Прогнозирование и оценка обстановки при химических авариях

При прогнозировании обстановки при химических авариях применяются следующие допущения:

- емкости, содержащие опасные химические вещества (ОХВ), разрушаются полностью;

- толщина слоя ОХВ, разлившегося свободно по подстилающей поверхности, принимается равной 0,05 м по всей площади разлива или 0,5 м – в случае разрушения изотермического хранилища аммиака;

- при проливе ОХВ из емкостей, имеющих самостоятельный поддон (обваловку) высотой Н (м), толщина слоя жидкости принимается равной h = H - 0,2 (м);

- при аварии на газо- и продуктопроводах величина выброса ОХВ принимается равной его максимальному количеству, содержащемуся в трубопроводе между автоматическими отсекателями;

- предельное время пребывания людей в зоне заражения принимается равным времени испарения ОХВ, но не более 4 часов.

Исходными данными для прогнозирования являются:

- общее количество ОХВ на опасном химическом объекте и данные по его размещению в емкостях и технологических трубопроводах;

- количество ОХВ, выброшенных в атмосферу, и характер их разлива (в поддон, в обваловку или на грунт);

- токсические свойства ОХВ;

- метеорологические условия (температура воздуха, скорость ветра на высоте 10 м, состояние приземного слоя воздуха); при заблаговременном прогнозе принимают, что температура воздуха равна 20⁰С, скорость ветра – 1 м/с, а состояние атмосферы – инверсия.

 

Расчет параметров зоны заражения при химической аварии.

Внешние границы зоны заражения ОХВ рассчитывают по ингаляционной пороговой токсодозе D_пор (мг·мин/л).

Глубины зон заражения первичным Г₁ (км) и вторичным Г₂ (км) облаками определяются по табл.П.1.2 в зависимости от скорости ветра w_в (м/с) и эквивалентного количества опасного химического вещества (ОХВ) Q_э (т). Полная глубина зоны заражения определяется как

.                                                  (1.71)

Предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс Г_пред (км) равно

,                                                                                            (1.72)

где  - время полного испарения или ликвидации источника химического заражения, час; u – скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при заданной скорости ветра и степени вертикальной устойчивости атмосферы, км/ч (табл.П.1.5). Степень вертикальной устойчивости атмосферы можно определить по табл.П.1.6.

За истинную глубину зоны заражения принимается величина

.                                                                              (1.73)

В зависимости от скорости приземного ветра, обуславливающей флуктуации его направления, зоны возможного заражения наносятся на карты в виде круга или сектора с угловыми размерами, указанными в таблице 1.22.

Таблица 1.22 -- Угловые размеры зоны возможного заражения ОХВ

Скорость ветра, м/с	не более 0,5	более 0,5 - не более 1,0	более 1- не более 2,0	более 2,0
Угловые размеры, град	360	180	90	45

 

Площадь зоны фактического заражения ОХВ (S_ф, км²), находящейся внутри зоны возможного заражения, определяется по формуле

,                                                                                   (1.74)

где: Г – глубина зоны заражения, км;  – время с момента аварии, ч; k ₈ - коэффициент, учитывающий влияние степени вертикальной устойчивости воздуха на ширину зоны заражения: для инверсии он равен 0,081, изотермии- 0,133 и конвекции – 0,235.

Количественные характеристики выброса ОХВ для расчетов параметров зоны заражения определяются по его эквивалентному значению Q_э, под которым понимается такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии равен масштабу заражения при тех же условиях заданным количеством данного ОХВ, перешедшим в первичное (вторичное) облако.

Эквивалентное количество ОХВ в первичном облаке Q_э,₁ (т) определяется по формуле

,                                                                                   (1.75)

где k ₁ – коэффициент, зависящий от условий хранения ОХВ (табл.П.1.3); k ₃ – коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе рассматриваемого ОХВ (табл.П.1.3); k ₅ – коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы: 1 – для инверсии, 0,23 – для изотермии и 0,8 – для конвекции; k ₇ - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (табл.П.1.3): для сжатых газов k ₇ =1; Q₀ – количество разлившегося (выброшенного) ОХВ, т.

Для сжиженных газов, не вошедших в табл.П.1.3, значение коэффициента k ₇ принимается равным 1, а значение k ₁ определяется по выражению

,

где: С_р - удельная теплоемкость жидкого ОХВ, кДж/(кг К); Т - разность температур жидкого ОХВ до и после разрушения емкости, град; L_исп - удельная теплота испарения, кДж/кг.

