Руководство по безопасности. Методика моделирования распространения аварий выбросов опасных веществ

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

II. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, ДОПУЩЕНИЯ И УСЛОВИЯ ВЫБРОСА ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ

III. НЕКОТОРЫЕ ВОЗМОЖНЫЕ СЦЕНАРИИ ВЫБРОСА ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ

IV. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ПОРЯДОК РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК ВЫБРОСА ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ

V. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ ПОЛЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ И ТОКСОДОЗ

VI. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ ГРАНИЦ ЗОН, ОГРАНИЧЕННЫХ КОНЦЕНТРАЦИОННЫМИ ПРЕДЕЛАМИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ

Приложение N 1
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Список обозначений и сокращений

В настоящем Руководстве применены следующие обозначения и сокращения:

НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени;

ВКПР - верхний концентрационный предел распространения пламени;

ОВ - опасное вещество;

В - полуширина начального сечения вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l B =В , B , В , B , В , В ), м;

В - эффективная полуширина вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l В =В , В , В , В , В , В ), м;

C - коэффициент, использующийся при расчете скорости гравитационного растекания, равен 1,15;

C - теплоемкость жидкого опасного вещества, Дж/кг/К;

C - теплоемкость воздуха при постоянном давлении, Дж/кг/К;

C - теплоемкость газообразного опасного вещества, Дж/кг/К;

C - теплоемкость газообразного опасного вещества, Дж/кг/К;

C - теплоемкость воздуха при постоянном объеме, Дж/кг/К;

C - эффективная теплоемкость вещества в первичном облаке в i -ом сценарии, Дж/кг/К;

С - эффективная теплоемкость вещества во вторичном облаке, образующемся на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l C =C , C , C , C , C , C ), Дж/кг/К;

D - ингаляционная токсодоза за рассматриваемое время экспозиции в некоторой точке в i -м сценарии, кг·с/м;

D - составляющая ингаляционной токсодозы за рассматриваемое время экспозиции в некоторой точке при рассеянии первичного облака в i-м сценарии, кг·с/м;

D - составляющая ингаляционной токсодозы за рассматриваемое время экспозиции в некоторой точке при рассеянии вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l D =D , D , D , D , D , D ), кг·с/м;

D - ингаляционная токсодоза в некоторой точке на оси y =0, z =0 за рассматриваемое время экспозиции в i -м сценарии, кг·с/м;

D - составляющая ингаляционной токсодозы в некоторой точке на оси y =0, z =0 за рассматриваемое время экспозиции при рассеянии первичного облака в i -м сценарии, кг·с/м;

D - составляющая ингаляционной токсодозы за рассматриваемое время экспозиции в некоторой точке на оси y =0, z =0 при рассеянии вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных D =D , D , D , D , D , D ), кг·с/м;

D - диаметр трубопровода, м;

E - удельный тепловой поток от подстилающей поверхности в первичное облако в i -ом сценарии, Дж/м;

Е - удельный тепловой поток от подстилающей поверхности во вторичное облако, образующееся на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l Е =Е , E , Е , Е , Е , Е ), Дж/м/с;

Е - удельный тепловой поток за счет вынужденной конвекции от подстилающей поверхности в первичное облако в i -ом сценарии, Дж/м;

Е - удельный тепловой поток за счет вынужденной конвекции от подстилающей поверхности во вторичное облако, образующееся на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l Е =Е , Е , Е , , Е , Е ), Дж/м/с;

Е - удельный тепловой поток за счет естественной конвекции от подстилающей поверхности в первичное облако в i -ом сценарии, Дж/м;

Е - удельный тепловой поток за счет естественной конвекции от подстилающей поверхности во вторичное облако, образующееся на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l Е =Е , Е , Е , Е , Е , Е ), Дж/м/с;

Е - эффективная внутренняя энергия в первичном облаке в i -ом сценарии, Дж;

Е - эффективный поток внутренней энергии во вторичном облаке, образующемся на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l Е =Е , Е , Е , Е , Е , Е ), Дж/с;

F - площадь поверхности пролива жидкого опасного вещества, м;

F ' - площадь поверхности пролива жидкого опасного вещества при образовании первичного облака в сценарии 4, м;

F - площадь контакта жидкого опасного вещества с подстилающей поверхностью при проливе, м;

F - площадь обвалования, при неограниченном проливе принимается большой (бесконечной) величиной, м;

- теплота испарения (кипения) жидкого опасного вещества, Дж/кг;

H - высота столба жидкости опасного вещества в оборудовании над уровнем отверстия, через которое происходит истечение, м; при истечении из трубопровода, на входе которого стоит насос, принимается равной 0 м;

H - высота первичного облака опасного вещества в начальный момент времени (на месте выброса) в i -м сценарии, м;

Н - эффективная высота первичного облака в i -ом сценарии, м;

Н - эффективная высота вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l Н =Н , H , H , Е , Е , Е ), м;

Н - высота начального сечения вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l Н =Н , Н , Н , Н , Н , Н ), м;

Н - высота столба жидкого опасного вещества в трубопроводе над уровнем отверстия, через которое происходит истечение, м; берется на момент отсечения аварийного участка трубопровода; если количество опасного вещества в отсекаемом участке аварийного трубопровода составляет менее 20% общей массы выброса, принимается равной 0 м;

K - безразмерная вспомогательная величина, зависящая от длины участка трубопровода L от входа до места разгерметизации;

L - длина участка трубопровода от его начала до места разгерметизации, м;

L - масштаб Монина-Обухова, м;

LCt - смертельная токсодоза, мг·мин/л;

P - давление в оборудовании в i -м сценарии, Па; при истечении из трубопровода, на входе которого стоит насос (компрессор) принимается равной давлению на выходе насоса (компрессора);

P - давление в окружающей среде, кПа; при нормальных условиях принимается равным 101,325 кПа;

PCt - пороговая токсодоза, мг·мин/л;

Pr - значение пробит-функции;

Q - общая масса опасного вещества в оборудовании, включает массу жидкости и массу газа; при выбросах из трубопровода с насосом (компрессором) на входе задается равной бесконечной величине; при выбросе из трубопровода, на котором возможно отсечение аварийного участка, не включает массу в отсекаемом участке аварийного трубопровода, кг;

Q - масса газообразного опасного вещества в оборудовании, кг;

Q - масса жидкого опасного вещества в оборудовании (при истечении из трубопровода c насосом на входе равно Q ), кг;

Q - масса опасного вещества, переходящая в газовую фазу в первичное облако при мгновенном вскипании перегретого опасного вещества в сценарии 3, кг;

Q - масса опасного вещества, переходящая в аэрозоль в первичное облако в сценарии 3, кг;

Q - масса опасного вещества, переходящая в газовую фазу в первичное облако при кипении пролива в сценарии 3, кг;

Q - масса опасного вещества (включая жидкую и газообразную фазы), образующая первичное облако в i -м сценарии, кг;

Q - масса воздуха, подмешиваемого в первичное облако в i -м сценарии на начальной стадии, кг;

