Поведение аварийно химических опасных веществ при химических авариях

 Поведение АХОВ при химических авариях.

Аварийно химически опасные  вещества ингаляционного действия используются, хранятся и транспортируются в жидком или газообразном состоянии. При  химической аварии в зависимости  от агрегатного состояния они  могут образовывать облака зараженного  воздуха двух видов.

 Первичное облако - облако  зараженного воздуха, образующееся  в результате быстрого перехода  в атмосферу всего объема или  части содержимого емкости с АХОВ при ее разрушении.

Вторичное облако - облако зараженного  воздуха, образующееся в результате испарения разлившегося АХОВ с подстилающей поверхности (грунта, асфальта, бетонного основания и т.д.).

Сжатые газы обычно хранят и транспортируют при температуре  окружающей среды и давлении 0,07-3,0 МП а. В случае потери герметичности  газгольдера, реактора, трубопровода, в котором находится сжатый газ, наблюдается выход газовой струи  в атмосферу, при этом скорость процесса зависит лишь от размеров аварийного отверстия я избыточного давления внутри оборудования по сравнению с  атмосферным давлением. Считается, что при химической аварии отверстие  имеет значительные размеры или  оборудование полностью разрушено. В первом случае длительность выхода газовой струи в атмосферу  не превышает нескольких минут, а  во втором - переход сжатого газа в атмосферу можно считать  мгновенным взрывным процессом.

Таким образом, сжатый газ  при химической аварии образует только первичное облако.

Сжиженные газы - это вещества, переведенные из газообразного состояния  в жидкое и имеющие температуру  кипения при атмосферном давлении меньшую, чем температура окружающей среды. Они могут храниться в  жидком состоянии под давлением  собственных насыщенных паров 0,6-1,8 МПа при температуре окружающей среды и реже в охлажденном  состоянии, под давлением близком к атмосферному. В последнем случае емкости искусственно охлаждаются.

Внезапный полный распад на части (полное разрушение) емкости со сжиженным газом, находящимся под  высоким давлением при температуре  окружающей среды представляет наибольшую опасность. Развитие такой химической аварии можно условно разделить  на два периода.

 

В течение первого периода, который длится несколько секунд, происходит залповый выброс насыщенного  пара АХОВ, находившегося над жидкой фазой до аварии и мгновенное вскипание  жидкой фазы по всему объему. Часть  АХОВ мгновенно испаряется, смешивается  с воздухом, образуя облако паровоздушной  смеси (первичное облако). Оставшаяся часть вещества охлаждается до температуры  кипения при атмосферном давлении.

Вначале второго периода  наблюдается неустойчивое испарение  оставшейся части АХОВ за счет притока  тепла от подстилающей поверхности  и окружающего воздуха. Как только приток тепла от подстилающей поверхности  прекращается, наступает период стационарного  испарения, интенсивность которого зависит от скорости ветра, температуры  окружающего воздуха и физико-химических свойств АХОВ. Температура жидкого  слоя становится несколько ниже температуры кипения.

Таким образом, сжиженный  газ при химической аварии может  образовать как первичное, так и  вторичное облако зараженного воздуха.

 К жидкостям будем  относить вещества, у которых  температура кипения выше температуры  окружающей среды и которые  находятся при нормальных условиях  в жидком состоянии. Они могут  храниться в резервуарах при  атмосферном давлении и температуре  окружающей среды. При разгерметизации  резервуаров и разлитии таких  АХОВ на подстилающую поверхность. Первичное облако не образуется, а имеет место стационарное испарение, в результате которого образуется вторичное облако зараженного воздуха.

Температура окружающей среды  переменна для различных территорий и времен года, поэтому отдельные  АХОВ при химической аварии могут  вести себя по-разному. Так температура  кипения фосгена при атмосферном  давлении составляет 8,2°С, поэтому в случае разгерметизации емкости со сжиженным фосгеном при более низкой температуре окружающей среды данное АХОВ ведет себя как жидкость, при более высокой температуре - как сжиженный газ.

