Практическая работа №7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦ И СТРУКТУРЫ ЗОН
ОЧАГОВ ПОРАЖЕНИЯ
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. 
   Научить студентов рассчитывать, прогнозировать и моделировать очаги поражения аварийно химически опасными веществами (АХОВ).
   
2. 
   Привить им навыки самостоятельного мышления и работы со справочной литературой.
   

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. 
   Прочитать «Общие положения».
   
2. 
   Ознакомиться с методикой выполнения расчета.
   

1. 
   Выбрать свой вариант по таблице вариантов (см. с. 28, 29). Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в классном журнале.
   

3. 
   Выписать из таблицы исходные данные.
   

2. 
   Выполнить расчеты по образцу, подставив в формулы исходные данные своего варианта.
   
3. 
   Нанести на схему промзоны (рис. II. 1) зону заражения в соответствии с расчетами.
   
4. 
   Оформить отчет о практической работе в соответствии с требованиями к оформлению курсовых и дипломных проектов и защитить ее у преподавателя.
   

3. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Отравляющие вещества и АХОВ способны поражать людей и животных на больших площадях, проникать в различные сооружения, заражать местность и водоемы.

Территория, подвергшаяся непосредственному воздействию химического оружия или АХОВ, и территория, над которой распространяется облако зараженного воздуха в поражающих концентрациях, называются зоной химического заражения. Методика, использованная в данной работе, позволяет прогнозировать масштабы зон поражения при авариях на технологических емкостях и хранилищах, при транспортировке железнодорожным, трубопроводным и другими видами транспорта, а также в случае разрушения химически опасных объектов. Она распространяется на случаи выброса

АХОВ в атмосферу в газо-, парообразном и аэрозольном состоянии. При этом масштабы заражения АХОВ в зависимости от их физических свойств и агрегатного состояния рассчитывают по первичному и вторичному облаку, например для сжиженных газов — отдельно по первичному и вторичному облаку; для сжатых газов — только по первичному облаку; для ядовитых жидкостей, кипящих при температуре окружающей среды, — только по вторичному облаку.

В качестве исходных данных для прогнозирования масштабов заражения АХОВ приняты следующие:

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

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

высота поддонов или обваловки складских емкостей;

метеорологические условия: температура воздуха, скорость ветра на высоте 10 м, степень вертикальной устойчивости воздуха.

Для прогнозирования масштабов заражения непосредственно после аварии необходимо учитывать конкретные данные о количестве выброшенных (разлившихся) АХОВ и реальные метеоусловия.

Внешние границы зоны заражения АХОВ рассчитывают по пороговой токсодозе при ингаляционном воздействии на организм человека.

В работе приняты определенные допущения при выполнении расчетов.

Емкости, содержащие АХОВ, при авариях разрушаются полностью; толщину слоя жидкости h (м) для АХОВ, разлившихся свободно на подстилающей поверхности, принимают равной 0,05 по всей площади разлива, а для АХОВ, разлившихся в поддон или обваловку, определяют из соотношений:

при разливах из емкостей, имеющих самостоятельный поддон (обвалование) [2],

h = Н – 0,2, (II.1)

где Н — высота поддона (обвалования), м;

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

h = Q₀ / Fd, (II.2)

где Q₀ — количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т; F — реальнаяплощадь разлива в поддон (обвалование), м²; d — плотность АХОВ, т/м³.

Предельное время пребывания людей в зоне заражения и продолжительность сохранения неизменными метеорологических условий (степени вертикальной устойчивости воздуха, направления и скорости ветра) составляют 4 ч. По истечении указанного времени прогноз обстановки необходимо уточнять.

При авариях на газо- и продуктопроводах величину выброса АХОВ принимают равной их максимальному количеству, содержащемуся в трубопроводе между автоматическими отсекателями, например для аммиакопроводов — 275—500 т.

В практической работе использованы следующие термины и определения.

Аварийно химически опасное вещество (АХОВ) — химическое вещество, применяемое в народно-хозяйственных целях, которое при выливе или выбросе может приводить к заражению воздуха с поражающими концентрациями.

Авария — чрезвычайное событие техногенного характера, происшедшее по конструктивно-производственным, технологическим или эксплуатационным причинам либо из-за случайных внешних воздействий и заключающееся в повреждении, выходе из строя, разрушении технических устройств или сооружений.

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

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

Первичное облако — облако АХОВ, образующееся в результате мгновенного (1—3 мин) перехода в атмосферу части содержимого емкости, содержащей АХОВ, при ее разрушении.

