Рассчитывать зоны заражения АХОВ

АХОВ — это химическое вещество, применяемое в народнохозяйственных целях, которое при выливе или

выбросе может приводить к заражению воздуха с поражающими концентрациями.

Зона заражения АХОВ — территория, зараженная АХОВ в опасных для жизни людей пределах.

Под прогнозированием масштабов заражения АХОВ понимается определение глубины и площади фактиче-

ского заражения АХОВ.

Под аварией понимается нарушение технологических процессов на производстве, повреждение трубопрово-

дов, емкостей, хранилищ, транспортных средств при осуществлении перевозок и т.п., приводящие к выбросу АХОВ в

атмосферу в количествах, представляющих опасность массового поражения людей и животных.

Под разрушением химически опасного объекта следует понимать его состояние в результате катастроф и сти-

хийных бедствий, приведших к полной разгерметизации всех емкостей и нарушению технологических коммуника-

ций.

Химически опасный объект народного хозяйства — объект, при аварии или разрушении которого могут про-

изойти массовые поражения людей, животных и растений сильнодействующими ядовитыми веществами.

Первичное облако — облако АХОВ, образующееся в результате мгновенного (1–3 мин.) перехода в атмо-

сферу всего объема или части содержимого емкости со АХОВ при ее разрушении.

Вторичное облако — облако АХОВ, образующееся в результате испарения разлившегося вещества с подсти-

лающей поверхности.

Пороговая токсодоза — ингаляционная токсодоза, вызывающая начальные симптомы поражения.

Площадь зоны фактического заражения АХОВ — площадь территории, в пределах которой под воздействием

изменения направления ветра может перемещаться облако АХОВ.

Под коэффициентом защиты i — укрытия следует понимать отношение токсодозы, накопленной человеком

за расчетный промежуток времени на открытой местности к значению токсодозы за тот же период времени в i–ом ук-

рытии.

Коэффициент защищенности населения представляет собой отношение количества непораженного населения

к общему количеству населения, подвергшемуся воздействию сильнодействующих ядовитых веществ. Он рассчиты-

вается исходя из средних статистических данных о месте пребывания людей в заданное время суток, в том числе в

жилых, общественных и производственных зданиях, транспорте и открыто на местности.

Токсодоза – количество ядовитого вещества, поглощенное организмом за определенный интервал времени.

 

1.3. Методика по прогнозированию и оценке химической обстановки распространяется на случай поступления АХОВ

в атмосферу в газообразном, парообразном или аэрозольном состоянии

 

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

по первичному и вторичному облаку, в том числе:

для сжиженных газов — по первичному и вторичному облаку;

для сжатых газов — только по первичному облаку;

для ядовитых жидкостей, кипящих выше температуры окружающего воздуха — только по вторичному обла-

ку.

 

Исходными данными для прогнозирования масштабов заражения АХОВ служат:

общее количество вредных веществ на объекте и сведения по размещению их запасов в емкостях и техноло-

гических трубопроводах;

количество АХОВ, выброшенных из технологической емкости в атмосферу, и характер их разлива на подсти-

лающей поверхности (“свободно”, “в поддон” или “обваловку”);

высота поддона или обваловки складских емкостей;

метеорологические условия: температура воздуха, скорость ветра по данным прогноза на день (момент) ава-

рии, степень вертикальной устойчивости воздуха.

При заблаговременном прогнозировании масштабов заражения на случай производственных аварий в качест-

ве исходных данных рекомендуется принимать: за величину выброса АХОВ — его содержание в максимальной по

объему единичной емкости (технологической, складской, транспортной и др.), метеоусловия — инверсия, 1–2 м/с,

200С.

При прогнозе масштабов заражения после аварии должны браться конкретные данные о количестве выбро-

шенного (разлившегося) АХОВ и реальные метеоусловия.

 

 

Внешние границы зоны заражения рассчитываются по пороговой токсодозе, накопленной при ингаляционном

воздействии АХОВ на организм человека.

