Материал: Метод. Прогноз.масш.хим.зараж (1)

13

ВВЕДЕНИЕ

На территории Российской Федерации в настоящее время находятся в эксплуатации тысячи химически опасных хозяйственных объектов, которые ежегодно производят или потребляют миллионы тонн вредных веществ. В результате возникновения чрезвычайных ситуаций природного или техногенного характера на этих хозяйственных объектах и на транспорте ежегодно происходят аварии и катастрофы с заражением обширных территорий, воздушного и водного пространства. В зонах химического заражения происходят поражение и гибель людей, нарушается работа хозяйственных объектов, предприятий, учреждений, а на ликвидацию последствий заражения расходуются большие материальные и денежные средства.

Руководящие органы единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС) организуют заблаговременное и оперативное прогнозирование масштаба и последствий заражения при авариях на химически опасных объектах и на транспорте с целью обеспечения нормальной жизнедеятельности населения.

Студенты, обучающиеся по программе бакалавриата профиля подготовки «Безопасность технологических процессов и производств» в соответствии с рабочей программой дисциплины «Источники возникновения и теория защиты от техногенных опасностей» изучает методику прогнозирования масштаба и последствий химического заражения на практических занятиях при изучении темы «Прогнозирование последствий чрезвычайных ситуаций».

Студенты других направлений профилей подготовки бакалавров УГНТУ в соответствии с программой дисциплины «Безопасность жизнедеятельности» обязаны изучать типовую методику прогнозирования масштаба и последствий химического заражения, так как значительная часть объектов нефтяной и газовой промышленности являются химически опасными для жизни и деятельности людей.

В настоящих методических указаниях приведены сведения об организации практических занятий со студентами, задания и исходные данные к ним, излагаются общие положения методики прогнозирования масштаба и последствий химического заражения при авариях на химически опасных хозяйственных объектах и на транспорте, подробные указания к выполнению заданий. В приложениях содержится необходимый справочный материал.

1 Организация практических занятий

Во вводной части практических занятий преподаватель выдает студентам методические указания и организует ознакомление студентов с общими поло­жениями методики прогнозирования масштаба и последствий химического за­ражения при авариях на химически опасных объектах и на транспорте, которая излагается в разделе 2 настоящих методических указаний.

В основной части практических занятий рекомендуется следующий поря­док их проведения:

1) выполнение студентами заданий 1, 2 и 3 в соответствии с рекомендациями, приведенными в разделе 4 настоящих методических указаний;

2) оформление каждым студентом индивидуального письменного отчета о вы­полнении заданий;

3) защита отчетов студентами.

В ходе практических занятий преподаватель контролирует правильность выполнения и оформления заданий, контролирует студентов на всех этапах их работы и решает все организационные вопросы, возникающие в процессе вы­полнения студентами заданий.

На завершающем этапе занятий преподаватель проверяет отчеты студен­тов и при отсутствии замечаний допускает их к защите. При наличии ошибок студент обязан самостоятельно закончить оформление отчета и представить его преподавателю на следующих практических занятиях.

Студенты, пропустившие практические занятия, получают от преподава­теля варианты задания и учебные материалы, а затем самостоятельно выполня­ют все необходимые, расчеты и оформляют отчет. При представлении студен­том отчета преподаватель проводит контрольный опрос. Если студент успешно защищает свой отчет, то в журнале учебной группы делается соответствующая запись.

Практические занятия рассчитаны на четыре или восемь часов аудиторных занятий.

2 Методика прогнозирования масштаба

И ПОСЛЕДСТВИЙ ХИМИЧЕСКОГО ЗАРАЖЕНИЯ

2.1 Общие положения

Химическое заражение - это распространение вредных веществ в окру­жающей среде в количествах, создающих опасность для жизни и деятельности людей и угрожающих гибели сельскохозяйственных животных и растений. Хи­мическое заражение возникает при авариях и катастрофах на химически опас­ных хозяйственных объектах, при транспортировке и хранении вредных ве­ществ, а также при хранении и использовании в военных целях химического оружия.

Прогнозирование масштаба и последствий химического заражения при авариях и катастрофах с разрушением емкостей и хранилищ, расположенных на территории химически опасных объектов, а также при авариях с выбросом вредных веществ при транспортировке их трубопроводным, железнодорожным и другими видами транспорта, осуществляют с помощью типовой методики [1]. Данная методика распространяется на случаи выброса в окружающую среду вредных веществ в жидком, сжиженном и газообразном состоянии.

Прогнозирование масштаба химического заражения - это определение размеров зоны возможного химического заражения и изображение ее в масшта­бе на топографической карте. Внешние границы зоны возможного химического заражения устанавливают по пороговой токсодозе при ингаляционном воздей­ствии вредного вещества на организм человека. Пороговая токсодоза вызывает начальные симптомы поражения людей.

Оценка последствий химического заражения заключается в определении продолжительности поражающего действия паров вредного вещества, времени подхода их к интересующим рубежам (объектам) и в оценке возможных потерь

людей в очаге химического поражения. Очаг химического поражения - это тер­ритория объектов, учреждений, организаций и населенных пунктов, которые находятся в пределах зоны химического заражения.

