Чрезвычайные ситуации, вызванные выбросом аварийных химически опасных веществ (АХОВ)

Безопасность в чрезвычайных ситуациях

Контрольная работа № 2

Чрезвычайные ситуации, вызванные выбросом аварийных химически опасных веществ (АХОВ)

Методические указания к контрольной работе по курсу

«Безопасность в чрезвычайных ситуациях»

(для студентов 4 курса заочного обучения

по направлению 330100 - «Безопасность жизнедеятельности в техносфере»)

Новосибирск — 2005

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение…………………………………………………………………..2

2. Прогнозирование глубин зон заражения.

2.1. Определение количественных характеристик выброса АХОВ

2.1.1. Определение эквивалентного количества вещества по первичному облаку………………………………………………………………………..6

2.1.2. Определение эквивалентного количества вещества по вторичному облаку………………………………………………………………………...8

2.2. Расчет глубины зоны заражения при аварии на химически опасном объекте……………………………………………………………………….9

 2.3. Расчет глубины зоны возможного заражения при разрушении химически опасного объекта……………………………………………………………15

Введение.

     Масштабы заражения АХОВ (активными химически опасными веществами) в зависимости от их физических свойств и агрегатного состояния рассчитываются по первичному и вторичному облаку, например:

- для сжиженных газов - отдельно по первичному и вторичному облаку;

- для сжатых газов - только по первичному облаку;

- для ядовитых жидкостей, кипящих выше температуры окружающей среды, - только по вторичному облаку.

   Исходными данными для прогнозирования масштабов заражения АХОВ являются:

  - общее количество СДЯВ на объекте и данные по размещению их запасов в емкостях и технологических трубопроводах;

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

   - высота поддона или обваловки складских емкостей;

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

   При заблаговременном прогнозировании масштабов заражения на случай производственных аварий в качестве исходных данных рекомендуется принимать: за величину выброса АХОВ (Qо) - его содержание 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) АХОВ и реальные метеоусловия.

    Внешние границы зоны заражения АХОВ рассчитываются по пороговой токсодозе при непосредственном ингаляционном воздействии на организм человека по Приложению 3 Методики прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте РД 52.04.253-90.

      В данной контрольной работе следует принять следующие допущения:

- емкости, содержащие АХОВ, при авариях разрушаются полностью;

- толщина слоя жидкости для АХОВ (h), разлившихся свободно на подстилающей поверхности, принимается равной 0,05 м по всей площади разлива;

- для АХОВ, разлившихся в поддон или обваловку, определяется из соотношений:

     - при разливах из емкостей, имеющих самостоятельный поддон (обвалование)

                                                  h = H - 0,2,                                          (1)

                где: H - высота поддона (обвалования), м;

при разливах из емкостей, расположенных группой, имеющих общий поддон (обвалование),

                            Qо

                       h = -----,                                                                         (2)

                              F x d

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

            d - плотность АХОВ, т/куб. м;

             F - реальная площадь разлива в поддон (обвалование), кв. м;

предельное время пребывания людей в зоне заражения и продолжительность сохранения неизменными метеорологических условий (степени вертикальной устойчивости воздуха, направления и скорости ветра) составляют 4 часа. По истечении указанного времени прогноз обстановки должен уточняться;

       - при авариях на газо - и продуктопроводах величина выброса АХОВ принимается равной его максимальному количеству, содержащемуся в трубопроводе между автоматическими отсекателями, например, для аммиакопроводов - 275 - 500 т.

    Основные термины и определения по данной контрольной работе.

Активным химически опасным веществом(АХОВ) – называют химическое вещество, применяемое в народнохозяйственных целях, которое при проливе или выбросе может приводить к заражению воздуха с поражающими концентрациями.

     Зона заражения АХОВ - территория, зараженная АХОВ в опасных для жизни людей пределах.

     Под прогнозированием масштаба заражения АХОВ понимается определение глубины и площади зоны заражения АХОВ.

