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

Перечисленные выше параметры дополняются еще четырьмя параметрами Bэффli ; Hэффli ; uэффli ; qсуммli , которые рассчитываются на основе введенных выше переменных по формулам (108) - (111):

B

l

= bl +0,5

π S l

,

(108)

эффi

i

yi

l

1

1

l

Hэффi

=

Γ

Szi

,

(109)

β

β

Γ

(1+α

в

)/ β

l

α

u

l

=

u

Szi

,

(110)

эффi

Γ

[1/ β]

z

10

10

q

l

= 2 B

l H

l

u

l

/V

l

.

(111)

сумi

эффi

эффi

эффi

эффi

Схема шлейфа и основные геометрические параметры изображены на рис. 11 Приложения 2

3.2.6. Распределение концентрации в поперечном сечении вторичного облака описывается зависимостью:

cl

= c l

z

β

< bl

(x, y, z)

exp −

,

при

y

и x

< x < x

(112)

S l

i

цi

i

з

п

zi

l

l

z

β

y

−bl

2

l

c

(x, y, z)

= c

exp

−

exp −

,

при

y

≥ b

и x

< x < x

(113)

l

l

i

цi

S

S

i

з

п

zi

yi

При

x

< x и x < x

cl (x, y, z) = 0 .

п

з

i

3.2.7 Для определения пространственного распределения концентрации, описываемой в п. 3.2.5. с помощью параметров (п. 3.2.6.) используются следующие уравнения:

Сохранение массы выброшенного вещества qil

ql

= 2 c l

B

l H

l

u

l .

(114)

i

цi

эффi

эффi

эффi

Изменение расхода в шлейфе q

l

сумi

d

l

l

верх

l

d

l

qсумi

= 2 Bэффi

ρвозд uподм

+2 Hэффi

ρвозд γподм

Bэффi .

(115)

dx

dt

Гравитационное растекание облака

d

l

C

E

l

ρ

возд

dx

Bэффi

=

u

l

g Hэффi

1

−

ρ

l

.

(116)

эффi

эффi

Боковое рассеяние выброса за счет атмосферной диффузии

d

l

1

1/ 2

l

1/2

l

d

l

Syi

=

2

(2 /π )

(bi

+1/ 2 π

Syi )

σy

, при b i

>0

(117)

dx

l

dx

Syi

Syli (x)= 21/2

σy

(x + xt ),

при b il =0

(118)

Сохранение энергии в облаке	l
	Eэффi
	3 1

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

d

l

l

верх

l

d

l

l

l

(119)

dx Eэффi

= 2 Bэффi

ρвозд uподм eвозд +2

Hэффi

ρвозд γподм dt Bэффi

eвозд +2 Bэффi

Eповi

Способ расчета удельного теплового потока в облако Eповli приведена в разделе

3.2.8.

Положение переднего края облака xпli (после окончания l стадии выброса определяется положение и его заднего края xзli )

d

l

l

(120)

dt xпi

= uэффi

6

0, при t < ∑tij

xзil

j=1

(121)

=

6

6

l

j

j

xпi

t −∑ti

,

при t ≥ ∑ti

j=1

j=1

Величины ρ

l

(V

l

), T

l ,

используемые в вышеприведенных формулах, а

эффi

эффi

эффi

также величина qжil

вычисляются согласно подходу, изложенному в приложении 9.

3.2.8 Определение удельного потока энергии в облако от поверхности земли.

max

E

l , E

l ,

T

>T

l

пов естi

пов вынi

пов рас

эффi

.

(122)

Eповil =

E

l ,

T

≤T

l

пов рас

эффi

пов вынi

2

2

Eпов вынil

=

1.22

u*

ρэффil

Cpil

(Tпов рас −Tэффil

).

u10

C l = ((qil −qжil ) Cp газ +qжil

Cp

+(qсумil −qжil ) Cpвозд ).

pi

q

l

сумi

(Tпов рас −Tэффil )2

2/3

P

1/3

l

−3

0

(g ) .

