6

Тема 3.2. “Прогнозирование обстановки при авариях на ХОО”.

13

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра защиты в ЧС и гражданской обороны

1

Кафедра защиты в ЧС и гражданской обороны

«Основы гражданской защиты в чрезвычайных ситуациях»

ТЕМА 1. Основные характеристики и классификация чрезвычайных ситуаций

Прогнозирование обстановки при авариях на химических организациях

1. Химическая обстановка и ее оценка

Общие положения.

Под химической обстановкой понимают (1) масштабы и (2) степень заражения отравляющими веществами или АХОВ воздуха, местности, водоемов, сооружений, техники и т. п.

Оценка химической обстановки -- это определение масштабов и характера заражения АХОВ окружающей среды, а также анализ влияния АХОВ на деятельность объектов и сил ГО и установление степени опасности для населения.

Оценка проводится методом прогнозирования либо по факту произошедшей ЧС с последующими уточнениями по данным химической разведки и другим наблюдениям, либо для виртуальной ЧС с наихудшими условиями ее протекания.

При этом подлежат определению глубина зоны заражения, площадь возможного заражения, время прихода зараженного облака к определенному рубежу, продолжительность заражения.

Исходными данными при прогнозе химической обстановки при выходе АХОВ являются:

-- метеорологические условия (степень вертикальной устойчивости воздуха, скорость приземного ветра и температура воздуха);

-- виды, количество и способ хранения АХОВ, в емкостях на объекте;

--характер разлива АХОВ (свободно на подстилающую поверхность или в поддон, обваловку).

Задание метеоусловий.

В числе параметров метеоусловий, используемых при прогнозе химической обстановки, кроме температуры и скорости ветра используется параметр, который в обиходе используется для характеристики метеоусловий значительно реже. Таким параметром является степень вертикальной устойчивости атмосферного воздуха в приземном слое, высота которого принимается равной 20 м.

Различают три вида вертикальной устойчивости воздуха: инверсию, изотермию и конвекцию.

От степени вертикальной устойчивости воздуха зависят масштаб и продолжительность заражения. Во многом это происходит из-за характерных для каждой степени температурных режимов в приземном слое воздуха: при конвекции температура воздуха в приземном слое с высотой понижается, при инверсии -- возрастает, а при изотермии -- остается постоянной. Поэтому при конвекции происходит интенсивное перемешивание слоев воздуха и, как следствие, быстрое рассеивание зараженного облака, а при инверсии эти процессы протекают существенно медленнее.

Определение степени вертикальной устойчивости воздуха в конкретных условиях производится по специальным метеотаблицам в зависимости от времени года, времени суток, облачного покрова, снежного или травяного покрова и других факторов.

Следует помнить, что при скорости ветра более 4 м/с под влиянием перемешивания слоев воздуха всегда устанавливается ИЗОТЕРМИЯ.

В связи с изложенным различают 2 случая задания метеоусловий при оценке химической обстановки:

1) при оценке химической обстановки по факту ЧС метеоусловия берутся реальные;

2) при оценке виртуальной ЧС, поскольку метеоусловия неизвестны, то они предполагаются наихудшими с точки зрения возможных последствий, т.е. в наибольшей степени благоприятствующие распространению ядовитого облака. Такими условиями являются:

СВУ --инверсия,V = 1 м/с , t^оC -- максимальная в данной местности.

(Нужно иметь ввиду, что в практических условиях продолжительность сохранения неизменными метеоусловий принимается равной 4 часам. По истечении указанного времени прогноз обстановки должен уточняться).

Задание или определение количества АХОВ, обусловвшего ЧС.

