Инженерные решения по результатам расчетов

Перед выполнением данного подраздела студент должен изу­чить методы защиты атмосферного воздуха по учебному пособию [3, с. 98...101 и 106...110], провести соответствующий ана­лиз и расчеты для последующей оценки эффективности и выбора наиболее адекватных методов защиты для ситуации (lпдк> lcзз) когда в зоне максимального (выше ПДК) загрязнения приземно­го слоя данным ИЗА находятся жилые массивы (lcзз - ширина санитарно—защитной зоны). Поэтому им должны быть оценены следующие 4 подхода к защите от загрязнений.

1. Изменение технологических процессов (содержание СО в выбросах резко уменьшается при поступлении в зону горе­ния большего количества чистого воздуха; выбросы SO₂ можно снизить заменой или предварительной очисткой топлива; круп­нотоннажные агрегаты уменьшают сравнительно с малотоннажны­ми выбросы SO₂ в 6...8 раз, а NO₂ почти в 1,5 раза).

2. Применение высоких (51...500 м) труб. Требуемую для данного ИЗА высоту дымовой трубы Нтр, м, легко рассчитать по преобразованной формуле (1.9), введя в нее ограничивающий фактор ПДК данного 3В. В этом случае

Полученная высота Нтр может быть уточнена с введением в рас­четы новых значений m₁ и n₁, рассчитанных с учетом новой Н (т.е. для нового Нтр находят f и Vм , а с их учетом по формулам (1.4 и 1.5а или 1.5б) рассчитывают окончательное значение Н⁰_тр) по формуле

3. Предварительная очистка выбросов средствами пылегазовой очистки (ПГО). Из соотношения требуемой концентрации и его ре­ального содержания в приземном слое воздуха можно легко опре­делить требуемую степень очистка, %, по формуле

а из уже известных V и М - производительность требуемых средств ПГО.

4. Для предупреждения загрязнений больших, чем ПДК, мг/м³ предприятию устанавливаются предельно допустимые выбросы 3В, г/с, определяемые по формуле

где Сф - фоновая концентрация 3В в атмосфере региона, мг/м³ (Сф = 0 при отсутствии ее в исходных данных).

В окончательном инженерном решении по заданию (помимо ука­занных выше характеристик - схемы с зоной загрязнения и радиусом зоны влияния) даются рекомендации по обеспечению тре­буемой чистоты атмосферного воздуха, т.е. принятые решения по вышеуказанным подходам к защите от загрязнений атмосфе­ры.

ЗАДАНИЕ №2

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МАСШТАБОВ ЗАРАЖЕНИЯ сильнодействующими ядовитыми веществами ПРИ АВАРИЯХ (РАЗРУШЕНИЯХ) НА ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ И ТРАНСПОРТЕ

Методики прогнозирования

Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодейст­вующими ядовитыми веществами (СДЯВ) при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах (ХОО) и транспорте регламенти­рована РД 52.04.253-90 [7]. Она распространяется на случай выброса СДЯВ в атмосферу в газообразном, парообразном ала аэрозольном состоянии.

Данный РД рекомендует два вида прогнозирования:

1) забла­говременное - до аварии при максимальном количестве СДЯВ и худших метеоусловиях (степень вертикальной устойчивости ат­мосферы или СВУА - инверсия и скорость ветра или v_В= I м/с);

2) оперативное - после аварии с учетом конкретного количества выброшенного (разлившегося) СДЯВ и реальных метеоусловий (СВУА и v_В) на момент аварии. При заблаговременном прогно­зировании рассматривают два варианта:

· первый - на случай разрушения единичной наибольшей емкости с разливом СДЯВ в поддон или обваловку (для сейсмических районов берут общий запас СДЯВ на объекте; при авариях на газо- и продуктопроводах - равным максимальному количеству СДЯВ, содержащему в газопроводе между автоматическими отсекателями, например, для аммиакопроводов это составляет 275...500 т);

· второй - на случай разрушения всего ХОО при свободном раз­ливе всего количества СДЯВ на подстилающую поверхность тол­щиной h = 0,05 м.

Территорию, в пределах которой распространяются СДЯВ в опасных для жизни людей концентрациях, называют зоной хими­ческого заражения (3Х3). Она возникает при проходе первичного и/или вторичного облаков СДЯВ. Первичное облако СДЯВ об­разуется в результате мгновенного (1..3 мин) перехода в ат­мосферу части СДЯВ из емкости (продуктопровода) при ее разру­шении. Его образуют сжатые и сжиженные газы. Вторичное обла­ко СДЯВ образуется в результате испарения разлившегося жидкого вещества и от сжиженного газа. Интенсивность испарения зависит от температуры наружного воздуха, которая меняется в течение суток.

