Міністерством з надзвичайних ситуацій України розроблена і затверджена «Методика прогнозування наслідків розливу (викиду) хімічно небезпечних речовин при аваріях на промислових об'єктах і транспорті» (Наказ №73/82/64/122 від 27.03.2001 р.).
Ця методика застосовується для речовин, які зберігаються у газоподібному або рідкому стані. Вона передбачає проведення розрахунків для планування заходів щодо захисту населення тільки на висотах до 10 м на поверхнею землі (в приземному шарі повітря).
Методика передбачає довгострокове (оперативне) та аварійне прогнозування.
Довгострокове прогнозування здійснюється заздалегідь для визначення можливих масштабів забруднення, сил і засобів, які потрібні для проведення аварійно-рятувальних робіт, для складання оперативно-плануючих та інших документів.
Для довгострокового прогнозування можливої хімічної обстановки під час аварії потрібно мати певні вихідні дані та прийняти певні припущення.
Вихідні дані та основні припущення для довгострокового прогнозування.
Для здійснення прогнозування хімічної обстановки потрібні наступні вихідні дані:
- кількість НХР на об’єкті;
- обсяг ємностей із НХР;
- фізико-хімічні властивості НХР (агрегатний стан, щільність, температура кипіння, тиск насичених парів, концентраційні межі спалаху тощо);
- характер можливого розлиття НХР на підстилаючу поверхню «вільно» або в «піддон», «обвалування»;
- площа та висота обвалування;
- пануючий напрямок та швидкість вітру для даної місцевості;
- характер місцевості;
- середня щільність населення.
Для прогнозування прийнято наступні допущення:
· руйнується ємність, яка містить найбільшу кількість НХР, при цьому увесь запас цієї ємності переходить в атмосферу. Кількість речовини, яка вийшла, визначається:
- під час аварій на сховищах стиснутого газу:
, т, (5.5)
де r – щільність парів т/м3 ; V – обсяг ємності, м3.
- під час аварій на газо-, продуктопроводах:
, т, (5.6)
де n – кількість НХР у газі, %; VГ – обсяг секції між автоматичними відсіками, м3. Наприклад для аміакопроводів обсяг секції складає 275–500 м3.
· товщина шару h розлитого НХР дорівнює:
- при вільному розливі h = 0,05 м;
- при виливанні у піддон або обвалування:
h = H - 0,2, м , (5.7)
де H – висота піддону, обвалування, м.
· погодні умови залишаються незмінними продовж 4-х годин;
· стан атмосфери – інверсія;
· швидкість вітру – 1 м/с.
Зони зараження під час викидання і розливання НХР в залежності від їх фізичних властивостей і агрегатного стану розраховуються за первинною і вторинною хмарами, а саме для:
• зріджених газів – за первинною і вторинною хмарами;
• стиснутих газів – тільки за первинною хмарою;
• рідин, що киплять вище температури навколишнього середовища – тільки за вторинною хмарою.
Базовими при прогнозуванні є:
• отруйна речовина – хлор;
• стан атмосфери – інверсія;
• швидкість приземного вітру – 1 м/с.
При прогнозуванні хімічної обстановки визначаються:
1) глибина зони зараження – Г, км;
2) площа зони зараження – S, км2;
3) час підходу хмари НХР до заданого об'єкта – tпідх, годин;
4) тривалість уражаючої дії НХР – tНХР, годин;
5)можливі втрати людей – Nn, осіб.
Результати прогнозу хімічної обстановки наносяться на топографічні карти або плани міста, об’єкта.
Прогнозування починається з визначення еквівалентної кількості хлору.
Базовою отруйною речовиною прийнято хлор і отримано числові результати з прогнозування зони хімічного зараження хлором. Для використання цих даних для інших НХР необхідно для конкретного НХР визначити еквівалентну кількість хлору.
