Последовательность выполнения расчетов

Введение

 

Химической обстановкой называют совокупность последствий химического заражения местности.

Химические вещества обладают различными физическими, химическими и токсикологическими свойствами. В зависимости от их поражающего действия выделяют боевые отравляющие вещества (БОВ), сильнодействующие ядовитые вещества (СДЯВ) и аварийно-химически опасные вещества (АХОВ). Наиболее опасны, даже при непродолжительном ингаляционном воздействии, газообразные отравляющие вещества (ОВ) и АХОВ, способные образовать очаг массового поражения. Перечень химически опасных веществ из 107 наименований (СДЯВ) перенасыщен веществами, опасными при их внутреннем потреблении, поэтому в настоящее время утвержден список из 23 наименований СДЯВ, наиболее опасных при вдыхании (перечень АХОВ).

Легколетучие жидкости, например метанол, не входящие в перечень АХОВ и представляющие собой вещества из списка СДЯВ, широко применяемые на производствах, также могут создавать аварийные ситуации при розливе. Поэтому совокупность последствий химического заражения местности ОВ, АХОВ или СДЯВ будем называть химической обстановкой.

Оценка химической обстановки производится методом прогнозирования и по данным разведки (на основе фактических измерений).

Исходными данными для оценки химической обстановки являются:

– тип и количество АХОВ, СДЯВ;

– средства применения химического оружия и тип ОВ;

– район и время выброса (разлива) ядовитых химических веществ;

– степень защищенности людей;

– топографические условия местности и характер застройки на пути распространения зараженного воздуха;

– метеоусловия (скорость и направление ветра в приземном слое, температура воздуха и почвы, степень вертикальной устойчивости воздуха).

Под оценкой химической обстановки понимают:

– определение масштабов и характера химического заражения;

– анализ их влияния на деятельность хозяйствующих объектов, сил ГО и населения;

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

В данной работе на примере аварии на химически опасном объекте с выбросом в окружающую среду аммиака прогнозируется масштаб заражения. Приведены расчетные формулы, справочные таблицы, необходимые пояснения и варианты заданий для выполнения расчетно-графических работ студентами дневного и заочного отделений всех специальностей, а также для дипломного проектирования.

Методика прогнозирования и оценки химической обстановки при выбросах в окружающую среду хлора, аммиака и других опасных химических веществ разработана на базе действующих в органах управления ГО и ЧС документов: Методики прогнозирования масштабов заражения веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах (РД 52.04.253–90), Методического пособия по прогнозированию и оценке химической обстановки в чрезвычайных ситуациях (ВНИИ ГОЧС. М., 1993).

Настоящие методические указания предназначены для решения задач прогнозирования масштабов заражения химическими веществами и могут использоваться для обучения студентов по специальностям «Безопасность жизнедеятельности» (разд. «Охрана труда на производстве», цикл ГО и ЧС), «Общая и специальная экология», «Химия окружающей среды», «Экологический мониторинг».

 

Общие положения

 

Методические указания позволяют решать следующие задачи:

– рассчитывать глубину и площадь зоны возможного заражения;

– рассчитывать время подхода облака зараженного воздуха к производственным участкам, жилым кварталам, населенным пунктам, находящимся на определенном расстоянии от места аварии;

– определять продолжительность действия источника заражения;

– производить ориентировочную оценку количества пораженных и их структуру среди производственного персонала объекта, на котором произошла авария, и населения, оказавшегося в очаге поражения.

Масштабы заражения ОВ, АХОВ и СДЯВ рассчитываются:

– для сжиженных газов – отдельно по первичному и вторичному облакам;

– для сжатых газов – только по первичному облаку;

– для СДЯВ, кипящих выше температуры окружающей среды, – только по вторичному облаку.

Прогнозирование масштабов заражения подразделяется на заблаговременное (расчетное моделирование аварии) и фактическое (уточнение непосредственно после аварии по фактическим данным). Сравнивая результаты вычислений, уточняют эмпирические зависимости.

