Методика прогнозирования и оценки химической обстановки при

Министерство по чрезвычайным ситуациям
Республики Казахстан
Утверждена
приказом Министра
по чрезвычайным ситуациям
Республики Казахстан
от «__» _________2010 года
№ ______
Методика прогнозирования и оценки химической обстановки при аварии
на химически опасном объекте и на транспорте
Астана 2010
2
Введение
В соответствии с постановлением Правительства Республики Казахстан
№ 1387 от 31 декабря 2003 года «О внесении изменений и дополнений в
постановление Правительства Республики Казахстан от 28 августа 1997
№ 1298» для эффективного решения задач комиссиями по предупреждению и
ликвидации чрезвычайных ситуаций предусмотрена разработка целевых
научно-технических программ, направленных на предупреждение и
прогнозирование чрезвычайных ситуаций по защите населения при авариях и
катастроф техногенного характера с сильнодействующими ядовитыми
веществами на объектах, использующих в технологических процессах
химически опасные вещества.
На
предприятиях
химической,
нефтеперерабатывающей,
нефтехимической, пищевой, мясомолочной, текстильной, бумажной и ряда
других отраслей промышленности, сильнодействующие ядовитые вещества
являются исходным материалом или конечной продукцией, либо побочным
продуктом.
В настоящее время в промышленности и сельском хозяйстве человек
использует десятки тысяч различных химических соединений, причем
ежегодно это количество увеличивается на 200-1000 новых веществ.
Беспрерывно растет ассортимент применяемых в промышленности, сельском
хозяйстве и в быту химических веществ. Все это способствует более частому
возникновению чрезвычайных ситуаций. Это взрывы, пожары, обрушения,
железнодорожные, автомобильные и авиационные происшествия, выбросы и
разливы различных химических веществ, в том числе и аварийно химически
опасных.
Значительные их запасы сосредоточены на объектах пищевой, мясо-молочной
промышленности, холодильниках торговых баз, в жилищно-коммунальном
хозяйстве. Так, например, на овощебазах содержится до 100 т аммиака,
используемого в качестве хладагента, а на водопроводных станциях – от 10 до 300 т
хлора. Причем эти объекты находятся, как правило, в непосредственной близости от
жилых домов и районов.
Много неприятностей приносит железная дорога. Здесь часты сходы
вагонов с рельс и их опрокидывание. Выливаются на землю хлор, аммиак, бензол,
бутадиен, формалин, различные кислоты, бензин, керосин, дизельное топливо,
моторные масла и многое другое. Заражаются местность, водоемы, воздух и вся
окружающая среда. Не лучше обстоит дело и на самих предприятиях.
Анализ различного вида аварий, имевших место на химически опасных
предприятиях (производственных объединениях) и транспорте в нашей стране
и за рубежом с проливом (выбросом) ядовитых веществ, позволяет сделать
вывод о необходимости организации защиты производственного персонала и
населения не только в военное, но и мирное время. Контроль химического
заражения окружающей среды так же, как и контроль радиационной
3
обстановки, является составной частью контроля общего состояния
окружающей среды. Он заключается в проведении ее мониторинга прогнозирования, выявления и оценки фактической химической обстановки, и
на основании сравнения переменных данных мониторинга с контрольными
данными - определении необходимости выработки мер по защите населения и
нормализации химической обстановки.
Для бесперебойной работы предприятий на них создается как правило
неснижаемый запас химических веществ, рассчитанный в среднем на трое
суток, а для предприятий по производству минеральных удобрений – до 10–15
суток. В результате на крупных предприятиях, а также на складах и в
некоторых портах могут одновременно храниться тысячи, и даже десятки тысяч
тонн таких веществ в зависимости от масштабов производства. На отдельных
овощных (торговых) базах содержится до 150 тонн сжиженного аммиака,
используемого в качестве хладагента, а на станциях водоподготовки – от 100 до
400 тонн сжиженного хлора.
Запасы сильнодействующих ядовитых веществ, хранятся в резервуарах
базовых и расходных складов, содержатся в технологических линиях,
транспортных средствах (в продуктопроводах, железнодорожных цистернах,
контейнерах, баллонах, танкерах). Компоненты ракетного топлива хранятся в
резервуарах на складах, транспортируются в железнодорожных цистернах и
автозаправщиками.
Грузоподъёмность железнодорожных цистерн составляет: для хлора 47,6
тонн, 55,8 тонн или 57 тонн; для аммиака 30,7 и 45,3 тонн; для соляной кислоты
52,2 и 59,4 тонн. Автомобильные цистерны имеют грузоподъёмность 2–6 тонн.
Ёмкость контейнеров (бочек) составляет 0,4–2,5 м3, а баллонов – от 0,005 до
0,08 м3.