     Под аварией понимается нарушение технологических процессов на производстве, повреждение трубопроводов, емкостей, хранилищ, транспортных средств при осуществлении перевозок и т.п., приводящих к выбросу АХОВ в атмосферу в количествах, представляющих опасность массового поражения людей и животных.

     Под разрушением химически опасного объекта следует понимать его состояние в результате катастроф и стихийных бедствий, приведших к полной разгерметизации всех емкостей и нарушению технологических коммуникаций.

      Химически опасный объект народного хозяйства - объект, при аварии или разрушении которого могут произойти массовые поражения людей, животных и растений сильнодействующими ядовитыми веществами.

      Первичное облако - облако АХОВ, образующееся в результате мгновенного (1 - 3 мин.) перехода в атмосферу части содержимого емкости со АХОВ при ее разрушении.

     Вторичное облако – облако АХОВ, образующееся в результате испарения разлившегося вещества с подстилающей поверхности.

    Пороговая токсодоза - ингаляционная токсодоза, вызывающая начальные симптомы поражения.

    Под эквивалентным количеством сильнодействующего ядовитого вещества понимается такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии эквивалентен масштабу заражения при данной степени вертикальной устойчивости воздуха количеством данного вещества, перешедшим в первичное (вторичное) облако.

    Площадь зоны фактического заражения АХОВ - площадь территории, зараженной АХОВ в опасных для жизни пределах.

    Площадь зоны возможного заражения АХОВ - площадь территории, в пределах которой под воздействием изменения направления ветра может перемещаться облако АХОВ.

2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ГЛУБИН ЗОН ЗАРАЖЕНИЯ АХОВ

    Расчет глубины зоны заражения АХОВ ведется с помощью данных, приведенных в табл. П 1 – П 3 Приложения 1 и табл. 2.

    Значение глубины зоны заражения при аварийном выбросе (разливе) АХОВ определяется по табл. П1 Методики прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте РД 52.04.253-90 и табл. 2, в зависимости от количественных характеристик выброса и скорости ветра.

2.1. Определение количественных характеристик выброса АХОВ

2.1.1. Определение эквивалентного количества вещества по первичному облаку

   Эквивалентное количество вещества по первичному облаку (в тоннах) определяется по формуле:

             Q = K1 x K3 x K5 x K7 x Qо,                                         (3)

             где: K1 - коэффициент, зависящий от условий хранения СДЯВ, - табл. П2 (для сжатых газов K1 = 1);

               K3 - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого СДЯВ (табл. П2);

              K5 - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости воздуха: принимается равным для инверсии - 1, для изотермии - 0,23, для конвекции - 0,08;

             K7 - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха, - табл. П2 (для сжатых газов K7 = 1);

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

     При авариях на хранилищах сжатого газа величина Qо рассчитывается по формуле:

                      Qо = d x Vх,                                                                (4)

      где: d - плотность СДЯВ, т/куб. м (табл. П2);

              Vх - объем хранилища, куб. м.

При авариях на газопроводе величина Qо рассчитывается по формуле:

                            n x d x Vг

                    Qо = ----------,                                                               (5)

                               100

    где: n - процентное содержание СДЯВ в природном газе;

             d - плотность СДЯВ, т/куб. м (табл. П2);

            Vг - объем секции газопровода между автоматическими отсекателями, куб. м.

    При определении величины Q для сжиженных газов, не

вошедших в табл. П2, значение коэффициента K7 принимается равным 1, а значение коэффициента K1 рассчитывается по соотношению

                            C x DT

                  K = --------------,                                                               (6)

                            1 DHисп

       где: C - удельная теплоемкость жидкого СДЯВ, кДж/кг. град; p

              DT - разность температур жидкого СДЯВ до и после

разрушения емкости, град. C;

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

2.1.2. Определение эквивалентного количества вещества по вторичному облаку.

