Расчеты при авариях на химически опасном объекте

Основные положения методического подхода к расчету.

В основу методики расчетов положены следующие допущения и условия.

• 1. Внешние границы зон заражения рассчитываются по пороговой токсодозе АХОВ.
• 2. Определение глубины зоны заражения проводится по единой для всех АХОВ таблице.
• 3. Для того, чтобы пользоваться единой таблицей для всех АХОВ, производится пересчет исходных данных и характеристик вещества к веществу, выбираемому эталоном. Эталонным веществом в используемой методике прогнозирования выбран хлор.
• 4. Основная таблица составлена для аварий с выходом хлора при следующих метеоусловиях: инверсия, температура воздуха 20^оС.

Таким образом, первым этапом используемой методики является расчет эквивалентного количество АХОВ.

Эквивалентное количество АХОВ — это такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии и температуре 20^оС эквивалентен масштабу заражения данным АХОВ при конкретных метеоусловиях.

Токсичность любого АХОВ по отношению к хлору, свойства, влияющие на образование зараженного облака, а также отличные от стандартных метеоусловия учитываются специальными коэффициентами, по которым рассчитывается эквивалентное количество АХОВ.

Коэффициенты, используемые при расчете эквивалентного количества хлора.

Рассмотрим используемые при расчетах коэффициенты и поясним их физический смысл и особенности расчета и использования.

К₁— коэффициент, определяющий относительное количество АХОВ, переходящее при аварии в газ;

для газообразных АХОВ К₁ = 1;

для жидкостей, кипящих при температуре выше температуры окружающей среды, К₁ = 0;

в других случаях коэффициент К₁ зависит от вида АХОВ;

К₂— удельная скорость испарения вещества — количество испарившегося вещества в тоннах с площади 1 м. кв. за 1 час, (т/м² ч);

K₃ — отношение пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе данного АХОВ;

К₄— коэффициент, учитывающий скорость ветра;

K₅ — коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости воздуха (используется при расчете эквивалентного количества вещества):

для инверсии К₅ = 1 ,.

для изотермии К₅ = 0,23 ,.

для конвекции К₅ = 0,08 .

К₆ — коэффициент, зависящий от времени, на которое осуществляется прогноз:

К6 = Tпрог0,8 при Tпрог < Tисп ,.

К₆ = T_исп ^0,8 при T_прог > T_исп, (K₆=K_6max) ,.

К₆ = 1 при Т < 1 часа.

здесь T_прог — время после аварии, на которое осуществляется прогноз,.

T_исп — продолжительность испарения.

К₇ — коэффициент, учитывающий температуру воздуха;

К₈ — коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости воздуха (используется при расчете площади зоны заражения):

для инверсии К₈ = 0,081,.

для изотермии К₈ = 0,133,.

для конвекции К₈ = 0,235 .

Значения коэффициентов К₁, К₂, K₃, К₄, К₇ — при расчетах берутся из выдаваемых студентам таблиц (см. Приложение).

Определение эквивалентного количества вещества, образующего

первичное облако.

Эквивалентное количество вещества, по первичному облаку, т, определяется по формуле:

m_э1 = K₁ K₃ K₅ K₇ m_о, (4).

m_о — количество вышедшего при аварии АХОВ, т. (см. (1) и (2)).

Определение эквивалентного количества вещества, образующего вторичное облако, и времени испарения.

Вторичное облако образуется за счет испарения жидкой фазы АХОВ.

Расчет проводится в два этапа:

1) Определяется время испарения, ч:

Tисп = h rж / K2 K4 K7 (5).

где r_ж — плотность АХОВ, т/м. куб (см. Приложение);

h — высота столба испарения разлившегося АХОВ, м .

При T_исп <1 во всех дальнейших расчетах принимаем Т = 1 ч.

• 2) Эквивалентное количество АХОВ, образующее вторичное облако, определяется по формуле:
  • — при расчете на время Т_прог:

m_э2 =(1 — K₁)K₃K₅K₆ m_о/Т_исп =(1 — K₁)K₂K₃K₄K₅K₆K₇ m_о/(hr_ж) (6).

— при расчете на время Т_прог > T_исп:

m_э2мах = m_э2K_6мах/K₆ =(1 — K₁)K₂K₃K₄K₅K_6махK₇ m_о/(hr_ж) (7).