Eпов естi

=

3.5 10

0.5 (Tпов рас +Tэффil

)

R

(123)

(124)

(125)

3.3. Концентрация в точке в момент времени t при i-ом сценарии определяется по

	формуле	(x, y, z,t )= c0	(x, y, z,t )+cж	(x, y, z,t )+cотс выб (x, y, z,t )+
	c
	i	i	i	i	(126)
	cг (x, y, z,t )+cги (x, y, z,t )+cи (x, y, z,t )+cе (x, y, z,t ).
	i	i	i	i

3.4. Определяется максимально возможная концентрация на расстоянии х от места аварии при i-ом сценарии и время tmax (x, y, z), когда достигается эта концентрация. В

зависимости от tmax (x, y, z) определяется за счет какой стадии (или сочетания стадий аварии) достигаются максимальные концентрации:

cimax (x, y, z)= max (ci (x, y, z,t )).	(127)
t
3.5. Путем интегрирования по времени концентрации ci (x, y, z,t )	определяется поле

токсодозы Di (x, y, z), а также распределение максимальной токсодозы, достигаемой на

3 2

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

заданном расстоянии от места выброса Di max (x). Максимальная токсодоза для заданного

расстояния за все время экспозиции достигается на оси y=0, z=0. При необходимости определяются составляющие токсодозы, соответствующие облакам (первичному и

вторичным), образовавшимся на различных этапах аварии Di0 (x, y, z) и Dil (x, y, z) и максимальные токсодозы, достигаемые на заданном расстоянии от облаков, образовавшихся на разных стадиях аварии, Di0max (x) и Dilmax (x).

3.6. Сравнением с пороговыми и смертельными токсодозами (см. Таблица 7 приложения 8) определяются расстояния, соответствующие смертельному поражению и пороговому воздействию. Для оценки вероятности смертельного поражения человека используется пробит-функция Pr, по которой с использованием (см. Таблица 7, Таблица 8 приложения 8) определяется вероятность смертельного поражения человека на открытом пространстве. Величина Pr определяется по следующей формуле:

Pr = a +bln	tэксп	(ci (x, y, z,t ))n dt ,
	∫		(128)
	0

где коэффициенты a, b, n берутся из Таблица 7.

3.7 Для взрывопожароопасных выбросов в момент времени t0 определяются поверхности, ограничивающие в пространстве области ВКПВ ΣВКПВ и 0,5НКПВ Σ0.5НКПВ,

Граница области ВКПВ ΣВКПВ определяется уравнением:

)+

c

ВКПВ

= c (x, y, z,t

0

)+c

ж (x, y, z,t

0

)+cотс выб (x, y, z,t

0

i

i

i

(129)

cг (x, y, z,t

)+cги (x, y, z,t

)+cи (x, y, z,t

)+cе (x, y, z,t

).

0

0

0

0

i

i

i

i

Граница зоны 0,5НКПВ Σ0.5НКПВ определяется уравнением:

)+

0,5c

НКПВ

= c

(x, y, z,t

0

)+c

ж (x, y, z,t

0

)+cотс выб (x, y, z,t

0

i

i

i

(130)

cг (x, y, z,t

)

+cги (x, y, z,t

)+cи

(x, y, z,t

)+cе (x,

y, z,t

0

0

0

0

).

i

i

i

i

Область в пространстве, где возможно воспламенение и горение (детонация) пожаровзрывоопасного ОВ определяется как огибающая поверхностей Σ0.5НКПВ, за все моменты времени t0 существования в пространстве концентраций выше 0,5НКПВ.

3.8 Для взрывопожароопасных выбросов определяются размеры зон, на которые может дрейфовать выброс, сохраняя способность к воспламенению. Полагается, что этот размер соответствует достижению средних концентраций 0,5НКПВ.

Граница зоны 0,5 НКПВ на уровне z=z0 в момент времени t0 определяется соотношением

0,5c

НКПВ

= c

(x, y, z

0

,t

0

)+cж (x, y, z

0

,t

0

)+cотс выб (x, y, z

0

,t

0

)+

i

i

i

(131)

cг (x, y, z

,t

)+cги (x, y, z

,t

)+cи (x, y, z

,t

)+cе (x, y, z

,t

).

