Защита населения и территорий от чрезвычайных ситуаций (стр. 3 из 6)
Вещества, у которых критическая температура больше температуры окружающей среды, а температура кипения меньше, тоже хранятся в жидком состоянии, причем в отличие от веществ первой группы для ожижения их необходимо только сжать (СПГ, пропан, бутан, аммиак, хлор и т. д.). При разгерметизации емкости и потери давления в ней часть жидкости мгновенно испаряется, а оставшаяся охлаждается до температуры кипения при атмосферном давлении. Так, пропан может храниться при температуре 26,9 °С и давлении 1 МПа. После разгерметизации резервуара и падении давления до атмосферного температура оставшейся (неиспарившейся) жидкости будет —42,1°С. Неиспарившаяся жидкость может разлиться по подстилающей поверхности, и дальнейший процесс испарения будет происходить за счет притока теплоты из окружающей среды.
Вещества, у которых критическая температура и температура кипения больше температуры окружающей среды, находятся при атмосферном давлении в жидком состоянии. При поступлении таких веществ и атмосферу интенсивность процесса испарения определяется разностью парциальных давлений пара над поверхностью жидкости и в окружающей среде. Так как температура окружающей среды может пожать в широком диапазоне —40...+50 °С (т. е. переменна для различных территорий и времен года), то одно и то же вещество можно отнести к этой или предыдущей группе. Так, температура кипения бутана при атмосферном давлении около 0° С, поэтому при отрицательных температурах окружающей среды бутан находится в жидком состоянии, а при положительных — в газообразном.
Таким образом, в зависимости от термодинамического состояния жидкости, находящейся в сосуде, возможны три пути протекания процесса при его разгерметизации:
— при больших энергиях перегрева жидкости или сжатых газов (паров) жидкость может полностью переходить во взвешенное мелкодисперсное и парообразное состояние с образованием взрывоопасных смесей;
— при низких энергетических параметрах жидкости происходит спокойный ее пролив на твердую поверхность, а испарение осуществляется путем теплоотдачи от твердой поверхности;
— промежуточный режим, когда в начальный момент происходит резкое вскипание жидкости с образованием мелкодисперсной фракции, а затем наступает режим свободного испарения с относительно низкими скоростями.
Для определения размеров зон воздействия необходимо вначале спрогнозировать, какое количество жидкости или газа поступит в окружающую среду при том или ином виде аварии. Приближенно количество мгновенно испарившейся жидкости
m= (НТ-НХ) /r X,
где m —доля мгновенно испарившейся жидкости в адиабатическом приближении при температуре Т; Нт — удельная энтальпия жидкости при температуре Т; Нх — удельная энтальпия жидкости в точке кипения при атмосферном давлении; rХ — удельная скрытая теплота парообразования в точке кипения при атмосферном давлении.
На рис. 8.2 представлены данные о доле мгновенно испарившейся жидкости, полученные по приведенному соотношению.
На втором этапе расчета необходимо с учетом рельефа местности, климатических условий, планировки площадки рассчитать процессы растекания и испарения жидкости, а также рассеивание паров пролитой жидкости. Результатом такого расчета должны быть нанесенные на ситуационный план поля концентраций паров пролитой жидкости. На плане местности отмечают также динамику процесса рассеивания паров, прогнозируют изменение концентрации в различных точках местности по времени. Расчет рассеивания газообразных веществ в атмосфере см. ОНД—86 и ОНД — 90.
При проливах СДЯВ внешние границы заражения определяют по ингаляционной токсодозе. В качестве ее используют среднюю смертельную дозу L50, среднюю поражающую, вызывающую поражения ниже легкой степени у 50 % пораженных Е50, среднюю выводящую из строя I 50; среднюю пороговую P50.
Рис. 8.2. Доля мгновенно испарившейся жидкости в адиабатическом приближении:
1 — этилен; 2 — пропан; 3—хлор и аммиак; 4 — бутан; tхр —температура хранения
Для характеристики воздействия на людей принимают дозу D вычисляемую для определенной точки,
t
D=S C(t)dt,
0
где C(t) —концентрация СДЯВ в воздухе, соответствующая моменту времени (t); t — время пребывания в данной точке.
В качестве критерия поражающего действия дозы, превышение которой определяет участки территории, соответствующие зоне заражения, используют токсодозу, характеризующую степень токсичности яда. Токсодоза различной степени тяжести поражения (L50, I50, E50, P50) при фиксированном времени экспозиции для каждого СДЯВ является постоянной величиной.