Q - масса жидкого опасного вещества в оборудовании выше уровня отверстия, через которое происходит истечение, кг; задается на момент времени, соответствующий началу аварии; при истечении из трубопровода с насосом на входе принимается равной бесконечной величине; если аварийное отверстие выше уровня жидкости, то величина принимается равной 0 кг; если истечение происходит из трубопровода, присоединенного к емкости, то Q включает и массу жидкости в трубопроводе от емкости до начала отсекаемого аварийного участка;

Q - масса жидкого опасного вещества в отсекаемом участке аварийного трубопровода выше уровня отверстия, через которое происходит истечение, кг; задается на момент отсечения аварийного участка трубопровода; при истечении из трубопровода в сценарии 4 принимается равной 0 кг, если количество опасного вещества в отсекаемом участке аварийного трубопровода составляет менее 20% общей массы выброса; если аварийное отверстие находится выше уровня жидкости, то величина принимается равной 0 кг;

Q - масса жидкого опасного вещества в отсекаемом участке аварийного трубопровода выше уровня отверстия, через которое происходит истечение, кг; величина задается на момент начала аварии; при истечении из трубопровода в сценарии 4 принимается равной 0 кг, если количество опасного вещества в отсекаемом участке аварийного трубопровода составляет менее 20% общей массы выброса;

Q - масса опасного вещества, находящаяся во взрывоопасных пределах (распределенная в пространстве между поверхностями с концентрациями, равными НКПР и ВКПР) и способная участвовать в процессах горения и взрыва, кг;

Q - масса опасного вещества, находящаяся в первичном облаке в жидкой фазе (каплях) в i -ом сценарии, кг;

Q - масса опасного вещества, находящаяся в первичном облаке в жидкой фазе (каплях) в i -ом сценарии в начальный момент (на месте выброса), кг;

Q - масса газообразного опасного вещества в аварийном участке трубопровода на момент отсечения, кг; при истечении из трубопровода в сценарии 4 принимается равной 0 кг, если количество опасного вещества в отсекаемом участке аварийного трубопровода составляет менее 20% общей массы выброса;

Q - эффективная масса первичного облака в i -ом сценарии, включает газообразное опасное вещество, опасное вещество в жидкой фазе и воздух, кг;

Q - общая масса опасного вещества в отсекаемом участке аварийного трубопровода, кг; включает массу жидкости в сценарии 4 или массу газа в сценарии 2; при выбросах опасного вещества из емкости задается равной нулю;

Q - масса жидкого опасного вещества, способного вместиться в отсекаемом участке трубопровода; величина задается на момент начала аварии; определяется перемножением объема, занимаемого жидкостью в отсекаемом участке трубопровода на плотность жидкого опасного вещества, кг;

Q - масса жидкого опасного вещества в отсекаемом участке аварийного трубопровода на момент отсечения, кг; при истечении из трубопровода в сценарии 4 принимается равной 0 кг, если количество опасного вещества в отсекаемом участке аварийного трубопровода составляет менее 20% общей массы выброса;

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,3144 Дж/К/моль;

R - радиус первичного облака опасного вещества в начальный момент времени (на месте выброса) в i -м сценарии, м;

R - эффективный радиус первичного облака в i -ом сценарии, м;

Ri - число Ричардсона;

S - площадь аварийного отверстия, м;

S - эффективная площадь эмиссии из разгерметизированного оборудования, м;

S - горизонтальная дисперсия при рассеянии первичного облака в i -м сценарии, м;

S - горизонтальная дисперсия при рассеянии вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l S =S , S , S , S , S , S ), м;

S - вертикальная дисперсия при рассеянии первичного облака в i -м сценарии, м;

S - вертикальная дисперсия при рассеянии вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l S =S , S , S , S , S , S ), м;

S - максимальная площадь поверхности жидкости внутри оборудования, м;

S - площадь поперечного сечения трубопровода, м;

T - температура в облаке в начальный момент времени (на месте выброса), К;

T - температура, при которой находится опасного вещества внутри оборудования в i -м сценарии, К*;

___________________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Т - эффективная температура среды в первичном облаке в i -ом сценарии, К;

T - эффективная температура среды во вторичном облаке, образующемся на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l T =T , T , T , T , T , T ), К;

Т - температура воздуха, К;

Т - температура кипения жидкого опасного вещества при давлении P , К;

Т - температура подстилающей поверхности, на которую происходит пролив жидкой фазы опасного вещества, К;

Т - температура подстилающей поверхности, над которой происходит рассеяние выброса, К;

Т - вспомогательная (приведенная) температура, используемая при расчете скорости испарения, К;

Т - температуры жидкой фазы в проливе в начальный момент времени, К;

V - объем, м;

Vвзр - взрывоопасный объем;

V - объем оборудования в i -м сценарии, м, при выбросе с трубопровода, на входе которого стоит компрессор (насос), принимается равным бесконечной величине;

V - эффективный удельный объем среды в первичном облаке в i -ом сценарии, м/кг;

V - эффективный удельный объем среды во вторичном облаке, образующемся на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l V =V , V , V , V , V , V ), м/кг;

a - безразмерная вспомогательная величина при расчете динамической скорости;

a - коэффициент при расчете пробит-функции;

b - вспомогательный коэффициент при расчете числа Ричардсона;

b - полуширина ядра вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l b =b , b , b , b , b , b ), м;

b - коэффициент при расчете пробит-функции;

c - концентрация опасного вещества в воздухе в некоторой точке в некоторый момент времени в i -м сценарии, кг/м;

с - концентрация опасного вещества в некоторой точке в некоторый момент времени при рассеянии первичного облака в i -м сценарии, кг/м;

c - концентрация опасного вещества в некоторой точке в некоторый момент времени при рассеянии вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l c =c , c , c , c , c , c ), кг/м;

с - концентрация топлива (пожаровзрывоопасного вещества) в смеси с воздухом, соответствующая ВКПР, кг/м;

с - теплоемкость подстилающей поверхности, на которую проливается опасное вещество, Дж/кг/К;

c - концентрация топлива (пожаровзрывоопасного вещества) в смеси с воздухом, соответствующая НКПР, кг/м;

с - концентрация опасного вещества в центре облака в некоторый момент времени при рассеянии первичного облака в i -м сценарии, кг/м;

с - концентрация опасного вещества в центре (на оси) облака в некоторый момент времени при рассеянии вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l с =с , с , с , с , с , с ), кг/м;

е - удельная внутренняя энергия подмешиваемого воздуха, Дж/кг;

g - ускорение свободного падения, равно 9,81 м/с;

k - вспомогательный коэффициент для вычисления масштаба Монина-Обухова;

P - вспомогательный коэффициент для вычисления масштаба Монина-Обухова;

р - давление насыщенного пара опасного вещества при температуре воздуха, мм рт.ст.;

р (Т ) - давление насыщенного пара опасного вещества при температуре Т , Па;

q - производительность компрессора, кг/с.

