Расчет глубины и площади зоны заражения АХОВ
ЛЕКЦИЯ 17
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ЛЦЕНКА ОБСТАНОВКИ
ПРИ ХИМИЧЕСКОЙ АВАРИИ (ХА)
Под химической аварией понимает нарушения технологических процессов на производстве, повреждение трубопроводов, емкостей, хранилищ, транспортных средств при осуществлении перевозок и т.п., приводящие к выбросу (выливу, утечке) аварийно химически опасных веществ (АХОВ) в атмосферу в количествах, представляющих опасность массового поражения людей и животных.
При ХА могут действовать несколько поражающих факторов (пожары, взрывы, химическое заражение окружающей среды), но наиболее вероятны отравления хлором, аммиаком, их производными соединениями и другими АХОВ.
Таким образом будем считать, что основным фактором воздействия при ХА являются количество токсического вещества, способное поступить из окружающей среды в организм, а также время действия этого вещества на человека, которые объединяются в одну величину, называемую токсической дозой.
Токсическая доза выражает собой количество опасного химического вещества, которое при попадании в организм человека, вызывает определенный токсический эффект. В зависимости от эффекта различают смертельные, выводящие из строя и пороговые токсические дозы.
Смертельная токсодоза (LD) – минимальное количество вещества, вызывающее при попадании в организм человека смертельный исход.
Выводящая из строя токсодоза (ID) – минимальное количество вещества, вызывающее при попадании в организм человека потерю дееспособного состояния.
Пороговая токсодоза (PD) – минимальное количество вещества, вызывающее при попадании в организм человека начальные симптомы поражения.
Опасные химические вещества попадают в организм человека через дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт, кожные покровы и слизистые оболочки. В зависимости от способа попадания АХОВ подразделяются на вещества ингаляционного действия (АХОВ ИД), вещества перорального действия (АХОВ ПД) и вещества кожно-резорбтивного действия (АХОВ КРД).
Кожно-резорбтивная токсическая доза представляет собой массу жидкого и твердого вещества, воздействующего на человека через кожу, слизистые оболочки и кровь и вызывающего определенный токсический эффект, отнесенную к 1 кг массы тела или к полной массе тела человека (измеряется в мг/кг или мг).
Пероральная токсическая доза представляет собой массу вещества, воздействующего на человека при его заглатывании и вызывающего определенный токсический эффект, отнесенный к 1 кг массы тела или к полной массе тела человека.
Ингаляционная токсическая доза определяется следующим выражением:
, мг/кг
где Мт – масса тела человека, кг; VД – интенсивность дыхания человека, м3/с; t1, t2 – время начала и окончания воздействия опасного химического вещества, с; с(t) – переменная во времени концентрация АХОВ во вдыхаемом воздухе.
При постоянной во времени концентрации АХОВ
, мг/кг
где t –время воздействия опасного химического вещества.
Для людей, находящихся в одинаковых условиях, отношение 
примерно постоянно, поэтому токсичность вещества можно выразить через значение коэффициента токсичности:
Т = с×t, мг×с/м3.
При острых поражающих воздействиях под ингаляционной токсической дозой часто понимают коэффициент токсичности Д~Т~с×t.
Исходя из этого, ингаляционная токсодоза есть произведение концентрации токсичного вещества, воздействующего через органы дыхания, и времени экспозиции, т.е. продолжительности период вдыхания зараженного воздуха.
Для характеристики уровней токсичности АХОВ при воздействии через органы дыхания используют среднепороговую токсодозу РСt50, средневыводящую токсодозу IСt50 и среднесмертельную токсодозу LCt50, где число 50 указывает на пятидесятипроцентную вероятность поражения человека токсичным веществом. Для хлора, например, летальная токсодоза составляет LСt = 6 мг×мин/л (токсодоза при фиксированном времени экспозиции для каждого АХОВ является постоянной величиной).
При химических авариях говорят о зоне заражения АХОВ – это территория, в пределах которой ядовитые вещества распространяются в опасных для жизни людей концентрациях.
Внешние границы зоны заражения определяют по ингаляционной токсодозе.
