Прогнозирование глубины зоны заражения

1 2 3 4 5 6 7

Федеральное агентство по образованию Рф

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Кафедра автоматизации обработки информации

Методические указания

по выполнению лабораторных работ по дисциплине

«Безопасность жизнедеятельности»

для студентов специальностей

		Утверждаю: зав. каф АОИ профессор ___________ Ю.П. Ехлаков «____» ______________2006 г.

		Разработчик: доцент каф. АОИ ______________ Т.А. Ципилева «____» _______________ 2006 г.

Томск - 2006

СОДЕРЖАНИЕ

Введение …………………………………………………………..
Лабораторная работа № 1 «Моделирование аварийной ситуации на предприятии» ……………………………………….
Лабораторная работа № 2 «Расчет уровня загрязнения атмосферного воздуха точечными источниками выбросов»
Лабораторная работа № 3 «Расчет экономического ущерба от загрязнения атмосферного воздуха точечными источниками выбросов»……………………………………………………….….
Лабораторная работа №4 «Световой режим в помещении»

Приложение 1 …………………………………………………….
Приложение 2 ……………………………………………………. Рекомендуемая литература ……………………………………….

Лабораторная работа № 1 «Моделирование аварийной
ситуации на предприятии»

Методика, изложенная ниже, позволяет осуществлять прогнозирование масштабов зон заражения при авариях на предприятиях и рассчитана на случаи выброса в атмосферу веществ в газообразном, парообразном или аэрозольном состоянии.

При моделировании размеров зон заражения используются следующие понятия.

Эквивалентное количество загрязняющего вещества (ЗВ) – это такое количество хлора, масштаб заражения которым при инверсии эквивалентен масштабу заражения при данной степени вертикальной устойчивости воздуха количеством данного вещества.

Первичное облако – это облако ЗВ, образующееся в результате мгновенного (1-3 мин) перехода в атмосферу содержимого емкости при ее разрушении. Вторичное облако ЗВ - облако ЗВ, образующееся в результате испарения разлившегося вещества с подстилающей поверхности.

Пороговая токсодоза - доза ЗВ, вызывающая начальные симптомы поражения.

Масштабы зон заражения ЗВ в зависимости от их физических свойств и агрегатного состояния рассчитываются по образовавшимся первичному и (или) вторичному облакам.

Если проводится заблаговременное прогнозирование возможных аварийных ситуаций, то принимаются следующие исходные данные:

- емкость с опасным веществом разрушена полностью;

- разлив опасного вещества свободный (на грунт);

- толщина слоя жидкости при разливе равна h =0,05 м по всей площади разлива;

- ветер дует в сторону населенного пункта или экологически опасного объекта, его скорость равна 1 м/с;

- состояние атмосферы – инверсия.

Если емкость с ЗВ обнесена земляным валом высотой Н, либо имеет поддон высотой Н, то h = H -0,2 (м).

Прогнозирование глубины зоны заражения

Расчет глубины зоны заражения на территории при аварийном выбросе, разливе ЗВ или разрушении емкости с ЗВ проводится в зависимости от количественных характеристик выбрасываемых веществ, от условий выброса (разлива) и от метеорологических факторов во время аварии. Количественные характеристики масштабов зоны заражения определяются через эквивалентные значения (по отношению к хорошо изученному веществу хлору).

1. Определение характеристик эквивалентного первичного облака. Эквивалентное количество вещества в первичном облаке (в тоннах) определяется по формуле

где: K 1 - коэффициент, зависящий от условий хранения выброшенного вещества, определяется по таблице 1.1 (для сжатых газов К 1 = 1);

К 3 - коэффициент, равный отношению пороговой токсодзы хлора к пороговой токсодозе выброшенного ЗВ (для наиболее распространенных веществ приведен в табл. 1.1);

К 5 - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости воздуха, который определяется с помощью таблицы 1.2 следующим образом:

- для инверсии (ин) К 5=1;

- для изотермии (из) К 5=0,23;

- для конверсии (кон) К 5=0,08.

