Прогнозування глибини зони зараження.

Прогнозування глибини зони зараження............................................... 14

2.4. Визначення площі хімічного зараження................................................ 17

2.5. Прогнозування часу підходу зараженої хмари і тривалості вражаючої дії НХР.............................................................................................................. 18

2.6. Прогнозування можливих утрат людей................................................. 19

3. Розрахунок сил і засобів для ізоляції джерела аварії та обмеження зони зараження............................................................................................... 21

Приклад виконання роботи..................................................................... 30

5. Таблиці вихідних даних............................................................................ 44

6. Вибір варіанту завдання.......................................................................... 47

Література........................................................................................................ 49

 

ВСТУП

 

Широке застосування досягнень хімії в промисловості в другій половиш XX століття привели до різкого збільшення числа надзвичайних ситуацій, які пов’язані з виходом у навколишнє середовище отруйних речовин. По наслідкам ці надзвичайні ситуації можна порівняти з застосуванням зброї масової поразки.

Найбільш небезпечними є аварії і руйнування на хімічно-небезпечних об’єктах (ХНО): підприємствах, що роблять або використовують у технологічних процесах отруйні хімічні речовини, транспортних засобах під час перевезення отруйних хімічних речовин.

Хімічна обстановка при пожежах і аваріях на ХНО постійно змінюється з часом, і на обстановку впливає безліч випадкових факторів, наприклад, висота інверсійного шару або швидкість приземного вітру та його напрямок. Крім того, параметри, що характеризують умови утворення викиду або розлиття небезпечної хімічної речовини (НХР) у навколишнє середовище, площу розлиття НХР у конкретний момент часу тощо. Тому прогнозування хімічної обстановки повинне виконуватись із застосуванням теорії ймовірності; вирішення такої задачі є дуже складним і трудомістким.

Звичайно, розрахунки, які вирішуються працівниками ДСНС України, виконуються в детермінованому плані – для середнього очікуваного або найгіршого варіанта, що дає наближені результати, але дозволяє просто та швидко одержати необхідне рішення.

Метою прогнозування є завчасне й оперативне визначення хімічної обстановки при викиді й розливі НХР, що утворюються в результаті аварій на технологічних ємностях і сховищах, при транспортуванні авто-, залізничним, трубним і іншим видами транспортування, а також при руйнуванні ХНО.

Мета та завдання роботи

 

По вихідним даним, що вибираються відповідно номеру залікової книжки потрібно:

1. Провести прогноз обстановки яка може скластися на об'єкті та у місті при аварії з викидом НХР, в результаті прогнозу потрібно визначити:

1.1 можливу глибину та площу зони хімічного зараження;

1.2 можливі втрати серед працівників об'єкту та населення;

1.3 час випарювання речовини;

1.4 час підходу хмари НХР до будівель;

1.5 можливу вибухонебезпечну зону;

1.6 фактичну глибину та площу зони хімічного зараження на час ліквідації аварії;

1.7 втрати серед працівників об'єкту та населення на початок ліквідації аварії.

2. Розрахувати сили та засоби потрібні для ліквідації аварії.

3. Надати рекомендації по проведенню АРР підрозділами ДСНС України.

4. Нанести на схему формату А-3 в масштабі 1:1000 зону зараження, яка прогнозується та фактичну зону зараження, а також розстановку сил та засобів при проведені АРР.

 

2. Прогнозування хімічної обстановки при аваріЇ на хімічно-небезпечному об’єкті

2.1. Постановка задачі і вихідні дані.

Для прогнозування необхідні наступні дані:

1) відомості про НХР на об'єкті:

• кількість НХР у технологічній ємності або сховищі, у трубопроводі, у транспортній ємності, що може перейти в навколишнє середовище при аварії;

• фізико-хімічні параметри НХР: агрегатний стан речовини, температура кипіння, тиску пару;

• показники токсичності НХР;

2) характер розлиття НХР на поверхні, що підстилає: «вільно», «у піддон» або «обвалування»;

3) конструктивні параметри пристроїв огородження: площа горизонтального перетину піддона або площа обвалування;

4) метеорологічні умови: температура повітря, швидкість вітру на висоті 10 метрів, наявність хмарності;

5) час доби.

