Прогнозування хімічної обстановки

ПРОГНОЗУВАННЯ ХІМІЧНОЇ ОБСТАНОВКИ ПРИ АВАРІЯХ НА ХІМІЧНО НЕБЕЗПЕЧНИХ ОБ’ЄКТАХ І ТРАНСПОРТІ

Методичні вказівки до занять із цивільної оборони

Для студентів усіх спеціальностей

Денної та заочної форми навчання

Полтава 2014

 

Прогнозування хімічної обстановки при аваріях на хімічно небезпечних об’єктах і транспорті // Методичні вказівки до занять із цивільної оборони

для студентів усіх спеціальностей денної та заочної форми навчання. - Полтава: ПолтНТУ, 2014. – 41 с.

 

Укладачі: С.А. Дикань, канд. техн. наук, доцент;

В.А.Смирнов, канд. фіз.-мат. наук, доцент.

 

 

Відповідальний за випуск: Л.Г.Щербінін, в.о. завідувача кафедри ОТБ і ОП,

канд. техн. наук, доцент.

 

 

Затверджено радою університету

Протокол № від „ ” 2014 р.

 

 

Редактор Н.В.Жигилій

Коректор Н.О.Янкевич

 

 

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

В Україні на 1500 промислових об'єктах зберігається або використовується в технологічних процесах понад 300 тис. тонн небезпечних хімічних речовин (НХР), зокрема понад 9 тис. тонн хлору і 200 тис. тонн аміаку.

Хімічно небезпечним об'єктом (ХНО) вважається об'єкт господарювання, аварії на якому можуть супроводжуватися викидом (розливом) НХР понад установлену межу їх допустимої концентрації і, як наслідок, масовими ураженнями людей і забрудненням довкілля. До ХНО відносяться:

· підприємства хімічної галузі промисловості, де виробляють чи використовують сильнодіючі ядучі речовини (СДЯР);

· підприємства, де переробляють нафтопродукти;

· підприємства інших галузей промисловості (крім хімічної), де використовують СДЯР;

· підприємства, які мають на оснащенні водонапірні станції, очисні споруди, де використовуються хлор та аміак;

· залізничні станції і порти, де концентрується продукція хімічних виробництв, розташовані термінали і склади для накопичення і зберігання СДЯР;

· транспортні засоби, контейнери і наливні потяги, автоцистерни, річкові і морські танкери, якими перевозять СДЯР;

· склади і бази, де зберігають запаси СДЯР, призначених для дезінфекції та дератизації сховищ зерна і продуктів його переробки.

При виникненні надзвичайних ситуацій на ХНО у зонах можливого хімічного зараження можуть опинитися понад 250 адміністративно-територіальних одиниць, на яких мешкає понад 20 млн. людей.

Сильно діючими ядучими речовинами (СДЯР) називають токсичні хімічні речовини, що застосовуються в господарських цілях і здатні при потраплянні у навколишнє природне середовище (внаслідок витікання із зруйнованих чи ушкоджених технологічних ємностей, сховищ чи устаткування) викликати масові ураження людей.

На відміну від СДЯР токсичні хімічні речовини, котрі використовують переважно у військових цілях як хімічну зброю, називають сильнодіючими отруйними речовинами (СДОР) або просто отруйними речовинами (ОР).

При класифікації СДЯР за їхніми уражаючими властивостями виділяють такі групи речовин:

Ø речовини з переважною задушливою дією (хлор, фосген, хлорпікрин та ін.);

Ø речовини переважно загально отруйної дії (окис Карбону, ціаністий водень та ін.);

Ø речовини задушливої та загально отруйної дії (аміак, акрилонітрол, азотна кислота, окисли Нітрогену, сірчистий ангідрид, фтористий водень та ін.);

Ø речовини, які діють на генерацію, проведення і передавання нервового імпульсу — нейротропні отрути (сірковуглець, тетраетилсвинець, фосфороорганічні сполуки та ін.);

Ø речовини задушливої і нейротропної дії (аміак, гептил, гідрозин та ін.);

Ø метаболічні сполуки (окис етилену, діхлоретан та ін.).

Токсичність СДЯР, яка визначає їхню отруйну дію, оцінюють через смертельну, уражаючу і граничну концентрації.

Токсодоза — кількісна оцінка уражаючої дії СДЯР, яка вимірюється в одиницях маси СДЯР, віднесеної до одиниці об'єму речовини (повітря, води тощо), у якій знаходиться СДЯР, і оцінюється за певний інтервал часу.

Токсодоза СДЯР вказує, яка кількість токсичної речовини поглинена організмом за певний інтервал часу.

Території, які потрапили під дію СДЯР, поділяють на зони ураження:

v зона смертельних токсодоз (зона надзвичайно небезпечного зараження) — зона, на зовнішній межі якої 50% людей отримують смертельні ураження;

v зона уражаючих токсодоз (зона небезпечного зараження) — зона, на зовнішній межі якої 50% людей втрачають працездатність, їм потрібна медична допомога і, як правило, госпіталізація;

v дискомфортна зона (гранична зона) — зона, на зовнішній межі якої люди відчувають дискомфорт, у них починаються загострення хронічних захворювань, діагностуються перші ознаки інтоксикації.