Принятые допущения:

емкости, содержащие АХОВ, при авариях разрушаются полностью;

толщина слоя (h) разлившейся ядовитой жидкости принимается:

при разливе свободно на подстилающую поверхность — равной 0,05м по всей площади разлива;

для жидкостей, разлившихся в поддон или обваловку, определяются из соотношений:

при разливах из емкостей, имеющих самостоятельный поддон или обвалование

h = H–0,2, (1.1)

где: Н — высота поддона (обваловки), м;

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

Q

h= 0, (1.2)

F•d

где: Q0 — количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т;

d — плотность АХОВ, т/м3;

F — реальная площадь разлива в поддон (обвалование), м2;

предельное время пребывания людей в зоне заражения и продолжительность сохранения неизменными ме-

теорологических условий (степень вертикальной устойчивости воздуха, направления и скорости ветра) составляет 4

часа. По истечении указанного времени прогноз обстановки должен уточняться;

при авариях на газо- и продуктопроводах величина выброса АХОВ принимается равной его максимальному

количеству, содержащемуся в трубопроводе между автоматическими отсекателями, например, аммиакопровода —

275–500 т.

 

Расчет количества пораженных производиться исходя из усредненных данных пребывания в течение суток

людей открыто на местности, транспорте, жилых, общественных и производственных зданиях, а также с учетом ис-

пользования существующих традиционных способов защиты населения.

Значения среднесуточных коэффициентов защищенности для городского и сельского населения при внезап-

ном воздействии АХОВ и в условиях заблаговременного оповещения населения об угрозе поражения, приведены в

табл.7.

Приняты допущения:

при определении количества населения, находящегося в зоне поражения используется показатель средней

плотности населения на заданной территории. При этом плотность населения берется отдельно для города и загород-

ной зоны;

население обучено действиям по сигналам гражданской обороны;

при расчете числа пораженных среди населения, обеспеченного средствами индивидуальной защиты органов

дыхания, предполагается, что последние находятся в непосредственной близости по месту пребывания людей (на ра-

бочих местах, в квартирах и т.п.) и в готовности к использованию. В остальных случаях считается, что средства защи-

ты отсутствуют;

площади зон возможного заражения рассчитываются исходя из фактического заражения приземного слоя

воздуха, т.е. без учета флюктуации направления движения воздушных масс. При этом считается, что действие пер-

вичного и вторичного облаков осуществляется в одном направлении, в результате чего происходит наложение их по-

лей концентраций;

известно, что накопление концентраций вредных примесей внутри помещений происходит по экспоненци-

альному закону. В методическом пособии в целях упрощения пользования приняты усредненные дискретные значе-

ния защитных свойств зданий и сооружений, приведенное ко времени, равному 15 и 30 мин., 1, 2, 3 и 4 часам;

по оценке воздействия АХОВ на организм человека принимается, что накапливаемая токсодоза одинакова

для всех возрастных категорий населения и все люди, оказавшиеся в опасной зоне, получают поражения не ниже по-

роговых.

 

 

2. Прогнозирование масштабов заражения АХОВ

2.1. Расчет глубины зоны заражения

 

Расчет глубины зоны заражения как по первичному, так и по вторичному облаку ведется с помощью таблич-

ных данных, приведенных в Приложении 1.

Исходными данным при этом служат:

наименование АХОВ;

количество АХОВ, перешедшее в атмосферу;

характер разлива АХОВ на подстилающую поверхность;

состояние приземного слоя воздуха (инверсия, изотермия или конвекция);

скорость приземного ветра по данным прогноза;

температура окружающего воздуха.

В отсутствии данных о состоянии атмосферы степень ее устойчивости определяется по табл.1.

 

Пример 1.

На химическом предприятии в 10.00 10 июня 1993 г. произошла авария с выбросом из технологического тру-

бопровода сжиженного хлора, находящегося под давлением. Количество вытекшей из трубопровода жидкости не ус-

тановлено. Известно, что в технологической системе содержалось 50 т сжиженного хлора.

