Определение размеров зоны поражения при химическом заражении

При разрушении или авариях на объектах, имеющих аварийно химически опасные вещества (АХОВ), образуются зоны химического заражения. Такими объектами в Волгодонске являются: очистные сооружения, на которых находится хлор; мясокомбинат, на котором находится аммиак; комбинат древесных плит, на котором находится формалин; химический завод, на котором находится аммиак, олеум, азотная кислота и др.

Хлор - зеленовато-желтый газ с резким запахом. Хлор относится к очень ядовитым веществам, вызывающим отек легких. Хлор в 2,5 раза тяжелее воздуха, поэтому облако хлора будет перемещаться по направлению ветра близко к земле. Вдыхание воздуха, содержащего хлор в концентрации 0,1...0,2 г/м³ в течение 30...60 мин опасно для жизни.

Защита: промышленные фильтрующие противогазы марки “В” и “М”, гражданские противогазы ГП-5, детские противогазы. При очень высоких концентрациях (свыше 8,6 г/м³) - изолирующие противогазы.

Первая помощь: надеть противогаз и вывести на свежий воздух. Полный покой, как можно раньше - ингаляция кислородом. При раздражении дыхательных путей - вдыхание нашатырного спирта, бикарбоната натрия. Промывание глаз, носа и рта 2%-м раствором соды. Теплое молоко с боржоми или содой, кофе.

Аммиак - бесцветный газ с удушливым едким запахом, почти вдвое легче воздуха. Очень хорошо аммиак растворяется в воде, образуя аммиачную воду или нашатырный спирт. Жидкий аммиак вызывает на коже тяжелые ожоги, очень опасен для глаз. В высоких концентрациях аммиак возбуждает центральную нервную систему и вызывает судороги. Смерть может наступить через несколько часов или даже суток от отека гортани и легких. Раздражение наблюдается уже при 0,1 г/м³.

Защита: фильтрующие промышленные противогазы марки “К” и “М”. При очень высоких концентрациях - изолирующие противогазы и защитная одежда.

Первая помощь: свежий воздух, вдыхание теплых водяных паров 10% -го раствора ментола в хлороформе, теплое молоко с минеральной водой ("Боржоми") или с содой. При удушье - кислород, при спазме голосовой щели - тепло на область шеи, теплые водяные ингаляции.

Азотная кислота сильно раздражает слизистые оболочки. При нагревании и под действием света азотная кислота разлагается с образованием воды, кислорода и диоксида азота (бурый газ с удушливым запахом).

Формалин - стандартный водный раствор, содержащий 37...37,3% формальдегида, 6...15% метилового спирта, 0,02...0,04% муравьиной кислоты.

Формальдегид - бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворяется в воде. Очень ядовит, вызывает свертывание белковых веществ.

Олеум (дымящая серная кислота)- раствор серного ангидрида в безводной серной кислоте. При испарении серный ангидрит, соединяясь с парами воды воздуха, образует аэрозоль серной кислоты. Обладает сильным раздражающим действием на слизистые оболочки.

Размер зоны заражения АХОВ, на которой концентрация достигает значений, опасных для жизни людей, зависит не только от токсичности АХОВ и его количества, но также и от условий, определяющих перенос этих веществ в атмосфере: температуры воздуха, скорости ветра и вертикальной устойчивости атмосферы.

Зона возможного заражения облаком АХОВ ограничена окружностью, полуокружностью или сектором, имеющим угловые размеры j и радиус, равный глубине зоны поражения Г.

При скорости ветра меньше 0,5 м/с зона заражения имеет вид окружности:

При скорости ветра 0,6...1 м/с зона заражения имеет вид полуокружности:

Точка “0” соответствует источнику заражения; биссектриса угла совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра.

При скорости ветра больше 1 м/с зона заражения имеет вид сектора:

Точка “0” соответствует источнику заражения;

радиус сектора равен Г; биссектриса сектора совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра.

На глубину распространения АХОВ и на их концентрацию в воздухе значительно влияют и вертикальные потоки воздуха. Их направление характеризуется вертикальной устойчивостью атмосферы. Различают три степени вертикальной устойчивости атмосферы: инверсию, изотермию и конвекцию.

Конвекция - это вертикальное перемещение воздуха с одних высот на другие. Воздух более теплый перемещается вверх, а более холодный и более плотный - вниз. При конвекции наблюдаются восходящие потоки воздуха, рассеивающие зараженное облако, что создает неблагоприятные условия для распространения АХОВ.

