Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современная химия и химическая безопасность (теория и практика). Учебное пособие
.pdf
Окончание табл.
4
Тип зданий, сооружений Степень разрушения при избыточном дав-
Котельные, регуляторные станции
Резервуары и емкости стальные
лении на фронте падающей ударной волны,
кПа
Слабое Среднее Сильное Полное
в кирпичных зданиях
Деревянные дома 6 - 8 8 - 12 12 - 20 > 20
Подземные сети, трубопров оды 400 - 600 600 - 1000 1000 - 1500 > 1500
Трубопроводы наземные 20 50 130 Кабельные подземные линии до 800 - - > 1500
Цистерны для перевозки нефтепро-
дуктов
наземные
Подземные резервуары 40 - 75 75 - 150 150 - 200 > 200
Зависимость условной вероятности поражения человека
с разной степенью тяжести от степени разрушения здания
Тяжесть поражения Степень разрушения
Смертельное 0,60 0,49 0,09 0,0
Тяжелые травмы 0,37 0,34 0,10 0,0
Легкие травмы 0,03 0,17 0,20 0,05
10 - 15 15 - 25 25 - 35 35 - 45
30 - 50 50 - 70 70 - 80 > 80
35 - 55 55 - 80 80 - 90 > 90
Таблица 5
Полное Сильное Среднее Слабое
Задание
На основании полученных значений параметров ударной
волны (избыточное давление и импульс фазы сжатия) выполняется расчет вероятности поражения персонала, находящегося на открытой местности, и дается оценка степени разрушения зданий и
сооружений, оказавшихся в зоне действия ударной волны, и вероятности поражения персонала, находящихся в них.
Варианты заданий к практической работе приведены в приложении 2. Выбирать их по указанию преподавателя.
21
Пример расчета
В результате аварии на автодороге, проходящей по открытой местности, в безветренную погоду произошел разрыв автоцистерны, содержащей 8 т сжиженного пропана. Для оценки максимально возможных последствий принято, что в результате выброса газа в пределах воспламенения оказалось практически все
топливо, перевозившееся в цистерне. Средняя концентрация пропана в образовавшемся облаке составила около 140 г/м3. Воспламенение облака привело к возникновению взрывного режима его
превращения. Требуется определить параметры воздушной ударной волны (избыточное давление и импульс фазы сжатия) на расстоянии 100 м от места аварии. На указанном расстоянии от места аварии располагается здание котельной, в которой находятся
4 человека обслуживающего персонала. Оценить степень разрушения здания котельной и условную вероятность травмирования
персонала.
Исходные данные для расчета:
- тип топлива – пропан;
- агрегатное состояние смеси – газовое;
- концентрация горючего в смеси Сг = 0,14 кг/м3;
- стехиометрическая концентрация пропана с воздухом
С
=0,077 кг/м3;
ст
- масса горючего вещества в облаке Мг = 8000 кг;
- удельная теплота сгорания топлива qг = 4,64·107 Дж/кг;
- окружающее пространство - открытое (вид 4).
1. Определяем эффективный энергозапас E, Дж. Ввиду то-
го, что пропан тяжелее воздуха и по условиям задачи находится в
сжиженном состоянии, облако ТВС будет находиться у поверхности земли, в связи с чем эффективный энергозапас удваивается.
Так как С
> Сст, следовательно:
г
E=
2∙MгqгC
C
2∙8000∙4,64∙107∙0,077
ст
=
г
0,14
=4,1∙1011 Дж.
Исходя из классификации веществ определяем по табл. 1,
что пропан относится к классу 2 опасности (чувствительные вещества). Геометрические характеристики окружающего про-
22
странства согласно условию задачи относятся к виду 4 ( открытое
пространство). По экспертной табл. 2 определяем ожидаемый
режим взрывного превращения облака ТВС – дефлаграция с
диапазоном видимой скорости фронта пламени от 150 до 200 м/с.
В дальнейшем для расчетов величину видимой скорости фронта
пламени принимаем максимальной для принятого режима взрывного превращения Vг = 200 м/с.
Для заданного расстояния R = 100 м рассчитываем безраз-
мерное расстояние Rx по соотношению (1)
4,1∙
100
10
101324
11
=0,63.
1
3
Rx=
Для вычисленного безразмерного расстояния по соотношениям (6) и (7) находим величины Px1, Ix1:
200
7-1
0,83
0,63
0,14
-
+
0,63
0,63
0,01
2
2
0,0025
-
0,63
=0,29,
3
=0,0427.
