5.6. Розв’язування типових завдань з оцінки хімічної обстановки

Хімічна обстановка – це обстановка, яка складається на території адміністративного району, населеного пункту чи об’єкту народного господарства внаслідок викиду (виливу) СДОР або застосування хімічної зброї, яка істотно впливає на роботу підприємств, життєздатність населення і потребує вживання заходів захисту.

Небезпека ураження населення, робітників і службовців СДОР вимагає швидкого виявлення СДОР, оцінки хімічної обстановки й обліку її впливу на організації РіІНР, а також на виробничу діяльність в умовах зараження.

Методика оцінки хімічної обстановки відпрацьована штабом ЦО України. Вона призначена для завчасного оперативного прогнозування масштабів зараження на випадок викидів СДОР у навколишнє середовище під час аварій (руйнувань) на виробництві і транспорті. Методика використовується при плануванні заходів захисту робітників, службовців і населення від СДОР і вживанні заходів захисту безпосередньо після аварії в районах, містах та областях.

Оцінка хімічної обстановки, яка може скластися на місцевості під час аварії на хімічно-небезпечному об’єкті, включає:

• визначення розмірів та площі зони хімічного забруднення;

• визначення часу підходу хмари забрудненого повітря до відповідної межі чи об’єкту;

• визначення часу вражаючої дії СДОР;

• вибір способів захисту в зоні хімічного враження.

Методика оцінки хімічної обстановки та її вихідні дані по ОХО. Порядок виконання розрахунків по ОХО:

• визначаються розміри ЗХЗ (за площею, ГЗХУ, ШЗХУ, ГДК, МДК);

• визначається орієнтовний час підходу ЗП до визначеного об’єкту;

• визначається час дії СДОР або ОР;

• визначаються можливі втрати людей та тяжкість їх ураження;

• роблять загальні висновки, виходячи з ОХО.

Вихідні дані для прогнозування масштабів зараження СДОР (ОР) та деякі припущення:

• загальна кількість СДОР (ОР) на об’єкті і дані щодо розміщення їх запасів у ємкостях і технологічних трубопроводах;

• кількість СДОР (ОР), викинутих в атмосферу, і характер їх розливу на підстилаючій поверхні (“Вільно”, “В піддон”, “В обваловку”);

• висота піддону або обваловки складських ємкостей;

• метеоумови: температура повітря і його тиск, ступінь вертикальної стійкості атмосфери, швидкість вітру на висоті 10 м над поверхнею землі, відносна вологість повітря;

• тип СДОР (ОР) або засобів застосування хімічної зброї;

• місце викиду СДОР (ОР) чи район застосування хімічної зброї;

• час викиду СДОР (ОР);

• ступінь захищеності людей ЗІЗ;

• топографічні умови місцевості та характер забудови на шляху розповсюдження ЗП;

• чисельність населення та його віковий склад у ЗХЗ.

При завчасному (пропедевтичному) прогнозуванні масштабів зараження у випадку аварії береться до уваги:

• викид із максимальної (за об’ємом) одиничної ємкості (технологічної, транспортної та інше);

• зовнішні границі ОХЗ за ГЗХУ та ШЗХУ розраховують за ГДК при інгаляційній дії на організм людини;

• метеоумови: (інверсія; швидкість вітру ; t = + 20^оС; φ = 50 %; р = 10⁵ Па);

• ємкості, які містять СДОР (ОР) руйнуються повністю;

• товщина шару h СДОР (у рідкому стані):

1) 0,05 м (5 см), якщо СДОР (ОР) вільно розлилася по підстилаючій поверхні;

2) 0,20 м (20 см) при розливі СДОР (ОР) у піддон або в обваловку;

• граничний термін перебування людей в ЗХЗ – 4 години (із використанням ЗІЗ);

• час переобрахунку ОХО – 4 години;

• при аваріях на газо- і трубопроводах маса викинутої СДОР (ОР) приймається рівною його максимальній кількості, поміщеної у трубопроводі між автоматичними відсіками (для продуктів з аміаку приймається: m = 275÷500 т);

• при розливі з ємкостей, які розміщені групою і мають загальний піддон (обваловку), висота розливу СДОР (ОР) розраховується, виходячи із загальної кількості СДОР (ОР) в ємкостях;

• масштаби зараження СДОР (ОР) в залежності від їх фізичних властивостей і агрегатного стану розраховуються за первинною або вторинною хмарою. При цьому: для стиснутих газів – тільки за первинною хмарою, для зріджених газів – за вторинною і первинною хмарами; для ОР, які киплять вище температури навколишнього середовища, тільки за вторинною хмарою.