При определении количества вышедшего при аварии АХОВ учитываются два фактора:

1) Характер ЧС, т.е. авария или разрушение объекта: при аварии прогноз ведется исходя из объема наибольшей емкости, а при разрушении -- по совокупному объему всех емкостей с АХОВ на рассматриваемом ХОО. Прогноз на разрушение объекта ведется для сейсмоопасных районов и для ЧС военного времени

2) Агрегатное состояние АХОВ. Количество АХОВ, вышедшее при ЧС, определяется в зависимости от агрегатного состояния АХОА по разным формулам:

- при хранении (транспортировке) в газообразном состоянии используется уравнение состояния газа, согласно которому количество вышедшего АХОВ равноДля расчета объема используются известные формулы объема цилиндра V_ц= p D²L/4 и шара V_ш= p D³/6.:

mо= Pr_гnV/(9.81*10³) , т; (1)

где P - давление в резервуаре, r_г - плотность газа, V - объем резервуара, n - концентрация вещества (целая часть %), если АХОВ находилось в смеси с другими веществами;

- при хранении (транспортировке) в жидком состоянии:

m_о= Vr_ж , т . (2)

Учет влияния условий хранения, определяющих характер разлива.

Для ограничения площадей разлива жидких АХОВ под промышленными емкостями для хранения АХОВ сооружаются поддоны или обваловки. Время испарения вылившейся в поддон или обваловку жидкости определяется высотой столба жидкости в поддоне или обваловке.

Для стандартных поддона или обваловки и при полностью залитом резервуаре высоту столба жидкости принимают равной, h (м):

h = H -- 0,2 (3)

где Н -- высота поддона или обваловки, м .

Зазор в 0,2 м предусмотрен ГОСТом.

При свободном разливе АХОВ на подстилающую поверхность (земля, бетон, асфальт и т.п.) высота слоя жидкости принимается равной 0,05 м.

2. Расчеты при авариях на химически опасном объекте

Основные положения методического подхода к расчету.

В основу методики расчетов положены следующие допущения и условия.

1.Внешние границы зон заражения рассчитываются по пороговой токсодозе АХОВ.

2.Определение глубины зоны заражения проводится по единой для всех АХОВ таблице.

3.Для того, чтобы пользоваться единой таблицей для всех АХОВ, производится пересчет исходных данных и характеристик вещества к веществу, выбираемому эталоном. Эталонным веществом в используемой методике прогнозирования выбран хлор.

4.Основная таблица составлена для аварий с выходом хлора при следующих метеоусловиях: инверсия, температура воздуха 20^оС.

Таким образом, первым этапом используемой методики является расчет эквивалентного количество АХОВ.

Эквивалентное количество АХОВ - это такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии и температуре 20^оС эквивалентен масштабу заражения данным АХОВ при конкретных метеоусловиях.

Токсичность любого АХОВ по отношению к хлору, свойства, влияющие на образование зараженного облака, а также отличные от стандартных метеоусловия учитываются специальными коэффициентами, по которым рассчитывается эквивалентное количество АХОВ.

Коэффициенты, используемые при расчете эквивалентного количества хлора.

Рассмотрим используемые при расчетах коэффициенты и поясним их физический смысл и особенности расчета и использования.

К₁- коэффициент, определяющий относительное количество АХОВ, переходящее при аварии в газ;

для газообразных АХОВ К₁ = 1;

для жидкостей, кипящих при температуре выше температуры окружающей среды, К₁ = 0;

в других случаях коэффициент К₁ зависит от вида АХОВ;

К₂- удельная скорость испарения вещества - количество испарившегося вещества в тоннах с площади 1 м. кв. за 1 час, (т/м² ч);

K₃ -- отношение пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе данного АХОВ;

К₄- коэффициент, учитывающий скорость ветра;

K₅ -- коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости воздуха (используется при расчете эквивалентного количества вещества):

для инверсии К₅ = 1 ,

для изотермии К₅ = 0,23 ,

для конвекции К₅ = 0,08 .

К₆ -- коэффициент, зависящий от времени, на которое осуществляется прогноз:

К₆ = T_прог^0,8 при T_прог < T_исп ,

К₆ = T_исп ^0,8 при T_прог > T_исп , (K₆=K_6max) ,

К₆ = 1 при Т < 1 часа.

