Определение степени вертикальной устойчивости воздуха

Степень вертикальной устойчивости воздуха

Скорость ветра, м/с

Определение количественных характеристик выброса химически опасного вещества

Задача 1. Определение продолжительности поражающего действия химически опасного вещества (ХОВ) и степени вертикальной устойчивости воздуха

1 Продолжительность поражающего действия ХОВ определяется временем его испарения с площади разлива. Время испарения Т ,ч, ХОВ с площади разлива определяется по формуле

T = h d / (K₂ K₄ K₇^׀׀), (2)

где h– толщина слоя ХОВ, м (формула 1)). Если разлив свободный, то hпринимается 0,05м;

d – плотность ХОВ, т/м³(таблица 3).

Таблица 3 – Характеристика химически опасных веществ

Наименование хов	Температура кипения t_кип	Токсическое свойство	Плотность ХОВ, т/м³	Порого-вая токсо-доза, мг·мин/л
Поражаю-щая концентрация С_пор, мг/м³	Экспо-зиция τ _пор, мин	Смертельная концентрация С_см, мг/м³	Экспо-зиция τ_см, мин	Газ	Жидкость
Аммиак NН₃	-33,4					0,0008	0,681
Хлор СL₂	-34,6			100–200		0,0032	1,555	0,6
Фтористый водород HF	19,52					–	0,989
Сероуглерод СS₂		1500-1600				–	1,263
Водород цианистый HCH	25,7	20 - 40		100–200		–	0,687	0,2
Трёххлористый фосфор РС1₃		80 -150		1000–1500		–	1,570

Коэффициенты K₂иK₇^׀׀представлены в таблице 4. Величина K₇^׀׀ –коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха на процесс перехода ХОВ во вторичное облако принимается равным K₇ в знаменателе для температуры воздуха, при которой произошла авария. Если точное значение температуры воздуха в таблице 4 для К₇ отсутствует, то его приблизительно определяют путем линейной интерполяции или экстраполяции. Для ядовитых жидкостей K₇^׀׀= K₇находятпо таблице 4.

Коэффициент K₄определяют по таблице 5.

Таблица 4 – Вспомогательные коэффициенты для определения глубины заражения

Наименование ХОВ	К₁	К₂	К₃	К₇для температуры воздуха, ⁰С (в числителе К₇= К₇¹– для первичного облака, в знаменателе К₇= К₇¹¹– для вторичного облака)
– 40⁰	– 20⁰	0⁰	20⁰	40⁰
Аммиак	0, 18	0,022	0,04	0 / 0,9	0,3 / 1	0,6 / 1	1 / 1	1,4 / 1
Фтористый водород		0,028	0,15	0,1	0,2	0,5
Водород цианистый		0,026	3,0			0,4		1,3
Трёххлористый фосфор		0,010	0,2	0,1	0,2	0,4		2,3
Хлор	0,18	0,052		0 / 0,9	0,3 / 1	0,6 / 1	1 / 1	1,4 / 1
Сероуглерод		0,021	0,013	0,1	0,2	0,4

Таблица 5 – Значение коэффициента К₄в зависимости от скорости ветра

Скорость ветра, м/с
К₄		1,33	1,67		2,67	3,34

Определение степени вертикальной устойчивости воздуха проводится по таблице 6; используются исходные данные таблиц 1 и 2 (скорость ветра, облачность и время суток) и записываются в форму отчета (см. таблицу 15) словами (например, «изотермия»).

