- - висота піддону або обваловки складських місткостей;
- - метеорологічні умови: температура повітря, швидкість вітру на висоті 10 м (на висоті флюгера), ступінь вертикальної стійкості повітря.
При завчасному прогнозуванні масштабів зараження на випадок виробничих аварій як початкових даних рекомендується приймати: викид ХНР (Q0) - кількість ХНР в максимальній за об'ємом одиничній місткості (технологічною, складською, транспортною та ін.), метеорологічні умови - інверсія, швидкість вітру 1 м/с.
Для прогнозу масштабів зараження безпосередньо після аварії повинні братися конкретні дані про кількість викинутої (розлитої) ХНР і реальні метеоумови.
Зовнішні межі зони зараження ХНР розраховуються по пороговій токсодозі при інгаляційній дії на організм.
Прийняті допущення
Емності, що містять ХНР, при аваріях руйнуються повністю.
Товщина h шару рідини для ХНР, що розлилася вільно на підстилаючій поверхні, приймається рівною 0,05 м по усій площі розливу. Для ХНР, що розлилися в піддон або обваловку, визначається таким чином:
а) при розливах з ємностей, що мають самостійний піддон (обваловку),:
h = H - 0,2,
де Н - висота піддону (обваловки), м;
б) при розливах з ємностей, що розташованих групою, мають загальний піддон (обваловку),:
де Q0 - кількість викинутої (розлитої) при аварії речовини, т;
d - щільність ХНР, т/м3;
F - реальна площа розливу в піддон (обваловку), м2.
Граничний час перебування людей в зоні зараження і тривалість збереження незмінними метеорологічних умов (ступеню вертикальної стійкості атмосфери, напряму і швидкості вітру) складає 4 години. Після закінчення вказаного часу прогноз обстановки повинен уточнюватися.
При аваріях на газо- і продуктопроводах викид ХНР приймається рівним максимальній кількості ХНР, що міститься в трубопроводі між автоматичними відсікачами, наприклад, для аміакопроводів - 275 - 500 тон.
2.2 Методика прогнозування масштабів зараження
2.2.1 Прогнозування глибини зони зараження ХНР
1. Визначення кількісних характеристик викиду ХНР
Визначення еквівалентної кількості речовини в первинній хмарі
Еквівалентна кількість
Qе1 = К1К3К5К7 Q0 (1)
де К 1 - коефіцієнт, залежний від умов зберігання ХНР (таблиця В.1), для стислих газів К1 = 1;
К3 - коефіцієнт, рівний відношенню порогової токсодози хлору до порогової дози іншого ХНР (таблиця В.1);
К5 - коефіцієнт, що враховує ступінь вертикальної стійкості атмосфери (для інверсії приймається рівним 1, для ізотермії - 0,23, для конвекції - 0,08);
К7 - коефіцієнт, що враховує вплив температури повітря (таблиця В.1; для стислих газів К 7 = 1);
Q0 - кількість викинутої (розлитої) при аварії речовини, т.
При аваріях на сховищах стислого газу Q0 розраховується по формулі:
Q0 = d Vx (2)
де d - щільність ХНР, т/м3 (таблиця В.1);
Vx - об'єм сховища, м3.
При аваріях на газопроводі Q0 розраховується по формулі:
(3)
де n - зміст ХНР в природному газі, %;
d - щільність ХНР, т/м3 (таблиця В.1);
Vг - об'єм секції газопроводу між автоматичними відсікачами, м3.
При визначенні величини Qэ1 для зріджених газів, що не увійшли до таблиці В.1, значення коефіцієнта К7 набуває рівним 1, а коефіцієнт К1 розраховується по співвідношенню:
(4)
де с р - питома теплоємність рідкого ХНР, кДж (визначається по спеціальних таблицях);
ΔТ - різницятемператур рідкого ХНР до і після руйнування місткості, 0С;
ΔН - питома теплота випару рідкого ХНР при температурі випару, кДж/кг
Визначення еквівалентної кількості речовини у вторинній хмарі
Еквівалентна кількість речовини у вторинній хмарі розраховується по рівнянню:
, (5)
де К2 - коефіцієнт, залежний від фізико-хімічних властивостей ХНР (таблиця В.1);
К4 - коефіцієнт, що враховує швидкість вітру (таблиця. Г.1);
К6 - коефіцієнт, залежний від часу N, що пройшов після аварії; значення коефіцієнта К6 визначається після розрахунку тривалості Т (ч) випару речовини:
при N < T
при N ≥ T
при Т < 1 години К6 приймається для 1 години;
d - щільність ХНР, т/м3 (таблиця В.1);
h - товщина шару ХНР, м.