здесь T_прог -- время после аварии, на которое осуществляется прогноз,

T_исп -- продолжительность испарения.

К₇ -- коэффициент, учитывающий температуру воздуха;

К₈ -- коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости воздуха (используется при расчете площади зоны заражения):

для инверсии К₈ = 0,081,

для изотермии К₈ = 0,133,

для конвекции К₈ = 0,235 .

Значения коэффициентов К₁,К₂,K₃, К₄, К₇ -- при расчетах берутся из выдаваемых студентам таблиц (см. Приложение).

Определение эквивалентного количества вещества, образующего

первичное облако.

Эквивалентное количество вещества, по первичному облаку, т, определяется по формуле:

m_э1 = K₁ K₃ K₅ K₇ m_о , (4)

m_о -- количество вышедшего при аварии АХОВ , т. (см. (1) и (2)).

Определение эквивалентного количества вещества, образующего вторичное облако, и времени испарения.

Вторичное облако образуется за счет испарения жидкой фазы АХОВ.

Расчет проводится в два этапа:

1) Определяется время испарения ,ч:

T_исп = h r_ж / K₂ K₄ K₇ (5)

где r_ж -- плотность АХОВ, т/м. куб (см. Приложение);

h -- высота столба испарения разлившегося АХОВ, м .

При T_исп <1 во всех дальнейших расчетах принимаем Т = 1 ч.

2) Эквивалентное количество АХОВ, образующее вторичное облако, определяется по формуле:

-- при расчете на время Т_прог:

m_э2 =(1 -- K₁)K₃K₅K₆ m_о/Т_исп =(1 -- K₁)K₂K₃K₄K₅K₆K₇ m_о/(hr_ж) (6)

-- при расчете на время Т_прог > T_исп:

m_э2мах = m_э2K_6мах/K₆ =(1 -- K₁)K₂K₃K₄K₅K_6махK₇ m_о/(hr_ж) (7)

Расчет глубины зоны заражения при аварии на ХОО.

В основной таблице приведены максимальные значения глубин зон заражения первичным Г₁ или вторичным Г₂ (Г_2мах) облаком АХОВ в зависимости от эквивалентного количества вещества и скорости ветра.

Максимально возможная глубина зоны заражения Г (Г_мах), км, обусловленная первичным и вторичным облаками, определяется формулой:

Г = Г' + 0,5 Г'' (8)

где Г' -- больший, а Г'' -- меньший из размеров Г₁ и Г₂ (Г_2мах) или в другом виде

при T_прог <T_исп: Г = max { Г₁; Г₂} + 0,5 min { Г₁; Г₂} . (9)

при T_прог >=T_исп: Г_мах = max { Г₁; Г_2мах} + 0,5 min { Г₁; Г_2мах} ,

Степень вертикальной устойчивости воздуха значительно влияет на скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха, что не в полной мере учтено в основной таблице, ввиду чего необходимо дополнительно рассчитаем глубину переноса переднего фронта зараженного воздуха, используя данные специальной таблицы для определения скорости переноса V_п:

Г_п= T_прог V_п , (Г_{п мах} = T_испV_п) , (10)

где V_п - скорость (км/час) переноса переднего фронта зараженного воздуха при данных скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха.

За окончательную расчетную глубину зоны заражения принимается минимальная из величин Г и Г_п (Г_мах и Г_{п мах}). Указанный выбор можно объяснить следующим образом: при Г < Г_п переносимый зараженный воздух на дальностях Г > Г_п имеет концентрацию меньше пороговой, а при Г > Г_п перенос не может быть осуществлен на расстояние > Г_п.

Затем рассчитывается время формирования зоны

T_ф = Г / V_п , T_{ф max} =Г_max/V_п (11)

Определение площади зоны заражения и нанесение ее на карту

Различают зоны возможного и фактического заражения АХОВ.