Еквівалентна для НХР кількість хлору – це така кількість хлору, масштаб зараження якою при інверсії еквівалентний масштабу зараження при цьому ж ступені вертикальної стійкості повітря кількістю НХР, що перейшла в первинну або вторинну хмару.
Формули для визначення еквівалентної кількості хлору:
• за первинною хмарою:
т; (5.8)
• за вторинною хмарою:
, т; (5.9)
• у разі руйнування ХНО (одночасний викид усіх НХР на ХНО):
т, (5.10)
де індекс «j» означає належність показника до j-му НХР.
У формулах (4.9–4.10) приведені наступні коефіцієнти:
• k1 – коефіцієнт, що залежить від умов зберігання НХР:
|
|
|
k1 = 1 – для стиснутих газів, |
|
k1 для іншого агрегатного стану по таблиці 5.3, | ||
|
k1 = |
- для рідких НХР, яких немає в таблиці 5.3,де Ср – питома теплоємність НХР, кДж/(кг-К); dt – різниця температур рідкого (НХР) до і після виходу в навколишнє середовище, град.; Нвип – питома теплота випаровування рідкого НХР при температурі випаровування кДж/кг.
• k2 – коефіцієнт, що враховує випаровування НХР при відсутності вітру і температурі 20°С, коефіцієнт залежить від фізико-хімічних властивостей речовини:
|
|
k2 – за таблицею 5.3, | |
|
k2 = |
для НХР, яких немає в таблиці 5.3,де Р – тиск насиченої пари речовини при температурі повітря 20°С, кПа.; М – молекулярна маса речовини.
• k3 – коефіцієнт, дорівнює відношенню граничної токсидози хлору до токсидози іншого НХР:
|
|
| |
|
– для НХР, яких немає в таблиці 5.3,де Сlt×50 – гранична токсидоза, визначається за формулою:
, (5.11)
де ЗНХР = 5 – для газів що подразнюють, 9 – для усіх інших газів.
• k4 – коефіцієнт, що враховує вплив швидкості вітру:
, (5.12)
де vn – швидкість приземного вітру, (м/с).
• k5 – коефіцієнт, що враховує стан атмосфери – ступінь вертикальної стійкості повітря:
|
|
| |
| ||
|
• k6 – коефіцієнт, що залежить від часу, який пройшов після початку аварії (виходу/викиду НХР) – t, визначається після розрахунку тривалості випаровування речовини tвип (5.21):
|
|
| |
| ||
|
– якщо tвип < t,
– якщо tвип >t .• k7 – коефіцієнт, що враховує вплив температури повітря на швидкість випаровування і поширення НХР:
|
|
| |
|
Таблиця 5.3 Коефіцієнти для прогнозування зон зараження
|
Найменування НХР |
Поріг. Токси доза, мг·хвил/л |
Значення коефіцієнтів | ||||||
|
k |
k2 |
k3 |
k7 для температури | |||||
|
-20°С |
0°С |
20°С |
40°С | |||||
|
1 Аміак • підтиском • ізотермічне збереження |
15 15 |
0,18 0,01 |
0,025 0,025 |
0,04 0,04 |
0,3/1 1/1 |
0,6/1 1/1 |
1/1 1/1 |
1,4/1 1/1 |
