Расчеты при разрушении химически опасного объекта

При раз­ру­ше­нии ХОО рас­сма­тривается то­ль­ко один ва­ри­ант рас­чета об­ста­но­вки, при котором условно принимается,что, во-первых, все ве­ще­ства на­хо­дя­т­ся в жид­ком агре­гат­ном со­сто­янии и, во-вторых, не всту­па­ют меж­ду со­бой в хи­ми­че­ские ре­ак­ции.

При этих двух допущениях рас­чет мно­гих пер­вич­ных и вто­рич­ных об­ла­ков по при­ве­ден­ным вы­ше фор­му­лам был бы ве­сь­ма усло­вен, по­это­му на прак­ти­ке ис­по­ль­зу­ет­ся единая при­бли­жен­ная фор­му­ла для рас­че­та об­ще­го эк­ви­ва­ле­нт­но­го ко­ли­че­ства АХОВ.

Принимается следующий по­ря­док расчета.

1) Рас­чет Т_{исп i} для i от 1 до n, где n — чис­ло раз­лич­ных АХОВ в ЧС.

2) Определение на­бо­ров ко­эф­фи­ци­ен­тов (k₁- k₈)_i для каж­до­го i-го АХОВ.

3) Опре­де­ле­ние обоб­щен­но­го эк­ви­ва­ле­нт­но­го ко­ли­че­ства АХОВ:

m_э = 20 K₄ · K₅ (K₂·K₃·K₆·K_7в·m_о/r_ж)_i (15)

(При рас­че­те пер­вич­ны­ми об­ла­ка­ми пре­не­бре­гаем, k7 бе­рем для вто­рич­но­го об­ла­ка).

4) Рас­чет глу­бин зон — ана­ло­гич­но рас­че­ту при ава­ри­ях.

5) Рас­чет пло­ща­дей— ана­ло­гич­но рас­че­ту при ава­ри­ях.

6) Рас­чет про­до­лжи­те­ль­но­сти за­ра­же­ния по фор­му­ле:

T_зар = max {T_{исп i}}. (16)

Примеры решения задач

Задача №1

На объекте произошла авария на технологическом трубопроводе с жидким хлором, находящимся под давлением. В трубопроводе содержалось 40т сжижен­ного хлора. Оценить химическую обстановку через 2 часа после аварии. Метеоус­ловия: скорость ветра - 5 м/с, температура воздуха - 0ºС, изотермия. Разлив АХОВ на подстилающую поверхность - свободный.

Исходные данные:

АХОВ - хлор, низкокипящая жидкость, t_кип = -34^оС, r_ж =1,553 т/м³

Способ хранения – сжиженный газ под давлением

Аварийная масса 40 т

Высота слоя испарения 0,05 м

Время прогноза Т_прог = 2 ч

Метеоусловия:

СВУ – изотермия, t = 0^оС, скорость ветра v =5м/с, = 45^о , v_п =29км/ч

Коэффициенты:

К₁ = 0,18 К₃ = 1 К₅ = 0,23 К_7п = 0,6 К₈ = 0,133

К₂ = 0,052 К₄ = 2,34 К_7в = 1

Решение:

1. Определение глубины зоны заражения:

а) m_э1 = K₁ К₃ К₅ К_7п m_о = 0,18 × 1 × 0,23 × 0,6 × 40 = 1 т

б) Т_исп = h р_ж / К₂ К₄ К_7в = 0,05 × 1,553 / (0,052 × 2,34 × 1) = 0,64 ч = 38 мин

в) К₆ = 1; (Т_исп <1)

г) m_э2 =(1- К₁)К₂КзК₄К₅К_бК_7вm₀/(hr_ж) = (1- 0,18)×0,052×1×2,34×0,23×1×1×40/0,05×1,553 = 11,8 т

д) Г₁ = 1,68 км, Г₂ = 5,53+(8,19-5,53)×(11,8-10)/(20-10) = 6км,

е) Г_об = max { Г₁;Г₂) + 0,5 min { Г₁;Г₂ } = 6 + 0,5×1,68 = 6,84 км

ж) Г_п=Т_прог V_n =2×29 = 58 км

з) Г_ок = min { Г_об; Г_п) = min { 6,84; 58 } = 6,84 км

2.Определение площади заражения

а) S_B = 8,73×10^-3×Г² = 8,73×10^-3 ×6,84² × 45 = 18,38 кв. км.