Расчет глубины зоны заражения при аварии на ХОО.

В основной таблице приведены максимальные значения глубин зон заражения первичным Г₁ или вторичным Г₂ (Г_2мах) облаком АХОВ в зависимости от эквивалентного количества вещества и скорости ветра.

Максимально возможная глубина зоны заражения Г (Г_мах), км, обусловленная первичным и вторичным облаками, определяется формулой:

Г = Г' + 0,5 Г'' (8).

где Г' — больший, а Г'' — меньший из размеров Г₁ и Г₂ (Г_2мах) или в другом виде при T_прог исп: Г = max { Г₁; Г₂} + 0,5 min { Г₁; Г₂}. (9).

при T_прог >=T_исп: Г_мах = max { Г₁; Г_2мах} + 0,5 min { Г₁; Г_2мах} ,.

Степень вертикальной устойчивости воздуха значительно влияет на скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха, что не в полной мере учтено в основной таблице, ввиду чего необходимо дополнительно рассчитаем глубину переноса переднего фронта зараженного воздуха, используя данные специальной таблицы для определения скорости переноса V_п:

Г_п= T_прог V_п, (Г_п мах = T_испV_п), (10).

где V_п — скорость (км/час) переноса переднего фронта зараженного воздуха при данных скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха.

За окончательную расчетную глубину зоны заражения принимается минимальная из величин Г и Г_п (Г_мах и Г_п мах). Указанный выбор можно объяснить следующим образом: при Г < Г_п переносимый зараженный воздух на дальностях Г > Г_п имеет концентрацию меньше пороговой, а при Г > Г_п перенос не может быть осуществлен на расстояние > Г_п.

Затем рассчитывается время формирования зоны.

T_ф = Г / V_п, T_ф max =Г_max/V_п (11).

Определение площади зоны заражения и нанесение ее на карту Различают зоны возможного и фактического заражения АХОВ.

Зона возможного заражения— это пространство, в котором может распространиться АХОВ при данных метеорологических условиях.

На картах зона возможного заражения изображается в виде:

• — окружности радиусом Г с центром в месте аварии — при скорости ветра по прогнозу до 0,5 м/с;
• — полуокружности радиусом Г с центром в месте аварии — при скорости ветра по прогнозу от 0,6 до 1 м/с. Биссектриса полуокружности ориентирована по направлению ветра и проходит через центр аварии;
• — сектора с центральным углом 90^о— при скорости ветра по прогнозу от 1,1 до 2 м/с;
• — сектора с центральным углом 45^о— при скорости ветра по прогнозу более 2 м/с.

Радиус секторов равен глубине зоны заражения Г, а биссектрисы ориентированы по направлению ветра и проходят через центр аварии.

Площадь зоны возможного заражения облаком АХОВ, км², определяется по формуле:

S_в = 8,73* 10^-3* Г²*—j = p Г² j/ 360, км² (12).

где Г — глубина зоны заражения, км;

???j — угловые размеры зоны, град.

Зоной фактического заражения называется территория, воздушное пространство которой заражено АХОВ в опасных для жизни пределах. Конфигурация зоны фактического заражения близка к эллипсу, который не выходит за пределы зоны возможного заражения и может перемещаться в ее пределах под воздействием ветра.

Из-за возможного перемещения зоны фактического заражения на карту ее не наносят. Ее размеры используют для определения возможной численности пораженного населения и необходимого запаса сил и средств, необходимых для проведения спасательных работ.

Площадь зоны фактического заражения облаком АХОВ вычисляется по формуле:

S_ф = К₈ Г² T_ф^0,2 (13).

где Г — глубина зоны заражения, км;

T_ф — время формирования зоны, ч.

По аналогичным формулам рассчитываются S_в max и S_ф max .

Определение времени подхода зараженного воздуха к заданной границе (объекту).

Время подхода облака АХОВ к заданному рубежу зависит от скорости переноса облака воздушным потоком и определяется по формуле:

t = X/V_п (14).

где X — расстояние от источника заражения до выбранного рубежа, км;

V_п -скорость переноса фронта облака зараженного воздуха, км/час.

Определение продолжительности заражения.

Время поражающего действия АХОВ (продолжительность заражения) определяется временем испарения вышедшего АХОВ. При образовании только первичного облака — время принимается равным 1 часу.