Определение количественных характеристик выброса химически опасного вещества
Задача 1. Определение продолжительности поражающего действия химически опасного вещества (ХОВ) и степени вертикальной устойчивости воздуха
1 Продолжительность поражающего действия ХОВ определяется временем его испарения с площади разлива. Время испарения Т,ч, ХОВ с площади разлива определяется по формуле
T = h d / (K2 K4 K7 ׀׀), (2)
где h – толщина слоя ХОВ, м (формула 1)). Если разлив свободный, то h принимается 0,05м;
d – плотность ХОВ, т/м3 (таблица 3).
Таблица 3 – Характеристика химически опасных веществ
Наименование хов | Температура кипения tкип | Токсическое свойство | Плотность ХОВ, т/м3 | Порого-вая токсо-доза, мг·мин/л | ||||
Поражаю-щая концентрация Спор, мг/м³ | Экспо-зиция τ пор, мин | Смертельная концентрация Ссм, мг/м³ | Экспо-зиция τсм, мин | Газ | Жидкость | |||
Аммиак NН3 | -33,4 | 0,0008 | 0,681 | |||||
Хлор СL2 | -34,6 | 100–200 | 0,0032 | 1,555 | 0,6 | |||
Фтористый водород HF | 19,52 | – | 0,989 | |||||
Сероуглерод СS2 | 1500-1600 | – | 1,263 | |||||
Водород цианистый HCH | 25,7 | 20 - 40 | 100–200 | – | 0,687 | 0,2 | ||
Трёххлористый фосфор РС13 | 80 -150 | 1000–1500 | – | 1,570 |
Коэффициенты K2иK7 ׀׀ представлены в таблице 4. Величина K7 ׀׀ – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха на процесс перехода ХОВ во вторичное облако принимается равным K7 в знаменателе для температуры воздуха, при которой произошла авария. Если точное значение температуры воздуха в таблице 4 для К7 отсутствует, то его приблизительно определяют путем линейной интерполяции или экстраполяции. Для ядовитых жидкостей K7 ׀׀ = K7находятпо таблице 4.
Коэффициент K4определяют по таблице 5.
Таблица 4 – Вспомогательные коэффициенты для определения глубины заражения
Наименование ХОВ | К1 | К2 | К3 | К7для температуры воздуха, 0С (в числителе К7= К71– для первичного облака, в знаменателе К7= К711– для вторичного облака) | ||||
– 400 | – 200 | 00 | 200 | 400 | ||||
Аммиак | 0, 18 | 0,022 | 0,04 | 0 / 0,9 | 0,3 / 1 | 0,6 / 1 | 1 / 1 | 1,4 / 1 |
Фтористый водород | 0,028 | 0,15 | 0,1 | 0,2 | 0,5 | |||
Водород цианистый | 0,026 | 3,0 | 0,4 | 1,3 | ||||
Трёххлористый фосфор | 0,010 | 0,2 | 0,1 | 0,2 | 0,4 | 2,3 | ||
Хлор | 0,18 | 0,052 | 0 / 0,9 | 0,3 / 1 | 0,6 / 1 | 1 / 1 | 1,4 / 1 | |
Сероуглерод | 0,021 | 0,013 | 0,1 | 0,2 | 0,4 |
Таблица 5 – Значение коэффициента К4 в зависимости от скорости ветра
Скорость ветра, м/с | |||||||
К4 | 1,33 | 1,67 | 2,67 | 3,34 |
Определение степени вертикальной устойчивости воздуха проводится по таблице 6; используются исходные данные таблиц 1 и 2 (скорость ветра, облачность и время суток) и записываются в форму отчета (см. таблицу 15) словами (например, «изотермия»).
