Прогнозирование и оценка обстановки при химических авариях

128

Размещено на http://www.allbest.ru/

Практическая работа

Прогнозирование и оценка обстановки при химических авариях

Цель работы

Освоить методику прогнозирования зон заражения при авариях на химически опасном объекте и научиться работать со справочной литературой.

Основные положения

Аварийно химически опасные вещества (АХОВ) - это обращающиеся в больших количествах в промышленности и на транспорте токсические химические вещества, способные в случае разрушений (аварий) на объектах легко переходить в атмосферу и вызывать массовые поражения людей, проникать в различные сооружения, заражать местность и водоемы.

Химически опасный объект (ХОО) - объект народного хозяйства или транспортное средство, перевозящее АХОВ, при повреждении или разрушении которых могут произойти химически опасные аварии.

Территория, подвергающаяся непосредственному воздействию АХОВ, а также территория, над которой распространяется облако зараженного воздуха в поражающихся концентрациях, называются зоной заражения.

При прогнозировании обстановки при химических авариях применяются следующие допущения:

емкости, содержащие опасные химические вещества (ОХВ), разрушаются полностью;

толщина слоя ОХВ, разлившегося свободно по подстилающей поверхности, принимается равной 0,05 м по всей площади разлива или 0,5 м - в случае разрушения изотермического хранилища аммиака;

при проливе ОХВ из емкостей, имеющих самостоятельный поддон (обваловку) высотой Н (м), толщина слоя жидкости принимается равной h = H - 0,2 (м);

при аварии на газо- и продуктопроводах величина выброса ОХВ принимается равной его максимальному количеству, содержащемуся в трубопроводе между автоматическими отсекателями;

предельное время пребывания людей в зоне заражения принимается равным времени испарения ОХВ, но не более 4-х часов.

Исходными данными для прогнозирования являются:

общее количество ОХВ на опасном химическом объекте и данные по его размещению в емкостях и технологических трубопроводах;

количество ОХВ, выброшенных в атмосферу, и характер их разлива (в поддон, в обваловку или на грунт);

токсические свойства ОХВ;

метеорологические условия (температура воздуха, скорость ветра на высоте 10 м, состояние приземного слоя воздуха); при заблаговременном прогнозе принимают, что температура воздуха равна 20 °С, скорость ветра - 1 м/с, а состояние атмосферы - инверсия.

1. Расчет параметров зоны заражения при химической аварии

Внешние границы зоны заражения ОХВ рассчитывают по ингаляционной пороговой токсодозе D_пор (мг·мин/л).

Глубины зон заражения первичным Г₁ (км) и вторичным Г₂ (км) облаками определяются по табл. П. 1, представленной в прил. в зависимости от скорости ветра w_в (м/с) и эквивалентного количества опасного химического вещества (ОХВ) Q_э (т). Полная глубина зоны заражения определяется как

. (1)

Предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс Г_пред (км) равно

, (2)

где - время полного испарения или ликвидации источника химического заражения, час; u - скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при заданной скорости ветра и степени верти- кальной устойчивости атмосферы, км/ч (табл. П. 2). Степень вертикальной устойчивости атмосферы можно определить по табл. П. 3.

За истинную глубину зоны заражения принимается величина

. (3)

В зависимости от скорости приземного ветра, обусловливающей флуктуации его направления, зоны возможного заражения наносятся на карты в виде круга или сектора с угловыми размерами, указанными в табл. 1.

Таблица 1

Угловые размеры зоны возможного заражения ОХВ

Площадь зоны фактического заражения ОХВ (S_ф, км²), находящейся внутри зоны возможного заражения, определяется по формуле

, (4)

где Г - глубина зоны заражения, км; - время с момента аварии, ч; k₈ - коэффициент, учитывающий влияние степени вертикальной устойчивости воздуха на ширину зоны заражения: для инверсии он равен 0,081, изотермии - 0,133 и конвекции - 0,235.

Количественные характеристики выброса ОХВ для расчетов параметров зоны заражения определяются по его эквивалентному значению Q_э, под которым понимается такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии равен масштабу заражения при тех же условиях заданным количеством данного ОХВ, перешедшим в первичное (вторичное) облако.

Эквивалентное количество ОХВ в первичном облаке Q_э,₁ (т) определяется по формуле

, (5)

где k₁ - коэффициент, зависящий от условий хранения ОХВ (табл. П. 3); k₃ - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе рассматриваемого ОХВ (табл. П. 3); k₅ - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы: 1 - для инверсии, 0,23 - для изотермии и 0,8 - для конвекции; k₇ - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (табл. П. 3): для сжатых газов k₇ = 1; Q₀ - количество разлившегося (выброшенного) ОХВ, т.

