Лабораторно-практическая работа № 4

Выявление и оценка химической обстановки при

авариях (разрушениях) на химически опасных объектах

Цель работы - ознакомление с методикой оценки химической обста­новки при авариях или разрушениях на химически опасных объектах.

Задачи: 1. Изучить методические указания по выявлению и оценки хи­мической обстановки при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах;

2. Определить масштабы и характер химического заражения;

3. Проанализировать влияние масштабов заражения на деятельность объектов и населения.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В настоящее время на территории России расположены более 3 тыс. химически опасных объектов, которые непосредственно связаны с произ­водством, переработкой и хранением таких опасных химических веществ, как аммиак, хлор, синильная, азотная, серная, соляная, фосфорная кислоты, сероуглерод, тиофос, сернистый ангидрид и др.

Авария и разрушение такого объекта могут повлечь за собой человече­ские жертвы, ущерб здоровью людей и окружающей природной среде, зна­чительные материальные потери и нарушение экологических условии жиз­недеятельности людей.

Деятельность химически опасных объектов показывает, что на них возможны аварии (разрушения) с выбросом в атмосферу или вьшивом на подстилающую поверхность десятков и даже сотен тонн аварийно химиче­ски опасных веществ (АХОВ).

В результате крупной производственной аварии на объекте, а также на значительной территории, может создаться сложная химическая обстановка.

Поэтому в комплексе мероприятий защиты производственного персо­нала промышленных объектов и населения от последствий аварий (разру­шений) химически опасных объектов важное место занимает оценка хими­ческой обстановки.

Под химической обстановкой (ХО) понимают совокупность последст­вий химического заражения местности и объекта аварийно химически опас­ными веществами, оказывающих влияние на безопасность и деятельность промышленных объектов, населения и окружающую природную среду.

Химическая обстановка создается в результате выброса (пролива) АХОВ в атмосферу (на подстилающую поверхность) при аварии (разруше­нии) технологического оборудования, хранилищ или емкостей с опасными

химическими веществами. При этом образуются зоны химического зараже­ния и очаги химического поражения.

Оценка химической обстановки включает:

определение масштабов и характера химического заражения;

анализ их влияния на деятельность объектов и населения;

выбор наиболее целесообразных вариантов действий, при которых ис­ключается поражение людей..

Оценка химической обстановки проводится методом прогнозирования и по данным разведки.

По целям, способу и времени прогнозирование подразделяется на за­благовременное и в аварийной ситуации.

Заблаговременное прогнозирование обстановки проводится не только на объектах, имеющих АХОВ, но и на соседних с ним объектах с целью определения перечня мероприятий по организации защиты производствен­ного персонала объектов и населения, которые могут оказаться в зонах хи­мического заражения и поражения. В конечном итоге решение этой задачи позволяет наметить и осуществить заблаговременные мероприятия по по­вышению устойчивости работы данных объектов.

В основу этого метода положены данные по выбросу (выливу) в атмо­сферу (на подстилающую поверхность) всего запаса АХОВ, имеющегося на объекте, при благоприятных метеоусловиях для распространения заражен­ного воздуха.

При аварийной ситуации, которая может сложиться в случае аварии на химически опасном объекте, прогнозирование проводится по фактически сложившейся обстановке, т. е. берутся реальные количества выброшенного (пролившегося) аварийно химически опасного вещества и метеоусловия.

Оценка химической обстановки на объектах, имеющих АХОВ, преду­сматривает определение глубины и площади зон химического заражения, времени испарения и поражающего действия АХОВ, возможных потерь производственного персонала и населения в очаге химического поражения. Она осуществляется по методике прогнозирования масштабов заражения АОХВ при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транс­порте (РД 52.04.253-90)/

На основании полученных данных определяются возможные последст­вия в очаге химического поражения, анализируются условия работы пред­приятия при воздействии на него АХОВ и их влияние на производство, сы­рье и материалы, устанавливается возможность герметизации зданий цехов и других помещений, где работают люди, а также возможность работы в СИЗ, определяются способы обеззараживания (дегазации) территории объ­екта, зданий и сооружений, способы проведения санитарной обработки лю­дей..