Таблица 6 – Определение степени вертикальной устойчивости атмосферы по прогнозу погоды
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(ин) | из | к(из) | из | ин | из |
2–3,9 | ин | из | из(ин) | из | из | из | из(ин) | из |
> 4 | из | из | из | из | из | из | из | из |
Примечание – Обозначения: ин – инверсия; из– изотермия; к– конвекция; буквы в скобках – при снежном покрове. Под термином «утро» понимается период времени в течение 2 часов после восхода солнца; под термином «вечер» – в течение 2 часов после захода солнца. Скорость ветра и степень вертикальной устойчивости воздуха принимаются в расчетах на момент аварии |
Задача 2. Определение эквивалентного количества вещества в первичном и во вторичном облаке
1 Эквивалентное количество Qэ1 , т, вещества в первичном облаке определяется по формуле
Q э1 = К1 К3 К5 К7 ׀ Q 0,(3)
где К1 – коэффициент, зависящий от условий хранения ХОВ (см. таблицу 4; для сжатых газов К1 = 1);
К3 – коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого ХОВ (см. таблицу 4);
К5 – коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости воздуха (для инверсии принимается равным 1, для изотермии – 0,23, для конвекции – 0,08);
К7 ׀ – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха на процесс перехода ХОВ в первичное облако. Принимают К7 ׀ = К7 = 1для сжатых газов, К7 ׀ = К7 = 0для жидкостей, кипящих выше температуры окружающей среды; К7 ׀ = К7принимается из таблицы 4 в числителе для случая, при котором температура кипения жидкости ниже температуры окружающей среды;
Q 0 – количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т (см. таблицу 1).
Примечание – Коэффициент К3 принят для пороговой токсодозы взрослого человека, для детей токсодоза в 4–10 раз меньше и в данной методике не рассматривается, но при организации защиты необходимо ее учитывать.
2 Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке рассчитывается по формуле
Q э2 = (1 – К1 ) К2 К3 К4 К5 К6 К7 ׀׀ Q 0 / (h d),(4)
где К2 – коэффициент, зависящий от физико-химических свойств ХОВ (см. таблицу 4);
К4 – коэффициент, учитывающий скорость ветра (см. таблицу 5);
К6 – коэффициент, зависящий от времени N (см. таблицу 2), прошедшего после начала аварии; значение коэффициента К6 определяется после расчета продолжительности Т, ч, испарения вещества:
(5) |
Задача 3. Расчет глубины зоны заражения при аварии на химически опасном объекте
1 Глубину зоны заражения Г1, км, для первичного облака находят по таблице 7 по вычисленной величине Q э1 с учетом скорости ветра из условия задачи своего варианта. При необходимости – интерполируют.
Пример линейной интерполяции для Qэ1 = 0,159 т и скорости ветра 6 м/сек (таблица 7):
Г1 = 0,48 + ((1,09 – 0,48) / (0,5 – 0,1)) · (0,159 – 0,1) = 0,57 км.
2 Глубина зоны заражения Г2, км, вторичного облака находят по таблице 7 по вычисленной величине Q э2 и скорости ветра из условия задачи своего варианта.
Таблица 7 – Глубина зоны заражения
Эквивалентное количество ХОВ, т | Скорость ветра, м/с | |||||||||
Глубина зоны заражения Г2, км | ||||||||||
0,01 | 0,38 | 0,26 | 0,22 | 0,19 | 0,17 | 0,15 | 0,14 | 0,13 | 0,12 | 0,12 |
0,05 | 0,85 | 0,59 | 0,48 | 0,42 | 0,38 | 0,34 | 0,32 | 0,30 | 0,28 | 0,26 |
0,1 | 0,84 | 0,68 | 0,59 | 0,53 | 0,48 | 0,45 | 0,42 | 0,4 | 0,38 | |
0,5 | 3,16 | 1,92 | 1,53 | 1,33 | 1,19 | 1,09 | 1,00 | 0,94 | 0,88 | 0,84 |
4,75 | 2,84 | 2,17 | 1,88 | 1,68 | 1,53 | 1,42 | 1,33 | 1,25 | 1,19 | |
9,18 | 5,35 | 3,99 | 3,28 | 2,91 | 2,66 | 2,46 | 2,30 | 2,17 | 2,06 | |
12,53 | 7,2 | 5,34 | 4,36 | 3,75 | 3,43 | 3,17 | 2,97 | 2,80 | 2,66 | |
19,2 | 10,83 | 7,96 | 6,46 | 5,53 | 4,88 | 4,49 | 4,20 | 3,96 | 3,76 | |
29,56 | 16,44 | 11,94 | 9,62 | 8,19 | 7,20 | 6,48 | 5,92 | 5,60 | 5,31 | |
38,13 | 21,02 | 15,18 | 10,33 | 9,06 | 8,14 | 7,42 | 6,86 | 6,50 | 6,20 | |
52,67 | 28,73 | 20,59 | 16,43 | 13,88 | 12,14 | 10,87 | 9,90 | 9,12 | 8,50 | |
65,23 | 35,35 | 25,21 | 20,05 | 16,89 | 14,79 | 13,17 | 11,98 | 11,03 | 10,23 | |
81,91 | 44,09 | 31,30 | 24,8 | 20,82 | 18,13 | 16,17 | 14,68 | 13,5 | 12,54 |
3 Полная глубина зоны заражения Г, км, определяется по формуле
Г = Г1 + 0,5Г11 , (6)
где Г1 и Г11 – соответственно наибольший и наименьший из размеров глубины Г1иГ2.