Инверсия - это повышение температуры воздуха по мере увеличения высоты, т.е. обратное по сравнению с конвекцией распределение температуры воздуха по высоте. Инверсионный слой, являющийся задерживающим в атмосфере, препятствует движению воздуха по вертикали, вследствие чего под ним накапливаются водяной пар, пыль, а это способствует образованию дыма и тумана. Инверсия препятствует рассеиванию воздуха по высоте и создает наиболее благоприятные условия для сохранения высоких концентраций АХОВ.

Изотермия характеризуется стабильным равновесием воздуха, поскольку температура воздуха с изменением высоты не меняется. Изотермия так же, как инверсия, способствует длительному застою паров АХОВ на местности.

Степень вертикальной устойчивости атмосферы может быть определена по данным прогноза погоды (табл. 3).

При расчете глубины зоны поражения при аварии на химически опасном объекте используется понятие эквивалентного количества АХОВ, которое подразумевает количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии эквивалентен масштабу заражения при данной степени вертикальной устойчивости атмосферы количеством АХОВ, перешедшим в первичное (вторичное) облако.

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

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

Эквивалентное количество Q_э1, т, вещества в первичном облаке определяется по формуле

(1)

где К₁ - коэффициент, зависящий от условий хранения АХОВ (табл. 4; для сжатых газов К₁ = 1);

К₃ - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого АХОВ (табл. 4);

К₅ - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы; для инверсии принимается равным 1, для изотермии 0,23; для конвекции 0,08;

К₇ - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (табл. 2; для сжатых газов К₇ = 1);

Q₀ - количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т.

Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке рассчитывается по формуле

, (2)

где К₂ - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств АХОВ (табл. 4);

К₄ - коэффициент, учитывающий скорость ветра (табл. 6);

К₆ - коэффициент, зависящий от времени N, прошедшего после начала аварии.

Значение коэффициента К₆ определяется после расчета продолжительности Т, ч, испарения вещества:

(3)

где h - толщина слоя АХОВ, м; d - плотность АХОВ, т/м³ (табл. 4).

Толщина слоя жидкости для АХОВ, разлившихся свободно на подстилающей поверхности, принимается равной 0,05 м по всей площади разлива;

(4)

при Т < 1 ч К₆ принимается для 1 ч.

В табл. 5 приведены максимальные значения глубины зоны заражения первичным Г₁ или вторичным Г₂ облаком АХОВ, определяемые в зависимости от эквивалентного количества вещества и скорости ветра. Полная глубина зоны заражения Г км, обусловленной воздействием первичного и вторичного облака АХОВ, определяется по формуле

(5)

где Г' - наибольший, Г" - наименьший из размеров Г₁ и Г₂.

Полученное значение сравнивается с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс Г_п, определяемых по формуле:

(6)

где N - время от начала аварии, ч; u - скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при данной скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч (табл. 7).

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

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

(7)

где x - расстояние от источника заражения до заданного объекта, км;

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

Пример. Рассмотреть чрезвычайную ситуацию для случая, представленного в таблице 1 и проанализировать возможность попадания лаборатории, находящейся на территории ВИТИ НИЯУ МИФИ, в зону возможного заражения АХОВ. Направление ветра - восточное. Расстояние от ВОС2 до ВИТИ НИЯУ МИФИ - 2.1 км.

Таблица 1 - Данные для расчетов глубины зоны заражения АХОВ

Химически опасный объект	АХОВ	Количество АХОВ Qо, т	Температура воздуха,^ОС	Скорость ветра, м/с	Время аварии
ВОС2	хлор			1.5	14ч., май

Решение. 1.Определение эквивалентного количества вещества в первичном облаке.

Эквивалентное количество Q_Э1 (т) вещества в первичном облаке определим по формуле (1):

Q_Э1 = К₁К₃К₅К₇Q_о,

По табличным данным примем следующие значения расчетных коэффициентов: К₁ = 0.18 (таблица 4); К₃ = 1, (таблица 4); К₅ = 0.23 (в нашем случае, степень вертикальной устойчивости атмосферы соответствует изотермии); К₇=0.6 (для первичного облака - данные таблицы 2).

Q_Э1 = 0.18 ×1×0.23×20×0.6 = 0.828 т.

2. Определение продолжительности поражающего действия АХОВ.

Продолжительность поражающего действия АХОВ определяется временем его испарения.

Время испарения Т (час) АХОВ определяется по формуле (3):

,

Примем толщину слоя АХОВ равной 0,05 м.; плотность АХОВ d = 0.0032 т/м³ (таблица 4); K₂ =0.052 (таблица 4); К₄ = 2 (таблица 6).

Т = (0.05 ×0.0032) / (0.052× 2× 1) =0.75 ч.=45 мин.