Выводы по анализу служат исходными данными для разработки меро­приятий по защите персонала и населения и предложений по повышению устойчивости объекта от воздействия поражающих факторов аварии на хи­мически опасном объекте.

Опасность АХОВ (СДЯВ) по заражению приземного слоя атмосферы определяется их физико-химическими свойствами, а также их способностью перейти в «поражающее состояние», т. е. создать поражающую людей кон­центрацию, или снизить содержание кислорода в воздухе ниже допустимого уровня, Все АХОВ (СДЯВ) можно разделить на три группы, исходя из тем­пературы их кипения при атмосферном давлении, критической температуры и температуры окружающей среды; агрегатного состояния АХОВ (СДЯВ); температуры хранения и рабочего давления в емкости.

1-я группа включает АХОВ (СДЯВ) с температурой кипения ниже -40 °С. При выбросе этих веществ образуется только первичное газовое облако с вероятностью азрыва и пожара (водород, метан, угарный газ), а также резко снижается содержание кислорода в воздухе - особенно в закры­тых помещениях (жидкий азот). При разрушении единичной емкости время действия газового облака не превышает минуты.

2-ю группу составляют АХОВ (СДЯВ) с температурой кипения от -40 °С до +40 °С и критической температурой выше температуры окру­жающей среды. Для приведения таких СДЯВ в жидкое состояние их надо сжать. Хранят такие СДЯВ в охлажденном виде или под давлением при обычной температуре (хлор, аммиак, оксид этилена). Выброс таких СДЯВ обычно дает первичное и вторичное облако зараженного воздуха (ОЗВ). Характер заражения зависит от соотношения между температурами кипения СДЯВ и температурой воздуха. Так, бутан (t_Km = 0 °С) в жаркую погоду бу­дет по действию подобен СДЯВ 1 -й группы, то есть появится лишь первич­ное облако, а в холодную погоду - СДЯВ 3-й группы. Но если температура кипения такого вещества ниже температуры воздуха, то при разрушении емкости и выбросе СДЯВ в первичном ОЗВ может оказаться его значитель­ная часть, так как жидкость в резервуаре вскипает при давлении значитель­но меньшем, чем атмосферное. При этом в месте аварии может наблюдаться заметное переохлаждение воздуха и конденсация влаги.

3-я группа - АХОВ (СДЯВ) с температурой кипения выше +40 °С, то есть все СДЯВ, находящиеся при атмосферном давлении в жидком состоя­нии. При их выливе происходит заражение местности с опасностью после­дующего заражения грунтовых вод. С поверхности грунта жидкость испа­ряется долго, т. е. возможно образование вторичного ОЗВ, что расширяет зону поражения. Наиболее опасны АХОВ (СДЯВ) 3-й группы, если они хранятся при повышенной температуре и давлении (бензол, толуол).

Некоторые наиболее распространенные АХОВ

Хлор - ядовитый газ, который почти в 2,5 раза тяжелее воздуха. Часто применяется в чистом виде или в соединении с другими компонентами. При температуре около 20 °С и атмосферном давлении хлор находится в газооб­разном состоянии в виде зеленовато-желтого газа с неприятным, резким запахом. Он энергично вступает В реакцию со всеми живыми организмами, разрушая их. Жидкий хлор - подвижная маслянистая жидкость, которая при нормальных температуре и давлении имеет темную зеленовато-желтую ок­раску с оранжевым оттенком, его удельный вес 1,427 г/смЗ. При температу­ре -102 °С и ниже хлор твердеет и принимает форму мелких кристаллов темно-оранжевого цвета с удельным весом 2,147 г/смЗ. Жидкий хлор плохо растворяется в воде, и хлорирование воды на обеззараживающих сооруже­ниях водоканала производится только с помощью газообразного хлора. Инициатором взрыва хлороводородной смеси (кроме открытого пламени) может быть электрическая искра, нагретое тело, прямой солнечный свет в присутствии контактирующих веществ (древесного угля, железа и окислов железа). Влажный хлор вызывает сильную коррозию (это соляная кислота), что приводит к разрушениям емкостей, трубопроводов, арматуры и обору­дования.

