Чрезвычайные ситуации, вызванные выбросом токсических веществ

Для оценки последствий аварий, сопровождающихся выбро­сом токсических веществ, используется несколько методик (ме­тодика ГО, методика НТЦ «Промышленная безопасность Госгор-технадзора России ТОКСИ» и т.д.).

Методика РД52 —04 предназначена для решения задач ГО, поскольку она позволяет определить только границы зоны поро­гового поражения. Методика ТОКСИ позволяет определить про­странственно-временное поле концентраций опасного химического вещества (ОХВ), размеры зон химического заражения, соответ­ствующих различной степени поражения людей, определяемой по ингаляционной токсидозе. Методика ТОКСИ рекомендуется для использования при разработке декларации безопасности ОПО, при разработке планов по защите персонала и населения и т. п. '

Методика РД52 —40 и ТОКСИ ниже будут рассмотрены от­дельно.

Методика РД52 —40. При прогнозировании последствий хими­ческих аварий применяются следующие допущения:

емкости, содержащие ОХВ, разрушаются полностью;

толщина слоя ОХВ, разлившегося свободно по подстилаю­щей поверхности, принимается равной 0, 05 м по всей площади разлива;

при проливе ОХВ из емкостей, имеющих самостоятельный под­дон (обваловку), толщина слоя жидкости принимается равной h = Н- 0, 2 м, где Я— высота поддона (обваловки), 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 4 ч.

Исходными данными для прогнозирования являются:

общее количество ОХВ на опасном химическом объекте (ОХО) 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 скорость ветра равна 1 м/с, а состояние атмосферы — инверсия; пороговая текстура D_nop, мг ■ мин/л, при ингаляционном воздействии на организм человека.

Зона заражения характеризуется формой, глубиной заражения Г, км, и площадью фактического заражения F$, км².

Глубины зон заражения первичным Г_ь км, и вторичным Г₂, км, облаками определяется по табл. VI. 1 прил. VI в зависимости от скорости ветра w, м/с, и эквивалентного количества ОХВ 0_Э, т.

Полная глубина зоны заражения, км, определяется как

Г_зар = Г₁ + 0, 5Г₂, если Г, > Г₂

и Г_зар= Г₂ + 0, 5Г₁ если Г! < Г₂. (4.52)

Предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс, км, равно

Гпред=uτ (4.53)

где и — скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при заданной скорости ветра и степени вертикальной устойчиво­сти атмосферы, км/ч (табл. VI.2 прил. VI); т — время от начала аварии, ч. Степень вертикальной устойчивости атмосферы можно определить по табл. VI.3. прил. VI.

За истинную глубину зоны заражения принимается величина

Г = min{r_3ap, Г_пред} (4.54)

Площадь зоны заражения ОХВ

Sзар = kg ²Гτ ^0.2 (4.55)

где kg — коэффициент, учитывающий влияние степени верти­кальной устойчивости воздуха на ширину зоны заражения: для инверсии он равен 0, 081, изотермии — 0, 133, конвекции — 0, 235; т — время с момента начала аварии, ч.

В зависимости от скорости приземного ветра зоны заражения наносятся на карты в виде круга или сектора с угловыми размерами:

Скорость ветра, м/с........< 0, 5 0, 6...1 1, 1...2, 0 > 2

Угловые размеры, град.....360 180 90 45

В случае аварии на ОХО, расположенном на расстоянии R, км, от города и при условии, что Y> R, зона заражения охватывает как город, так и загородную зону.

Площадь зоны заражения ОХВ в городе, км², равна

 

Sгор =Sзар /π [π /2+ arcsin(2R-Г)/Г]S(2R-Г)/1.6Г²√ ГR-R²(4.56)

а в загородной зоне, км²:

S3.3=Sзар - Sгор(4.57)

Количественные характеристики выброса ОХВ для расчетов параметров зоны заражения определяются по его эквивалентно­му значению Q₃, под которым принимается такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии эквивалентен масштабу заражения при данном состоянии атмосферы количе­ством данного ОХВ, перешедшим в первичное (вторичное) об­лако.

