бжд. Практикум Издательство Иркутского государственного технического университета 2015
 Скачать 2.74 Mb.
|
|
Методика расчета 1. Расчет глубины зоны поражения при аварии на химически опасном объекте Допустим, на химическом предприятии произошла авария на техно- логическом трубопроводе с АХОВ, находящемся под давлением. В резуль- тате аварии возник источник заражения сильнодействующим веществом. Количество вытекшей из трубопровода жидкости не установлено. Извест- но, что в технологической системе содержалось Q т.с АХОВ. Необходимо определить продолжительность поражающего действия источника заражения: глубину зон возможного заражения АХОВ; площадь зоны заражения; нанести зону заражения на схему про- мышленной зоны (см. рис. 5.1) 89 оценить опасность возможного очага химического поражения, ес- ли химическое предприятие расположено в жилой части города. Метеоусловия на момент аварии: скорость ветра и, направление ветра у, температура воздуха Т (°С), время суток и наличие облачности – соглас- но варианту задания. Разлив АХОВ на подстилающей поверхности сво- бодный. Давление в емкости с газом атмосферное. Поскольку объем разлившегося АХОВ неизвестен, то для расчета до- пускается принять его равным максимальному количеству в системе, т. е Q max.c Определяем продолжительность поражающего действия АХОВ, T= 7 4 2 k k k hd , (5.3) где h – толщина слоя АХОВ, м; определяется согласно принятым допуще- ниям, изложенным в «Основных положениях» d – удельная плотность АХОВ, т/м 3 (см. табл. 5.1); k 2 – коэффициент, зависящий от физико-химического состава АХОВ (см. табл. 5.1); k 4 – коэффициент, учитывающий скорость ветра: Скорость ветра, м/с 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 k 4 1 1,33 1,67 2,0 2,34 2,67 3,0 3,34 3,67 4,0 5,63 k 7 – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (см. табл. 5.1). Для сжатых газов он равен 1. Рис. 5.1. Схема промышленной зоны 90 Таблица 5.1 Характеристика АХОВ и вспомогательные коэффициенты для определения глубин зон заражения АХОВ Удельная плот- ность АХОВ, т/м 3 Темпе- ратура кипения, °С Порого- вая ток- содоза, мг·мин/л Значения вспомогательных коэффициентов k 1 k 2 k 3 k 7 при температуре, °С газооб- разного жидкого –40 –20 0 20 40 Аммиак, хранящийся под давлением 0,0008 0,681 –33,42 15 0,18 0,025 0,04 0/0,9 0,3/1 0,5/1 1/1 1,4/1 Аммиак изотермического хранения 0,681 –33,42 15 0,01 0,025 0,04 0/0,9 1/1 1/1 1/1 1/1 Водород фтористый 0,989 19,52 4 0 0,028 0,15 0,1 0,2 0,5 1 1 Метиламин 0,0014 0,966 –6,5 1,2 0,13 0,384 0,5 0/0,3 0/0,7 0,5/1 1/1 2,5/1 Метил бромистый 1,732 3,6 1,2 0,04 0,039 0,5 0/0,2 0/0,4 0/0,9 1/1 2,3/1 Метилмеркаптан 0,867 5,95 1,7 0,06 0,043 0,353 0/0,1 0/0,3 0/0,8 1/1 2,4/1 Нитрил акриловой кислоты 0,806 77,3 0,75 0 0,007 0,8 0,04 0,1 0,4 1 2,4 Азота оксиды 1,491 21,0 1,5 0 0,04 0,4 0 0 0,4 1 1 Этилена оксид 0,882 10,7 2,2 0,05 0,041 0,27 0/0,1 0/0,3 0/0,7 1/1 2,2/1 Сернистый ангидрид 0,0029 1,462 –10,1 1,8 0,11 0,049 0,333 0/0,2 0/0,5 0,3/1 1/1 1,7/1 Сероводород 0,0015 0,964 –60,35 16,1 0,27 0,42 0,336 0,3/1 0,5/1 0,8/1 1/1 1,2/1 Соляная кислота (концентриро- ванная) 1,198 2 0 0,021 0,30 0 0,1 0,3 1 1,6 Формальдегид 0,815 –19,0 0,6 0,19 0,034 1,0 0/0,4 