Последствия химического заражения прогнозируются только по ингаляционной токсичности, т.е. через органы дыхания. Степень поражения СДЯВ в этом случае зависит от токсодозы - произве­дения концентрации СДЯВ в воздухе, мг/л, на время, ч, пребы­вания человека в зараженной атмосфере. Различают три токсо­дозы: пороговая - доза СДЯВ, вызывающая начальные симптомы поражения у 50% людей, находящихся 3Х3; поражающая. - доза СДЯВ, выводящая из строя 50% людей; смертельная - доза СДЯВ, вызывающая смертельный исход у 50% пораженных. Границы 3Х3 устанавливаются по пороговой токсодозе.

При прогнозировании следует помнить о том, что метеоусло­вия сохраняются неизменными не более 4 часов. Затем прогноз обстановки необходимо уточнять. Об этом нельзя забывать при оповещении людей об опасности и выборе способов и средств их защиты.

Методика прогнозирования масштабов заражения СДЯВ при разрушении единичной наибольшей емкости состоит в следующем:

1. Определяют СВУА по табл. 3.1 в зависимости от метеоусловий на момент аварии, а при заблаговременном прогнозировании ее принимают согласно п. 1.5 РД 52.04.253-90 [7] - инверсию и V_В = 1 м/с.

* В табл. 3.1...3.6 приведены извлечения из приложений I...6 РД 52.04.253-90 [7]

Примечания к табл. 3.1.

1. Под термином "утро" понимают период времени в течение 2 ч после восхода Солнца, а "ве­чер" - в течение 2 ч после захода Солнца; период от восхода до захода Солнца за вычетом двух утренних часов - день, а период от захода до восхода Солнца за вычетом двух вечерних часов - ночь.

2. Буквы в скобках - при снежном покрове.

3. Обозначения ИН следует читать как инверсия, ИЗ - изотермия и КО - конвекция.

Разные СДЯВ имеют различные токсичные свойства, приведен­ные в табл. 3.2. Поэтому эту особенность при расчете учитыва­ют путем пересчета количеств тех или иных СДЯВ, выброшенных в окружающую среду, на эквивалентное количество хлора. Под эквивалентным количеством СДЯВ понимают такое количество хло­ра, масштаб заражения которым при инверсии эквивалентен мас­штабу заражения при данной СВУА количеством СДЯВ, перешедшем в первичное (вторичное) облако.

2. Рассчитывают эквивалентное количество вещества, т, в первичном облаке СДЯВ по формуле

Q_Э1=К₁К₃К₅К₇Q₀ (3.1)

где К₁ - коэффициент, зависящий от условий хранения конкрет­ного СДЯВ (берут из табл. 3.2 или приложения 3 РД 52.04.253-90 [7], для сжатых газов К₁ = 1, а для других сжиженных газов, не вошедших в приложение 3 данного РД, рассчитывают по формуле (4) РД 52.04.253-90 [7]; К₃ - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токcодозе другого СДЯВ (берут из табл. 3.2 или приложения 3 РД [7]); К₅ - коэффициент, учитывающий СВУА (для инвер­сии К₅ = 1, для изотермии К₅ = 0,23, а для конвекции К₅= 0,08); К₇ - коэффициент, учитывающий влияние темпера­туры наружного воздуха на момент аварии (берут из табл. 3.2 или приложения 3 РД [7],а для сжатых газов K₇ = 1);

Qo - количество выброшенного (разлившегося) при аварии ве­щества, т (при авариях на хранилищах сжатого воздуха или на газопроводе Qo рассчитывают по формуле (2) или (3) РД [7]).

3. Находят продолжительность поражающего действия СДЯВ или время испарения, ч, СДЯВ с площади разлива по формуле

T=hd/(K₂K₄K₇) (3.2)

где h - толщина разлившегося слоя СДЯВ, м (при свободном разливе h = 0,05 м по всей площади разлива, а при разли­ве в поддон или обваловку высотой Н величина h = Н - 0,2);

d - плотность СДЯВ, т/м³ (берут из табл. 3.2 или приложения 3 РД [7]); К₂ - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств СДЯВ (берут из табл. 3.2 иди приложения 3 РД [7];

для СДЯВ, не вошедших в приложение 3 РД, К₂ рассчитывают по формуле (6) данного РД); К₄ -коэффициент, учитывающий v_В (берут из табл. 3.3).

Таблица 3.3. Величина к₄ в зависимости от скорости ветра v_В

vВ, м/с
К4		1,33	1,63	2,0	2,34	2,67	3,34	4,0	5,68

4. Определяют эквивалентное количество вещества, т, во вторичном облаке СДЯВ по формуле

Q_Э2=(1-К₁) К₂К₃К₄К₅К₆К₇Q₀/(h*d) (3.3)

где К₆ - коэффициент, зависящий от времени N, ч, прошедше­го после начала аварии. Его значения вычисляют по формуле

а при Т < 1 ч K₆ принимается для 1 ч.

5. Находят методом интерполяции максимальную глубину 3Х3 первичным (Г₁) и вторичным (Г₂) облаками по табл. 3.4 или приложению 2 РД [7] в зависимости от V_В и Q_Э1 и Q_Э2

Например, при V_В = 3 м/с и Q_Э1 =0,769 т интерполируют по табл. 3.4 величину Г₁ так:

6. Вычисляют полную глубину 3Х3, км, по формуле

Г=Г’+0,5Г’’ (3.5)

где Г^/ - наибольшая и Г" - наименьшая величина из значений Г₁ и Г₂, км.

