Определение эквивалентного количества вещества в первичном облаке

Практическое занятие

Тема: « Оценка химической обстановки

при аварии на химически опасном объекте»

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ - РД 52.04.253-90 «Методика прогнозирования масштабов заражения сильдействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте»

В настоящее время взамен термина СДЯВ используется термин Авари́йно хими́чески опа́сные вещества́ (АХОВ). Сильноде́йствующие ядови́тые вещества́ (СДЯВ) — химические соединения, обладающие высокой токсичностью и способные при определенных условиях (в основном при авариях на химически опасных объектах) вызывать массовые отравления людей и животных, а также заражать окружающую среду.

Под аварийно химически опасными веществами понимают химические вещества, которые при выходе в окружающую среду способны заражать воздух (почву) с поражающей концентрацией (плотностью).

Опасности, связанные с авариями на химически опасных объектах (ХОО)

Интенсивное развитие химической промышленности обусловило возрастание техногенных опасностей, которые могут привести к авариям на ХОО, сопровождающимся выбросами опасных химических веществ. Перечни производимых и используемых промышленностью химических веществ насчитывают десятки тысяч наименований и большинство из них представляют определенную опасность. В результате на обширных территориях возникает угроза жизни и здоровью людей, наносится колоссальный ущерб окружающей среде. Все это сопровождается большими материальными потерями. В мире ежесуточно происходит несколько десятков аварийных ситуаций с опасными химическими химическими веществами, которые возникают при их производстве, хранении, использовании и транспортировке. Некоторые аварии по своим масштабам достигают уровня крупных стихийных бедствий или применения оружия массового поражения.

Самой крупной в истории стала авария на химическом заводе фирмы «ЮнионКарбайд» (США) в г. Бхопале (Индия) в декабре 1984. На заводе производился инсектицид «Севин» и пестицид «Телеик». При аварии произошел выброс 43 тонн метилизоцианата и продуктов его неполного термического разложения. Зона заражения продуктами выброса составила в глубину 5 км, в ширину боле 2 км. В результате погибло 3150 ч, стали полными инвалидами около 20 тыс.чел, страдают от последствия отравления более 200 тыс. чел.

В 1974 г. на заводе по производству капролактана в г. Флисборо (Великобритания) в результате разрыва трубопровода в атмосферу было выброшено 40 т циклогексана, который испарившись образовал облако 200 м в диаметре, переносившееся ветром со скоростью 7 м/с. Через 45 с облако, встретившись с источником пламени, взорвалось. По мощности взрыв был эквивалентен заряду 50 т тротила. На площади 4,5 возник сплошной пожар. Завод был практически уничтожен, было убито 29 и ранено 36 ч. За пределами завода 53 чел. получили серьезные ранения и сотни человек легкие. Значительный ущерб понесли около 2000 зданий.

В 1976 г в г. Севезо (Италия) в результате разрушения на химическом заводе одного из аппаратов, в котором осуществлялся синтез трихлорфенола, в атмосферу было выброшено облако, которое кроме основного продукта синтеза содержало около. 4 кг диоксина. Облако распространилось на площади ок. 18 кв.км. В результате было поражено несколько сотен человек, погибло много с/х животных. Пришлось эвакуировать население. Дегазация местности продолжалась 8 лет.

Следует заметить, что ущерб, который нанесли некоторые аварии, сопоставим с ущербом от применения ОМП. Так, в результате химической аварии в Бхопале пострадали более 200 000 человек, а в результате атомной бомбардировки г. Нагасаки было убито и ранено 140 000 человек.

В России насчитывается более 2 тыс. ХОО, на которых используются опасные химические вещества в количествах, представляющих угрозу как для персонала, так и для населения, проживающего вблизи ХОО.