Эквивалентное количество ОХВ во вторичном облаке Q_э,₂ (т) определяется по формуле

,                                                 (1.76)

где _ж – плотность жидкой фазы ОХВ, т/м³ (табл.П.1.3); h – толщина слоя разлившегося жидкого ОХВ, м; k ₂- коэффициент, зависящий от физико-химических свойств ОХВ (табл.П.1.3); k ₄ – коэффициент, учитывающий скорость ветра (табл.П.1.7); k ₆ – коэффициент, учитывающий время, прошедшее с начала аварии  (час), равный

.

Здесь τ – время, прошедшее после аварии, ч; _исп - время испарения ОХВ, ч, определяемое по формуле

.                                                                                         (1.77)

Коэффициенты k₂, k₄ и k₇ определяются по табл.П.1.3.

При определении Q_э,₂ для веществ, не указанных в табл.П.1.3, коэффициент k ₇ принимается равным 1, а коэффициент k₂ определяется по формуле

,                                                                          (1.78)

где Р_нас – давление насыщенного пара вещества при заданной температуре воздуха, мм.рт.ст; М – молекулярная масса вещества.

Прогнозирование количества пострадавших среди персонала и населения, оказавшегося в зоне фактического заражения.

Основными исходными данными для расчета являются:

- наличие факторов поражения (первичное и вторичное облако, либо только первичное, либо только вторичное);

- средняя плотность населения в зоне заражения, исходя из допущения, что население распределено по территории равномерно;

- доля населения, которую планируется защитить тем или иным способом (укрытие в жилых и производственных помещениях, транспорте, убежищах и других защитных сооружениях; использование индивидуальных средств защиты и проведение эвакуации);

- степень защищенности населения при использовании определенного способа защиты.

Количество населения, попавшего в зону заражения N (чел), рассчитывается исходя из средней плотности по формуле

,                                                                                   (1.79)

где: Р_г и Р_зз - плотность населения соответственно в городе и загородной зоне, чел/км²; S_г и S_зз - площади территории в городе и загородной зоне, приземный слой воздуха которых подвергся заражению, км² (формула 1.74).

Численность пораженного населения, определяется его защищенностью

_.

или                                                                         (1.80)

где: N_пор – количество пораженного населения, чел; N – численность населения, оказавшегося в зоне фактического заражения, чел.; P_i – доля населения, защищаемая от действия ОХВ i -м способом; K_{защ, i} - коэффициент защиты i -го способа; К_защ^ср – среднее значение коэффициента защищенности населения с учетом его пребывания открыто на местности, в транспорте, жилых и производственных зданиях (табл.П.1.8). Распределение населения в городе и в сельско-хозяйственной местности в зависимости от времени суток приведено в табл. П.1.9.и табл. П.1.10. соответственно.

В случае образования первичного и вторичного облаков заражения сначала рассчитывают количество пораженных от первичного облака (N_пор,1). Расчет количества человек, пораженных ОХВ вторичного облака, производится путем вычитания числа пораженных от первичного облака из общего количества пораженного населения в зоне заражения.

Для оценки распределения людей по степеням поражения приближено можно принять, что структура пораженного населения соответствует данным табл. 1.23.

Таблица 1.23 -- Структура населения, пораженного ОХВ

Характер поражения	Смертельный	Тяжелой и средней степени	Легкой степени	Пороговые
Показатель	10%	15%	20%	55%

 

Для оценки глубины зон с разной степенью поражения можно принять, что:

глубина зоны, где могут наблюдаться смертельные поражения, составляет Г_см = 0,3 Г,

глубина зоны, где могут быть поражения не ниже средней степени тяжести, составляет Г_{т. и ср.} = 0,5 Г,

глубина зоны, где могут быть поражения не ниже легкой степени, составляет Г_лег= 0,7 Г.

Время подхода облака ОХВ к заданному объекту _подх (ч), зависит от скорости переноса облака воздушным потоком и определяется по формуле

,                                                                                              (1.81)

где: x - расстояние от источника заражения до заданного объекта, км; u - скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха, км/ч (табл.П.1.5).

 

Пример 9. На водоочистной станции в 8 часов утра произошла авария, связанная с разрушением емкости, содержавшей Q₀ = 10 т хлора, хранившегося под давлением. Емкость с хлором размещалась в поддоне с высотой стенок Н = 1,0 м. При прогнозировании последствий аварии принять следующие метеоусловия: инверсия, скорость ветра w _в = 3 м/с, температура воздуха t _в = +20^оС. Плотность населения в полумиллионом городе Р _гор = 2500 чел/км². Население об аварии не оповещено.