Масштаб химического заражения зависит от следующих факторов:

- физико-химических свойств вещества;

- количества вредного вещества, распространившегося в результате возник­новения чрезвычайной ситуации;

- условий хранения вредных веществ;

- состояния атмосферы в приземном слое (от поверхности земли до высоты 10 метров);

- характера разлива жидких вредных веществ на местности;

- метеорологических условий (скорости ветра в приземном слое атмосферы, наличия облачности, температуры воздуха);

- времени, прошедшего после выброса вредного вещества в окружающую среду.

Физико-химические свойства и агрегатное состояние вредного вещества оказывают существенное влияние на масштаб химического заражения. Газооб­разные и сжиженные вредные вещества в случае выброса их из технологиче­ских аппаратов, хранилищ, трубопроводов и цистерн образуют только первич­ное облако, которое формируется практически мгновенно (за одну -три мину­ты). Большинство вредных жидкостей, в случае их выброса, образуют как пер­вичное, так и вторичное облако, которое формируется в результате испарения вредного вещества с подстилающей поверхности. Жидкости, кипящие выше температуры окружающей среды, образуют только вторичное облако. Скорость образования и размеры зоны химического заражения определяют в зависимости от количества и свойств вредного вещества, перешедшего в первичное и вто­ричное облако. Условия хранения жидких вредных веществ также влияют на масштаб химического заражения. Если вокруг поврежденного аппарата, ёмко­сти или трубопровода нет обвалования или поддона, то вредное вещество раз­ливается свободно и образует большое облако вредных паров, что увеличивает масштаб химического заражения.

Состояние атмосферы в приземном слое воздуха оценивают степенью вер­тикальной устойчивости воздуха. По прогнозу погоды определяют три степени вертикальной устойчивости воздуха в приземном слое атмосферы: инверсия, изотермия, конвекция. Зона химического заражения наибольших размеров воз­никает при максимальной устойчивости воздуха в нижних слоях атмосферы, т.е. при инверсии (ночь, утро или вечер), когда нижние слои воздуха холоднее верхних и практически отсутствует перемешивание воздуха, что приводит к распространению паров вредного вещества на большие расстояния. При изотермии вертикальная устойчивость воздуха снижается, а при конвекции она минимальна, что обеспечивает интенсивное рассеивание паров вредного веще­ства. При этом глубина распространения вредных паров и газов минимальна.

Степень вертикальной устойчивости воздуха определяют по справочным данным (см. приложение 1), зная скорость ветра в приземном слое воздуха, на­личие и характер облачности, а также время аварии или стихийного бедствия, в результате которого произошёл выброс вредного вещества.

Размеры зоны химического заражения зависят также и от времени, про­шедшего после выброса вредного вещества в окружающую среду. Поэтому прогнозирование масштаба химического заражения осуществляют на один, два, три или четыре часа, прошедших после выброса (разлива) вредного вещества, чтобы получить данные о наибольшем масштабе химического заражения.

Органы РСЧС обязаны осуществлять оперативное и заблаговременное прогнозирование масштаба химического заражения.

Оперативное прогнозирование масштаба химического заражения осущест­вляют в кратчайшие сроки непосредственно после выброса вредных веществ в окружающую среду. При этом в качестве исходных данных для прогнозирова­ния берут фактические или расчётные данные о количестве выброшенного вредного вещества, а также метеорологические данные на момент аварии, ката­строфы или бедствия.

При заблаговременном прогнозировании масштаба химического заражения (до выброса или разлива вредного вещества) в качестве исходных данных при­нимают наиболее благоприятные условия для химического заражения. Количе­ство выброшенного вредного вещества принимают равным его содержанию в максимальной по объёму технологической, складской, транспортной ёмкости или в участке трубопровода, а в сейсмических районах - равным общему запасу вредных веществ, имеющихся на территории хозяйственного объекта, содер­жащихся в хранилище или перевозимых на транспорте. При этом используют следующие метеорологические данные: степень вертикальной устойчивости - инверсия, скорость ветра в приземном слое воздуха 1 м/с, температура воздуха - максимальная для летнего времени года. Разлив жидких вредных веществ принимают свободным, когда отсутствуют обваловка или поддон. Для упрощения расчётов приняты следующие допущения:

- ёмкости, аппараты и резервуары, содержащие вредные вещества, при ава­риях и стихийных бедствиях разрушаются полностью;

- при авариях на газо- и продуктопроводах величина выброса вредного ве­щества принимается равной его максимальному количеству, содержаще­муся между автоматическими отсекателями;

- толщина слоя жидкости, разлившейся свободно на подстилающей поверх­ности, принимается равной 0,05м по всей площади разлива;

- предельная продолжительность сохранения неизменными метеорологиче­ских условий (степени вертикальной устойчивости, направления и скоро­сти приземного ветра) четыре часа.