Для прогнозування масштабів зараження слід безпосередньо після реальної аварії брати конкретні дані та реальні метеоумови.

На хімічно небезпечних об’єктах прогнозуванням ОХО займається Штаб ЦО. Черговий диспетчер у випадку аварії (викид, вилив СДОР (ОР)) повідомляє робітників і службовців об’єкту, доповідає в штаб ЦО району (міста) тощо, діє згідно з планом ЦО об’єкту на випадок аварії (катастрофи), СЛ та НС.

На інших ОНГ ОХО виявляють ПРіХС або ж ГРіХР у випадку виникнення НС або ж СЛ.

Аналітичний підхід до оцінки хімічної обстановки ґрунтується на теоретико-емпіричних положеннях про фізико-хімічні властивості СДОР (ОР) та про вплив на них атмосферних процесів.

Час підходу ЗП до відповідного об’єкту (надалі – об’єкт “Х”) визначається за формулою:

, (5.1)

де:

• l – відстань від об’єкту, на якому відбувся викид СДОР (ОР) (надалі – об’єкт “Y”);

• – середнє значення еквівалентної швидкості вітру на проміжку часу [T; T + t_підх];

• Т – час викиду СДОР (ОР) на об’єкті Y (у прийнятій шкалі часу).

, (5.2)

де: Δt = t_підх, – еквівалентна швидкість вітру в проміжку часу [T; T + t_підх].

Якщо , тобто еквівалентна швидкість вітру майже незмінна, то розрахунок за формулою (5.2) значно спрощується.

Для практичних потреб часто замість та використовують емпіричні таблиці (див. табл. 13Д).

Час уражаючої дії СДОР (ОР) t_ур (тривалість забруднення місцевості) при незмінній швидкості вітру визначається за часом випаровування СДОР (ОР) із поверхні розливу t_вип:

Перший спосіб.

, (5.3)

де:

• m_p – маса розлитої СДОР (ОР), [m_p] = т;

• G_вип – швидкість випаровування, [G_вип] = т/хв.

При цьому G_вип розраховують за емпіричною формулою:

. (т/хв) (5.4)

де:

• S – площа розливу СДОР (ОР), [S] = м²;

• P_S – тиск насиченої пари СДОР (ОР), [P_S] = кПа;

• – середнє значення вітру, [ ] = м/с; μ – молярна маса СДОР (ОР), [μ] = г/моль.

Площу розливу СДОР (ОР) визначають за профілем місцевості, де розташовані ємкості із СДОР (ОР).

Якщо аналізується можливість розливу СДОР (ОР) на відкритому майданчику, тоді припускають, що

. (5.5)

При розливі в обваловку:

, (5.5′)

де: V_p – об’єм розлитої СДОР (ОР), [V_p] = м³; ρ – густина СДОР (ОР), [ρ] = т/м³.

Значення ρ СДОР (ОР) наведені в табл. 2Д. Величина тиску p_S насиченої пари СДОР (ОР) залежить від температури повітря і визначається за графіками (див. рис. 1Д), де наведені дані щодо p_S(t) для деяких СДОР (ОР).

Другий спосіб.

При знаходженні часу уражаючої дії СДОР (ОР) часто використовують емпіричні таблиці та формули. Зокрема, скориставшись даними поправочних коефіцієнтів за табл. 14Д та 15Д можна одразу знайти t_ур для деяких типів СДОР (ОР). Для обчислення t_ур знайти цей час із табл. 14Д, а потім помножити на коефіцієнт, взятий із табл. 15Д для заданої швидкості вітру .

Третій спосіб.

Час уражаючої дії СДОР (ОР) можна обрахувати, використовуючи емпіричну формулу:

(год), (5.6)

де:

• h – товщина шару СДОР (ОР) при її розливі;

• k₂ – коефіцієнт фізико-хімічних властивостей СДОР (ОР);

• k₄ – коефіцієнт, який враховує фактор вітру;

• k₇ – коефіцієнт, який враховує температуру повітря.