б) Т_ф = Г_ок / V_n = 6,38 / 29 = 0,22 час

в) q = min { Т_ф; Т_прог} = min { 0,22; 2} = 0,22 час

г) S_Ф = К₈ Г_ок² q^0,2 = 0,133 * 6,84² * 0,22^0,2 = 4,6 кв.км.

Задача №2

На объекте сосредоточены запасы хлора -30т, аммиака -150т, нитрила акри­ловой кислоты -200т. Оценить химическую обстановку на 3 часа после разруше­ния объекта. Температура воздуха - 0° С. Определить время подхода облака зара­женного воздуха к рубежу, отстоящему от места аварии на 18 км.

Решение:

Для прогнозирования принимаются условия: инверсия, скорость ветра-1м/с.

1.по формуле (5) определяем времена испарения АХОВ:

хлора Т_исп = h р_ж / К₂ К4 К₇ =0,05 * 1,553 / 0,052*1* 1=1,49час=1час 30мин

аммиака Т_исп = h р_ж / К₂ К4 К₇ =0,05 * 0,681 / 0,025*1*1= 1,36час = 1час 22мин

нитрила акриловой кислоты

Т_исп = h р_ж / К₂ К4 К₇ =0,05 * 0,806 / 0,007*1*0,4= 14,39час=14час 23мин

2.Определяем значение коэффициента К₆ для каждого вещества по формуле (3):
хлор К₆ = min { Т_исп; Т_прог }°'⁸ = min { 1,49; 3}°'⁸ = 1,49 °'⁸ = 1,375,

аммиак К₆ - min { Т_исп; Т_прог }°'⁸ = min { 1,36; 3}°'⁸ = 1,36 °'⁸ = 1,279,

нитрил акриловой

кислоты К₆ = min { Т_исп; Т_прог }°'⁸ = min { 14,39; 3}°'⁸ = 3 °'⁸ = 2,408.

3. По формуле (15) находим суммарное эквивалентное количество АХОВ

m_э = 20 К₄К₅ S(К₂К₃К₆К₇ m_о/р_ж)₁ =20*1*1*(0,052*1*1*1,375*1*30/1,553+

+0,025*0,04*1,279*1*150/0,681+0,007*0,8 2,408*0,4*200/0,806) = 60т.

4.По таблице 13 находим глубину зоны заражения

Г_об = 52,67 +(65,23-52,67)*(60-50)/(70-50) = 59 км

5.По формуле (8) определяем глубину переноса переднего фронта облака

Г_пер= Т_прог V_n =3*5=15 км.

6.По формуле (9) определяем окончательную глубину зоны

Г_ок = min { Г_об; Г_пер) = min { 59; 15} = 15 км.

7. По формуле (10) определяем площадь зоны возможного заражения

S_B = 8,73* 10 ^{- 3}* Г_ок ²* =8,73* 10 ^{– 3} * 15 ²* 180 = 353,57 км²

8.По формуле (11) определяем время формирования зоны

Т_Ф = Г_ок /V_n =15/5=3 час.

9.По формуле (12) определяем минимальное из времён

q = min { Т_ф; Т_прог} = min { 3; 3} = 3 час

10.По формуле (13) определяем площадь зоны фактического заражения

S_Ф = К₈ Г_ок ² °'² = 0,081*15 ² * 3 ^0,2 =22,7 км ²

11 По формуле (14) определяем время подхода облака к заданному рубежу

Т _подх = X/V_n = 18 / 5 = 3,6 час = 3 час 36 мин

12.продолжительность аварии определяется наибольшим временем испарения АХОВ (нитрил акриловой кислоты) и составляет 14 час 23 мин.

Рекомендуемые контрольные вопросы к занятию 3.2.:

1. Хи­ми­че­ская об­ста­но­вка и метод ее прогнозирования.

2. По­ня­тие эк­ви­ва­ле­нт­но­го ко­ли­че­ства АХОВ.

3. Ис­хо­дные дан­ные при про­гно­зи­ро­ва­нии по­следс­твий ЧС на ХОО.

4. Учет вли­яния усло­вий хра­не­ния, опре­де­ля­ющих ха­ра­к­тер раз­ли­ва.

5. По­сле­до­ва­те­ль­ность рас­чета глуби­ны зо­ны за­ра­же­ния.