Требуется определить глубину возможного заражения хлором.

Метеоусловия: скорость ветра 3 м/с, температура воздуха 200С, облачность отсутствует.

Решение

1. Так как выброс АХОВ произошел из технологической коммуникации, хлор разлился на подстилающей по-

верхности “свободно”.

2. По табл.1 определяем степень вертикальной устойчивости — изотермия.

3. По табл. П.1.41. для свободного разлива глубина заражения первичным облаком составляет 1,4 км, вторич-

ным облаком — 3,75 км.

Глубина заражения для редко встречающихся в промышленном производстве АХОВ общепринятого в на-

стоящее время Перечня, табличные данные по масштабам которых в Методическом пособии не приведены, или для

вновь выявленных сильнодействующих ядовитых веществ, рассчитывается по методике, приведенной в Приложении

2.

Пример решения дан по тексту методики.

 

 

Таблица 2. 1

Степень вертикальной устойчивости атмосферы

 

Скорость Ночь Утро День Вечер

ветра по ясно, сплошн ясно, сплошн ясно, сплошн ясно, сплошн

прогнозу, перем. облачн. перем. облачн. перем. облачн. перем. облачн.

м/с облачн. облачн. облачн. облачн.

2 ин из из (ин) из к (из) из ин из

2–4 ин из из (ин) из из из из (ин) из

4 из из из из из из из из

 

ПРИМЕЧАНИЯ: 1. Обозначения: из— изотермия; ин— инверсия; к – конвекция; буквы в скобках — при снежном

покрове.

2. “утро”—период времени, равный 2–м часам после восхода солнца; “вечер”—период времени, равный 2– м часам

после захода солнца.

Промежутки времени суток между “утром” и “вечером” и между “вечером” и “утром” — соответственной “день” и

“ночь”.

3. Скорость ветра и степень вертикальной устойчивости воздуха принимаются в расчетах на момент аварии.

 

Таблица 2.2

Значения коэффициента α

 

ГГ/Г 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5–1,0

α 0,3 0,5 0,75 0,85 0,93 1,0

 

 

2.2. Расчет площади зоны заражения

2.2.1. Расчет площади заражения первичным и вторичным облаками

 

Площадь зоны заражения находится аналогичным образом как и глубина заражения — либо с помощью ме-

тодики для проведения инженерных расчетов.

 

Пример 2. Для условий примера 1 определить площади заражения первичным и вторичным облаками.

Решение

По табл.П.1.41 находим: площадь заражения первичным облаком составляет 0,12 км2 и площадь заражения

вторичным облаком — 1.42 км2.

 

2.2.2. Расчет частей площади заражения, расположенных на городской и загородной территориях

 

При прогнозировании масштабов заражения на практике часто приходится иметь дело с территориями,

имеющими резко отличающуюся плотность населения, в частности, городская и загородная территории.

Для того, чтобы разделить общую площадь заражения на две составляющие рекомендуется пользоваться сле-

дующими формулами:

 

SГ = α⋅(ГГ/Г)⋅S, (2.1)

 

где: SГ — площадь заражения, приходящаяся на городскую территорию, км2;

ГГ — глубина заражения облака, приходящаяся на городскую часть, км;

Г — общая глубина заражения, км

S — общая площадь заражения, км2;

α — расчетный коэффициент (находится по табл.2)

 

SЗЗ = S – SГ (2.2)

 

где: SЗЗ — площадь зоны заражения, приходящаяся на загородную зону, км2.

 

Для того, чтобы определить α, необходимо знать отношение расстояния от химически опасного объекта до

границы проектной застройки города к глубине зоны заражения, рассчитанной по п.2.1.

 

Пример 3

Химически опасный объект, на котором произошла авария (см. пример1) с выбросом хлора, расположен на

удалении 0,7 км (ГГ) по направлению ветра от границы города.