При прогнозировании необходимо задавать следующие исходные для расчета данные:

– общее количество химических веществ (ОВ, АХОВ, СДЯВ) на объекте; данные по размещению их запасов в емкостях и технологических трубопроводах;

– характер выброса химических веществ в окружающую среду: «свободно» (на подстилающую поверхность), в «поддон» (или «обвалование»);

– высоту (H, м) «обвалования» (глубину поддона) складских ем-костей;

– количество выброшенных (разлившихся) химических веществ;

– метеорологические условия: температуру окружающей среды (воздуха); скорость ветра на высоте флюгера (10 м от земной поверхности); степень вертикальной устойчивости тропосферы (инверсию, изотермию, конвекцию).

За величину выброса химического вещества принимают количество (Q ₀, т), т. е. его содержание в максимальной по объему единичной емкости (технологической, складской, транспортной), а для сейсмических районов – общий запас химических веществ.

Самые неблагоприятные условия для ликвидации ЧС наступают при инверсии и скорости ветра (V, м/с) около 1 м/с.

Внешние границы заражения рассчитывают по пороговой токсодозе АХОВ, СДЯВ или ОВ при ингаляционном воздействии на организм человека.

 

 

Принятые допущения:

– полное разрушение емкостей при аварии; количество веществ, поступивших в окружающую среду, равно количеству веществ, хранящихся в разрушенной емкости (Q ₀, т);

– толщина (h, м) слоя химического вещества при свободном разливе на подстилающую поверхность принимается 0,05 м по всей площади разлива;

– толщина (h, м) слоя химического вещества при разливе в «поддон» (или «обвалование») из отдельно обвалованной емкости определяется соотношением

h = H – 0,2; (1)

– толщина (h, м) слоя химического вещества при разливе в «поддон» или «обвалование» из емкостей, расположенных группой в общем «поддоне» или «обваловании» определяется по формуле

h = Q ₀ / F d, (2)

где Q ₀ – количество выброшенного (разлившегося) при аварии химического вещества, т; F – площадь разлива в «поддон» («обвалование»), м²; d – плотность АХОВ, СДЯВ, ОВ, т/м³;

– предельное время пребывания людей в зоне заражения и сохранения неизменными первоначальных метеорологических условий принимается равным 4 ч. Затем прогноз должен уточняться.

 

2. Термины и определения

1. АХОВ – аварийно-химически опасные вещества.

2. ОВ – отравляющие вещества; БОВ – боевые отравляющие вещества.

3. СДЯВ – сильнодействующие ядовитые вещества. В список СДЯВ включены 107 химических веществ, в том числе 34 наименования АХОВ, из них в промышленности России наиболее часто применяется 21 наименование АХОВ.

Все химические вещества при попадании в окружающую среду оказывают токсичное поражающее действие на человека – перорально, через кожу или ингаляционным путем. Особо опасны при отравлении ингаляционным путем АХОВ и ОВ (табл. П1, П2, П3 приложения).

4. ХОО – химически опасный объект экономики (например, предприятие, железнодорожная станция или средства транспортировки и хранения химических веществ), при разрушении которого могут произойти массовые поражения людей, животных, растений и других объектов окружающей среды.

5. Зона заражения АХОВ (ОВ, СДЯВ) – территория, зараженная химическим веществом в опасной для жизни людей (поражающей) концентрации.

6. Прогнозирование масштабов заражения АХОВ (ОВ, СДЯВ) – определение глубины (радиуса) и площади зоны заражения.

7. Пороговая токсодоза – порог вредного (однократного или хронического) действия, т. е. минимальная концентрация вещества, вызывающая изменение биологических показателей на организменном уровне, выходящем за пределы приспособительных реакций организма. При ингаляционном воздействии химических веществ это концентрация АХОВ, ОВ, СДЯВ в воздухе, вызывающая начальные симптомы поражения (поражающая концентрация).

8. Первичное облако – часть содержимого емкости со сжиженным газом или легкокипящим химическим веществом, которое мгновенно (1–3 мин) при разрушении емкости образует газы (пары) в воздухе.

9. Вторичное облако – количество газообразных химических веществ, образующихся при испарении разлитых или рассыпанных жидких или твердых веществ с подстилающей поверхности.

10. Эквивалентное количество химического вещества – это такое количество хлора в газообразном состоянии, масштаб заражения которым эквивалентен воздействию данного АХОВ, ОВ, СДЯВ при данной температуре воздуха, степени вертикальной устойчивости атмосферы, скорости и направлении ветра.