Аммиак - бесцветный газ с резким удушливым запахом нашатырного спирта. Смесь паров аммиака с воздухом при объемном содержании аммиа­ка от 15 до 28 % (107...200 мг/л) является взрывоопасной. При наличии от­крытого пламени начинается горение аммиака. При давлении 1013 ГПа (760 мм рт. ст.) его температура кипения составляет -33,3 "С, затвердевания -77,9 °С, воспламенения 630 °С.

Аммиак вызывает поражение организма, особенно дыхательных путей. Признаки действия газа: насморк, кашель, затрудненное дыхание, резь в глазах, слезотечение. При соприкосновении жидкого аммиака с кожей воз­никает обморожение, возможны ожоги 2-й степени.

Синильная кислота (HCN) и ее соли (цианиды) выпускаются химиче­ской промышленностью в больших количествах. Эта кислота широко ис­пользуется при получении пластмасс и искусственных волокон, в гальвано­пластике, при изатечении золота из золотоносных руд. При нормальных условиях синильная кислота - бесцветная, прозрачная, летучая, легковос­пламеняющаяся жидкость с запахом горького миндаля. Плавится при тем­пературе -14 °С, кипит при +25,6 °С. Температура вспышки равна -17 °С. Синильная кислота - один из сильнейших ядов, приводящих к параличу нервной системы. Проникает в организм через желудочно-кишечный тракт, кровь, органы дыхания, а при большой концентрации ее паров - через кожу.

Сернистый ангидрид (двуокись серы, сернистый газ) получается при сжигании серы на воздухе. Это бесцветный газ с резким запахом. При нор-

мальном давлении переходит в жидкое состояние при температуре -75 °С, в 2,2 раза тяжелее воздуха. Хорошо растворяется в воде (при нормальных условиях в одном объеме воды растворяется до 40 объемов газа), образуя сернистую кислоту- Среднесуточная ПДК сернистого ангидрида в атмосфе­ре населенного пункта 0,05 мг/м³, а в рабочем помещении - 10 мг/м³. Даже малая его концентрация создает неприятный вкус во рту и раздражает сли­зистые оболочки, более высокая концентрация раздражает кожу, вызывает кашель, боль в глазах, жжение, слезотечение, возможны ожоги. При значи­тельном превышении ПДК появляется хрипота, одышка, человек теряет сознание. Возможен смертельный исход.

Гептил (гидразин, диамид, несимметричный диметилгидразин) - ды­мящаяся на воздухе жидкость с неприятным запахом. Плавится при +1,5 °С. Растворяется в воде, спиртах, аминах, не растворяется в углеводо­родах. Гептил гигроскопичен, образует взрывоопасные смеси с воздухом, при контакте с асбестом, углем, железом способен к самовоспламенению. Тяжелее воздуха. Разлагаегся в присутствии катализатора или при нагреве выше 300 °С. Относится к чрезвычайно опасным веществам (1-й класс опасности).

При разливе проникает глубоко в почву (более 1 м) и остается там без изменения до 20 лет. В организм человека проникает через кожу, слизистые или ингаляционным путем (в виде пара). Вызывает временную слепоту (до недели), ожог на коже, при всасывании в кровь приводит к нарушениям в центральной нервной и сердечно-сосудистой системах, крови (разрушение эритроцитов и анемия). Признаки отравления: возбуждение, мышечная сла­бость, судороги, паралич, снижение пульса, острая сосудистая недостаточ­ность, тошнота, рвота, понос, не исключено поражение почек и печени, ко­матозное состояние. При выходе из комы возможны психоз с бредом, слу­ховые и зрительные галлюцинации в течение нескольких дней.

Азотная кислота имеет плотность 1,502 г/см³. Ее пары в 2,2 раза тяже­лее воздуха. Смешивается с водой во всех отношениях с выделением тепла. Весьма гигроскопична, сильно «дымит» на воздухе, действует на все метал­лы, кроме благородных и алюминия. Воспламеняет органические материа­лы, выделяя при этом окислы азота, обладающие высокими поражающими свойствами.

