Глибина розповсюдження хмари забрудненого повітря у разі аварії

ЦИВІЛЬНИЙ ЗАХИСТ

ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ МИХАЙЛА КОЦЮБИНСЬКОГО

ІНСТИТУТ МАТЕМАТИКИ, ФІЗИКИ І ТЕХНОЛОГІЧНОЇ ОСВІТИ

Кафедра технологічної освіти, економіки і безбеки життєдіяльності

 

 

ЦИВІЛЬНИЙ ЗАХИСТ

Практична робота

Вінниця 2016

ІНСТИТУТ МАТЕМАТИКИ, ФІЗИКИ І ТЕХНОЛОГІЧНОЇ ОСВІТИ

Кафедра технологічної освіти, економіки і безбеки життєдіяльності

 

 

РОЗРАХУНКОВА РОБОТА № 1

прогнозування наслідків виливу (викиду) небезпечних хімічних речовин

при аваріях на промислових об`єктах і транспорті

 

Студента групи ________________________________________________

(прізвище, ім'я та по батькові)

 

 

Тема: ___________________________________________________________

 

___________________________________________________________

 

 

Керівник роботи _______________________________________________

(прізвище, ім'я та по батькові)

 

 

Виконано: ________________

(дата)

 

 

Вінниця 2016

Методичні рекомендації

До виконання розрахункової роботи

Підготовка і захист розрахункової роботи є одним із етапів навчального процесу. Він має показати вміння студента використовувати для розв’язання певної проблеми, набуті в процесі навчання теоретичні знання; критично аналізувати літературні джерела, виявляючи їх позитивні та негативні сторони; узагальнювати фактичний, зокрема, статистичний матеріал; застосовувати сучасну методику дослідження; робити висновки та вносити пропозиції, які мають не лише теоретичне, але й практичне значення.

Теоретичні положення, що розглядаються у розрахунковій роботі, необхідно підкріплювати конкретними прикладами та фактами. Щоб факти служили доказами, вони мають бути ретельно відібрані як типові для сучасних умов і глибоко проаналізовані.

Загальні вимоги

Обсяг розрахункової роботи, як правило, має становити 5-10 сторінок тексту в комп’ютерному наборі.

За своєю структурою робота має складатися з таких елементів:

- зміст;

- вступ, в якому визначається актуальність теми, законодавчі та теоретичні основи з урахуванням ступеня їх розробки в науковій літературі;

- основна частина, яка в свою чергу, складається з розрахункової та графічної частин;

- висновки;

- список використаних джерел;

- додатки (схем, таблиць, графіків, практичних документів та ін.), якщо вони є.

Важливо дотримуватися логічної послідовності викладу матеріалу з кожного питання, оскільки її порушення призводить до зайвих повторень, а інколи – і до втрати логічного зв’язку між питаннями теми.

У вступі необхідно визначити актуальність теми, її практичне значення для удосконалення відповідної сфери державного управління, роботи органів виконавчої влади, вирішення економічних, політичних, соціальних питань тощо.

Основна частина розрахункової роботи складається з розрахункової та графічної частин. У розрахунковій частині важливо провести розрахунки прогнозування наслідків виливу (викиду) небезпечних хімічних речовин при аваріях на промислових об`єктах і транспорті, у графічній частині нанести на схемі у масштабі результати проведених розрахунків

У заключній частині реферату чітко формулюються висновки та пропозиції щодо наукового та практичного використання здобутих результатів. За своїм обсягом висновки, як і вступ, не повинні перевищувати 1-2 сторінки.

Список використаних джерел складають в алфавітному порядку прізвищ або заголовків відповідно до кожного розділу типів джерел.

Нумерація списку використаних джерел повинна бути наскрізною.

Додатки. До додатків доцільно включати допоміжний матеріал (хімічні та фізичні властивості небезпечної хімічної речовини, практичне застосування НХР у промисловості, таблиці, схеми, діаграми, графіки, програмне забезпечення, ілюстрації допоміжного характеру, розрахунки економічного ефекту тощо.