Таблица 6 – Определение степени вертикальной устойчивости атмосферы по прогнозу погоды

Скорость ветра, м/с	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
Примечание – Обозначения: ин – инверсия; из– изотермия; к– конвекция; буквы в скобках – при снежном покрове. Под термином «утро» понимается период времени в течение 2 часов после восхода солнца; под термином «вечер» – в течение 2 часов после захода солнца. Скорость ветра и степень вертикальной устойчивости воздуха принимаются в расчетах на момент аварии

Задача 2. Определение эквивалентного количества вещества в первичном и во вторичном облаке

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

Q_э1 = К₁К₃К₅К₇^׀Q₀,(3)

где К₁–коэффициент, зависящий от условий хранения ХОВ (см. таблицу 4; для сжатых газов К₁ = 1);

К₃–коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого ХОВ (см. таблицу 4);

К₅ – коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости воздуха (для инверсии принимается равным 1, для изотермии – 0,23, для конвекции – 0,08);

К₇^׀ – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха на процесс перехода ХОВ в первичное облако. Принимают К₇^׀ = К₇= 1для сжатых газов, К₇^׀= К₇= 0для жидкостей, кипящих выше температуры окружающей среды; К₇^׀ = К₇принимается из таблицы 4 в числителе для случая, при котором температура кипения жидкости ниже температуры окружающей среды;

Q₀ – количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т (см. таблицу 1).

Примечание–Коэффициент К₃принят для пороговой токсодозы взрослого человека, для детей токсодоза в 4–10 раз меньше и в данной методике не рассматривается, но при организации защиты необходимо ее учитывать.

2 Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке рассчитывается по формуле

Q_э2 = (1 – К₁) К₂К₃К₄К₅К₆К₇^׀׀Q₀/ (h d),(4)

где К₂ – коэффициент, зависящий от физико-химических свойств ХОВ (см. таблицу 4);

К₄ – коэффициент, учитывающий скорость ветра (см. таблицу 5);

К₆– коэффициент, зависящий от времени N(см. таблицу 2), прошедшего после начала аварии; значение коэффициента К₆ определяется после расчета продолжительности Т, ч, испарения вещества:

(5)

Задача 3. Расчет глубины зоны заражения при аварии на химически опасном объекте

1 Глубину зоны заражения Г_1,км,для первичного облака находят по таблице 7 по вычисленной величине Q_э1 с учетом скорости ветра из условия задачи своего варианта. При необходимости – интерполируют.

Пример линейной интерполяции для Q_э1= 0,159 т и скорости ветра 6 м/сек (таблица 7):

Г₁= 0,48 + ((1,09 – 0,48) / (0,5 – 0,1)) · (0,159 – 0,1) = 0,57 км.

2 Глубина зоны заражения Г₂ , км, вторичного облака находят по таблице 7 по вычисленной величине Q_э2 и скорости ветра из условия задачи своего варианта.

Таблица 7 – Глубина зоны заражения

Эквивалентное количество ХОВ, т	Скорость ветра, м/с

Глубина зоны заражения Г₂, км
0,01	0,38	0,26	0,22	0,19	0,17	0,15	0,14	0,13	0,12	0,12
0,05	0,85	0,59	0,48	0,42	0,38	0,34	0,32	0,30	0,28	0,26
0,1		0,84	0,68	0,59	0,53	0,48	0,45	0,42	0,4	0,38
0,5	3,16	1,92	1,53	1,33	1,19	1,09	1,00	0,94	0,88	0,84
	4,75	2,84	2,17	1,88	1,68	1,53	1,42	1,33	1,25	1,19
	9,18	5,35	3,99	3,28	2,91	2,66	2,46	2,30	2,17	2,06
	12,53	7,2	5,34	4,36	3,75	3,43	3,17	2,97	2,80	2,66
	19,2	10,83	7,96	6,46	5,53	4,88	4,49	4,20	3,96	3,76
	29,56	16,44	11,94	9,62	8,19	7,20	6,48	5,92	5,60	5,31
	38,13	21,02	15,18	10,33	9,06	8,14	7,42	6,86	6,50	6,20
	52,67	28,73	20,59	16,43	13,88	12,14	10,87	9,90	9,12	8,50
	65,23	35,35	25,21	20,05	16,89	14,79	13,17	11,98	11,03	10,23
	81,91	44,09	31,30	24,8	20,82	18,13	16,17	14,68	13,5	12,54

3 Полная глубина зоны заражения Г, км, определяется по формуле

Г = Г¹+ 0,5Г¹¹, (6)

где Г¹ и Г¹¹– соответственно наибольший и наименьший из размеров глубины Г₁иГ₂.