При визначенні Qэ2 для речовин, що не увійшли до таблиці В.1, значення коефіцієнта К7 набуває рівним 1, а коефіцієнт К2 визначається по формулі:
, (6)
де Р - тиск насиченої пари речовини при заданій температурі, мм.рт.ст. (визначається по спеціальних таблицях);
М - молекулярна маса речовини.
2. Розрахунок глибини зони зараження при аварії на хімічно небезпечному об'єкті
Розрахунок глибини зараження первинною (вторинною) хмарою ХНР при аваріях на технологічних ємностях, сховищах і транспорті ведеться з використанням таблиць Б.1 і Д.1. У таблиці Б.1 приведені максимальні значення глибини зони зараження первинною (Г1) або вторинною (Г2) хмарою ХНР, визначувані залежно від еквівалентної кількості речовини (його розрахунок робиться відповідно до п. 1 підрозділу 2.2.1) і швидкості вітру. Повна глибина зони зараження Г (км), обумовленої дією первинної і вторинної хмари ХНР, визначається:
, (7)
де Г' - найбільший, Г'' - найменший з розмірів Г1 і Г2.
Отримане значення порівнюється з гранично можливим значенням глибини перенесення повітряних мас Гп, визначуваним по формулі,:
, (8)
де N - час від початку аварії, годин;
ν - швидкість перенесення фронту зараженого повітря при цій швидкості вітру і ступеня вертикальної стійкості повітря, км/год (таблиця Д.1).
За остаточну розрахункову глибину зони Гр зараженн я приймають менше з двох порівнюваних між собою значень.
3. Розрахунок глибини зони зараження при руйнуванні хімічно небезпечного об'єкту
У разі руйнування хімічно небезпечного об'єкту при прогнозуванні глибини зони зараження рекомендується брати дані на одночасний викид сумарного запасу ХНР на об'єкті і наступні метеорологічні умови: інверсія, швидкість вітру 1 м/с.
Еквівалентна кількість ХНР в хмарі зараженого повітря визначається аналогічно розглянутому в п. 1 методу для вторинної хмари при вільному розливі. При цьому сумарна еквівалентна кількість Qе розраховується по формулі:
(9)
де К2 і - коефіцієнт, залежний від фізико-хімічних властивостей і -го ХНР;
К3і -коефіцієнт, рівний відношенню порогової токсодози хлору до порогової токсодози і -го ХНР;
К6і - коефіцієнт, залежний від часу, що пройшов після руйнування об'єкту;
К7і - поправка на температуру для і -го ХНР;
Qi - запаси і -го ХНР на об'єкті, т;
di - щільність і -го ХНР, т/м3.
Отримані по таблиці Б.1 значення глибини зони зараження Г залежно від розрахованого значення Qе і швидкості вітру порівнюються з гранично можливим значенням глибини перенесення повітряних мас Гп (див. формулу (8)). За остаточну розрахункову глибину Гр зони зараження береться менше з двох порівнюваних між собою значень.
2.2.2 Визначення площі зони зараження ХНР
Площа зони можливого зараження для первинної (вторинного) хмари ХНР визначається по формулі:
(10)
де SВ - площа зони можливого зараження ХНР, км2;
Г - глибина зони зараження, км;
φ - кутові розміри зони можливого зараження, 0(таблиця.1);
Таблиця 1 - Кутові розміри зони можливого зараження ХНР залежно від швидкості вітру
| Швидкість вітру, u, м/с | < 0,5 | 0,6 - 1 | 1,1 - 2 | > 2 |
| Кутовий розмір, φ 0 |
Площа зони фактичного зараження SФ (км2) розраховується по формулі:
(11)
де К8 - коефіцієнт, залежний від ступеню вертикальної стійкості повітря, приймається рівним 0,081 при інверсії; 0,133 при ізотермії; 0,235 при конвекції;
N - час, що пройшов після початку аварії, години.