3 Определение эквивалентного количества во вторичном облаке.

Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке рассчитывается по формуле (2):

значение коэффициента К₆ принимаем равным единице (при Т < 1 ч., К₆ принимается для 1 ч (К₆=1).)

4.Расчет глубины зоны заражения при аварии на химически опасном объекте.

Полная глубина зоны заражения Г (км), обусловленная воздействием первичного и вторичного облака АХОВ, определяется:

Г = Г’ + 0,5Г’’,

где Г’ - наибольший, Г’ - наименьший из размеров Г₁ и Г₂.

Интерполированием находим глубину заражения для первичного облака:

Глубина заражения вторичного облака:

Г₂ = 1.99 км.

Г = 2.72 + 0.5 1.99 = 3,72 км.

Определим предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс:

где N- время от начала аварии, v- скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при данной скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха v=24 км/ч. (таблица7).

Расчетная глубина зоны заражения принимается равной 3.72 км., как минимальная из Г и Гп

5. Определение площади заражения АХОВ.

Площадь зоны возможного заражения для первичного (вторичного) облака АХОВ определяется по формуле:

S_в = 8.72 10^-3 Г² ×j,

j - угловой размер зоны возможного заражения для скорости ветра 4 м/с принимаем равным- j=45^о).

S_в = 8.72 10^-3 3.715² 45 = 2 км² .

Площадь зоны фактического заражения:

Sф = К₈ × Г× N

где К₈ - зависит от степени вертикальной устойчивости воздуха, К₈ =0.133 при изотермии.

Sф = 0.133 3.715² 1 = 0.5 км² .

6 Определение времени подхода зараженного воздуха к объекту (ВИТИ НИЯУ МИФИ).

Время подхода облака АХОВ к заданному объекту зависит от скорости переноса облака воздушным потоком и определяется по формуле (7):

по условию задачи, расстояние от источника заражения до заданного объекта х = 6 км, по данным таблицы 7, скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха n =24 км/ч. С учетом этого имеем:

Таким образом, облако зараженного воздуха может представлять опасность для рабочих и служащих химически опасного объекта, для населения города, проживающего на расстоянии 0.5 км от центра химического заражения. ВИТИ НИЯУ МИФИ не попадает в зону возможного заражения, так как он находится на расстоянии 6 км от центра заражения.

Таблица 3

Определение степени вертикальной устойчивости атмосферы по прогнозу погоды

Скорость ветра, м/c	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

Примечания: 1. Обозначения: ин - инверсия; из - изометрия; к - конвекция; буквы

в скобках - при снежном покрове.

2. Под термином “утро” понимается период времени в течение 2 ч после

восхода солнца, под термином “вечер” - в течение 2 ч после захода солнца.

Период от восхода до захода солнца за вычетом двух утренних часов -

день, а период от захода до восхода солнца за вычетом двух

вечерних часов - ночь.

3. Скорость ветра и степень вертикальной устойчивости воздуха

принимаются в расчетах на момент аварии.

Таблица 4

Характеристики АХОВ и вспомогательные коэффициенты для определения глубины зоны заражения

АХОВ	Плотность АХОВ, т/м^3	Темпера- тура кипения, °С	Пороговая токсодоза, л	Значения вспомогательных коэффициентов
Газ	Жидкость	К1	К2	К3	К7 для температуры воздуха, °С
-40	-20
Аммиак: - хранение под давлением - изотермическое хранение	0,0008   -	0,681   0,681	-33,42   -33,42		0,18   0,01	0,025   0,025	0,04   0,04	0 0,9 0 0,9	0,3 1 1	0,6 1 1	1 1	1,4 1
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	1,7
Соляная кислота (концентрированная)	-	1,198	-			0,021	0,30		0.1	0.3		1,6
Формальдегид	-	0,815	-19,0	0,6	0,19	0,034	1,0	0 0,4	0	0.5	1	1,5
Фтор	0,0017	1,512	-188,2	0,2	0,95	0,038	3,0	0,7	0,8 1	0,9	1	1,1
Хлор	0,0032	1,553	-34,1	0,6	0,18	0,052	1,0	0 0,9	0,3	0,6	1	1,4 1

Примечания: 1. Значения К₇ в графах 10...14 в числителе приведены для первичного,

в знаменателе - для вторичного облака.

2. Значения К₁ для изотермического хранения аммиака приведено для случая разлива (выброса) в поддон.