|
2 Водень • миш'яковистий • фтористий • хлористий • бромистий • ціаністий |
0,2 4 2 2,4 0,2 |
0,17 0 0,28 0,13 0 |
0,054 0,028 0,037 0,055 0,026 |
0,86 0,15 0,3 6 3 |
0,5/1 0,2 0,6/1 0,5/1 0 |
0,8/1 0,5 0,8/1 0,8/1 0,4 |
1/1 1 1/1 1/1 1 |
1,2/1 1 1,2/1 1,2/1 1,8 |
|
3. Метиламін |
1,2 |
0,13 |
0,034 |
0,5 |
0/0,7 |
0,5/1 |
1/1 |
2,5/1 |
|
4. Метил • бромистий • хлористий |
1,2 10,8 |
0,04 0,125 |
0,039 0,044 |
0,5 0,06 |
0/0,4 0,1/1 |
0/0,9 0,6/1 |
1/1 1/1 |
2,3/1 1,5/1 |
|
5. Метилакрілат |
6 |
0 |
0,005 |
0,03 |
0,2 |
0,4 |
1 |
3,1 |
|
6. Нітрил акрилової кислоти |
0,75 |
0 |
0,007 |
0,8 |
0,1 |
0,4 |
1 |
2,4 |
|
7. Окисли азоту |
1,5 |
0 |
0,04 |
0,04 |
0 |
0,4 |
1 |
1 |
|
8. Сірчаний ангідрид |
1,8 |
0,11 |
0,49 |
0,03 |
0/0,5 |
0,3/1 |
1/1 |
1,7/1 |
|
9. Сірководень |
16,1 |
0,27 |
0,042 |
0,04 |
0,5/1 |
0,8/1 |
1/1 |
1,2/1 |
|
10. Сірковуглець |
45 |
0 |
0,021 |
0,01 |
0,2 |
0,4 |
1 |
2,1 |
|
11. Соляна кислота |
2 |
0 |
0,021 |
0,3 |
0,1 |
0,3 |
1 |
1,6 |
|
12. Формальдегід |
0,6 |
0,19 |
0,034 |
1 |
0/1 |
0,5/1 |
1/1 |
1,5/1 |
|
13. Фтор |
0,2 |
0,95 |
0,038 |
3 |
0,8/1 |
0,9/1 |
1/1 |
1,1/1 |
|
14. Фосген |
0,6 |
0,05 |
0,061 |
1 |
0/0,3 |
0/0,7 |
1/1 |
2,7/1 |
|
15. Хлор |
0.6 |
0,18 |
0,052 |
1 |
0,3/1 |
0,6/1 |
1/1 |
1,1/1 |
|
16. Хлорпікрин |
0,02 |
0 |
0,002 |
30 |
0,1 |
0,3 |
1 |
2,9 |
|
17. Хлорціан |
0,75 |
0,04 |
0,048 |
0,8 |
0/0 |
0/0,6 |
1/1 |
3,9/1 |
Значення k7: у чисельнику – для первинної хмари, у знаменнику – для вторинної хмари.
Таблиця 5.4 Значення коефіцієнта k4
|
Коефіцієнт |
Швидкість вітру, м/с | ||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
15 | |
|
k4 |
1 |
1,33 |
1,67 |
2,0 |
2,34 |
2,67 |
3,0 |
3,34 |
3,67 |
4,0 |
5,68 |
Коефіцієнти k1, k2, k3, k6 враховують перехід від хлору до іншої НХР, а коефіцієнти k4, k5, k7 враховують інші, що відрізняються від базових, метеорологічні умови.
Прогнозування глибини зони зараження.
Глибина зони зараження – це основний параметр, що характеризує поширення НХР при викиді або розлитті в навколишнє середовище.
Прогнозування глибини зони хімічного зараження НХР полягає у визначенні глибини зони зараження для еквівалентної кількості хлору за первинною і вторинною хмарами. Вихідні дані:
- прогнозування за первинною хмарою:
1) еквівалентна кількість хлору за первинною хмарою – Gj;
2) швидкість приземного вітру – V.
- прогнозування за вторинною хмарою:
1) еквівалентна кількість хлору по вторинній хмарі – G2;
2) швидкість приземного вітру – V.