Решение задачи турбулентной диффузии СДЯВ для наземных источников может быть представлено в виде:
-1,8y2
D=0,94 k Q e fx2 ,f3/2ux2
где D—токсодоза СДЯВ; х, у—расстояние по осям Х и Y; Q — количество вещества, перешедшее в первичное или вторичное облако; u — скорость ветра; f — константа, зависящая от вертикальной устойчивости атмосферы; k — параметр, определяемый соотношением u и х (пропорционален х-1/2).
При заданном значении D это соотношение можно рассматривать как уравнение для определения совокупности точек (X, У), образующих изолинию равных значений токсодозы. При прогнозировании размеров зоны заражения СДЯВ по токсодозе можно использовать методику РД 52.04.253—90, основанную на вышеприведенном уравнении. Порядок расчета приведен в приложении 2.2.
Оценка зон воздействия взрывных процессов. Под взрывом принято понимать широкий круг явлений, связанных с выделением за очень короткий промежуток времени большого количества энергии в ограниченном пространстве. Обычно взрывы связаны с превращениями вещества в результате химической реакции или в результате ядерных превращений. На практике чаще других встречаются следующие типы взрывов: свободный воздушный взрыв, наземный (приземный) взрыв, взрыв внутри помещения (внутренний взрыв), а также взрывы больших газообразных облаков в атмосфере.
К свободным воздушным взрывам относят взрывы, происходящие на значительной высоте от поверхности земли, при этом не происходит усиления ударной волны между центром взрыва и объектом за счет отражения. Избыточное давление на фронте и длительность фазы сжатия зависят от энергии взрыва (массы С заряда ВВ), высоты центра взрыва над поверхностью Земли, условий взрыва и расстояния R от эпицентра.
Для ядерных взрывов величина С представляет тротиловый эквивалент по ударной волне. Если обозначить Сп — полный тротиловый эквивалент, то для свободно распространяющейся в атмосфере ударной волны воздушного взрыва С=0,5Сп, а для наземного и приземного ядерных взрывов С= 2 х 0,5Сп.
Наземные и приземные взрывы. Если взрыв происходит на поверхности Земли, то воздушная ударная волна от взрыва усиливается за счет отражения.
Рис. 8.3. Волнообразование при воздушном взрыве:
Э — эпицентр взрыва; П—фронт падающей волны; О — фронт отраженной волны; Г— фронт головной ударной волны; Т—траектория тройной точки; А — зона регулярного отражения; Б — зона нерегулярного отражения
Параметры ударной волны рассчитывают по формулам воздушного взрыва, однако величину энергии взрыва удваивают; в случае конденсированных ВВ избыточное давление взрыва можно рассчитывать по соотношению:
где Ро — атмосферное дашение, МПа; r—расстояние от центра взрыва; С — мощность заряд;, кг; n — свойства поверхности, на которой происходит взрыв. Значения коэффициента n приведены ниже.
Грунт средней плотности........ 0,6...0,65
Плотные глины и суглинки...... 0,8
Бетон................. 0,85...0,9
Стальные плита............ 0,95...1,0
Более сложные процессы происходят при взрывах в приземных слоях атмосферы. При этих взрывах образуются сферические воздушные ударные волны, распространяющиеся в пространстве в виде области сжатия—разряжения (рис. 8.3). Фронт воздушной ударной волны характеризуется скачком давления, температуры, плотности и скорости частиц воздуха. При достижении сферической ударной волны земной поверхности она отражается от нее, что приводит к формированию отраженной волны. На некотором расстоянии от эпицентра взрыва (проекции центр взрыва на земную поверхность) фронты прямой и отраженной ударных волн сливаются, образуя головную волну, имеющую фронт, нормальный к поверхности Земли и перемещающийся вдоль ее поверхности. Область пространства, где отсутствует наложение и слияние фронтов, называется зоной регулярного отражения, а область пространства, в которой распространяется головная волна,—зоной нерегулярного отражения.
С момента прихода фронта воздушной ударной волны в точку наземной поверхности давление резко повышается до максимального значения
Рф, а затем убывает до атмосферного Ро и ниже его. Период повышенного избыточного давления называется фазой сжатия, а период пониженного давлением —фазой разрежения.