   Эквивалентное количество вещества по вторичному облаку рассчитывается по формуле:

          Qо = (1 - K1) x K2 x K3 x K4 x K5 x K6 x K7 x -----,         (7)

    где: K2 - коэффициент, зависящий от физико - химических свойств АХОВ (табл. П 2);

             K4 - коэффициент, учитывающий скорость ветра (табл. П3);

             K6 - коэффициент, зависящий от времени, прошедшего после начала аварии N;

            значение коэффициента определяется после расчета продолжительности испарения вещества Т согласно п. 4.2 .

     N при N < T

     K6 = 0,8

     T при N > = T; при T < 1 час K6 принимается для 1 часа;

      d - плотность СДЯВ, т/куб. м (табл. П 2);

      h - толщина слоя СДЯВ, м.

При определении величины Q для веществ, не вошедших в табл. № 2

П 2, значение коэффициента K7 принимается равным 1, а значение

коэффициент K2 определяется по формуле:

                      K2 = 8,10 x 10 x P x \/ M,                                         (8)

   где: P - давление насыщенного пара вещества при заданной температуре воздуха, мм. рт. ст;

          М - молекулярный вес вещества.

2.2. Расчет глубины зоны заражения при аварии на химически опасном объекте.

   Расчет глубин зон заражения первичным (вторичным) облаком СДЯВ при авариях на технологических емкостях, хранилищах и транспорте ведется с помощью табл. П 1 и табл. 2.

   В табл. П1 приведены максимальные значения глубин зон заражения первичным Г1 или вторичным облаком АХОВ Г2, определяемые в зависимости от эквивалентного количества вещества (его расчет проводится согласно п. 2.1) и скорости ветра. Полная глубина зоны заражения Г (км), обусловленной воздействием первичного и вторичного облака АХОВ, определяется: Г = Г' + 0,5 Г", где: Г' - наибольший, Г" - наименьший из размеров Г1 и Г2. Полученное значение Г сравнивается с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс Гп, определяемым по формуле:

                       Гп = N x V,                   (9)

  где: N - время от начала аварии, ч;

         V - скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при данных скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч (табл. 2).

          За окончательную расчетную глубину зоны заражения принимается меньшее из 2-х сравниваемых между собой значений.

        Пример 2.1. На химическом предприятии произошла авария на технологическом трубопроводе с жидким хлором, находящимся под давлением. В результате аварии возник источник заражения сильнодействующим ядовитым веществом. Количество вытекшей из трубопровода жидкости не установлено. Известно, что в технологической системе содержалось 40 т сжиженного хлора.

       Требуется определить глубину возможного заражения хлором при времени от начала аварии 1 ч и продолжительность действия источника заражения.

       Метеоусловия на момент аварии: старость ветра - 5 м/с, температура воздуха 0 град. C, изотермия. Разлив СДЯВ на подстилающей поверхности - свободный.

         Решение. 1. Так как объем разлившегося жидкого хлора неизвестен, то для расчета согласно п. 1.5 принимаем его равным максимальному количеству в системе - 40 т.

          2. По формуле (1) определяем эквивалентное количество вещества в первичном облаке:

            Q = 0,18 x 1 x 0,23 x 0,6 x 40 = 1 т.

         3. По формуле (12) определяем время испарения хлора:

              0,05 x 1,553

        T = ---------------- = 0,64 ч = 38 мин.

            0,052 x 2,34 x 1

          4. По формуле (5) определяем эквивалентное количество вещества во вторичном облаке:

  Q = (1 - 0,18) x 0,052 x 1 x 2,34 x 0,23 x 1 x 1 x 40 x ------------ = 11,8 т.

                  0,05 x 1,553

           5. По табл. П1 для 1 т находим глубину зоны заражения первичным облаком Г1 - 1,68 км.

           6. Находим глубину зоны заражения вторичным облаком. По табл. П 1 глубина зоны заражения для 10 т составляет 5,53 км, а для 20 т - 8,19 км. Интерполированием находим глубину зоны заражения для 11,8 т.