11. Коэффициент эквивалентности хлора – отношение массы данного химического вещества к массе хлора при равных масштабах заражения.

12. Площадь зоны возможного заражения – площадь территории, в пределах которой может перемещаться облако химического вещества при изменении начальных метеорологических условий.

13. Площадь зоны фактического заражения – площадь территории, в пределах которой приземный слой воздуха заражен газами (парами, аэрозолями) химического вещества в поражающих концентрациях.

14. Максимальные масштабы заражения – площадь фактического и возможного заражения окружающей среды химическим веществом при максимальной глубине распространения облака за 4 ч, прошедших после аварии (после возникновения ЧС), при условии, что фактическое время испарения вещества при свободном разливе или в «поддон» («обваловании») больше 4 ч. Если время испарения химического вещества меньше 4 ч, то время, прошедшее после аварии, принимается равным фактическому значению времени испарения.

15. Вертикальная устойчивость воздуха – устойчивое, или стабильное, состояние приземного (минимально – до высоты 10 м) слоя воздуха (табл. П4, П5 приложение).

16. Инверсия – состояние приземного слоя воздуха, при котором нижние слои холоднее верхних слоев. Возникает при ясной погоде и скорости ветра менее 4 м/с примерно за 1 ч до захода Солнца и разрушается по истечении ночи примерно за 1 ч после восхода Солнца. Инверсия неблагоприятна для рассеивания облака химических веществ, так как высокие концентрации АХОВ, ОВ и СДЯВ сохраняются в приземном слое.

17. Конвекция возникает при ясной погоде и скорости ветра меньше 4 м/с примерно через 2 ч после восхода Солнца и разрушается примерно за 2–2,5 ч до его захода. Обычно наблюдается летом. Это неустойчивое состояние атмосферы, при котором нижние слои нагреты сильнее верхних, что способствует перемешиванию слоев воздуха, быстрому рассеиванию химически зараженных облаков и уменьшению поражающих концентраций или токсодоз химических веществ.

18. Изотермия – безразличное, или равновесное, состояние атмосферы, при котором наблюдается стабильное температурное равновесие воздуха по высоте. Возникает в пасмурную погоду и при снежном покрове, а также как переходное состояние между инверсией и конвекцией. Характерна при скоростях ветра более 4 м/с.

19. Возможные потери людей в очаге химического поражения – количество пострадавших людей: с летальным исходом; тяжелой, средней и легкой степенями поражения; суммарно общие потери.

Исходные данные для расчета

 

1. Общее количество всех АХОВ, ОВ, СДЯВ (табл. П6 приложения) на ХОО и данные о их размещении в емкостях, трубопроводах и др.

2. Общее количество выброшенного или разлившегося химического вещества (Q ₀, т) принимается по количеству максимальной по объему емкости (складской, технологической). Для сейсмоопасных районов принимается весь запас во всех емкостях.

3. Характер разлива на подстилающую поверхность: «свободно» (см. табл. П6), «в поддон» или «обвалование».

4. Высота обвалования (глубина поддона) складских емкостей (H, м). Как правило, H = 1 м.

5. Толщина слоя разлившегося химического вещества (h, м):

– при свободном разливе – 0,05 м;

– при разливе из емкости с самостоятельным обвалованием или поддоном – 0,05 м;

– при разливе из группы емкостей в общий поддон или обваловании

h = Q ₀ / Fd,

где F – площадь общего поддона (обвалования), м²; d – плотность разлившейся жидкости, т/м³.

6. Метеорологические условия – самые неблагоприятные для ликвидации последствий аварии:

– инверсия;

– скорость ветра V ≤ 1 м/с;

– азимут ветра, a (град), направление ветра;

– температура воздуха – наибольшая для данного времени года, зависит от географической широты и долготы места аварии.

7. Наименование и плотность газообразного и (или) жидкого разлившегося химического вещества.

Таблица 2. Варианты заданий.

