Определение устойчивости функционирования промышленного объекта в чрезвычайной ситуации (на примере машиностроительного завода)

К₃ - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого СДЯВ; из табл.2П-2 К₃ = 0,4.

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;(из табл.2П-2) при погодных условиях -20˚С, то К₇ = 0.

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

По  формуле (1) определяем эквивалентное количество вещества в первичном облаке:

Q_э1 =0,23∙0,4∙60 =5,52  т.

3.  Время полного испарения Т (ч) АХОВ с площади разлива определяется по формуле:

                                            (2)

где h - толщина слоя СДЯВ, м; h=0,05 при свободно разливающимся АХОВ.

d - плотность АХОВ т/м³; (таблица 2П-2) d=1,491 т.к жидкость.

 К₂ , К₄, К₇ - коэффициенты в формулах (1), (3) (из пункта 4).

    По формуле (2) определяем время испарения аммиака:

Т= (0,05∙1,491)/(0,04∙1,33)= 1,4 ч.

4. Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке рассчитывается по формуле:

Q_э2 = (1 - К₁) К₂ К₃ К₄ К₅ К₆ К₇

,                  (3)

где К₂ - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств СДЯВ (таблица 2П2-2); (из табл.2П-2) К₂ =0,04.

К₄ - коэффициент, учитывающий скорость ветра (таблица 2П-3); К₄ =1,33.

К₆ - коэффициент, зависящий от времени N=2ч, прошедшего после начала аварии;

К₆ =Т^0,8 =1,4^0,8 =1,31

 По  формуле (3) определяем эквивалентное количество вещества во вторичном облаке:

Q_э2 =1∙0,04∙0,4∙0,23∙1,31∙60 =0,29 т.

5. В таблице 2П-4 приведены максимальные значения глубины зоны заражения первичным (Г₁) или вторичным (Г₂) облаком СДЯВ, определяемые в зависимости от эквивалентного количества вещества  и скорости ветра. Полная глубина зоны заражения Г (км), обусловленной воздействием первичного и вторичного облака СДЯВ, определяется:

Г = Г’ + 0,5 Г’’                          (4)

где Г’ – наибольший.

Г’’ - наименьший из размеров Г₁ и Г₂.

По  таблице 2П-4 для 5,52 т  находим глубину заражения, для первичного облака оксида азота:

Г’= 7,50 км.

Аналогично  для 0,29 т находим глубину заражения для вторичного облака аммиака:

Г’’= 0,85 км.

Следовательно, по формуле (4) полная глубина зоны заражения будет:

Г = 7,50+0,5∙0,85 = 7,9 км.

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

Г_п = N∙v,                                    (5)

где N - время от начала аварии, ч;

v - скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при данной скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч (таблица 2П-5) v=12 км/ч.

По  формуле (5) находим предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс:

Г_п =2∙12=24 км.

Таким образом, через 1 ч после аварии облако зараженного воздуха может представлять опасность для рабочих, находящихся на расстоянии до 24 км.

6. За окончательную расчетную глубину зоны заражения принимается меньшее из двух сравниваемых между собой значений (Г_п и Г).

Площадь зоны возможного заражения от первичного (вторичного) облака АОХВ определяется по формуле:

S_в =8,72∙10^-3 ∙Г² φ,                            (6)

где Г-глубина  зоны заражения, км;

φ-угловой размер зоны заражения: φ=45;

По формуле (6) находим площадь возможного заражения:

S_в =8,72∙10^-3 ∙ 7,9² ∙45=24,5 км²

Площадь зоны фактического заражения определяется по формуле:

S_ф = К₈ Г² N^0,2,                                 (7)

где  К₈ –коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости атмосферы: для изотермии К₈ =0,133.

По формуле (7) находим площадь фактического заражения:

S_ф = 0,133∙7,9² ∙2 ²=33,2 км²

7. Время подхода облака АОХВ к заданному объекту t зависит от скорости переноса облака воздушным потоком и определяется по формуле:

t = X/v,                         (8)

где Х –расстояние  от источника заражения до заданного  объекта, км; Х=1,9 км.

v - скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при данных скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч (таблица2П-5)

По формуле (8) находим время подхода облака АОХВ к заданному объекту:

t=1,9/12=0,16 ч.

В результате аварии с выбросом (разливом) АХОВ произойдет выброс химического вещества (оксида азота). Производственный процесс будет остановлен до полной ликвидации аварии.

Рисунок 1.

Вид очага химического  поражения при выбросе АХОВ.

Численность рабочих и служащих в цехе, подлежащих рассредоточению – 153 человек. Обеспеченность персонала противогазами составляет 78%. Это означает, что при аварии обеспеченность противогазами персонала составит 119 человек, 34 человека вследствие воздействия АХОВ может возникнуть смертельный исход.

Для надежной защиты производственного персонала необходимо:

• объявить (продублировать) сигнал оповещения «Внимание всем!» и «Газовая опасность»;
• привести в полную готовность объектовые силы и средства ГО и ЧС;
• выдать производственному персоналу противогазы, укрыть его в защитных сооружениях и (или) эвакуировать в безопасные районы;
• в случае необходимости оказать пораженным медицинскую помощь;
• о проведенных мероприятиях докладывать в Управление по делам ГО ЧС района и города.

2.4. Определение устойчивости производственного комплекса к пожару разлития горючей жидкости (сжиженного газа) и горение паровоздушного облака при разгерметизации резервуара.