0/1 0,5/1 1/1 1,5/1 Фосген 0,0035 1,432 8,2 0,6 0,05 0,061 1,0 0/0,1 0/0,3 0/0,3 1/1 2,2/1 Фтор 0,0017 1,512 –188,2 0,2 0,95 0,038 3,0 0,7/1 0,8/1 0,9/1 1/1 1,1/1 Фтор треххлористый 1,570 75,3 3 0 0,010 0,2 0,1 0,2 0,4 1 2,3 Хлор 0,0032 1,538 –34,1 0,6 0,18 0,052 1,0 0/0,2 0,3/1 0,5/1 1/1 1,4/1 Хлорпикрин 1,658 112,3 0,02 0 0,002 30,0 0,03 0,1 0,3 1 2,9 Хлорциан 0,0021 1,220 12,6 0,75 0,04 0,046 0,8 0/0 0/0 0/0,6 1/1 3,9/1 Диметиламин 0,0020 0,68 6,9 1,2 0,06 0,041 0,5 0/0,1 0/0,3 0/0,8 1/1 2,5/1 91 Таблица 5.2 Глубина зоны заражения, км, в зависимости от эквивалентного количества АХОВ Скорость ветра, м/с Эквивалентное количество АХОВ Q э , т 0,01 0,05 0,1 0,5 1 3 5 10 20 30 50 70 100 300 500 1000 1 0,38 0,85 1,25 3,16 4,75 9,18 12,53 19,20 29,56 38,13 52,67 65,23 81,91 166 231 363 2 0,26 0,59 0,84 1,92 2,84 5,35 7,20 10,83 16,44 21,02 28,73 35,35 44,09 87,79 121 189 3 0,22 0,48 0,68 1,53 2,17 3,99 5,34 7,96 11,94 15,18 20,59 25,21 31,30 61,47 84,50 130 4 0,19 0,42 0,59 1,33 1,88 3,28 4,36 6,46 9,62 12,18 16,43 20,05 24,80 48,18 65,92 101 5 0,17 0,38 0,53 1,19 1,68 2,91 3,75 5,53 8,19 10,33 13,88 16,89 20,83 40,11 54,67 83,60 6 0,15 0,34 0,48 1,09 1,53 2,66 3,43 4,88 7,20 9,06 12,14 14,79 18,13 34,67 47,09 71,70 7 0,14 0,32 0,45 1,00 1,42 2,46 3,17 4,49 6,48 8,14 10,87 13,17 16,17 30,73 41,63 63,16 8 0,13 0,30 0,42 0,94 1,33 2,30 2,97 4,20 5,92 7,42 9,90 11,98 14,68 27,75 37,49 56,70 9 0,12 0,28 0,40 0,88 1,25 2,17 2,80 3,96 5,60 6,86 9,12 11,03 13,50 25,39 34,24 51,60 10 0,12 0,26 0,38 0,84 1,19 2,06 2,66 3,76 5,31 6,50 8,50 10,23 12,54 23,49 31,61 47,53 11 0,11 0,25 0,36 0,80 1,13 1,96 2,53 3,58 5,06 6,20 8,01 9,61 11,74 21,91 29,44 44,15 12 0,11 0,24 0,34 0,76 1,08 1,88 2,42 3,43 4,85 5,94 7,67 9,07 11,06 20,58 27,61 41,30 13 0,10 0,23 0,33 0,74 1,04 1,80 2,37 3,29 4,66 5,70 7,37 8,72 10,48 19,45 26,04 38,90 14 0,10 0,22 0,32 0,71 1,0 1,74 2,24 3,17 4,49 5,50 7,10 8,40 10,04 18,46 24,69 36,81 15 0,10 0,22 0,31 0,69 0,97 1,68 2,17 3,07 4,34 5,31 6,86 8,11 9,70 17,60 23,50 34,98 Примечания: 1. При скорости > 15 м/с глубину зоны заражения принимать, как при скорости ветра 15 м/с. 2. При скорости ветра < 1 м/с глубину зоны заражения принимать, как при скорости ветра 1 м/с. 92 Глубины зон заражения первичным (вторичным) облаком АХОВ при авариях на технологических емкостях, хранилищах и транспорте опреде- ляем с помощью табл. 5.2. В табл. 5.2 приведены максимальные значения глубин зон заражения первичным r 1 или вторичным r 2 облаком АХОВ, которые зависят от экви- валентного количества вещества (даны для каждого варианта) и скорости ветра. Полная глубина зоны заражения, обусловленная воздействием пер- вичного и вторичного облака АХОВ, км, r = r'+ r"· 0,5 , (5.4) где r' и r" – соответственно наибольшее и наименьшее из значений r 1 и г 2 Полученное значение r сравнивают с предельно возможным значе- нием глубины переноса воздушных масс. r п =Nv, (5.5) где N – период времени от начала аварии, ч; v – скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха, км/ч. По табл. 5.3 определяют степень вертикальной устойчивости возду- ха, используя данные согласно варианту. По табл. 5.4 определяют скорость переноса воздушных масс