Зона возможного заражения-- это пространство , в котором может распространиться АХОВ при данных метеорологических условиях.

На картах зона возможного заражения изображается в виде:

-- окружности радиусом Г с центром в месте аварии -- при скорости ветра по прогнозу до 0,5 м/с;

-- полуокружности радиусом Г с центром в месте аварии -- при скорости ветра по прогнозу от 0,6 до 1 м/с. Биссектриса полуокружности ориентирована по направлению ветра и проходит через центр аварии;

-- сектора с центральным углом 90^о- при скорости ветра по прогнозу от 1,1 до 2 м/с;

-- сектора с центральным углом 45^о- при скорости ветра по прогнозу более 2 м/с.

Радиус секторов равен глубине зоны заражения Г, а биссектрисы ориентированы по направлению ветра и проходят через центр аварии.

Площадь зоны возможного заражения облаком АХОВ, км², определяется по формуле:

S_в = 8,73* 10^-3* Г²*--j = p Г² j/ 360 , км² (12)

где Г -- глубина зоны заражения , км;

??????j -- угловые размеры зоны, град.

Зоной фактического заражения называется территория, воздушное пространство которой заражено АХОВ в опасных для жизни пределах. Конфигурация зоны фактического заражения близка к эллипсу, который не выходит за пределы зоны возможного заражения и может перемещаться в ее пределах под воздействием ветра.

Из-за возможного перемещения зоны фактического заражения на карту ее не наносят. Ее размеры используют для определения возможной численности пораженного населения и необходимого запаса сил и средств, необходимых для проведения спасательных работ.

Площадь зоны фактического заражения облаком АХОВ вычисляется по формуле:

S_ф = К₈ Г² T_ф^0,2 (13)

где Г -- глубина зоны заражения, км;

T_ф -- время формирования зоны, ч.

По аналогичным формулам рассчитываются S_{в max} и S_{ф max} .

Определение времени подхода зараженного воздуха к заданной границе (объекту).

Время подхода облака АХОВ к заданному рубежу зависит от скорости переноса облака воздушным потоком и определяется по формуле:

t = X/V_п (14)

где X -- расстояние от источника заражения до выбранного рубежа, км;

V_п -скорость переноса фронта облака зараженного воздуха, км/час.

Определение продолжительности заражения.

Время поражающего действия АХОВ (продолжительность заражения) определяется временем испарения вышедшего АХОВ. При образовании только первичного облака - время принимается равным 1 часу.

3. Расчеты при разрушении химически опасного объекта

химический опасный обстановка авария

При разрушении ХОО рассматривается только один вариант расчетных формул прогноза обстановки, справедливый для случая, когда, во-первых, все вещества находятся в жидком агрегатном состоянии и, во-вторых, не вступают между собой в химические реакции.

При этих двух допущениях расчет многих первичных и вторичных облаков по приведенным выше формулам был бы весьма условен, поэтому на практике используется одна приближенная формула для расчета общего эквивалентного количества хлора.

Принимается следующий порядок расчета.

1) Расчет Т_i для i от 1 до n, где n -- число различных АХОВ в ЧС.

2) Определение наборов коэффициентов (k₁- k₈)_i для каждого i-го АХОВ.

3) Определение обобщенного эквивалентного количества АХОВ:

m_э = 20 K₄K₅(K₂K₃K₆K₇ m_о/r_ж)_i (15)

(При расчете первичными облаками пренебрегаем, k7 берем для вторичного облака).

4) Расчет глубин зон -- аналогично расчету при авариях.

5) Расчет площадей.

6) Расчет продолжительности заражения по формуле:

t = max {T_{исп i}} (16)

Литература

1. Руководство по ведению аварийно-спасательных и других неотложных работ при крупных авариях на химически опасных объектах (проект), МЧС РОССИИ, ВНИИ ГОЧС, Академия Гражданской защиты, НИР ВИ-59501--5.11, г.Москва-1995г.

