Основы методики прогнозирования параметров химической обстановки при авариях на химически опасных объектах

Выявление последствий химических аварий способом прогнозирования осуществляется органами управления ГО и ЧС местного самоуправления, субъектов РФ, а также штабами (отделами, секторами) по делам ГО и ЧС объектов экономики (предприятий, учреждений, организаций и т.д.).

Основным официальным документом по вопросам прогнозирования обстановки при авариях на химически опасных объектах является «Методика прогнозирования масштабов загрязнения АХОВ при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте», 1991 г.

Данная методика позволяет решать следующие задачи:

определять эквивалентное количество АХОВ в первичном и во вторичном облаке;

рассчитывать глубину и площадь зоны возможного заражения;

рассчитывать время подхода облака зараженного воздуха к производственным участкам объекта экономики, жилым кварталам и населенным пунктам;

определять продолжительность поражающего действия АХОВ;

производить ориентировочную оценку количество пораженных и их структуру среди производственного персонала объекта, на котором произошла авария, и населения, оказавшегося в очаге поражения.

Методика рассчитана на получение информации в оперативных целях. Прогнозирование и оценка химической обстановки производится с использованием усредненных данных, приведенных в таблицах №№ 1-9, и не сложных математических формул.

В соответствии с методикой, исходными данными для прогнозирования масштабов заражения АХОВ являются:

общее количество АХОВ на объекте (Q₀) и условия его хранения;

количество АХОВ, выброшенных в атмосферу и характер их разлива на подстилающую поверхность («свободно» - ёмкость не обвалована, «в поддон» или в «обваловку»);

высота поддона или обваловки емкостей с АХОВ (Н, м);

метеорологические условия: температура воздуха (tв), направление (a) и скорость ветра (Vв, м/с) в приземном слое, степень вертикальной устойчивости воздуха (СВУВ);

время от начала аварии (N, ч);

расстояние от объекта (населенного пункта) до места аварии (Х, км);

количество людей на объекте (населенном пункте) (n, чел);

обеспеченность людей средствами защиты (противогазами), в процентах;

условия нахождения людей в момент аварии (т.е. их укрытость).

Определяющим при расчете масштабов заражения при выбросе АХОВ в окружающую среду будет являться: тип АХОВ, его токсичность, физико-химические свойства и агрегатное состояние.

Для прогнозирования глубин зоны заражения введено понятие «эквивалентного количества» АХОВ, под которым 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.

Первичное облако – облако зараженного воздуха, образующееся в результате мгновенного перехода в атмосферу всего объема или части содержимого емкости с АХОВ при ее разрушении.

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

На глубину распространения АХОВ и продолжительность их поражающего действия наибольшее влияние будут оказывать метеоусловия на момент аварии, и в частности, степень вертикальной устойчивости воздуха (СВУВ).

Степень вертикальной устойчивости воздуха – различные его состояния, определяющие большую или меньшую возможность перемещения воздуха по вертикали. Это будет зависеть от времени года и суток (день, ночь, утро, вечер), облачности (ясно, полуясно, пасмурно) и температуры окружающей среды.

Принято различать три степени СВУВ: инверсия, изотермия и конвекция.

Инверсия – это такое состояние воздуха, когда его температура с высотой возрастает. Наблюдается ночью при ясной или малооблачной погоде и скорости ветра не более 4 м/с. Зимой при ясной или малооблачной погоде, слабом ветре и сильных морозах инверсия может наблюдаться не только ночью, но и днем.

Инверсионные условия способствуют очень длительному сохранению опасных концентраций зараженного воздуха, так как рассеивание при инверсии протекает очень медленно. Зараженный воздух будет оставаться внизу, плавно перемещаясь по поверхности земли, обтекая складки местности и передвигаясь на большие расстояния по горизонтали. При инверсии могут наблюдаться длительные застои зараженного воздуха.

Изотермия – это такое состояние воздуха, когда его температура с высотой практически не меняется (безразличное состояние атмосферы). Наблюдается в любое время года и суток, при пасмурной погоде, независимо от скорости ветра или ветре более 4 м/с. Кроме того, изотермия наблюдается как переходное состояние от инверсии к конвекции утром и от конвекции к инверсии вечером.