в зави- симости от степени вертикальной устойчивости воздуха и скорости ветра. Таблица 5.3 Степень вертикальной устойчивости воздуха в зависимости от метеорологических условий Ско- рость ветра, м/с Ночь Утро День Вечер Ясно, пе- ременная облачность Сплош- ная об- лачность Ясно, пе- ременная облачность Сплош- ная об- лачность Ясно, пе- ременная облачность Сплош- ная об- лачность Ясно, пе- ременная облачность Сплош- ная об- лачность ≤2 ИН ИЗ ИЗ ИЗ К ИЗ ИН ИЗ 2–3,9 ИН ИЗ ИЗ ИЗ ИЗ ИЗ ИЗ ИЗ ≥4 ИН ИЗ ИЗ ИЗ ИЗ ИЗ ИЗ ИЗ Примечание. ИН – инверсия; ИЗ – изотермия; К – конвекция Таблица 5.4 Зависимость скорости переноса переднего фронта облака зараженного воздуха от скорости ветра Скорость ветра, м/с 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Скорость переноса, км/ч Инверсия 5 10 18 21 Изотермия 6 12 18 24 29 35 41 47 53 59 65 71 78 82 Конверсия 7 14 21 28 93 За окончательную расчетную глубину зоны заражения принимают меньшее из двух сравниваемых между собой значений. Согласно варианту выбирают эквивалентное количество вещества в первичном 1 э Q и вторичном 2 э Q облаке. Если значения Q ’ нет в табл. 5.2, то r 1 и r 2 находят последовательно методом интерполяции: r = т м т м т б э э э э м т б т м т Q Q Q Q r r r , (5.6) где r т.м – ближайшее меньшее табличное значение глубины зоны пора- жения; r т.б – ближайшее большее табличное значение глубины зоны пора- жения; .т б э Q – ближайшее большее табличное значение эквивалентного коли- чества вещества в соответствующем облаке; 1 .т м э Q – ближайшее меньшее табличное значение эквивалентного коли- чества вещества в соответствующем облаке; э Q ( 1 э Q или 2 э Q ) – заданные (согласно варианту) значения эквива- лентного количество вещества в соответствующем облаке. По табл. 5.2 находят для 1 э Q и 2 э Q глубину зоны заражения первич- ным r 1 и вторичным r 2 облаком. Рассчитывают полную глубину зоны заражения r по формуле (5.4). Рассчитывают предельно возможные значения глубины переноса воздушных масс r п по формуле (5.5). Сравнивают r п и r. За окончательное расчетное значение глубины зо- ны заражения r р принимают меньшее из двух значений. Продолжительность действия источника заражения соответствует времени испарения АХОВ (см. «Основные положения»). Глубина зоны заражения, м, в жилых кварталах c=r p – l – b, (5.7) где r p – расчетная глубина заражения м; l – расстояние границы объекта от возможного места аварии, км; b – ширина санитарно-защитной зоны, км. Таким образом, облако зараженного воздуха через N часов после аварии может представлять опасность для рабочих и служащих химически опасного объекта, а также населения города, проживающего на расстоянии с от санитарно-защитной зоны объекта. Определение площади зоны заражения Площадь зоны заражения первичным (вторичным) облаком АХОВ, км 2 , S в =8,75∙10 -3 r p φ (5.8) 94 где r p – расчетная глубина зоны заражения, км; φ – угловые размеры зоны возможного заражения, град, зависящие от скорости ветра u, м/с. u, м/с <0,5 0,6-1 1,0-2 >2 φ, град 360 180 90 45 Площадь зоны фактического заражения, км 2 , S ф =k 8 r 2 р N 0,2 (5.9) где k 8 – коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости воздуха; принимается равным 0,081 при инверсии, 0,133 при изотермии, 0,235 при конвекции; N – время, прошедшее после начала аварии, ч. N 1 5 75 N 0,2 1 1,380 2,352 Зона возможного заражения облаком АХОВ на картах (схемах) огра- ничена окружностью, полуокружностью или сектором с угловыми разме- рами φ и радиусом, равным глубине зоны заражения r p . Угловые размеры в зависимости от скорости ветра по прогнозу приведены выше. Центр окружности, полуокружности или сектора совпадает с источником зара- жения. Зону фактического заражения, имеющую форму эллипса, включают в зону возможного заражения. Ввиду возможных перемещений облака АХОВ под воздействием изменений направления ветра фиксированное изображение зоны фактического заражения на карты (схемы) не наносят. Рис. 5.2. Зона заражения при скорости ветра <0,5 м/с Рис. 5.3. Зона заражения при скорости ветра от 0,6 до 1 м/с 95 На топографических картах и схемах зона возможного заражения имеет форму окружности – при скорости ветра по прогнозу <0,5 (рис. 5.2). Радиус окружности равен r p . Форма эллипса соответствует зоне фактиче- ского заражения на фиксированный момент времени, полуокружности – при скорости ветра по прогнозу 0,6–1 м/с (рис. 5.3). Радиус полуокружности равен r p . Биссектриса полуокружности сов- падает с осью облака и ориентирована по направлению ветра. Сектор – при скорости ветра по прогнозу >1 м/с (рис. 5.4). φ = 90° при скорости ветра по прогнозу 1,1–2 м/с; φ = 45° при скорости ветра по прогнозу >2 м/с. Радиус сектора равен r p Биссектриса сектора совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра. 1. Порядок выполнения работ Порядок выполнения работы 1. Внимательно изучить основные положения и методику выполне- ния расчета. 2. Выбрать свой вариант по таблице вариантов (табл. 5.5). Номер ва- рианта соответствует порядковому номеру студента в журнале. 3. Выписать из таблицы исходные данные. 4. Выполнить расчеты по образцу, подставив в формулы исходные данные своего варианта. 5. Нанести на схему промышленной зоны (рис. 5.1) зону заражения. Рис.2.4. Зона заражения при скорости ветра > 1 м/с Рис. 5.4. Зона заражения при скорости ветра > 1м/с 96 Таблица 5.5 Варианты заданий к практической работе по теме «Определение границ и структуры очагов поражения» № вари- ри- анта Эквивалент- ное количе- ство вещества в первичном облаке Q 1 э (Т) Эквивалент- ное количе- ство вещества во вторичном облаке Q 2 э (Т) Ско- рость ветра, м/с Время от начала аварии, ч АХОВ Направ- ление вет- ра ψ, град Темпе- ратура воздуха Т, °С Расстояние границы объекта от возможного места ава- рии l, м Ширина санитар- ной зо- ны, м Время суток Облач- ность 1 0,5 10 0 20 мин Аммиак 0 0 300 500 Ночь Ясно 2 1 15 1 2 Водород фтористый 90 +10 200 1000 Вечер Облачно 3 3 25 3 3 Метиламин 180 +20 100 800 Утро Ясно 4 2 17 5 50 мин Метил бромистый 190 –20 50 300 День Облачно 5 4 30 10 4.50 Фтор 170 –5 350 400 – – 6 0,2 8 8 4.30 Формальдегид 270 0 250 600 Вечер Ясно 7 0,1 7 6 5 Фосген 150 +10 100 2000 Ночь Облачно 8 3,5 28 4 4 Азота оксиды 200 +15 150 900 Утро Ясно 9 2,4 19 15 1 Этилена оксид 180 0 300 1500 – – 10 1,2 5 2 2 Фтор 0 0 300 300 День – 11 2,3 8 3 4.50 Формальдегид 10 +10 50 400 Ночь Облачно 12 0,1 6 5 5.20 Сероводород 