Вариант	Масса аммиака (или хлора) Q 0, т	Условия разлива	Температура воздуха t, °С	Расстояние до жилых домов Х, км	Обеспечен-ность СИЗ, %	Количество людей, находящихся
Свободно, h =0,05м	В обвалование, h =0,8м		на открытой местности	в зданиях
	0,5	0,05	–	+20	0,5
	1,0	0,05	–	+40	0,5
	2,0	0,05	–	+20	1,0
	2,5	0,05	–	+20	1,0

 

	170,0	0,05	–	+20	6,0
	70,0	–	0,8	+20	1,7
	75,0	–	0,8	+40	2,0

 

	80,0	–	0,8	+20	3,5
	85,0	–	0,8	+40	4,0
	90,0	–	0,8	+40	5,0
	10,0	0,05	-	+40	1,0

Пример расчета

«Оценка химической обстановки при возникновении чрезвычайной ситуации, связанной с аварией при перевозке хлора в баллонах по железной дороге».

Вариант № 33

Цель: оценить максимальные масштабы заражения при разрушении баллонов, содержащих 10 т хлора.

Метеоусловия: авария произошла при самых неблагоприятных для ее ликвидации условиях: ночь, инверсия, скорость ветра V = 1 м/с, азимут α = 270 °, ветер западный, температура воздуха +40 °С.

Расстояние до ближайших домов железнодорожной станции Х = 1 км.

Условия разлива АХОВ – хлора: «свободно» на подстилающую поверхность; h = 0,05 м.

Обеспеченность населения противогазами: ω _i = 50 %.

Количество людей, находящихся:

– на открытой местности N ₁ = 1000 чел.;

– в зданиях N ₂ = 500 чел.

Требуется: провести оценку химической обстановки.

Решение

1. Максимальное количество возможного выброса хлора Q ₀ = 10 т.

2. Расчет эквивалентного количества хлора по первичному облаку [cм. формулу (3)]:

Q _э1 = К ₁ К ₃ К ₅ К ₇ Q ₀,

где К ₁ = 0,18; К ₃ = 1,0; К ₅ = 1,0; К ₇ = 1,4 (см. табл. П7, П8 приложения),

Q _э1 = 0,18 × 1,0 × 1,0 × 1,4 × 10 = 2,52 т.

3. Расчет времени испарения хлора [cм. формулу (4)]:

T = h d / (K ₂ K ₄ K ₇),

где h = 0,05 м (по условию); d = 1,553 т/м³; К ₂ = 0,052; К ₄ =1,0; К ₇ = 1,0 (см. табл. П3, П7, П9 приложения),

Т = 0,05 × 1,553 / (0,052 × 1,0 × 1,0) = 1,49 ч.

4. Расчет эквивалентного количества хлора по вторичному облаку [cм. формулу (5)]:

Q _э2 = (1 – К ₁) К ₂ К ₃ К ₄ К ₅ К ₆ К ₇ Q ₀/(h d),

где К ₁ = 0,18; К ₂ = 0,052; К ₃ =1,0; К ₄ = 1,0; К ₅ = 1,0.

По формуле (6) рассчитаем: К ₆ = В^0,8; В = Т, так как Т < 4, следовательно В = 1,49 ч; К ₆ = 1,49^0,8 = 1,4 (см. табл. П6 приложения); К₇ = 1,0. Отсюда

Q _э2 = 0,82 × 0,052 × 1,0 × 1,0 × 1,0 × 1,4 × 1,0 × 10 / (0,05 × 1,553) = 7,69 т.

5. Определение глубины зоны заражения:

а) первичным облаком:

Q _э1 = 2,52 т.

По данным табл. П10 приложения вычисляем:

– если Q = 3 т, то Г = 9,18 км;

– если Q = 1 т, то Г = 4,75 км;

Г₁ = 4,75 + (9,18 – 4,75) (2,52 – 1,0) / (3 – 1) = 4,75 + 3,37 = 8,12 км;

б) вторичным облаком:

Q _э2 = 7,69 т.

По данным табл. П10 приложения вычисляем:

– если Q = 10 т, то Г = 19,20 км;

– если Q = 5 т, то Г = 12,53 км;

Г₂ = 12,53 + (19,20 – 12,53) (7,69 – 5) /(10 – 5) = 12,53 + 3,59 = 16,12 км.

Результаты расчета количества первичного и вторичного эквивалентных облаков и времени подхода зараженного хлором облака на заданное расстояние 1 км приведены в табл. 3.