6. Опре­де­ле­ние пло­ща­дей зо­н за­ра­же­ния.

Лекция обсуждена и одобрена на заседании кафедры «» января 2009 г. Протокол заседания кафедры №.

При­ло­же­ние 1. ТАБЛИЦЫ ДЛЯ РАСЧЕТОВ.

Таб­ли­ца 13. Глу­би­ны зон воз­мож­но­го за­ра­же­ния АХОВ, км

Ск-сть	Эквивалентное количество АХОВ, т
ветра
м/с	0.01	0.05	0.1	0.5
	0.38	0.85	1.25	3.16	4.75	9.18	12.53	19.20	29.56	38.13	52.67	65.23	81.91	166.0	231.0	363.0
	0.26	0.59	0.84	1.92	2.84	5.35	7.20	10.84	16.44	21.02	28.73	35.35	44.09	87.79	121.0	189.0
	0.22	0.48	0.68	1.53	2.17	3.99	5.34	7.96	11.94	15.18	20.59	25.21	31.30	61.47	84.50	130.0
	0.19	0.42	0.59	1.33	1.88	3.28	4.36	6.46	9.62	12.18	16.43	20.05	24.80	48.18	65.92	101.0
	0.17	0.38	0.53	1.19	1.68	2.91	3.75	5.53	8.19	10.33	13.88	16.89	20.82	40.11	54.67	83.60
	0.15	0.34	0.48	1.09	1.53	2.66	3.43	4.88	7.20	9.06	12.14	14.79	18.13	34.67	47.09	71.70
	0.14	0.32	0.45	1.00	1.42	2.46	3.17	4.49	6.48	8.14	10.87	13.17	16.17	30.73	41.63	63.16
	0.13	0.30	0.42	0.94	1.33	2.30	2.97	4.20	5.92	7.42	9.90	11.98	14.68	27.75	37.49	56.70
	0.12	0.28	0.40	0.88	1.25	2.17	2.80	3.96	5.60	6.86	9.12	11.03	13.50	25.39	34.24	51.60
	0.12	0.26	0.38	0.84	1.19	2.06	2.66	3.76	5.31	6.50	8.50	10.23	12.54	23.49	31.61	47.53
	0.11	0.25	0.36	0.80	1.13	1.96	2.53	3.58	5.06	6.20	8.01	9.61	11.74	21.91	29.44	44.15
	0.11	0.24	0.34	0.76	1.08	1.88	2.42	3.43	4.85	5.94	7.67	9.07	11.06	20.58	27.61	41.30
	0.10	0.23	0.33	0.74	1.04	1.80	2.37	3.29	4.66	5.70	7.37	8.72	10.48	19.45	26.04	38.90
	0.10	0.22	0.32	0.71	1.00	1.74	2.24	3.17	4.49	5.50	7.10	8.40	10.04	18.46	24.69	36.81
	0.10	0.22	0.31	0.69	0.97	1.68	2.17	3.07	4.34	5.31	6.86	8.11	9.70	17.60	23.50	34.98

При­ме­ча­ния: 1.При ско­ро­сти вет­ра бо­лее 15 м/с ис­по­ль­зу­ют зна­че­ние для 15 м/с.

2.При ско­ро­сти вет­ра ме­нее 1 м/с ис­поль­зу­ют зна­че­ние для 1 м/с.

Таблица 14. Ха­ра­к­те­ри­с­ти­ки АХОВ и рас­чет­ные ко­эф­фи­ци­ен­ты.