Так, например, аммиак и хлор используют на многих предприятиях текстильной, химической, пищевой промышленности. В различных производствах широко применяются щелочи, кислоты и другие агрессивные и сильно действующие вещества. Аварийная разгерметизациях емкостей, оборудования с со держанием токсических веществ или их перевозка связаны с повышением риска опасностей, так как выход этих веществ наружу приводит к превышению предельной концентрации, которая может повлечь за собой человеческие жертвы. Сегодня в России функционируют свыше 2,5 тыс. химически опасных объектов. Города, особенно большие, подобно действующим вулканам, извергают огромное количество оксидов углерода, азота, серы, аммиака, фенолов, углеводородов, различных дымов и многих других веществ. Например, только хлора на железных дорогах страны одновременно находится более 700 цистерн, в каждой из которых около 60 т опасного продукта. Более чем в 200 городах РФ, где проживают 64 млн человек, превышение ПДК многих вредных веществ. 28% россиян проживают в зонах потенциального химического заражения. Главные очаги его — огромные базы хранения ОВ в 5 регионах России. (Брянская обл. — 18,8%, Кировская — 17,4%, Пензенская — 17,2%, Курганская — 13,7%, Удмуртия — 30%.) На сегодняшний день накоплено 40 тыс. т (в США — 60 тыс. т). Хранить уже опасно, уничтожать сложно — международная конвенция запрещает уничтожение химических отходов затоплением в водоемах, захоронением в земле, сжиганием на открытом месте. При обязательстве к 2012 г. все запасы ОВ уничтожить на 2006 г. уничтожены лишь ОВ кожно-нарывного действия.

Появился новый поражающий фактор — токсическая нагрузка, обусловленная действием токсичных химических веществ. Растет количество их летальных доз, накопленных в различных производствах. Так, в Европе на душу населения накоплено по фосгену, аммиаку и синильной кислоте до 100 млрд доз, по хлору — 10 трлн. На территории РФ функционируют многочисленные объекты, использующие АХОВ, которые при выбросе в атмосферу могут заражать окружающую среду в поражающих концентрациях. В международном регистре таких веществ около 500. Аварии на химически опасных объектах приводят к массовым поражениям людей, заражению окружающей среды, выходу из строя оборудования.

Аварийно химически опасные вещества (АХОВ) и их свойства

В соответствии с законом РФ "О безопасности в промышленности" перечень опасных химических веществ включает 179 наименований. Однако не все из перечисленных в законе веществ представляют реальную опасность и при авариях могут вызвать ЧС.

В практике гражданской защиты перечень опасных химических веществ содержит только те, которые обладают высокой летучестью и токсичностью, и в аварийных ситуациях могут стать причиной массового поражения людей.

К АХОВ относят:

37 сильнодействующих веществ (согласно "Временному перечню сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ)" Штаба ГО СССР 1988 года) - аммиак, окислы азота, диметиламин, сероводород, сероуглерод, сернистый ангидрид, соляную кислоту, синильную кислоту, формальдегид, фосген, фтор, хлор, хлорпикрин, окись этилена и другие;

компоненты ракетного топлива: несимметричный диметилгидразин и жидкую четырехокись азота;

отравляющие вещества: иприт, люизит, зарин, зоман, Ви-газы (V_x);

некоторые другие химически опасные вещества: метилизоцианат, диоксин, метиловый спирт, фенол, бензол, концентрированную азотную и серную кислоту, анилин, ртуть металлическую и др.

Наиболее распространенными АХОВ являются хлор, аммиак, азотная кислота, сернистый ангидрид.

По­следс­твия вы­хо­да АХОВ в окру­жа­ющую сре­ду за­ви­сят от фи­зи­че­ских и фи­зи­ко-хи­ми­че­ских свойств АХОВ. Эти свойс­тва опре­де­ля­ют мас­шта­бы, сте­пе­нь и вре­мя за­ра­же­ния, а также влияют на выбор средс­тв и спо­со­бов обез­за­ра­жи­ва­ния и ме­ро­при­ятий по за­щи­те лю­дей.

Основ­ны­ми свойс­тва­ми яв­ля­ют­ся плот­ность, рас­тво­ри­мость, летучесть, вяз­кость, ха­ра­к­тер вза­имо­дейс­твия с кис­ло­та­ми и ще­ло­ча­ми, тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния.

Сте­пень и ха­ра­к­тер на­ру­ше­ний нор­ма­ль­ной жиз­не­де­яте­ль­но­сти че­ло­ве­ка (сте­пень по­ра­же­ния) при воз­дейс­твии АХОВ за­ви­сят от:

— осо­бен­но­стей ток­си­че­ско­го дейс­твия,

— агре­гат­но­го со­сто­яния,

— кон­цен­тра­ции в воз­ду­хе (во­де),

— про­до­лжи­те­ль­но­сти воз­дейс­твия,

— пу­тей про­ни­кно­ве­ния в ор­га­низм,

— ин­ди­ви­ду­аль­ных осо­бен­но­стей ор­га­низ­ма че­ло­ве­ка.