По таблицею 5.5 визначається глибина Г1 зони зараження для первинної хмари і глибина Г2 зони зараження для вторинної хмари:
, км . (5.13)
Таблиця 5.5 Глибини зон можливого зараження НХР, км
|
Швидкість вітру, м/c |
Еквівалентна кількість | ||||||||
|
0,01 |
0,05 |
0,1 |
0,5 |
1 |
5 |
10 |
50 |
100 | |
|
1 |
0,38 |
0,85 |
1,25 |
3,16 |
4,75 |
12,53 |
19,2 |
52,67 |
81,91 |
|
2 |
0,26 |
0,59 |
0,84 |
1,92 |
2,84 |
7,2 |
10,83 |
28,73 |
44,09 |
|
3 |
0,22 |
0,48 |
0,68 |
1,53 |
2,17 |
5,43 |
7,96 |
20,59 |
31,3 |
|
4 |
0,19 |
0,42 |
0,59 |
1,33 |
1,88 |
4,36 |
6,46 |
16,43 |
24,8 |
|
5 |
0,17 |
0,38 |
0,53 |
1,19 |
1,68 |
3,75 |
5,53 |
13,88 |
20,82 |
|
6 |
0,15 |
0,34 |
0,48 |
1,09 |
1,53 |
3,43 |
4,88 |
12,14 |
18,13 |
|
7 |
0,14 |
0,32 |
0,45 |
1 |
1,42 |
3,17 |
4,49 |
10,87 |
16,17 |
|
8 |
0,13 |
0,3 |
0,42 |
0,94 |
1,33 |
2,97 |
4,2 |
9,9 |
14,68 |
|
9 |
0,12 |
0,28 |
0,4 |
0,88 |
1,25 |
2,8 |
3,96 |
9,12 |
13,5 |
|
10 |
0,12 |
0,26 |
0,38 |
0,84 |
1,19 |
2,66 |
3,76 |
8,5 |
12,54 |
|
11 |
0,11 |
0,25 |
0,36 |
0,8 |
1,13 |
2,53 |
3,58 |
8,01 |
11,74 |
|
12 |
0,11 |
0,24 |
0,34 |
0,76 |
1,08 |
2,42 |
3,46 |
7,67 |
11,06 |
|
13 |
0,10 |
0,23 |
0,33 |
0,74 |
1,04 |
2,37 |
3,29 |
7,37 |
10,48 |
|
14 |
0,10 |
0,22 |
0,32 |
0,71 |
1 |
2,24 |
3,17 |
7,1 |
10,04 |
|
15 |
0,10 |
0,22 |
0,31 |
0,69 |
0,97 |
2,17 |
3,07 |
6,86 |
9,7 |
|
Примітка: 1. При швидкості вітру менше 1 м/с розміри зон зараження приймати як при швидкості вітру 1 м/с. 2. При швидкості вітру більше 15 м/с розміри зон зараження приймати як при швидкості вітру 15 м/с. |
Глибина зони зараження при спільній дії первинної і вторинної хмар Г0 визначається:
, км, (5.14)
де Г/, Г// - найбільший і найменший з розмірів Г1 і Г2:
. (5.15)
Для остаточного рішення про глибину зони зараження необхідно визначити глибину зони зараження Гt що сформувалася на момент часу, який минув з початку аварії (виходу або викиду НХР):
, км, (5.16)
де t – час від початку аварії (початку виходу НХР), год.;Vпер – швидкість перенесення переднього фронту зараженого повітря при заданій швидкості вітру v ступеня вертикальної стійкості повітря, км/год:
|
|
Vпер = 2,2 × V – при інверсії, | |
|
Vпер = 5,81 × V – при ізотермі, | ||
|
Vпер = 7 × V – при конвекції. |
Порівнюючи значення глибини Г0 зони зараження при дії первинної і вторинної хмар з можливою глибиною зони Гτ сформованої на конкретний момент часу після початку аварії, вибираємо менше з цих значень:
, км, (5.17)
яке є остаточною оцінкою глибини зони зараження.
Визначення площі хімічного зараження.
Зона хімічного зараження являє собою сектор. Площа зони хімічного зараження S визначається за формулою:
, км, (5.18)
де f0 – кутові розміри зони можливого зараження, град, залежить від швидкості приземного вітру (таблиця 5.6).