Требуется определить площадь заражения, приходящуюся на город.

Решение

В соответствии с расчетом примера 1 глубина зоны заражения первичным облаком (Г′) составляет 1,4 км;

глубина зоны заражения вторичным облаком (Г”) — 3,75 км, и согласно решению примера 2 площадь заражения пер-

вичным облаком (S′) — 0,12 км2; площадь заражения вторичным облаком (S”) — 1,42 км2.

Находим отношение ГГ′/Г′ = 0,7/1,4 =0,5, а затем по табл.2.2. α=1 по формуле (2.1) рассчитываем площадь

заражения в городской застройке по первичному облаку:

SГ′ = 1*(0,7/1,4)*0,12 = 0,06 км2

 

Аналогично рассчитывается α и площадь заражения, приходящаяся на городскую территорию по вторичному

облаку.

Находим отношение ГГ”/Г” = 0,7/3,75 = 0,187, по табл.2.2. α=0,7

 

SГ” = 0,7*(0,7/3,75)*1,42 = 0,92 км2

 

Используя формулу (2.2.), находим

SЗЗ′ = 0,12–0,06 = 0,06 км2; SЗЗ” = 1,42–0,92 = 0,5 км2.

 

 

2.3. Определение времени подхода облака зараженного воздуха к объекту

 

Время подхода облака АХОВ к заданному объекту (t) зависит от скорости переноса облака воздушным пото-

ком и определяется по формуле:

x

t=, (2.3)

v

где: x — расстояние от источника заражения до заданного объекта, км;

 

 

v — скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха, км/ч (определяется по табл.3).

 

Пример 4

В результате аварии на объекте, расположенном на расстоянии 5 км от города, произошло разрушение емко-

сти с хлором.

Метеоусловия: инверсия, скорость ветра — 2 м/с, требуется определить время подхода облака зараженного

воздуха к городу.

Решение

Для скорости ветра в условиях инверсии, равной 2 м/с, по табл.2.3 находим скорость перенос облака зара-

женного воздуха — 10 км/ч.

По формуле (2.3) находим время подхода облака к городу

t = 5/10 = 0,5 ч (30 мин)

 

 

2.4. Определение продолжительности поражающего действия

сильнодействующих ядовитых веществ

 

Продолжительность поражающего действия первичного облака определяется временем его прохождения че-

рез объект и составляет от нескольких минут до нескольких десятков минут, а вторичного облака — временем испа-

рения АХОВ с площади разлива, которое зависит от фактических свойств ядовитого вещества, площади и высоты

столба разлившейся жидкости.

Время испарения сильнодействующих ядовитых веществ при 200С для условий свободного разлива и в типо-

вой поддон или обваловку (Н=0,8 м) приведено в табл.2.4.

 

Таблица 2.3

Скорость переноса переднего фронта облака зараженного

воздуха в зависимости от скорости ветра

Скорость 1 2 3 4 5 6 8 10 12 15

ветра, м/с

инверсия

Скорость 5 10 16 21

переноса изотермия

км/час 6 12 18 24 29 35 47 59 71 88

конвекция

7 14 21 28

 

Таблица 2.5

Поправочные коэффициенты для определения продолжительности

испарения АХОВ с площади разлива при различных скоростях ветра

 

Скорость 1 2 3 4 5 6 8 10 12 15

ветра, м/с

Поправочный 1 0,75 0,6 0,5 0,43 0,38 0,30 0,25 0,22 0,18

коэффициент

 

19. рассчитывать ударное воздействие на людей и животных

Ударная волна, по определению из Большой Советской Энциклопедии, – это скачок уплотнения, распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличение плотности, давления и скорости вещества.

