Методика оценки последствий аварийных выбросов опасных веществ. Методика Токси. Редакция 3.1 проект [2005]

−T

+

T

−T

λ

c

ρ

T

tкип

= min

п

кип

п

кип

п

п

п ×

2∆Hкип

π

(46)

1

2

F′

×

,

,

µ 10−6 (5,83

+4,1u0эфф

0

04 )pн

u0эфф4

где F' — площадь поверхности пролива, принимается равной площади обвалования, а при отсутствии обвалования или незначительной массе выброса определяется по формуле

Qж +Qжтр

H

H

(qвыб −q4′

−q4′′)min t′,

+

qвыб

F′ =

0,05ρж

(47)

+(qвыб −q4′отс

Qжотс. тр

,

−q4′′отс )min tотс′

qотс

отс

H

выб

,

0,05ρж

t′ = min{tкип, tотс,

tликвид,

tисп′

},

(48)

′

′

′

′

′

′′

′

(49)

tотс = min{tкип

−t , tликвид

−t , tисп

−t , tисп

−t },

Fконт — площадь контакта с твердой поверхностью, эта площадь включает как боковую поверхность обвалования, так и подстилающую поверхность; при проливе на неограниченную поверхность Fконт = F';

(qвыб

−q4′′)

Qж

+Qжтр

−q4′

H

H

′

qвыб

tисп

=

F µ10−6 (5,83 +4,1u0эфф

04 )pн

при проливе в обвалование

и

0,05ρж

′

tисп

=

при проливе на неограниченную поверхность;

µ10−6

(5,83 +4,1u0эфф04 )pн

(qвыб −q4′ −q4′′)tотс +(qвыботс −q4′отс −q4′′отс )

QHжотс. тр

′′

qотс

=

выб

при проливе в обвалование

tисп

F

µ10−6 (5,83 +4,1u0эфф

04 )pн

и

0,05ρж

′′

=

при проливе на неограниченную поверхность;

tисп

µ10−6

(5,83 +4,1u0эфф

04 )pн

q4ж = min{qвыб,

q4′ + q4′′ + F

µ10−6 (5,83 + 4,1u0эфф4ж )pн},

(50)

q′

Cp (T4 −Tкип +

T4 −Tкип

)

= q

1−exp

−

,

(51)

4

выб

2∆Hкип

q4′′

= min{q4′, qвыб −q4′},

(52)

q4отс. выб = min{qвыботс , q4′отс + q4′′отс + F µ10−6 (5,83 + 4,1u0эффотс4

. выб )pн},

(53)

2 1

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

q′

= qотс

Cp (T4 −Tкип +

T4 −Tкип

)

1−exp −

,

4отс

выб

2∆Hкип

q4′′отс = min{q4′отс, qвыботс

−q4′отс},

µ10−6 (5,83 +4,1u0эффг4 )pн +0,8S ×

F

2

γ+1

γ+1

γ

P

2

P γ

γ

γ−1

×min

2

P4ρ4

−

,

P4ρ4γ

,

γ −1

P4

γ +1

P4

′

′

ж

отс. выб

′

′

ж

отс. выб

либо

t

< tотс ,

либо

t

> tотс

+tотс

+t4 +t4

+tотс

+t4

+t4

> Qж

иQж

тр

отс. тр

H

H

q4г

µ10−6 (5,83 +4,1u0эффг4 )pн +0,8S ×

= F

2

γ+1

×min

γ

P0

γ

P0

γ

2

p

(T

)ρ

н(

p (T )

,

T

−

,

γ −1

p

)

н

4

н

4

кип)

p

(T )

(T

н

4

н

4

γ+1

2

γ−1

pн(T4 )ρн(pн(T4 ),

Tкип)γ

,

γ +1

′

′

ж

отс. выб

ж

ж

, T4 >Tкип

t

+tотс

+t4

+t4

> tотс , QH тр

= QH отс. тр

t

′

′

ж

отс. выб

> tотс , Q

ж

тр = Q

ж

, T4

≤Tкип,

0,

+tотс

+t4

+t4

отс. тр

H

H

(54)

(55)

(56)

2 2

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

S

max

µ10−6 5,83p

+0,8S ×

н

2

γ+1

γ+1

γ

P

γ

P γ

2 γ−1

0

0

×min

2 γ −1 P4ρ4

P

−

P

,

P4ρ4γ

γ +1

,

4

4

t

′

′

ж

отс. выб

< tотс

t

′

′

ж

отс. выб

> tотс

либо

,

либо

+tотс

+t4

+t4

+tотс +t4 +t4

и QHжтр > QHжотс. тр

µ10−6 5,83pн +0,8S ×

q4ги = Smax

2

γ+1

γ

p (T

)ρ

(T )