У формулі (5.6) [ρ] = т/м³. Значення коефіцієнтів k₂, k₄, k₇ беремо із спеціальних таблиць (див. табл. 16Д та 17Д).

Користуючись табличним графіком Довідника (див. табл. 18Д, 19Д), виз­начаємо ступінь вертикальної стійкості атмосфери і визначаємо коефіцієнт k₅ (при інверсії k₅ = 1,00; при ізотермії k₅ = 23; при конвекції k₅ = 0,08).

Визначаємо еквівалентну кількість СДОР (ОР) у первинній хмарі:

, (5.7)

де:

• k₁ – коефіцієнт, який залежить від умов зберігання СДОР (ОР) (див. табл. 16Д);

• k₃ – коефіцієнт, рівний відношенню порогової токсидози хлору до порогової токсидози інших СДОР (ОР) (див. табл. 16Д).

При аваріях на газопроводах

, (5.8)

де:

• γ – вміст СДОР (ОР) у природному газі, %;

• V_Г – об’єм секції газопроводу (між заслінками). [V_Г] = м³.

При аваріях на сховищах стисненого газу

, (5.9)

де: V_X – об’єм ємкості, [V_X] = м³.

Визначаємо еквівалентну кількість у вторинній хмарі.

(Т), (5.10)

де: k₆ – коефіцієнт, який залежить від часу, що минув від початку аварії.

Значення коефіцієнта k₆ обраховують за формулою:

(5.11)

де: t₀ – час, який минув з моменту аварії до моменту ОХО.

Визначаємо глибину Н_П зони зараження первинною (вторинною) хмарою, яка залежить від еквівалентної кількості СДОР (ОР) і швидкості вітру:

, (5.12)

де:

(5.13)

(5.14)

П₁ та П₂ – глибини ЗХЗ, які знаходимо з таблиць (див. табл. 20Д та табл. 21Д).

Знаходимо максимально можливе значення Н_max ГЗХУ:

. (5.15)

За кінцеву величину ГЗХУ приймаємо .

Іноді величину Н обчислюють, виходячи з емпіричних таблиць (див. табл. 22Д), вводячи необхідні поправки на швидкість вітру (див. табл. 23Д): дані табл. 22Д необхідно помножити на числові дані, взяті із табл. 23Д.

Знаходимо максимально можливу площу ЗХЗ первинною (вторинною) хмарою:

, (5.16)

де: φ – кутові розміри зони можливого зараження. [φ] = ^о. При цьому φ – центральний кут із центром в об’єкті Y із сторонами, що спрямовані на крайні точки ГЗХУ на глибині Н зони. Величина центрального кута φ залежить від швидкості вітру і приводиться в таблицях (див. табл. 24Д).

Знаходимо ШЗХУ та реальну площу ЗХЗ:

(5.17)

(5.17′)

де: α = 0,081 при інверсії; α = 0,133 при ізотермії; α = 0,235 при конвекції.

Можливі втрати людей визначаються за таблицею (див. табл. 25Д). (*Див. також: Шубін Є.П. Підручник з ЦО. – С. 110; Демиденко Г.П. До­від­ник. – С. 111).

Орієнтовна структура ураження людей:

• легкого ступеня – 25 %;

• середнього, тяжкого ступеня – 40 %;

• летальні випадки – 35 %.

Визначаємо резерв часу, необхідний для евакуації людей із ЗХЗ:

t_ев = t_рух + t_оп + t_зуп, (5.18)

де:

• t_рух – час руху людей за межі ЗХЗ;

• t_оп – час, необхідний для оповіщення про евакуацію;

• t_зуп – час, який витрачається на аварійні зупинки на виробництві (для людей, які зайняті на виробництві).

При цьому:

(хв), (5.19)

де:

• 80 – швидкість руху людей, м/хв;

• R* – ширина ЗХЗ у пункті, з якого здійснюється евакуація.

Люди встигнуть евакуюватися, якщо t_ев не буде більшим за час t_підх підходу ЗП.

В середньому можна вважати, що евакуація є доцільною, якщо:

. (5.20)

Укриття у сховищі. Час, потрібний для укриття у сховищі t_укр, залежить від відстані до сховища. Якщо максимальна відстань до сховища не перевищує 400 – 500 метрів, можна вважати, що люди встигають укритись у сховищі за 8 – 10 хвилин:

.