Учет производительности компрессора необходим при расчете выброса с трубопровода, на входе которого стоит компрессор, в случае, если площадь аварийного отверстия трубопровода превосходит 20% площади поперечного сечения трубопровода;

q - производительность насоса, кг/с.

Учет производительности насоса необходим при расчете выброса с трубопровода, на входе которого стоит насос, в случае, если площадь аварийного отверстия трубопровода превышает 20% площади поперечного сечения трубопровода;

q - расход воздуха, подмешенного на месте выброса во вторичное облако, образующееся на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных I q =q , q , q , q , q , q ), кг/с;

q ' - скорость поступления в атмосферу газообразного опасного вещества, образующегося при мгновенном вскипании жидкой фазы в случае истечения жидкого опасного вещества из разрушенного оборудования в сценарии 4, кг/с;

q " - скорость поступления в атмосферу капель (аэрозоля) опасного вещества, образующихся при мгновенном вскипании жидкой фазы в случае истечения жидкого опасного вещества из разрушенного оборудования в сценарии 4, кг/с;

q ' - скорость поступления в атмосферу газообразного опасного вещества, образующегося при мгновенном вскипании жидкой фазы в случае истечения жидкого опасного вещества из разрушенного трубопровода после отсечения аварийного участка в сценарии 4, кг/с; принимается равной 0 кг/с, если количество опасного вещества в отсекаемом участке аварийного трубопровода составляет менее 20% общей массы выброса;

q '' - скорость поступления в атмосферу капель (аэрозоля) опасного вещества, образующихся при мгновенном вскипании жидкой фазы в случае истечения жидкого опасного вещества из разрушенного трубопровода после отсечения аварийного участка в сценарии 4, кг/с; принимается равной 0 кг/с, если количество опасного вещества в отсекаемом участке аварийного трубопровода составляет менее 20% общей массы выброса;

q - расход опасного вещества (газообразного и находящегося в жидкой фазе) во вторичном облаке, образующемся на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных I q =q , q , q , q , q , q ), кг/с; q принимается равным 0 кг/с, если количество опасного вещества в отсекаемом участке аварийного трубопровода составляет менее 20% общего количества выброса;

q - скорость выброса жидкого опасного вещества при истечении жидкого опасного вещества из разрушенного оборудования в сценарии 4, кг/с;

q - скорость выброса опасного вещества при истечении жидкого опасного вещества из разрушенного оборудования после отсечения аварийного участка трубопровода в сценарии 4, кг/с;

q - суммарный расход опасного вещества, находящегося в жидкой фазе (каплях), во вторичном облаке, образующемся на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l q =q , q , q , q , q , q ), кг/с;

q - суммарный расход опасного вещества, находящегося в жидкой фазе (каплях), на месте эмиссии вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l q =q , q , q , q , q , q ), кг/с;

q - эффективный суммарный расход воздуха и опасного вещества (включая жидкую и газообразную фазы) во вторичном облаке, образующемся на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l q =q , q , q , q , q , q ), кг/с;

k - константа Кармана, равна 0,41;

r - радиус центральной части (ядра) первичного облака в i -ом сценарии, м;

t - время, с;

t' - составляющая времени формирования первичного облака от начала выброса до времени отсечения аварийного участка трубопровода в сценарии 4, с;

t - момент времени, для которого определяются размеры зон достижения 0,5 НКПР и ВКПР, с;

t - время осреднения при расчете дисперсии вдоль оси y (), с; принимается в каждой точке равным времени прихода в эту точку облака, но не менее 600 с;

t - длительность поступления опасного вещества в атмосферу за счет истечения (испарения) (время формирования соответствующего вторичного облака) на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных I t =t , t , t , t , t , t ), с; t принимается равным 0 с, если количество опасного вещества в отсекаемом участке аварийного трубопровода составляет менее 20% общего количества выброса;

t - время достижения максимальной концентрации опасного вещества в некоторой точке в i -ом сценарии, с;

t - максимально возможная длительность истечения газообразного опасного вещества из разрушенного оборудования в сценарии 4, с;

t - максимально возможная длительность истечения газообразного опасного вещества из разрушенного оборудования в сценарии 4 после испарения пролива, с;

t - длительность испарения пролива после окончания истечения жидкого опасного вещества для случая, если продолжается истечение газовой фазы, с;

t' - вспомогательная величина при расчете t' , с;

t'' - вспомогательная величина при расчете t' , с;

t - время, в течение которого опасное вещество поступает в первичное облако из-за интенсивного кипения жидкого ОВ в проливе за счет теплопритока от подстилающей поверхности, с;

t - время ликвидации аварийного отверстия (разгерметизации) и пролива, с; если ликвидации не происходит, принимается равным бесконечности;

t - время отсечения аварийного участка трубопровода (время остановки компрессора (насоса), с;

t' - составляющая времени формирования первичного облака, с;

t - время экспозиции, с;

и - динамическая скорость, м/с;

u - эффективная скорость движения первичного облака в i -ом сценарии в начальный момент времени (на месте выброса), м/с;

u - эффективная скорость движения вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l u =V , V , V , V , V , V ) на месте выброса, м/с;

u - скорость ветра на высоте z , м/с;

u - вспомогательная величина при расчете числа Ричардсона, м/с;

u - скорость подмешивания воздуха в облако за счет диффузии в вертикальном направлении, м/с;

и - эффективная скорость движения первичного облака в i -ом сценарии, м/с;

и - эффективная скорость движения вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l u =u , u , u , u , u , u ), м/с;

w - вспомогательная величина при расчете числа Ричардсона, м/с;

х - пространственная переменная (координата вдоль ветра), м;

х - расстояние от места выброса до плоскости, перпендикулярной направлению ветра, для которой определяются размеры (по у и по z ) зон достижения 0,5 НКПР и ВКПР, м;

х - координата задней кромки вторичного облака, образующегося на l- ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l x =x , x , x , x , x , x ), м;

х - координата передней кромки вторичного облака, образующегося на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных I x =x , x , x , x , x , x ), м;

x - координата центра первичного облака в i -ом сценарии, м;

y - пространственная переменная (координата, перпендикулярная направлению ветра), м;

y - расстояние от оси выброса до перпендикулярной поверхности земли плоскости, для которой определяются размеры (по х и по z ) зон достижения 0,5 НКПР и ВКПР; для плоскости проходящей через ось выброса y =0, м;

z - пространственная переменная (координата высоты), м;

z - высота над поверхностью земли плоскости, для которой определяются размеры (по х и по у ) зон достижения 0,5 НКПР и ВКПР, для поверхности земли z =0, м;

z - стандартная высота, на которой задается скорость ветра, принимается равной 10 м;

z - характерный размер шероховатости поверхности, м;

- соотношение, описывающее поверхность в пространстве с концентрацией ВКПР;

- соотношение, описывающее поверхность в пространстве с концентрацией 0,5 НКПР;

Ф - безразмерная вспомогательная величина при расчете скорости подмешивания воздуха в облако;

- объемная доля газовой фазы в оборудовании;