Определить глубину распространения зараженного ОХВ воздуха через  = 2 часа после аварии и структуру пораженного населения.

Р е ш е н и е

1. Принимая глубину слоя разлившегося хлора равной h = H - 0,2 = 1,0 - 0,2 = 0,8 м и _ж = 1,558 т/м³, найдем по формуле (1.77) время испарения _исп

 ч.

2. Эквивалентное количество ОХВ в первичном облаке Q_э,1 определяем по формуле (1.75) с использованием данных табл.П.1.3

Q_э,1 = 0,18·1,0·1,0·1,0·10 = 1,8 т.

3. Эквивалентное количество ОХВ во вторичном облаке Q_э,2 определяем по формуле (1.76) с использованием данных табл.П.1.3

Q_э,2 = (1 - 0,18) 0,052·1,0·1,67·1,0·2^0,8·1,0·10 / (0,8·1,553) 1 т.

Здесь коэффициент k ₆ принят равным k ₆ = τ^0,8 = 2^0,8, т.к. < _исп.

4. Глубины зон заражения первичным Г₁ и вторичным Г₂ облаками определим по табл.П.1.2 в зависимости от скорости ветра w _в = 3 м/с и соответствующего эквивалентного количества ОХВ путем интерполяции.

Для первичного облака: Q_э,1 = 1,8 т, интерполируя по данным табл.П.1.2, получим Г₁ = 2,9 км.

Для вторичного облака: Q_э,2 = 1 т, по табл.П.1.2 имеем Г₂ = 2,17 км.

Полная глубина зоны заражения Г_зар по формуле (1.71) равна

Г_зар = 2,9 + 0,5·2,17 = 4 км.

Предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс Г_пред при скорости переноса u =16 км/ч (табл.П.1.5, инверсия, скорость ветра w _в = 3 м/с) по формуле (1.72) равно

Г_пред  = 16∙2 = 32 км.

За истинную глубину зоны заражения принимаем величину

Г = min {Г_зар, Г_пред }, т.е. Г = min {4 км; 32 км } = 4 км.

Площадь зоны фактического заражения S_зар находим по формуле (1.74)

S_зар  = 0,081∙4²∙2^0,2  = 1,49 км².

Так как скорость ветра w _в более 2 м/с, то зона фактического заражения будет располагаться в секторе с углом 45⁰ по направлению ветра.

Количество людей, попавших в зону фактического заражения, N, найдем по формуле (1.79)

N = 2500∙1,49 ≈ 3700 чел.

8. Определим число пораженных с учетом защищенности населения.

Для этого по данным табл. П.1.8 для условий примера найдем среднее значение защищенности городского населения с учетом его пребывания открыто на местности, в транспорте, жилых и производственных зданиях. Так как авария произошла в 8 часов, то согласно табл.П.1.9 22% населения находилось в жилых зданиях с коэффициентом защиты по месту пребывания людей в течение 2 часов, равным 0,38 (табл.П.1.8), 50 % населения – в производственных зданиях с коэффициентом защиты 0,09; 28% - в транспорте и на улице без средств защиты.

Тогда среднее значение коэффициента защищенности составит

К_защ = 0,22·0,38 + 0,5·0,09 + 0,28·0 = 0,13

Далее по формуле (1.80) определим число пораженных

N_пор = 3700∙(1 - 0,13) ≈ 3220 чел.

9. Согласно табл.1.23 можно ожидать следующее распределение пострадавшего населения по степеням тяжести поражения ОХВ

смертельные поражения

N_см = 0,1 N = 0,1·3220 ≈ 320 чел

поражения тяжелой и средней степени тяжести

N_{т. и ср .} = 0,15 N = 0,15·3220 ≈ 485 чел.

легкие поражения

N_лег  = 0,2 N = 0,2·3220 ≈ 645 чел.

пороговые поражения

N_пор  = 0,55 N = 0,55·3220 ≈ 1770 чел.

10. Для определения пространственного распределения зон заражения с разной степенью поражения людей приближено можно принять:

глубина зоны, где могут быть смертельные поражения

Г_см = 0,3 Г = 0,3·4 = 1,2 км;

глубина зоны, где могут быть поражения не ниже средней степени тяжести

Г_{т и ср .}= 0,5·4 = 2 км;

глубина зоны, где могут быть поражения не ниже легкой степени

Г_лег = 0,7·4 = 2,8 км.

Варианты заданий исходных данных по прогнозированию последствий химической аварии приведены в табл. П.1.3.