Повышение температуры окружающей среды (воздуха) ускоряет испарение  жидких АХОВ с подстилающей поверхности  и увеличивает их концентрацию в  воздухе над зараженной территорией.

 

 

 

Задача:                                                                                                    Вариант  23

     На предприятии произошла авария с полным разрушением технологической ёмкости, в которой содержалось Q₀=3,4 т. сжиженного аммиака под давлением собственных паров и при температуре окружающей среды. Емкость стоит на поддоне Н=0,8м. Метеоусловия на момент аварии: температура воздуха t_возд.=8 ⁰С; скорость ветра v=4 м/с; степень радикальной устойчивости воздуха – инверсия.

Определить:

1. Глубину зоны поражения аммиаком на время N=3 часа от начала аварии;
2. Продолжительность действия источника заражения;
3. Площадь зоны возможного и площадь зоны фактического заражения;
4. Время подхода зараженного облака к объекту на расстоянии x=4км от места аварии.

 

Решение:

D, мг·мин/г	М	tпл,oC	tк,oC	d, т/м3	А	В	С	Ко
15	17,03	-77,75	-33,42	0,681	4,504	390,7	273,15	3,401

 

1. Глубину зоны поражения аммиаком на время N=3 часа от начала аварии:
1. Определение количества аммиака в первичном облаке:

Количество аммиака в  первичном облаке (Q₁ , т) определяется по формуле:

Q₁=K₁·K₅·Q₀ ,

где: K₅ - коэффициент учитывающий степень вертикальной устойчивости воздуха, принимается равным: для инверсии 1, для изотермии 0,23, для конвекции 0,08;

        Q₀  - количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества (т);

       K₁  - коэффициент, зависящий от агрегатного состояния вещество и условий его хранения.

K₁=K₀·10^-3·(t_a-t_k) ,

где: K₀ - коэффициент, зависящий от теплофизических свойств вещества (для аммиака K₀=3,401);

       t_a – температура АХОВ до разрушения ёмкости;

       t_k – температура кипения АХОВ, ⁰С.

K₁=3,401·10^-3·(8-(-33,42))=3,401·10^-3·41,42=0,1408;

Q₁=0,1408·1·4,1=0,57728 т.

2. Время испарения аммиака с площади разлива:

Коэффициент K₄ , учитывающий влияние скорости ветра на процесс испарения разлившегося АХОВ, определяется по формуле:

K₄=0,6648+0,3341· v ,

где: v – скорость ветра в приземном слое воздуха на высоте 10 м, (м/с).

При отсутствии работ по ликвидации химической аварии продолжительность  действия источника заражения равна  времени испарения АХОВ с площади  разлива (Т, ч) и определяется по формуле:

Т=(h·d)/(K₂·K₄) ,

где: h – толщина слоя АХОВ, м;

       d – плотность АХОВ в жидком состоянии(для аммиака d=0,681 Т/м³);

       K₂ - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств АХОВ, если температура вещества до разрушения ёмкости меньше температуры плавления, то К₂=0; если нет, то К₂ определяется по формуле:

К₂=8,1·10^{(А-В/(С+tu)-6)} ·M^1|2 ,

где: А, В, С – эмпирические коэффициент для чистых АХОВ (для аммиака А=4,504 , В=390,7 , С=273,15);

      t_u – температура поверхности испарения АХОВ: если температура вещества до разрушения ёмкости находится в интервале от температуры плавления до температуры кипения АХОВ, то t_u=t_a ; если t_a больше t_k то t_u=t_к , ⁰С;

     М – молекулярная  масса АХОВ (для аммиака М=17,03 отн. ед.).

h=H-0,2 ,

h=0,8-0,2=0,6 (м²) ,

К₄=0,6648+0,3341·4=2,0012 ,

К₂=8,1·10^{(4,504-390,7/(273,15-33,42)-6)} ·17,03^1/2=8,1·0,000741·4,1267=0,0247 ,

T=0,6·0,681/(0,0247·2,0012)=8,27ч=8 ч 16 мин. (ч).