Для ХНО, у результаті аварій, на яких можливий викид або розлиття НХР, вирішуються дві задачі:

• оперативне (завчасне) прогнозування хімічної обстановки;

• аварійне прогнозування хімічної обстановки.

Оперативне прогнозування хімічної обстановки виконується при підготовці пожежних підрозділів до можливих пожеж і аварій на ХНО.

Прийнято наступні допущення:

1) ємності, що містять НХР, руйнуються цілком і вся кількість НХР переходить у навколишнє середовище, кількість НХР для розрахунків приймається рівним:

- при аварії - кількості НХР у максимальній по об’єму одиничної ємності (технологічної, складський, транспортної):

 

т (2.1)

 

де G_j – кількість НХР у j-ої ємності;

- при руйнуванні – виходу всього запасу НХР на ХНО:

 

т (2.2)

 

де G (...) – функціональний зв'язок залежить від фізико-хімічних властивостей НХР;

- при аваріях на сховищах стиснутого газу:

 

т (2.3)

 

де r_р– щільність НХР у скрапленому або стиснутому стані, кг/м³;

V_НХР – об’єм сховища, м³;

- при аваріях на газо- і продуктопроводах:

 

т (2.4)

 

де n – кількість НХР у газі, %

V_r – об’єм секції газопроводу між автоматичними відсіками, м³, наприклад, для аміакопроводів об'єм секції складає V_r = 275 ¸ 500 м³;

2) товщина шару рідини для НХР –h дорівнює:

- при розливі вільно на поверхні, що підстилає, приймається рівної 0,05 м. По всій площі розливу

 

м (2.5)

 

- при розливі з ємностей, що мають піддон або обвалування

 

м (2.6)

 

де Н – висота піддону, обвалування, м;

3) граничний час перебування людей у зоні зараження – 4години;

4) стан атмосфери – інверсія, u < 0;

5) метеорологічні умови – швидкість приземного вітру V = 1 м/с.

 

Аварійне прогнозування хімічної обстановки – це поточне прогнозування обстановки. Виконується перед початком бойових дій і при веденні бойових дій на ХНО на основі даних розвідки. Прийнято наступні допущення:

1) метеорологічні умови не змінюються протягом 4 годин;

2) граничний час перебування людей у зоні зараження – 4 години.

При відсутності всіх необхідних даних розвідки, при оперативному прогнозуванні хімічної обстановки можна приймати окремі допущення, прийняті при завчасному прогнозуванні. Відповідно до прийнятих допущень оперативне прогнозування виконується на термін до 4 годин, а після закінчення цього часу прогноз обстановки повинний бути уточнений.

Зони зараження при викиді і розлитті НХР у залежності від їхніх фізичних властивостей і агрегатного стану розраховуються по первинній і вторинній хмарі, а саме для:

• зріджених газів – по первинній і вторинній хмарі;

• стиснутих газів – тільки по первинній хмарі;

• рідин, що киплять вище температури навколишнього середовища – тільки по вторинній хмарі.

Базовими при прогнозуванні є:

• отруйна речовина – хлор;

• стан атмосфери – інверсія;

• швидкість приземного вітру – 1 м/с.

При прогнозуванні хімічної обстановки визначаються:

1) глибина зони зараження – Г, км;

2) площа зони зараження – S, км²;

3) час підходу хмари НХР до заданого об'єкта – t_підх, годин;

4) тривалість вражаючої дії НХР – t _НХР, годин;

5) можливі втрати людей – N_п, осіб. Результати прогнозу хімічної обстановки наносяться на топографічні карти або плани міста об’єкту.

2.2. Визначення еквівалентної кількості хлору.

Базовою отруйною речовиною прийнято хлор і отримано числові результати по прогнозуванню зони хімічного зараження хлором. Для використання цих даних для інших НХР необхідно для конкретної НХР визначити еквівалентну кількість хлору.