2.2.3 Визначення часу підходу зараженого повітря до об'єкту і тривалості вражаючої дії ХНР
1. Визначення часу підходу зараженого повітря до об'єкту
Час підходу хмари ХНР до заданого об'єкту залежить від швидкості перенесення хмари повітряним потоком і визначається по рівнянню:
(12)
де х - відстань від джерела зараження до заданого об'єкту, км;
ν - швидкість перенесення переднього фронту хмари зараженого
повітря, км/год (таблиця Д.1).
2. Визначення тривалості вражаючої дії ХНР
Тривалість вражаючої дії ХНР визначається часом його випару з площі розливу.
Час випару Т (год) ХНР з площі розливу визначається по формулі:
(13)
де h - товщина шару ХНР, м;
d - щільність ХНР, т/м3;
К2, К4, К7 - коефіцієнти у формулах (1) і (5).
2.3 Розрахунок кількості і структури уражених
При розрахунку кількості і структури уражених використана уточнена методика.
Розрахунок кількості уражених як серед виробничого персоналу об'єкту, на якому сталася аварія, так і серед населення, що проживає поблизу цього об'єкту, виробляється виходячи з кількості людей, що опинилися в осередку ураження, і їх захищеності від дії пари отруйних речовин.
Кількість людей, що знаходяться в осередку ураження, розраховується або підсумовуванням кількості виробничого персоналу (населення), що знаходяться на окремих виробничих ділянках (у житлових кварталах, населених пунктів і тому подібне), що піддалися дії зараженого повітря, або шляхом множення середньої щільності об'єкту (населеного пункту) виробничого персоналу (населення), що знаходиться на території, на площу зараженої території.
Розрахункові формули за визначенням числа уражених для першого і другого випадків представляються в наступному вигляді:
(14)
(15)
де П - число уражених на підприємстві (у місті, сільській місцевості), чол.;
L - кількість виробничого персоналу (населення), що опинився в осередку ураження, чол.;
D - середня щільність розміщення виробничого персоналу (населення) по території об'єкту (міста, заміської зони і тому подібне), чол/км2;
S - площа території підприємства (міста, заміської зони і тому подібне), приземний шар повітря, на якій був схильний до зараження, км2;
Кзах - коефіцієнт захищеності виробничого персоналу (населення) від поразки отруйною речовиною.
Коефіцієнт захищеності розраховується виходячи з місця перебування виробничого персоналу (населення) у момент підходу хмари до об'єкту, що вражається, і захисних властивостей використовуваних при цьому укриттів або табельних засобів індивідуального захисту.
(16)
де q - доля виробничого персоналу (населення), що знаходиться в і -м укритті (Σqi = 1);
Кізах - коефіцієнт захисту і -го укриття;
У таблицях Ж.1 і К.1 приведені коефіцієнти захищеності людей від ХНР при використанні різних тимчасових укриттів, а також засобів індивідуального захисту.
У таблиці Л.1 приведені орієнтовні дані по структурі уражених.
2.4 Порядок нанесення зон зараження на топографічні карти і схеми
Зона можливого зараження хмарою ХНР на картах (схемах) обмежена колом, півколом або сектором, що має кутові розміри φ і радіус, рівний глибині зони зараження Г. Кутові розміри залежно від швидкості вітру за прогнозом приведені в (таблиця 1 п. 2.2.2). Центр кола, півкола або сектора співпадає з джерелом зараження.
Зона фактичного зараження, що має форму еліпса, включається в зону можливого зараження. Зважаючи на можливі переміщення хмари ХНР під впливом вітру фіксоване зображення зони фактичного зараження на карти (схеми) не наноситься.
На топографічних картах і схемах зона можливого зараження має вигляд кола, півкола або сектора.