Додатково треба врахувати тривалість забруднення місцевості t_ур. Якщо вона не перевищує декількох годин, то доцільно укрити людей в сховищі. А взагалі, якщо люди встигають евакуюватися, то краще організувати евакуацію.

Викладені вище розрахунки проводяться на підприємствах щорічно (коригуються) з урахуванням змін і доповнень, які сталися на підпорядкованій території. А в разі виникнення НС або СЛ із викидом СДОР (ОР) керівники, спираючись на наявні розрахунки та уточнюючи дійсне становище, повинні негайно прийняти рішення щодо захисту або евакуації (в разі потреби) співробітників та населення із зони лиха.

Г рафічний підхід до оцінки хімічної обстановки. На топографічній карті із центром в об’єкті Y проводимо коло, радіус якого r у масштабі карти дорівнює Н.

У залежності від величини , взятої із табл. 24Д, проводимо кут у колі, при цьому є бісектрисою цього кута.

Позначимо на карті час t_підх підходу ЗП до об’єкта Х.

З метою запобігання перегріву тіла встановлено гранично допустимі терміни перебування (неперервної праці) в ЗІЗ ізолюючого типу.

Рис. 5.2. Графічний розрахунок ОХО.

Приклад оцінки хімічної обстановки. На хімічно небезпечному об’єкті із чисельністю зміни 600 чоловік сталася аварія на технологічному трубопроводі з рідким хлором, який знаходився під тиском. Кількість рідини, яка витекла, не встановлено. В технологічній системі (сховищі зрідженого газу) знаходилось 40 т хлору. Робітники і службовці забезпечені протигазами на 100 %, а їх кількість у зміні, коли відбулася аварія, – 820 чоловік.

У 10 км за азимутом від ХНО розташоване селище Х із чисельністю населення 1020 чоловік, які забезпечені протигазами на 20%.

Метеоумови в ЗХЗ: швидкість вітру = 2 м/с; температура +20 ^оС; азимут вітру від ХНО; градієнт температури (на 100 м висоти).

Аварія на ХНО відбулася о 15 год 40 хв за поясним часом ХНО. Ємкості із СДОР були не обваловані.

Оцінити хімічну обстановку через 2 години після аварії; зробити висновки щодо доцільності евакуації людей із пункту Х; подати орієнтовні втрати серед робітників та службовців ХНО та населення селища Х; зобразити графічно ЗХЗ на момент часу години після аварії у масштабі карти 1:200000.

Вихідні дані Розв’язання

а) Дані умови задачі: Послідовність рішення

т; км; ;

; ; ;

; =2 м/с;

t = +20 ^оС; ;

;

Т = 15 год 40 хв; обваловка ємкостей;

t₀ = 2 год; М 1:200000;

t_оп = 10 хв; t_зуп = 10 хв.

б) Табличні дані;

рекомендовані параметри

* = 4,3 м/с; h = 0,05 м;

ρ = 1,553 т/м³; кПа;

г/моль; k₂ = 0,052;

k₄ = 1,00; k₇ = 1,00; k₁ = 0,18;

k₃ = 1,00; k₅ = 1,00; k₆ = 0,66;

= 45^о; k* = 0,6; П₁ = 15,47 км;

П₂ = 24,59 км;

задачі:

1. Знаходимо ступінь вертикальної стійкості атмосфери в момент аварії:

З даними табл. 26 Додатку знаходимо для заданих значень та :

інверсія.

2. Знаходимо орієнтовний час підходу ЗП до селища Х.

За (1) та даними табл. 13 Додатку, маємо:

(Врахували, що [l] = м, [ *] = м/с, тому [ ] = м/с,

а час Т заданий у год. та хв.)

3. Знаходимо час випаровування СДОР.

Для цього визначаємо площу S поверхні випаровування, припускаємо, що h = 20 см = 0,2 м, ρ = 1,553 т/м³.

Тому з (5.5′), маємо:

м².

З мал. 1Д знаходимо р_S = 650 кПа. Підставимо отримані дані щодо S, р_S у формулу (4). Отримуємо:

т/хв.

(молярну масу хлору узнаємо з таблиці Менделєєва).

