2.6.3 Расчет размеров зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени (нкпр) газов и паров в цехе

Расчет размеров зон, ограниченных НКПР газов и паров в цехе по наиболее опасному сценарию. Критериями размеров зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении ГГ в помещение при подвижной воздушной среде являются расстояния Х_НКПР, Y_НКПР, Z_НКПР, м. Расстояния для горючих газов рассчитываются по формулам:

(2.10)

(2.11)

(2.12)

где К₁ – коэффициент, принимаемый равным 1,1314 для ГГ;

К₂ – коэффициент, равный 1 для ГГ;

К₃ – коэффициент, принимаемый равным 0,0253 для ГГ при отсутствии подвижности воздушной среды;

l – длина помещения, 24 м;

b – ширина помещения, 12 м;

h – высота помещения, 2,5 м;

h_а – высота оборудования, 2,1 м;

С_НКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени, 15 %.

Допустимые значения отклонений концентраций δ при уровне значимости будут равны: 1,27 – при работающей вентиляции; 1,25 – при неработающей вентиляции.

С₀ – предэкспоненциальный множитель, при работающей вентиляции для ГГ определяется по формуле:

, % (об.) (2.13)

При неработающей вентиляции для ГГ определяется по формуле:

, % (об.) (2.14)

где С_н – концентрация насыщенных паров определяется по формуле:

, % (об.) (2.15)

где Р_н – давление насыщенных паров аммиака при расчетной температуре (Р_н = 0,853·10⁶ Па);

Р₀ – начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101кПа).

Х_НКПР, Y_НКПР , Z_НКПР – расстояния по осям Х, Y, Z от источника поступления газа, ограниченные нижним концентрационным пределом распространения пламени соответственно, м.

Концентрация насыщенных паров , %(об.)

Предэкспоненциальный множитель для компрессорного цеха ОАО КПБН «Шихан», при отсутствии подвижной воздушной среды (в случае аварии вентиляция не исправна):

% (об.)

При работающей вентиляции предэкспоненциальный множитель:

% (об.)

Расстояния Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР, при неработающей вентиляции равны:

Расстояния Х_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР, при работающей вентиляции равны:

Таким образом, при разгерметизации ресивера в компрессорном цехе граница зоны, ограниченной нижним концентрационным пределом распространения пламени, будет равна размерам помещения, высота зоны равна Z_б = h_а + Z_НКПР = 2,1+0,179 = 2,279м.

2.6.4 Расчет зон поражения первичным и вторичным облаком аммиака при реализации наиболее вероятного сценария

При реализации наиболее вероятного сценария происходит выброс аммиака, после чего образуется первичное и вторичное облако, оказывающее токсическое воздействие на персонал предприятия. Исходные данные для осуществления прогнозной оценки представлены в таблице 2.13.

Таблица 2.13 – Исходные данные, необходимые для оценки химической обстановки при выбросе аммиака

Данные по аварийно химически опасному веществу
Название АХОВ	Аммиак
Количество АХОВ, т	1,2
Метеоусловия и время аварии
Направление ветра	Северо-Западный
Скорость ветра, м/с	2
Вид вертикальной устойчивости атмосферы	Инверсия
Температура воздуха, С	+ 15
Время аварии	11.00
Время после аварии, ч	1
Данные по населенному пункту для данного прогноза
Расстояние от места аварии до населённого пункта, км	0,05
Средняя плотность населения г.Стерлитамак, тыс.чел/км2	1,6
Средняя плотность населения для данной зоны г.Стерлитамак, тыс.чел/км2	0,53

Принятые допущения:

• Емкость, содержащая АХОВ, разрушаются полностью.

• Толщина слоя жидкости принимается равной 0,05м.

1. Определение эквивалентного количества вещества в первичном облаке:

Эквивалентное количество Q_э1 (т) вещества в первичном облаке определяется по формуле:

Q_э1= К₁ · К₃ · К₅ · К₇ · Q₀ (2.16)

где К₁ – коэффициент, зависящий от условий хранения АХОВ, принимаем К₁ = 0,18;

К₃ – коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы аммиака к пороговой токсодозе другого АХОВ, принимаем К₃ = 0,04;

К₅ – коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы, для инверсии принимаем К₅ = 1;

К₇ – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха, принимаем К₇ = 1;

Q₀ – количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т. Q_э1 = (1,2)·(0,18)·(0,04)·1·1=0,009 т.

2)Определение эквивалентного количества вещества во вторичном облаке:

Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке рассчитывается по формуле :

Q_э2=(1 – К₁) · К₂ · К₃ · К₄ · К₅ · К₆ · К₇ · (Q₀/hd) (2.17)

где Q₀ – количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т;

К₁ – коэффициент, зависящий от условий хранения АХОВ, принимаем К₁ = 0,18;

К₃ – коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы аммиака к пороговой токсодозе другого АХОВ, принимаем К₃ = 0,04;

К₅ – коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы, для инверсии принимаем К₅ = 1;

К₇ – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха, принимаем К₇ = 1;

К₂ – коэффициент, зависящий от физико-химических свойств АХОВ, для аммиака принимается К₂ = 0,025;

К₄ – коэффициент, учитывающий скорость ветра, принимается К₄ = 1,33;

К₆ – коэффициент, зависящий от времени N, прошедшего после начала аварии, значение коэффициента К₆ определяется после расчета продолжительности T (ч).