NN	Наименование АХОВ	Плотность	Темпе-	Порого-	Значения коэффициентов
п / п		т/м. куб	ратура	вая ток-
			кипе-	содоза				К7 для значений температуры (С)
		газ	жид-	ния,	г мин/м3	К1	К2	К3	- 40	- 20
	Аммиак-хранение под	0.0008	0.681	-33.42		0.18	0.025	0.04	0/0.9	0.3/1	0.6/1	1/1	1.4/1
	Давлением
	Аммиак-изотермическое	—	0.681	-33.42		0.01	0.025	0.04	0/0.9	1/1	1/1	1/1	1/1
	хранение
	Водород фтористый	—	0.989	19.52			0.028	0.15	0.1	0.2	0.5
	Водород хлористый	0.0016	1.191	-85.10		0.28	0.037	0.30	0.4/1	0.6/1	0.8/1	1/1	1.2/1
	Диметиламин	0.0020	0.680	6.9	1.2	0.06	0.041	0.50	0/0.1	0/0.3	0/0.8	1/1	2.5/1
	Нитрил акриловой	—	0.806	77.3	0.75		0.007	0.80	0.04	0.1	0.4		2.4
	кислоты
	Окислы азота	—	1.491	21.0	1.5		0.040	0.40			0.4
	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
	Окись этилена	—	0.882	10.7	2.2	0.05	0.041	0.27	0/0.1	0/0.3	0/0.7	1/1	3.2/1
	Сероводород	0.0015	0.964	-60.35	16.1	0.27	0.042	0.036	0.3/1	0.5/1	0.8/1	1/1	1.2/1
	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	0/0.7	1/1	2.7/1
	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 треххлористый	—	1.570	75.3	3.0		0.010	0.2	0.1	0.2	0.4		2.3
	Фосфора хлорокись	—	1.675	107.2	0.06		0.003	10.0	0.05	0.1	0.3		2.5
	Хлор	0.0032	1.553	-34.1	0.6	0.18	0.052	1.0	0/0.9	0.3/1	0.6/1	1/1	1.4/1
	Хлорпикрин	—	1.658	112.3	0.02		0.002	30.0	0.03	0.1	0.3		2.9
	Хлорциан	0.0021	1.220	12.6	0.75	0.04	0.048	0.8	0/0	0/0	0/0.6	1/1	3.9/1
	Этиленамин	—	0.838	55.0	4.8		0.009	0.125	0.05	0.1	0.4		2.2
	Этиленсульфид	—	1.005	55.0	0.10		0.013	6.0	0.05	0.1	0.4		2.2
	Этилмеркаптан	—	0.839	35.0	2.20		0.028	0.27	0.1	0.2	0.5		1.7

При­ме­ча­ния: 1.Плот­но­сти га­зо­об­раз­ных АХОВ в ко­лон­ке 3 при­ве­де­ны для ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния (98.1 кПа).

2.В ко­лон­ках 10—14 в чис­ли­те­ле да­ны зна­че­ния для пер­вич­но­го об­ла­ка, в зна­ме­на­те­ле — для вто­рич­но­го.

3.Зна­че­ние К при изо­тер­ми­че­ском хра­не­нии ам­ми­ака при­ве­де­но для слу­чая раз­ли­вов (вы­бро­сов) в под­дон.

Таб­ли­ца 15. Зна­че­ния ко­эф­фи­ци­ен­та К4 в за­ви­си­мо­сти от ско­ро­сти вет­ра.

Скорость ветра, м/с
К4		1.33	1.67	2.0	2.34	2.67	3.0	3.34	3.67	4.0	5.68

Таб­ли­ца 16. Ско­рость пе­ре­но­са пе­ре­дне­го фрон­та об­ла­ка за­ра­жен­но­го воз­ду­ха, км/час

Скорость ветра, м/с

Инверсия

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Изотермия

Конвекция

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

(Сохранена нумерация таблиц по методическому пособию 1992 г)

[1] Нуж­но иметь вви­ду, что в практических условиях про­до­лжи­те­ль­ность со­хра­не­ния не­из­мен­ны­ми ме­те­о­ус­ло­вий при­ни­ма­ет­ся рав­ной 4 ча­сам. По ис­те­че­нии ука­зан­но­го вре­ме­ни про­гноз об­ста­но­вки до­лжен уточ­ня­ть­ся).

[2]Для рас­че­та объ­ема ис­по­ль­зу­ют­ся из­ве­ст­ные фор­му­лы объ­ема ци­лин­дра V_ц= p D²L/4 и ша­ра V_ш= p D³/6.

[3] Ис­по­ль­зу­ет­ся при рас­че­те эк­ви­ва­ле­нт­но­го ко­ли­че­ства ве­ще­ства. При расчете пло­ща­ди зо­ны за­ра­же­ния используется (см. ниже) коэффициент К₈, также учи­ты­ва­ющий влияние сте­пени вер­ти­ка­ль­ной устой­чи­во­сти воз­ду­ха на интенсивность рассеивания АХОВ

[4] О коэффициенте К₈ см. ниже.

[5] Наблюдается так называемый «эффект танковой гусеницы».