Таблиця 5.6 Кутові розміри зони можливого зараження
|
Швидкість вітру, м/с |
менше 0,5 |
0,6–1,0 |
1,1–2,0 |
більш 2,0 |
|
Кутові розміри, град., f0 |
360 |
180 |
90 |
45 |
Площа S зони зараження – це площа максимально можливої зони зараження, глибина якої визначається за формулою 5.18. У конкретний момент часу t, що пройшов після початку аварії (виходу або викиду НХР) площа зони – позначимо її St – буде меншою, тобто St < S. Площа St обчислюється по формулі:
, км2 при t < tвип, (5.19)
де k8 – коефіцієнт, що залежить від ступеня вертикальної стійкості повітря, приймається рівним:
|
|
k8 = 0,081 – при інверсії, | |
|
k8 = 0,133 – при ізотермі, | ||
|
k8 = 0,233 – при конвекції. |
Розрахована і нанесена на карту (схему) зона зараження є по суті справи зоною можливого зараження. Фактична зона зараження має форму еліпса і входить у зону можливого зараження. Але через можливі переміщення хмари НХР під впливом змін напрямку вітру зображення зони фактичного зараження на карти (схеми) не наноситься.
Прогнозування часу підходу зараженої хмари і тривалості уражаючої дії НХР.
Час підходу хмари НХР до заданого об'єкта залежить від швидкості перенесення хмари повітряним потоком і визначається за формулою:
, год, (5.20)
де L – відстань від джерела зараження до об'єкта, км.
Тривалість уражаючої дії НХР визначається часом її випаровування з площі розливу. Час випаровування НХР tвип із площі розливу визначається за формулою:
, год. (5.21)
Прогнозування можливих втрат людей.
Для прогнозування можливих втрат людей необхідно визначити зону хімічного ураження. Для цього за нанесеною на карту (схему) обстановкою обчислимо графічним або іншим методом можливу площу ураження Sп –частина населеного пункту (міста і т. ін.).
Очікувані втрати людей залежать, насамперед, від кількості людей N, які перебувають (проживають, працюють) у зоні зараження. Ця кількість N визначається:
|
|
N = S rнас – для територій, | |
|
N = Nспис – для об’єкта, |
де S – площа зони зараження, км2; rнас – щільність населення в зоні зараження, чол/м2; Nспис – кількість працюючих на об'єкті згідно із списком.
Очікувані втрати людей Nn у зоні зараження рівні:
, чол., (5.22)
де ke – коефіцієнт, що враховує евакуацію населення, kе < 1; kn – коефіцієнт, що враховує умови перебування людей (відкрито, у квартирах, в укриттях) kn<1; k3 – коефіцієнт, що враховує забезпеченість населення (що працюють на об'єкті) індивідуальними засобами захисту, k3<1.
Максимальні втрати будуть при рівності всіх коефіцієнтів (ke, kn, k3) одиниці і при цьому Nn = N. При інших значеннях коефіцієнтів ke, kn, k3 можливі втрати у відсотках від числа N (визначається за таблицею 5.7).
Таблиця 5.7 Можливі втрати від НХР, %
|
Умови перебування людей |
Забезпеченість протигазами, % | |||||||||
|
0 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 | |
|
Відкрито |
90-100 |
75 |
65 |
58 |
50 |
40 |
35 |
25 |
18 |
10 |
|
Найпростіші укриття, будинки |
50 |
40 |
35 |
30 |
27 |
22 |
18 |
14 |
9 |
4 |
Структура втрат людей в осередку зараження:
- 25% – ураження людей легкого ступеня;
- 35% – ураження людей середнього і важкого ступеня;
- 40% – ураження людей зі смертельним результатом.
За результатами прогнозу приймаються рішення про обсяг необхідної медичної допомоги населенню, а також оцінюється індивідуальний і соціальний ризик хімічного зараження.
Аварійне прогнозування.