1. При швидкості вітру за прогнозом менше 0,5 м/с зона зараження має вигляд кола. Точка "0" відповідає джерелу зараження; кут φ = 3600; радіус кола рівний Г.
2. При швидкості вітру за прогнозом 0,6 - 1 м/с зона зараження має вигляд півкола. Точка "0" відповідає джерелу зараження; кут φ = 1800; радіус півкола дорівнює Г; бісектриса кута співпадає з віссю сліду хмари і орієнтована по напряму вітру.
3. При швидкості вітру за прогнозом більше 1 м/с зона зараження має вигляд сектора. Точка "0" відповідає джерелу зараження; кут φ = 900 при швидкості вітру від 1,1 до 2 м/с і φ = 450 при швидкості вітру більше 2 м/с; радіус сектора дорівнює Г; бісектриса сектора співпадає з віссю сліду хмари і орієнтована по напряму вітру.
Площа розливу (джерело зараження) наноситься тільки на великомасштабні схеми або карти синім кольором. У інших випадках джерело зараження береться за точку, з якої походить поширення пари отруйної хмари. З внутрішньої сторони зовнішні межі зони зараження відтіняють жовтим кольором.
Поряд з джерелом зараження чорним кольором наносяться наступні дані: в чисельнику показується найменування і кількість викинутого в довкілля ХНР; у знаменнику - дата і час викиду.
Вказані вище розміри "зони можливого зараження" наносяться на схеми і карти для вироблення і ухвалення рішення на організацію захисту виробничого персоналу об'єкту і населення.
3 ПРИКЛАД ВИКОНАННЯ РОЗРАХУНКІВ
Початкові дані
На хімічно небезпечному об'єкті 15 липня 20.. р. в 2.00 ночі сталося руйнування обвалованої ємності (висота обваловки - 4 м) об'ємом 200 м3, що містила хлористий водень, з нормативним коефіцієнтом заповнення
резервуару - 0,8.
На відстані 2 км від місця аварії починається житлова забудова площею 18 км2, з щільністю населення 4500 чол/км2.
У момент аварії температура повітря складала 20 0С; швидкість вітру - 2 м/с (вітер спрямований у бік житлового масиву); хмарність відсутня.
Оцінити хімічну обстановку в житловому районі через 2 години після аварії, якщо прийняти, що уся забудова знаходиться в зоні зараження. Населення не оповіщене про подію.
РІШЕННЯ
І. Розрахунок глибини і площі зони зараження, тривалість вражаючої дії ХНР і часу підходу зараженого повітря до житлового масиву
1. По таблиці А.1 визначаємо міру вертикальної стійкості атмосфери при швидкості вітру 2 м/с, ясній погоді і часу 2.00 години ночі.
Міра вертикальної стійкості – інверсія (1).
2. Визначимо масу розлитого хлористого водню по формулі:
де Vx - об'єм резервуару (Vx = 200 м3);
d - щільність зрідженого хлороводню (d = 1,191 т/м3 по таблиці. В. 1);
п - нормативний коефіцієнт заповнення резервуару (п = 0,8).
_____________
1) 15 липня на широті України схід сонця відбувається в 5.03, а захід - в 21.04. У зв'язку з цим час доби 15 липня розподіляється таким чином:
- - ніч - 23.05 - 5.02;
- - ранок - 5.03 - 7.03;
- - день - 7.04 - 21.04;
- - вечір - 21.05 - 23.04.
3. По формулі (1) визначаємо еквівалентну кількість речовини в первинній хмарі:
Qэ1 = К1К3К5К7 Q0
По таблиці В. 1 знаходимо коефіцієнти К1 = 0,28; К3 = 0,3; К7 = 1.
Коефіцієнт К5 при інверсії дорівнює 1 (пояснення до формули (1)).
4. По рівнянню (13) визначаємо тривалість вражаючої дії (час випару) хлористого водню:
Товщина шару рідини при розливі в піддон рівна h = H - 0,2 (див. п. 2.1).
Коефіцієнти: К2 = 0,037 (таблиця В.1); К4 = 1,33 при швидкості вітру 2 м/с (таблиця Г.1).