- показатель степенной зависимости скорости ветра от высоты;

- количество массовых долей воздуха (на единичную массовую долю ОВ), подмешивающегося в первичное облако на начальном этапе в i -ом сценарии;

- количество массовых долей воздуха (на единичную массовую долю ОВ), подмешивающегося во вторичное облако на начальном этапе на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии;

- вспомогательный коэффициент, ;

- показатель адиабаты опасного вещества в газообразной фазе;

- вспомогательная величина при расчете ;

- коэффициент пропорциональности при расчете воздуха в облаке при подмешивании через боковую поверхность; равен 0,63;

- вспомогательная величина при расчете ;

- вспомогательная величина при расчете ;

- вспомогательная величина при расчете динамической скорости;

- коэффициент теплопроводности подстилающей поверхности, на которую проливается опасное вещество, Вт/К/м;

- молярная масса опасного вещества, кг/моль;

- молярная масса воздуха, кг/моль;

- эффективная молярная масса газообразной смеси опасного вещества с воздухом в первичном облаке в i -ом сценарии, кг/моль;

- эффективная молярная масса газообразной смеси опасного вещества с воздухом во вторичном облаке, образующемся на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l , , , , , ), кг/моль;

- число, равное 3,14159..., отношение длины окружности к диаметру;

- плотность газообразного опасного вещества при температуре T и давлении р (T ), кг/м;

- плотность газовой фазы опасного вещества в оборудовании в i -м сценарии, кг/м;

- плотность воздуха в окружающей среде, кг/м;

- плотность жидкого опасного вещества, кг/м;

- плотность газообразного опасного вещества при температуре кипения и давлении P , кг/м;

- плотность материала подстилающей поверхности, на которую проливается опасное вещество, кг/м;

- эффективная плотность среды в первичном облаке в i -ом сценарии, кг/м;

- эффективная плотность среды во вторичном облаке, образующемся на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l , , , , , ), кг/м;

- плотность опасного вещества в первичном облаке в начальный момент (на месте выброса) времени в i -м сценарии, кг/м;

- плотность опасного вещества в начальный момент времени во вторичном облаке, образующемся на l -ой стадии поступления опасного вещества в атмосферу в i -ом сценарии (при различных l , , , , , ), кг/м; принимается равной 0 кг/м, если количество опасного вещества в отсекаемом участке аварийного трубопровода составляет менее 20% общей массы выброса;

- дисперсия вдоль оси y (в поперечном направлении), м.

Приложение N 2
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Термины и определения

В настоящем документе используются следующие термины с соответствующими определениями:

• авария - разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемый взрыв и (или) выброс опасных веществ;

• время экспозиции - время, за которое набирается ингаляционная токсодоза (верхний предел интегрирования концентрации опасного вещества по времени в формуле расчета токсодозы);

• вторичное облако (или шлейф) - облако опасного вещества, образующееся в результате длительного выброса газа или перегретой вскипающей жидкости, а также в результате испарения опасного вещества с подстилающей поверхности или из разгерметизированного оборудования и распространяющееся по ветру от места выброса; во вторичном облаке может существовать ядро - область пространства, в которой концентрация на заданной высоте постоянна (не изменяется при перемещении в горизонтальном направлении перпендикулярном ветру, хотя может изменяться при перемещении по вертикали);

• ингаляционная токсодоза - интеграл по времени концентрации опасного вещества в воздухе; при условно постоянной во времени концентрации опасного вещества в заданной точке - произведение концентрации опасного вещества в воздухе на время экспозиции;

• класс устойчивости атмосферы - совокупность метеорологических факторов (скорость ветра, облачность, вертикальный тепловой поток), создающих определенные условия рассеяния в атмосфере. В зависимости от состояния атмосферы выделяют шесть классов: A, B, C, D, E, F;

• концентрационные пределы распространения пламени - нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени (НКПР (ВКПР) - минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания;

• облако опасного вещества - область пространства, ограниченная поверхностями заданной концентрации опасного вещества;

• обоснование безопасности - документ, содержащий сведения о результатах оценки риска аварии на опасном производственном объекте и связанной с ней угрозы, условия безопасной эксплуатации опасного производственного объекта, требования к эксплуатации, капитальному ремонту, консервации и ликвидации опасного производственного объекта;

• опасный производственный объект - предприятие или его цеха, участки, площадки, а также иные производственные объекты, указанные в приложении 1 к Федеральному закону 21 июля 1997 г. N 116-ФЗ "О промышленной безопасности опасных производственных объектов";

• опасные вещества - воспламеняющиеся, окисляющие, горючие, взрывчатые, токсичные, высокотоксичные вещества и вещества, представляющие опасность для окружающей природной среды, указанные в приложении 1 к Федеральному закону 21 июля 1997 г. N 116-ФЗ "О промышленной безопасности опасных производственных объектов";

• отсекаемый участок аварийного трубопровода - участок трубопровода, на котором происходит выброс опасного вещества, между двумя ближайшими к месту выброса задвижками (насосами или компрессорами), которые при срабатывании (отключении) блокируют аварийный участок трубопровода;

• отсечение аварийного участка трубопровода (отсечение аварийного потока) - остановка насоса (компрессора), стоящего на входе трубопровода, и (или) срабатывание запорной арматуры (задвижек), установленной на трубопроводе; прекращение подачи опасного вещества к месту выброса опасного вещества из трубопровода. При отсутствии трубопровода, но наличии истечения из емкости термин "отсечение аварийного участка" относится к прекращению истечения из отверстия, то есть к закупориванию отверстия;

• первичное облако - облако опасного вещества, образующееся в результате очень быстрого (за 1-2 минуты) перехода в атмосферу части опасного вещества и распространяющееся по ветру от места выброса, в первичном облаке может существовать ядро - область пространства, в которой концентрация на заданной высоте постоянна;

• пороговая токсодоза - наименьшая ингаляционная токсодоза опасного вещества, вызывающая у человека, не оснащенного средствами защиты органов дыхания, начальные признаки поражения организма с определенной вероятностью (табулированное значение для каждого опасного вещества);

• разгерметизация оборудования - образование в оборудовании отверстий с размером, существенно меньшим, чем размеры оборудования, через которые опасное вещество в жидком или газообразном состоянии в течение некоторого времени поступает в окружающую среду;

• разрушение оборудования - существенное нарушение целостности оборудования с образованием отверстий с размером, сопоставимым с размерами оборудования, при этом содержащееся в оборудовании опасное вещество в жидком или газообразном состоянии мгновенно выбрасывается в окружающую среду;

• риск аварии - мера опасности, характеризующая возможность возникновения аварии на опасном производственном объекте и тяжесть ее последствий;

• смертельная (летальная) токсодоза - наименьшая ингаляционная токсодоза опасного вещества, вызывающая у человека, не оснащенного средствами защиты органов дыхания, смерть с 50% вероятностью (табулированное значение для каждого опасного вещества);

  "тяжелый" газ - смесь воздуха, газовой фазы и капель опасного вещества, плотность которой выше плотности окружающего воздуха.