                8,19 - 5,53

   Г 2 = 5,53 + (-----------) x (11,8 - 10) = 6,0 км.

                  20 - 10

          7. Находим полную глубину зоны заражения:

             Г = 6 + 0,5 x 1,68 = 6,84 км.

           8. По формуле (7) находим предельно возможные значения глубины переноса воздушных масс: Гп = 1 x 29 = 29 км.

      Соответственно глубина зоны заражения хлором в результате аварии может составить 6,8 км.

       Продолжительность действия источника заражения - около 40 мин.

      Пример 2.2. Необходимо оценить опасность возможного очага химического поражения через 1 час после аварии на химически опасном объекте, расположенном в южной части города. На объекте в газгольдере емкостью 2000 куб. м хранится аммиак. Температура воздуха +40 град. C. Граница объекта в северной его части проходит на удалении 200 м от возможного места аварии. Далее проходит на глубину 300 м санитарно - защитная зона, за которой расположены жилые кварталы.

Давление в газгольдере - атмосферное.

        Решение.1. Согласно п. 1.5 принимаются метеоусловия: - инверсия, скорость ветра - 1 м/с, направление ветра - 180 град.

       2. По формуле (2) определяем величину выброса АХОВ:

                    Q0 = 0,0008 x 2000 = 1,6 т.

         3. По формуле (1) определяем эквивалентное количество вещества в облаке АХОВ:

                     Q = 1 x 0,04 x 1 x 1 x 1,6 = 0,06 т.

         4. По табл. П1 интерполированием находим глубину зоны заражения:

                   1,25 - 0,85

       Г1 = 0,85 + ----------- x 0,01 = 0,93 км.

                      0,05

         5. По формуле (7) находим предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс:

                   Гп = 1 x 5 = 5 км.

          6. Расчетная глубина зоны заражения принимается равной 0,93 км.

           7. Глубина заражения в жилых кварталах:

              0,93 - 0,2 - 0,3 = 0,43 км.

            Таким образом, облако зараженного воздуха через 1 час после аварии может представлять опасность для рабочих и служащих химически опасного объекта, а также населения города, проживающего на удалении 430 м от санитарно - защитной зоны объекта.

           Пример 2.3. Оценить, на каком удалении через 4 часа после аварии будет сохраняться опасность поражения населения в зоне химического заражения при разрушении изотермического хранилища аммиака емкостью 30000 т.

           Высота обваловки емкости - 3,5 м. Температура воздуха 20 град. C.

            Разлив в поддон.

Решение.1. Поскольку метеоусловия и величина выброса неизвестны, то согласно п. 1.5 принимается: метеоусловия - инверсия, скорость ветра - 1 м/с, величина выброса равна общему количеству вещества, содержащегося в емкости - 30000 т.

             2. По формуле (1) определяем эквивалентное количество вещества в первичном облаке:

       Q = 0,01 x 0,04 x 1 x 1 x 30000 = 12 т.

      3. По формуле (12) определяем время испарения аммиака:

                    (3,5 - 0,2) x 0,681

           T = ------------------------- = 89,9 ч.

                    0,025 x 1 x 1

       4. По формуле (5) определяем эквивалентное количество вещества во вторичном облаке:

                           Q = (1 - 0,01) x 0,025 x 0,04 x 1 x 1 x 4 x

                                              1 x 30000

                                    x ---------------------- -- = 40 т.

                                          (3,5 - 0,2) x 0,681

        5. По табл. П 1 Приложения 1 для 12 т интерполированием находим глубину заражения первичным облаком аммиака:

                                  29,56 - 19,20

        Г1 = 19,20 + (--------------------- x 2) = 21,3 км.

                                       20 - 10

          6. Аналогично для 40 т находим глубину заражения вторичным облаком аммиака:

                            52,67 - 38,13

      Г2 = 38,13 + (----------------------- x 10) = 45,4 км.