Еквівалентна для НХР кількість хлору – це така кількість хлору, масштаб зараження яким при інверсії еквівалентний масштабу зараження при цьому ж ступені вертикальної стійкості повітря кількістю НХР, що перейшла в первинну або вторинну хмару.

У зв'язку з утворенням НХР первинної або вторинної хмар еквівалентна кількість хлору при аварії визначається:

- по первинній хмарі:

1) для зріджених газів;

2) для стиснутих газів.

- по вторинній хмарі:

1) для зріджених газів;

2) для отрутних рідин, що киплять вище температури навколишнього середовища.

Формули для визначення еквівалентної кількості хлору:

- по первинній хмарі:

 

т (2.7)

 

- по вторинній хмарі:

 

, т (2.8)

 

- при руйнуванні ХНО (одночасний викид усіх НХР на ХНО):

 

т (2.9)

 

де індекс j означає приналежність показника до j-му НХР.

У формулах (2.7 – 2.8) приведені наступні коефіцієнти:

 

k₁ – коефіцієнт, що залежить від умов збереження НХР:

 

k1 =		1 – для стиснутих газів
k1 – для іншого агрегатного стану по таблиці 1
– для рідких НХР, яких немає в таблиці 1

 

де С_р – питома теплоємність НХР, кДж/(кг·К);

dt – різниця температур рідкого (НХР) до і після виходу в навколишнє середовище, град.;

Н_вип – питома теплота випару рідкого НХР при температурі випару кДж/кг.

 

k₂ – коефіцієнт, що враховує випар НХР при відсутності вітру і температурі 20 ⁰С, коефіцієнт залежить від фізико-хімічних властивостей речовини:

 

k2 =		k2 – по таблиці 1
– для НХР, яких немає в таблиці 1

 

де Р – тиск насиченої пари речовини при температурі повітря 20 ⁰С, кПа.;

М – молекулярна маса речовини;

 

k₃ – коефіцієнт, дорівнює відношенню граничної токсидози хлору до токсидози іншого НХР:

 

k3 =		k3– по таблиці 3
– для НХР, яких немає в таблиці 1

 

де Сl_t×50– гранична токсидоза, визначається по формулі:

 

, (2.10)

 

ЗНХР =		5 – для газів що подразнюють,
9 – для усіх інших газів.

k₄ – коефіцієнт, що враховує вплив швидкості вітру:

 

(2.11)

 

де v_п – швидкість приземного вітру, (м/с).

Для спрощення розрахунків коефіцієнт k₄ визначається по таблиці 2.

 

k₅ – коефіцієнт, що враховує стан атмосфери – ступінь вертикальної стійкості повітря:

 

k5 =		1 – при інверсії
0,23 – при ізотермії
0,08 – при конвекції

 

k₆ – коефіцієнт, що залежить від часу, що пройшов після початку аварії (виходу/викиду НХР) – t, визначається після розрахунку тривалості випарювання речовини t_вип(2.20):

 

k6 =		1 – якщо tвип < 1 год.
– якщо tвип < t
– якщо tвип >t

 

k₇ – коефіцієнт, що враховує вплив температури повітря на швидкість випару і поширення НХР:

 

k7 =		k7– по таблиці 1
1 – для НХР, яких немає в таблиці 1

 