2.2 Прогнозирование масштаба и последствий химического заражения при авариях на химически опасных хозяйственных объектах и на транспорте

2.2.1 Расчет глубины зоны возможного химическою заражения при разливе или выбросе одного типа вредного вещества

Глубину зоны возможного химического заражения определяют по спра- вочным данным (см. приложение 2), зная скорость приземного ветра и зквива- лентное количество разлитого вещества. Значение скорости приземного ветра определяет метеорологическая служба РСЧС на момент аварии (катастрофы), а эквивалентное количество разлитого вредного вещества Q_э устанавливают рас­четным способом отдельно по первичному и вторичному облаку.

В качестве эквивалентного количества вредного вещества принимают та­кое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии эквивалентен масштабу заражения количеством любого вещества, перешедшим в первичное или вторичное облако. Рассчитав эквивалентное количество вредного вещества, можно определить глубину зоны возможного химического заражения любым вредным веществом, используя только одну справочную таблицу (см. приложе­ние 2) для случая возникновения чрезвычайной ситуации с разливом хлора. Этот прием позволяет избежать использования десятков справочных таблиц для каждого типа разлитого вредного вещества.

Эквивалентное количество вредного вещества, образующего первичное облако в тоннах, определяют по формуле

Q_э1 = K₁*K₃*K₅*K₇*Q₀, (1)

где К₁- коэффициент, зависящий от условий хранения вредного вещества, см. приложение 3 (для сжатых газов K₁=l);

К₃ - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к поро­говой токсодозе другого вредного вещества (приложение 3);

К₅ - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости воз­духа (принимается равным для инверсии - 1, для изотермии - 0.23, для конвекции - 0,08);

К₇ - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха, см. при­ложение 3 (для сжатых газов К₇ = 1);

Q₀ - количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т.

При авариях на хранилищах сжатого газа величину Q₀ рассчитывают по

формуле

Q₀ = n*d*V_x, (2)

где d - плотность вредного вещества, т/м³ (см. приложение 3);

V_x - объем хранилища, м³

При авариях на газопроводе величину рассчитывают по формуле

(3)

где n - процентное содержание вредного вещества в природном газе;

d - плотность вредного вещества, т/м³ (см. приложение З);

V_г - объем секция газопровода между автоматическими отсекателями, м³.

При определении величины Q_э1 для сжиженных газов, не вошедших в приложение 3, значение коэффициента К₇ принимают равным единице, а зна­чение коэффициента K₁ рассчитывают по соотношению

(4)

где С_р - удельная теплоемкость жидкого вредного вещества, кал/кг град;

Т - разность температур жидкого вредного вещества до и после разруше­ния емкости, °С;

Н_исп - удельная теплота испарения жидкого вредного вещества при темпера­туре испарения, кДж/кг.

Получив значение Q_э1 и зная скорость приземного ветра u, определяют глубину зоны заражения первичным облаком Г₁ с использованием приложения 2.

Эквивалентное количество вещества, образующее вторичное облако в тоннах, рассчитывают по формуле

Q_э2 = (1-К₁) * К₂ * К₃ * К₄ *К₅ * К₆ * К₇ * (5)

где К₂ - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств вредного вещества (см. приложение 3);

К₄ -коэффициент, учитывающий скорость приземного ветра (см. прило­жение 4);

К₆ - коэффициент, зависящий от времени, прошедшего с начала аварии N. Значение коэффициента К₆ определяют после расчета продолжительности испарения вещества Т из выражения

Т = (6)

где h - толщина слоя вещества, м;

d -плотность вредного вещества, т/м³;

К₂, К₄, К₇ - коэффициенты из формул 1 - 5.

Толщину слоя разлитого вещества при разливе из емкостей и технологи­ческих аппаратов, имеющих самостоятельный поддон или обвалование, опре­деляют из выражения

h = H - 0,2, (7)

где Н - высота поддона (обвалования), м .

При разливе вредного вещества из емкостей, расположенных группой и имеющих общий поддон или обвалование, толщина слоя разлитого вещества определяется по формуле

h = (8)

где Q₀ - количество выброшенного (разлитого) вещества, т;

F - фактическая площадь разлива в поддон, (обвалование), м²;

d - плотность вредного вещества, т/м³ .

Толщину слоя жидкости, разлившейся свободно на подстилающей по­верхности, принимают равной 0,05м по всей площади разлива.

Если время, прошедшее с начала аварии, N<T, то коэффициент К₆ = N^0,8. При NT коэффициент К₆ = Т^0,8. Если Т<1, то К₆ рассчитывают, принимая вели­чину Т равной одному часу.

Получив значение Q_э2 и зная скорость приземного ветра и, определяют глубину зоны заражения вторичным облаком Г₂ с использованием приложения 2.

Полную глубину зоны возможного химического заражения Г определяют из выражения

Г = Г' + 0,5Г", (9)

где Г'- наибольшее значение из величин Г₁ и Г₂, км;

Г" -наименьшее значение из величин Г₁ и Г₂, км.