Интенсивность рассеивания зараженного воздуха несколько больше, чем при инверсии. Степень воздействия АХОВ на людей в условиях изотермии будет высокой.

Конвекция – это такое перемещение воздуха по вертикали, когда внизу находится более теплый воздух, чем вверху (неустойчивое состояние атмосферы). То есть когда нагретый от поверхности земли воздух поднимается вверх, а более холодный - начинает опускаться сверху.

Конвекция характеризуется интенсивным вертикальным перемещением воздуха в приземном слое. Наблюдается: в теплую половину года (летом) днем, при ясной или малооблачной погоде и скорости ветра не более 4 м/с.

Конвекционные потоки создают условия, определяющие быстрое рассеивание зараженного воздуха. При конвекции АХОВ будут быстро распространяться во все большем объеме воздуха и понижать свою концентрацию, т.е. рассеиваться.

В соответствии с Методикой, при прогнозировании применяются следующие допущения:

емкость, содержащая хлор или другое АХОВ, разрушается полностью;

толщина слоя жидкости (h) для АХОВ, разлившихся свободно по подстилающей поверхности, (т.е когда ёмкость не обвалована)принимается равной 0,05 м по всей площади разлива (h = 05 м);

при проливе АХОВ в поддон или обваловку толщина слоя жидкости принимается равной

h = Н – 0,2, где

Н – глубина поддона (высота обваловки), м;

предельное время пребывания людей в зоне заражения и продолжительность сохранения неизменными метеорологических условий составляет не более 4 часов. По истечении указанного времени или при изменении метеорологических условий прогноз обстановки уточняется.

Прежде чем приступить к прогнозированию, используя исходные данные (для нашего случая – исходные данные задания на контрольную работу) и справочные данные таблиц №№ 1-9 готовят необходимую информацию для оценки химической обстановки (см. п. 3. варианта оформления контрольной работы). После чего приступают непосредственно к прогнозированию химической обстановки.

В общем виде прогнозирование химической обстановки при авариях на химически опасных объектах с выбросом АХОВ в окружающую среду осуществляется в следующей последовательности:

1.1. Определение эквивалентного количества АХОВ, перешедшего в первичное облако (Q_э1) рассчитывается по формуле:

Q_э1 = К₁ * К₃ * К₅ * К _7.1 * Q_о, т (1), где

К₁ - коэффициент, зависящий от условия хранения АХОВ;

К₃ – коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе данного АХОВ;

К₅ – коэффициент, учитывающий СВУВ (для условий инверсии К₅ = 1, для изотермии К₅ = 0,23, для конвекции К₅ = 0,08);

К_7.1 – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха;

Q_о – количество выброшенного (разлившегося) при аварии АХОВ, т.

Значения коэффициентов К₁, К₃ и К_7.1 зависят от свойств конкретного АХОВ и определяются по таблице 1.

Таблица 1

Характеристика АХОВ и вспомогательные коэффициенты

для определения глубин зон заражения

Наименование АХОВ	Плотность/ жидкость т/м3, d	Темпера-тура кипения, 0С	Значения вспомогательных коэффициентов
К1	К2	К3	К7
для – 40 0С	для – 20 0С	для 0 0С	для 20 0С	для 40 0С
1. Аммиак	0,681	- 33,42	0,18	0,025	0,04	0 / 0,9	0,3 / 1	0,6 / 1	1 / 1	1,4 / 1
2. Водород хлористый	1,191	- 85,10	0,28	0,037	0,30	0,64 / 1	0,6 / 1	0,8 / 1	1 / 1	1,2 / 1
3. Водород цианистый	0,687	25,7		0,026	3,0	0 / 0	0 / 0	0 / 0,4	0 / 1	0 / 1,3
4. Нитрил акриловый кислоты	0,806	77,3		0,007	0,8	0/ 0,04	0 / 0,1	0 / 0,4	0 / 1	0 / 2,4
5. Сернистый ангидрид	1,462	10,1	0,11	0,049	0,333	0 / 0,2	0 / 0,5	0,3 / 1	1 / 1	1,7 / 1
6. Фосген	1,432	8,2	0,05	0,061	1,0	0 / 0,1	0 / 0,3	0 / 0,7	1 / 1	2,7 / 1
7. Хлор	1,553	- 34,1	0,18	0,052	1,0	0 / 0,9	0,3 / 1	0,6 / 1	1 / 1	1,4 / 1
8. Хлорциан	1,220	12,6	0,04	0,048	0,8	0 / 0	0 / 0	0 / 0,6	1 / 1	3,9 / 1