Эквивалентное количество ОХВ по первичному облаку, кг, определяется по формуле

Qэ1= к_{к₃к₅к₇О₀, (4.58)

где к_х — коэффициент, зависящий от условий хранения ОХВ (табл. VI.4 прил. VI); к₃ — коэффициент, равный отношению пороговой токсидозы хлора к пороговой токсидозе рассматриваемого ОХВ (табл. VI.4 прил. VI); к₅ — коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы (1 — для инверсии, 0, 23 — для изотермии и 0, 08 — для конвекции); к₇ — коэффициент, учиты­вающий влияние температуры воздуха (табл. VI.4 прил. VI); Q₀ — количество разлившегося (выброшенного) ОХВ, кг.

Для сжиженных газов, не вошедших в табл. VI.4 прил. VI, зна­чение коэффициента к-, принимается равным 1, а значение £, определяется по соотношению

k1 = С_р ∆ T/L_исп, где С_р — удельная теплоемкость жидкого ОХВ, кДж/(кг • К); А Г— разность температур жидкого ОХВ до и после разрушения емко­сти, град; 1_исп — удельная теплота испарения, кДж/кг.Эквивалентное количество ОХВ по вторичному облаку, кг, определяется по формуле

Qэ2 =(1- k1) (k1k2k3k5k6k7Q0)/(hpж)(4.59)

где к₂ — коэффициент, зависящий от физико-химических свойств ОХВ (табл. VI.4 прил. VI); к₄ — коэффициент, учитывающий ско­рость ветра (табл. VI.5 прил. VI); к₆ — коэффициент, учитывающий время, прошедшее с начала аварии т, ч; р_ж — плотность жидкой фазы ОХВ, кг/м³ (табл. VI. 1 прил. VI); h — толщина слоя разлив­шегося жидкого ОХВ, м

 

τ _исп — время испарения ОХВ, ч, определяемое по формуле

τ исп = hpj(k₂k₄k₇). (4.60)

Коэффициенты к₂, к₄ и к₇ определяем по табл. VI.4 прил. VI, к₄ — по табл. VI.5, прил. VI.

Если т_исп < 1 ч, К_в принимается для 1 ч.

Основными факторами, влияющими на количество поражен­ных среди персонала и населения, оказавшихся в зоне зараже­ния, являются:

различие в характере воздействия на население первичного и вторичного облаков ОХВ;

количество населения, оказавшегося в зоне возможного зара­жения;

степень защищенности населения, попавшего в зону зараже­ния, от воздействия опасных концентраций ОХВ.

Различия в воздействии первичного и вторичного облаков на человека заключается в том, что первичное облако имеет более высокую концентрацию паров ОХВ, но воздействует кратковре­менно, а вторичное облако, имея более низкую концентрацию паров ОХВ, воздействует на человека в зоне заражения более дли­тельное время.

Принимаем, что население, как в городе, так и в загородной зоне, распределено по территории равномерно.

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

N=P_ropS_rop+P₃₃S₃,, (4.61)

где Р_гор и Р₃.з — плотность населения соответственно в городе и загородной зоне, чел./км²; S_Top и 5₃.з — площади территории в городе и загородной зоне, приземный слой воздуха которых под­вергся заражению, км².

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;

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 эвакуация);

степень защищенности населения при использовании опреде­ленного способа защиты.

С учетом перечисленных исходных данных оценка последствий химической аварии (ожидаемого ущерба) Р_пор может быть пред­ставлена следующим образом:

р_nop - N_nop/N = Σ q1/( 1 - kзашl), (4-62)

где N_nop — количество пораженного населения, чел.; N — общее количество населения, чел.; q_t — доля населения, защищаемая от ОХВ /-м способом; k_3ami — коэффициент защиты (укрытия /-го типа).

В случае образования первичного и вторичного облаков снача­ла рассчитывают количество пораженных от первичного облака

(Nнор1)

Расчет количества человек, пораженных ОХВ вторичного обла­ка, производится путем вычитания числа пораженных от первич­ного облака из общего количества, населения, попавшего в зону заражения.

В табл. VI.6, VI.7 и VI.8. прил. VI приведены коэффициенты защищенности населения с учетом времени его пребывания от­крыто на местности, в жилых и производственных зданиях и т.п.

Структура характерных поражений населения после примене­ния ОХВ, %:

Степень поражения

тяжелая, средняя........................................................................ 15

легкая...........................................................................................20

пороговая.....................................................................................55

Смертельный исход........................................................................... Ю

Для определения пространственного распределения населения с разной степенью поражения можно в первом приближении при­нять, что глубина зоны смертельного поражения равна 0, ЗГ, глу­бина зоны тяжелого и среднего поражения равна 0, 5Г, глубина зоны легкого поражения равна 0, 7Г.

