Прогнозирование масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях на химически опасных объектах и транспорте

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МАСШТАБОВ ЗАРАЖЕНИЯ СИЛЬНОДЕЙСТВУЮЩИМИ ЯДОВИТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ ПРИ АВАРИЯХ НА ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ И ТРАНСПОРТЕ

Шарапов Р.В., Дунаева Е.В.

Annotation

The article is devoted to the technique of infection scale forecasting at emission of strong poisonous substances in an environment as a result of failures on chemically dangerous objects and transport. The concept of a toxic doze is considered. The equivalent quantity of substance in a primary cloud is defined. Calculation of infection zone depth at failure on chemically dangerous object is spoken in detail.

Основная часть

Заблаговременное и оперативное прогнозирование масштабов заражения на случай выбросов сильнодействующих ядовитых веществ в окружающую среду при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте - задача достаточно актуальная и важная, так как своевременное прогнозирование может существенно снизить степень воздействия на окружающую среду и свести к минимуму человеческие жертвы.

Сильнодействующее ядовитое вещество (СДЯВ) - это химическое вещество, применяемое в народном хозяйстве, которое при выливе или выбросе может приводить к загрязнению воздуха на уровне поражающих концентраций.

Зона поражения СДЯВ - территория, на которой концентрация СДЯВ достигает значений, опасных для жизни людей.

Рассмотрим методику прогнозирования масштаба заражения в случае выброса СДЯВ в атмосферу в газообразном, парообразном или аэрозольном состоянии [1, 2].

Масштабы заражения СДЯВ в зависимости от их физических свойств и агрегатного состояния рассчитываются для первичного и вторичного облаков. Первичное облако - облако СДЯВ, образующееся в результате мгновенного (1-3 мин) перехода в атмосферу части вещества из емкости при ее разрушении. Вторичное облако - облако СДЯВ, образующееся в результате испарения разлившегося вещества с подстилающей поверхности.

Исходные данные для прогнозирования масштабов заражения СДЯВ:

- общее количество СДЯВ на объекте и данные о размещении их запасов в технологических емкостях и трубопроводах;

- количество СДЯВ, выброшенных в атмосферу, и характер их разлива на подстилающей поверхности («свободно», «в поддон» или «в обваловку»);

- высота поддона или обваловки складских емкостей;

- метеорологические условия: температура воздуха, скорость ветра на высоте 10 м (на высоте флюгера), степень вертикальной устойчивости воздуха.

При заблаговременном прогнозировании масштабов заражения на случай производственных аварий в качестве исходных данных рекомендуется принимать: выброс СДЯВ (Q₀) - количество СДЯВ в максимальной по объему единичной емкости (технологической, складской, транспортной и др.); метеорологические условия - инверсия, скорость ветра 1 м/с.

Для прогноза масштабов заражения непосредственно после аварии должны браться конкретные данные о количестве выброшенного (разлившегося) СДЯВ и реальные метеоусловия.

Внешние границы зоны заражения СДЯВ рассчитываются по пороговой токсодозе при ингаляционном воздействии на организм человека.

Токсодоза (токсическая доза) выражается количеством вещества, вызывающем определенный токсический эффект.

Под пороговой понимается минимальная концентрация, при которой возникает ощутимый физиологический эффект и наблюдаются первые признаки поражения.

Средняя пороговая токсодоза - токсодоза, вызывающая начальные симптомы у 50% подвергшихся ингаляционному или кожно-резорбтивному воздействию опасных химических веществ.

Средняя смертельная токсодоза - токсодоза, вызывающая поражения со смертельным исходом у 50% подвергшихся ингаляционному или кожно-резорбтивному воздействию опасных химических веществ.

Принятые допущения:

- емкости, содержащие СДЯВ, при авариях разрушаются полностью;

- толщина слоя жидкости для СДЯВ, разлившихся свободно на подстилающей поверхности, определяется по соотношению:

,

где Н - высота поддона (обваловки), м;

- для СДЯВ, разлившихся в поддон или обваловку из емкостей, расположенных группой и имеющих общий поддон (обваловку):

,

где - количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т;

- плотность СДЯВ, т/м³;

F - реальная площадь разлива в поддон (обваловку), м²;

- предельное время пребывания людей в зоне заражения и продолжительность сохранения неизменными метеорологических условий (степени вертикальной устойчивости атмосферы, направления и скорости ветра) составляет 4 ч; по истечении указанного времени прогноз обстановки должен уточняться. сильнодействующий ядовитый заражение атмосфера

Прогнозирование глубины зоны заражения СДЯВ проводится по следующей методике.