Приложение N 3
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Схемы распространения первичного и вторичного облаков (с указанием характеристик облаков)

 
Рисунок 3-1. Схема распространения первичного облака

Рисунок 3-2. Схема распространения вторичного облака

Приложение N 4
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Возможные конфигурации оборудования и схемы 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 сценарий 3; в соответствии с рисунками 4-1, 4-2).

Приложение N 5
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Возможные стадии развития аварийной ситуации

В качестве возможных стадий развития аварийной ситуации рекомендуется рассматривать:

• 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;

• завершение аварии (ликвидация аварийного 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 вторичные).

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

Предполагается, что на каждой стадии процесс протекает стационарно.

Для более точных расчетов допускается разделение перечисленных стадий на отдельные подстадии меньшей продолжительности. Для каждой подстадии в этом случае определяются входные данные, указанные в приложении N 6 к настоящему Руководству, с учетом изменений в системе, происшедших на предыдущих подстадиях.

Сценарий 1

Разрушение оборудования с выбросом всего объема ОВ, образование первичного облака, рассеяние первичного облака и воздействие на окружающую среду (в соответствии с рисунком 4-1).

Сценарий 2

Разрушение оборудования и истечение газа из разрушенного оборудования при отсутствии пролива жидкой фазы; рассеяние облака и воздействие на окружающую среду (в соответствии с рисунками 4-3, 4-6, 4-9).

При истечении газа из разрушенного трубопровода возможно отсечение аварийного участка трубопровода (либо в результате использования запорной арматуры, либо в результате остановки компрессоров, подающих ОВ в трубопровод, либо в результате и того и другого) и истечение ОВ из него.

Возможно прекращение выброса путем ликвидации аварийного отверстия (разгерметизации).

Сценарий 3

Разрушение оборудования с жидким опасным веществом, выброс ОВ в окружающую среду, при наличии перегрева у жидкой фазы, возможно ее вскипание с образованием в атмосфере газокапельного облака (в соответствии с рисунком 4-2). Часть жидкой фазы может пролиться на подстилающую поверхность - либо в обвалование, либо на неограниченную площадь. Если температура кипения жидкости 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, образуется первичное облако, которое рассеивается в атмосфере, воздействуя на окружающую среду.

Из пролива происходит испарение ОВ, в результате чего образуется вторичное облако, которое также рассеивается в атмосфере, воздействуя на окружающую среду.

Возможно прекращение поступления ОВ в окружающую среду путем ликвидации пролива.

Сценарий 4. Аварии на емкости

Разрушение оболочки емкости выше уровня жидкости и длительное истечение газа из разрушенного оборудования при отсутствии пролива жидкой фазы (если жидкость находится в перегретом состоянии, то происходит вскипание жидкости, в результате которого в дополнение к газовой фазе, содержащейся в емкости на момент начала аварии, добавится газовая фаза, образовавшаяся при кипении), рассеяние газового облака ОВ (вторичного) и воздействие его на окружающую среду (в соответствии с рисунками 4-4, 4-5). После спада давления в емкости до атмосферного поступление ОВ в окружающую среду будет обусловлено лишь испарением ОВ с поверхности жидкости в емкости. При этом в атмосфере образуется вторичное облако, состоящее из газообразного ОВ, поступающего из разгерметизированной емкости за счет испарения ОВ из нее. Вторичное облако будет формироваться на месте аварии до тех пор, пока не испарится все ОВ из емкости. Возможно прекращение выброса путем ликвидации аварийного отверстия (разгерметизации).

Разрушение оболочки емкости ниже уровня жидкости и истечение жидкой фазы из разрушенного оборудования, образование пролива на месте выброса.

Если жидкость в емкости находилась в перегретом состоянии, то происходит вскипание жидкости сразу после ее выброса из емкости и образование в атмосфере газокапельной взвеси. Затем, если температура кипения меньше температуры поверхности, происходит кипение жидкой фазы (той ее части, что не участвовала в формировании газокапельной взвеси в атмосфере) при проливе ее на подстилающую поверхность. При этом из газа, образовавшегося при кипении пролива, а также из газокапельной взвеси выброса, поступившего из емкости в атмосферу за время кипения пролива, формируется первичное облако, которое рассеивается в атмосфере и воздействует на окружающую среду.

При истечении перегретой жидкости, выброс жидкой фазы вскипает до выпадения на землю, образуя в атмосфере газокапельную взвесь ОВ. При этом в атмосфере образуется вторичное облако, состоящее из газообразного ОВ, испарившегося с пролива, и (при выбросе перегретой жидкости) из газокапельной взвеси, образующейся при вскипании ОВ сразу после выброса. Такое вторичное облако будет формироваться на месте аварии до тех пор, пока будет существовать возможность выброса жидкой фазы, то есть до момента выброса из оборудования всей жидкой фазы, находившейся выше уровня разгерметизации. Причем, если в емкости находилась перегретая жидкость и если давление могло опуститься ниже давления насыщенного пара, то по мере вытекания жидкости возможно вскипание перегретого ОВ в самой емкости.

После окончания выброса жидкой фазы из емкости начинается истечение газовой фазы за счет наличия избыточного давления в емкости. При этом на стадии истечения газовой фазы продолжается испарение пролива. В результате в атмосфере образуется вторичное облако ОВ, состоящее из газообразного ОВ, испарившегося с пролива, и из газообразного ОВ, поступающего из разрушенной емкости за счет наличия избыточного давления в емкости. Такое вторичное облако будет формироваться на месте аварии до тех пор, пока будет существовать возможность выброса газовой фазы из емкости за счет избыточного давления в емкости и испарения из пролива. Причем, если в емкости находилась перегретая жидкость, то в формирующееся на месте аварии вторичное облако, будет поступать не только газовая фаза, находившаяся в емкости на начало аварии, но и газовая фаза, образующаяся при вскипании в емкости с перегретой жидкостью.

Если давление в емкости становится равным атмосферному, то газовая фаза из разгерметизированной емкости перестает поступать в окружающую среду за счет избытка давления. Если пролив ОВ при этом еще не испарился, то в атмосфере образуется вторичное облако ОВ, состоящее из газообразного ОВ, испарившегося с пролива. Такое вторичное облако будет формироваться на месте аварии до тех пор, пока будет существовать испарение ОВ из пролива.

Если после испарения пролива давление в емкости еще не стало равным атмосферному, то газовая фаза из разгерметизированной емкости продолжает поступать в окружающую среду за счет избыточного давления. В атмосфере при этом образуется вторичное облако ОВ, состоящее из газообразного ОВ. Такое вторичное облако будет формироваться на месте аварии до тех пор, пока будет существовать избыточное давление в емкости.

Если пролив ОВ на месте аварии испарился, и давление в емкости стало равным атмосферному, то поступление ОВ в окружающую среду будет обусловлено лишь испарением ОВ с поверхности жидкости в емкости. При этом в атмосфере образуется вторичное облако, состоящее из газообразного ОВ, поступающего из разгерметизированной емкости за счет испарения. Вторичное облако будет формироваться на месте аварии до тех пор, пока не испарится все ОВ из емкости.