Отримане значення підставимо в (5.3). Обчислюємо:

. (*)

Порівняємо отримане в (*) значення t_вип із тим, яке отримуємо при використанні таблиць 14Д та 15Д. В цьому випадку із таблиці 14Д знаходимо t^*′_вип = 1,3 години. З таблиці 14Д поправочний коефіцієнт на швидкість вітру k = 0,7. Тому год., бачимо, що: (за (*)). При використанні співвідношення (5.6) мали б: год, значення коефіцієнтів k₂, k₄ та k₇ взяли з табл. 16Д та 17Д, тому найкраще скористатися формулою (5.4).

4. Визначаємо еквівалентну кількість СДОР (ОР) у первинній хмарі.

За формулою (5.7) знаходимо при k₁ = 0,18; k₃ = 1,00; k₅ = 1,00; k₇ = 1,00 (з табл. 16Д):

т.

Визначаємо еквівалентну кількість СДОР (ОР) у вторинній хмарі.

За формулою (5.10) та (5.11) знаходимо:

. (т.я. ),

Визначаємо глибину Н_П ЗХЗ первинною (вторинною хмарою). Далі знаходимо:

(**)

Тому км;

км.

Тому км.

Використали формулу (5.12).

Зауваження: При знаходженні П₁ та П₂ з таблиць, як це часто буває, ми виконали лінійну інтерполяцію даних таблиці.

Суть лінійної інтерполяції полягає у знаходженні даних, які є проміжними для вміщених у таблицю даних.

Н

X	Y
x1	y1
x2	y2

ехай для величини х₁ значення ігрека (залежного від х), дорівнює y₁, а для величини х₂ значення ігрека дорівнює y₂ (див. схему). Необхідно знайти значення y* при . При лінійній інтерполяції вперед використовують формулу:

, (5.21),

а при лінійній інтерполяції назад – формулу:

. (22)

В нашому випадку із табл. 9 знаходимо:

км для т;

км для т.

За формулою (5.21) маємо:

км;

де: (км) для т (див. п. 4.)

З табл. 10Д:

км для т;

км для т;

У нашому випадку

т. Тому за формулою (5.21), маємо:

км,

що і записано вище у співвідношеннях (**).

Знаходимо максимально можливе значення Н_max ГЗХУ. За формулою (5.15) маємо: км. Тоді: км.

Якщо б ми обчислювали Н виходячи з даних табл. 10Д і 11Д, то отримали б:

а) За даними табл. 22Д (ємкість за умовою не обвалована) при інверсії:

(км).

б) За даними табл. 23Д при = 2 м/с та інверсії = 0,6. Тому:

км, що дещо більше, аніж розрахували ми вище. Знаходимо максимально можливу та реальну площу ЗХЗ первинною (вторинною) хмарою.

З табл. 24Д дізнаємося, що за умов нашої задачі .

Тоді за формулою (5.16) та (5.17′) маємо:

(км²); км².

Обчислюємо ШЗХУ.

За співвідношенням (5.17) маємо: (км), а на відстані l від ХНО: (км).

Оскільки відстань від осі (азимуту вітру) до селища Х складає км, то , тобто необхідності в евакуації населення нема.

Знаходимо можливі витрати серед робітників ХНО:

а) легкий ступінь зараження СДОР (ОР) – чол;

б) середній і тяжкий ступінь зараження СДОР (ОР) – чол;

в) летальні випадки – чол.

Всього: 32 чол.

Врахували, що за даними табл. 25Д при забезпеченні людей протигазами на 100 % постраждає 4 % людей, які знаходяться у найпростіших укриттях.

Оскільки заданий масштаб карти 1:200000 (в 1 см – 2 км), то селище Х знаходиться по карті на відстані 5 см від ХНО за азимутом (див. рис. 5.1). На рис. 5.1 у масштабі виконані побудови щодо , ШЗХУ, ГЗХУ та φ, обчислені вище.

Підсумкова таблиця

Розміри ЗХЗ			, хв	Т	tур	Т*	Необхідність в евакуації		Втрати, чол.
Н, км	Sз, км2	R, км
							робіт-ників ХНО	мешкан-ців Х	лег-кі	серед­­ні, тяжкі	лета-льні
31	33,11	0,93	43	16 год 23 хв	≈36 хв	48 хв	Немає	Немає	8	13	11