Прогнозирование масштабов заражения АХОВ при авариях на химически опасных объектах

АХОВ (аварийно-химические опасные вещества) — это токсичные вещества, обращающиеся в больших количествах в промышленности и на транспорте, способные вызывать массовые поражения людей, животных, оказывать негативное воздействие на окружающую среду.

ХОО (химически опасные объекты) — объекты, при аварии или разрушении, которого, могут произойти массовые поражения людей, животных и растений.

Зона заражения — территория, на которой концентрация токсичного вещества превышает значение ПДК.

Площадь зоны фактического заражения АХОВ (S_Ф) — территория, заражённая АХОВ в опасных для жизни пределах.

Площадь зоны возможного заражения (S_В) — территория, в пределах которой под воздействием направления ветра может перемещаться облако АХОВ.

Первичное облако — облако АХОВ, образующееся в результате мгновенного (1−3 мин) перехода в атмосферу части АХОВ из ёмкости при её разрушении.

Вторичное облако — облако АХОВ, образующееся в результате испарения разлившегося вещества с подстилающей поверхности.

Эквивалентное количество АХОВ — такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии эквивалентен масштабу заражения при данной степени вертикальной устойчивости атмосферы.

Пороговая токсодоза — ингаляционная токсодоза, вызывающая начальные симптомы поражения.

Основные положения:

Масштабы заражения АХОВ в зависимости от их химических, физических свойств и агрегатного состояния рассчитываются для первичного и вторичного облаков:

для сжиженных газов — отдельно для первичного и вторичного облака;

для сжатых газов — для первичного облака;

для жидкостей, с температурой кипения выше температуры окружающей среды — для вторичного облака.

Исходные данные для прогнозирования масштабов заражения АХОВ:

общее количество АХОВ на объекте и данные о размещении их запасов в технологических ёмкостях и трубопроводах;

количество АХОВ, выброшенных в атмосферу, характер их разлива на постилающую поверхность («свободно» или «в поддон» или «в обваловку»);

высота поддона или обваловки складских ёмкостей;

метеорологические условия: температура воздуха, скорость ветра на высоте 10 м (на высоте флюгера), степень вертикальной устойчивости атмосферы.

Принятые допущения:

При заблаговременном прогнозировании масштабов заражения на случай производственных аварий в качестве исходных данных рекомендуется принимать: выброс АХОВ (Q₀) — количество АХОВ в максимальной по объёму единичной ёмкости (технологической, складской, транспортной и др.), метеорологические условия — инверсия, скорость метра 1 м/с.

Для прогнозирования масштабов заражения непосредственно после аварии должны браться конкретные данные о количестве выброшенного (разлившегося) АХОВ и реальные метеоусловия.

Внешние границы зоны заражения рассчитываются по пороговой токсодозе при ингаляционном воздействии на организм.

Ёмкости, содержащие АХОВ, при авариях разрушаются полностью.

Толщина слоя жидкости АХОВ, разлившегося свободно на подстилающей поверхности, принимается равной 0,05 м по всей площади разлива; для АХОВ.

Разлившиеся в поддон или обваловку, определяется следующим образом:

а) при разливах из ёмкостей имеющих самостоятельный поддон (обваловку):

.

где: Н — высота поддона (обваловки), м;

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

.

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 заражения и продолжительность сохранения неизменным метеорологических условий составляет 4 ч. По истечении указанного времени прогноз обстановки должен уточняться.

При авариях на газопроводах и продуктопроводах выброс АХОВ принимается равными максимальному количеству АХОВ, содержащемуся в трубопроводе между отсекателями, например, для аммиакапроводов — 275−500 т.

Исходные данные:

Таблица 1.1.

Характеристики АХОВ и вспомогательные коэффициенты

Продолжение таблицы 1.1.

Продолжение таблицы 1.1.

Таблица 1.2.

Степени вертикальной устойчивости атмосферы по прогнозу погоды.

Примечание:

Ин — инверсия, Из — изотермия, К — конвекция.

В скобках — при снежном покрове.

Утро — время в течение 2-х часов после восхода солнца Вечер — время в течение 2-х часов после захода солнца.

Инверсия в атмосфере, характеризуется повышение температуры воздуха по мере увеличения высоты. Инверсия в приземном слое воздуха чаще всего образуется в безветренные ночи в результате интенсивного излучения земной поверхностью. Инверсия препятствует рассеиванию воздуха по высоте и создает наиболее благоприятные условия для сохранения высоких концентраций АХОВ.