Полученное значение Гсравнивается с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс Г_п, определяемым по формуле

Г_п = N ν, (7)

где N – время от начала аварии, ч (см. таблицу 2);

ν – скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при данной скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч (см. таблицу 8).

4 За окончательную расчетную глубину зоны зараженияпринимается меньшее из двух сравниваемых между собой значений Г_пи Ги записывается в отчет (см. таблицу 15).Всёуточняетсяс учетом факторов, изложенных в разделе 1.2 , вносятся поправки. В дальнейшем значение окончательной глубины используется при расчете площадей зон возможного и фактического заражения.

Нарисовать зоны заражения (см. рисунок 1).

Таблица 8 – Скорость переноса переднего фронта облака, км/ч

Задача 4. Определение площади зоны заражения ХОВ

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

S_в = 8,72 · 10^–3 Г²j, (8)

где S_в – площадь зоны заражения ХОВ, км²;

Г – глубина зоны заражения, км;

j– угловые размеры зоны возможного заражения, град; они определяются исходя из скорости ветра (таблица 9).

Таблица 9 – Угловые размеры зоны возможного заражения ХОВ в зависимости от скорости ветра j

U, м/с	< 0,5	0,6–1	1,1– 2	2,1–4	4,1–8	8,1–10	> 10
j^о

Площадь зоны фактического заражения S_ф, км², рассчитывается по формуле

S_ф = К₈ Г²N^0,2,(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 (см. таблицу 2).

Задача 5.Расчет глубины и ширины зоны химического заражения с поражающей и со смертельной концентрацией в зависимости от известных поражающих концентраций

1 Глубина зоны заражения с поражающей концентрацией Г_пор, км, приближенно рассчитывается в зависимости от известных поражающих концентраций по уравнению

, (10)

где G (Q₀) – количество ХОВ в аварийной емкости, т;

– поражающая токсодоза, мг·мин/м³,

где – поражающая концентрация ХОВ в воздухе, мг/м³ (см. таблицу 3);

– экспозиция или время воздействия ядовитого вещества данной концентрации, мин (см. таблицу 3);

– скорость ветра в приземном слое воздуха, м/с (см. таблицу 2).

2 Глубина зоны со смертельной концентрацией Г_см,км, рассчитывается с помощью выражения

, (11)

где – смертельная токсодоза, мг·мин/м³,

Полученные по формулам (10)–(11) значения , справедливы для открытой местности при инверсионном состоянии атмосферного слоя в случае аварии на необвалованной емкости с ХОВ. При необходимости они корректируются на закрытость местности, степень вертикальной устойчивости атмосферы и на условия обваловки емкости:

– на закрытость местности

Г = Г_пор ( Г_см ) / 3,5;

– на степень вертикальной устойчивости атмосферы – изотермическое Г = Г_пор (Г_см ) / 5;

–на конвекцию

Г = Г_пор (Г_см) / 16;

–наобваловку емкости

Г = Г_пор (Г_см) · 0,67;

3 Ширина зон с поражающими Ш_пор и смертельными концентрациями Ш_смядовитых веществ определяется по следующей зависимости:

Для зоны с поражающим воздействием ХОВ

Г = Г_пор.

Для зоны со смертельным воздействием ХОВ

Г = Г_см.

4 Площади зон заражения , , определяются по формуле

Для зоны с поражающим воздействием ХОВ

Г = Г_пор ; Ш = Ш_пор.

Для зоны со смертельным воздействием ХОВ

Г = Г_см ; Ш = Ш_см.