2. Термины и определения
Под разрушением химически опасного объекта следует понимать его
состояние после стихийного бедствия, приведшего к полной разгерметизации
всех емкостей, содержащих сильнодействующие ядовитые вещества.
Первичное облако - облако зараженного воздуха, образующееся в
результате мгновенного перехода в атмосферу всего объема или части
содержимого емкости с сильнодействующим ядовитым веществом при ее
разрушении.
Вторичное облако - облако зараженного воздуха, образующееся в
результате испарения с подстилающей поверхности разлившейся ядовитой
жидкости.
Инверсия - состояние приземного слоя воздуха, при котором
температура нижнего слоя меньше температуры верхнего слоя (устойчивое
состояние атмосферы).
4
Изотермия - состояние приземного слоя воздуха, при котором
температура нижнего и верхнего слоев одинаковы (безразличное состояние
атмосферы).
Конвекция - состояние приземного слоя воздуха, при котором
температура нижнего слоя воздуха выше температуры верхнего слоя
(неустойчивое состояние атмосферы).
Пороговая токсодоза - ингаляционная токсодоза, вызывающая
начальные симптомы поражения.
Площадь зоны возможного заражения - площадь территории, в
пределах которой под воздействием изменения направления ветра может
перемещаться облако зараженного воздуха.
Площадь зоны фактического заражения - площадь территории,
приземный слой воздуха на которой заражен парами (аэрозолем) ядовитого
вещества в опасных концентрациях для жизни или здоровья людей.
Под
глубиной
заражения
понимается
максимальная
протяженность соответствующей площади заражения за пределами района
аварии, а под глубиной р а с п р о с т р а н е н и я - максимальная
протяженность зоны распространения первичного или вторичного облака.
Под з о н о й р а с п р о с т р а н е н и я понимается площадь химического
заражения воздуха за пределами района аварии, создаваемая в результате
распространения облаков сильнодействующих ядовитых веществ по
направлению ветра.
3. Исходные данные для прогнозирования масштабов химического
заражения
Методология определения зон заражения, требующих определенных мер
защиты, при авариях на технологических емкостях и хранилищах, при
транспортировке сильнодействующих ядовитых веществ железнодорожным,
трубопроводным и другими видами транспорта, а также в случае разрушений
химически опасных объектов основывается на «Методике прогнозирования и
оценки химической обстановки при аварии на химически опасном объекте и на
транспорте».
Методика
распространяется
на
случай
выброса
сильнодействующих ядовитых веществ в атмосферу в газообразном,
парообразном или аэрозольном состоянии.
Масштабы заражения сильнодействующих ядовитых веществ, в
зависимости от их физических свойств и агрегатного состояния,
рассчитываются по первичному и вторичному облаку, например:
для сжиженных газов - отдельно по первичному и вторичному облаку;
для сжатых газов - только по первичному облаку;
для ядовитых жидкостей кипящих при температуре окружающей среды,
только по первичному облаку.
Исходные данные для прогнозирования масштабов заражения
5
сильнодействующими ядовитыми веществами:
общее количество сильнодействующих ядовитых веществ на объекте и
данные по размещению их запасов в емкостях и технологических
трубопроводах;
количество сильнодействующих ядовитых веществ, выброшенного в
атмосферу и характер их разлива по подстилающей поверхности («свободно»,
«в поддон» или «обваловку»);
высота поддона или обваловки складских емкостей;
метеорологические условия: температура воздуха, скорость ветра на
высоте 10 метров (на высоте флюгера), степень вертикальной устойчивости
воздуха.
При заблаговременном прогнозировании масштабов заражения на случай
аварии в качестве исходных данных рекомендуется принимать: за величину
выброса сильнодействующих ядовитых веществ – его содержание в
максимальной по объему единичной емкости (технологической, складской,
транспортной и др.), метеорологические условия – инверсия, скорость ветра – 1
м/с.
Для прогноза масштабов заражения непосредственно после аварии
должны браться конкретные данные о количестве выброшенного
(разлившегося) сильнодействующего ядовитого вещества и реальные
метеоусловия.
Внешние границы зон заражения сильнодействующих ядовитых веществ
рассчитываются по пороговой токсодозе при ингаляционном воздействии на
организм человека.
Принятые допущения:
емкости,
содержащие
сильнодействующих
ядовитых
веществ,
разрушаются полностью;
толщина слоя жидкости для сильнодействующих ядовитых веществ (h),
разлившихся свободно по подстилающей поверхности, принимается равной
0,05 м по всей площади разлива;
для сильнодействующих ядовитых веществ, разлившихся в поддон или в
обвалование, определяется из соотношений:
а) при разливах из емкостей, имеющих самостоятельный поддон
(обвалование):
h = H-0,2
где H – высота поддона (обвалования),м;
б) при разливах из емкостей, расположенных группой, имеющих общий
поддон (обвалование):
h
Q0
F d
где:
Q0
количество
аварии вещества, т;
d - плотность вещества, т/м3;
выброшенного
(разлившегося)
при
6
F -реальная площадь разлива.