2. Основы защиты населения и территорий в чрезвычайных ситуациях. - издательство Московского государственного университета. 1998.

3. “Гражданская защита”, пособие для преподавателей под ред. Л.Титоренко, МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1998 г.

4. Конспект лекций по курсу “Основы ГО в ЧС”, кафедра ГО МГТУ, 2000 г.

Приложение 1.

Таблицы для расчетов.

Таблица 1. Глубины зон возможного заражения АХОВ, км

Сксть	Эквивалентное количество АХОВ , т
ветра
м/с	0.01	0.05	0.1	0.5	1	3	5	10	20	30	50	70	100	300	500	1000
1	0.38	0.85	1.25	3.16	4.75	9.18	12.53	19.20	29.56	38.13	52.67	65.23	81.91	166.0	231.0	363.0
2	0.26	0.59	0.84	1.92	2.84	5.35	7.20	10.84	16.44	21.02	28.73	35.35	44.09	87.79	121.0	189.0
3	0.22	0.48	0.68	1.53	2.17	3.99	5.34	7.96	11.94	15.18	20.59	25.21	31.30	61.47	84.50	130.0
4	0.19	0.42	0.59	1.33	1.88	3.28	4.36	6.46	9.62	12.18	16.43	20.05	24.80	48.18	65.92	101.0
5	0.17	0.38	0.53	1.19	1.68	2.91	3.75	5.53	8.19	10.33	13.88	16.89	20.82	40.11	54.67	83.60
6	0.15	0.34	0.48	1.09	1.53	2.66	3.43	4.88	7.20	9.06	12.14	14.79	18.13	34.67	47.09	71.70
7	0.14	0.32	0.45	1.00	1.42	2.46	3.17	4.49	6.48	8.14	10.87	13.17	16.17	30.73	41.63	63.16
8	0.13	0.30	0.42	0.94	1.33	2.30	2.97	4.20	5.92	7.42	9.90	11.98	14.68	27.75	37.49	6.70
9	0.12	0.28	0.40	0.88	1.25	2.17	2.80	3.96	5.60	6.86	9.12	11.03	13.50	25.39	34.24	51.60
10	0.12	0.26	0.38	0.84	1.19	2.06	2.66	3.76	5.31	6.50	8.50	10.23	12.54	23.49	31.61	47.53
11	0.11	0.25	0.36	0.80	1.13	1.96	2.53	3.58	5.06	6.20	8.01	9.61	11.74	21.91	29.44	44.15
12	0.11	0.24	0.34	0.76	1.08	1.88	2.42	3.43	4.85	5.94	7.67	9.07	11.06	20.58	27.61	41.30
13	0.10	0.23	0.33	0.74	1.04	1.80	2.37	3.29	4.66	5.70	7.37	8.72	10.48	19.45	26.04	38.90
14	0.10	0.22	0.32	0.71	1.00	1.74	2.24	3.17	4.49	5.50	7.10	8.40	10.04	18.46	24.69	36.81
15	0.10	0.22	0.31	0.69	0.97	1.68	2.17	3.07	4.34	5.31	6.86	8.11	9.70	17.60	23.50	34.98

Примечания: 1.При скорости ветра более 15 м/с используют значение для 15 м/с.

2.При скорости ветра менее 1 м/с используют значение для 1 м/с.

Таблица 2. Характеристики АХОВ и расчетные коэффициенты.