Задача 6.Определение времени подхода зараженного воздуха к объекту

Время подхода облака ХОВ, мин, к заданному объекту (населенному пункту) определяется по формуле

t = 1000 Х / (60 n), (12)

где Х–расстояние от источника заражения до заданного объекта, км (см. таблицу 2);

n– скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха, км/ч (см. таблицу 10).

Таблица 10 – Скорость переноса переднего фронта облака

Внимание! Проверьте, достигает ли зараженное облако объекта, сравнив глубину заражения с учетом поправок Г с расстоянием Х от объекта до источника аварии!

Если время подхода зараженного воздуха к объекту не превышает 30 минут, то население должно оставаться в помещениях, проведя их герметизацию с применением СИЗОД. Если время подхода зараженного воздуха превышает 30 минут, то с учетом других факторов может быть проведено временное отселение в безопасные районы.

2.2 Определение основных способов защиты населения в условиях заражения воздуха химически опасными веществами и возможных потерь людей при химическом поражении ХОВ

Основные способы защиты населения в условиях заражения воздуха химически опасными веществамипредложить с учетом материала лекций, раздела 1.3, и таблиц 12–14.

Предполагаемые потери в очагах химического поражения зависят от численности людей, оказавшихся на площади очага, степени их защищенности, степени поражения и своевременного использования средств индивидуальной защиты (противогазов и респираторов – потери в очагах поражения определяются в основном по воздействию ХОВ на органы дыхания).

Число рабочих и служащих, оказавшихся в очаге поражения, подсчитывается по их наличию на территории объекта – в зданиях, цехах, на площадках; количество населения – в жилых кварталах города (населенного пункта). По заданию для определения числа рабочих и служащих, обеспеченности их средствами индивидуальной защиты – использовать таблицу 1.

Возможные потери людей в очаге поражения ХОВ определяются по таблице 11.

Основные способы защиты населения, оказания помощи в условиях заражения воздуха химически опасными веществамии возможные потери людей излагаются в конце общего отчета (см. таблицу 15).

Таблица 11 – Возможные потери рабочих и служащих в очаге поражения ХОВ

Условия размещения людей	Без противогаза	Обеспеченность людей противогазами, %

На открытой местности	Потери, %	90–100
В простейших укрытиях, зданиях
Примечание – Структуру потерь людей в очаге поражения можно ориентировочно представить: лёгкой степени – 25 %; средней и тяжёлой степени (госпитализация на менее 2-3 недель) – 40 %; со смертельным исходом – 35 %

Таблица 12 – Характеристика промышленных фильтрующих противогазов

Тип коробки	Цвет коробки	Наименование химически опасных веществ	Кратность ПДК	Время защитного действия, мин
А, А₈	Коричневый	Фосфор- и хлорорганические ХОВ, пары соединений (бензин, керосин, ацетон, толуол, ксилол, сероуглерод, спирты, эфиры, нитросоединения бензола и его гомологов, тетраэтилсвинец)	Свыше 100
В, В₈	Жёлтый	Фосфор- и хлорорганические ХОВ, кислые газы и пары (сернистый газ, хлор, сероводород, синильная кислота, оксиды азота, фосген, хлористый водород)	Свыше 100
Г, Г₈	Двухцветный: чёрный и желтый	Пары ртути, а также органические вещества и хлор, но с меньшим временем защиты, чем марки А	Свыше 100
Е, Е₈	Черный	Мышьяковистый и фосфористый водород, а также кислые газы и пары орг.веществ, но с меньшим временем защиты, чем марки В и А	Свыше 100
КД, КД₈	Серый	Аммиак, сероводород, их смеси, а также пары органических веществ, но с меньшим временем зашиты, чем марки А	Свыше 100
К	Зелёный	Пары аммиака, окиси этилена	Свыше 100
БКФ	Защитный, зелёный	Кислые газы и пары органических веществ (с меньшим временем защиты, чем марки В и А), арсин, фосфин, синильная кислота в присутствии пыли, дыма, тумана	Свыше 100
СО	Белый	Оксид углерода	Свыше 100
М	Красный	Оксид углерода, небольшие концентрации органических веществ, кислых газов, аммиака, фосфина, арсина (мышьяковистый и фосфористый водород)	До 50
КПФ-1 марки МКФ	Серый с зеленой полосой	Мышьяковистый и фосфористый водород, а также кислые газы и пары органических соединений
И	Оранжевый	Радионуклиды, в том числе радиоактивный йод и его соединения
Примечание –Промышленные фильтрующие противогазы используют только там, где в воздухе содержится не менее 18 % кислорода, суммарная объемная доля паро- и газообразных вредных примесей не превышает 0,5 % (фосфористого водорода – не более 0,2 %, мышьяковистого водорода – 0,3 %). Не допускается применение для защиты от низкокипящих, плохо сорбирующихся органических веществ, таких как метан, этилен, ацетилен. Не рекомендуется работать в таких противогазах, если состав газов и паров вредных веществ неизвестен