Под прогнозированием масштаба заражения АХОВ понимают определения глубины и площади зоны заражения АХОВ.
Таблица 1.
Глубина зоны заражения, км
| И, м/с | Эквивалентная масса СДЯВ, т | |||||
| 0,01 | 0,1 | 1,0 | ||||
| 0,38 | 1,25 | 4,75 | 19,20 | 81,91 | ||
| 0,22 | 0,68 | - | - | - | - | |
| 0,17 | - | - | - | - | - | |
| 0,14 | - | - | - | - | - |
Полная глубина зоны заражения Г (км), обусловленная воздействием первичного и вторичного облака СДЯВ.
Г = Г’ + 0,5Г”
где Г’ – наибольший и Г” – наименьший из размеров глубины зоны заражения.
Полученное значение сравнивают с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс (км).
Гп = Nn,
где n - скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при данных скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч (табл. 2).
Таблица 2.
Таблица 4. Угловые размеры зоны возможного заражения
Рис. 1. Зоны радиоактивного заражения местности при аварии на АЭС
Таблица 1.
Таблица .4.
ЛЕКЦИЯ 17
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ЛЦЕНКА ОБСТАНОВКИ
ПРИ ХИМИЧЕСКОЙ АВАРИИ (ХА)
Под химической аварией понимает нарушения технологических процессов на производстве, повреждение трубопроводов, емкостей, хранилищ, транспортных средств при осуществлении перевозок и т.п., приводящие к выбросу (выливу, утечке) аварийно химически опасных веществ (АХОВ) в атмосферу в количествах, представляющих опасность массового поражения людей и животных.
При ХА могут действовать несколько поражающих факторов (пожары, взрывы, химическое заражение окружающей среды), но наиболее вероятны отравления хлором, аммиаком, их производными соединениями и другими АХОВ.
Таким образом будем считать, что основным фактором воздействия при ХА являются количество токсического вещества, способное поступить из окружающей среды в организм, а также время действия этого вещества на человека, которые объединяются в одну величину, называемую токсической дозой.
Токсическая доза выражает собой количество опасного химического вещества, которое при попадании в организм человека, вызывает определенный токсический эффект. В зависимости от эффекта различают смертельные, выводящие из строя и пороговые токсические дозы.
Смертельная токсодоза (LD) – минимальное количество вещества, вызывающее при попадании в организм человека смертельный исход.
Выводящая из строя токсодоза (ID) – минимальное количество вещества, вызывающее при попадании в организм человека потерю дееспособного состояния.
Пороговая токсодоза (PD) – минимальное количество вещества, вызывающее при попадании в организм человека начальные симптомы поражения.
Опасные химические вещества попадают в организм человека через дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт, кожные покровы и слизистые оболочки. В зависимости от способа попадания АХОВ подразделяются на вещества ингаляционного действия (АХОВ ИД), вещества перорального действия (АХОВ ПД) и вещества кожно-резорбтивного действия (АХОВ КРД).
Кожно-резорбтивная токсическая доза представляет собой массу жидкого и твердого вещества, воздействующего на человека через кожу, слизистые оболочки и кровь и вызывающего определенный токсический эффект, отнесенную к 1 кг массы тела или к полной массе тела человека (измеряется в мг/кг или мг).
Пероральная токсическая доза представляет собой массу вещества, воздействующего на человека при его заглатывании и вызывающего определенный токсический эффект, отнесенный к 1 кг массы тела или к полной массе тела человека.
Ингаляционная токсическая доза определяется следующим выражением:
, мг/кг
где Мт – масса тела человека, кг; VД – интенсивность дыхания человека, м3/с; t1, t2 – время начала и окончания воздействия опасного химического вещества, с; с(t) – переменная во времени концентрация АХОВ во вдыхаемом воздухе.
При постоянной во времени концентрации АХОВ
, мг/кг
где t –время воздействия опасного химического вещества.
Для людей, находящихся в одинаковых условиях, отношение примерно постоянно, поэтому токсичность вещества можно выразить через значение коэффициента токсичности:
Т = с×t, мг×с/м3.