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

τ подх =x/u

где х — расстояние от источника заражения до заданного объекта, км; и — скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха, км/ч (определяется по табл. VI.2 прил. VI).

Методика ТОКСИ. Методика предназначена для количествен­ной оценки последствий химических аварий на промышленном объекте с выбросом ОХВ в атмосферу.

При разработке методики приняты следующие допущения:

газообразное ОХВ считается идеальным газом, свойства кото­рого не зависят от температуры;

жидкое ОХВ считается несжимаемой жидкостью, свойства ко­торой не зависят от температуры;

истечение ОХВ и его испарение происходят с постоянной ско­ростью;

в образовавшемся сразу после выброса облаке находится толь­ко ОХВ без подмешанного воздуха;

разлив жидкой фазы происходит по твердой, не впитывающей поверхности с высотой разлившегося слоя 0, 05 м;

при расчете рассеяния ОХВ в атмосфере используется гауссова модель диффузии пассивной примеси, осаждение ОХВ на подсти­лающую поверхность и его химические превращения не учитыва­ются;

метеоусловия остаются неизменными в течение времени экс­позиции, а характеристики атмосферы — постоянны по высоте.

В зависимости от агрегатного состояния опасного химического вещества в оборудовании и характера разрушения оборудования методика позволяет провести расчеты для следующих сценариев аварии.

Сценарий 1. Полное разрушение оборудования, содержащего ОХВ в газообразном состоянии;

Сценарий 2. Нарушение герметичности (частичное разрушение) оборудования, содержащего ОХВ в газообразном состоянии;

Сценарий 3. Полное разрушение оборудования, содержащего ОХВ в жидком состоянии;

Сценарий 4. Нарушение герметичности (частичное разрушение) оборудования, содержащего ОХВ в жидком состоянии.

Сценарии 1 и 3 применимы только к емкостному оборудова­нию, сценарии 2 и 4 — как к емкостному оборудованию, так и к трубопроводам.

При заблаговременном прогнозировании последствий хими­ческой аварии в качестве исходных данных рекомендуется прини­мать:

сценарии с полным разрушением емкости, содержащей ОХВ в максимальном количестве;

сценарий «гильотинного» разрыва трубопровода с максималь­ным расходом при максимальной продолжительности выброса;

метеорологические условия: класс устойчивости атмосферы — инверсия, скорость ветра — 1 м/с.

Исходными данными для расчета являются:

физико-химические и токсикологические характеристики ОХВ;

количество и технологические параметры ОХВ;

параметры оборудования, в котором обращается ОХВ;

вероятный сценарий выброса ОХВ в атмосферу;

топографические характеристики территории вблизи аварий­ного объекта;

метеоусловия на момент аварии;

время экспозиции.

Определение количественных характеристик выброса. Сцена­рий 1. Масса ОХВ, образующая первичное облако Q_h кг, для всех сценариев (I⁺ — номер сценария) равна

где R — универсальная газовая постоянная, 8, 31 Дж/(моль-К). Плотность ОХВ в первичном облаке pf^bl6, кг/м³, равна

Р^выб1= (P0/P1)^1/k, (4.64)

где р1 = Q1V_x — плотность ОХВ в оборудовании, кг/м³; Р₀ — дав­ление в окружающей среде, принимаемое равным 100000 Па; к — показатель адиабаты газа.

Размер первичного облака в начальный момент времени R_u м, равен

R1 = ³√ 3Q/(4π рГ^выб1). (4.65)

Сценарий 2. Первичное облако не образуется, т.е. Q₂ = 0. Расход ОХВ во вторичное облако, образующееся при истечении газообразного ОХВ из разрушенного оборудования q^, кг/с, равен

q^г.и2 = 0, 85min{√ 2[k/(к - 1)]Р₂р₂[(Р0/Р2)^2/к(Ро/Р2)^(к+1)/к], (4-66)

√ Р₂р₂к[2/(к + 1)^к+1к-1},

где S — площадь отверстий разгерметизации, м²; min — мини­мальное из всех значений, например, 3 = min(3, 6).