При попадании азотной кислоты в скипидар или спирт происходит взрыв.

Основы и сущность методики прогнозирования масштабов заражения АХОВ при аварии на химически опасном объекте

Масштабы заражения АХОВ в зависимости от их физических свойств и агрегатного состояния рассчитываются:

для сжиженных газов — отдельно по первичному и вторичному обла-
кйм-,,

•^;. i для сжатых газов - только по первичному облаку;

для ядовитых жидкостей, кипящих выше температуры окружающей
среды (+20 °С) - только по вторичному облаку... ^- •:

В атмосфере пары АХОВ в поражающих концентрациях создают пер­
вичное и вторичное облака зараженного воздуха.,-₍.

Первичное облако - облако АХОВ, образующееся в результате мгно­венного (1-3 мин.) перехода в атмосферу части АХОВ, содержащихся в емкости, технологической коммуникации, при их разрушении.

Вторичное облако - облако АХОВ, образующееся в результате испа­рения разлившегося вещества с подстилающей поверхности.

Внешние границы зон химического заражения распространения пер­вичного и вторичного облаков, рассчитываются с учетом воздействия инга­ляционным путем пороговой токсодозы.

Токсодоза (пороговая, поражающая или смертельная) - произведение концентрации АХОВ в данном месте зоны химического заражения на время пребывания человека в этом месте без средств индивидуальной защиты ор­ганов дыхания, в течение которого проявляются различные степени токси­ческого воздействия АХОВ на человека: первые слабые признаки отравле­ния (пороговая токсодоза); существенное отравление организма с соответ­ствующими симптомами (поражающая токсодоза) и, наконец, наступает кома (смертельная токсодоза).

Зоны химического заражения характеризуются: площадью возможного заражения и площадью фактического заражения.

Площадь зоны возможного заражения - площадь территории, в пре­делах которой под воздействием изменения направления ветра может пере­мещаться облако АХОВ (км2).

Площадь зоны фактического заражения - площадь территории, за­раженной АХОВ в опасных для жизни пределах (км2).

Существенное влияние на глубину зоны химического заражения оказы­вает степень вертикальной устойчивости воздуха (СВУВ).

Различают три степени вертикальной устойчивости воздуха: инверсию, изотермию и конвекцию. Каждая из них характеризуется типичным распре­делением температуры воздуха в нижнем слое, а также интенсивностью вертикального перемещения воздуха.

Инверсия - возникает обычно в вечерние часы, примерно за 1 час до захода солнца и разрушается в течение часа после его восхода. При инвер­сии нижние слои воздуха холоднее верхних, что препятствует рассеиванию его по высоте и создает наиболее благоприятные условия для сохранения высоких концентраций зараженного воздуха.

Изотермия - характеризуется стабильным равновесием воздуха. Она наиболее характерна для пасмурной погоды, но может возникать также и в утренние и вечерние часы как переходное состояние от инверсии к конвек­ции (утром) и наоборот (вечером).

Конвекция - возникает обычно через 2 часа после восхода солнца и разрущаегся примерно за 2,0 - 2,5 часа до его захода. Максимума достигает в 13.00 - 15.00 ч. Она наблюдается обычно в летние ясные дни. При конвек­ции нижние слои воздуха нагреты сильнее верхних, что способствует быст­рому рассеиванию зараженного облака и уменьшению его поражающего действия.

СВУВ может быть определена по данным прогноза погоды (табл. 1 прил.) при заблаговременном прогнозировании масштабов заражения АХОВ и по данным метеонаблюдений при прогнозировании в аварийной ситуации.

Прогнозирование масштабов заражения осуществляется через эквива­лентное количество данного АХОВ, отнесенного к хлору.

Под эквивалентным количеством АХОВ понимают 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.

Исходными данными для прогнозирования масштабов заражения АХОВ являются:

общее количество АХОВ на объекте и данные по размещению их запа­сов в емкостях и технологических трубопроводах;

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

высота поддона или обваловки складских емкостей;

метеорологические условия: температура воздуха, скорость ветра на высоте 10 метров, СВУВ.