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

Площадь зоны фактического заражения АХОВ— площадь территории, зараженной АХОВ в опасных для человека пределах.

Пороговая токсодоза — ингаляционная (полученная при вдыхании) токсодоза, вызывающая начальные симптомы поражения.

Прогнозирование масштаба заражения АХОВ — определение глубины и площади зоны заражения АХОВ.

Разрушение химически опасного объекта — состояние объекта в результате катастроф и стихийных бедствий, приводящих к полной разгерметизации всех емкостей и нарушению технологических коммуникаций.

Химически опасный объект экономики — объект, при аварии или разрушении которого могут произойти массовые поражения людей, животных и растений сильнодействующими ядовитыми веществами.

Чрезвычайная ситуация — обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекали за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушения условий жизнедеятельности людей.

Эквивалентное количество сильнодействующего ядовитого вещества — такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии эквивалентен масштабу заражения при данной степени вертикальной устойчивости воздуха количеством ядовитого вещества, перешедшим в первичное (вторичное) облако.

4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА

4.1. Расчет глубины зоны поражения при аварии на химически опасном объекте

Допустим, на химическом предприятии произошла авария на технологическом трубопроводе с АХОВ, находящемся под давлением. В результате аварии возник источник заражения сильнодействующим веществом. Количество вытекшей из трубопровода жидкости не установлено. Известно, что в технологической системе содержалось Q_т.с АХОВ.

Необходимо определить продолжительность поражающего действия источника заражения: глубину зон возможного заражения АХОВ; площадь зоны заражения; нанести зону заражения на схему промзоны (см. рис. II.1) и оценить опасность возможного очага химического поражения, если химическое предприятие расположено в жилой части города.

Метеоусловия на момент аварии: скорость ветра и, направление ветра \j/, температура воздуха Т (°С), время суток и наличие облачности — согласно варианту. Разлив АХОВ на подстилающей поверхности свободный. Давление в емкости с газом атмосферное.

Поскольку объем разлившегося АХОВ неизвестен, то для расчета допускается принять его равным максимальному количеству в системе, т. е. Q_max.c

Определяем продолжительность поражающего действия АХОВ, ч [2],

T = hd / k₂k₄k₇, (II.3)

где h — толщина слоя АХОВ, м; определяется согласно принятым допущениям, изложенным в «Общих положениях»; d — удельная плотность АХОВ, т/м³ (см. табл. ИЛ); к₂ — коэффициент, зависящий от физико-химического состава АХОВ (см. табл. II. 1); к$ — коэффициент, учитывающий скорость ветра:

Скорость ветра, м/с	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	15
K4	1	1,33	1,67	2,0	2,34	2,67	3,0	3,34	3,67	4,0	5,63

k₇ — коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (см. табл. II. 1). Для сжатых газов он равен 1.

II.1. Характеристика АХОВ и вспомогательные коэффициенты для определения глубин зон заражения

АХОВ	Удельная плотность АХОВ, т/м3		Темпе-ратура кипения, оС	Порого- вая ток сикодоза, м мин/л	Значения вспомогательных коэффициентов
					k1	k2	k3	k7 при температуре , оС
	Газооб-разного	Жидкого						-40	-20	0	20	40
Аммиак, хранящийся под давлением	0,0008	0,681	-33,42	15	0,18	0,04	0,04	0/0,9	0,3/1	0,5/1	1/1	1,4/1
Аммиак изотермического хранения		0,681	-33,42	15	0,01	0,025	0,04	0/0,9	1/1	1/1	1/1	1/1
Водород фтористый		0,989	13,52	4	0	0,028	0,15	0,1	0,2	0,5	1	1
Метиламин	0,0014	0,966	-6,5	1,2	0,13	0,384	0,5	0/0,3	0/0,7	0,5/1	1/1	2,5/1
Метил бромистый		1,732	3,6	1,2	0,04	0,039	0,5	0/0,2	0/0,4	0/0,9	1/1	2,5/1
Метилмеркаптан		0,867	5,95	1,7	0,06	0,043	0,353	0/0,1	0/0,3	0/0,8	1/1	2,4/1
Нитрил акрило-вой кислоты		0,806	77,3	0,75	0	0,007	0,8	0,04	0,1	0,4	1	2,4
Азота оксиды		1,491	21,0	1,5	0	0,04	0,4	0	0	0,4	1	1
Этилена оксид		0,882	10,7	2,2	0,05	0,041	0,27	0/0,1	0/0,3	0/0,7	1/1	2,2/1
Сернистый ангидрид	0,0029	1,462	-10,1	1,8	0,11	0,049	0,333	0/0,2	0/0,5	0,3/1	1/1	1,7/1
Сероводород	0,0015	0,964	-60,35	16,1	0,27	0,42	0,336	0,3/1	0,5/1	0,8/1	1/1	1,2/1
Соляная кислота (концентрированная)		1,198		2	0	0,021	0,30	0	0,1	0,3	1	1,6
Формальдегид		0,815	-19,0	0,6	0,19	0,034	1,0	0/0,4	0/1	0,5/1	1/1	1,5/1
Фосген	0,0035	1,432	8,2	0,6	0,05	0,061	1,0	0/0,1	0/0,3	0/0,3	1/1	1,1/1
Фтор	0,0017	1,512	-188,2	0,2	0,95	0,038	3,0	0,7/1	0,8/1	0,9/1	1/1	1,1/1
Фосфор трёххлористый		1,570	75,3	3	0	0,010	0,2	0,1	0,2	0,4	1	2,3
Хлор	0,0032	1,538	-34,1	0,6	0,18	0,052	1,0	0/0,2	0,3/1	0,5/1	1/1	1,4/1
Хлорпикрин		1,658	112,3	0,02	0	0,002	30,0	0,03	0,1	0,3	1	2,9
Хлорциан	0,0021	1,220	12,6	0,75	0,04	0,046	0,8	0/0	0/0	0/0,6	1/1	3,9/1
Диметиламин	0,0020	0,68	6,9	1,2	0,06	0,041	0,5	0/0,1	0/0,3	0/0,8	1/1	2,5/1