К 7 - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха во время аварии (см. табл.1. 1). Для сжатых газов К 7=1.

Q - количество выброшенного (пролитого) в процессе аварии ЗВ (т).

2. Определение характеристик эквивалентного вторичного облака. Эквивалентное количество вещества, из которого формируется вторичное облако, определяется по формуле

где: а – плотность вещества; K 2 – коэффициент, зависящий от физико-химических свойств вещества, который определяется по табл.1.1.

К 6 - коэффициент, зависящий от времени N, прошедшего с начала аварии. Если авария прогнозируется, то величина N принимается равной четырем часам. Значения коэффициента К6 определяются после расчета продолжительности испарения вещества Т.

Продолжительность поражающего действия ЗВ (час) определяется временем его испарения с площади разлива

где h - толщина слоя ЗВ(м);

К6 принимается равным:

При , K 6 определяется как для Т =1

Таблица 1.1 – Основные коэффициенты для определения глубины зоны заражения

Наименование ЗВ	Плотность	К 1	К 2	К 3	К 7
Температура ОС, град. С
газ	жид.	-40	-20
Акролеин	0.003	0.84	0.01	0.013	0.75	0.1	0.2	0.4		2.2
Аммиак	0.0008	0.681	0.16	0.025	0.04	0.9	0.3	0.6		1.4
Окись азота	0.0003	1.49	0.18	0.04	0.4	0.1	0.3	0.7
Формальдегид	0.0009	0.815	0.1	0.034		0.1	0.1	0.8		1.5
Фенол	0.0007	0.778	0.1	0.046		0.2	0.2	0.3
Хлор	0.0032	1.556	0.18	0.052		0.9	0.3	0.6		1.4
Ацетон	0.0006	1.176	0.12	0.034	1.1	0.2 0.7	0.5 0.9	0.9		2.3 1.3
Окислы углерода	0.0009	1.122	0.57	0.044	1.1	1.4	0.4 1.6		1.2 1.6	1.6 1.7
Соляная кислота		1.198	0.01	0.021	0.03		0.1	0.3		2.1

Примечание. Верхнее значение коэффициента К7 приведено для первичного облака, нижнее - для вторичного.

К 4 – коэффициент, учитывающий скорость ветра (табл.1.3).

Таблица 1.2 - Определение степени вертикальной устойчивости атмосферы

Скорость ветра	ночь	утро	день	вечер
ясно	облачно	ясно	облачно	ясно	облачно	ясно	облачно
Меньше 2	инв	из	из(ин)	из	кон(ин)	из	инв	из
2-3.9	инв	из	из(ин)	из	из	из	из(ин)	инв
Больше 4	из	из	из	из	из	из	из	из

В таблице 1.2 обозначено: «инв» – инверсия; «из» – изометрия; «кон» – конвекция; буквы в скобках - при снежном покрове

Таблица 1.3- Значения коэффициента K4 в зависимости от скорости ветра

Скорость ветра, м/с
K4	1.0	1.33	1.67	2.0	2.34	2.67	3.0	3.34	3.67	4.0

Скорость ветра, м/с	Эквивалентное количество ЗВ, т
0.1	0.5
	0.38	3.16	4.75	12.53	19.2	29.56	52.67	81.91
	0.84	1.81	2.17	7.2	10.83	16.44	28.73	44.09
	0.68	1.53	2.0	5.34	7.96	11.94	20.59	31.30	84.50
	0.59	1.33	1.88	4.34	6.46	9.62	16.43	24.80	65.92
	0.53	1.19	1.68	3.75	5.53	8.19	10.88	20.82	54.67
	0.48	1.09	1.53	3.43	4.88	7.20	12.14	18.13	47.09
	0.45	1.00	1.42	3.17	4.49	6.48	10.67	16.17	41.63
	0.42	0.94	1.33	2.7	4.20	5.92	9.90	14.08	37.49
	0.40	0.88	1.25	2.66	3.76	5.31	8.50	12.54	31.61
	0.38	0.84	1.19	2.53	3.58	5.06	8.01	11.06	27.61

Примечание: при скорости ветра менее 1 м/с считать К4=1.0; при скорости ветра более 10 м/с считать К4=5.68.