Продолжительность истечения газообразного ОХВ из разрушен­ного оборудования τ ₂^г.и, с, равна

τ ₂^г.и = min[Q + Q_Tp)/q ^гиr₂ τ _оТс + QTP / q₂^г.и, τ _ликв], (4.67)

если известна масса ОХВ в оборудовании Q, и

τ ₂^г.и = in[(m/R)V₂P₂/(T₂q₂^г.и )+ Q_Tp/ q₂^г.и

τ отc + Qrp/q₂^г.и, τ ликв], (4.67а)

если известны объем оборудования V₂, м³, давление Р₂, Па, и температура Т₂, К, в оборудовании.

Здесь QТP — общая масса ОХВ в отсекаемом участке аварийного трубопровода, кг; τ _отс — время отсечения аварийного участка тру­бопровода, с; τ _ликв — время ликвидации отверстий разгерметиза­ции, с.

Начальный размер вторичного облака ОХВ, образующегося при истечении из разрушенного трубопровода, м, равен

R₂^г.и =√ q₂^г.и /(π p₂^г.иω _в) (4.68)

где vv_B — скорость ветра на высоте 10 м; р₂^ги — плотность газообраз­ного ОХВ во вторичном облаке в начальный момент времени опре­деляется по формуле (4.64) для условия сценария 2; р₂ = (μ /R)(Р2/Т₂) — плотность газообразного ОХВ в оборудовании, кг/м³.

Сценарий 3. Масса ОХВ, образующая первичное облако Q₃, кг, складывается из массы ОХВ, переходящей в первичное облако при мгновенном вскипании перегретого ОХВ Q₃^г.и; массы ОХВ, пе­реходящей в первичное облако в виде аэрозоля Q₃^ж; массы ОХВ, переходящей в первичное облако при кипении пролива Q₃^и, и мас­сы газообразного ОХВ в оборудовании Q^г, т.е.

Qз = Q₃^г+ Q₃^ж + Q₃^и + Q^г(4-69)

Если величина Q ^r заранее неизвестна, то ее можно определить по формуле

Q ^r = а(μ /R)(V₃РзTз), (4.70)

где а — объемная доля оборудования, заполненная газовой фазой.

Q₃^г = Q^ж {1-ехр[С_Р(Т₃ - Т_шп + |Т₃- Tкип|)/2∆ Hкип]} (4.71)

∆ Hкип— скрытая теплота кипения.

Qз^ж = min(Q₃^r, Q^Ж - Q₃^г), (4-72)

 

Q₃^и= min[(Т п -Т кип + |Т n -Т кип|)]/∆ H кип),

(4-73)

√ [(λ пС_пРп)/π ]Fконт²/F√ τ кип Q^ж Q₃^г Q₃^ж]

где Т_п — температура подстилающей поверхности; Х_п — теплопро­водность подстилающей поверхности; С_п — теплоемкость подсти­лающей поверхности; р_п — плотность подстилающей поверхности. Теплофизические характеристики основных типов подстилающих поверхностей приведены в табл. VI.9 прил. VI.

Площадь контакта с твердой поверхностью F_K0Hr включает в себя как подстилающую, так и боковую поверхность обваловки; при проливе на грунт F_mm = F. Площадь поверхности разлива Fприни­мается равной площади обваловки, а при разлитии на грунт опре­деляется по формуле

F= (Q^Ж - Q₃^и - Q₃^ж)/(0, 05_Рж). (4.74)

Продолжительность поступления ОХВ в первичное облако при интенсивном кипении жидкого ОХВ за счет подвода теплоты от подстилающей поверхности, с, равна

√ τ кип = min[(Т п -Т кип + |Т n -Т кип|)]/∆ H кип) √ [(λ пС_пРп)/π ] 1/√ μ 10^-6(5, 83 + 4, lw_B)P_Hac Fконт / F

√ 2F ^{0 , 5}/w_B] (4.75)

где Р_нас — давление насыщенного пара, мм рт. ст., определяется по формуле:

Р_нас = 760ехр[∆ H _кипμ (T ^-1 _кип - T ^-1 _возд)/R]. (4.76)

Расход ОХВ во вторичное облако, образующееся при испаре­нии ОХВ из пролива, кг/с, равен

q₃^и =F√ μ 10^-6(5, 83 + 4, lw_B)P_Hас (4.77)

Продолжительность поступления ОХВ во вторичное облако, с, равна

τ ₃^и = (Q-Q₃) q₃^и. (4.78)

Плотность ОХВ в первичном облаке в начальный момент вре­мени, кг/м³, определяется по формуле

Радиус первичного облака определяем по формуле (4.65), за­меняя нижний индекс 1 на 3.