P

γ

P

γ

×min

2

p

,

T

−

,

γ −1

н

p

(T

(T

н

4

(

н

4

кип )

)

p

)

н

4

н

4

γ+1

pн (T4 )ρн (pн (T4 ),

Tкип )γ

2

γ−1

,

γ +1

(57)

′

′

ж

отс. выб

> tотс,

ж

ж

t

+tотс +t4

+t4

и QH тр

= QH отс. тр , и T4 ≥Tкип

′

′

ж

отс. выб

> tотс,

и Q

ж

тр = Q

ж

, и T4 =Tкип

,

0, t +tотс +t4

+t4

отс. тр

H

H

q4и = F

µ10−6 (5,83 + 4,1u0эффи4 )pн +5,83Smax

µ10−6 pн,

(58)

qе

= 5,83S

max

µ10−6 p ,

(59)

4

н

где Smax— эффективная

площадь

эмиссии

из

разгерметизированного

оборудования

(определяется с учетом максимальной площади свободной поверхности в

оборудовании Sобор).

}

S

max

= min

{

S

обор

,

ρeu

еS

(

µ 5,83 10−6

p

,

(60)

4

0эфф4

н )

Qж +Qж

тр

H

H

t4ж = min

−t′,

tотс −t′

,

q

выб

отс. выб

′

ж

′

ж

′

QH отс. тр

t4

= min tликвид −tотс

−t4

−t ,

−tотс

,

qотс

выб

(61)

(62)

2 3

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

Qж

+Qжтр

ж

′

H

H

qвыб

t4

+min t ,

qвыб

tисп =

+

F

µ10−6 (5,83 +4,1u0эффг4 )pн

(63)

Qжотс. тр

отс

отс. выб

ж ж

отс. выб отс. выб

H

qвыб

t4

+min tотс′

,

−Q4 −q4 t4

−q4

t4

qвыботс

+

,

F

µ10−6 (5,83 +4,1u0эффг4 )pн

tисп— длительность испарения пролива после окончания истечения жидкого ОВ при условии, что продолжается истечение газовой фазы.

Если пролив происходит в обвалование, то площадь пролива F совпадет с площадью обвалования, в противном случае площадь пролива определяется по следующей формуле:

Qж

+Qжтр

ж

′

H

H

qвыб

t4

+min t

,

qвыб

F =

+

0,05ρж

(64)

Qжотс. тр

отс

отс. выб

ж ж

отс. выб отс. выб

H

qвыб

t4

+min tотс′ ,

−Q4 −q4 t4

−q4

t4

qвыботс

+

,

0,05ρж

г

ж

отс. выб

′

− t

′

г

tmax

при tотс − t4

− t4

− tотс

> tmax

(T4

)

Qг

+ min

Qжотс ,

(

Qж −Qж

тр

1− exp −

Cp

−Tкип +

T4 −Tкип

2∆H

отс

{ тр

тр

H

)}

кип

+

q4г − F

µ 10−6 (5,83 + 4,1u0эффг4 )pн

ж

отс. выб

′

′

+tотс − t4

− t4

− tотс − t

,

− tж − tотс. выб − t′

− t′≤ tг

при t

отс

4

4

отс

max

ж

отс. выб

′

+ t

′

г

tотс > t4

+ t4

+ tотс

t4

= min

− exp

Cp (T4 −Tкип +

)

(

T4 −Tкип

Qг

+

Qж

−Qж

1

−

тр

отс

тр

H

)

2∆Hкип

,

q4г − F

µ 10−6 (5,83 + 4,1u0эффг4 )pн

ж

отс. выб

′

+ t

′

tотс ≤ t4

+ t4

+ tотс

′

′

),

отс. выб

ж

(65)

minsum(tликвид, t , tотс, t4

, t4

t

исп

2 4

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

(

Cp (T4

−Tкип +

T4 −Tкип

)

Qг +

Qж +Qж

−Qж −Qж

тр

1

−exp

−

г

тр

H

H

)

2∆Hкип

tmax =

,

(66)

q4г − F

µ 10−6

(5,83 + 4,1u0эфф

г4 )pн

ги

ж

отс. выб

′

′

г

ги

tmax

при tотс −t4

−t4

−tотс

−t

−t4

> tmax

Qг

+min

Qж

отс ,

Qж

−Qжтр

1−exp −

Cp (T4 −Tкип +

T4 −Tкип

)