Возможно прекращение поступления ОВ в окружающую среду путем ликвидации аварийного отверстия и пролива.

Сценарий 4. Аварии на трубопроводах, на входе которых стоит емкость

Разрушение трубопровода, выходящего из емкости выше уровня жидкости, и истечение газа из разрушенного оборудования при отсутствии пролива жидкой фазы (в соответствии с рисунками 4-7, 4-8). Если жидкость находится в перегретом состоянии, то при падении давления может происходить вскипание жидкости, в результате которого в дополнение к газовой фазе, содержащейся в емкости на момент начала аварии, добавится газовая фаза, образовавшаяся при кипении. При этом в атмосфере происходит рассеяние вторичного газового облака ОВ и воздействие его на окружающую среду. При наличии запорной арматуры возможно отсечение аварийного участка трубопровода и истечение ОВ только из этого аварийного участка. Если давление в емкости (или в отсеченном участке трубопровода) уменьшилось и стало равным атмосферному, то поступление ОВ в окружающую среду будет обусловлено лишь его испарением с поверхности жидкости в емкости и (или) в отсеченном участке трубопровода. При этом в атмосфере образуется вторичное облако, состоящее из газа, поступающего из разгерметизированной емкости и (или) отсеченного участка трубопровода за счет испарения. Вторичное облако будет формироваться на месте аварии до тех пор, пока не испарится все ОВ из емкости.

Возможно прекращение выброса путем ликвидации аварийного отверстия (разгерметизации).

При разрушении трубопровода, выходящего из емкости ниже уровня жидкости, стадии аварии будут аналогичны описанным в разделе Аварии на емкости, с двумя отличиями.

Во-первых, при существенном разрушении трубопровода в случае выброса перегретой жидкости, вскипание жидкости может происходить не только в воздухе, но и в самом трубопроводе.

Во-вторых, при наличии на трубопроводе запорной арматуры и срабатывании ее в ходе аварии, появляется этап - истечение из отсеченного участка трубопровода, который полностью совпадает по физической картине с описанным выше выбросом из емкости - Сценарий 4. Аварии на емкости.

Сценарий 4. Аварии на трубопроводах, на входе которых стоит насос

При разрушении трубопровода происходит истечение жидкой фазы и образование пролива на месте выброса (в соответствии с рисунком 4-10). Если жидкость в трубопроводе находилась в перегретом состоянии, то происходит вскипание жидкости, либо сразу после ее выброса из трубопровода (случай, когда при сильном разрушении трубопровода место выброса находится вблизи насоса и случаи небольших отверстий разгерметизации), либо внутри трубопровода (случай, когда при сильном разрушении трубопровода место выброса находится вдали от насоса).

При выбросе перегретой жидкости в атмосфере образуется газокапельная взвесь, а затем происходит кипение жидкой фазы (той ее части, которая не участвовала в формировании газокапельной взвеси в атмосфере) при проливе на подстилающую поверхность, если температура кипения меньше температуры подстилающей поверхности. При этом из газа, образовавшегося при кипении пролива, а также из газокапельной взвеси выброса, поступившего из трубопровода в атмосферу за время кипения пролива, формируется первичное облако, которое рассеивается в атмосфере и воздействует на окружающую среду.

Продолжающийся выброс жидкой фазы идет в пролив, с которого происходит испарение ОВ. При выбросе перегретой жидкости, часть жидкой фазы вскипает до выпадения на землю, образуя в атмосфере газокапельную взвесь ОВ. При этом в атмосфере образуется вторичное облако ОВ, состоящее из газообразного ОВ, испарившегося с пролива, и (при выбросе перегретой жидкости) из газокапельной взвеси, образующейся при вскипании ОВ, либо сразу после выброса, либо в трубопроводе. Такое вторичное облако будет формироваться на месте аварии до тех пор, пока будет существовать возможность выброса жидкой фазы (двухфазной смеси), то есть до момента отсечения аварийного участка трубопровода и выброса из отсеченного участка трубопровода всей жидкой фазы, находящейся в нем выше уровня аварийного отверстия (разгерметизации).

После окончания выброса жидкой фазы из отсеченного участка трубопровода начинается истечение газовой фазы за счет наличия избыточного давления в нем, что возможно только в случае, если в трубопроводе находится перегретая жидкость. При этом на стадии истечения газовой фазы продолжается испарение пролива. В результате, в атмосфере образуется вторичное облако, состоящее из газообразного ОВ, испарившегося с пролива и из газообразного ОВ, поступающего из разрушенного трубопровода за счет наличия избыточного давления в нем. Такое вторичное облако будет формироваться на месте аварии до тех пор, пока будет существовать возможность выброса газовой фазы из трубопровода за счет избыточного давления в нем и испарения из пролива.

Если давление в отсеченном участке аварийного трубопровода становится равным атмосферному, то газовая фаза из разгерметизированного трубопровода перестает поступать в окружающую среду за счет избытка давления. Если пролив ОВ при этом еще не испарился, то в атмосфере образуется вторичное облако ОВ, состоящее из газообразного ОВ, испарившегося с пролива. Такое вторичное облако будет формироваться на месте аварии до тех пор, пока будет существовать испарение ОВ из пролива.

Если испарился пролив, а давление в отсеченном участке аварийного трубопровода осталось выше атмосферного, то газовая фаза из разгерметизированного трубопровода продолжает поступать в окружающую среду за счет избыточного давления. При этом, в атмосфере образуется вторичное облако, состоящее из газообразного ОВ, поступающего из отсеченного участка аварийного трубопровода за счет избыточного давления. Такое вторичное облако будет формироваться на месте аварии до тех пор, пока будет существовать избыточное давление в отсеченном участке аварийного трубопровода.

Если пролив ОВ на месте аварии испарился, и давление в отсеченном участке аварийного трубопровода стало равным атмосферному, то поступление ОВ в окружающую среду будет обусловлено лишь испарением ОВ с поверхности жидкости в трубопроводе. В атмосфере при этом образуется вторичное облако, состоящее из газообразного ОВ, поступающего из разгерметизированного трубопровода за счет испарения ОВ. Такое вторичное облако будет формироваться на месте аварии до тех пор, пока не испарится все ОВ из трубопровода.

Возможно прекращение поступления ОВ в окружающую среду путем ликвидации аварийного отверстия и пролива в любой момент времени.