 

 

МЕТОДИКА

прогнозування наслідків виливу (викиду) небезпечних хімічних речовин

при аваріях на промислових об`єктах і транспорті

 

1. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

 

Методика прогнозування наслідків виливу (викиду) небезпечних хімічних речовин при аваріях на промислових об`єктах і транспорті призначена для прогнозування масштабів забруднення при аваріях з небезпечними хімічними речовинами (далі – НХР) на промислових об`єктах, автомобільному, річковому, залізничному і трубопровідному транспорті і може бути використана для розрахунків на морському транспорті, якщо хмара НХР при аварії на ньому може дістати прибережної зони, де мешкає населення.

Методика застосовується тільки для НХР, які зберігаються у газоподібному або рідкому стані і які в момент викиду, виливу переходять у газоподібний стан і створюють первинну або і вторинну хмару НХР.

Методика передбачає проведення розрахунків для планування заходів щодо захисту населення тільки на висотах до 10 м над поверхнею землі (приземному шарі повітря).

Методика подається у вигляді таблиць, що унеможливлює тривалі розрахунки і дає змогу оперативно здійснювати прогнозування масштабів забруднення.

Порядок дій працівників хімічно небезпечного об`єкта у разі виникнення аварії з виливом (викидом) небезпечних хімічних речовин на ньому викладено в додатку 1.

 

 

2. ТЕРМІНИ І ВИЗНАЧЕННЯ

 

Наведені терміни і визначення, що застосовуються в цій роботі.

Аварія з НХР – це подія техногенного характеру, що сталася на хімічно небезпечному об`єкті внаслідок виробничих, конструктивних, технологічних чи експлуатаційних причин або від випадкових зовнішніх впливів, що призвела до пошкодження технологічного обладнання, пристроїв, споруд, транспортних засобів з виливом (викидом) НХР в атмосферу і реально загрожує життю, здоров'ю людей.

Вторинна хмара НХР – це хмара НХР, яка виникає протягом певного часу внаслідок випару НХР з підстильної поверхні (для легко летючих речовин час розвитку вторинної хмари після закінчення дії первинної хмари відсутній, для інших речовин він залежить від властивостей НХР, стану обвалування та температури повітря).

Зона можливого хімічного забруднення (ЗМХЗ) – територія, у межах якої під впливом зміни напряму вітру може виникнути переміщення хмари НХР з небезпечними для людини концентраціями.

Зона хімічного забруднення НХР (ЗХЗ) – територія, яка включає осередок хімічного забруднення, де фактично розлита НХР, і ділянки місцевості, над якими утворилась хмара НХР.

Небезпечна хімічна речовина (НХР) – хімічна речовина, безпосередня чи опосередкована дія якої може спричинити загибель, гостре чи хронічне захворювання або отруєння людей і (чи) завдати шкоди довкіллю.

Первинна хмара НХР – це пароподібна частина НХР, яка є в будь-якій ємкості над поверхнею зрідженої НХР і яка виходить в атмосферу безпосередньо при руйнуванні ємкості без випару з підстильної поверхні.

Прогнозована зона хімічного забруднення (ПЗХЗ) – розрахункова зона в межах ЗМХЗ, параметри якої приблизно визначаються за формою еліпса.

Хімічно небезпечний об`єкт (ХНО) – промисловий об`єкт (підприємство) або його структурні підрозділи, на якому знаходяться в обігу (виробляються, переробляються, перевозяться (пересуваються), завантажуються або розвантажуються, виконуються у виробництві, розміщуються або складуються (постійно або тимчасово), знищуються тощо) одне або декілька НХР (до ХНО не належать залізниці).

Хімічно небезпечнаадміністративно-територіальна одиниця (ХАТО) – адміністративно - територіальна одиниця, до якої зараховуються області, райони, а також будь-які населені пункти областей, які потрапляють у ЗМХЗ при аваріях на хімічно небезпечних об`єктах.

Хмара НХР – суміш парів і дрібних крапель НХР з повітрям в обсягах (концентраціях), небезпечних для довкілля (уражальних концентраціях). Розрізняють первинну і вторинну хмару забрудненого повітря.

 

 

3. СФЕРА ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДИКИ

Ця Методика може бути використана для довгострокового (оперативного) і аварійного прогнозування при аваріях на ХНО і транспорті, а також для визначення ступеня хімічної небезпеки ХНО і адміністративно-територіальних одиниць (табл. 22).