Ураження людей і тварин СДЯР відбувається унаслідок вдихання зараженого повітря (інгаляційно), контакту із зараженими поверхнями (контактно-резорбтивно), а також через шлунково-кишковий тракт (перорально) при вживанні заражених продуктів харчування і питної води, через шкірні покриви, слизові оболонки і поверхні ран (резорбтивно) та іншими шляхами.

За ступенем токсичності СДЯР, які надходять в організм через органи дихання і шлунково-кишковий тракт (інгаляційно та перорально), поділяють на шість груп токсичності: надзвичайно токсичні, високотоксичні, сильно токсичні, помірно токсичні, малотоксичні, практично нетоксичні.

До надзвичайно токсичних і високотоксичних СДЯР відносять сполуки Арсену, Меркурію, Кадмію, Талію, Плюмбуму, Цинку, Нікелю, Феруму, Фосфору, Хлору, Брому, синильної кислоти та деякі інші).

До сильно токсичних СДЯР відносять сірчану, азотну, соляну, ортофосфорну, оцтову та інші кислоти, луги (аміак, їдкі Калій і Натрій, хлористий і бромистий метил) та деякі сильнодіючі сполуки (гідроз, нітротолуол, нітробензол тощо).

Особлива група СДЯР — пестициди — препарати для боротьби із шкідниками сільського господарства, більшість з яких є дуже шкідливими для людини.

Масштаби і тривалість зараження СДЯР залежать від:

· фізико-хімічних властивостей СДЯР;

· кількості СДЯР, викинутої у навколишнє середовище;

· напрямку і швидкості вітру в приземному шарі повітря;

· температури повітря;

· ступеню вертикальної стійкості повітря (СВСП) в приземному шарі;

· характеру місцевості на шляху поширення отруйної хмари (відкрита місцевість – поле, озеро, або наявність перешкоди: ліс, міська забудова тощо);

· характеру зберігання ємкостей (наявності обвалування).

Одним із напрямків мінімізації наслідків аварій на ХНО є прогнозування хімічної обстановки, яка сталася або може статися.

 

ПРОГНОЗУВАННЯ ХІМІЧНОЇ ОБСТАНОВКИ

Прогнозування — це процес наукового передбачення, який ґрунтується на розумінні закономірностей розвитку подій, явищ та процесів і завершується формуванням щодо них превентивних заходів і планів реагування.

За висновками Європейського бюро з аналізу ризиків, витрати на прогнозування і попередження надзвичайних ситуацій є у 12-15 разів меншими, ніж витрати на ліквідацію наслідків непередбачених надзвичайних ситуацій.

Прогнозування може бути двох видів: 1) попереднє (короткострокове або довгострокове), яке здійснюється завчасно, до виникнення надзвичайної ситуації, і 2) оперативне (аварійне), яке виконується під час розгортання надзвичайної ситуації з метою уточнення обстановки і відповідного реагування.

При аварії на ХНО утворюються одна за одною дві отруйних хмари: первинна і вторинна. Первинна хмара СДЯР виникає як наслідок практично миттєвого (1-3 хв.) переходу в атмосферу частини вмісту резервуару із СДЯР при його руйнуванні. Вторинна хмара СДЯР утворюється як наслідок випаровування ЯР, що розлилася, з підстилаючої поверхні.

Прогнозування й оцінювання хімічної обстановки передбачає вирішення таких завдань:

1) визначення за метеорологічними даними напрямку осі сліду хмари викиду хімічних речовин;

2) визначення прогнозованої глибини зони ураження СДЯР;

3) визначення площі ураження СДЯР;

4) прогнозування можливих уражень людей, що знаходяться в осередку ураження;

5) визначення часу підходу зараженого повітря до об’єкта і тривалості дії ураження СДЯР;

6) нанесення на карти і схеми прогнозованих зон ураження.

 

При виконанні прогнозування використовують такі терміни і припущення.

Зона можливого хімічного зараження (ЗМХЗ) —при довгостроковому прогнозуванні має вигляд кола, центром якого є місце розливу ХНР. Радіус цього кола дорівнює глибині поширення хмари зараженого повітря з уражаючою токсодозою (концентрацією). В межах цієї зони знаходиться інша – прогнозована зона хімічного зараження (ПЗХЗ). Це фактична зона зараження, котра має форму еліпса і залежно від зміни напрямку вітру впродовж випарування СДЯР може переміщуватися всередині ЗМХЗ.

При аварійному прогнозуванні залежно від швидкості вітру ЗМХЗ може набувати форми сектора кола.Чим більше швидкість вітру, тим менше кут сектора φ. Площа зони можливого хімічного зараження (ЗМХЗ) розраховується за емпіричною формулою

; км², (1)

де Г — глибина зараження, км, (визначається за таблицями 9-17);

φ — умовний розмір можливого зараження, що являє собою кут сектора, у якому поширюється хмара зараженого повітря, але записується не у кутових градусах, а як безрозмірна одиниця.