Изотермия в атмосфере, характеризуется стабильным равновесием воздуха, она наиболее типична для пасмурной погоды, но может возникнуть и в утренние или вечерние часы. Изотермия препятствует рассеиванию воздуха по высоте и создает наиболее благоприятные условия для сохранения высоких концентраций АХОВ.

Конвекция в атмосфере, характеризуется вертикальным перемещением воздуха с одних высот на другие. Наблюдаются восходящие потоки воздуха, рассеивающие зараженное облако, что создает неблагоприятные условия для распространения АХОВ. Наблюдается в летние месяцы.

заражение аварийный химический опасный Таблица 1.3.

Значение коэффициента К4 в зависимости от скорости ветра.

Таблица 1.4.

Глубины зон возможного заражения АХОВ, км.

Примечание: При скорости ветра более 15 м/с размеры зон заражения принимать как при скорости 15 м/с. При скорости ветра менее 1 м/с размеры зоны заражения принимать как при скорости 1 м/с.

Таблица 1.5.

Скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха.

Таблица 1.6.

Угловые размеры зоны возможного заражения АХОВ в зависимости от скорости ветра.

Расчёт данных:

1. Эквивалентное количество вещества в первичном облаке:

Q_э1 = K₁ K₃ K₅ K₇ Q₀

Q_э1 = 0,01 0,04 0,23 1 10 000 = 0,92 т.

где: К₁ — коэффициент, зависящий от условий хранения АХОВ (таблица 1.1);

К₃ — коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе АХОВ (таблица 1.1);

К₅ — коэффициент, учитывающий СВУА, принимается равным: для инверсии — 1, для изотермии — 0,23, для конвекции — 0,08;

К₇ — коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (таблица 1.1),.

Q₀ — количество выброшенного или вылитого АХОВ, т.

2. Время испарения аммиака:

где: h — толщина слоя АХОВ, м (толщина слоя жидкости, разлившейся свободно принимается равной 0,05 м; разлившихся в поддон или обваловку — h = H — 0,2 с высотой Н, м).

d — плотность АХОВ, т/м³

3. Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке:

Q_э2 = (1- K₁) K₂ K₃ K₄ K₅ K₆ K₇

Q_э2 = (1−0,01) 0,025 0,04 1 0,23 3,623 1 = 9,318 т.

где: К₂ — коэффициент, зависящий от физико-химических свойств АХОВ (табл. 1.1);

К₄ — коэффициент, учитывающий скорость ветра (табл. 1.3);

К₆ — коэффициент, зависящий от времени, прошедшего, после аварии, определяется из соотношения:

К₆ = N ^0,8 при N < t.

К₆ = t ^0,8 при N > t.

К₆ = 1 при t < 1.

где: N — время прошедшее после начала аварии, ч;

t — продолжительность испарения АХОВ,.

4. Глубина зоны заражения для первичного облака. Согласно таблице 1.4 глубина зоны заражения для 0,5 т. составляет 3,16 км, а для 1 т. — 4,75 км. Интерполированием находим глубину зоны заражения для 0,92 т.

5. Глубина зоны заражения для вторичного облака. Согласно таблице 1.4 глубина зоны заражения для 5 т. составляет 12,53 км, а для 10 т. — 19,2 км. Интерполированием находим глубину зоны заражения для 9,318 т.

6. Полная глубина зоны заражения:

Г = Г_мак+ 0,5Г_мин,.

Г = 18,290 + 0,5•4,496 = 20,538 км.

где: Г_мак, Г_мин — глубина заражения по первичному и вторичному облаку, км. Значения Гмин и Г_мак определяются по данным таблицы 1.4. с использованием величин Qэ₁, Qэ₂. При этом за Г_мак принимается большее из двух сравниваемых значений табличной глубины заражения.

7. Предельно возможные значения глубины переноса воздушных масс:

Г_п = 5 6 = 30 км где: N — время прошедшее после аварии;

V — Скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха, км/ч (таблица 1.5).

8. Площадь зоны возможного заражения:

где: f — угловые размеры зоны возможного заражения, °(таблица 1.6).

9. Площадь зоны фактического заражения:

где: К₈ — коэффициент, зависящий от СВУА, равный: при инверсии — 0,081, изотермии — 0,133, конвекции — 0,295.

10. Определение границ возможных зон заражения:

11. Время подхода зараженного облака к объекту:

где: L — расстояние от источника заражения до объекта, км.

Вывод

В ходе практической работы была изучена методика прогнозирования масштабов заражения АХОВ при авариях на ХОО. В результате проведения оценки обстановки после аварии на ХОО стало известно что, глубина зоны заражения аммиаком может составить 20,538 км, а продолжительность действия источника заражения — около 35,4ч.