Для сжиженных газов, не вошедших в табл. П. 3, значение коэффициента k₇ принимается равным 1, а значение k₁ определяется по выражению

,

где С_р - удельная теплоемкость жидкого ОХВ, кДж/(кг К); Т - разность температур жидкого ОХВ до и после разрушения емкости, °С; L_исп - удельная теплота испарения, кДж/кг.

Эквивалентное количество ОХВ во вторичном облаке Q_э,₂ (т) определяется по формуле

, (6)

где _ж - плотность жидкой фазы ОХВ, т/м³ (табл. П. 3); h - толщина слоя разлившегося жидкого ОХВ, м; k₂ - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств ОХВ (табл. П. 3); k₄ - коэффициент, учитывающий скорость ветра (табл. П. 4); k₆ - коэффициент, учитывающий время, прошедшее с начала аварии (час), равный

.

Здесь ф - время, прошедшее после аварии, ч; _исп - время испарения ОХВ, ч, определяемое по формуле

. (7)

Коэффициенты k₂, k₄ и k₇ определяются по табл. П. 3.

При определении Q_э,₂ для веществ, не указанных в табл. П. 3, коэффициент k₇ принимается равным 1, а коэффициент k₂ определяется по формуле

, (8)

где Р_нас - давление насыщенного пара вещества при заданной температуре воздуха, мм.рт.ст; М - молекулярная масса вещества.

2. Прогнозирование количества пострадавших среди персонала и населения, оказавшегося в зоне фактического заражения

химический авария заражение прогнозирование

Основными исходными данными для расчета являются:

наличие факторов поражения (первичное и вторичное облако, либо только первичное, либо только вторичное);

средняя плотность населения в зоне заражения определяется исходя из допущения, что население распределено по территории равномерно;

доля населения, которую планируется защитить тем или иным способом (укрытие в жилых и производственных помещениях, транспорте, убежищах и других защитных сооружениях; использование индивидуальных средств защиты и проведение эвакуации);

степень защищенности населения при использовании определенного способа защиты.

Количество населения, попавшего в зону заражения N (чел), рассчитывается исходя из средней плотности по формуле

, (9)

где: Р_г и Р_зз - плотность населения соответственно в городе и загородной зоне, чел/км²; S_г и S_зз - площади территории в городе и загородной зоне, приземный слой воздуха которых подвергся заражению, км² (формула 4).

Численность пораженного населения, определяется его защищенностью

Или

, (10)

где N_пор - количество пораженного населения, чел.; N - численность населения, оказавшегося в зоне фактического заражения, чел.; P_i - доля населения, защищаемая от действия ОХВ i-м способом; K_защ,i - коэффициент защиты i-го способа; К_защ^ср - среднее значение коэффициента защищенности населения с учетом его пребывания открыто на местности, в транспорте, жилых и производственных зданиях (табл. П. 8). Распределение населения в городе и в сельскохозяйственной местности в зависимости от времени суток приведено в табл. П. 9 и табл. П. 10 соответственно.

В случае образования первичного и вторичного облаков заражения сначала рассчитывают количество пораженных от первичного облака (N_пор,1). Расчет количества человек, пораженных ОХВ вторичного облака, производится путем вычитания числа пораженных от первичного облака из общего количества пораженного населения в зоне заражения.

Для оценки распределения людей по степеням поражения приближено можно принять, что структура пораженного населения соответствует данным табл. 2.

Таблица 2

Структура населения, пораженного ОХВ

Для оценки глубины зон с разной степенью поражения можно принять, что:

глубина зоны, где могут наблюдаться смертельные поражения, составляет Г_см = 0,3 Г;

глубина зоны, где могут быть поражения не ниже средней степени тяжести, составляет Г_{т. и ср.} = 0,5 Г;

глубина зоны, где могут быть поражения не ниже легкой степени, составляет Г_лег= 0,7 Г.

Время подхода облака ОХВ к заданному объекту_подх (ч) зависит от скорости переноса облака воздушным потоком и определяется по формуле

, (11)

где x - расстояние от источника заражения до заданного объекта, км; u - скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха, км/ч (табл. П. 5).

Рассмотрим пример решения задачи.

Задача

На водоочистной станции в 8 ч утра произошла авария, связанная с разрушением емкости, содержавшей Q₀ = 10 т хлора, хранившегося под давлением. Емкость с хлором размещалась в поддоне с высотой стенок Н = 1,0 м. При прогнозировании последствий аварии принять следующие метеоусловия: инверсия, скорость ветра w_в = 3 м/с, температура воздуха t_в = + 20 ^оС. Плотность населения в полумиллионом городе Р_гор = 2500 чел/км². Население об аварии не оповещено.