Примечание: в графах 7-11 в числителе К 7.1 – для первичного облака, в знаменателе К7.2 – для вторичного облака

В случае отсутствия данных о состоянии атмосферы, СВУВ на момент аварии определяется по таблице 5.

Таблица 5

Определение степени вертикальной устойчивости воздуха

по прогнозу погоды

Скорость ветра, м/с	Ночь	Утро	День	Вечер
ясно	облачность (пасмурно)	ясно	облачность (пасмурно)	ясно	облачность (пасмурно)	ясно	облачность (пасмурно)
до 2	ин	из	из	из	к	из	ин	из
2 и более	ин	из	из	из	из	из	из	из

Примечание: ин- инверсия; из- изотермия; к- конвекция

1.2. Определение эквивалентного количества вещества по вторичному облаку рассчитывается по формуле

Q_э2 = (1 – К₁) * К₂ * К₃ * К₄ * К₅ * К₆ * К_7.2 * Q_о/h*d, т (2), где

К₂ – коэффициент, характеризующий свойства АХОВ (табл.1);

К₄ – коэффициент, учитывающий скорость ветра (табл. 3);

К₆ – коэффициент, зависящий от времени прошедшего после начала аварии (N) и времени продолжительности испарения АХОВ (Т);

К_7.2 – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха

(табл. 1);

h – толщина слоя разлившегося АХОВ, м;

d – плотность АХОВ, т/м³ (табл. 1).

Таблица 3

Значение коэффициента К₄ в зависимости от скорости ветра

Скорость ветра, м/с
К4		1,33	1,67	2,0

Значение коэффициента К₆ определяется после расчета продолжительности испарения АХОВ (Т).

Время продолжительности испарения АХОВ определяется по формуле:

Т = (h * d) / (К₂ * К₄ * К_7.2), ч (3)

Если расчетное Т превышает 4 часа, то для дальнейших расчетов принимаем Т = 4 ч.

Для расчета К₆ используются следующие формулы:

К₆ = N ^0,8 при N ‹ Т (4);

К₆ = Т ^0,8 при N ≥ Т (5);

К₆ = 1 при Т‹ 1 (6).

Значения N ^0,8, Т ^0,8 и N ^0,2 определяются по табл. 4.

Таблица 4

Значения N (Т) ^0,8 и N ^0,2

10,8 = 1	20,8 =1,74	30,8 = 2,41	40,8 = 3,03
10,2 =1	20,2 = 1,15	30,2 = 1,25	40,2 = 1,32

Используя результаты расчетов Q _э1 и Q _э2 определяются глубины зон заражения первичным (Г₁) и вторичным облаком (Г₂).

1.3. Определение глубины зоны заражения первичным облаком (Г₁)

Глубина зоны заражения первичным облаком зависит от эквивалентного количества АХОВ (Q _э1) и скорости ветра в приземном слое воздуха (V, м/с).

Расчет Г₁ проводится по формуле:

Г₁ = Г _{min 1} + ((Г _{max 1} – Г _{min 1}) / (Q _{max 1} – Q _{min 1})) * (Q _{э 1} – Q _{min 1}), км (7).

Например: Найденное значение Q _э1 составляет – 0,4 т, т.е. Q _э1 = 04, т.

Для расчета Г₁( см. формулу № 7) необходимо найти значения всех символов, входящих в эту формулу: Q_э1; Q _min1; Q _{max 1;} Г _min1; Г_{maх 1}.

Для нашего примера Q_э1 = 0,4 т. Для нахождения других символов используют данные табл. 2.

Таблица 2