3.1. Довгострокове (оперативне) прогнозування

Довгострокове прогнозування здійснюється заздалегідь для визначення можливих масштабів забруднення, сил і засобів, які залучатимуться для ліквідації наслідків аварії, складення планів роботи та інших довгострокових (довідкових) матеріалів.

3.1.1. Для довгострокового (оперативного) прогнозування використовуються такі дані:

загальна кількість НХР для об`єктів, які розташовані в небезпечних районах (на воєнний час та для сейсмонебезпечних районів тощо). У цьому разі приймається розлив НХР “вільно”;

кількість НХР в одиничній максимальній технологічній ємкості для інших об`єктів. У цьому разі приймається розлив НХР “у піддон” або “вільно” залежно від умов зберігання НХР;

метеорологічні дані: швидкість вітру в приземному шарі – 1 м/с, температура повітря 20⁰С, ступінь вертикальної стійкості повітря (СВСП) –інверсія, напрямок вітру не враховується, а розповсюдження хмари забрудненого повітря приймається у колі 360⁰;

середня щільність населення для цієї місцевості;

площа зони можливого хімічного забруднення (ЗМХЗ) S_(ЗМХЗ)=3,14Г²;

площа прогнозованої зони хімічного забруднення (ПЗХЗ) S_(ПЗХЗ)=0,11Г²;

ступінь заповнення ємкості (ємностей) приймається 70% від паспортного об`єму ємкості;

ємкості з НХР при аваріях руйнуються повністю;

при аваріях на продуктопроводах (аміакопроводах тощо) кількість НХР, що може бути викинута, приймається за її кількість між відсікателями (для продуктопроводів об`єм НХР приймається 300-500 т);

заходи щодо захисту населення детальніше плануються на глибину зони можливого хімічного забруднення, яка утворюється протягом перших 4 годин після початку аварії.

3.2. Аварійне прогнозування

Аварійне прогнозування здійснюється під час виникнення аварії за даними розвідки для визначення можливих наслідків аварії і порядку дій в зоні можливого забруднення.

3.2.1. Для аварійного прогнозування використовуються такі дані:

загальна кількість НХР на момент аварії в ємкості (трубопроводі), на якій виникла аварія;

характер розливу НХР на підстильній поверхні (“вільно” або “у піддон”);

висота обвалування (піддону);

реальні метеорологічні умови: температура повітря (⁰С), швидкість (м/с) і напрямок вітру у приземному шарі, ступінь вертикальної стійкості повітря СВСП (інверсія, конвекція, ізотермія) (табл. 7);

середня щільність населення для місцевості, над якою розповсюджується хмара НХР;

площа зони можливого хімічного забруднення (ЗМХЗ) (див. пункт 3.2.2.1);

площа прогнозованої зони хімічного забруднення (ПЗХЗ) (див. пункт 3.2.2.2);

прогнозування здійснюється на термін не більше ніж на 4 години, після чого прогноз має бути уточнений.

3.2.2. Визначення параметрів зон хімічного забруднення під час аварійного прогнозування.

3.2.2.1. Зона можливого хімічного забруднення.

3.2.2.1.1. Розмір ЗМХЗ приймається як сектор круга, форма і розмір якого залежать від швидкості та напрямку вітру (табл. 5), і розраховується за емпіричною формулою.

Площа ЗМХЗ: S_змхз=8,72 · 10^-3 Г² j, кв. км, (1)

де

Г – глибина зони (табл. на сторінках 9- 20);

j – коефіцієнт, який умовно дорівнюється кутовому розміру

зони (табл. 5).

 

3.2.2.2. Прогнозована зона хімічного забруднення.

Площа ПЗХЗ: S_прог. =К ·Г² · N^0,2, кв. км, (2)

де

К – коефіцієнт (табл. 4);

N – час, на який розраховується глибина ПЗХЗ.

Ширина ПЗХЗ:

при інверсії Ш=0,3Г^0,6, км;

при ізотермії Ш=0,3Г^0,75, км;

при конвекції Ш=0,3Г^0,95, км,

де

Г – глибина зони забруднення, яка визначається з використанням таблиць на сторінках 9- 20.