150 –10 25 600 Утро – 13 0,6 4 8 40 мин Метилмеркаптан 80 +15 +25 700 Вечер – 14 0,9 5,5 10 30 мин Нитрил акриловой кислоты 90 –40 –118 850 Утро Ясно 15 2,5 12 5 10 мин Этилена оксид 180 +15 80 1000 Ночь Облачно 16 3,5 17 6 4 Сернистый ангидрид 160 0 100 1200 Вечер Ясно 17 7,0 30 7 3 Хлор 170 +10 400 3000 День Облачно 18 9,0 27 14 6 мин Хлорпикрин 150 –10 300 5000 Вечер Ясно 19 11,0 40 2 1 Хлорциан 270 +14 500 1500 Ночь Облачно 20 10,0 35 1,5 2 Метилмеркаптан 90 –26 300 2000 Утро Ясно 21 8,0 25 1,0 5 Аммиак 30 –20 350 2500 День Облачно 22 6,0 17 7 6 Диметиламин 185 +20 200 450 Вечер – 23 7,0 15,3 4 2 Метиламин 90 0 450 800 Утро – 24 5,0 12,5 3 1 Метилбромистый 270 0 600 450 Ночь Ясно 25 4,0 16,6 8 4 Фтор 180 0 650 550 – – 26 3,2 15,4 9 5 Фосген 170 –12 500 700 Утро Облачно 27 1,6 10,5 10 4 Хлор 160 +8 300 3000 Вечер – 28 2,9 8,8 11 4 Хлорпикрин 150 0 200 2500 День – 97 Практическая работа 6 Прогнозирование волны прорыва при авариях на гидротехнических сооружениях Цель работы: освоить методику прогнозирования волны прорыва при аварии на гидротехническом сооружении. Теоретические положения Аварии с разрушением (прорывом) гидротехнических сооружений (плотины, водозаборные и водосборные сооружения, запруды, и т. д.) мо- гут происходить в результате действия сил природы, воздействия человека или конструктивных и проектных ошибок. Основным определяющим последствием прорыва гидротехнических сооружений является катастрофическое затопление местности, сопровож- дающееся стремительным затоплением волной прорыва (образуется пото- ком воды, устремляющимся в проран гидротехнического сооружения) ни- жерасположенной местности и возникновением наводнения. В зоне возможного затопления могут иметь место потери людей, раз- рушения различного рода объектов и уничтожение других материальных ценностей. Прогнозирование последствий таких аварий заключается в определении параметров волны прорыва и ее воздействия на объекты. Алгоритм определения параметров волны прорыва Основными параметрами волны прорыва, определяющими послед- ствия гидродинамических аварий, являются: максимальная высота и скорость волны прорыва; время прихода гребня и фронта волны прорыва в соответствую- щийствор; продолжительность и глубина возможного затопления объекта. Исходные данные для оценки параметров волны прорыва при раз- рушении гидротехнических сооружений в виде плотины, дамбы, перемыч- ки, шлюза и других подобных сооружений (в дальнейшем плотины) вклю- чают в себя: объем водохранилищ; удаление рассматриваемого створа объекта от аварийной плотины (искусственное сооружение или естественное образование, ограничиваю- щие сток воды, создающие водохранилища и разницу уровней воды по руслу реки); длина плотины и размеры прорана (повреждение в теле плотины); средняя глубина реки и абсолютная высота береговой линии реки в нижнем бьефе плотины (часть реки ниже плотины); высота уровня воды 98 в верхнем бьефе плотины; абсолютная высота береговой линии и глубина реки в створе объекта; высота расположения промплощадки объекта по отношению к нормальному уровню реки в рассматриваемом створе; ширина реки в створе объекта. Основные исходные размеры приведены на рис. 6.1. |