Проводиться під час виникнення аварії за даними розвідки для уточнення даних оперативного прогнозування, визначення наслідків аварії та порядку дій в зоні забруднення. Для аварійного прогнозування використовуються наступні дані:
- загальна кількість НХР в ємності на момент аварії;
- характер розливу;
- висота обвалування;
- реальні метеорологічні умови на час аварії;
- середня щільність населення для місцевості, над якою розповсюджується хмара НХР.
Для скорочення часу аварійного прогнозування використовується методика приблизних розрахунків, а саме глибина зони хімічного зараження для деяких НХР надається у вигляді таблиці. Надані дані справедливі для відкритої місцевості, не обвалованих ємностей, швидкості вітру 1 м/с та стану атмосфери (ізотермія).
Таблиця 5.8 Залежність глибини зони зараження від кількості НХР
|
Назва НХР |
Кількість НХР в ємностях, т | |||||
|
5 |
10 |
25 |
50 |
75 |
100 | |
|
Хлор, фосген |
4,6 |
7,0 |
11,5 |
16,0 |
19,0 |
21,0 |
|
Аміак |
0,7 |
0,9 |
1,3 |
1,9 |
2,4 |
3,0 |
|
Сірчаний ангідрид |
0,8 |
0,9 |
1,4 |
2,0 |
2,5 |
3,5 |
|
Сірководень |
1,1 |
1,5 |
2,5 |
4,0 |
5,0 |
8,8 |
При інверсії глибина розповсюдження хмари збільшується приблизно в 5 разів, при конвекції відповідно зменшується в 5 разів.
В населених пунктах та в лісових масивах глибина зменшується приблизно у 3,5 рази при відповідній стійкості атмосфери.
Для обвалованих ємностей глибина розповсюдження хмари зменшується у 1,5 рази.
При швидкості вітру більше 1 м/с вводяться додаткові коефіцієнти які наведені в таблиці 5.9.
Таблиця 5.9 Поправочні коефіцієнти які враховують вплив швидкості вітру на глибину зони зараження
|
Ступінь вертикальної стійкості атмосфери |
Швидкість вітру, м/с | |||||
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Інверсія |
1,00 |
0,60 |
0,45 |
0,38 |
- |
- |
|
Ізотермія |
1,00 |
0,71 |
0,55 |
0,50 |
0,45 |
0,41 |
|
Конвекція |
1,00 |
0,70 |
0,62 |
0,55 |
- |
- |
Ширина зони хімічного зараження приймається відповідно:
при інверсії Ш = 0,03×Г,
при ізотермії Ш = 0,15×Г,
при конвекції Ш = 0,8×Г.
Приблизну площу зони хімічного зараження можна визначити за формулою:
. (5.23)
Час підходу зараженої хмари визначається як в попередньому випадку.
Час випаровування деяких речовин наведено в таблиці 5.10.
Таблиця 5.10 Час випаровування деяких НХР, годин (швидкість вітру 1м/с)
|
Вид НХР |
Характер виливу | |
|
|
Вільно |
В обвалування |
|
Хлор |
1,3 |
22 |
|
Фосген |
1,4 |
23 |
|
Аміак |
1,2 |
20 |
|
Сірчаний ангідрид |
1,3 |
20 |
|
Сірководень |
1,0 |
19 |
Таблиця 5.11 Поправочні коефіцієнти, які враховують швидкість вітру на час випаровування
|
Швидкість вітру, м/с |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Значення коефіцієнтів |
1,00 |
0,40 |
055 |
0,43 |
0,37 |
0,32 |
При прогнозуванні можливих зон зараження речовинами, відомості про які відсутні в довідковій літературі, рекомендується підбирати для нього близькі за властивостями речовини. Основним критерієм при їх порівнянні повинна бути температура кипіння.
Для нанесення даних аварійного прогнозування на карти та схеми доцільно використовувати лінійку для визначення розмірів зони зараження (рис. 5.1).
| « 5.2 Динаміка розвитку хімічних аварій | 5.4 Розрахунок сил і засобів для ізоляції джерела аварії та обме-ження зони зараження » |