2∆Hкип

отс

{ тр

(

тр

H

}

)

q4г − F

µ 10−6 (5,83 +4,1u0эффг4 )pн

ж

отс. выб

′

′

г

,

+t4

−t4

−tотс −t

−t4

−t

ж

−tотс. выб −t

′

−t′

−tг

≤ tги

при t

отс

4

4

отс

4

max

t4ги = min

ж

отс. выб

′

+t

′

г

tотс > t4

+t4

+tотс

+t4

Cp (T4 −Tкип +

T4

−Tкип

)

Qг

+

(

Qж −Qж

тр

)

1

−exp −

отс

тр

H

2∆Hкип

г

−t4

,

г

− F

µ 10

−6

(

5,83

г

≤ t

+t

q4

+

4,1u0эфф4U )pн

t

ж

отс. выб

+t′ +t′

+t

г

отс

4

4

отс

4

′

′

отс. выб

ж

г

min sum(tликвид, t , tотс, t4

, t4

, t4 )

tmaxги

= tmaxг

−t4г ,

Qж

+Qж

тр

ж

′

H

H

qвыб

t4

+min

t

,

qвыб

t4и =

+

F

µ10−6 (5,83 +4,1u0эффи4 )

pн

отс

отс. выб

Qжотс. тр

ж

ж

отс. выб

отс. выб

г г

H

qвыб

t4

+min tотс′ ,

−Q4 −q4 t4

−q4

t4

−q4t4

qвыботс

+

,

F

µ10−6 (5,83 +4,1u0эффи4 )pн

(Qтрж −QHжтр +Qж

−QHж )

×

qе

4

Cp (T4 −Tкип

+

T4 −Tкип

)

е

г

ги

и

t

= min

×

1−exp

−

−t

−t

−t

,

,

4

4

4

4

2∆Hкип

′

′

отс. выб

ж

г

ги

и

min sum (tликвид,

,

)

t

,

tотс,

t4

t4 ,

t4 , t4

, t4

2 5

+

(67)

(68)

(69)

(70)

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

		Q4	, T4	>Tкип		Tп >Tкип
выб	ρкип				или
		′′ ′					(71)
ρ4	=	Q4 −q4t
	0 в остальных случаях,

ж

qж

4

ρ4

= ρкип

,

(72)

q4′ + F

µ10−6 (5,83 + 4,1u0эфф4ж )pн

отс. выб

q4отс. выб

ρ4

= ρкип

,

(73)

q4′отс + F

µ10−6 (5,83 +4,1u0эффотс4

. выб )pн

P0

1

ρг4 = ρги4

γ

= ρ4

,

(74)

P4

где ρ4 =

µ

P4

.

R T4

ρи4

= ρе4 = ρкип,

(75)

При отсутствии данных о начальных размерах первичного облака рекомендуется для цилиндрического облака принимать радиус равным высоте:

	R4 = H4 = 3	Q4	,	(76)
		2πρвыб4

При отсутствии данных о начальных размерах вторичных облаков, формирующихся при наличии пролива, рекомендуется для облаков принимать полуширину вторичного облака равной полуширине пролива:

Bж	= Bотс выб = Bг = Bи = 0,5 F ,					(77)
4	4	4	4
	H4ж = q4ж / (2u0эффж4 B4жρж4 ),					(78)
H4отс выб = q4отс выб / (2u0эффотс4				выбB4отс выбρотс4	выб ),	(79)
	H4г = q4г / (2u0эффг4 B4гρг4 ),					(80)
	H4и = q4и / (2u0эффи4 B4иρи4 ),					(81)

При отсутствии данных о начальных размерах вторичных облаков, формирующихся в отсутствие пролива, рекомендуется для прямоугольного сечения шлейфа принимать полуширину равной высоте.

H ги = Bги					qги
			=		4			,	(82)
					2ρгиu		ги
4	4
					4 0эфф4
H е = Bе					qе
		=		4			.		(83)
				2ρеu
4	4					е
					4 0эфф4

2 6

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

3.РАСЧЕТ ПОЛЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ И ТОКСОДОЗЫ

3.1.Для условий, в которых происходит выброс, определяются характерный размер шероховатости поверхности zпов, класс устойчивости атмосферы, характеристика профиля

ветра αв, масштаб Монина-Обухова LМО, скорость поверхностного трения u* , скорость подмешивания воздуха uподмверх и коэффициент дисперсии в поперечном направлении σy .

3.1.1. Для условий, в которых происходит выброс, определяется характерный размер

шероховатости zпов . Если характерный размер шероховатости не может быть задан исходя из реальных метеорологических условий с приведением соответствующих обоснований, то он задается согласно приложения 8 (Таблица 1).

