, но при организации защиты ее необходимо учитывать (табл. 3.4.4); K5 – коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы, для инверсии принимается равным 1, для изотермии – 0,23, для конвекции – 0,08 и K7 – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха, при которой произошла авария, для сжиженных газов, представлен в табл. 3.4.4 (для сжатых газов K7 = 1, для жидкостей, кипящих выше температуры окружающей среды К7 = 0); Q0 – количество выброшенного (разлившегося) при аварии жидкого вещества, т (табл. 3.4.1).

При авариях на хранилищах сжатого газа Q0 рассчитывают по формуле:

74 Обозначения: ин – инверсия; из – изотермия; к – конвекция; буквы в скобках – при снежном покрове. Под термином "утро" понимается период времени в течение 2 часов после восхода солнца; под термином "вечер" – в течение 2 часов после захода солнца. Скорость ветра и степень вертикальной устойчивости воздуха принимаются в расчетах на момент аварии.

257

где d – плотность АХОВ, т/м3 (табл. 3.4.3); Vx – объем хранилища, м3. При авариях на газопроводе Q0 рассчитывают по формуле:

где n – содержание АХОВ в природном газе, %; d – плотность АХОВ, т/м3

(табл. 1.3); Vг – объем секции газопровода между автоматическими отсекателями, м3.

При определении величины Qэ1 для сжиженных газов, не вошедших в табл. 1.3, значение коэффициента K7 принимают равным 1, а коэффициент K1 рассчитывают по соотношению

где ср – удельная теплоемкость жидкого АХОВ, кДж/(кг·°С); Т – разность температур жидкого АХОВ до и после разрушения емкости, °С; Нисп – удельная теплота испарения жидкого АХОВ при температуре испарения, кДж/кг.

2.3 Определение эквивалентного количества вещества во вторичном обла-

ке. Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке рассчитывают по формуле:

Qэ2 1 K1 K2 K3K4 K5 K6 K7 Q0

hd , (3.4.8)

где K1 – коэффициент, зависящий от условий хранения АХОВ (табл. 3.4.5, для сжатых газов K1 = 1); K2 – коэффициент, зависящий от физикохимических свойств АХОВ (табл. 3.4.5); K3 – коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого АХОВ, принят для пороговой токсодозы взрослого человека (табл. 3.4.5); K4 – коэффициент, учитывающий скорость ветра (табл. 3.4.4); K5 – коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы, для инверсии принимается равным 1, для изотермии – 0,23, для конвекции – 0,08; K6 – коэффициент, зависящий от времени N, прошедшего после начала аварии, его значение определяют после расчета продолжительности T (ч) испарения вещества:

при T < 1 ч K6 принимается для 1 ч; d – плотность АХОВ, т/м3 (табл. 3.4.3); h – толщина слоя АХОВ, м. K7 – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха, при которой произошла авария, для сжиженных газов, (табл. 3.4.5, для сжатых газов K7 = 1, для жидкостей, кипящих выше температуры окружающей среды К7 = 0). При определении Qэ2 для веществ, не вошедших в табл. 3.4.3, значение коэффициента K7 = 1, а коэффициент K2 определяют по формуле:

где P – давление насыщенного пара вещества при заданной температуре воздуха, мм рт. ст.; M – молекулярная масса вещества.

Таблица 3.4.7.

Глубина (км) зоны загрязнения

Задача 3 Расчет глубины зоны загрязнения при аварии на химически опас-

ном объекте. Глубину зоны загрязнения Г1 для первичного облака находят в табл. 3.4.7 по вычисленной величине Qэ1 с учетом скорости ветра из условия задачи своего варианта. Глубину зоны загрязнения Г2 вторичного облака также находят в табл. 3.4.7 по вычисленной величине Qэ2 и скорости ветра из условия задачи своего варианта.

Полную глубину зоны загрязнения Г определяют по формуле:

Г = Г1 + 0,5Г11 , (3.4.11)

259

где Г1 – наибольший, Г11 – наименьший из размеров глубины Г1 и Г2. Полученное значение Г сравнивают с предельно возможным значением

глубины переноса воздушных масс Гп, определяемым по формуле:

Гп = Nν, (3.4.12)

где N – время от начала аварии, в часах (табл. 3.4.1); ν – скорость переноса переднего фронта загрязненного воздуха при данной скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч (табл. 3.4.8).

За окончательную расчетную глубину зоны загрязнения принимают меньшее из двух сравниваемых между собой значений Гп и Г. Эту глубину используют при расчете площадей зон возможного и фактического загрязнения.

Задача 4. Определение площади зоны загрязнения АХОВ. Площадь зоны за-

грязнения АХОВ для первичного (вторичного) облака определяют по формуле:

где Sв – площадь зоны загрязнения АХОВ, км2; Г – глубина зоны загрязнения, км; – угловые размеры зоны возможного загрязнения, в градусах. Они определяются исходя из скорости ветра.

Площадь зоны фактического загрязнения Sф, км2 рассчитывают по формуле:

где К8 – коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости воздуха, принимается равным: 0,081 – при инверсии; 0,133 – при изотермии; 0,235 – при конвекции; N – время, прошедшее после начала аварии, час (табл. 3.4.2).

Задача 5. Определение времени подхода загрязненного воздуха к объекту

Время подхода облака АХОВ к заданному объекту (населенному пункту) определяют по формуле:

где Х – расстояние от источника загрязнения до заданного объекта, км (из табл. 3.4.7); – скорость переноса переднего фронта облака загрязненного воздуха, км/ч (табл. 3.4.8).

260