Радиус секторов равен глубине зоны заражения, а биссектрисы ориентированы по направлению ветра и проходят через точку аварии.
ТЕОРИЯ.
Оценка обстановки при авариях на химически опасных объектах.
Под химической обстановкой понимают пространственные размеры и степень заражения химически опасными веществами воздуха, местности, водоемов, сооружений, техники и т.п. Оценка производится методом прогнозирования либо по факту создавшейся ЧС с последующими уточнениями по данным химической разведки и другим наблюдениям, либо по сценариям виртуальной ЧС с наихудшими условиями протекания.
Исходными данными при прогнозе химической обстановки являются:
ü метеорологические условия (степень вертикальной устойчивости воздуха, скорость приземного ветра и температура воздуха);
ü виды, количество и способ хранения АХОВ в емкостях на объекте;
ü характер разлива АХОВ (свободно на подстилающую поверхность или в поддон).
Задание метеоусловий. Кроме температуры и скорости ветра задается степень вертикальной устойчивости атмосферного воздуха в приземном слое. Различают три вида вертикальной устойчивости воздуха: инверсию, изотермию и конвекцию.
Степень вертикальной устойчивости воздуха существенно влияет на параметры зон заражения. Это происходит из-за характерных для каждой степени температурных режимов в приземном слое воздуха: при конвекции температура воздуха в приземном слое с высотой понижается, при инверсии возрастает, а при изотермии остается постоянной. Ввиду этого при конвекции происходит интенсивное перемешивание слоев воздуха и как следствие быстрое рассеивание зараженного облака, а при инверсии эти процессы протекают значительно медленнее.
Определение степени вертикальной устойчивости воздуха в конкретных условиях производится по специальным метеотаблицам в зависимости от времени года, времени суток, облачного покрова, снежного или травяного покрова и других факторов.
При оценке виртуальной ЧС метеоусловия берутся наихудшими для возможных последствий, т.е. в наибольшей степени благоприятствующие распространению ядовитого облака. Такими условиями являются: устойчивость воздуха – инверсия, скорость ветра – 1 м/с, температура – максимальная в данной местности в моделируемый сезон.
Задание или определение количества АХОВ, обусловившего ЧС. При определении количества вышедшего при аварии АХОВ учитывается характер происшествия, т.е. прогнозируется ли авария на отдельной емкости или разрушение всего объекта (проводится для сейсмоопасных районов и для ЧС военного времени).
Количество аварийно вышедшего вещества определяется в зависимости от способа хранения вещества и его агрегатного состояния:
ü при хранении (транспортировке) в газообразном состоянии используется уравнение состояния газа, согласно которому количество вышедшего АХОВ равно
m0=PρгnV / (9.81∙103),
где P – давление в резервуаре, ρг – плотность газа, V – объем резервуара, n – концентрация вещества, если АХОВ находилось в смеси с другими веществами;
ü при хранении (транспортировке) в жидком состоянии:
m0 =Vρж.
Для ограничения площадей разлива жидких АХОВ под стационарными промышленными емкостями для хранения АХОВ сооружают поддоны. Время испарения вылившейся в поддон жидкости определяется высотой столба жидкости в поддоне. Для стандартного поддона при полностью залитом резервуаре высоту столба жидкости h (м) принимают равной
h = H - 0.2 (1)
где H – высота поддона при обваловке, м.
При свободном разливе АХОВ на подстилающую поверхность (земля, бетон, асфальт т.п.) высота слоя жидкости принимается равной 0,05 м.
В методике приняты следующие положения:
ü внешние границы зон заражения рассчитываются по пороговой токсодозе АХОВ;
ü предусмотрено использование единой для всех АХОВ таблицы размеров зон заражения с пересчетом характеристик вещества и метеоусловий к веществу и метеоусловиям, выбранным в качестве эталона: эталонным веществом выбран хлор, метеоусловия – инверсия, температура воздуха 20° С.
Первым этапом расчетов при прогнозе является расчет эквивалентного количества АХОВ и времени испарения разлившегося вещества.
Эквивалентное количество АХОВ – это такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии и температуре 20°C эквивалентен масштабу заражения данным АХОВ при конкретных метеоусловиях.
Расчет эквивалентных количеств, образующих первичное и вторичное облака, проводится по формулам:
mЭ1 = K1K3K5K7 m0 (3)
mЭ2 = (1 - K1) K2 K3 K4 K5 K6 K7 m0 / (h ρж) (5)
где m0 – количество вышедшего при аварии АХОВ, т;
K1 – коэффициент, определяющий долю АХОВ, переходящую при аварии в газ (для газообразных АХОВ K1 = 1, для жидкостей, кипящих выше температуры окружающей среды, K1 = 0, в других случаяхкоэффициент K1 зависит от вида АХОВ);
K2 – удельная скорость испарения вещества, т/(м2 ∙ ч);
K3 – отношение токсодозы хлора к пороговой токсодозе данного АХОВ;
K4– коэффициент, учитывающий скорость ветра (таблица №1);
Таблица №1. Коэффициент К4.
| Скорость ветра, u, м/с | ||||||||||
| К4 | 1,33 | 1,67 | 2,34 | 2,67 | 3,34 | 3,67 |
K5 – коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости воздуха при расчете эквивалентного количества (для инверсии K5 = 1,для изотермии K5 = 0,23,для конвекции K5 =0,08); K6 – коэффициент, зависящий от времени, на которое осуществляется прогноз:
K6 = (min {Tисп; Tпрог}) 0.8, (4)
при Tисп < 1часа K6 = 1,
где Tпрог – время после аварии, на которое осуществляется прогноз, Tисп – продолжительность испарения.
(При расчете максимальных размеров зон заражения для конкретной аварии Tпрог условно принимается бесконечно большим)
K7 – коэффициент, учитывающий температуру воздуха;
Значения коэффициентов K1, K2, K3, K7 приведены в таблице №2.
Время испарения рассчитывается по формуле:
Tисп = h ρж / K2 K4 K7 , (2)
где ρж– плотность АХОВ, (т/м3), таблица №2;
h – высота столба испарения разлившегося АХОВ, м ,формула (1).
На втором этапе проводится определение глубины, ширины и площади зоны химического заражения.
Таблица №2. Характеристики АХОВ и расчетные коэффициенты.
| АХОВ | Плот-ность газ/жид. ρж | Tкип | Поро- говая токсо- доза | Значения коэффициентов | |||||||
| K1 | K2 | K3 | K7 для значений температур С° | ||||||||
| -40 | -20 | ||||||||||
| NH3 | 0.0008 0.681 | -33,42 | 0,18 | 0,025 | 0,04 | 0/0,9 | 0,3/1 | 0,6/1 | 1/1 | 1,4/1 | |
| HCl | 0.0016 1.9191 | -85,10 | 0,28 | 0,037 | 0,30 | 0,4/1 | 0,6/1 | 0,8/1 | 1/1 | 1,2/1 | |
| Фос- ген | 0.0035 1.132 | 8,2 | 0,6 | 0,05 | 0,061 | 1,0 | 0/0,1 | 0/0,3 | 0/0,7 | 1/1 | 2,7/1 |
| F | 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 |
| Cl | 0.0032 1.553 | -34,1 | 0,6 | 0,18 | 0,052 | 1,0 | 0/0,9 | 0,3/1 | 0,6/1 | 1/1 | 1,4/1 |
Примечание: в колонках 8 – 12 в числителе даны значения для первичного облака, в знаменателе –
для вторичного.
В таблице №3 приведены максимальные значения глубин зон заражения первичным Г1или вторичным Г2 облаком АХОВ в зависимости от эквивалентного количества вещества и скорости ветра.
Таблица №3. Глубины зон возможного заражения АХОВ, км
| Ско- рость ветра, u,м/с | Эквивалентное количество АХОВ, т | ||||||||||||
| 0,01 | 0,1 | 0,5 | |||||||||||
| 0,38 0,26 0,22 0,19 0,17 0,15 0,14 0,13 0,12 0,12 0,11 0,11 0,10 0,10 0,10 | 1,25 0,84 0,68 0,59 0,53 0,48 0,45 0,42 0,40 0,38 0,36 0,34 0,33 0,32 0,31 | 3,16 1,92 1,53 1,33 1,19 1,09 1,00 0,94 0,88 0,84 0,80 0,76 0,74 0,71 0,69 | 4,75 2,84 2,17 1,88 1,68 1,53 1,42 1,33 1,25 1,19 1,13 1,08 1,04 1,00 0,97 | 9,18 5,35 3,99 3,28 2,91 2,66 2,46 2,30 2,17 2,06 1,96 1,88 1,80 1,74 1,68 | 12,53 7,20 5,34 4,36 3,75 3,43 3,17 2,97 2,80 2,66 2,53 2,42 2,37 2,24 2,17 | 19,20 10,84 7,96 6,46 5,53 4,88 4,49 4,20 3,96 3,76 3,58 3,43 3,29 3,17 3,07 | 38,13 21,02 15,18 12,18 10,33 9,06 8,14 7,42 6,86 6,50 6,20 5,94 5,70 5,50 5,31 | 52,67 28,73 20,59 16,43 13,88 12,14 10,87 9,90 9,12 8,50 8,01 7,67 7,37 7,10 6,86 | 62,23 35,335 25,21 20,05 16,89 14,79 13,17 11,98 11,03 10,23 9,61 9,07 8,72 8,40 8,11 | 81,91 44,09 31,30 24,80 20,82 18,13 16,17 14,68 13,50 12,54 11,74 11,06 10,48 10,04 9,70 | 231,0 121,0 84,50 65,92 54,67 47,09 41,63 37,49 34,24 31,61 29,44 27,67 26,04 24,69 23,50 | 363,0 189,0 130,0 101,0 83,60 71,70 63,16 56,70 51,60 47,53 44,15 41,30 38,90 36,81 34,98 |
Формула линейной интерполяции для расчета по таблице №3
f (x) = f (a) + [{f (b) - f (a) }/ (b – a)] · (x – a) (6)
где Г1 = f (x1), где x1 = mЭ1 ;
Г2 = f (x2), где x2 = mЭ2 ,
поэтому формула (6) используется дважды для расчета Г1 и Г2 .