ВНИМАНИЕ. Если в результате расчета окажется, что вертикальный размер облака с требуемыми характеристиками меньше, чем характерный размер шероховатости, то это означает, что результаты расчетов по данной методике можно рассматривать лишь в качестве оценочных.

3.1.2.Для условий, в которых происходит выброс, определяется класс устойчивости атмосферы. Если класс устойчивости не может быть задан исходя из реальных метеорологических условий с приведением соответствующих обоснований, то класс устойчивости задается с использованием приложения 8 (Таблица 2) в зависимости от скорости ветра и интенсивности теплового потока у поверхности (инсоляция и облачность).

Для расчета наихудшего варианта принимается класс устойчивости - F и скорость ветра - 1 м/с.

3.1.3.Для характерного размера шероховатости zпов , класса устойчивости и скорости

ветра u10 на высоте z10 определяется коэффициент αв согласно Приложения 8 (Таблица 3). ВНИМАНИЕ. При проведении расчетов первоначально следует выбирать α для высоты до 20 м (первое из значений в таблице 3 Приложения 8). Если в результате расчета окажется, что вертикальный размер облака с требуемыми характеристиками больше 20 м, то следует провести новый расчет с измененным αв: если выброс до 50 м или выше 50 м. 3.1.4. Для характерного размера шероховатости zпов и класса устойчивости

определяется масштаб Монина-Обухова LМО. LМО =∞ для нейтральной устойчивости атмосферы (класс D). Для остальных условий устойчивости атмосферы масштаб МонинаОбухова определяется по формуле (84) с использованием Приложения 8 (Таблица 4).

LМО = kL zповp

3.1.5. Определяется характерная скорость трения:

		u* =	k u10			,
			(ln ((z10 + zпов )/ zпов )−ϕ)
где ϕ - задается, исходя из класса устойчивости атмосферы, согласно (86).
2 ln((1+ a)		/ 2)+ln((1+ a2 )/ 2)− 2 arctg(a)+		π	; для классов устойчивости A, B, C
ϕ = 0; для класса устойчивости D				2
−6,9	z / L	; для классов устойчивости E, F,
	МО

(84)

(85)

(86)

2 7

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

где a = (1−22 z0 / LМО )1/ 4 .

3.1.6Скорость подмешивания воздуха в облако через верхнюю границу определяется

взависимости от характеристик облака (эффективной плотности ρэфф , эффективной

высоты Hэфф , эффективной температуры Tэфф и эффективной теплоемкости облака Cp ) по следующей формуле (87):

	uверх	=	k ut	,	(87)
			Φ(Ri* )
	подм

(1+0,8 Ri* )1/ 2

,

Ri

> 0

Φ(Ri* )

(1+αв )

*

=

(1−0,6 Ri* )−1/ 2

,

Ri

≤ 0

(1+αв )

*

Ri

= g

(ρэфф − ρвозд )

Hэфф

,

ρ

u2

*

возд

t

1/3

здесь, ut = u*2 + (b w* )2 ,

b=0,2,

w* =

g Eпов

Hэфф

ρэфф Tэфф Cp

,

, Eпов

(88)

(89)

- тепловой поток в облако,

описываемый ниже (104).
3.1.7 Коэффициент дисперсии в поперечном направлении σy	определяется по
следующей формуле (90)с помощью Приложения 8 (Таблица 5):
σy (x)=δ x (1+γ x)−1/2	(90)
где γ=0,0001 м-1, δ =δ600 (tav / 600)

3.2. Для каждого из этапов выброса по сценарию i–му определяются поля концентрации и максимальная концентрация на оси x.

Для первичного облака концентрация и размеры облаков при их прохождении вычисляется по формулам (91) - (107).

3.2.1. Состояние первичного облака в каждый момент времени характеризуется следующими параметрами:

cцi , Szi , Syi , ri , Eэффi , xцi , Qжi .

Кроме того, облако характеризуется такими параметрами, как ρэффi (или Vэффi ) и

Tэффi .

Перечисленные выше параметры дополняются еще четырьмя параметрами, которые рассчитываются на основе введенных выше переменных:

Rэффi , Hэффi , uэффi , Qсуммi .

	Rэффi	= ri		+0,5			π Syi	(91)
	Hэффi		1		1		Szi
		=		Γ				(92)
			β		β

2 8

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

Γ (1+α

в

)/ β

Szi

αв

u

=

u

(93)

эффi

Γ[1/ β]

z

10

10

Q

=π R2

H

эффi

/V

(94)

суммi

эффi

эффi

Схема первичного облака и основные геометрические параметры изображены на рис. 10 Приложения 2.