6. Расчет полной глубины зоны заражения [cм. формулу (7)]:

Г_пол = Г¹ + 0,5 Г¹¹,

где Г¹ – наибольший, а Г¹¹ – наименьший из размеров Г₁ и Г₂:

Г¹ =16,12 км; Г¹¹ = 8,12 км;

Г_пол = 16,12 + 0,5 × 8,12 = 16,12 + 4,06 = 20,18 км.

 

 

Таблица 3

 

Результаты расчета количества первичного и вторичного
эквивалентных облаков и времени подхода зараженного хлором облака
на заданное расстояние 1 км

 

Наименование объекта (района аварии)	Наименование АХОВ	Количество выброшенного хлора, т	Время, ч
Q 0	Q э1	Q э2	испаре- ния хлора T	от момента аварии В	подхода к объекту ОЗВ t
Баллоны железнодорожного состава, станция	Хлор	10,0	2,52	7,69	1,5	1,5	0,2

 

7. Расчет предельно возможной глубины переноса воздушных масс [cм. формулу (8)]:

Г_пр = В v,

где В = 1,49 ч (по расчету); v = 5 км/ч (см. табл. П11 приложения),

Г_пр = 1,49 × 5 = 7,5 км.

8. Определение окончательной расчетной глубины зоны заражения (разд. 4, п. 8):

Г_пол = 20,18 км; Г_пр = 7,5 км; так как Г_пр < Г_пол, то Г = Г_пр; Г = 7,5 км.

9. Определение времени перемещения облака зараженного воздуха на расстояние Х = 1 км от места аварии с разливом хлора [cм. формулу (9)]:

t = X / v;

t = 1 / 5 = 0,2 ч = 12 мин.

10. Определение площади заражения:

а) возможного [cм. формулу (10)]:

S _в = 8,72 × 10^–3Г²φ;

так как V = 1 м/с, то φ = 180 ° (разд. 4, табл. 1):

S _в = 8,72 × 10^–3 × 7,5² × 180 = 88,29 км²;

б) фактического [cм. формулу (11)]:

S _ф = К _в Г² В^0,2;

К _в = 0,081 (см. табл. П8 приложения);

В^0,2 = 1,5^0,2 = 1,05 (см. табл. П6 приложения);

S _ф = 0,081 × 7,5² × 1,05 = 4,78 км².

11. Построение схемы зоны возможного заражения и ориентировочно, при условии неизменного направления ветра, зоны фактического заражения:

 

 

12. Расчет возможного количества и структуры потерь (см. табл. П13, П14 приложения).

Общие потери при обеспеченности производственного персонала и населения, оказавшегося в очаге химического поражения, средствами защиты на 60 %:

– на открытой местности возможные потери составляют 100 – 60 = = 40 %, т. е.

N _1пор = 1000 × 40/100 = 400 чел.;

– в простейших укрытиях (зданиях)

N _2пор = 500 × 22/100 = 110 чел.;

– общее число пораженных

N _пор = 400 + 110 = 510 чел.

Возможная структура поражений – см. табл. П14 приложения.

Учитывая, что отношение площади зоны возможного заражения к площади зоны фактического заражения составляет S _в / S _ф = 88,3/4,78 = = 18,5 раз, и допуская, что население на данной территории возможного заражения распределено равномерно, ориентировочно фактическое число потерь и структура поражений составят

N _пор = 510/18,5 = 28 чел.;

из них:

– с летальным исходом – 179/18,5 = 10 чел.;

– со средней и тяжелой степенями поражения – 204/18,5 = 11чел.;

– с легкой степенью поражения – 127/18,5 = 7 чел.

Результаты расчета глубины и площади зон возможного и фактического заражения, количество и структура потерь приведены в табл. 4.

 

 

Таблица 4

 

Результаты расчета глубины и площади зон возможного
и фактического заражения, количество и структура потерь

 

Глубина зоны заражения облаком, км	Площадь зон возмож- ного S в (фактиче-ского) S ф заражения, км2	Структура и число пораженных, ориентировочно: возможно (фактически), чел.
первич-ным Г1	вторичным Г2	полная Гпол	пре-дель-ная Гпр	рас-чет-ная Г	Легкой степени	Средней и тяжелой степеней	С ле- таль- ным исхо- дом	Общее число
8,12	16,12	20,18	7,5	7,5	88,29(4,78)	127(7)	204(11)	179(10)	510(28)

 

13. Данные расчетов по оценке химической обстановки – см. П15, П16 приложения.

14. Выводы: результаты расчета показали, что 0,2 ч достаточно для своевременного оповещения людей о происшедшей аварии и эвакуации или снабжения их противогазами. При заданной обеспеченности СИЗ люди защищены недостаточно.

Рекомендации:

– персонал объекта должен быть обеспечен СИЗ на 100 %;

– на железнодорожной станции (в населенном пункте) с заданным количеством людей (1500 чел.) необходимо выстроить инженерные защитные сооружения (убежища) – см. табл. П12 приложения.

Приложение

 

Таблица П1

 

Предельно-допустимые концентрации (ПДК) в воздухе
некоторых АХОВ и ОВ

 

№ пп	Наименование химического вещества	Химическая формула	Класс опасности вещества	ПДК в воздухе, мг/м3
рабочей зоны ПДКр.з	населенных пунктов
разовая	среднесуточная ПДКс.с
	Азотная кислота	HNO3		5,0	0,40	0,15
	Аммиак	NH3		20,0	0,2	0,04
	Ацетонитрил	CH3CN		10,0	–	0,002
	Ацетонциангидрин	(CH3)2C(OH)CN		0,9	–	0,001
	Водород хлористый	HCl		5,0	0,2	0,01
	Водород фтористый	HF		0,5	0,02	0,005
	Водород цианистый	HCN		0,3	–	0,01
	Диметиламин	(CH3)2NH		1,0	0,005	0,005
	Метиламин	CH3NH2		1,0	–	–
	Метил бромистый (бромметан)	CH3Br		1,0	–	–
	Метил хлористый (хлорметан)	CH3Cl		20,0	–	–
	Нитрил акриловой кислоты (акрилонитрил)	CH2 = CH–CN		0,5	–	0,03
	Окись этилена	(CH2)2O		10,0	0,3	0,3
	Сернистый ангидрид	SO2		10,0	0,5	0,05
	Сероводород	H2S		10,0	0,008	0,008
	Сероуглерод	CS2		1,0	0,03	0,005
	Соляная кислота концентрированная	HCl(aq)		5,0	0,2	0,2
	Формальдегид	H2CO		0,5	0,035	0,003
	Фосген	COCl2		0,5	–	–
	Хлор	Cl2		1,0	0,1	0,03

 

№ пп	Наименование химического вещества	Химическая формула	Класс опасности вещества	ПДК в воздухе, мг/м3
рабочей зоны ПДКр.з	населенных пунктов
разо- вая	среднесуточная ПДКс.с
	Хлорпикрин	C(Cl3)NO2		0,7	0,007	0,007
	Угарный газ	CO		20,0	5,0	3,0
	Метиловый спирт	CH3OH		5,0	1,0	0,5
	Бензин (растворитель, топливный)	C8H18			5,0	1,5
	Хлора двуокись	ClO2		0,1	–	–
	Оксиды азота (NOx) в пересчете на NO2	N2O, NO, N2O3, N2O5		5,0	0,40	0,06
	Диоксид азота	NO2		2,0	0,085	0,04

Таблица П2

 

Введение

 

Химической обстановкой называют совокупность последствий химического заражения местности.

Химические вещества обладают различными физическими, химическими и токсикологическими свойствами. В зависимости от их поражающего действия выделяют боевые отравляющие вещества (БОВ), сильнодействующие ядовитые вещества (СДЯВ) и аварийно-химически опасные вещества (АХОВ). Наиболее опасны, даже при непродолжительном ингаляционном воздействии, газообразные отравляющие вещества (ОВ) и АХОВ, способные образовать очаг массового поражения. Перечень химически опасных веществ из 107 наименований (СДЯВ) перенасыщен веществами, опасными при их внутреннем потреблении, поэтому в настоящее время утвержден список из 23 наименований СДЯВ, наиболее опасных при вдыхании (перечень АХОВ).

Легколетучие жидкости, например метанол, не входящие в перечень АХОВ и представляющие собой вещества из списка СДЯВ, широко применяемые на производствах, также могут создавать аварийные ситуации при розливе. Поэтому совокупность последствий химического заражения местности ОВ, АХОВ или СДЯВ будем называть химической обстановкой.

Оценка химической обстановки производится методом прогнозирования и по данным разведки (на основе фактических измерений).

Исходными данными для оценки химической обстановки являются:

– тип и количество АХОВ, СДЯВ;

– средства применения химического оружия и тип ОВ;

– район и время выброса (разлива) ядовитых химических веществ;

– степень защищенности людей;

– топографические условия местности и характер застройки на пути распространения зараженного воздуха;

– метеоусловия (скорость и направление ветра в приземном слое, температура воздуха и почвы, степень вертикальной устойчивости воздуха).

Под оценкой химической обстановки понимают:

– определение масштабов и характера химического заражения;

– анализ их влияния на деятельность хозяйствующих объектов, сил ГО и населения;

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

В данной работе на примере аварии на химически опасном объекте с выбросом в окружающую среду аммиака прогнозируется масштаб заражения. Приведены расчетные формулы, справочные таблицы, необходимые пояснения и варианты заданий для выполнения расчетно-графических работ студентами дневного и заочного отделений всех специальностей, а также для дипломного проектирования.

Методика прогнозирования и оценки химической обстановки при выбросах в окружающую среду хлора, аммиака и других опасных химических веществ разработана на базе действующих в органах управления ГО и ЧС документов: Методики прогнозирования масштабов заражения веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах (РД 52.04.253–90), Методического пособия по прогнозированию и оценке химической обстановки в чрезвычайных ситуациях (ВНИИ ГОЧС. М., 1993).

Настоящие методические указания предназначены для решения задач прогнозирования масштабов заражения химическими веществами и могут использоваться для обучения студентов по специальностям «Безопасность жизнедеятельности» (разд. «Охрана труда на производстве», цикл ГО и ЧС), «Общая и специальная экология», «Химия окружающей среды», «Экологический мониторинг».

 

Общие положения

 

Методические указания позволяют решать следующие задачи:

– рассчитывать глубину и площадь зоны возможного заражения;

– рассчитывать время подхода облака зараженного воздуха к производственным участкам, жилым кварталам, населенным пунктам, находящимся на определенном расстоянии от места аварии;

– определять продолжительность действия источника заражения;

– производить ориентировочную оценку количества пораженных и их структуру среди производственного персонала объекта, на котором произошла авария, и населения, оказавшегося в очаге поражения.

Масштабы заражения ОВ, АХОВ и СДЯВ рассчитываются:

– для сжиженных газов – отдельно по первичному и вторичному облакам;

– для сжатых газов – только по первичному облаку;

– для СДЯВ, кипящих выше температуры окружающей среды, – только по вторичному облаку.

Прогнозирование масштабов заражения подразделяется на заблаговременное (расчетное моделирование аварии) и фактическое (уточнение непосредственно после аварии по фактическим данным). Сравнивая результаты вычислений, уточняют эмпирические зависимости.

При прогнозировании необходимо задавать следующие исходные для расчета данные:

– общее количество химических веществ (ОВ, АХОВ, СДЯВ) на объекте; данные по размещению их запасов в емкостях и технологических трубопроводах;

– характер выброса химических веществ в окружающую среду: «свободно» (на подстилающую поверхность), в «поддон» (или «обвалование»);

– высоту (H, м) «обвалования» (глубину поддона) складских ем-костей;

– количество выброшенных (разлившихся) химических веществ;

– метеорологические условия: температуру окружающей среды (воздуха); скорость ветра на высоте флюгера (10 м от земной поверхности); степень вертикальной устойчивости тропосферы (инверсию, изотермию, конвекцию).

За величину выброса химического вещества принимают количество (Q ₀, т), т. е. его содержание в максимальной по объему единичной емкости (технологической, складской, транспортной), а для сейсмических районов – общий запас химических веществ.

Самые неблагоприятные условия для ликвидации ЧС наступают при инверсии и скорости ветра (V, м/с) около 1 м/с.

Внешние границы заражения рассчитывают по пороговой токсодозе АХОВ, СДЯВ или ОВ при ингаляционном воздействии на организм человека.

 

 

Принятые допущения:

– полное разрушение емкостей при аварии; количество веществ, поступивших в окружающую среду, равно количеству веществ, хранящихся в разрушенной емкости (Q ₀, т);

– толщина (h, м) слоя химического вещества при свободном разливе на подстилающую поверхность принимается 0,05 м по всей площади разлива;

– толщина (h, м) слоя химического вещества при разливе в «поддон» (или «обвалование») из отдельно обвалованной емкости определяется соотношением

h = H – 0,2; (1)

– толщина (h, м) слоя химического вещества при разливе в «поддон» или «обвалование» из емкостей, расположенных группой в общем «поддоне» или «обваловании» определяется по формуле

h = Q ₀ / F d, (2)

где Q ₀ – количество выброшенного (разлившегося) при аварии химического вещества, т; F – площадь разлива в «поддон» («обвалование»), м²; d – плотность АХОВ, СДЯВ, ОВ, т/м³;

– предельное время пребывания людей в зоне заражения и сохранения неизменными первоначальных метеорологических условий принимается равным 4 ч. Затем прогноз должен уточняться.

 

2. Термины и определения

1. АХОВ – аварийно-химически опасные вещества.

2. ОВ – отравляющие вещества; БОВ – боевые отравляющие вещества.

3. СДЯВ – сильнодействующие ядовитые вещества. В список СДЯВ включены 107 химических веществ, в том числе 34 наименования АХОВ, из них в промышленности России наиболее часто применяется 21 наименование АХОВ.

Все химические вещества при попадании в окружающую среду оказывают токсичное поражающее действие на человека – перорально, через кожу или ингаляционным путем. Особо опасны при отравлении ингаляционным путем АХОВ и ОВ (табл. П1, П2, П3 приложения).

4. ХОО – химически опасный объект экономики (например, предприятие, железнодорожная станция или средства транспортировки и хранения химических веществ), при разрушении которого могут произойти массовые поражения людей, животных, растений и других объектов окружающей среды.

5. Зона заражения АХОВ (ОВ, СДЯВ) – территория, зараженная химическим веществом в опасной для жизни людей (поражающей) концентрации.

6. Прогнозирование масштабов заражения АХОВ (ОВ, СДЯВ) – определение глубины (радиуса) и площади зоны заражения.

7. Пороговая токсодоза – порог вредного (однократного или хронического) действия, т. е. минимальная концентрация вещества, вызывающая изменение биологических показателей на организменном уровне, выходящем за пределы приспособительных реакций организма. При ингаляционном воздействии химических веществ это концентрация АХОВ, ОВ, СДЯВ в воздухе, вызывающая начальные симптомы поражения (поражающая концентрация).

8. Первичное облако – часть содержимого емкости со сжиженным газом или легкокипящим химическим веществом, которое мгновенно (1–3 мин) при разрушении емкости образует газы (пары) в воздухе.

9. Вторичное облако – количество газообразных химических веществ, образующихся при испарении разлитых или рассыпанных жидких или твердых веществ с подстилающей поверхности.

10. Эквивалентное количество химического вещества – это такое количество хлора в газообразном состоянии, масштаб заражения которым эквивалентен воздействию данного АХОВ, ОВ, СДЯВ при данной температуре воздуха, степени вертикальной устойчивости атмосферы, скорости и направлении ветра.

11. Коэффициент эквивалентности хлора – отношение массы данного химического вещества к массе хлора при равных масштабах заражения.

12. Площадь зоны возможного заражения – площадь территории, в пределах которой может перемещаться облако химического вещества при изменении начальных метеорологических условий.

13. Площадь зоны фактического заражения – площадь территории, в пределах которой приземный слой воздуха заражен газами (парами, аэрозолями) химического вещества в поражающих концентрациях.

14. Максимальные масштабы заражения – площадь фактического и возможного заражения окружающей среды химическим веществом при максимальной глубине распространения облака за 4 ч, прошедших после аварии (после возникновения ЧС), при условии, что фактическое время испарения вещества при свободном разливе или в «поддон» («обваловании») больше 4 ч. Если время испарения химического вещества меньше 4 ч, то время, прошедшее после аварии, принимается равным фактическому значению времени испарения.