Приложение N 6
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Перечень данных, необходимых для проведения расчета по оценке последствий аварийных выбросов опасных веществ

Для проведения расчетов по любому из четырех сценариев, приведенных в разделе III настоящего Руководства, рекомендуется иметь следующие данные:

• тип местности, где происходит рассеяние выброса (необходим для определения z - характерного размера шероховатости подстилающей поверхности (Таблица N 7-3);

• показатель степенной зависимости скорости ветра от высоты ;

• скорость ветра на высоте 10 м;

• температура воздуха, плотность воздуха и удельная внутренняя энергия воздуха, атмосферное давление (при нормальных условиях принимается равным 101,325 кПа);

• класс устойчивости атмосферы или уровень инсоляции и облачности (для определения класса устойчивости атмосферы);

• температура поверхности, над которой происходит рассеяние выброса;

• значения токсодоз и концентраций ОВ в воздухе, соответствующие тому или иному воздействию ОВ на человека, способ расчета пробит-функции токсического поражения человека;

• индивидуальные характеристики ОВ в газовой и жидкой фазах (молярная масса, показатель адиабаты, температура кипения, теплота испарения (кипения), теплоемкость газовой и жидкой фаз, плотность жидкой фазы, значения НКПР и ВКПР для пожаровзрывоопасных веществ);

• при наличии пролива в обвалование - площадь обвалования, ее высота и площадь возможного контакта жидкости с твердой поверхностью;

• при наличии пролива вскипающей жидкости - характеристики подстилающей поверхности (плотность, теплоемкость, теплопроводность) и температура подстилающей поверхности (на месте пролива);

• время экспозиции для человека, попадающего в область поражения.

Дополнительно для каждого сценария задаются следующие данные:

Таблица N 6-1

     
Дополнительные данные для каждого сценария

Приложение N 7
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Справочные данные по свойствам опасных веществ, связям вероятности поражения с пробит-функцией, характеристикам подстилающих поверхностей и состояния атмосферы

Таблица N 7-1

     
Свойства опасных веществ

Таблица N 7-2

     
Связь вероятности поражения с пробит-функцией

Таблица N 7-3

     
Характерный размер шероховатости поверхности z в зависимости от типа местности, где происходит рассеяние

Таблица N 7-4

     
Класс устойчивости атмосферы (модифицированные классы устойчивости по Паскуилу)

________________
        Период времени за исключением 1 часа после восхода солнца и 1 часа до заката.

        Сумерки включают в себя 1 час после восхода солнца и 1 час до заката.

Таблица N 7-5

     
Величина коэффициента в зависимости от класса устойчивости атмосферы для различных характерных размеров шероховатости

Таблица N 7-6

     
Величины коэффициентов k и p для вычисления масштаба Монина-Обухова

Таблица N 7-7

     
Значения коэффициента при различной устойчивости атмосферы

Таблица N 7-8

     
Значения характеристик подстилающих поверхностей

Приложение N 8
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Рекомендации по определению параметров смеси опасного вещества с воздухом в облаке

При определении состояния смеси ОВ с воздухом предполагается, что в воздухе нет паров и капель воды. ОВ в облаке может находиться как в газовой, так и в жидкой фазах. Химические реакции между опасным веществом и компонентами воздуха, образование растворов газовой фазы одного вещества в жидкой фазе (в каплях) другого вещества не учитываются.

Предполагается, что объем, занимаемый жидкой фазой незначителен, при расчетах он полагается равным нулю.

Определение состояния смеси ОВ с воздухом в облаке проводится для каждой рассматриваемой точки пространства.

Исходными данными для проведения расчета являются:

• общая масса (расход) (в газообразной и жидкой фазах) ОВ в облаке ( Q - для первичного облака и q - для вторичных облаков);

• масса (расход) жидкой фазы в облаке в начальный момент времени ( Q - для первичного облака и q - для вторичных облаков);

• общая масса (расход) облака ( Q - для первичного облака и q - для вторичных облаков);

• полная внутренняя энергия (удельный поток внутренней энергии) смеси вещества в облаке ( Е - для первичного облака и е - для вторичных облаков;

• геометрические характеристики облаков (радиус и высота для первичного облака, полуширина и высота для вторичных).

Кроме того, необходимы данные об окружающей среде и физические характеристики воздуха и ОВ.

Перечисленные исходные данные получаются в результате решения уравнений (101)-(104), (107)-(113) для первичного облака или (118)-(121), (124)-(131) для вторичных облаков. В результате определения состояния смеси ОВ и воздуха в облаке получаются:

• плотность смеси ( - для первичного облака или - для вторичных облаков);

• температура смеси ( Т - для первичного облака или Т - для вторичных облаков);

• масса (расход) ОВ в жидкой фазе ( Q - для первичного облака или q - для вторичных облаков);

• изменение геометрического размера облака - эффективная высота ( Н - для первичного облака или Н - для вторичных облаков).

Далее приводятся формулы для расчета состояния смеси в первичном облаке, для вторичных облаков все приведенные ниже формулы справедливы при замене соответствующих переменных, описывающих состояние в первичном облаке, на переменные, описывающие состояния во вторичных облаках, а именно: Q на q , Q на q , Q на q , Q на q , Т на T , на , V на V , на .

Состояние в облаке определяется из условия совпадения энергии системы и ее плотности, распределенной в объеме, с энергией облака и массой облака при давлении Р =101,325 кПа.

В случае наличия в начальный момент времени перегретой жидкой фазы (Q >0) и Т >Т сначала определяется количество жидкой фазы ОВ в облаке:

. (145)

Если величина Q >0, то это означает, что в облаке находится капельная взвесь массой Q , тогда температура в облаке Т полагается равной Т .

Плотность (удельный объем) в облаке определяется по соотношениям:

,                                         (146)

,                                               (147)

.                                                               (148)

Если величина 0, то это означает, что в облаке находится только газовая смесь и массу капельной взвеси Q рекомендуется полагать равной 0.

Температура в облаке в этом случае, а также в случае изначального отсутствия жидкой фазы в облаке, определяется из соотношения:

.          (149)

плотность (удельный объем) в облаке определяется по соотношениям:

,                                               (150)

,                                                            (151)

.                                                               (152)

В случае наличия в начальный момент времени перегретой жидкой фазы (Q >0) и Т <Т количество жидкой фазы в облаке предполагается постоянным и равным Q .

Температура в облаке в этом случае определяется из соотношения:

.                      (153)

После определения состояния в облаке производится определение геометрических размеров, изменение которых произошло за счет испарения жидкой фазы, а также за счет нагрева (охлаждения) газовой фазы при смешении с воздухом.

Примеры расчетов последствий аварий с выбросом ОВ при рассматриваемых выше условиях приведены в приложении N 9 к настоящему Руководству.

Приложение N 9
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Примеры расчетов последствий выбросов опасных веществ

Расчеты проводятся в соответствии со схемой, приведенной в приложении N 10 к настоящему Руководству.

Пример 1. В опорожненном шаровом резервуаре вместимостью 2000 м находится хлорметан в газовой фазе при температуре окружающей среды (18°С) и давлении 1 атм. Резервуар расположен на товарно-сырьевой базе в равнинной местности, характерный размер шероховатости 0,018 м. Происходит разрушение емкости и выбрасывается все опасное вещество. Метеоусловия: скорость ветра на высоте 10 м - 3,2 м/с, безоблачная ночь.