Полученное значение Гсравнивается с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс Гп, определяемым по формуле
Гп = N ν, (7)
где N – время от начала аварии, ч (см. таблицу 2);
ν – скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при данной скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч (см. таблицу 8).
4 За окончательную расчетную глубину зоны заражения принимается меньшее из двух сравниваемых между собой значений Гп и Ги записывается в отчет (см. таблицу 15).Всёуточняетсяс учетом факторов, изложенных в разделе 1.2, вносятся поправки. В дальнейшем значение окончательной глубины используется при расчете площадей зон возможного и фактического заражения.
Нарисовать зоны заражения (см. рисунок 1).
Таблица 8 – Скорость переноса переднего фронта облака, км/ч
Степень вертикальной устойчивости воздуха | Скорость ветра, м/с | |||||
Инверсия | – | – | ||||
Изотермия | ||||||
Конвекция | – | – |
Задача 4. Определение площади зоны заражения ХОВ
Площадь зоны возможного заражения ХОВ для первичного (вторичного) облака определяется по формуле
S в = 8,72 · 10–3 Г2 j, (8)
где S в – площадь зоны заражения ХОВ, км2;
Г – глубина зоны заражения, км;
j – угловые размеры зоны возможного заражения, град; они определяются исходя из скорости ветра (таблица 9).
Таблица 9 – Угловые размеры зоны возможного заражения ХОВ в зависимости от скорости ветра j
U, м/с | < 0,5 | 0,6–1 | 1,1– 2 | 2,1–4 | 4,1–8 | 8,1–10 | > 10 |
jо |
Площадь зоны фактического заражения Sф, км2, рассчитывается по формуле
S ф = К8 Г2 N 0,2, (9)
где К8– коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости воздуха, принимается равным: 0,081 – при инверсии; 0,133 – при изотермии; 0,235 – при конвекции;
N – время, прошедшее после начала аварии, ч (см. таблицу 2).
Задача 5. Расчет глубины и ширины зоны химического заражения с поражающей и со смертельной концентрацией в зависимости от известных поражающих концентраций
1 Глубина зоны заражения с поражающей концентрацией Гпор , км, приближенно рассчитывается в зависимости от известных поражающих концентраций по уравнению
, (10)
где G (Q 0) – количество ХОВ в аварийной емкости, т;
– поражающая токсодоза, мг·мин/м3,
,
где – поражающая концентрация ХОВ в воздухе, мг/м3 (см. таблицу 3);
– экспозиция или время воздействия ядовитого вещества данной концентрации, мин (см. таблицу 3);
– скорость ветра в приземном слое воздуха, м/с (см. таблицу 2).
2 Глубина зоны со смертельной концентрацией Гсм ,км, рассчитывается с помощью выражения
, (11)
где – смертельная токсодоза, мг·мин/м3,
.
Полученные по формулам (10)–(11) значения, справедливы для открытой местности при инверсионном состоянии атмосферного слоя в случае аварии на необвалованной емкости с ХОВ. При необходимости они корректируются на закрытость местности, степень вертикальной устойчивости атмосферы и на условия обваловки емкости:
– на закрытость местности
Г = Гпор (Гсм) / 3,5;
– на степень вертикальной устойчивости атмосферы – изотермическое Г = Гпор (Гсм) / 5;
– на конвекцию
Г = Гпор (Гсм) / 16;
– наобваловку емкости
Г = Гпор (Гсм) · 0,67;
3 Ширина зон с поражающими Шпор и смертельными концентрациями Шсм ядовитых веществ определяется по следующей зависимости:
Для зоны с поражающим воздействием ХОВ
Г = Гпор.
Для зоны со смертельным воздействием ХОВ
Г = Гсм.
4 Площади зон заражения,, определяются по формуле
.
Для зоны с поражающим воздействием ХОВ
Г = Гпор; Ш = Шпор.
Для зоны со смертельным воздействием ХОВ
Г = Гсм; Ш = Шсм.
Задача 6. Определение времени подхода зараженного воздуха к объекту
Время подхода облака ХОВ, мин, к заданному объекту (населенному пункту) определяется по формуле
t = 1000 Х / (60 n), (12)
где Х – расстояние от источника заражения до заданного объекта, км (см. таблицу 2);
n – скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха, км/ч (см. таблицу 10).
Таблица 10 – Скорость переноса переднего фронта облака
Степень вертикальной устойчивости воздуха | Скорость ветра, м/с | |||||
Инверсия | – | – | ||||
Изотермия | ||||||
Конвекция | – | – |
Внимание! Проверьте, достигает ли зараженное облако объекта, сравнив глубину заражения с учетом поправок Г с расстоянием Х от объекта до источника аварии!
Если время подхода зараженного воздуха к объекту не превышает 30 минут, то население должно оставаться в помещениях, проведя их герметизацию с применением СИЗОД. Если время подхода зараженного воздуха превышает 30 минут, то с учетом других факторов может быть проведено временное отселение в безопасные районы.
2.2 Определение основных способов защиты населения в условиях заражения воздуха химически опасными веществами и возможных потерь людей при химическом поражении ХОВ
Основные способы защиты населения в условиях заражения воздуха химически опасными веществамипредложить с учетом материала лекций, раздела 1.3, и таблиц 12–14.
Предполагаемые потери в очагах химического поражения зависят от численности людей, оказавшихся на площади очага, степени их защищенности, степени поражения и своевременного использования средств индивидуальной защиты (противогазов и респираторов – потери в очагах поражения определяются в основном по воздействию ХОВ на органы дыхания).
Число рабочих и служащих, оказавшихся в очаге поражения, подсчитывается по их наличию на территории объекта – в зданиях, цехах, на площадках; количество населения – в жилых кварталах города (населенного пункта). По заданию для определения числа рабочих и служащих, обеспеченности их средствами индивидуальной защиты – использовать таблицу 1.
Возможные потери людей в очаге поражения ХОВ определяются по таблице 11.
Основные способы защиты населения, оказания помощи в условиях заражения воздуха химически опасными веществамии возможные потери людей излагаются в конце общего отчета (см. таблицу 15).
Таблица 11 – Возможные потери рабочих и служащих в очаге поражения ХОВ
Условия размещения людей | Без противогаза | Обеспеченность людей противогазами, % | |||||||||
На открытой местности | Потери, % | 90–100 | |||||||||
В простейших укрытиях, зданиях | |||||||||||
Примечание – Структуру потерь людей в очаге поражения можно ориентировочно представить: лёгкой степени – 25 %; средней и тяжёлой степени (госпитализация на менее 2-3 недель) – 40 %; со смертельным исходом – 35 % |
Таблица 12 – Характеристика промышленных фильтрующих противогазов
Тип коробки | Цвет коробки | Наименование химически опасных веществ | Кратность ПДК | Время защитного действия, мин |
А, А8 | Коричневый | Фосфор- и хлорорганические ХОВ, пары соединений (бензин, керосин, ацетон, толуол, ксилол, сероуглерод, спирты, эфиры, нитросоединения бензола и его гомологов, тетраэтилсвинец) | Свыше 100 | |
В, В8 | Жёлтый | Фосфор- и хлорорганические ХОВ, кислые газы и пары (сернистый газ, хлор, сероводород, синильная кислота, оксиды азота, фосген, хлористый водород) | Свыше 100 | |
Г, Г8 | Двухцветный: чёрный и желтый | Пары ртути, а также органические вещества и хлор, но с меньшим временем защиты, чем марки А | Свыше 100 | |
Е, Е8 | Черный | Мышьяковистый и фосфористый водород, а также кислые газы и пары орг.веществ, но с меньшим временем защиты, чем марки В и А | Свыше 100 | |
КД, КД8 | Серый | Аммиак, сероводород, их смеси, а также пары органических веществ, но с меньшим временем зашиты, чем марки А | Свыше 100 | |
К | Зелёный | Пары аммиака, окиси этилена | Свыше 100 | |
БКФ | Защитный, зелёный | Кислые газы и пары органических веществ (с меньшим временем защиты, чем марки В и А), арсин, фосфин, синильная кислота в присутствии пыли, дыма, тумана | Свыше 100 | |
СО | Белый | Оксид углерода | Свыше 100 | |
М | Красный | Оксид углерода, небольшие концентрации органических веществ, кислых газов, аммиака, фосфина, арсина (мышьяковистый и фосфористый водород) | До 50 | |
КПФ-1 марки МКФ | Серый с зеленой полосой | Мышьяковистый и фосфористый водород, а также кислые газы и пары органических соединений | ||
И | Оранжевый | Радионуклиды, в том числе радиоактивный йод и его соединения | ||
Примечание –Промышленные фильтрующие противогазы используют только там, где в воздухе содержится не менее 18 % кислорода, суммарная объемная доля паро- и газообразных вредных примесей не превышает 0,5 % (фосфористого водорода – не более 0,2 %, мышьяковистого водорода – 0,3 %). Не допускается применение для защиты от низкокипящих, плохо сорбирующихся органических веществ, таких как метан, этилен, ацетилен. Не рекомендуется работать в таких противогазах, если состав газов и паров вредных веществ неизвестен |
Таблица 13 – Характеристика противогазовых и газопылезащитных респираторов
Название | Тип коробки | Опасные химические вещества | Кратность ПДК | Масса, г |
Противо- газовый РПГ-67 | А | Органические пары (бензин, керосин ацетон, бензол, спирты, эфиры и др.), пары хлорорганических и фосфорорганических веществ | До 10 | |
В | Кислые газы (сернистый газ, сероводород, хлороводород и др.), пары хлорорганических и фосфорорганических веществ | До 10 | ||
КД | Аммиак и сероводород | До 10 | ||
Г | Аэрозоли, пары ртути | До 10 | ||
Газопыле- защитный РУ-6ОМ | А | Аэрозоли, органические пары | До 10 | |
В | Аэрозоли, кислые газы | До 10 | ||
КД | Аэрозоли, аммиак, сероводород | До 10 | ||
Г | Аэрозоли, пары ртути | До 10 | ||
Газопыле-защитный «Снежок- ГП» | ГП-В | Газообразные соединения кислого характера (хлор, диоксид серы, фтороводород, хлороводород), аэрозоли | До 15 | |
ГП-Е | Фосфорсодержащие соединения аэрозоли | До 15 |
Таблица 14 – Время защитного действия гражданских противогазов с дополнительным патроном ДПГ-1, 3 и без него для некоторых ХОВ
Наименование ХОВ | Концентрация, мг/л | Время защитного действия, мин | ||
без дпг-1,3 | с дпг-1 | с дпг-3 | ||
Аммиак | Защиты нет | |||
Диметиламин | Защиты нет | |||
Хлор | ||||
Сероводород | ||||
Соляная кислота | ||||
Тетраэтилсвинец |
Таблица 15 – Итоговый отчет о выполнении работы
Номер задачи | Содержание задачи | Результат | Примечание |
Продолжительность поражающего действия ХОВ | |||
Степень вертикальной устойчивости воздуха | |||
Эквивалентное количество ХОВ в первичном облаке | |||
Эквивалентное количество ХОВ во вторичном облаке | |||
Глубина заражения ХОВ первичным облаком | |||
Глубина заражения ХОВ вторичным облаком | |||
Полная глубина заражения, обусловленная воздействием первичного и вторичного облака | |||
Предельно возможная глубина переноса воздушных масс | |||
Окончательная расчетная глубина | |||
Глубина с учетом поправок | |||
Площадь зоны возможного заражения | |||
Площадь зоны фактического заражения | |||
Глубина зоны с поражающей концентрацией (Гпор) | |||
Глубина зоны с смертельной концентрацией (Гсм) | |||
Ширина зоны с поражающей концентрацией (Шпор) | |||
Ширина зоны с смертельной концентрацией (Шсм) | |||
Время подхода зараженного воздуха к объекту | |||
Предложения по защите населения в случае подхода ОХВ к объекту. Способы оказания первой медицинской помощи при поражении данным ХОВ. Возможные потери. | |||
Примечание – Указать, какие коэффициенты учитывались при уточнении глубин заражения |