При заблаговременном прогнозировании масштабов заражения АХОВ на случай производственных аварий в качестве исходных данных рекомен­дуется принимать: за величину выброса АХОВ (Q₀) - его содержание в мак­симальной по объему единичной емкосги (технологической, складской, транспортной и др.).

Для прогноза масштабов заражения непосредственно после аварии должны браться конкретные данные о количестве выброшенного (выливше­гося) АХОВ и реальные метеоусловия.

При прогнозировании масштабов заражения АХОВ приняты следую­щие допущения:

толщина слоя жидкости для АХОВ (А), разлившихся свободно на под­стилающей поверхности, принимается равной 0,05 м по всей площади раз­лива;

для АХОВ, разлившихся в поддон или обваловку, h определяегся из соотношений:

, а) при разливах из емкостей, имеющих самостоятельный поддон (обва­лование): h = Н - 0,2, м, где Н - высота поддона (обвалования), м;

0,2 - превышение высоты поддона или обваловки над максимальным уровнем разлившегося АХОВ, м;

б) при разливах из емкостей, расположенных группой, имеющих общий поддон (обвалование):

Sxd

где <2о - количество выброшенного (вылившегося) при аварии АХОВ, v,d- плотность АХОВ, т/м³; 5* - реальная площадь вылива в поддон (обвалова­ние), м².

При авариях на газо- и продуктопроводах величина выброса АХОВ принимается равной его максимальному количеству, содержащемуся в тру­бопроводе между автоматическими отсекателями (275 - 500 т).

Предельное время пребывания людей в зоне заражения и продолжи­тельность сохранения неизменными метеоусловий (СВУВ, направления и скорости ветра) составляет 4 часа. По истечении указанного времени про­гноз обстановки должен уточняться.

Основными параметрами, определяемыми при прогнозировании, явля­ются: время токсического действия (стойкость), глубина зоны заражения; площади возможного и фактического заражения АХОВ.

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Определить, пользуясь данными о скорости ветра, фактических по­годных условиях и табл. 1 приложения, степень вертикальной устойчи:юсти атмосферы.

2. Рассчитать для указанного преподавателем варианта работы:

- полную глубину зоны заражения АОХВ (Г);

~ площади зон возможного (S,) и (S^) фактического заражения;

- время подхода зараженного воздуха к заданному объекту (t);

- продолжительность поражающего действия АОХВ (Т),

Расчет глубины зоны заражения при аварии на химически опасном объекте первичным (t{) или вторичным (Г₂) облаком АОХВ производится в зависимости от эквивалентного количества вещества и скорости ветра.

Эквивалентное количество Q_3l (т) в первичном облаке определяется по формуле [4]:

Q_3}=K_vKyK₅-KrQ₀, (1)

где К_х - коэффициент, зависящий от условий хранения АОХВ (табл. 2 прил.), для сжатых газов К\ ^ш 1;

К₃ - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе выброшенного (разлившегося) АОХВ (табл. 2 прил.);

К₅ - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы: для инверсии Ks = 1, для изотермии К₅ = 0,23, для конвекции К₅ = 0,08;

К₇ - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (табл. 2 прил.), для сжатых газов К₇ = 1;

Qo - количество выброшенного (разлитого) при аварии вещества, т.

При аварии на хранилищах сжатого газа Q₀ рассчитывается по формуле [4]:

Qo = d-V_x, (2)

где d - плотность АОХВ, т/м³ (табл. 2 прил.);

V_x - объем хранилища, м³.

Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке рассчитыва­ется по формуле [4]:

Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке рассчитыва­ется по формуле [4]:

(\ ~К_Х)К₂ Аз К ₄ - К₅ К ₆ •К₁ Q₀
д_э2 =------------------- __-------------------, (3)

где К₂ - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств АОХВ (табл. 2 прил.);

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

К₆ - коэффициент, зависящий от времени N, прошедшего после начала аварии; определяется после расчета продолжительности поражающего дей­ствия АОХВ, которая определяется временем его испарения с площади раз­лива. Время полного испарения Г (ч) АОХВ с площади разлива определяет­ся по формуле [4]:

d h

Т,

К₂ К₄ К₇ (4)

где h - толщина слоя разлившегося АОХВ, м:

h = 0,05 м при свободно разливающемся АОХВ,

h = Н - 0,2 м при разливе в поддон, где Я- высота поддона, м.

С учетом формулы (4) К₆ будет равным:

[Г⁰'⁸, при N>T

При Т< 1 ч Кб принимается для 1 ч.

Глубину зоны заражения первичным Г\ и/или вторичным Г₂ облаками АОХВ рассчитывают, используя данные табл. 4 приложения.

Полная глубина зоны заражения Г (км), обусловленная воздействием первичного и вторичного облака АОХВ, определяется по формуле [4]:

Г = Г' + 0,5Г", (6)

где Г - наибольший и Г" - наименьший из размеров глубины зоны зараже­ния.

Полученное значение Г сравнивается с предельно возможным значени­ем глубины переноса воздушных масс Гп [4]:

Г„=М-и, (7)

где v - скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при дан­ных скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч (табл. 5 прил.).

За окончательную расчетную глубину зоны заражения принимается меньшее из двух сравниваемых между собой значений (Г и Г„).

Площадь зоны возможного заражения от первичного (вторичного) об­лака АОХВ определяется по формуле [4]:

5_в-8,72-Ю"³-Г²-^ (8)

где S_e - площадь зоны возможного заражения АОХВ, км²; Г- глубина зоны заражения, км;

<р - угловые размеры зоны заражения: <р = 360° при v < 0,5 м/с; <р = 180° при v = 0,6 - 1,0 м/с; (f =90° при v =1,1 -2,0 м/с; tp = 45° при v > 2,0 м/с. Площадь зоны фактического заражения определяется по формуле [4]:

5ф=*8 -Г¹

■ N

0,2

(9)

где К% - коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости атмосферы: для инверсии К% = 0,081; для изотермии К^ = 0,133; для конвек­ции Кп = 0,235.

Время подхода облака АОХВ к заданному объекту t зависит от скоро­сти переноса облака воздушным потоком и определяется по формуле [4]:

Х_ и

(10)

где Х- расстояние от источника заражения до заданного объекта, км. 3. Полученные расчетным путем данные занести в таблицу:

и

X

S

в

'б

II

II

."а

и

 

 

Bl

Г, км

5^, км²

Т,ч

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что понимается под химически опасным объектом?

2. Что понимается под химической обстановкой?

3. Какими методами проводится оценка химической обстановки?

4. Чтовключает в себя оценка химической обстановки?

5. Для каких целей проводят оценку химической обстановки?

6. От чего зависят масштабы заражения АОХВ, и по каким видам заражения они рассчитываются?

7. Какие исходные данные используются для расчета масштабов за­ражения?

8. Что понимается под степенью вертикальной устойчивости атмо­сферы?

9. Что такое пороговая токсодоза?

10. Площадь возможного заражения - это...?

11. Площадь фактического заражения - это...?

12. Что такое эквивалентное количество АХОВ?

Литература

1. Грини А. С, Новиков В. Н. Экологическая безопасность. Защита территории и населения при чрезвычайных ситуациях: Учебное пособие / А. С. Гринин, В. Н. Новиков. - М.: ФАИР-ПРЕСС, 2002. - 336 с: ил.

2. Гражданская оборона на объектах агропромышленного комплекса. - М.: Агропромиздат, 1990. - 351 с.

3. Дудко М. Н., Локтионов Н. И., Юртушкин В. И. и др. Безопасность в чрезвычайных ситуациях: Учебник / ГУУ. - М., 2000. - 315 с.

4. Методика прогнозирования масштабов заражения АОХВ при ава­риях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте. Руково­дящий документ РД 52.04.253-90. - Л.: Гидро-метеоиздат, 1991. - 24 с.

Приложение

Таблица 1