Ix1=
2
Px1=
340
200
340
7-1
7
1-
0,47-1200
7∙340
7
0,06
0,63
Так как ТВС - газовая, величины Px2, Ix2для случая детонации рассчитываем по соотношениям (2), (3):
Px2=exp(-1,124-1,66ln(0,63)+0,26(ln (0,63))2)=0,74,
Ix2=exp(-3,4217-0,898ln (0,63)-0,009(ln(0,63))2)=0,049.
Согласно соотношению (8) определяем окончательные зна-
чения
,
:
=min(0,29; 0,74)=0, 29,
=min(0,0427 ;0,049)=0, 0427.
Из найденных безразмерных величин
вычисляем со-
,
гласно соотношениям (9) и (10) 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:
23
∆P=0,29∙101324=2,9∙104 Па;
1
3
=2,1∙103Па∙с.
0,0427∙(101324)
I=
340
2
3
∙(4,1∙1011)
Используя найденные значения ∆, находим величины
пробит-функций
=−3,11 = 3,06=−2,48.
Согласно связи вероятности поражения с пробит-функцией
по табл. 3 находим, что вероятность разрыва барабанных перепонок у людей равна 2,5 %. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.
По условиям задачи на расстоянии 100 м от места аварии
располагается здание котельной, в котором находится 4 человека.
С использованием табл. 4 определяем степень разрушения
здания котельной, в результате воздействия избыточного давления ударной волны величиной 29 кПа, как сильную.
С учетом экспертной табл. 5 условной вероятности травмирования и гибели персонала в результате повреждения здания котельной ожидается следующее распределение травматизма: 2 человека – безвозвратные потери, 1 человек – тяжелые травмы,
1 человек - легкие травмы.
Практическая работа № 2.
Определение зон токсичного поражения при аварийных
выбросах аварийно химических опасных веществ (АХОВ)
и возможного количества пострадавших в результате аварии
Цель работы: освоить методику определения зон токсиче-
ского поражения при аварийных выбросах АХОВ, научиться
оценивать условную вероятность поражения людей , в т.ч. находящихся в зданиях и сооружениях, в результате токсического
воздействия облака АХОВ.
24
Теоретические сведения
Необходимо предварительное изучение материала тем 5-7
приложения 1.
Аварийно химические опасное вещество – опасное химическое вещество, применяемое в промышленности и сельском хозяйстве, при аварийном выбросе (разливе) которого может произойти заражение окружающей среды в поражающих живой организм концентрациях (токсодозах).
Токсодоза – значение заражения, равное произведению
концентрации опасного химического вещества на время пребывания человека в данном месте без средств защиты органов дыхания, в течение которого проявляются различные степени токсического воздействия опасного химического вещества на человека.
Различают пороговую и смертельную токсодозу. Пороговая
токсодоза – наименьшая ингаляционная токсодоза опасного вещества, вызывающая у человека, не оснащенного средствами защиты органов дыхания, начальные признаки поражения организма с определенной вероятностью.
Смертельная (или летальная) токсодоза – наименьшая ингаляционная токсодоза опасного вещества, вызывающая у человека, не оснащенного средствами защиты органов дыхания,
смерть с 50 % вероятностью.
Представленная ниже методика расчета предназначена для
заблаговременного и оперативного прогнозирования масштабов
заражения на случай выбросов АХОВ. Для более точных расчетов зон поражения рекомендуется использовать [5].
Масштабы заражения АХОВ в зависимости от их физических свойств и агрегатного состояния рассчитываются по первичному и вторичному облаку, например:
· для сжиженных газов – отдельно по первичному и вторичному облаку;
· для сжатых газов – только по первичному облаку;
· для ядовитых жидкостей, кипящих выше температуры
окружающей среды, – только по вторичному облаку.
Первичное облако – облако опасного вещества, образую-
щееся в результате очень быстрого (за 1–2 мин) перехода в атмосферу части опасного вещества и распространяющееся по ветру
от места выброса.
25
Вторичное облако (или шлейф) – облако опасного вещества, образующееся в результате длительного выброса газа или перегретой вскипающей жидкости, а также в результате испарения
опасного вещества с подстилающей поверхности или из разгерметизированного оборудования и распространяющееся по ветру
от места выброса.
Внешние границы зоны заражения АХОВ рассчитываются
по пороговой токсодозе при ингаляционном воздействии на организм челов ека.
Исходные данные для прогнозирования масштабов заражения АХОВ:
– общее количество АХОВ на объекте и данные по размеще-
нию их запасов в емкостях и технологических трубопроводах;
– количество АХОВ, выброшенных в атмосферу, и характер
их разлива на подстилающей поверхности ("свободно",
"в поддон" или "обваловку");
– высота поддона или обваловки складских емкостей;
– метеорологические условия: температура воздуха, скорость
ветра на высоте 10 м (на высоте флюгера), степень вертикальной
устойчивости воздуха.
При выполнении расчетов зон поражения используются
следующие допущения:
– емкости, содержащие АХОВ, при авариях разрушаются
полностью;
– толщина слоя жидкости для АХОВ h, м, разлившихся
свободно на подстилающей поверхности, принимается равной
0,05 м по всей площади разлива;
– для АХОВ, разлившихся в поддон или обваловку, опре-
деляется из соотношений:
при разливах из емкостей, имеющих самостоятельный под-
дон (обвалование)
h = H - 0,2,
где H – высота поддона (обвалования), м;
при разливах из емкостей, расположенных группой, имею-
щих общий поддон (обвалование),
26
ℎ=
∙
,
где Q0 – количество выброшенного (разлившегося) при аварии
*
вещества, т; d – плотность АХОВ, т/м3; F – реальная площадь
разлива в поддон (обвалование), м2.
Предельное время пребывания людей в зоне заражения и
продолжительность сохранения неизменными метеорологических
условий (степени вертикальной устойчивости воздуха, направления и скорости ветра) составляют 4 ч. По истечении указанного
времени прогноз обстановки должен уточняться. Для определения степени вертикальной устойчивости атмосферы рекомендуется использовать табл. 6.
Таблица 6
Определение степени вертикальной устойчивости атмосферы
по прогнозу погоды
Ско-
рость
ветра,
м/с
<2 ин
2-3,9 ин из из (ин) из из из из (ин) из
>4 из из из из из из из из
Ночь Утро День Вечер
Ясно,
пере-
менная
облач-
ность
Сплош
ная об-
лач-
ность
Ясно,
пере-
менная
облач-
ность
из из (ин) из к (из) из ин из
Сплош
ная об-
лач-
ность
Ясно,
пере-
менная
облач-
ность
Сплош
ная об-
лач-
ность
Ясно,
пере-
менная
облач-
ность
Сплош
ная об-
лач-
ность
* Примечание: обозначения: ин - инверсия; из - изотермия; к - конвекция;
буквы в скобках - при снежном покрове.
Количественные характеристики выброса АХОВ для расчета масштабов заражения определяются по их эквивалентным значениям. Определение эквивалентного количества вещества в пер вичном облаке. Эквивалентное количество Qэ1, т, вещества в первичном облаке определяется по формуле
где К
– коэффициент, зависящий от условий хранения АХОВ
1
э
=
, (11)
(определяется по табл. 6; для сжатых газов К1 = 1); К3 – коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого АХОВ (определяется по табл. 6 ); К5 – коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости
27
атмосферы; (для инверсии принимается равным 1, для изотермии
K
0,23, для конвекции 0,08); К7 – коэффициент, учитывающий
влияние температуры воздуха (определяется по табл. 7; для сжатых газов К
= 1); Q0– количество выброшенного (разлившегося)
7
при аварии вещества, т.
Определение эквивалентного количества вещества во вторичном облаке проводят по формуле
=(1−)
э
, (12)
где К
– коэффициент, зависящий от физико-химических свойств
2
АХОВ (определяется по табл. 7); К4 – коэффициент, учитывающий скорость ветра (определяется по табл. 8); К6 – коэффициент,
зависящий от времени N, ч, прошедшего после начала аварии.
Таблица 7
Вспомогательные коэффициенты для определения
глубины зоны поражения
Поро-
говая
АХОВ
Акролеин 0,2 0,0 0,013 3,0 0,1 0,2 0,4 1 2,2
Аммиак, хранение
под давление
Аммиак, изотерми-
ческое хранение
Ацетонитрил 21,6 0,0 0,004 0,028 0,02 0,3 1 1 2,6
Водород фтористый 4,0 0,0 0,028 0,15 0,1 0,2 0,5 1 1
Водород хлористый 2,0 0,28 0,037 0,30
Диметиламин 1,2 0,06 0,041 0,5
Метилакрилат 6,0 0,0 0,005 0,1 0,1 0,2 0,4 1 3,1
Метилмеркаптан 1,7 0,06 0,043 0,353
Нитрил акриловой
кислоты
Окислы азота 1,5 0,0 0,040 0,40 0 0 0,4 1 1
Окись этилена
токсо-
доза
мг·мин/л
15,0 0,18 0,025 0,04
15,0 0,01 0,025 0,04
0,75 0,0 0,007 0,80 0,04 0,1 0,4 1 2,4
2,2 0,05 0,041 0,27
Значения вспомогательных коэффициентов
для температуры воздуха
K1K
7
K
2
3
-40 -20 0 20 40
0
0,9
0
0,911111111
0,410,610,81111,2
0
0,100,300,811
0
0,100,300,811
0
0,100,300,711
(°С)
0,310,61111,4
1
1
2,5
1
2,4
1
3,2
1
28
Окончание табл.
7
Поро-
K
K
4
говая
АХОВ
Сернистый ангидрид 1,8 0,11 0,049 0,333
Сероводород 16,1 0,27 0,042 0,036
Сероуглерод 45,0 0,0 0,021 0,013 0,1 0,2 0,4 1 2,1
Соляная кислота
(концентрированная)
Формальдегид
Фосген
Фосфор треххлористый 3,0 0,0 0,010 0,2 0,1 0,2 0,4 1 2,3
Хлор 0,6 0,18 0,052 1,0
Хлорпикрин 0,02 0,0 0,002 30,0 0,03 0,1 0,3 1 2,9
Этиленимин 4,8 0,0 0,009 0,125 0,05 0,1 0,4 1 2,2
Этилмеркаптан 2,2 0,0 0,028 0,27 0,1 0,2 0,5 1 1,7
Примечание: значения K7 в графах 10 - 14 в числителе - для первичного,
в знаменателе - для вторичного облака.
Значение коэффициента K4 в зависимости от скорости ветра
Скорость ветра,
м/с
токсо-
доза
мг·мин/л
2,0 0,0 0,021 0,30 0 0,1 0,3 1 1,6
0,6 0,19 0,034 1,0 0
0,6 0,05 0,061 1,0 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15
1 1,33 1,67 2,0 2,34 2,67 3,0 3,34 3,67 4,0 5,68
Значения вспомогательных коэффициентов
для температуры воздуха
K1K
7
K
2
3
-40 -20 0 20 40
0
0,200,5
0,310,510,81111,2
0,401
0,100,300,711
0
0,9
(°С)
0,31111,7
0,51111,5
0,310,61111,4
Таблица 8
1
1
1
2,7
1
1
Значение коэффициента К6 определяется после расчета
продолжительности Т, ч, испарения вещества:
=
,
при<
=
,
при≥,при<1чпринимаетсядля1ч.
, (13)
Расчет глубины зоны заражения первичным (вторичным)
облаком АХОВ при авариях на технологических емкостях, хранилищах и транспорте ведется с использованием табл. 9. В табл. 9
приведены максимальные значения глубины зоны заражения
первичным (Г1) или вторичным (Г2) облаком АХОВ,
определяемые в зависимости от эквивалентного количества вещества) и скорости ветра.
29
Полная глубина зоны заражения Г, км, обусловленная воз-
действием первичного и вторичного облака АХОВ, определяется:
'
Г=Г
где Г' – наибольший, Г" – наименьший из размеров Г
+0,5
''
Г
,
и Г
.
1
2
Полученное значение сравнивается с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс Г
, опреде-
п
ляемым по формуле
Г
=Nv, (14)
п
где v – скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха
при данной скорости ветра и степени вертикальной устойчивости
воздуха, км/ч (определяется по табл. 10).
Таблица 9
Глубина зоны заражения (км)
Скорость
ветра,
м/с
1 и ме-
нее
2 0,26 0,59 0,84 1,92 2,84 5,35 7,20 10,83 16,44
3 0,22 0,48 0,68 1,53 2,17 3,99 5,34 7,96 11,94
4 0,19 0,42 0,59 1,33 1,88 3,28 4,36 6,46 9,62
5 0,17 0,38 0,53 1,19 1,68 2,91 3,75 5,53 8,19
0,01 0,05 0,1 0,5 1 3 5 10 20
0,38 0,85 1,25 3,16 4,75 9,18 12,53 19,20 29,56
Эквивалентное количество АХОВ, т
6 0,15 0,34 0,48 1,09 1,53 2,66 3,43 4,88 7,20
7 0,14 0,32 0,45 1,00 1,42 2,46 3,17 4,49 6,48
8 0,13 0,30 0,42 0,94 1,33 2,30 2,97 4,20 5,92
9 0,12 0,28 0,40 0,88 1,25 2,17 2,80 3,96 5,60
10 0,12 0,26 0,38 0,84 1,19 2,06 2,66 3,76 5,31
11 0,11 0,25 0,36 0,80 1,13 1,96 2,53 3,58 5,06
12 0,11 0,24 0,34 0,76 1,08 1,88 2,42 3,43 4,85
13 0,10 0,23 0,33 0,74 1,04 1,80 2,37 3,29 4,66
14 0,10 0,22 0,32 0,71 1,00 1,74 2,24 3,17 4,49
15 и бо-
лее
0,10 0,22 0,31 0,69 0,97 1,68 2,17 3,07 4,34
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]