Таблиця 1

Коефіцієнти для прогнозування зон зараження

Найменування НХР	Порогова токси доза, мг·хв/л	Значення коефіцієнтів
k1	k2	k3	k7для температури
- 20 0С	0 0С	20 0С	40 0С
1. Аміак • під тиском • ізотермічне збереження		0,18 0,01	0,025 0,025	0,04 0,04	0,3/1 1/1	0,6/1 1/1	1/1 1/1	1,4/1 1/1
2. Водень • миш'яковистий • фтористий • хлористий • бромистий • ціаністий	0,2 2,4 0,2	0,17 0,28 0,13	0,054 0,028 0,037 0,055 0,026	0,86 0,15 0,3	0,5/1 0,2 0,6/1 0,5/1	0,8/1 0,5 0,8/1 0,8/1 0,4	1/1 1/1 1/1	1,2/1 1,2/1 1,2/1 1,8
3. Метиламін	1,2	0,13	0,034	0,5	0/0,7	0,5/1	1/1	2,5/1
4. Метил • бромистий • хлористий	1,2 10,8	0,04 0,125	0,039 0,044	0,5 0,06	0/0,4 0,1/1	0/0,9 0,6/1	1/1 1/1	2,3/1 1,5/1
5. Метилакрілат			0,005	0,03	0,2	0,4		3,1
6. Нітрил акрилової кислоти	0,75		0,007	0,8	0,1	0,4		2,4
7. Окисли азоту	1,5		0,04	0,04		0,4
8. Сірчаний ангідрид	1,8	0,11	0,49	0,03	0/0,5	0,3/1	1/1	1,7/1
9. Сірководень	16,1	0,27	0,042	0,04	0,5/1	0,8/1	1/1	1,2/1
10. Сірковуглець			0,021	0,01	0,2	0,4		2,1
11. Соляна кислота			0,021	0,3	0,1	0,3		1,6
12. Формальдегід	0,6	0,19	0,034		0/1	0,5/1	1/1	1,5/1
13. Фтор	0,2	0,95	0,038		0,8/1	0,9/1	1/1	1,1/1
14. Фосген	0,6	0,05	0,061		0/0,3	0/0,7	1/1	2,7/1
15. Хлор	0.6	0,18	0,052		0,3/1	0,6/1	1/1	1,1/1
16. Хлорпікрин	0,02		0,002		0,1	0,3		2,9
17. Хлорціан	0,75	0,04	0,048	0,8	0/0	0/0,6	1/1	3,9/1
Значення k7: у чисельнику - для первинної хмари, у знаменнику - для вторинної хмари.

 

Таблиця 2

Значення коефіцієнта k₄

Коефіцієнт	Швидкість вітру, м/с
k4		1,3	1,6	2,0	2,3	2,6	3,0	3,3	3,6	4,0	5,6

 

Коефіцієнти k₁, k₂, k₃, k₆ враховують перехід від хлору до іншому НХР, а коефіцієнти k₄, k₅, k₇враховують інші, що відрізняються від базових, метеорологічні умови.

Прогнозування глибини зони зараження.

Глибина зони зараження – це основний параметр, що характеризує поширення НХР при викиді або розлитті в навколишнє середовище.

Прогнозування глибини зони хімічного зараження НХР полягає у визначенні глибини зони зараження для еквівалентної кількості хлору по первинній і вторинній хмарах. Вихідні дані:

- прогнозування по первинній хмарі:

1) еквівалентна кількість хлору по первинній хмарі – G₁;

2) швидкість приземного вітру – V;

- прогнозування по вторинній хмарі:

1) еквівалентна кількість хлору по вторинній хмарі – G₂;

2) швидкість приземного вітру – V.

 

По таблиці 3 визначається глибина Г₁ зони зараження для первинної хмари і глибина Г₂ зони зараження для вторинної хмари:

 

, км (2.12)

 

 