N	Наименование АХОВ	Плотность Т/м. куб	Температура кипения,	Пороговая токсодоза г мин/м3	Значения коэффициентов
								К7 для значений температуры (С)
		газ	жид-			К1	К2	К3	- 40	- 20	0	20	40
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1	Аммиак-хранение под Давлением	0.001	0.68	-33.42	15	0.18	0.02	0.04	0/0.9	0.3/1	0.6/1	1/1	1.4/1
2	Аммиак-изотермическое Хранение	--	0.68	-33.42	15	0.01	0.02	0.04	0/0.9	1/1	1/1	1/1	1/1
3	Водород втористый	--	0.99	19.52	4	0	0.03	0.15	0.1	0.2	0.5	1	1
4	Водород хлористый	0.002	1.19	-85.10	2	0.28	0.04	0.30	0.64/1	0.6/1	0.8/1	1/1	1.2/1
5	Диметиламин	0.002	0.68	6.9	1.2	0.06	0.04	0.50	0/0.1	0/0.3	0/0.8	1/1	2.5/1
6	Нитрил акриловой Кислоты	--	0.81	77.3	0.75	0	0.01	0.80	0.04	0.1	0.4	1	2.4
7	Окислы азота	--	1.49	21.0	1.5	0	0.04	0.40	0	0	0.4	1	1
8	Сернистый ангидрид	0.003	1.46	-10.1	1.8	0.11	0.05	0.33	0/0.2	0/0.5	0.3/1	1/1	1.7/1
9	Окись этилена	--	0.88	10.7	2.2	0.05	0.04	0.27	0/0.1	0/0.3	0/0.7	1/1	3.2/1
10	Сероводород	0.002	0.96	-60.35	16.1	0.27	0.04	0.04	0.3/1	0.5/1	0.8/1	1/1	1.2/1
11	Формальдегид	--	0.81	19.0	0.6	0.19	0.03	1.0	0/0.4	0/1	0.5/1	1/1	1.5/1
12	Фосген	0.003	1.43	8.2	0.6	0.05	0.06	1.0	0/0.1	0/0.3	0/0.7	1/1	2.7/1
13	Фтор	0.002	1.51	-188.2	0.2	0.95	0.04	3.0	0.7/1	0.8/1	0.9/1	1/1	1.1/1
14	Фосфор треххлористый	--	1.57	75.3	3.0	0	0.01	0.2	0.1	0.2	0.4	1	2.3
15	Фосфора хлорокись	--	1.67	107.2	0.06	0	0.00	10.0	0.05	0.1	0.3	1	2.5
16	Хлор	0.003	1.55	-34.1	0.6	0.18	0.05	1.0	0/0.9	0.3/1	0.6/1	1/1	1.4/1
17	Хлорпикрин	--	1.66	112.3	0.02	0	0.00	30.0	0.03	0.1	0.3	1	2.9
18	Хлорциан	0.002	1.22	12.6	0.75	0.04	0.05	0.8	0/0	0/0	0/0.6	1/1	3.9/1
19	Этиленамин	--	0.84	55.0	4.8	0	0.01	0.12	0.05	0.1	0.4	1	2.2
20	Этиленсульфид	--	1.01	55.0	0.10	0	0.01	6.0	0.05	0.1	0.4	1	2.2
21	Этилмеркаптан	--	0.84	35.0	2.20	0	0.03	0.27	0.1	0.2	0.5	1	1.7

Примечания: 1.Плотности газообразных АХОВ в колонке 3 приведены для атмосферного давления (98.1 кПа). 2.В колонках 10--14 в числителе даны значения для первичного облака, в знаменателе -- для вторичного. 3.Значение К при изотермическом хранении аммиака приведено для случая разливов (выбросов) в поддон.

Таблица 15. Значения коэффициента К4 в зависимости от скорости ветра.

Скорость ветра, м/с	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	15
К4	1	1.33	1.67	2.0	2.34	2.67	3.0	3.34	3.67	4.0	5.68

Таблица 16. Скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха, км/час

Скорость ветра, м/с	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Инверсия	5	10	16	21	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Изотермия	6	12	18	24	29	35	41	47	53	59	65	71	76	82	88
Конвекция	7	14	21	28	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

Размещено на Allbest.ru

...