5. З вираження (5) визначаємо еквівалентну кількість речовини у вторинній хмарі:
Коефіцієнти К1, К2, К3, К4, К5 такі ж як і у формулах (1) і (13).
Коефіцієнт К6 визначається з пояснення до формули (5).
Коефіцієнт К7 = 1 (таблиця В.1) для вторинної хмари.
.
6. По таблиці Б.1 знаходимо глибину зони зараження для первинної хмари.
Для Qэ1 = 16,00 т глибина зони зараження знаходиться методом інтерполяції:
7. Для вторинної хмари для Qэ2 = 0,78 т глибина зони зараження визначається по таблиці Б.1 інтерполяцією:
8. Розраховуємо повну глибину зони зараження (формула (7)):
9. По рівнянню (8) визначаємо гранично можливе значення глибини перенесення повітряних мас:
10. Розрахункова глибина зони зараження приймається рівною Гр = 15,42 км як мінімальна з Г і Гп.
11. Розраховуємо площу зони можливого зараження по (10):
12. Визначаємо по рівнянню (11) площу зони фактичного зараження:
.
13. Визначаємо час підходу зараженого повітря до об'єкту по формулі (12):
ІІ. Розрахунок кількості і структури уражених
14. Проводимо оцінку наслідків аварії в місті:
а) по таблиці Д.1 на 2.00 ночі знаходимо середній коефіцієнт захищеності при дії первинної хмари.
Оскільки первинна хмара діє нетривало, розрахунок виробляється на мінімальний час, приведений в таблиці, - 15 хвилин після дії отруйної речовини. К'зах = 0,95.
По формулі (15) визначаємо кількість уражених:
б) аналогічно, як і для первинної хмари, по таблиці Д.1 визначаємо середній коефіцієнт захищеності при дії вторинної хмари через 2 години після аварії (початкові умові). Д''зах = 0,36.
По рівнянню (15) визначаємо кількість уражених (за винятком уражених від первинної хмари):
.
в) сумарна кількість уражених:
15. Відповідно до таблиці Л.1 оцінюємо структуру уражених:
- - смертельні - 15 % - 53298 * 0,15 = 7995 чоловік;
- - важкій і середній мірі - 10 % - 53298 * 0,1 = 5330 чоловік;
- - легкій і середній мірі - 25 % - 53298 * 0,25 = 13324 людини;
- - порогові - 50 % - 53298 * 0,5 = 26649 чоловік.
Перевірка:
7995 + 5330 + 13324 + 26649 = 53298 чол.
Таблиця А.1 - Визначення міри вертикальної стійкості атмосфери за прогнозом погоди
| Швидкість вітри, м/з | Ніч | Ранок | День | Вечір | ||||
| ясно мінлива хмарність | суцільна хмарність | ясно мінлива хмарність | суцільна хмарність | ясно мінлива хмарність | суцільна хмарність | ясно мінлива хмарність | суцільна хмарність | |
| < 2 | ін | із | із (ін) | із | к (із) | із | ін | із |
| 2 - 3,9 | ін | із | із (ін) | із | із | із | із (ін) | із |
| ≥ 4 | із | із | із | із | із | із | із | із |
_________________________________
Примітки:
1. Позначення: ін - інверсія; із - ізотермія; к - конвекція; букви в дужках - при сніговому покриві.
2. Під терміном "ранок" розуміється період часу протягом 2 годин після сходу сонця; під терміном "вечір" - протягом 2 годин після заходу сонця. Період від сходу до заходу сонця за вирахуванням двох уранішніх годин - день, а період від заходу до сходу сонця за вирахуванням двох вечірніх годин - ніч.
3. Швидкість вітру і міра вертикальної стійкості повітря приймаються в розрахунках на момент аварії.