Таблица 5

Глубина зоны заражения, км

Скорость	Эквивалентное количество АХОВ, т
ветра, м/с	0,01	0,05	0,1	0,5
1 и менее 15 и более	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 1,00 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	29,56 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

Окончание табл. 5

Скорость ветра, м/с	Эквивалентное количество АХОВ, т
1 и менее 15 и более	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 7,67 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 20,82 18,13 16,17 14,68 13,50 12,54 11,74 11,06 10,48 10,04 9,70	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	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	81,17 67,15 56,72 50,93 45,79 41,76 38,50 35,81 35,55 31,62 29,95 28,48	83,60 71,70 63,16 56,70 51,60 47,53 44,15 41,30 38,90 36,81 34,98	96,30 86,20 78,30 71,90 66,62 62,20 58,44 55,20 52,37

Таблица 6

Значение 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 7

Скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха в зависимости от скорости ветра, км/ч

Состояние атмосферы (степень вертикальной устойчивости)

Скорость ветра, м/с

Инверсия Изотермия Конвекция

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

. На Волгодонских очистных сооружениях № 1 произошла авария с выбросом 10 т хлора в 4 ч утра летом. Скорость ветра 2 м/с, направление северо-западное. Определить границы возможного очага химического заражения через 1 час после аварии и дать заключение об опасности поражения ВИТИ НИЯУ МИФИ, если расстояние от ВДС-1 до института - 1275 м.

2. На Волгодонских очистных сооружениях № 2 произошла авария с выбросом 40 т хлора в 17 часов в декабре. Скорость ветра - 1 м/с, направление ветра юго-восточное. Определить границы возможного очага химического заражения через 1 час после аварии и дать заключение об опасности поражения ВИТИ НИЯУ МИФИ, если расстояние от ВДС-2 до института 2100 м.

3. На Волгодонском мясокомбинате произошла утечка 15 т аммиака в 13 часов в марте. Скорость ветра - 4 м/с, направление ветра - южное. Определить границы возможного очага химического заражения через 1 час после аварии и дать заключение об опасности поражения ВИТИ НИЯУ МИФИ, если расстояние от мясокомбината до института- 1500 м.

4. На Волгодонском химическом заводе произошла авария с выбросом 25 т аммиака в 2 часа ночи летом. Скорость ветра - 3 м/с, направление ветра - западное. Определить границы возможного очага химического заражения через 1 час после аварии и дать заключение об опасности поражения ВИТИ НИЯУ МИФИ, если расстояние от ВХЗ до института - 1950 м.

5. На очистных сооружениях ВХЗ произошла утечка хлора в количестве 5 т в 6 часов утра в декабре. Скорость ветра - 3 м/с, направление - северо-западное. Определить границы возможного очага химического заражения через 1 час после аварии и дать заключение об опасности поражения ВИТИ НИЯУ МИФИ, если расстояние от ВХЗ до института - 1950 м.

6. На Волгодонском комбинате древесных плит произошло разрушение емкости с формалином емкостью 100 т 8 часов утра в ноябре. Скорость ветра - 1 м/с, направление ветра - северное. Определить границы возможного очага химического заражения через 1 час после аварии и дать заключение об опасности поражения ВИТИ НИЯУ МИФИ, если расстояние от ВКДП до института - 1000 м.

7. На Волгодонском химическом заводе произошла утечка 10 т аммиака в 18 часов в ноябре. Скорость ветра - 1,5 м/с, направление ветра - северо-западное. Определить границы возможного очага химического заражения и дать заключение об опасности поражения ВИТИ НИЯУ МИФИ, если расстояние от ВХЗ до института - 1950 м.

8. На Волгодонских очистных сооружениях № 2 произошла утечка 20 т хлора в 14 часов летом. Скорость ветра - 1,5 м/с, направление ветра восточное. Определить границы возможного очага поражения через 1 час после аварии и дать заключение об опасности поражения ВИТИ НИЯУ МИФИ, если расстояние от ВДС-2 до института - 2100 м.

9. На Волгодонском комбинате древесных плит произошло разрушение емкости с формалином емкостью 120 т 18 часов в ноябре. Скорость ветра - 2 м/с, направление ветра - северное. Определить границы возможного очага химического заражения через 1 час после аварии и дать заключение об опасности поражения ВИТИ НИЯУ МИФИ, если расстояние от ВКДП до института - 1000 м.

10. На Волгодонских очистных сооружениях № 1 произошла утечка 8 т хлора в 13 часов в мае. Скорость ветра - 4 м/с, направление ветра - западное. Определить границы возможного очага химического заражения через 1 час после аварии и дать заключение об опасности поражения ВИТИ НИЯУ МИФИ, если расстояние от ВДС-1 до института - 1275 м.

Дата добавления: 2015-07-25