1.3 Определение количества  аммиака во вторичном облаке:

Количество аммиака во вторичном облаке (Q₁ , т) определяется по формуле:

 

Q₂=(1- K₁)·K₅·K₆·(Q₀/Т) ,

где: K₆ - коэффициент, зависящий от времени, прошедшего от начала аварии (времени оценки обстановки N, ч), и времени испарения вещества с площади разлива(Т, ч), (К₆=N^0,8).

                          К₆=N^0,8=2,408 ч 

Q₂=(1-0,1408) ·1·2,408·(4,1/8,27)=0,8592·2,408·0,4957=1,025 т.

 

 

 

1.4 Расчёт глубины химического заражения:

Полная глубина зоны хим. заражения обусловлена взаимодействием  первичного и вторичного облака АХОВ. Параметры f₁ и f₂ для первичного и вторичного облака АХОВ соответственно определяются по формуле:

f_1,2= 0,7277+0,729/v·(Q_1,2/D)^1/3,

где: D – пороговая токсодоза (для аммиака D=15).

f₁= 0,7277+0,729/4·(0,57728/15)^1/3=0,7277+0,1822·0,3376=0,7892 ,

f₂= 0,7277+0,729/4·(1,025 /15)^1/3=0,7277+0,18225·0,4087=1,4717.

 

Глубины заражения соответственно первичным (Г₁, км) и вторичным (Г₂, км) облаками АХОВ определяется по формуле:

Г_1,2=,

где: Ψ – безразмерный параметр соответственно для первичного и вторичного облака АХОВ принимаем равным - 1 .

f₁ < 0,9945, следовательно, Ψ=1;

f₂ > 0,9945, следовательно, Ψ=1,4717.

Г₁==0,2853 (км),

Г₂==0,4613 (км).

Полная глубина зоны химического  заражения:

Г=(Г₁^3/2+Г₂^3/2)^2/3

Г=(0,2853 ^3/2+0, 4613 ^3/2)^2/3=(0,1523+0, 3133)^2/3=0,6 (км).

Предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс:

Г_п=N·ν,

ν=К₇·V,

ν=5,233·4=20,932 (км/ч)

Г_п=3·20,932=62,796 (км).

Г<Г_п, следовательно, Г_р=Г=0,6 (км)

 

2. Определение зоны возможного и площадь зоны фактического заражения:

Площадь зоны возможного заражения  облаком АХОВ (S , км) определяется по формуле:

S=8,72·10^-3·Г_р²·φ ,

S=8,72·10^-3·(0, 6)²·45=0,1413 (км²),

Площадь зоны фактического заражения:

S_ф=К₃·Г_р²·N^0,2,

S_ф=0,081·(0,6) ²·3^0,2=0,036 (км²),

3. Определение времени подхода зараженного облака к объекту:

Время подхода зараженного облака к объекту зависит от скорости переноса переднего фронта зараженного воздуха:

τ=x/v,

τ=4/20,932=0,19(ч)=11(мин.).

Ответ: Глубину зоны поражения - 0,6 (км);

 Продолжительность действия источника заражения – 8 ч 16 мин;

 Площадь зоны возможного - 0,1413 (км²);

 Площадь зоны фактического заражения - 0,036 (км²);

 Время подхода зараженного облака к объекту – 11 (мин).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                        Учреждение образования

              «Брестский государственный технический  университет»

                          

                          Кафедра инженерной экологии и химии

 

 

 

 

 

 

                                   

 

 

 

                                 

                                 Расчётно-практическая работа

«Прогнозирование масштабов  заражения при выбросах аварийно химически опасных веществ в  окружающую среду»

              

                                                    Вариант

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                   студент 1 курса

 машиностроительного

 факультета группы  АТП-13

                                                                                            Проверил: Босак В.Н. 

 

 

Брест 2013