                                50 - 30

         7. Полная глубина зоны заражения:

           Г = 45,4 + 0,5 x 21,3 = 56,05 км.

          8. По формуле (7) находим предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс:

                  Гп = 4 x 5 = 20 км.

        Таким образом, через 4 часа после аварии образующееся облако зараженного воздуха может представлять опасность для населения, проживающего на удалении до 20 км.

      Пример 2.4. На участке аммиакопровода Омск- Новосибирск произошла авария, сопровождавшаяся выбросом аммиака. Величина выброса не установлена. Требуется определить глубину возможного заражения аммиаком через 2 часа после аварии. Разлив аммиака на подстилающей поверхности - свободный.

         Температура воздуха - 20 град. C.

Решение.1.Так как объем разлившегося аммиака неизвестен, то согласно п. 1.7 принимаем его равным максимальному количеству, содержащемуся в трубопроводе между автоматическими отсекателями, 500 т. Метеоусловия согласно п. 1.5 принимаются: инверсия, скорость ветра - 1 м/с.

            2. По формуле (1) определяем эквивалентное количество вещества в первичном облаке:

                 Q = 0,18 x 0,04 x 1 x 1 x 500 = 3,6 т.

            3. По формуле (12) определяем время испарения аммиака:

                      0,05 x 0,681

               T = ----------------- = 1,4 ч.

                       0,025 x 1 x 1

              4. По формуле (5) определяем эквивалентное количество вещества во вторичном облаке:

Q = (1 - 0,18) x 0,025 x 0,04 x 1 x 1 x 1,4 x 1 x

                          500

                x ---------------- = 15,8 т.

                   0,05 x 0,681

             5. По табл. П1 для 3,6 т интерполированием находим глубину зоны заражения первичным облаком:

                               12,53 - 9,18

      Г1 = 9,18 + (------------------ x 0,6) = 10,2 км.

                                 5 - 3

             6. По табл. П1 для 15,8 т интерполированием находим глубину зоны заражения вторичным облаком:

                              29,56 - 19,20

      Г 2 = 19,2 + (------------------ x 5,8) = 25,2 км.

                                 20 - 10

             7. Полная глубина зоны заражения

              25,2 + 0,5 x 10,2 = 30,3 км.

            8. По формуле (7) находим предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс

                  Гп = 2 x 5 = 10 км.

              Таким образом, глубина возможного заражения через 2 часа после аварии составит 10 км.

     2.3. Расчет глубины зоны возможного заражения при разрушении химически опасного объекта

        В случае разрушения химически опасного объекта при прогнозировании глубины заражения рекомендуется брать данные на одновременный выброс суммарного запаса АХОВ на объекте и следующие метеорологические условия: инверсия, скорость ветра - 1 м/с.

      Эквивалентное количество АХОВ в облаке зараженного воздуха определяется аналогично рассмотренному в п. 2.1.2 методу для вторичного облака при свободном разливе. При этом суммарное

эквивалентное количество Q рассчитывается по формуле:

                      Q = 20 x K4 x K5 x SUM K x K x K x K x --,        (8)

                          i=1 2i 3i 6i 7i d

где: К - коэффициент, зависящий от физико - химических

        свойств i-го АХОВ;

         K - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора

3i к пороговой токсодозе i-го АХОВ;

         K - коэффициент, зависящий от времени, прошедшего после

6i разрушения объекта;

          K - поправка на температуру для i-го АХОВ;

          Q - запасы i-го АХОВ на объекте, т;

          d - плотность i-го АХОВ, т/куб. м.

Полученные по табл. П1 значения глубины зоны заражения Г в

зависимости от рассчитанной величины Q и скорости ветра сравниваются с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс Гп (формула 7). За окончательную расчетную глубину зоны заражения принимается меньшее из 2-х сравниваемых между собой значений.

Доцент кафедры БЖД                   Ю. Щербаков