 

4. ВИЗНАЧЕННЯ ЧАСУ ПІДХОДУ ЗАБРУДНЕНОГО ПОВІТРЯ ДО ОБ`ЄКТА

Час підходу хмари НХР до заданого об`єкта залежить від швидкості перенесення хмари повітряним потоком і визначається за формулою

	=	X	, год,
t
V

де X - відстань від джерела забруднення до заданого об`єкта, км;

V – швидкість переносу переднього фронту забрудненого повітря в залежності від швидкості вітру (табл. 2), км/год.

 

5. ПРИЙНЯТІ ДОПУЩЕННЯ

 

5.1. Для прогнозування за цією методикою розлив “вільно” приймається, якщо вилита НХР розливається підстильною поверхнею при висоті шару (h) не вище 0,05 м. Розлив “у піддон” приймається, якщо вилита НХР розливається поверхнею, яка має обвалування, при цьому висота шару розлитої НХР має бути h=Н-0,2 м, де Н – висота обвалування.

5.2. При аварії з ємностями, які містять кількість НХР менше від нижчих меж, що вказані в таблиці, глибини розраховуються методом інтерполювання між нижчим значенням та нулем.

5.3. Усі розрахунки виконуються на термін не більше 4 годин. Після отримання даних з урахуванням усіх коефіцієнтів отримане значення порівнюється з максимальним значенням переносу повітряних мас за 4 години:

 

Г=4V,

де V –швидкість переносу повітряних мас (табл. 2);

Г – глибина зони.

Для подальшої роботи береться найменше з двох значень, що порівнюються.

5.4. Глибини розповсюдження для НХР, значення глибин розповсюдження яких не визначено в таблицях на сторінках 9 - 20, розраховуються з використанням коефіцієнтів таблиці на стор. 21.

Для розрахунків у цьому разі береться значення глибини розповсюдження хмари забрудненого повітря хлору, яке відповідає умовам, за яких виникла аварія з НХР (швидкість вітру, СВСП, температура повітря, кількість НХР), і множиться на коефіцієнт, отриманий з таблиці на стор. 21 (табл. 20) для даного НХР.

 

6. УРАХУВАННЯ РІЗНИХ УМОВ ВИНИКНЕННЯ АВАРІЇ З НХР

Таблиця 1

 

Коефіцієнти зменшення глибини розповсюдження хмари НХР

при виливі “у піддон”

Найменування НХР	Висота обвалування, м
хлор	2,1	2,4	2,5
аміак	2,0	2,25	2,35
сірковий ангідрид	2,5	3,0	3,1
сірководень	1,6	1,6	1,6
соляна кислота	4,6	7,4	10,0
хлорпікрин	5,3	8,8	11,6
формальдегід	2,1	2,3	2,5

Примітки:

1. Якщо приміщення, де зберігається НХР, герметично зачиняються і обладнані спеціальними вловлювачами, то відповідний коефіцієнт збільшується в 3 рази.

2. У разі проміжних значень висоти обвалування існуюче значення висоти обвалування округляється до ближчого.

Таблиця 2

Швидкість переносу переднього фронту хмари забрудненого повітря

залежно від швидкості вітру та СВСП

Швидкість повітря, м/с
Швидкість переносу переднього фронту хмари забрудненого повітря, км/год
ІНВЕРСІЯ
ІЗОТЕРМІЯ
КОНВЕКЦІЯ

Таблиця 3

В умовах міської забудови, сільського будівництва або лісів глибина розповсюдження хмари забрудненого повітря для кожного 1 км цих зон зменшується на відповідні коефіцієнти:

СВСП	Міська забудова	Лісові масиви	Сільське будівництво
Інверсія	3,5	1,8
Ізотермія		1,7	2,5
Конвекція		1,5

 

Таблиця 4

Коефіцієнт (К), який залежить від ступеня вертикальної

стійкості повітря (СВСП)

Інверсія	Ізотермія	Конвекція
0,081	0,133	0,235

 

Таблиця 5

Коефіцієнт j, який залежить від швидкості вітру

м/с	< 1			> 2
j

Для оперативного планування приймається j=360⁰.