Количественные характеристики выброса СДЯВ для расчета масштабов заражения определяются по их эквивалентным значениям. Под эквивалентным количеством СДЯВ понимается такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии эквивалентен масштабу заражения при данной степени вертикальной устойчивости атмосферы количеством СДЯВ, перешедшим в первичное (вторичное) облако.

Определение эквивалентного количества вещества в первичном облаке. Эквивалентное количество вещества в первичном облаке , т, определяется по формуле:

,

где К₁ - коэффициент, зависящий от условий хранения СДЯВ;

К₃ - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого СДЯВ (пороговая токсодоза - ингаляционная токсодоза, вызывающая начальные симптомы поражения);

К₅ - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы;

K₇ - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха;

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

При авариях на хранилищах сжатого газа Q₀ рассчитывается по формуле

,

где - плотность СДЯВ, т/м³;

- объем хранилища, м³.

При авариях на газопроводе Q₀ рассчитывается по формуле:

,

где - содержание СДЯВ в природном газе, %;

- плотность СДЯВ, т/м³;

- объем секции газопровода между автоматическими отсекателями, м³.

При определении величины для сжиженных газов значение коэффициента K₇ принимается равным единице, а коэффициент K₁ рассчитывается по соотношению:

,

где - удельная теплоемкость жидкого СДЯВ, кДж/(кг°С);

- разность температур жидкого СДЯВ до и после разрушения емкости, °С;

- удельная теплота испарения жидкого СДЯВ при температуре испарения, кДж/кг.

Определение эквивалентного количества вещества во вторичном облаке. Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке рассчитывается по формуле

,

где K₂ - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств СДЯВ;

K₄ - коэффициент, учитывающий скорость ветра;

K₆ - коэффициент, зависящий от времени N, прошедшего после начала аварии; значение коэффициента K₆ определяется после расчета продолжительности испарения вещества , ч:

,

при =1 ч K₆ принимается равным 1 ч;

- плотность СДЯВ, т/м³;

- толщина слоя СДЯВ, м.

Расчет глубины зоны заражения при аварии на химически опасном объекте. В методике приведены максимальные значения глубины зоны заражения первичным (Г₁) или вторичным (Г₂) облаком СДЯВ, определяемые в зависимости от эквивалентного количества вещества и скорости ветра. Полная глубина зоны заражения Г (км), обусловленной воздействием первичного и вторичного облаков СДЯВ, определяется как:

Г=Г'+0,5Г'',

где Г' - наибольший, Г" - наименьший из размеров Г₁ и Г₂. Полученное значение сравнивается с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс Г_п, определяемым по формуле

,

где - время от начала аварии, ч;

- скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при данных скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч.

За окончательную расчетную глубину зоны заражения принимается меньшее из двух сравниваемых между собой значений - Г и Г_п.

Согласно методике, площадь зоны фактического заражения СДЯВ - это площадь территории, зараженной СДЯВ в опасных для жизни пределах. Площадь зоны возможного заражения СДЯВ - это площадь территории, в пределах которой под воздействием изменения направления ветра может перемещаться облако СДЯВ.

Реализация описанного метода прогнозирования средствами вычислительной техники позволяет быстро оценить ситуацию как при возникновении аварийной ситуации, так и на этапе проектирования и постройки химически опасных объектов.

Для получения большего эффекта для прогнозирования масштабов заражения можно использовать геоинформационные системы (ГИС). Наложение результатов моделирования на картографическую основу позволяет произвести оценку масштабов заражения с учетом жилой застройки населенных пунктов. Можно осуществить идентификацию объектов с массовым скоплением людей (школы, детские сады, больницы и т.д.), попадающих в зону заражения. В случае возникновения аварийных ситуаций эти объекты должны быть быстро эвакуированы.

Пусть необходимо провести моделирование химического заражения выбросом СДЯВ. В результате выполнения расчета будет получена некоторая область (обычно похожая по форме на круг или овал). Представим эту область как (множество точек, в которых концентрация вещества выше допустимой нормы).