Классификация АХОВ

Наи­бо­лее час­то клас­си­фи­ка­цию АХОВ про­во­дят по при­зна­ку пре­иму­ще­ствен­но­го воз­дейс­твия на че­ло­ве­ка.

Со­глас­но кли­ни­че­ской клас­си­фи­ка­ции АХОВ де­лят­ся на сле­ду­ющие семь групп:

Ве­ще­ства пре­иму­ще­ствен­но уду­ша­юще­го дейс­твия (хлор, трех­хло­ри­с­тый фос­фор, хло­ро­кись фос­фо­ра, фос­ген, хлор­пик­рин);

Ве­ще­ства пре­иму­ще­ствен­но об­ще­ядо­ви­то­го дейс­твия (ци­ани­с­тый во­до­род, хлор­ци­ан, мы­шь­я­ко­ви­с­тый во­до­род);

Ве­ще­ства, об­ла­да­ющие уду­ша­ющим и об­ще­ядо­ви­тым дейс­тви­ем (ни­трил ак­ри­ло­вой кис­ло­ты, сер­ни­с­тый ан­гид­рид, се­ро­во­до­род, окис­лы азо­та);

Ней­ро­троп­ные яды (вещества нервно-паралитического действия), вещества, действующие на генерацию и передачу нервного импульса (се­ро­уг­ле­род, фосфорорганические ОВ);

Ве­ще­ства, об­ла­да­ющие уду­ша­ющим и ней­ро­троп­ным дейс­тви­ем (ам­ми­ак);

Ме­та­бо­ли­че­ские яды - нарушающие действие центральной нервной системы и системы крови (окись эти­ле­на, метилхло­ри­д);

Вещества, нарушающие обмен веществ (диоксины).

Сле­ду­ет от­ме­тить, что дан­ная клас­си­фи­ка­ция в опре­де­лен­ной сте­пе­ни услов­на, т. к. бо­ль­шинс­тво АХОВ дейс­тву­ет на ор­га­низм че­ло­ве­ка ком­плекс­но, кро­ме то­го, по­ми­мо основ­ных воз­дейс­твий, име­ют­ся по­боч­ные, час­то очень су­ще­ствен­ные.

Термины и определения

Под химически – опасными объектами (ХОО) понимают объекты при авариях и разрушениях которых могут произойти массовые поражения людей, животных и растений, а также химическое заражение окружающей природной среды (ГОСТ Р 22.0.05-94.)

Химическая авария - это авария на химически опасном объекте (ХОО), сопровождающаяся проливом или выбросом опасных веществ, способная привести к гибели и химическому заражению людей, продовольствия, пищевого сырья и кормов, сельскохозяйственных животных и растений.

Под зоной химического заражения понимается территория, в пределах которой будет проявляться поражающее действие АХОВ.

Глубина зоны заражения это расстояние от источника заражения, которым являются поврежденные или разрушенные емкости или продуктопроводы до границ зоны. Зона химического заражения является составной частью очага химического поражения. Она характеризуется масштабами распространения первичного и вторичного облаков зараженного воздуха. Различают зону возможного химического заражения и зону фактического химического заражения.

Первичное облако АХОВ образуется лишь при разрушении (повреждении) оборудования для производства и емкостей содержащих АХОВ под давлением, т. е. При мгновенном переходе в атмосферу части химически опасных веществ (1-3 мин). Оно характеризуется высокими концентрациями, превышающими на несколько порядков смертельные дозы АХОВ. Облако, образованное ядовитым веществами, с плотностью выше, чем плотность воздуха, собирается в низинах, подвалах, расщелинах, частично вытесняя воздух.

Вторичное облако АХОВ образуется в результате испарения разлившегося вещества с подстилающей поверхности. Концентрация паров во вторичном облаке на один-два порядка ниже, чем в первичном. Продолжительность действия вторичного облака определяется временем испарения источника и временем сохранения устойчивого направления ветра

Площадь зоны возможного заражения – это территория, в пределах которой под воздействием изменения направления ветра может перемещаться облако АХОВ.

Площадь зоны фактического заражения – это территория, зараженная АХОВ в опасных для жизни пределах.

Для прогнозирования и оценки химической обстановки, вызванной аварией на ХОО, необходимо знать скорость, направление предельного ветра и степень вертикальной устойчивости воздуха.

Степень вертикальной устойчивости воздуха характеризуется следующими состояниями в приземном слое воздуха.