При авариях на газо- и продуктопроводах величина выброса
сильнодействующих
ядовитых
веществ
принимается
равной
его
максимальному количеству, содержащемуся в трубопроводе между
автоматическими отсекателями, например для аммиакопроводов – 275-500 т.
4. Прогнозирование глубин зон заражения сильнодействующими
ядовитыми веществами.
Расчет глубин зон заражения сильнодействующими ядовитыми вещества
ми (далее - СДЯВ) ведется с помощью данных, приведенных в таблице 1- 3
Приложения и таблице 2.
Значение глубины зоны заражения при аварийном выбросе (разливе)
сильнодействующих ядовитых веществ определяется по таблицам 1 и 2
Приложения в зависимости от количественных характеристик выброса и
скорости ветра.
4.1. Определение эквивалентного количества вещества
по первичному облаку
Эквивалентное количество вещества по первичному облаку (в тоннах)
определяется по формуле:
Qэ1=К1 К3 К5 К7 Q0
где: К1 - коэффициент, зависящий от условий хранения СДЯВ – таблица 2
Приложения (для сжатых газов - К1 =1);
К3 – коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к
пороговой токсодозе другого СДЯВ - таблица 2 Приложения;
К5 - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости
атмосферы: при инверсии - 1, при изотермии - 0,23, при конвекции - 0,08.
К7 - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха – таблица
2 Приложения (для сжатых газов К7=1);
Q0 - количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т;
При авариях на хранилищах сжатого газа величина Q0 рассчитывается по
формуле:
Q0=d Vx
где: d - плотность СДЯВ, т\м (таблица 2 Приложения);
Vx – объем хранилища, м.
При авариях на газопроводе величина Q0 рассчитывается по формуле:
Q0 
n d Vг
100
где: n – процентное содержание СДЯВ в природном газе;
7
d – плотность СДЯВ, тонн\метр (таблица 2 Приложения)
Vг – объем секции газопровода между автоматическими отсекателями, м;
При определении величины Qэ1 для сжиженных газов, не вошедших в
таблицу 2 Приложения, значение коэффициента К7 принимается равным 1, а
значение коэффициента К1 рассчитывается по соотношению:
K1 
C p 
Hи
где: Cр - удельная теплоемкость жидкого СДЯВ, кдж\кг град;
T - разность температур жидкого СДЯВ до и после разрушения
емкости,С;
 Hисп - удельная температура испарения жидкого СДЯВ при температуре
испарения, кдж\кг.
4.2. Определение эквивалентного количества вещества
по вторичному облаку
Эквивалентного количества
рассчитывается по формуле:
вещества
по
вторичному
облаку
Qэ2  (1  К1 )  К2  К3  К4  К5  К6  К7  h0d
Q
где: К2 – коэффициент, зависящий от физико-химических свойств
СДЯВ (таблица 2 Приложения);
К4 – коэффициент, учитывающий скорость ветра (таблица 3
Приложения);
К6 – коэффициент, зависящий от времени, прошедшего после начала
аварии N;
Значения коэффициента определяется после расчета продолжительности
испарения вещества Т по формуле:
T
h d
K 2  K 4 K 7
где: h – толщина слоя СДЯВ, м;
d – плотность СДЯВ т\м (таблица 2 Приложения );
Если N<T, то К6=N0,8, если N>T, то К6=Т0,8, а при T<1часа К6
принимается для 1 часа
При определении величины Qэ2 для веществ не вошедших в таблице 2
Приложения, значение коэффициента К2 определяется по формуле:
K  8,1  106  P  M
где: Р – давление насыщенного пара вещества при заданной температуре
воздуха, миллиметров ртутного столба;
М – молекулярный вес вещества.
8
4.3. Расчет глубины зоны заражения при аварии на химически опасном
объекте
Расчет глубин зон заражения первичным (вторичным) облаком
сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях на технологических
емкостях, хранилищах и транспорте ведется с помощью таблиц 1 и 2
Приложения.
В таблице 1 Приложения приведены максимальные значения глубин зон
заражения первичным Г1 или вторичным Г2, определяемые в зависимости от
эквивалентного количества вещества и скорости ветра. Полная глубина зоны
заражения Г (км), обусловленной воздействием первичного и вторичного
облака сильнодействующими ядовитыми веществами, определяется: Г = Г +
0.5 Г, где Г – наибольший, Г – наименьший из размеров Г1 и Г2. Полученное
значение Г сравнивается с предельно возможным значением глубины переноса
воздушных масс Гп, определяемым по формуле:
Гп = N U
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 (таблица 2).
За окончательную расчетную глубину зоны заражения принимается
меньшее из двух сравниваемых значений.