Таблица 13 – Характеристика противогазовых и газопылезащитных респираторов

Название	Тип коробки	Опасные химические вещества	Кратность ПДК	Масса, г
Противо- газовый РПГ-67	А	Органические пары (бензин, керосин ацетон, бензол, спирты, эфиры и др.), пары хлорорганических и фосфорорганических веществ	До 10
В	Кислые газы (сернистый газ, сероводород, хлороводород и др.), пары хлорорганических и фосфорорганических веществ	До 10
КД	Аммиак и сероводород	До 10
Г	Аэрозоли, пары ртути	До 10
Газопыле- защитный РУ-6ОМ	А	Аэрозоли, органические пары	До 10
В	Аэрозоли, кислые газы	До 10
КД	Аэрозоли, аммиак, сероводород	До 10
Г	Аэрозоли, пары ртути	До 10
Газопыле-защитный «Снежок- ГП»	ГП-В	Газообразные соединения кислого характера (хлор, диоксид серы, фтороводород, хлороводород), аэрозоли	До 15
ГП-Е	Фосфорсодержащие соединения аэрозоли	До 15

Таблица 14 – Время защитного действия гражданских противогазов с дополнительным патроном ДПГ-1, 3 и без него для некоторых ХОВ

Наименование ХОВ	Концентрация, мг/л	Время защитного действия, мин
без дпг-1,3	с дпг-1	с дпг-3
Аммиак		Защиты нет
Диметиламин		Защиты нет
Хлор
Сероводород
Соляная кислота
Тетраэтилсвинец

Таблица 15 – Итоговый отчет о выполнении работы

Номер задачи	Содержание задачи	Результат	Примечание
	Продолжительность поражающего действия ХОВ
Степень вертикальной устойчивости воздуха
	Эквивалентное количество ХОВ в первичном облаке
Эквивалентное количество ХОВ во вторичном облаке
	Глубина заражения ХОВ первичным облаком
Глубина заражения ХОВ вторичным облаком
Полная глубина заражения, обусловленная воздействием первичного и вторичного облака
Предельно возможная глубина переноса воздушных масс
Окончательная расчетная глубина
Глубина с учетом поправок
	Площадь зоны возможного заражения
Площадь зоны фактического заражения
	Глубина зоны с поражающей концентрацией (Г_пор)
Глубина зоны с смертельной концентрацией (Г_см)
Ширина зоны с поражающей концентрацией (Ш_пор)
Ширина зоны с смертельной концентрацией (Ш_см)
	Время подхода зараженного воздуха к объекту
	Предложения по защите населения в случае подхода ОХВ к объекту. Способы оказания первой медицинской помощи при поражении данным ХОВ. Возможные потери.
Примечание – Указать, какие коэффициенты учитывались при уточнении глубин заражения