2. Методика расчета
2.1. Расчет глубины зоны поражения при аварии на химически опасном объекте
Допустим, на химическом предприятии произошла авария на технологическом трубопроводе с АХОВ, находящемся под давлением. В результате аварии возник источник заражения сильнодействующим веществом. Количество вытекшей из трубопровода жидкости не установлено. Известно, что в технологической системе содержалось Qт.с АХОВ.
Необходимо определить продолжительность поражающего действия источника заражения: глубину зон возможного заражения АХОВ; площадь зоны заражения; нанести зону заражения на схему промзоны (см. рис. 1) и оценить опасность возможного очага химического поражения, если химическое предприятие расположено в жилой части города.
Метеоусловия на момент аварии: скорость ветра u, направление ветра ψ, температура воздуха Т (°С), время суток и наличие облачности – согласно варианту. Разлив АХОВ на подстилающей поверхности свободный. Давление в емкости с газом атмосферное.
Рисунок 1 – Схема промзоны
Поскольку объем разлившегося АХОВ неизвестен, то для расчета допускается принять его равным максимальному количеству в системе, т.е. Qmax.c.
Определяем продолжительность поражающего действия АХОВ, ч:
,
где h – толщина слоя АХОВ, м; определяется согласно принятым допущениям, изложенным в «Общих положениях»;
d – удельная плотность АХОВ, т/м3 (см. табл. 1);
k2 – коэффициент, зависящий от физико-химического состава АХОВ (см. табл. 1);
k4 – коэффициент, учитывающий скорость ветра:
Скорость ветра, м/с |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
15 |
k4 |
1 |
1,33 |
1,67 |
2,0 |
2,34 |
2,67 |
3,0 |
3,34 |
3,67 |
4,0 |
5,63 |
k7 – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (см. табл. 1). Для сжатых газов он равен 1.
Таблица 1 – Характеристика АХОВ и вспомогательные коэффициенты для определения глубины зон заражения
АХОВ |
Удельная плотность АХОВ, т/м3 |
Температура кипения, °С |
Пороговая токсико-доза, мг·мин/л |
Значения вспомогательных коэффициентов |
||||||||
k1 |
k2 |
k3 |
k7 при температуре, °С |
|||||||||
газообразного |
жидкого |
-40 |
-20 |
0 |
20 |
40 |
||||||
Аммиак, хранящийся под давлением |
0,0008 |
0,681 |
-33,42 |
15 |
0,18 |
0,025 |
0,04 |
0/0,9 |
0,3/1 |
0,5/1 |
1/1 |
1,4/1 |
Аммиак изотермического хранения |
|
0,681 |
-33,42 |
15 |
0,01 |
0,025 |
0,04 |
0/0,9 |
1/1 |
1/1 |
1/1 |
1/1 |
Водород фтористый |
|
0,989 |
19,52 |
4 |
0 |
0,028 |
0,15 |
0,1 |
0,2 |
0,5 |
1 |
1 |
Метиламин |
0,0014 |
0,966 |
-6,5 |
1,2 |
0,13 |
0,384 |
0,5 |
0/0,3 |
0/0,7 |
0,5/1 |
1/1 |
2,5/1 |
Метил бромистый |
|
1,732 |
3,6 |
1,2 |
0,04 |
0,039 |
0,5 |
0/0,2 |
0/0,4 |
0/0,9 |
1/1 |
2,3/1 |
Метилмеркаптан |
|
0,867 |
5,95 |
1,7 |
0,06 |
0,043 |
0,353 |
0/0,1 |
0/0,3 |
0/0,8 |
1/1 |
2,4/1 |
Нитрил акриловой кислоты |
|
0,806 |
77,3 |
0,75 |
0 |
0,007 |
0,8 |
0,04 |
0,1 |
0,4 |
1 |
2,4 |
Азота оксиды |
|
1,491 |
21,0 |
1,5 |
0 |
0,04 |
0,4 |
0 |
0 |
0,4 |
1 |
1 |
Этилена оксид |
|
0,882 |
10,7 |
2,2 |
0,05 |
0,041 |
0,27 |
0/0,1 |
0/0,3 |
0/0,7 |
1/1 |
2,2/1 |
Сернистый ангидрид |
0,0029 |
1,462 |
-10,1 |
1,8 |
0,11 |
0,049 |
0,333 |
0/0,2 |
0/0,5 |
0,3/1 |
1/1 |
1,7/1 |
Сероводород |
0,0015 |
0,964 |
-60,35 |
16,1 |
0,27 |
0,42 |
0,336 |
0,3/1 |
0,5/1 |
0,8/1 |
1/1 |
1,2/1 |
Соляная кислота (концентрированная) |
|
1,198 |
|
2 |
0 |
0,021 |
0,30 |
0 |
0,1 |
0,3 |
1 |
1,6 |
Формальдегид |
|
0,815 |
-19,0 |
0,6 |
0,19 |
0,034 |
1,0 |
0/0,4 |
0/1 |
0,5/1 |
1/1 |
1,5/1 |
Фосген |
0,0035 |
1,432 |
8,2 |
0,6 |
0,05 |
0,061 |
1,0 |
0/0,1 |
0/0,3 |
0/0,3 |
1/1 |
2,2/1 |
Фтор |
0,0017 |
1,512 |
-188,2 |
0,2 |
0,95 |
0,038 |
3,0 |
0,7/1 |
0,8/1 |
0,9/1 |
1/1 |
1,1/1 |
Фосфор треххлористый |
|
1,570 |
75,3 |
3 |
0 |
0,010 |
0,2 |
0,1 |
0,2 |
0,4 |
1 |
2,3 |
Хлор |
0,0032 |
1,538 |
-34,1 |
0,6 |
0,18 |
0,052 |
1,0 |
0/0,2 |
0,3/1 |
0,5/1 |
1/1 |
1,4/1 |
Хлорпикрин |
|
1,658 |
112,3 |
0,02 |
0 |
0,002 |
30,0 |
0,03 |
0,1 |
0,3 |
1 |
2,9 |
Хлорциан |
0,0021 |
1,220 |
12,6 |
0,75 |
0,04 |
0,046 |
0,8 |
0/0 |
0/0 |
0/0,6 |
1/1 |
3,9/1 |
Диметиламин |
0,0020 |
0,68 |
6,9 |
1,2 |
0,06 |
0,041 |
0,5 |
0/0,1 |
0/0,3 |
0/0,8 |
1/1 |
2,5/1 |
Таблица 2 – Глубина зоны возможного заражения, км, в зависимости от эквивалентного количества АХОВ
Скорость ветра, м/с |
Эквивалентное количество АХОВ Qэ, т |
|||||||||||||||
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 |
231 |
363 |
2 |
0,26 |
0,59 |
0,84 |
1,92 |
2,84 |
5,35 |
7,20 |
10,83 |
16,44 |
21,02 |
28,73 |
35,35 |
44,09 |
87,79 |
121 |
189 |
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 |
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 |
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 |
20,83 |
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,?4 |
1,33 |
2,30 |
2,97 |
4,20 |
5,92 |
7,42 |
9,90 |
11,98 |
14,68 |
27,75 |
37,49 |
56,70 |
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 |
1,0 |
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 >15 м/с глубину зоны заражения принимать, как при скорости ветра 15 м/с. 2. При скорости ветра <1 м/с глубину зоны заражения принимать, как при скорости ветра 1 м/с. |
||||||||||||||||
Глубины зон заражения первичным (вторичным) облаком АХОВ при авариях на технологических емкостях, хранилищах и транспорте определяем с помощью табл. 2.
В табл. 2 приведены максимальные значения глубин зон заражения первичным r1 или вторичным r2 облаком АХОВ, которые зависят от эквивалентного количества вещества (даны для каждого варианта) и скорости ветра. Полная глубина зоны заражения, обусловленная воздействием первичного и вторичного облака АХОВ, км, определяется по формуле:
(3)
где r' и r" – соответственно наибольшее и наименьшее из значений r1 и r2.
Полученное значение r сравнивают с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс.
rп = N · v (4)
где N – период времени от начала аварии, ч;
v – скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха, км/ч.
По табл. 3 определяют степень вертикальной устойчивости воздуха, используя данные согласно варианту.
По табл. 4 определяют скорость переноса воздушных масс в зависимости от степени вертикальной устойчивости воздуха и скорости ветра.
Таблица 3 – Степень вертикальной устойчивости воздуха в зависимости от метеорологических условий
Скорость ветра, м/с |
Ночь |
Утро |
День |
Вечер |
||||
Ясно, переменная облачность |
Сплошная облачность |
Ясно, переменная облачность |
Сплошная облачность |
Ясно, переменная облачность |
Сплошная облачность |
Ясно, переменная облачность |
Сплошная облачность |
|
<2 |
ИН |
ИЗ |
ИЗ |
ИЗ |
К |
ИЗ |
ИН |
ИЗ |
2...3,9 |
ИН |
ИЗ |
ИЗ |
ИЗ |
ИЗ |
ИЗ |
ИЗ |
ИЗ |
>4 |
ИН |
ИЗ |
ИЗ |
ИЗ |
ИЗ |
ИЗ |
ИЗ |
ИЗ |
Примечание: ИН – инверсия, ИЗ – изотермия, К – конвекция |
||||||||
Таблица 4 – Зависимость скорости переноса переднего фронта облака зараженного воздуха от скорости ветра
Скорость ветра, м/с |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
Скорость переноса, км/ч |
Инверсия |
|||||||||||||
5 |
10 |
18 |
21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изометрия |
||||||||||||||
6 |
12 |
18 |
24 |
29 |
35 |
41 |
47 |
53 |
59 |
65 |
71 |
78 |
82 |
|
Конвекция |
||||||||||||||
7 |
14 |
21 |
28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
За окончательную расчетную глубину зоны заражения принимают меньшее из двух сравниваемых между собой значений.
Согласно варианту выбирают эквивалентное количество вещества в первичном Qэ1 и вторичном Qэ2 облаке.
Если значения Qэ нет в табл. 2, то r1 и r2 находят последовательно методом интерполяции:
(5)
где rт.м – ближайшее меньшее табличное значение глубины зоны поражения;
rт.б – ближайшее большее табличное значение глубины зоны поражения;
Qэ.б.т – ближайшее большее табличное значение эквивалентного количества вещества в соответствующем облаке;
Qэ.м. т – ближайшее меньшее табличное значение эквивалентного количества вещества в соответствующем облаке;
Qэ (Qэ1 или Qэ2) – заданные (согласно варианту) значения эквивалентного количество вещества в соответствующем облаке.
По табл. 2 находят для Qэ1 и Qэ2 глубину зоны заражения первичным r1 и вторичным r2 облаком.
Рассчитывают полную глубину зоны заражения r по формуле (3).
Рассчитывают предельно возможные значения глубины переноса воздушных масс по формуле (4).
Сравнивают rп и r. За окончательное расчетное значение глубины зоны заражения rр принимают меньшее из двух значений.
Продолжительность действия источника заражения соответствует времени испарения АХОВ (см. «Общие положения»).
Глубина зоны заражения, м, в жилых кварталах определяется по формуле:
(6)
где rp – расчетная глубина заражения, м;
l – расстояние границы объекта от возможного места аварии, км;
b – ширина санитарно-защитной зоны, км.