5. Определение площади зоны заражения
Площадь зоны возможного заражения первичным (вторичным) облаком
СДЯВ определяется по формуле:
Sв  8,72  103  Г 2  
где: Sв – площадь возможного заражения СДЯВ, км;
Г – глубина зоны заражения, км;
 - угловые размеры зоны возможного заражения, град.
Таблица 1
Угловые размеры зон возможного заражения СДЯВ в зависимости от
скорости ветра V
V, м\с
, град
<0,5
360
0,6-1
180
1,1-2
90
>2
45
Площадь зоны фактического заражения Sф в км рассчитывается по
формуле:
Sф = К8 Г2 N0,2
9
Где: К8 – коэффициент зависящий от степени вертикальной устойчивости
воздуха, принимается равным: 0,081 при инверсии; 0,133 – при изотермии;
0,235 – при конвекции;
N – время, прошедшее после начала аварии, ч.
6. Определение времени подхода зараженного воздуха к объекту и
продолжительности поражающего действия СДЯВ
6.1. Определение времени подхода зараженного воздуха к объекту
Время подхода облака СДЯВ к заданному рубежу зависит от скорости
переноса облака воздушным потоком и определяется по формуле:
t
X
Vп
где: Х – расстояние от источника заражения до заданного объекта, км;
Vп – скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха,
км\ч;
Таблица 2
Скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха в зависимости
от скорости ветра
Скорость
ветра
1
2
3
4
5
10
16
21
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
И З ОТ Е Р М И Я
35 41 47 52 59
КОНВЕ КЦИЯ
65
71
76
82
88
ИНВЕ РСИЯ
6
12
18
24
7
14
21
28
29
6.2. Определение продолжительности поражающего действия СДЯВ
Продолжительность поражающего действия сильнодействующих
ядовитых веществ определяется временем его испарения с площади разлива.
Время испарения СДЯВ с площади разлива (в часах) определяется по формуле:
T
h d
K 2  K 4 K 7
где: h – толщина слоя СДЯВ, м;
d – удельный вес СДЯВ, т/м.
10
7. Определение возможных потерь людей
Очагом химического поражения принято называть территорию с
находящимися на ней объектами, в пределах которой в результате воздействия
сильнодействующих ядовитых веществ, произошли массовые поражения
людей, сельскохозяйственных животных и растений. Такими объектами могут
быть административные, промышленные, сельскохозяйственные предприятия и
учреждения, жилые кварталы населенных пунктов, городов и другие объекты.
Потери рабочих, служащих и населения в очагах химического поражения
зависят от токсичности, величины концентрации сильнодействующих ядовитых
веществ и времени пребывания людей в очаге поражения, степени их
защищенности и своевременности использования индивидуальных средств
защиты (противогазов). Характер поражения людей, находящихся в зоне
химического поражения, может быть различным. Он определяется главным
образом токсичностью сильнодействующих ядовитых веществ и полученной
токсодозой. Возможные потери рабочих, служащих и населения от СДЯВ и
ориентировочная структура потерь в очаге поражения приведены в табл. 3.
Таблица 3
Возможные потери рабочих, служащих и населения от СДЯВ, %
Условия нахождения
людей
Открыто
В простейших укрытиях,
зданиях
Без противогазов
90-100
50
20
75
40
30
65
35
Обеспеченность противогазами, %
40
50
60
70
80
58
50
40
35
25
30
27
22
18
14
Структура потерь людей в очаге поражения:
90
18
9
100
10
4
легкой степени – 25%
средней и тяжелой – 40%
со смертельным исходом – 35%
8. Порядок нанесения зон заражения и
топографические карты и схемы
Зона возможного заражения облаком сильнодействующих ядовитых
веществ на картах (схемах) ограничена окружностью, полуокружностью или
сектором, имеющим угловые размеры  и радиус, равный глубине заражения Г.
Центр окружности, полуокружности или сектора совпадает с источником
заражения.
На топографических картах и схемах зона возможного заражения имеет
вид:
а) при скорости ветра по прогнозу < 0,5 м/с зона заражения имеет вид
окружности. Точка О соответствует источнику заражения,  =360; радиус
окружности равен Г.
б) при скорости ветра по прогнозу от 0,6 до 1 м/с зона заражения имеет
11
вид полуокружности. Точка О соответствует источнику заражения,  =180 ,
радиус полуокружности равен Г, а биссектриса сектора совпадает с осью следа
облака и ориентирована по направлению ветра.
в) при скорости ветра по прогнозу > 1 м/с зона заражения имеет вид
сектора. Точка О соответствует источнику заражения,  =90 при скорости ветра
от 1,1 до 2 м/с,  - 45 при скорости ветра по прогнозу более 2 м/с ; радиус
сектора равен Г, а биссектриса сектора совпадает с осью следа облака и
ориентирована по направлению ветра.
________________________