0

0

0

0

0

0

0

0

i

i

i

i

Граница зоны 0,5 НКПВ в вертикальной плоскости, перпендикулярной ветру (x=x0), в момент времени t0 определяется соотношением

0,5c	НКПВ		= c			(x , y, z,t			0	)+cж (x , y, z,t				0	)+cотс выб (x , y, z,t					0	)+
				i		0				i		0				i	0						(132)
cг (x		, y, z,t			)+cги (x			, y, z,t				)+cи (x	,	y, z,t			)+cе (x		, y, z,t			).
				0							0					0					0
i	0					i	0					i 0					i	0

Граница зоны 0,5 НКПВ в вертикальной плоскости, параллельной ветру (y=y0), в момент времени t0 определяется соотношением

0,5c	НКПВ			= c			(x, y , z,t		0	)+cж			(x, y , z,t	0	)+cотс выб (x, y , z,t						0	)+
					i		0				i		0				i		0					(133)
cг (x, y			, z,t			)+cги		(x, y			, z,t		)+cи (x, y			, z,t		)+cе (x, y		, z,t			).
		0			0					0		0					0					0
i							i						i	0				i	0
											3 3

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

Линия, ограничивающая в соответствующей плоскости (z=z0, y=y0 или x=x0) область, где возможно воспламенение и горение пожаровзрывоопасного ОВ определяется как огибающая линий, определяемых соответствующей кривой (131)-(133), за все моменты времени t0 существования в пространстве концентраций выше 0,5НКПВ.

3.9 Для взрывопожароопасных выбросов в момент времени t0 определяются масса топлива, находящаяся во взрывоопасных пределах и способная участвовать в процессах горения или детонации. Эта масса определяется путем интегрирования концентрации по пространству, ограниченному поверхностями ΣВКПВ и Σ0.5НКПВ:

Qвз =	∫∫∫	c (x, y, z,t0 )dxdydz	(134)
	Σ0,5НКПВ<V <ΣВКПВ

3 4

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

Приложение 1

ВОЗМОЖНЫЕ КОНФИГУРАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ

ИСХЕМЫ ЕГО РАЗРУШЕНИЯ

1.Для емкости с газом или жидкой фазой возможно мгновенное разрушение (разрыв) емкости и выброс всего содержимого в окружающую среду (сценарий 1 или 3) (рис. 1 и 2).

Рис. 1. Мгновенное разрушение емкости с газом

Рис. 2. Мгновенное разрушение емкости с жидкой фазой

2. Для емкости с газом или жидкой фазой возможно образование отверстия разгерметизации в стенке емкости и последующее истечение газа и (или) жидкости в окружающую среду (сценарий 2 или 4). При разгерметизации емкости с жидкой фазой возможно образование отверстия как выше, так и ниже уровня жидкости (рис. 3–5).

Рис. 3. Разгерметизация емкости с газом

3 5

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

Рис. 4. Разгерметизация емкости с жидкой фазой выше уровня жидкости

Рис. 5. Разгерметизация емкости с жидкой фазой ниже уровня жидкости

3. Для емкости с газом или жидкой фазой с присоединенным трубопроводом возможно образование отверстия разгерметизации в стенке трубопровода либо полный разрыв трубопровода на некотором расстоянии от емкости (сценарий 2 или 4). При этом трубопровод может быть оснащен запирающей арматурой, которая при срабатывании изолирует разгерметизированный (разрушенный) участок трубопровода от емкости. В этом случае в окружающую среду поступают газ и (или) жидкость и (или) двухфазный поток. На рис. 6, 7 и 8 отсекаемый участок аварийного трубопровода обозначен 1 и расположен справа от задвижки, которая, в свою очередь, расположена на трубопроводе около емкости.

Рис. 6. Разгерметизация трубопровода с газом, присоединенного к емкости (1 — отсекаемый участок аварийного трубопровода)

Рис. 7. Разгерметизация трубопровода с жидкой фазой, присоединенного к емкости (1

— отсекаемый участок аварийного трубопровода)

36

©ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

Рис. 8. Разгерметизация трубопровода с газовой фазой, присоединенного к емкости (1

—отсекаемый участок аварийного трубопровода)

4.Для трубопровода с газом или жидкой фазой с нагнетающим компрессором или насосом возможно образование отверстия разгерметизации в стенке трубопровода либо полный разрыв трубопровода на некотором расстоянии от компрессора(насоса) (сценарий 2 или 4). При этом трубопровод может быть оснащен запирающей арматурой, которая при срабатывании изолирует разгерметизированный (разрушенный) участок трубопровода от емкости. В этом случае в окружающую среду поступают газ и (или) жидкость и (или) двухфазный поток. На рис. 9 и 10 отсекаемый участок аварийного трубопровода обозначен 1 и расположен справа от задвижки, которая, в свою очередь, расположена на трубопроводе около компрессора (насоса).