Таблиця 3

Глибини зон можливого зараження НХР, км

Швидкість вітру, м/c	Еквівалентна кількість
0,01	0,05	0,1	0,5
	0,38	0,85	1,25	3,16	4,75	12,53	19,2	52,67	81,91
	0,26	0,59	0,84	1,92	2,84	7,2	10,83	28,73	44,09
	0,22	0,48	0,68	1,53	2,17	5,43	7,96	20,59	31,3
	0,19	0,42	0,59	1,33	1,88	4,36	6,46	16,43	24,8
	0,17	0,38	0,53	1,19	1,68	3,75	5,53	13,88	20,82
	0,15	0,34	0,48	1,09	1,53	3,43	4,88	12,14	18,13
	0,14	0,32	0,45		1,42	3,17	4,49	10,87	16,17
	0,13	0,3	0,42	0,94	1,33	2,97	4,2	9,9	14,68
	0,12	0,28	0,4	0,88	1,25	2,8	3,96	9,12	13,5
	0,12	0,26	0,38	0,84	1,19	2,66	3,76	8,5	12,54
	0,11	0,25	0,36	0,8	1,13	2,53	3,58	8,01	11,74
	0,11	0,24	0,34	0,76	1,08	,42	3,46	7,67	11,06
	0,10	0,23	0,33	0,74	1,04	2,37	3,29	7,37	10,48
	0,10	0,22	0,32	0,71		2,24	3,17	7,1	10,04
	0,10	0,22	0,31	0,69	0,97	2,17	3,07	6,86	9,7
	Примітка: 1. При швидкості вітру менше 1 м/с розміри зон зараження приймати як при швидкості вітру 1 м/с. 2. При швидкості вітру більше 15 м/с розміри зон зараження приймати як при швидкості вітру 15 м/с.

 

Глибина зони зараження при спільній дії первинної і вторинної хмар Г₀ визначається:

 

, км (2.13)

 

де Г^/, Г^// - найбільший і найменший з розмірів Г₁ і Г₂.

(2. 14)

 

Для остаточного рішення про глибину зони зараження необхідно визначити глибину зони зараження Г_t що сформувалася на момент часу, який минув з початку аварії (виходу або викиду НХР):

 

, км, (2.15)

 

де t – час від початку аварії (початку виходу НХР), год.;

V_пер– швидкість переносу переднього фронту зараженого повітря при заданій швидкості вітру v таступеня вертикальної стійкості повітря, км/год.:

 

Vпер=		2,2×V – при інверсії
5,81×V – при ізотермії
7×V – при конвекції

Рис. 1 – Утворення зони хімічного зараження.

Порівнюючи значення глибини Г_озони зараження при дії первинної і вторинної хмар з можливою глибиною зони Г_r сформованої на конкретний момент часу г після початку аварії, вибираємо менше з цих значень:

 

, км (2.16)

 

яке є остаточною оцінкою глибини зони зараження.

 

2.4. Визначення площі хімічного зараження.

Зона хімічного зараження являє собою сектор. Площа зони хімічного зараження S визначається по формулі:

 

, км (2.17)

 

де f⁰ – кутові розміри зони можливого зараження, град., залежить від швидкості приземного вітру (див. таблицю 4).

 

Таблиця 4

Кутові розміри зони можливого зараження

Швидкість вітру, м/с	менш 0,5	0,6-1,0	1,1-2,0	більш 2,0
Кутові розміри, град., f0

 

Площа S зони зараження – це площа максимально можливої зони зараження, глибина якої визначається по формулі (2.16). У конкретний момент часу t, що пройшло після початку аварії (виходу або викиду НХР) площа зони - позначимо її S_t – буде менше, тобто S_t < S. Площа S_t обчислюється по формулі:

 

, км² при t < t_вип.(2.18)

 

де: k₈ – коефіцієнт, що залежить від ступеня вертикальної стійкості повітря, приймається рівним:

 

k8 =		0,081 – при інверсії
0,133 – при ізотермії
0,233 – при конвекції

 

Розрахована і нанесена на карту (схему) зона зараження є зоною можливого зараження. Фактична зона зараження має форму еліпса і (входить) у зону можливого зараження. Але через можливі переміщення хмари НХР під впливом змін напрямку вітру зображення зони фактичного зараження на карти (схеми) не наноситься.

2.5. Прогнозування часу підходу зараженої хмари і тривалості вражаючої дії НХР.

Час підходу хмари НХР до заданого об'єкта залежить від швидкості переносу хмари повітряним потоком і визначається по формулі:

 

, год. (2.19)

 

де L– відстань від джерела зараження до об'єкта, км.

Тривалість вражаючої дії НХР визначається часом його випару з площі розливу. Час випару НХР t_вип із площі розливу визначається по формулі:

 

, год. (2.20)