Определение высоты источника выброса. Высота источника вы­броса И, м, принимается при наличии обваловки, равной высоте последней, в остальных случаях h = 0.

Определение полей концентрации ОХВ. Величина дисперсии в зависимости от расстояния х определяется по формулам:

σ _х = C₃x√ 1 + 0, 0001x; (4.80)

где Zo — коэффициент, характеризующий шероховатость подсти­лающей поверхности (табл. VI. 10 прил. VI).

Значения коэффициентов А_и А₂, В_х, В₂, Q, C₂, D_b D₂ приведе­ны в табл. VI. 11 и VI. 12 прил. VI. Значения коэффициентов А_ь А₂, В_ь В₂, С₃, зависят от класса устойчивости атмосферы (табл. VI. 13 прил. VI), зависящего от скорости ветра и интенсивности теплого потока у поверхности земли.

Предельные значения g_z равны 640 — для конвекции, 400 — для изотермии и 220 — для инверсии. Если результаты расчета по формуле (4.82) дают большие значения g_z, то следует использо­вать приведенные предельные значения.

Концентрация ОХВ при прохождении первичного облака (для всех сценариев)

С(х, у, z, т) = G₃(x, у, z, τ )Qi/[2, 67π R³i + {2n)^3/2σ _xσ _yσ _z], (4.83)

 

Концентрация ОХВ при прохождении вторичного облака, обра­зующегося при истечении газообразного ОХВ из разрушенного оборудования, при наличии пролива

где τ j^г — длительность истечения газообразного ОХВ из разрушен­ного оборудования при наличии пролива, с;

Концентрация ОХВ при прохождении вторичного облака, обра­зующегося при истечении газообразного ОХВ из разрушенного оборудования в отсутствие пролива:

где τ j^ги — длительность истечения газообразного ОХВ из разрушен­ного оборудования в отсутствие пролива, с; qj^ги — расход ОХВ во вторичном облаке, образующемся при испарении ОХВ из обору­дования в j-м сценарии.

Концентрация ОХВ при прохождении вторичного облака, обра­зующегося при испарении ОХВ из пролива:

и т

где τ j^и— длительность испарения ОХВ из пролива в j-м сценарии, с; qj^и— расход ОХВ во вторичном облаке, образующемся при испа­рении ОХВ из пролива в j-м сценарии, кг/с.

Концентрация ОХВ при прохождении вторичного облака, обра­зующегося при истечении жидкого ОХВ из разрушенного обору­дования

где τ j^и; — длительность истечения жидкого ОХВ из разрушенного оборудования в j-м сценарии, с; qj^и — расход ОХВ во вторичном облаке, образующемся при истечении жидкого ОХВ из разрушен­ного оборудования в j-м сценарии, кг/с.

Определение полей токсидозы ОХВ. Составляющая токсидозы при прохождении первичного облака (для всех сценариев)

Составляющая токсидозы при прохождении вторичного обла­ка, образующегося при истечении газообразного ОХВ из разру­шенного оборудования

Составляющая токсидозы при прохождении вторичного обла­ка, образующегося при испарения ОХВ из пролива

где τ _экс — время экспозиции, с.

Таблица 4.9

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. II. 2. ОБ ОПАСНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ,
2. XXII. ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ОБРАЩЕНИЯ С ВЕЩЕСТВАМИ,
3. Анализ пожарной опасности применяемых в технологических процессах веществ и материалов
4. Анти-частицы. Взаимные превращения вещества и поля.
5. Антипитательные вещества зеленых, грубых и сочных кормов.
6. Баланс питательных веществ в севообороте
7. БИЛЕТ 6 Диэлектрическая проницаемость вещества. Электрическое поле в однородном диэлектрике.
8. Биотрансформация и выведение лекарственных веществ. Понятие о фармакогенетике
9. Биохимические исследования, используемы для оценки нарушений обмена веществ и уточнения патогенеза заболеваний внутренних органов
10. В 1453 г. Столетняя война закончилась изгнанием англичан из Франции. Несмотря на разорения, вызванные длительной войной, Франция вышла из нее более сплоченной и сильной.
11. Вещественные доказательства: понятие, значение, виды, порядок хранения.
12. Вещество без Идеи - ничто (Платон и Аристотель)