Таблиця 6

Можливі втрати населення, робітників та службовців,

які опинилися у ЗМХЗ (ПЗХЗ), %

Забезпеченість засобами захисту	На відкритій місцевості	У будівлях або в простіших сховищах
Без протигазів	90-100
У протигазах	1-2	до 1
У простіших засобах захисту		30-45

Структура втрат може розподілятися за такими даними:

легкі – до 25%;

середньої тяжкості – до 40%;

зі смертельними наслідками – до 35%.

Таблиця 7

ГРАФІК

орієнтованої оцінки ступеня вертикальної стійкості повітря

 

Швидкість вітру, м/с	день (період від сходу сонця)	ніч (період від заходу сонця до сходу)
ясно	напів`ясно	хмарно	ясно	напів`ясно	хмарно
0,5	КОНВЕКЦІЯ		ІНВЕРСІЯ
0,6 - 2,0
2,1- 4,0		ІЗОТЕРМІЯ		ІЗОТЕРМІЯ
більше 4,0

 

Примітки:

Інверсія – такий стан приземного шару повітря, при якому температура поверхні ґрунту менша за температуру повітря на висоті 2 м від поверхні.

Ізотермія – такий стан приземного шару повітря, при якому температура поверхні ґрунту орієнтовно рівна температурі повітря на висоті 2 м від поверхні.

Конвекція – такий стан приземного шару повітря, при якому температура поверхні ґрунту більша за температуру повітря на висоті 2 м від поверхні.

 

 

 

Таблиця 8

Глибина розповсюдження хмари забрудненого повітря у разі аварії

на хімічно небезпечних об`єктах та транспорті, км

 

Кількість НХР, т	Тповітря 0С	інверсія
хлор	аміак
швидкість вітру, м/с
0,5	-20	2,65	1,65	1,45	1,30
	2,85	1,85	1,55	1,40
+20	3,15	2,05	1,65	1,50
1,0	-20	4,25	2,70	2,15	1,90			< 0,5
	4,65	2,90	2,30	2,05
+20	4,80	3,00	2,40	2,10
3,0	-20	8,35	5,10	3,95	3,35			1,15	0,80	0,65	0,55
	8,75	5,30	4,15	3,50			1,25	0,85	0,70	0,60
+20	9,20	5,60	4,35	3,70			1,30	0,90	0,75	0,65
5,0	-20	11,6	6,90	5,30	4,50			1,50	1,00	0,85	0,75
	12,2	7,30	5,60	4,70			1,60	1,10	0,95	0,85
+20	12,8	7,60	5,80	4,90			1,65	1,15	1,00	0,90
	-20	17,7	10,4	7,90	6,60			2,30	1,50	1,20	1,05
	18,5	10,9	8,30	6,90			2,45	1,55	1,30	1,15
+20	19,3	11,3	8,60	7,20			2,65	1,75	1,45	1,25
	-20	27,1	15,7	11,8	9,80			3,80	2,35	1,90	1,60
	28,3	16,4	12,3	10,2			4,05	2,55	2,05	1,80
+20	29,7	17,2	12,9	10,7			4,30	2,70	2,15	1,90
	-20	35,0	20,1	15,0	12,4			4,90	3,05	2,40	2,10
	36,7	21,0	15,7	12,9			5,25	3,25	2,60	2,25
+20	38,5	22,0	16,4	13,5			5,45	3,40	2,70	2,35
	-20	48,2	27,3	20,3	16,6			6,60	4,05	3,20	1,25
	50,4	28,6	21,2	17,3			6,85	4,20	3,30	1,35
+20	52,9	30,0	22,1	18,1			7,20	4,40	3,45	2,45
	-20	59,9	33,7	24,8	20,3			8,10	4,95	3,85	3,25
	62,6	35,2	25,9	21,1			8,45	5,15	4,00	3,40
+20	65,6	36,8	27,1	22,0			8,90	5,45	4,20	3,60
	-20	75,0	41,9	30,8	25,0			10,2	6,20	4,75	3,95
	78,7	43,8	32,1	26,1			10,8	6,50	5,00	4,15
+20	82,2	45,9	33,6	27,2			11,3	6,75	5,20	4,35
	-20		81,6	59,2	47,8			20,1	11,8	9,00	7,40
		85,4	61,9	49,9			21,0	12,4	9,30	7,70
+20		89,5	64,8	52,2			21,9	12,9	9,70	8,00

 

 

Таблиця 9