Например, при взрыве взрывоопасных веществ образуются высоконагретые продукты, обладающие большой плотностью и находящиеся под высоким давлением. В начальный момент они окружены покоящимся воздухом при нормальной плотности и атмосферном давлении. Расширяющиеся продукты взрыва сжимают окружающий воздух, причём в каждый момент времени сжатым оказывается лишь воздух, находящийся в определённом объёме; вне этого объёма воздух остаётся в невозмущённом состоянии. С течением времени объём сжатого воздуха возрастает.

Классический пример возникновения и распространения ударных волн — опыт по сжатию газа в трубе поршнем. Если поршень вдвигается в газ медленно, то по газу со скоростью звука A бежит акустическая (упругая) волна сжатия. Если же скорость поршня не мала по сравнению со скоростью звука, возникает ударная волна. Расстояния между частицами в ударной волне меньше, чем в невозмущённом газе, вследствие сжатия газа. Если поршень сначала вдвигают в газ с небольшой скоростью и постепенно ускоряют, то ударная волна образуется не сразу. Вначале возникает волна сжатия с непрерывными распределениями плотности R и давления P. С течением времени крутизна передней части волны сжатия нарастает, так как возмущения от ускоренно движущегося поршня догоняют её и усиливают, вследствие чего возникает резкий скачок всех гидродинамических величин, то есть ударная волна. [2], [3]

Звук представляет собой колебания плотности среды, распространяющиеся в пространстве. Уравнение состояния обычных сред таково, что в области повышенного давления скорость звука (скорость распространения возмущений) возрастает. Это неизбежно приводит к явлению опрокидывания решений, которые и порождают ударные волны.

В силу этого механизма, ударная волна в обычной среде — это всегда волна сжатия. Однако в тех системах, в которых скорость распространения возмущений уменьшается с ростом плотности, будет наблюдаться ударная волна разрежения.

Описанный механизм предсказывает неизбежное превращение любой звуковой волны в слабую ударную волну. Однако в повседневных условиях для этого требуется слишком большое время, так что звуковая волна успевает затухнуть раньше, чем нелинейности становятся заметны. Для быстрого превращения колебания плотности в ударную волну требуются сильные начальные отклонения от равновесия. Этого можно добиться либо созданием звуковой волны очень большой громкости, либо механически, путём околозвукового движения объектов в среде. Именно поэтому ударные волны возникают при взрывах, при сверхзвуковых движениях тел (течение газа, при котором в рассматриваемой области скорости V его частиц больше местных значений скорости звука A), при мощных электрических разрядах и т.д.

Введение понятия ударной волны приписывают немецкому ученому Бернхарду Риману (1876).

Структура ударной волны

Типичная ширина ударной волны в воздухе – 10–4 мм (порядка нескольких длин свободного пробега молекул). Малая толщина такой волны дает возможность во многих задачах считать ее поверхностью разрыва. Но в некоторых случаях имеет значение структура ударной волны. Такая задача представляет и теоретический интерес. Для слабых ударных волн хорошее согласие эксперимента и теории дает модель, учитывающая вязкость и теплопроводность среды. Для ударных волн достаточно большой интенсивности структура должна учитывать (последовательно) стадии установления термодинамического равновесия поступательных, вращательных, для молекулярных газов еще и колебательных степеней свободы, в определенных условиях – диссоциацию и рекомбинацию молекул, химические реакции, процессы с участием электронов (ионизацию, электронное возбуждение).

ударный волна воздействие защита

Параметры УВ

 

Для характеристики ударной волны при взрыве газовоздушных смесей используются параметры по своему физическому содержанию аналогичные параметрам ударной волны при взрыве конденсированных взрывоопасных веществ.

Параметры ударной волны представлены в таблице 1.

 

Таблица 1

Параметры ударной волны ЯВ мощностью 30 Кт.

Параметры	Расстояние от центра взрыва (км)
	0,5 0,75 1,0 1,5 2,0 2,5
Избыточное давление во фронте, кПа Скорость фронта, м/с Скорость воздуха во фронте, м/с	135 75 48 26 17 12 494 432 402 374 364 357 310 189 124 68 43 31