Инверсия (при ней нижние слои воздуха холоднее верхних) возникает при ясной погоде, малых (до 4 м/с) скоростях ветра примерно за час до захода солнца и разрушается за час до восхода солнца.

Конвекция (нижний слой воздуха нагрет сильнее верхнего и происходит его перемешивание по вертикали) возникает при ясной погоде, малых (до 4 м/с) скоростях ветра, примерно через 2 часа после восхода солнца и разрушается примерно за 2-2,5 часа до захода солнца.

Изотермия (температура воздуха в пределах 20….30 м от поверхности почти одинакова) обычно наблюдается в пасмурную погоду и при снежном покрове.

Эквивалентное количество АХОВ – это такое количество отравляющего вещества, масштаб заражения которым при инверсии эквивалентен масштабу заражения при данной степени вертикальной устойчивости воздуха количеством данного вещества, перешедшим в первичное (вторичное) облако.

Масштабы заражения рассчитываются:

- для сниженных газов – отдельно по первичному и вторичному облаку;

- для сжатых газов – только по первичному облаку;

- для ядовитых жидкостей, кипящих выше температуры окружающей среды, только по вторичному облаку.

Для прогноза масштабов заражения непосредственно после аварии должны браться конкретные данные о количестве выброшенного (вылившегося) АХОВ и реальные метеоусловия.

Исходные данные для прогнозирования масштабов заражения СДЯВ:

общее количество СДЯВ на объекте и данные о размещении их запасов в технологическихемкостях и трубопроводах;

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

высота поддона или обваловки складских емкостей;

метеорологические условия: температура воздуха, скорость ветра на высоте 10 м (на высоте флюгера), степень вертикальной устойчивости воздуха (приложение 1).

Методика расчета

Принятые допущения

Емкости, содержащие СДЯВ, при авариях разрушаются полностью.

Толщина h слоя жидкости для СДЯВ, разлившихся свободно наподстилающей поверхности, принимается равной 0,05 м по всей площади разлива; для СДЯВ, разлившихся в поддон или обваловку, определяется следующим образом:

а)при разливах из емкостей, имеющих самостоятельный поддон (обваловку):

h = H - 0,2,

где H - высота поддона (обваловки), м;

б)при разливах из емкостей, расположенных группой, имеющих общий поддон(обваловку):

где Q ₀-количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т;

d - плотностьСДЯВ, т/м³;

F -реальная площадь разлива в поддон (обваловку), м².

Предельное время пребывания людей в зоне заражения и продолжительность сохранения неизменными метеорологических условий (степени вертикальной устойчивости атмосферы, направления и скорости ветра) составляет 4 ч. По истечении указанного времени прогноз обстановки должен уточняться.

При авариях на газо- и продуктопроводах выброс СДЯВ принимается равным максимальному количеству СДЯВ, содержащемуся в трубопроводе между автоматическими отсекателями, например, для аммиакопроводов - 275 - 500т.

Определение эквивалентного количества вещества в первичном облаке

Эквивалентное количество Q _э1 (т) вещества в первичном облаке определяется по формуле:

Q _э1 = К ₁ К ₃ К ₅ К ₇ Q ₀, (1)

где К ₁ - коэффициент, зависящий от условий хранения АХОВ (приложение 3; для сжатых газов К ₁ = 1);

К ₃ - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого АХОВ (приложение 3);

К ₅ - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы; для инверсии принимается равным 1, для изотермии 0,23, для конвекции 0,08;

К ₇- коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (приложение 3; для сжатых газов К ₇ = 1);

Q ₀ - количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т.

При авариях на хранилищах сжатого газа Q ₀рассчитывается по формуле:

Q ₀ = d V _х,. (2)

где d - плотность АХОВ, т/м³ (приложение 3);

V _х- объем хранилища, м³.

При авариях на газопроводе Q ₀рассчитывается по формуле:

(3)

где п - содержание АХОВ в природном газе, %;

d - плотность АХОВ, т/м³ (приложение 3);

V _г- объем секции газопровода между автоматическими отсекателями, м³.

При определении величины Q _э1 для сжиженных газов, не вошедших в приложение 3, значение коэффициента К ₇принимается равным 1, а коэффициент К ₁рассчитывается по соотношению

(4)

где с _р- удельная теплоемкость жидкого АХОВ, кДж/(кг·°С);

D Т - разность температур жидкого АХОВ до и после разрушения емкости, °С;

D Н _исп- удельная теплота испарения жидкого АХОВ при температуре испарения, кДж/кг.