К₆ = {N^0.8 при N < T; T^0.8 при N > T ; (2.18)

Время полного испарения вещества Т, ч, которое определяет продолжительность его поражающего дейсвия, вычисляется по формуле:

T = hd / K₂ ·K₄ ·K₇ (2.19)

где h – толщина слоя жидкого АХОВ.

Коэффициенты К₁, К₂, К₃, К₄, К₅, К₇ находятся в приложении к данной методике. Значения коэффициентов для расчетной оценки химической обстановки при данной ЧС: К₁=0,18, К₂=0,025, К₃=0,04, К₄=1,33, К₅=1, К₇=1. Плотность аммиака принимается равной 0,681 т/м^3.

Время полного испарения вещества определяется по формуле 2.19:

Т= 0,050,681/0,0251,331 =0,03405/ 0,03325 =1,03 ч.

N < T, К₆ = (1,03)^0,8 =1,02.

Q_э2 = (1-0,18) · (0,025)·(0,04)·(1,33)·1·(1,02)·1·(1,2/0,05·0,681)=0,04 т.

3) Расчет глубины зоны заражения:

Полная глубина зоны заражения Г (км), обусловленной воздействием первичного и вторичного облака аммиака определяется:

Г = Г_max + 0,5Г_min (2.20)

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

Г_п = N · v (2.21)

где N – время от начала аварии;

v – скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при данной скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха

За окончательную расчетную глубину зоны заражения принимается меньшее из двух сравниваемых между собой значений.

Глубина зоны заражения определяется в приложении к методике и равна:

Г₁=0,26 и Г₂ = 0,59. Значит, Г_max = 0,59 км, Г_min = 0,26 км.

Тогда по формуле 2.4:

Г = 0,59 +0,5 · 0,26 = 0,72 км.

В приложении к методике определяется скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха в зависимости от скорости ветра, и равна 10 км/ч. По формуле 2.21:

Г_п = 110= 10 км.

Принимается наименьшая из зон 0,72 км.

4) Определение площади зоны заражения аммиаком:

Площадь зоны возможного заражения для первичного и вторичного облака аммиака определяется по формуле :

S_в= 8,72 · 10^-3 · Г² ·  (2.22)

где S_в – площадь зоны возможного заражения АХОВ, км²;

Г – глубина зоны заражения, км²;

 – угол распространения токсичного облака.

Площадь зоны фактического заражения Sф (км²) рассчитывается по формуле :

S_ф = К₈ · Г² · N^0,2 (2.23)

где К₈ – коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости воздуха.

Площадь зоны возможного заражения для вторичного облака аммиака с учетом углового размера, определяемого из приложения к методике:

S_в= 8,72 · 10^-3 ·(0,72)²  90 = 0,4 км²

S_ф = (0,081)(0,72)² 1^0,2 = 0,04 км²

Одним из наиболее опасных в данном случае направлений ветра является Северо-Западное. При данном направлении ветра захватывается наибольшая площадь близлежащей населенной зоны (рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 – Возможная и фактическая зона заражения при реализации наиболее вероятного сценария ЧС с выбросом аммиака, вызванной разрушением ресивера

Как видно из рисунка 2.9, движение облака при Северо-Западном направлении ветра захватывает большую часть близлежащей населенной зоны г.Стерлитамак.

5) Определение времени подхода зараженного воздуха к населенной зоне г.Стерлитамак:

Время подхода облака аммиака к заданному объекту зависит от скорости переноса облака воздушным потоком и определяется по формуле:

t = X / v (2.24)

где х – расстояние от источника заражения до заданного объекта, км;

v – скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха, км/ч.

Время подхода облака аммиака к границе жилой зоны:

t = 0,05/10 = 0,005 ч или 3 минуты

6) Определение возможных потерь:

Определение возможных потерь осуществляется на основании данных о плотности населения, застройки населенного пункта, времени суток.

Ориентировочные потери в очаге поражения составляют:

– лёгкой степени – 25% ;

– средней и тяжелой степеней (с выходом из строя не менее чем две-три недели и нуждающиеся в госпитализации) – 40% ;

– со смертельным исходом – 35%.

При Северо-Западном направлении ветра численность населения, которое может пострадать при ЧС (с учетом персонала) составляет:

N = 0,04 · 0,53 = 0,02 тыс. чел. или 20 человек.

При этом распределение потерь, соответствует значениям:

– поражение легкой степени – 5 чел.;

– поражение средней и тяжелой степени – 8 чел.;

– со смертельным исходом – 7 чел.

Таким образом, проведена прогнозная оценка химической обстановки при возникновении ЧС с выбросом аммиака, вызванной разрушением ресивера на территории ОАО КПБН «Шихан» в г.Стерлитамак. Определены зоны возможного и фактического заражения, составляющие 0,04 и 0,4 км² соответственно.

45