Таблица 1.4 - Глубина зон возможного заражения ЗВ, км

3. Расчет глубины зоны заражения при аварии на производстве.

Расчет глубины зоны заражения первичным (вторичным) облаком ЗВ при аварии определяется по таблице 1.4. В таблице приведены максимальные значения глубины зоны заражения Г1 (или Г2) в зависимости от эквивалентного количества вещества в первичном или вторичном облаках и скорости ветра. При этом значения Г даны для дискретного набора значений Q_э. Для определения промежуточных значений необходимо воспользоваться формулами линейной интерполяции.

Примечание: при скорости ветра более 10 м/с необходимо проводить расчеты по данным для скорости ветра 10 м/с. При скорости ветра менее 1 м/с расчеты проводить как для скорости 1 м/с.

Полная глубина зоны заражения Г (км) определяется по формуле:

где - наибольший и - наименьший из рассчитанных размеров Г1 и Г2.

Полученное значение Г необходимо сравнить с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс , которое определяется по формуле:

где N – время от начала аварии (час), V – скорость переноса переднего фронта загрязненного воздуха при данной скорости ветра и существующей степени вертикальной устойчивости (км/час) (см. таблицу 1.5).

4. Расчет времени подхода зараженного облака к заданному объекту.

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

где X – расстояние от источника заражения до заданного объекта (км); V - скорость переноса переднего фронта облака (км/час), определяемая по табл. 5.

5. Определение формы и площади зоны заражения при аварии. Площадь зоны возможного заражения облаком ЗВ определяется по формуле:

где S - площадь зоны возможного заражения (кв. км); Г – глубина зоны заражения (км); j - угловые размеры возможной зоны заражения (в градусах). Угловые размеры зоны зависят от скорости ветра во время аварии (Табл. 1.6).

Площадь зоны фактического заражения в квадратных километрах рассчитывается по формуле:

гд е К8 – коэффициент, зависящий от вертикальной устойчивости воздуха и равен:

- при инверсии – К8 = 0.081

- при изотермии – К8 = 0.133

- при конверсии – К8 = 0.295.

N – время, прошедшее с начала аварии.

Зона возможного заражения ЗВ на картах ограничена окружностью, полуокружностью или сектором, имеющими угловые размеры j и радиус, равный глубине зоны заражения Г. Центр окружности, полуокружности и сектора совпадает с местоположением источника заражения.

На картах зона возможного заражения будет иметь следующий вид:

- при скорости ветра по прогнозу меньше 0.5 м/с – зоной заражения будет окружность с радиусом Г;

- при скорости ветра по прогнозу от 0.6 до 1 м/с – зона имеет вид полуокружности с радиусом Г, биссектриса полуокружности совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра;

- при скорости ветра по прогнозу более 1 м/с, зона заражения имеет вид сектора с угловыми размерами:

Радиус сектора равен Г; биссектриса сектора совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра;

- если скорость ветра от 1.1 до 2 м/с, то j равен 90°;

- если скорость ветра превышает 2 м/с, то j равен 45°.

Таблица 1.5 - Скорость переноса переднего фронта зараженного облака

Скорость ветра

Скорость переноса фронта

инверсия

изотермия

конвекция

При скорости, равной 0 м/с – скорость переноса переднего фронта облака равна 0; при скорости большей, чем 0, но меньшей 1, рассчитывать, как для 1 м/с.

Таблица 1.6 – Угловые размеры зоны заражения