Рис. 9. Разгерметизация трубопровода с газом, присоединенного к компрессору (1 — отсекаемый участок аварийного трубопровода)

Рис. 10. Разгерметизация трубопровода с жидкой фазой, присоединенного к насосу (1 — отсекаемый участок аварийного трубопровода)

37

©ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

Приложение 2

СХЕМЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЕРВИЧНОГО И ВТОРИЧНОГО ОБЛАКОВ (С УКАЗАНИЕМ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЛАКОВ)

z
	uэфф
Ri	g
(0;0;0)
Hi	cцi (0)
	x
y	Szi (x1)
	(x1;0;0)	cцi (x1)

ri (x1)

Syi (x1)

Rэффi (x1)

S	(x	2	)	ri(x2)=0
zi
	(x2;0;0)			cцi (x2)
	Syi (x2)

контуры изоконцентрации

контуры достижения заданной концентрации

Рис.11. Схема рассеяния первичного облака «тяжелого» газа.

3 8

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

z

		uэфф
		g
	(0;0;0)
l	clцi	(0)
H i
	Bli	x
		Sl	(x )
y		zi	1

(x1;0;0)

clцi (x1)

bli (x1)

Slyi (x1)

Blэффi (x1)

l	(x2)		bl	(x )=0
S zi			i	2
	(x2;0;0)	cl	(x )
		цi	2

Slyi (x2)

контуры изоконцентрации

Рис. 12. Схема рассеяния вторичного облака «тяжелого» газа.

3 9

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »

Приложение 3

ВОЗМОЖНЫЕ СТАДИИ РАЗВИТИЯ АВАРИИ

Вобщем случае можно выделить восемь возможных стадий развития аварийной ситуации:

разрушение оборудования и образование первичного облака; истечение жидкой фазы до отсечения аварийного участка; истечение жидкой фазы из аварийного участка после его отсечения;

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; ликвидация аварии (ликвидация отверстия разгерметизации и пролива).

Каждая из вышеперечисленных стадий вносит свой вклад в суммарную массу выброса ОВ.

На каждой стадии аварии формируются свои облака ОВ в атмосфере (первичное и вторичное),.

Взависимости от сценария, конфигурации оборудования, характера разрушения, свойств ОВ и действий по ликвидации аварии отдельные этапы из приведенных выше могут либо присутствовать, либо отсутствовать в той или иной аварийной ситуации.

Предполагается, что на каждой стадии процесс протекает стационарно. Рекомендации по учету нестационарных эффектов даны в приложении 5.

Сценарий 1 (рис. 1 приложения 1)

Разрушение оборудования с выбросом всего объема ОВ, образование первичного облака, рассеяние первичного облака и воздействие на окружающую среду.

Сценарий 2 (рис. 3, 6, 8, 9 приложения 1)

Разрушение оборудования и истечение газа из разрушенного оборудования при отсутствии пролива жидкой фазы; рассеяние облака и воздействие на окружающую среду.

При истечении газа из разрушенного трубопровода возможно отсечение (либо в результате использования запирающей арматуры, либо в результате остановки компрессоров, подающих ОВ в трубопровод, либо в результате и того и другого) аварийного участка трубопровода и истечение ОВ из него. При этом также образуется облако, которое рассеивается в атмосфере и воздействует на окружающую среду.

Возможно прекращение выброса путем ликвидации отверстия разгерметизации.

Сценарий 3 (рис. 2 приложения 1)

Разрушение оборудования с жидким ОВ, выброс ОВ в окружающую среду, при наличии перегрева у жидкой фазы возможно ее вскипание с образованием в атмосфере газокапельного облака. Часть жидкой фазы может пролиться на подстилающую поверхность — либо в обвалование, либо на неограниченную площадь. Если температура кипения жидкость при этом меньше температуры поверхности, то произойдет вскипание жидкости при ее соприкосновении с подстилающей поверхностью. Из газовой фазы, содержавшейся в оборудовании, из образовавшейся при вскипании за счет перегрева жидкой фазы газокапельной фазы и из газа, образующегося при кипении пролива,

4 0

© ФГУП « НТЦ « Промышленная безопасность »