Площа прогнозованої зони хімічного зараження (ПЗХЗ) розраховується за емпіричною формулою

; км², (2)

де N — час, що минув від початку зараження території СДЯР, (найчастіше приймається 4 година після аварії);

к — коефіцієнт, що враховує ступінь вертикальної стійкості повітря (СВСП).

Ступінь вертикальної стійкості повітря (СВСП) — стан приземного шару повітря (висотою до 10 м від поверхні землі), який характеризується інверсією, конвекцією або ізотермією (орієнтовно визначається за таблицею 7).

Конвекція виникає переважно вранці при сонячній погоді і невеликих швидкостях вітру: приземні шари повітря прогріваються швидше, ніж верхні, на траві з’являється роса і виникають теплі вертикально-висхідні потоки повітря, котрі здатні швидко розсіяти небезпечну отруйну хмару.

Інверсія навпаки, виникає ввечері при ясній погоді: холодні шари повітря опускаються на землю, і «притискують» отруйну хмару до поверхні землі, виникають таким чином вертикально-низхідні потоки повітря, які створюють небезпечні концентрації отруйних речовин приземному шарі.

При і зотермії вертикальний рух повітря відсутній: це буває найчастіше вранці при хмарній, безвітряній і туманній погоді, або ж у будь-яку пору доби при сильному вітрі (більше 4 м/с).

Оскільки площа ПЗХЗ являє собою еліпс, вона характеризується шириною і глибиною. Ширина ПЗХЗ:

- при інверсії: Ш = 0,3·Г^0,6; км,

- при ізотермії: Ш = 0,3·Г^0,75; км,

- при конвекції: Ш = 0,3·Г^0,95; км.

 

При оцінюванні хімічної обстановки довгострокове прогнозування здійснюється заздалегідь для визначення можливих масштабів забруднення, сил і засобів, які залучатимуться для ліквідації наслідків аварій, складання планів запобігання аваріям.

Вихідними даними для нього мають бути:

ü вид СДЯР і її загальна кількість;

ü метеорологічні дані, які приймаються з погляду найнесприятливішої ситуації:

- швидкість вітру в приземному шарі 1 м/с;

- температура повітря +20 ^оС;

- ступінь вертикальної стійкості повітря (СВСП) – інверсія

(при цьому напрямок вітру не враховується, а розповсюдження хмари забрудненого повітря приймається в секторі 360^о);

ü середня щільність населення для даної місцевості, чол./км²;

ü ступінь заповнення ємностей (приймається 70% від їхнього об’єму).

Аварійне прогнозування – здійснюється під час розгортання аварії за даними розвідки для визначення можливих наслідків надзвичайної ситуації і порядку дій у зоні можливого забруднення.

Вихідними даними для аварійного прогнозування є фактичні значення на момент аварії:

ü кількості СДЯР, що розлилася;

ü характер розливу („вільно” або „в піддон”);

ü висота обвалування ємностей;

ü реальні метеоумови: температура повітря, швидкість і напрямок вітру в приземному шарі, СВСП.

Ємності, в яких зберігаються СДЯР, можуть бути обваловані або не обваловані. У випадку, коли ємність не обвалована, розлив речовини здійснюється „вільно”. При цьому припускають, що товщина шару вільно розлитої рідини постійна і становить 0,05 м. Якщо ємність має обвалування, застосовують термін «розлив „у піддон”», при цьому розуміється вилив СДЯР на поверхню, що має обвалування, а висота шару СДЯР приймається h = Н-0,2 м, де Н – висота обвалування.

 

ЗАДАЧА-ЗРАЗОК

На території залізничної станції "Шведська могила" (м. Полтава) знаходяться ємності із загальним об’ємом 5,47 м³, в яких зберігається СДЯР – сірчаний ангідрид. Ємності не обваловані.

Для складання планів реагування і захисту населення виконати:

1) попереднє (довгострокове) прогнозування хімічної обстановки, яка може скластися в результаті аварії з викидом СДЯР на даному підприємстві;

2) аварійне прогнозування хімічної обстановки, якщо вилилося 8 т сірчаного ангідриду і відомі метеорологічні дані на момент аварії:

ü Напрямок і швидкість вітру: південно-східний, 3 м/с.

ü Температура повітря: +10^оС.

ü Час аварії і погодні умови: день, хмарно.

Стримування розповсюдження отруйної хмари (забудовою, лісосмугою тощо) і час приходу її до житлових кварталів визначити за картою.

В розрахунках прийняти, що частка людей, котрі вміють користуватися найпростішими засобами захисту складає 5%.

Для довідки: Загальна площа м. Полтави - 103,5 км², кількість населення - 310 тис.чол. Густина сірчаного ангідриду у рідкому стані 1,462 т/м³.

Розв’язання