II.2. Глубина возможного заражения, км, в зависимости от эквивалентного количества АХОВ

Скорость ветра, м/с	Эквивалентное количество АХОВ Q э ,т
	0,01	0,05	0,1	0,5	1	3	5	10	20	30	50	70	100	300	500	1000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15	0,38 0,26 0,22 0,19 0,17 0,15 0,14 0,13 0,12 0,12 0,11 0,11 0,10 0,10 0,10	0,85 0,59 0,48 0,42 0,38 0,34 0,32 0,30 0,28 0,26 0,25 0,24 0,23 0,22 0,22	1,25 0,84 0,68 0,59 0,53 0,48 0,45 0,42 0,40 0,38 0,36 0,34 0,33 0,32 0,31	3,16 1,92 1,53 1,33 1,19 1,09 1,00 0,94 0,88 0,84 0,80 0,76 0,74 0,71 0,69	4,75 2,84 2,17 1,88 1,68 1,53 1,42 1,33 1,25 1,19 1,13 1,08 1,04 1,0 0,97	9,18 5,35 3,99 3,28 2,91 2,66 2,46 2,30 2,17 2,06 1,96 1,88 1,80 1,74 1,68	12,53 7,20 5,34 4,36 3,75 3,43 3,17 2,97 2,80 2,66 2,53 2,42 2,37 2,24 2,17	19,20 10,83 7,96 6,46+ 5,53 4,88 4,49 4,20 3,96 3,76 3,58 3,43 3,29 3,17 3,07	23,56 16,44 11,94 9,62 8,19 7,20 6,48 5,92 5,60 5,31 5,06 4,85 4,66 4,49 4,34	38,13 21,02 15,18 12,18 10,33 9,06 8,14 7,42 6,86 6,50 6,20 5,94 5,70 5,50 5,31	52,67 28,73 20,59 16,43 13,88 12,14 10,87 9,90 9,12 8,50 8,01 7067 7,37 7,10 6,86	65,23 35,35 25,21 20,05 16,89 14,79 13,17 11,98 11,03 10,23 9,61 9,07 8,72 8,40 8,11	81,91 44,09 31,30 24,80 20,83 18,13 16,17 14,68 13,50 12,54 11,74 11,06 10,48 10,4 9,70	166 87,79 61,47 48,18 40,11 34,67 30,73 27,75 25,39 23,49 21,91 20,58 19,45 18,46 17,60	231 121 84,50 65,92 54,67 47,09 41,63 37,49 34,24 31,61 29,44 27,61 26,04 24,69 23,50	363 189 130 101 83,60 71,70 60,16 56,70 51,60 47,53 44,15 41,30 38,90 36,81 34,98

Примечания: 1.При скорости ветра >15м/с глубину зоны заражения принимать, как при скорости ветра 15м/с

2.При скорости ветра <1м/с глубину зоны заражения принимать, как при скорости ветра 1м/с

Глубины зон заражения первичным (вторичным) облаком АХОВ при авариях на технологических емкостях, хранилищах и транспорте определяем с помощью табл. II.2.

В табл. П.2 приведены максимальные значения глубин зон заражения первичным r₁ или вторичным r₂ облаком АХОВ, которые зависят от эквивалентного количества вещества (даны для каждого варианта) и скорости ветра. Полная глубина зоны заражения, обусловленная воздействием первичного и вторичного облака АХОВ, км [2],

r = r’+ r’’ * 0,5, (II.3)

где r' и r"— соответственно наибольшее и наименьшее из значений r₁ и r₂.

Полученное значение r сравнивают с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс.

r_п = N_v, (II.4)

где N— период времени от начала аварии, ч; v — скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха, км/ч.

По табл. II.З определяют степень вертикальной устойчивости воздуха, используя данные согласно варианту (см. с. 28, 29).

По табл. II.4 определяют скорость переноса воздушных масс в зависимости от степени вертикальной устойчивости воздуха и скорости ветра.

II.3. Степень вертикальной устойчивости воздуха в зависимости от метеорологических условий

Скорость ветра, м/с	Ночь		Утро		День		Вечер
	Ясно, переменная облачность	Сплошная облачность	Ясно, переменная облачность	Сплошная облачность	Ясно, переменная облачность	Сплошная облачность	Ясно, переменная облачность	Сплошная облачность
<= 2	ИН	ИЗ	ИЗ	ИЗ	К	ИЗ	ИН	ИЗ
2 – 3,9	ИН	ИЗ	ИЗ	ИЗ	ИЗ	ИЗ	ИЗ	ИЗ
>= 4	ИН	ИЗ	ИЗ	ИЗ	ИЗ	ИЗ	ИЗ	ИЗ

II.4. Зависимость скорости переноса переднего фронта облака зараженного воздуха от скорости ветра

Скорость ветра, м/с	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Скорость переноса, км/ч	Инверсия
	5	10	18	21
	Изометрия
	6	12	18	24	29	35	41	47	53	59	65	71	78	82
	Конвекция
	7	14	21	28

За окончательную расчетную глубину зоны заражения принимают меньшее из двух сравниваемых между собой значений.

Согласно варианту (см. с. 28, 29) выбирают эквивалентное количество вещества в первичном Q_э и вторичном Q_э облаке.

Если значения Q_э нет в табл. II.2, то r₁ и r₂ находят последовательно методом интерполяции:
r = r_т.м + (r_т.б – r_т.м / Qэ_б.т – Qэ_м.т) (Qэ – Qэ_м.т), (II.5)

где r_т.м — ближайшее меньшее табличное значение глубины зоны поражения; r_т.б — ближайшее большее табличное значение глубины зоны поражения; Qэ_б.т — ближайшее большее табличное значение эквивалентного количества вещества в соответствующем облаке; Qэ_{м. т} — ближайшее меньшее табличное значение эквивалентного количества вещества в соответствующем облаке; Qэ (Qэ₁ или Qэ₂ ) — заданные (согласно варианту) значения эквивалентного количество вещества в соответствующем облаке.

По табл. П.2 находят для Qэ₁ и Qэ₂ глубину зоны заражения первичным r₁ и вторичным r₂ облаком.

Рассчитывают полную глубину зоны заражения r по формуле (II.З).

Рассчитывают предельно возможные значения глубины переноса воздушных масс по формуле (II.4).

Сравнивают r_п и r. За окончательное расчетное значение глубины зоны заражения r_р принимают меньшее из двух значений.

Продолжительность действия источника заражения соответствует времени испарения АХОВ (см. «Общие положения»).

Глубина зоны заражения, м, в жилых кварталах

c = r_p – l – b, (II.6)

где r_p – расчетная глубина заражения. м; l – расстояние границы объекта от возможного места аварии, км; b – ширина санитарно-защитной зоны, км.

Таким образом, облако зараженного воздуха через N часов после аварии может представлять опасность для рабочих и служащих химически опасного объекта, а также население города, проживающего на расстоянии c от санитарно-защитной зоны объекта.
4.2. Определение площади зоны заражения

Площадь зоны заражения первичным (вторичным) облаком АХОВ, км²,

S_в = 8,75 * 10^-3 r_p φ,

где r_{p –} расчетная глубина зоны заражения, км; φ – угловые размеры зоны возможного заражения, град, зависящие от скорости ветра и, м/с.

и, м/с	<0,5	0,6-1	1,1-2	>2
φ, град	360	180	90	45

Площадь зоны фактического заражения, км²,

S_ф = k₈r_p²N^0,2,

где k₈ – коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости воздуха; принимается равным 0,081 при инверсии, 0,133 при изометрии, 0,235 при конвекции; N – время, прошедшее после начала аварии, ч.