При острых поражающих воздействиях под ингаляционной токсической дозой часто понимают коэффициент токсичности Д~Т~с×t.
Исходя из этого, ингаляционная токсодоза есть произведение концентрации токсичного вещества, воздействующего через органы дыхания, и времени экспозиции, т.е. продолжительности период вдыхания зараженного воздуха.
Для характеристики уровней токсичности АХОВ при воздействии через органы дыхания используют среднепороговую токсодозу РСt50, средневыводящую токсодозу IСt50 и среднесмертельную токсодозу LCt50, где число 50 указывает на пятидесятипроцентную вероятность поражения человека токсичным веществом. Для хлора, например, летальная токсодоза составляет LСt = 6 мг×мин/л (токсодоза при фиксированном времени экспозиции для каждого АХОВ является постоянной величиной).
При химических авариях говорят о зоне заражения АХОВ – это территория, в пределах которой ядовитые вещества распространяются в опасных для жизни людей концентрациях.
Внешние границы зоны заражения определяют по ингаляционной токсодозе.
Под прогнозированием масштаба заражения АХОВ понимают определения глубины и площади зоны заражения АХОВ.
Расчет глубины и площади зоны заражения АХОВ
При аварии и разрушении емкости давления, при котором хранится АХОВ, падает до атмосферного, АХОВ вскипает и выделяется в атмосферу в виде газа, пара или аэрозоля. Образовавшееся в первые 1-3 минуты облако газа (пара, аэрозоля) АХОВ называется первичным облаком заражения воздуха. Оно может распространяться на большие расстояния. Оставшаяся часть жидкости (особенно с температурой кипения выше 20 °С) распространяется по поверхности и также постепенно испаряется. Пары (газы), поступая в атмосферу, образуют вторичное облако зараженного воздуха, которое распространяется на меньшие расстояния по сравнению с первичным.
Сложность расчетов процесса рассеивания и многообразия реальных условий и факторов, влияющих на размеры зон рассеивания, приводит к необходимости принять ряд допущений:
- все содержимое разрушившейся емкости поступает в окружающую среду;
- толщина слоя свободно разлившейся жидкости h постоянна и составляет 0,05 м;
- толщина слоя жидкости, поступившей в поддон, h = H – 0,2, где H – высота поддона, м
- толщина слоя жидкости, поступившей в общий поддон от нескольких источников (емкостей, трубопроводов, аппаратов и т.п.); h = w0/Fd, где w0 – общая масса разлившегося (выброшенного) при аварии вещества, т; F – реальная площадь разлива в поддон (обычно площадь поддона), м2; d – плотность разлившегося вещества, т/м3.
При авариях на газо- и продуктопроводах выброс АХОВ принимается равным максимальному количеству АХОВ, содержащемуся в трубопроводе между автоматическими отсекателями, например, для аммиакопроводов эта величина составляет примерно 275 … 500 т.
Для расчета масштабов заражения определяют количественные характеристики загрязняющего вещества по их эквивалентным значениям. Под эквивалентной массой АХОВ понимается такое содержание хлора, масштаб заражения которым при инверсии эквивалентен масштабу заражения при данной степени вертикальной устойчивости атмосферы количеством АХОВ, перешедшим в первичное (вторичное) облако.
Степень вертикальной устойчивости воздуха характеризуется следующими состояниями атмосферы в приземном слое воздуха:
- инверсия (при ней нижние слои воздуха холоднее верхних) возникает при ясной погоде, малых (до 4 м/с) скоростях ветра, примерно за час до захода солнца и разрушается в течение часа после восхода солнца;
- конвекция (нижний слой воздуха нагрет сильнее верхнего и происходит перемешивание его по вертикали) возникает при ясной погоде, малых (до 4 м/с) скоростях ветра, примерно через 2 ч после восхода солнца и разрушается примерно за 2-2,5 ч до захода солнца;
- изотермия (температура воздуха в пределах 20-30 м от земной поверхности почти одинакова) обычно наблюдается в пасмурную погоду и при снежном покрове.