Таблиця Б.1 - Глибина зони зараження (км)
| Швидкість вітру, м/с | Еквівалентна кількість ХНР, т | ||||||||
| 0,01 | 0,05 | 0,1 | 0,5 | ||||||
| 1 і менш | 0,38 | 0,85 | 1,25 | 3,16 | 4,75 | 9,18 | 12,53 | 19,20 | 29,56 |
| 0,26 | 0,59 | 0,84 | 1,92 | 2,84 | 5,35 | 7,20 | 10,83 | 16,44 | |
| 0,22 | 0,48 | 0,68 | 1,53 | 2,17 | 3,99 | 5,34 | 7,96 | 11,94 | |
| 0,19 | 0,42 | 0,59 | 1,33 | 1,88 | 3,28 | 4,36 | 6,46 | 9,62 | |
| 0,17 | 0,38 | 0,53 | 1,19 | 1,68 | 2,91 | 3,75 | 5,53 | 8,19 | |
| 0,15 | 0,34 | 0,48 | 1,09 | 1,53 | 2,66 | 3,43 | 4,88 | 7,20 | |
| 0,14 | 0,32 | 0,45 | 1,00 | 1,42 | 2,46 | 3,17 | 4,49 | 6,48 | |
| 0,13 | 0,30 | 0,42 | 0,94 | 1,33 | 2,30 | 2,97 | 4,20 | 5,92 | |
| 0,12 | 0,28 | 0,40 | 0,88 | 1,25 | 2,17 | 2,80 | 3,96 | 5,60 | |
| 0,12 | 0,26 | 0,38 | 0,84 | 1,19 | 2,06 | 2,66 | 3,76 | 5,31 | |
| 0,11 | 0,25 | 0,36 | 0,80 | 1,13 | 1,96 | 2,53 | 3,58 | 5,06 | |
| 0,11 | 0,24 | 0,34 | 0,76 | 1,08 | 1,88 | 2,42 | 3,43 | 4,85 | |
| 0,10 | 0,23 | 0,33 | 0,74 | 1,04 | 1,80 | 2,37 | 3,29 | 4,66 | |
| 0,10 | 0,22 | 0,32 | 0,71 | 1,00 | 1,74 | 2,24 | 3,17 | 4,49 | |
| 15 і більше | 0,10 | 0,22 | 0,31 | 0,69 | 0,97 | 1,68 | 2,17 | 3,07 | 4,34 |
Продовження таблиці Б.1
| Швидкість вітру, м/с | Еквівалентна кількість ХНР, т | ||||||||
| 1 і менш | 38,13 | 52,67 | 65,23 | 81,91 | |||||
| 21,02 | 28,73 | 35,35 | 44,09 | 87,79 | |||||
| 15,18 | 20,59 | 25,21 | 31,30 | 61,47 | 84,50 | ||||
| 12,18 | 16,43 | 20,05 | 24,80 | 48,18 | 65,92 | 81,17 | |||
| 10,33 | 13,88 | 16,89 | 20,82 | 40,11 | 54,67 | 67,15 | 83,60 | ||
| 9,06 | 12,14 | 14,79 | 18,13 | 34,67 | 47,09 | 56,72 | 71,70 | ||
| 8,14 | 10,87 | 13,17 | 16,17 | 30,73 | 41,63 | 50,93 | 63,16 | 96,30 | |
| 7,42 | 9,90 | 11,98 | 14,68 | 27,75 | 37,49 | 45,79 | 56,70 | 86,20 | |
| 6,86 | 9,12 | 11,03 | 13,50 | 25,39 | 34,24 | 41,76 | 51,60 | 78,30 | |
| 6,50 | 8,50 | 10,23 | 12,54 | 23,49 | 31,61 | 38,50 | 47,53 | 71,90 | |
| 6,20 | 8,01 | 9,61 | 11,74 | 21,91 | 29,44 | 35,81 | 44,15 | 66,62 | |
| 5,94 | 7,67 | 9,07 | 11,06 | 20,58 | 27,61 | 35,55 | 41,30 | 62,20 | |
| 5,70 | 7,37 | 8,72 | 10,48 | 19,45 | 26,04 | 31,62 | 38,90 | 58,44 | |
| 5,50 | 7,10 | 8,40 | 10,04 | 18,46 | 24,69 | 29,95 | 36,81 | 55,20 | |
| 15 і більше | 5,31 | 6,86 | 8,11 | 9,70 | 17,60 | 23,50 | 28,48 | 34,98 | 52,37 |