N	1	5	75
N0,2	1	1,380	2,352

Зона возможного заражения облаком АХОВ на картах (схемах) ограничена окружностью, полуокружностью или сектором с угловыми размерами φ и радиусом, равным глубине зоны заражения r_p. Угловые размары в зависимости от скорости ветра по прогнозу приведены выше. Центр окружности, полуокружности или сектора совпадает с источником заражения.

Зону фактического заражения, имеющую форму эллипса, включают в зону возможного заражения. Ввиду возможных перемещений облака АХОВ под воздействием изменений направления ветра фиксированное изображение зоны фактического заражения на карты (схемы) не наносят.

На топографических картах и схемах зона возможного заражения имеет форму окружности – при скорости ветра по прогнозу <0,5 (рис. II.2). Радиус окружности равен r_p. Форма эллипса соответствует времени, полуокружности – при скорости ветра по прогнозу 0,6-1 м/с (рис. II.3).

Радиус полуокружности равен r_p. Биссектриса полуокружности совпадает с осью облака и ориентирована по направлению ветра. Сектор – при скорости ветра по прогнозу >2 м/с.

Радиус сектора равен r_p.

Биссектриса сектора совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра.


Варианты заданий

к практической работе по теме

«Определение структур зон очагов поражения»

№ вари анта	Эквива- лентное количество вещества в первичном облаке Q э1 (Т)	Эквива- лентное количество вещества во вторичном облаке Q э2 (Т)	Ско-рость ветра м/с	Время от на- чала ава- рии, ч	АХОВ	Направление ветра град	Температура воздуха Т, оС	Расстояние границы обьекта от возмож-ного места аварии l, м	Ширина санитар-ной зоны, м	Время суток	Облачность
1	0,5	10	0	20мин	Аммиак	0	0	300	500	Ночь	Ясно
2	1	15	1	2	Водород фтористый	90	+10	200	1000	Вечер	Облачно
3	3	25	3	3	Метиламин	180	+20	100	800	Утро	Ясно
4	2	17	5	50мин	Метил Бромистый	190	-20	50	300	День	Облачно
5	4	30	10	4,50	Фтор	170	-5	350	400	>>	>>
6	0,2	8	8	4,30	Формальдегид	270	0	250	600	Вечер	Ясно
7	0,1	7	6	5	Фосген	150	+10	100	2000	Ночь	Облачно
8	3,5	28	4	4	Азота оксиды	200	+15	150	900	Утро	Ясно
9	2,4	19	15	1	Этилена оксид	180	0	300	1500	>>	>>
11	1,2	5	2	2	Фтор	0	0	300	300	День	>>
12	2,3	8	3	4,50	Формальдегид	10	+10	50	400	Ночь	Облачно
13	0,1	6	5	5,20	Сероводород	150	-10	25	600	Утро	>>
14	0,6	4	8	40мин	Метилмеркаптан	80	15	+25	700	Вечер	>>
15	0,9	5,5	10	30мин	Метрил акриловой кислоты	90	-40	-118	850	Утро	Ясно
16	2,5	12	5	10мин	Этилена оксид	180	+15	80	1000	Ночь	Облачно
17	3,5	17	6	4	Сернистый ангидрид	160	0	100	1200	Вечер	Ясно
18	7,0	30	7	3	Хлор	170	+10	400	3000	День	Облачно
19	9,0	27	14	6мин	Хлорпикрин	150	-10	300	5000	Вечер	Ясно
20	11,0	40	2	1	Хлорциан	270	+14	500	1500	Ночь	Облачно
21	10,0	35	1,5	2	Метилмеркаптан	90	-26	300	2000	Утро	Ясно
22	8,0	25	1,0	5	Аммиак	30	-20	350	2500	День	Облачно
23	7,0	17	7	6	Диметиламин	185	+20	200	450	Вечер	>>
24	5,0	15,3	4	2	Метиламин	90	0	450	800	Утро	>>
25	4,	12,5	3	1	Метил бромистый	270	0	600	450	Ночь	Ясно
26	0	16,6	8	4	Фтор	180	0	650	550	>>	>>
27	3,2	15,4	9	5	Фосген	170	-12	500	700	Утро	Облачно
28	1,6	10,5	10	4	Хлор	160	+8	300	3000	Вечер	>>
29	2,9	8,8	11	4	Хлорпикрин	150	0	200	2500	День	>>
30	5,5	9,5	13	15мин	Хлорциан	130	0	100	4000	Вечер	>>