3.2.2. Распределение концентрации в облаке описывается зависимостью:

z

β

ci0 (x, y, z,t)

= cцi exp

−

,

при

(x − xцi )2 + y2 < ri

2

(95)

S

zi

z

β

(x − xцi )2

+ y2 −ri

2

(x − xцi )

2

ci0 (x, y, z,t) = cцi exp

−

exp

−

, при

+ y2 ≥ ri2

(96)

S

S

zi

2

yi

3.2.3 Для определения

пространственного

распределения концентрации,

описываемой в п. 3.2.2. с помощью параметров (п. 3.2.1) используются следующие уравнения.

Сохранение массы выброшенного вещества Qi

Q = c

π R

2 H

эффi

.

(97)

i

цi

эффi

Изменение массы облака Qсумi

d

2

верх

d

.

(98)

dt Qсумi

=π Rэффi

ρвозд uподм +2 π Rэффi Hэффi ρвозд γподм dt Rэффi

Гравитационное растекание облака

d

d

ρ

возд

= uэффi

g Hэффi 1−

.

(99)

dt

Rэффi

dx

Rэффi

= CE

ρ

эффi

Боковое рассеяние выброса за счет атмосферной диффузии

d

uэффi

1/2

(ri +1/ 2 π

1/2

Syi )

d

Syi

=

2

(2 /π )

σy , при ri>0

(100)

dt

Syi

dx

или

Syi (x)= 21/2 σy (x + xt ), при ri=0

(101)

d

Сохранение энергии в облаке Еэфф i

d

2

верх

2

(102)

dt E'эффi = π

Rэффi

ρвозд uподм eвозд + 2 π Rэффi H эффi

ρвозд γподм dt Rэффi

eвозд +π

Rэффi

Eповi

Способ расчета удельного теплового потока от подстилающей поверхности в

облако Eповi

приведен в разделе 3.2.4 (104).

Положение центра облака xцi

d

= uэффi

(103)

dt xцi

2 9

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

Величины ρэффi (Vэффi ) Tэффi , используемые в вышеприведенных формулах, а также величина Qжi вычисляются согласно подходу, изложенному в Приложении 9.

3.2.4 Определение удельного потока энергии в облако от поверхности земли

max

E

, E

,

T

>T

пов естi

пов вынуждi

пов расс

эффi

Eповi

(104)

=

E

, T

≤T

пов расс

эффi

пов вынуждi

2

2

Eпов вынуждi =1.22

u*

ρэффi Cpi

(Tпов расс −Tэффi )

(105)

u10

Cpi =

((Qi

−Qжi ) Cp газ +Qжi Cp +(Qсуммi

−Qжi ) Cpвозд )

(106)

Qсуммi

−3

(Tповрас −Tэффi )2 2/3

P

1/3

Eпов естi = 3.5 10

0

(g )

0.5 (Tпов рас +Tэффi )

R

(107)

Для длительных выбросов концентрация и размеры облаков при их прохождении вычисляется по формулам (113) - (125).

3.2.5. Дрейф вторичного облака рассматривается для следующих шести стадий аварии (см. Приложение 3):

истечение жидкой фазы до отсечения аварийного участка; истечение жидкой фазы из аварийного участка после его отсечения (для

сценария 4); истечение газа при наличии пролива жидкой фазы и испарение с пролива;

истечение газа из разрушенного оборудования при отсутствии пролива жидкой фазы;

испарение с пролива при отсутствии истечения жидкости или газа из разрушенного оборудования;

испарение из емкости при отсутствии пролива.

Для каждой из этих стадий рассчитывается свое вторичное облако. При расчете

каждой из этих стадий задается свой расход опасного вещества в шлейфе qil :

qiж, qiотс. выб., qiг, qiги, qiи, qiе ,

свой начальный размер облака (полуширина Bil и высота Hil )

Biж, Biотс. выб., Biг, Biги, Biи, Biе и Hiж, Hiотс. выб., Hiг, Hiги, Hiи, Hiе.

Ранее эти величины для разных сценариев были рассчитаны по формулам (3), (7)- (9), (11), (12), (18)-(20), (29)-(30), (36)-(40), (50), (53), (56)-(59).

Состояние вторичного облака в каждом поперечном сечении характеризуется следующими параметрами:

cцli ; Szli ; Syil ; bil ; Eэффli , xпli , xзli , qжli .

Кроме того, облако характеризуется такими параметрами, как ρэффli (Vэффli ) Tэффli .

3 0

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »