Расчетная часть

В расчетной части контрольной работы необходимо выполнить оперативное прогнозирование масштаба и последствий химического заражения в случае разлива большого количества вредного вещества при аварии на химическом предприятии. Ниже приводится задание, исходные данные и порядок его выполнения.

Задание На химическом предприятии, расположенном в черте города, произошла авария с разливом большого количества вредного вещества и происходит образование зоны химического заражения.

Исходные данные: наименование и количество разлитого вредного вещества Q₀, время прошедшее с начала химического заражения N, направление и скорость приземного ветра U, время суток в момент аварии, характеристика облачности, температура воздуха, наличие снежного покрова, высота поддона разрушенной емкости Н, расстояние от места аварии до цеха Х,

количество людей, работающих в цеху - указаны в табл. 14 по вариантам.

Выполнить оперативное прогнозирование масштаба и последствий химического заражения.

Порядок выполнения задания

1. Определение глубины зоны возможного химического заражения при разливе вредного вещества

Глубину зоны возможного химического заражения (Г) определяют по справочным данным, зная скорость приземного ветра и эквивалентное количество разлитого вещества, переходящее в первичное или вторичное облако паров. Значение скорости приземного ветра (среднее значение от поверхности земли до высоты, равной 10 метрам) определяет метеорологическая служба РСЧС оно приведено в исходных данных, а эквивалентное количество разлитого вещества, переходящее в первичное (Q 4э₁) и вторичное (Qэ₂) облако, устанавливают расчетным способом.

Эквивалентное количество вредного вещества в тоннах, образующее первичное облако, определяют по формуле

Q э₁ = K ₁ x K ₃ x K₅ x K ₇ x Q ₀, (1)

где К ₁ - коэффициент, зависящий от условий хранения вредного вещества;

К ₃ - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого вредного вещества;

К ₅ - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости воздуха;

K ₇ - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха;

Q ₀ - количество разлившегося при аварии вещества, т.

Величину коэффициентов К₁, К₃и К₇ определяют по справочным данным (см. табл. 15), зная наименование вредного вещества и температуру воздуха. При определении коэффициента К₇ необходимо учитывать сведения, приведенные в примечании к табл. 15.

При определении величины коэффициента К₅ сначала необходимо установить, какая степень вертикальной устойчивости воздуха имеет место в момент аварии. Для этого необходимо использовать исходные данные согласно варианту задания и методику, описанную выше в теоретической части контрольной работы. При инверсии коэффициент К₅ = 1, при изотермии данный коэффициент принимают равным 0,23, а при конвекции - 0,08.

Количество разлившегося вредного вещества Qо указано в исходных данных задания по вариантам.

Эквивалентное количество вредного вещества в тоннах, образующее вторичное облако, рассчитывают по формуле

Q ₀

Qэ₂ = (1-K ₁) х К₂ х К₃ х К₄х К₅ х К ₆ х К ₇ х ------, (2)

h x d

где К₂- коэффициент, зависящий от физико-химических свойств вредного вещества;

К ₄- коэффициент, учитывающий величину скорости приземного ветра;

К ₆- коэффициент, зависящий от времени, прошедшего с начала аварии (N);

d - плотность вредного вещества, т/м ³;

h - толщина слоя разлитого вещества, м.

Величина коэффициентов К ₁и К ₃ определена выше при расчете значения Qэ1, величину коэффициента К ₇ определяют вновь по справочным данным (см. табл.15), причем его значение берут в знаменателе дроби, указанной в колонках 8, 9, 10 или 11. В этой же таблице приведены значения коэффициента К₂. Коэффициент К₄определяют по справочным данным, приведенным в табл.16, в зависимости от величины скорости приземного ветра U.

Величину коэффициента К₆ определяют после расчета продолжительности испарения вредного вещества Т с площади его разлива в часах из выражения

h x d

Т = -------------. (3)

K ₂ x K ₄ x K ₇

Толщина слоя разлитого вещества h при разрушении емкостей, технологических аппаратов или трубопроводов, имеющих обвалование или самостоятельный поддон, определяют следующим образом:

h = H - 0,2, (4)

где Н - высота обвалования или поддона в метрах (см. исходные данные).

Если вокруг разрушенной емкости, аппарата нет обвалования (поддона) или отсутствуют данные об их высоте, то толщину слоя разлившейся жидкости h принимают равной 0,05 м по всей площади разлива.

Величину плотности разлитого вещества d устанавливают по справочным данным (см. табл. 15). Величины коэффициентов К ₂ и К₇определены выше.

После расчета величины Т ее сравнивают с временем, прошедшим с начала аварии N (приведено в исходных данных). Если N < Т, то коэффициент К₆ = N ^0,8. При N > Т коэффициент К ₆ = Т ^0,8. Если величина Т < 1, то коэффициент К ₆ рассчитывают, принимая величину Т равной одному часу.

Получив значения Qэ₁ и Qэ₂, определяют глубину зоны химического заражения при распространении первичного (Г ₁) и вторичного облака (Г₂). Для этого используют справочные данные, приведенные в табл.17. Зная величину скорости приземного ветра и эквивалентного количества вещества, образующее облако паров, на пересечении соответствующих горизонтальных строк и вертикальных колонок таблицы находят значение глубины зоны возможного химического заражения (Г₁ или Г₂). Например, величина Qэ1 = 5 т, а Qэ₂ = 20 т при U = 2 м/c. По справочным данным находим, что Г₁ = 7,3 км, Г₂ = 16,4 км.

Полную глубину зоны возможного химического заражения при распространении первичного и вторичного облаков паров вредного вещества Г определяют из выражения

Г = Г ' + 0,5 x Г ", (5)

где Г ' - наибольшее значение из величин Г ₁ и Г ₂;

Г" - наименьшее значение из величин Г ₁ и Г₂.

В зависимости от свойств вредного вещества, образующего зону химического заражения, возможны два варианта соотношения между величинами Г₁ и Г₂ (Г₁ < Г₂ и Г₁ > Г₂). Поэтому в выражении (5) за величину Г' принимают большее значение из величин Г₁ и Г₂.

Далее полную глубину зоны возможного химического заражения необходимо сопоставить с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс под действием приземного ветра Г_п Это делается для того, чтобы исключить грубую ошибку, которая может произойти при неправильном расчете величин Г₁ и Г₂.

Глубину переноса воздушных масс под действием ветра в километрах определяют из выражения

Г _п = N x V, (6)

где N - время, прошедшее с начала аварии, ч;

V - скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при заданных скорости приземного ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч.

В табл. 18 приведены данные о величине скорости V. Время, прошедшее с начала аварии N, приведено в исходных данных.

Таблица 18

Скорость переноса переднего фронта облака зараженного

воздуха в зависимости от скорости приземного ветра

Скорость приземного ветра U,м/с
Скорость переноса переднего фронта зараженного воздухаV, км/ч	Инверсия
		-	-	-	-	-	-
Изотермия

Конвекция
		-	-	-	-	-	-

После определения величины Гп ее сравнивают с полной величиной глубины зоны возможного химического заражения Г и окончательно за глубину зоны возможного заражения принимают наименьшее значение из этих двух величин.

2. Определение угловых размеров и изображение зоны возможного химического заражения на топографических картах или схемах

Для того, чтобы изобразить зону возможного химического заражения на карте или схеме, необходимо знать место расположения источника химического заражения на местности или территории предприятия, направление приземного ветра, глубину зоны возможного заражения и центральный угол этой зоны. Место расположения источника химического заражения и направление ветра в приземном слое воздуха в градусах плоского угла указаны в исходных данных. Глубина зоны возможного заражения Г определена выше.

Величину центрального угла зоны возможного химического заражения определяют по справочным данным в зависимости от значения скорости приземного ветра (см. табл. 19).

Таблица 19

Величина центрального угла зоны возможного химического

заражения в зависимости от скорости приземного ветра

Скорость приземного ветра И, м/с	<0,5	0,5 –1,0	1,1 –2,0	>2,0
Центральный угол зоны химического заражения, градусы

Зону возможного химического заражения изображают в виде окружности, полуокружности или сектора с центральным углом φ и радиусом, равным глубине зоны возможного химического заражения Г.

При скорости приземного ветра U > 0,5 м/с при изображении зоны заражения необходимо учитывать направление приземного ветра. На топографической карте отмечают место разлива вредного вещества и от него как от центра изображают окружность произвольного диаметра, а затем вектором указывают направление на север. Затем от этого вектора по часовой стрелке с помощью транспортира откладывают плоский угол, равный указанному в исходных данных (направление ветра в приземном слое воздуха). Отметка в месте пересечения окружности с отложенным углом указывает, откуда дует ветер, через место разлива. Если в исходных данных указано, что направление ветра – 0⁰(360⁰), то ось следа химического заражения направляют на юг. Если направление ветра – 90⁰, то ось следа химического заражения направляют на запад. При направлении ветра - 180 ⁰ось следа химического заражения откладывают по направлению на север.

Далее на карте или схеме местности от места разлива вредного вещества указывают направление приземного ветра и по его направлению симметрично изображают центральный угол зоны возможного химического заражения, а затем радиусом, равным глубине зоны заражения Г, очерчивают сектор или полуокружность (при = φ 180 ⁰) в соответствующем масштабе (см. рис. 1). Кроме того, около окружности произвольного размера, изображающей место разлива вредного вещества, делают надпись с указанием вида и количества разлитого вещества (в числителе), а также время и дату аварии или катастрофы (в знаменателе дроби). На рис. 1 приведено схематическое изображение зоны возможного химического заражения.

Зона возможного заражения состоит из двух частей: участка разлива хлора 1 и территории, над которой распространяются пары хлора в опасных концентрациях 2. На данной схеме в масштабе изображают также место расположения цеха с учетом заданного и исходных данных расстояния Х.

Рис.1. Схема зоны возможного химического заражения при разливе

хлора (направление приземного ветра - 90 ⁰, угол = φ 45⁰):

1 - место разлива хлора; 2 -территория, над которой распространяются пары хлора в пороговой, поражающей и смертельной токсодозах; 3 - территория цеха хозяйственного объекта.

U - направление приземного ветра; С,Ю,З,В - соответственно север, юг, запад и восток; Х- расстояние от места разлива хлора до цеха.

При выполнении задания студенты принимают произвольный масштаб изображения зоны возможного химического заражения и форму территории цеха. Все надписи, направление приземного ветра, величины Г и φ должны соответствовать исходным данным и результатам выполненных расчетов по выбранному варианту.

3. Определение продолжительности поражающего действия паров вредного вещества в зоне заражения и времени подхода облака зараженного воздуха к заданному рубежу

Продолжительность поражающего действия паров вредного вещества tng определяет временные рамки существования зоны химического заражения, т.е. длительность сохранения опасности на этой территории. Величина tng принимается равной времени испарения вредного вещества с площади разлива Т.

Порядок расчета времени испарения вредного вещества описан выше.

Время подхода зараженного воздуха к заданному рубежу tх в часах рассчитывают по формуле

t _х = -----, (7)

где X - расстояние от источника заражения до заданного рубежа, км;

V - скорость переноса фронта облака зараженного воздуха, км/ч.

При прогнозировании последствий химического заражения после изображения зоны возможного заражения на карте или схеме местности определяют расстояния от места разлива вредного вещества до всех интересующих рубежей (зданий, сооружений, цехов, рабочих мест), находящихся в зоне возможного заражения. Расстояние от источника химического заражения до цеха Х приведено в исходных данных. Порядок определения величины V описан выше (см. табл. 18).

4. Прогнозирование возможных потерь людей в зоне химического заражения

Потери рабочих, служащих и населения, проживающего вблизи химически опасных хозяйственных объектов, в случае воздействия на них паров вредного вещества, зависят от количества людей, находящихся в зоне заражения, обеспеченности их противогазами и расположения людей в зоне заражения (на открытой местности или в зданиях, укрытиях). Для прогнозирования возможных потерь людей используют справочные данные (см. табл. 20).

Количество людей, оказавшихся в зоне химического заражения, определяют по их штатной численности в цехах, зданиях, рабочих помещениях и открытых площадках хозяйственных объектов, а количество населения по числу лиц, прописанных в жилых домах, кварталах и в населенных пунктах. Количество людей, оказавшихся в зоне заражения приведено в исходных данных (все находятся в цеху). Кроме того, необходимо учесть, что рабочие и служащие хозяйственных объектов обеспечены противогазами на 100 %.

Получив данные о возможных потерях людей в процентах, определяют их общую численность и структуру согласно примечанию к табл.20. Общие потери людей и их структуру определяют в целых числах.

Таблица 20

Возможные потери рабочих, служащих

населения в зоне химического заражения, %

Условия нахож-дения людей	Без проти-вогазов	Обеспеченность противогазами, %

На откры-той местности	90-100
В прос-тейших укрыт., зданиях