Задание:

Произвести расчеты параметра  пожара при разлитии горючей жидкости и горение парогазовоздушного облака при разгерметизации резервуара.

Дано:

Горючее вещество – пропан.

Масса разлившейся  жидкости – 64 т

Поверхность разлития – песок влажный

Скорость ветра  – 2 м/с

Расстояние до цеха – 160 м.

Направление ветра – в  сторону цеха.

Массовая скорость выгорания  пропана – 0,099 кг/(м² с);

Характеристика  горючего вещества.

Пропан — это  бесцветный горючий не имеющий запаха газ. Температура плавления пропана  — 187, 69°С, температура кипения — 42, 07°С, плотность при 20 градусах — 0, 5005 г/см3 (при давлении насыщенного  пара), температура воспламенения 465°, пределы взрываемости в смеси  с воздухом 2, 1 — 9, 5 об.%, теплота сгорания газа до жидкой воды и СО2 120, 34 ккал/кг. (25°С), теплоёмкость 17, 57 кал/град . моль.

      Пропан содержится в природных  газах, в попутных газах нефтедобычи  и нефтепереработки, например, в  газах каталитического крекинга, в коксовых газах, газах синтеза  углеводородов из СО и Н2 по Фишеру — Тропшу.

      Из промышленных газов пропан  выделяют: ректификацией под давлением,  низкотемпературной абсорбцией  в растворителях под давлением,  адсорбцией активированным углём,  молекулярными ситами.

      С водой пропан образует гидрат , с критической температурой разложения +8,5°; разлагается при 1 атм. (0°). По химическим свойствам пропан близок к другим низшим гомологам ряда метана.

Мягким окислением пропана получают пропионовую кислоту, ацетальдегид и уксусную кислоту, нитрованием  при высокой температуре —  нитропропаны, а также нитроэтан  и нитрометан.

Пропан применяется  в качестве растворителя для депарафинизации  и деасфальтирования нефтепродуктов, в процессах полимеризации виниловых  эфиров и для экстракции жиров. Пропан применяют также для получения  сажи; с кислородом — для резки  металла. В смеси с бутаном  в баллонах пропан широко используется как бытовой газ и как бездымное горючее для автомобилей.

Пропан разлагается  некоторыми бактериями.

Решение.

При авариях в системах, не имеющих  защитных ограждений, происходит растекание жидкости по грунту и (или) заполнение естественных впадин. Обычно    при    растекании    на    грунт    площадь    разлива    ограничена естественными и искусственно созданными границами (дороги, дренажные канавы и т.п.), а если такая информация отсутствует, то для приближенных расчетов принимают толщину разлившегося слоя равной h= 0,05м и определяют площадь разлива, м², по формуле

F_раз=m_ж /(hρ_ж)                                 (1)

где ρ_ж — плотность разлившейся жидкости; кг/м³

m_ж — масса разлившейся жидкости; кг

По результатам экспериментов  с жидким метаном и азотом компания «Газ де Франс» предлагает следующие  значения h    (табл. 1).

Таблица 1.

Толщина слоя разлившегося сжиженного газа и жидкости

Характер поверхности	h ,м	Характер поверхности	h ,м
Бетонная	0,3	Влажная песчаная	15,0
Водная	1,0	Сухая песчаная	20,0
Щебень 1 .	5,0

 

По формуле (1) определяем площадь разлива:

F_раз=64000/(0,15∙510)=836,6 м²

Примечательной чертой пожаров  разлития является накрытие с подветренной стороны. Это накрытие может составлять 25-50% диаметра обвалования

  = м.      (3)

Пламя пожара разлития при расчете представляют в виде наклоненного по ветру цилиндра конечного размера, причем угол наклона  зависит от безразмерной скорости ветра :

                                                                                         (4)

Геометрические  параметры пламени пожара разлития можно определить по формуле Томаса:

                                                                     (5)

где – безразмерная скорость ветра;               (6)

 

-массовая скорость  выгорания ацетона ( =0,099 кг/(м² с));

- плотность пара пропана ( кг /м³);

 — плотность воздуха ( кг /м³);

g — ускорение силы тяжести м/с²;

D — диаметр зеркала разлива, м;

w - скорость ветра, м/с;

а, b, с - эмпирические коэффициенты (а = 55, b = 0,67, с = -0,21 )

Рисунок 1.

По  формуле (4) находим:

соsӨ==0,75∙=0,83

откуда

Ө=57 ˚С

По  формуле (5) определим геометрические параметры пламени пожара разлития по формуле Томаса:     

м

м

       Степень термического воздействия  пожара разлития (плотность теплового  потока, падающего на элементарную  площадку, расположенную параллельно      (к = 0) и перпендикулярно (к = 90) поверхности разлива, кВт/м², можно найти по формуле

                                                                (7)

где qсоб - средняя по поверхности плотность потока собственного излучения пламени, кВт/м² ( для пропан 50 кВт/м² );

φ- угловой коэффициент излучения с площадки на боковой поверхности пламени пожара разлива на единичную площадку, расположенную на уровне грунта.

По  формуле (7) получаем:

 

Горение парогазовоздушного облака.

Крупномасштабное  диффузионное горение парогазовоздушного облака, реализуемое при разгерметизации  резервуара с горючей жидкостью  или газом под давлением, носит  название «огненный шар».

Плотность теплового потока, падающего с  поверхности «огненного шара» на элементарную площадку на поверхности  мишени, кВт/м², равна

                      (8)

где плотность потока собственного излучения «огненного шара», кВт/м². (Приведено в таблице 3)

Таблица 2.