Общая глубина зоны заражения Гоб (км), обусловленная первичным и вторичным облаками, определяется по формуле
Гоб = max{Г1; Г2} + 0,5 min {Г1; Г2} (7)
Степень вертикальной устойчивости воздуха значительно влияет на скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха, что не в полной мере учтено в единой таблице №2, ввиду чего дополнительно рассчитывается глубина переноса переднего фронта зараженного воздуха:
Гп = TпрогVп (8)
где Vп - скорость переднего фронта облака (см. табл. №4).
Таблица № 4. Скорость переноса переднего фронта облака Vп, км/ч
| Скорость ветра, u, м/с | |||||||||||
| Устойчивость воздуха | |||||||||||
| Инверсия | - | - | - | - | - | - | - | ||||
| Изотермия | |||||||||||
| Конвекция | - | - | - | - | - | - | - |
За расчетную глубину зоны принимается минимальная из величин Гоби Гп , (км):
Г = min{Гоб; Гп} (9)
Определение площади зоны заражения и нанесение ее на ситуационные планы. Различают зоны возможного и фактического заражения АХОВ.
Зона возможного заражения – это пространство, в котором может распространиться АХОВ при данных метеорологических условиях.
Площадь возможного заражения АХОВ определяется по формуле
Sв= 8,73 ∙ 10-3 ∙ Г2 ∙φ = π Г2 φ / 360, км2, (10)
где Г – глубина зоны заражения; φ – угловые размеры зоны, определяемые в зависимости от скорости ветра:
| u, м/с…………... φ……………….. | ≤0,5 | 0,6 – 1,0 | 1,1 – 2,0 | >2 |
Радиус секторов равен глубине зоны заражения, а биссектрисы ориентированы по направлению ветра и проходят через точку аварии.
Зоной фактического заражения называется территория, воздушное пространство которой заражено АХОВ в опасных для человека пределах. Конфигурация зоны фактического заражения близка к эллипсу, ее размеры меньше зоны возможного заражения и с высокой вероятностью не выходят за ее пределы.
Зона фактического заражения на карту не наносится, а ее размеры используются для определения возможной численности пораженного населения и при расчетах необходимого запаса сил и средств для проведения спасательных работ.
Методические указания.
Выполнение работы заключается в расчете по формулам (1) – (10) зоны возможного заражения при заданных по вариантуусловиях.
Затем студент должен графически изобразить полученный результат и ответить на контрольные вопросы.
Номер варианта берется в соответствии с номером студента в списке группы ( для двузначных номеров - по второй цифре списочного номера студента).
| Варианты | Исходные данные | ||||||||
| количе-ство вышед-шего при аварии АХОВ, m0, т | ско-рость ветра, u, м/с | температура воздуха,t, °С | состояние атмосферы | АХОВ | высота обвало-вки, H, м | Про-гно-зиру-емое время, Tпрог, час | направление ветра | ||
| наименова-ние вещества | агрегатное состояние | ||||||||
| изот. | фтор | сжиженный газ | север | ||||||
| инв. | хлор | юг | |||||||
| конв. | фосген | 2,5 | запад | ||||||
| изот. | HCl | восток | |||||||
| инв. | NH3 | север | |||||||
| конв. | фтор | 2,5 | юг | ||||||
| изот. | хлор | запад | |||||||
| инв. | фосген | восток | |||||||
| конв. | HCl | 2,5 | север | ||||||
| инв. | NH3 | юг |
Порядок расчета:
1. Ознакомиться с ТЕОРИЕЙ.
2. Произвести расчеты по формулам (1) – (10).
3. Вычертить зону заражения Sв (заштриховать) в соответствии с расчетом, указав на рисунке направление ветра u, угол зоны заражения φ, отложенного от центра круга, обозначающего аварийный объект ХОО, и глубину зоны заражения Г.
Отчет о работе
должен содержать: номер и наименование работы, цель работы, расчеты, рисунок, ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы:
1. Дайте определение химической обстановке.
2. Назовите методы оценки химической обстановки.
3. Какое вещество принято за эталон при прогнозных расчетах?
4. Какие метеоусловия являются наихудшими?
5. Дайте определения видам вертикальной устойчивости воздуха.
6. Расшифруйте «ХОО».
7. Чем отличаются зоны возможного и фактического заражения
АХОВ по конфигурации?
Рисунок.