7. Определяют предельно возможную глубину, км, переноса воздушных масс по формуле

Гп =N*n (3.6)

где N - время от начала аварии, ч; n - скорость переноса переднего фронта облака СДЯВ при данной V_В и СВУА, км/ч (берут по табл. 3.5).

8. Сравнивают значения Г и Гп и за окончательную расчетную глубину 3Х3 принимают наименьшее из двух сравниваемых значе­ний. Ее обозначают как Го, км.

9. Вычисляют возможную и фактическую площади 3Х3, км², по формулам:

Sв=8,72*10^-3*Го²*j (3.7)

S_ф=К₈*Го²*N^0,2 (3.8)

где Sв возможная площадь 3Х3 или площадь территории, в пределах которой под воздействием изменения направления ветра может перемещаться облако СДЯВ, км²; S_ф - фактическая площадь 3Х3 или площадь территории, на которой заражение СДЯВ наблюдается в опасных для жизни людей пределах, км;

j - угловые размеры зоны возможного заражения (принимают по табл. 3.6), град; K₈ - коэффициент, зависящий от СВУА (принимают равным: 0,081 при инверсии; 0,133 при изотермии; 0,235 при конвекции).

Таблица 3.6. Угловые размеры и форма зоны возможного заражения СДЯВ в зависимости от v_В

Примечание. Точка "О" соответствует источнику заражения.

10. Определяют время, мин, подхода облака СДЯВ к населенному пункту или объекту экономики (ОЭ) по формуле

t = 60 Х/n (3.9)

где X - расстояние от источника заражения до населенного пункта или ОЭ, км.

11. Производят оценку возникшей обстановки при аварии с наибольшей емкостью на ХОО и разрабатывают меры по повышению безопасности людей, руководствуясь указаниями подразделов 3.3 и 3.4.

Методика прогнозирования масштабов заражения СДЯВ при разрушении всего ХОО (два и более СДЯВ) состоит в следующем.

1. Согласно РД 52.04.253-90 [7] при заблаговременном прогнозировании принимают метеоусловия: инверсия v_В = 1 м/с, а разлив СДЯВ - свободный, т.е. h = 0,05 м; при оперативном прогнозировании - СВУА по табл. 3.1 и v_В на момент аварии, а разлив - свободный.

2. По формуле (3.2) определяют продолжительность поража­ющего действия Т для каждого из разлившихся СДЯВ.

3. Вычисляют коэффициент К₆ по формуле (3.4) для каждого из разлившихся СДЯВ, руководствуясь найденными значениями Т и заданной величиной N .

4. Находят суммарное эквивалентное количество СДЯВ, т, во вторичном облаке по формуле

(3.10)

где К₄ - коэффициент, учитывающий v_В (для v_В=1 м/с по табл. 3.3 К₄=1); K₅ - коэффициент, учитывающий СВУА (для инверсии К₅ = 1); К_2i, K_3i, K_7i - те же коэффициенты, что и в формулах (3.1 и 3.3), но для i-го СДЯВ; Qi - запасы i-го СДЯВ на объекте, т; di - плотность i-го СДЯВ, т/м³ (берут из табл. 3.2 или приложения 3 РД [7]).

5. Определяют по табл. 3.4 или приложению 2 РД [7] ме­тодом интерполяция величину Г, т.е. полную глубину 3Х3 в за­висимости от v_В = 1 м/c и найденной величины Qэ.

6. По формуле (3.6) вычисляют величину Г_П, т.е. предельно возможную глубину переноса воздушных масс.

7 Сравнивают значения Г и. Гп и за окончательную глубину 3Х3 принимают наименьшее значение, которое обозначают как Го.

8. По формулам (3.7 и 3.8) вычисляют величины S_В и S_Ф в км²

9. По формуле (3.9) определяют значение t в минутах.

10. Производят оценку возникшей обстановки в случае раз­рушения всего ХОО и разрабатывают меры по повышению безопас­ности людей, руководствуясь указаниями подразделов 3.3 и 3.4.

Задание на прогнозирование

Задание № 3.2.1. Заблаговременно спрогнозировать масштабы заражения жидами СДЯВ на случай аварии (разрушения) на ХОО химкомбината по исходным данным, приведенным в табл. 3.7. Оце­нить создавшуюся обстановку при разрушениях единичной наи­большей емкости и всего ХОО. составить тексты оповещения об опасности и дать рекомендации по защите населения микрорайона "Новый" размером 3х5 км. При этом возможные направление ветра и время аварии следует принять для вариантов: I...5 - север­ное и 10 ч 30 мин. 6...10 - южное и 14 ч 05 мин. 11...I5 - восточное и 18 ч 42 мин. I6...20 - западное и 21 ч 13 мин, 2I...25 - юго-западное и 07 ч 27 мин.