Определить глубину распространения зараженного ОХВ воздуха через = 2 часа после аварии и структуру пораженного населения.

Решение

1. Принимая глубину слоя разлившегося хлора равной h = H - 0,2 = 1,0 - 0,2 = 0,8 м и _ж = 1,558 т/м³, найдем по формуле (7) время испарения _исп

ч.

2. Эквивалентное количество ОХВ в первичном облаке Q_э,1 определяем по формуле (5) с использованием данных табл. П. 3:

Q_э,1 = 0,18·1,0·1,0·1,0·10 = 1,8 т.

3. Эквивалентное количество ОХВ во вторичном облаке Q_э,2 определяем по формуле (6) с использованием данных табл. П. 3

Q_э,2 = (1 - 0,18) 0,052·1,0·1,67·1,0·2^0,8·1,0·10 / (0,8·1,553) 1 т.

Здесь коэффициент k₆ принят равным k₆ = ф^0,8 = 2^0,8, т.к. < _исп.

4. Глубины зон заражения первичным Г₁ и вторичным Г₂ облаками определим по табл. П. 2 в зависимости от скорости ветра w_в = 3 м/с и соответствующего эквивалентного количества ОХВ путем интерполяции.

Для первичного облака: Q_э,1 = 1,8 т, интерполируя по данным табл. П. 2, получим Г₁ = 2,9 км.

Для вторичного облака: Q_э,2 = 1 т, по табл. П. 2 имеем Г₂ = 2,17 км.

Полная глубина зоны заражения Г_зар по формуле (1) равна

Г_зар = 2,9 + 0,5·2,17 = 4 км.

Предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс Г_пред при скорости переноса u=16 км/ч (табл. П. 5, инверсия, скорость ветра w_в = 3 м/с) по формуле (2) равно

Г_пред = 16•2 = 32 км.

За истинную глубину зоны заражения принимаем величину

Г = min {Г_зар, Г_пред }, т. е. Г = min {4 км; 32 км } = 4 км.

Площадь зоны фактического заражения S_зар находим по формуле (4)

S_зар = 0,081•4²•2^0,2 = 1,49 км².

Так как скорость ветра w_в более 2 м/с, то зона фактического заражения будет располагаться в секторе с углом 45° по направлению ветра.

Количество людей, попавших в зону фактического заражения, N, найдем по формуле (9)

N = 2500•1,49 ? 3700 чел.

8. Определим число пораженных с учетом защищенности населения.

Для этого по данным табл. П. 8 для условий примера найдем среднее значение защищенности городского населения с учетом его пребывания открыто на местности, в транспорте, жилых и производственных зданиях. Так как авария произошла в 8 ч, то, согласно табл. П. 9 22 % населения находилось в жилых зданиях с коэффициентом защиты по месту пребывания людей в течение 2 часов, равным 0,38 (табл. П. 8), 50 % населения - в производственных зданиях с коэффициентом защиты 0,09; 28 % - в транспорте и на улице без средств защиты.

Тогда среднее значение коэффициента защищенности составит

К_защ = 0,22·0,38 + 0,5·0,09 + 0,28·0 = 0,13.

Далее по формуле (10) определим число пораженных

N_пор = 3700•(1 - 0,13) ? 3220 чел.

9. Согласно табл. 2, можно ожидать следующее распределение пострадавшего населения по степеням тяжести поражения ОХВ:

смертельные поражения

N_см = 0,1 N = 0,1·3220 ? 320 чел.;

поражения тяжелой и средней степени тяжести

N_{т. и ср.} = 0,15 N = 0,15·3220 ? 485 чел.;

легкие поражения

N_лег = 0,2 N = 0,2·3220 ? 645 чел.;

пороговые поражения

N_пор = 0,55 N = 0,55·3220 ? 1770 чел.

10. Для определения пространственного распределения зон заражения с разной степенью поражения людей приближенно можно принять:

глубина зоны, где могут быть смертельные поражения,

Г_см = 0,3 Г = 0,3·4 = 1,2 км;

глубина зоны, где могут быть поражения не ниже средней степени тяжести,

Г_{т и ср.}= 0,5·4 = 2 км;

глубина зоны, где могут быть поражения не ниже легкой степени,

Г_лег = 0,7·4 = 2,8 км.

Порядок выполнения работы

1. Внимательно изучить основные методики выполнения расчетов.

2. Выбрать вариант задания по табл. 3. Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в журнале.

3. Выписать из таблицы исходные данные.

4. Выполнить расчеты по образцу, подставив в формулы исходные данные своего варианта.

5. Оформить отчет по работе в соответствии с требованиями к оформлению практических работ и защитить у преподавателя.

Таблица 3

Размещено на Allbest.ru