Определить максимальные приземные концентрации хлорметана в атмосфере, размеры взрывопожароопасного облака смеси хлорметана с воздухом при его рассеянии до концентрации, соответствующей нижнему концентрационному пределу воспламенения и его половине, а также зависимость площади, покрываемой облаком, от времени.

Решение:

1. 1. При решении используем следующие характеристики хлорметана:

   • молярная масса - 51 г/моль;

   • показатель адиабаты - 1,25;

   • температура кипения жидкой фазы при давлении окружающей среды (101325 Па) - -24°С;

   • теплота испарения жидкой фазы - 3,87·10 Дж/кг;

   • теплоемкость жидкой фазы - Cp=1585 Дж/кг/К;

   • плотность жидкой фазы - 930 кг/м;

     НКПР - 8,1%.

2. 2. По условиям хранения и характеру разрушения определяем тип сценария аварийной ситуации - 1.

3. 3. По формулам (1) и (2) определяем количество хлорметана в первичном облаке Q=4272 кг.

4. 4. По формуле (6) с использованием формулы (2) определяем плотность ОВ в выбросе - 2,13 кг/м.

5. 5. Учитывая, что хлорметан находится в сферической емкости, начальный диаметр первичного облака полагается равным его высоте. Они соответственно равны 13,6 м.

6. 6. Характерный размер шероховатости принимается из исходных данных z=0,018 м.

7. 7. С использованием данных таблицы N 7-4 определяем класс устойчивости атмосферы - E.

8. 8. С использованием данных таблиц N 7-5 - 7-7 определяем коэффициенты, используемые при расчете дисперсии, скорости подмешивания воздуха в облако.

9. 9. Для определения концентрации хлорметана в атмосфере (по формулам (105)-(106)) численно решаем систему обыкновенных дифференциальных уравнений (формулы (107)-(115)) с использованием уравнений (101)-(104).

   Результаты расчета приведены на рисунке 9-1.

   

   Рисунок 9-1. Максимальная приземная концентрация на оси облака (по направлению ветра) при выбросе хлорметана (пример 1)

10. 10. С помощью соотношений (139)-(143) определяем размеры взрывопожароопасного облака смеси хлорметана с воздухом при его рассеянии (Рисунок 9-2).

    

    Рисунок 9-2. Сечение зоны, ограниченной НКПР и 0,5 НКПР плоскостью, z=0 (в направлении по ветру) при выбросе хлорметана (пример 1)

11. 11. Так как высота облака в пределах зоны, где рассматривается рассеяние (1000 м), не превосходит 20 м, то согласно пункту 23 настоящего Руководства, повторный расчет не требуется.

12. 12. Для определения площади облака воспользуемся соотношением . Зависимость площади, покрываемой облаком, от времени приведена на рисунке 9-3.

    

    Рисунок 9-3. Изменение площади облака в зависимости от времени при выбросе хлорметана (пример 1)

    Пример 2. Технологический трубопровод Ду200 с хлорцианом в газовой фазе расположен на эстакаде высотой 50 см. Трубопровод расположен на территории промышленной площадки в равнинной местности, характерный размер шероховатости 0,018 м. На входе трубопровода стоит компрессор, расход которого составляет 10,3 кг/с. Давление в трубопроводе 1,3 атм. Трубопровод не теплоизолирован. Ночью в нижней образующей трубопровода в результате разгерметизации возникает отверстие диаметром 10 см. Время ликвидации утечки составляет 400 сек. Метеоусловия: скорость ветра на высоте 10 м - 2,1 м/с, температура воздуха - 30°С, облачность - 50%. Профиль ветра аппроксимируется степенной зависимостью с показателем - 0,22.

    Определить концентрации хлорциана в атмосфере, а также распределение токсодозы в зоне химического заражения, где возможно смертельное поражение незащищенных людей на открытой местности.

    Решение:

    1. 1. По условиям хранения и характеру разрушения определяем тип сценария аварийной ситуации - 2.

    2. 2. С учетом комментария к формуле (14) определяем расход выброса q=10,3 кг/с.

    3. 3. Определяем плотность ОВ в выбросе по формуле (18) 2,65 кг/м.

    4. 4. По формуле (16) определяем длительность выброса t=400 с.

    5. 5. Поскольку выброс осуществляется с высоты 0,5 м и плотность выброса больше плотности воздуха, высота вторичного облака в начальном сечении была принята Н2ги=0,5 м. Тогда по формуле (20) рассчитывается ширина сечения вторичного облака (шлейфа) в начальный момент времени (на месте выброса) - В=4,6 м.

    6. 6. С использованием данных таблицы N 7-4 определяем класс устойчивости атмосферы - E.

    7. 7. С использованием данных таблиц N 7-5 - 7-7 определяем коэффициенты, используемые при расчете дисперсии, скорости подмешивания воздуха в облако.

    8. 8. Для определения концентрации хлорциана в атмосфере (122)-(123) численно решаем систему обыкновенных дифференциальных уравнений (124)-(132) с использованием уравнений (118)-(121) для стадии истечения газа в отсутствии пролива.

    9. 9. По формулам (136)-(137) рассчитываем поле концентрации при выбросе газообразного хлорциана из трубопровода. Соответствующие значения концентрации на оси выброса приведены на рисунке 9-4.

    

    Рисунок 9-4 . Максимальная концентрация на оси облака (в направлении по ветру) при выбросе хлорциана (пример 2)

    10. В соответствии с пунктом 40 настоящего Руководства и по значению смертельной токсодозы для хлорциана 11 мг·мин/л определяем размеры зоны смертельного поражения (рисунки 9-5, 9-6). Протяженность зоны смертельного поражения составляет - 905 м. Максимальная высота - 4,45 м на расстоянии 382 м. Максимальная ширина 407 м на расстоянии 566 м.

    11. В соответствии с пунктом 40 настоящего Руководства и по значению пороговой токсодозы для хлорциана 0,75 мг·мин/л определяем размеры зоны порогового воздействия (рисунки 9-5, 9-6). Протяженность зоны порогового воздействия - 4077 м. Максимальная высота - 22,3 м на расстоянии 1677 м. Максимальная ширина - 874 м на расстоянии 1844 м.

    

    Рисунок 9-5. Размеры зоны смертельного поражения в плоскости y=0 (вертикальное сечение через ось выброса) при выбросе хлорциана (пример 2)

    

    Рисунок 9-6. Размеры зоны смертельного поражения на поверхности земли при выбросе хлорциана (пример 2)

    Пример 3. На объекте хранения ОВ, расположенном в пределах небольшого города, имеется емкость объемом 100 м. Она на 50% заполнена сжиженным аммиаком под давлением. Аммиак в емкости имеет температуру окружающей среды - 30°С. Емкость стоит на бетонной поверхности.

    Оценить, полагая наихудшие условия рассеяния, последствия аварии в случае мгновенного разрушения емкости. При оценке токсического поражения использовать время экспозиции - 30 мин.

    Решение:

    1. 1. По условиям хранения и характеру разрушения определяем тип сценария аварийной ситуации - 3. Согласно пункту 22 настоящего Руководства в качестве наихудших условий рассеяния принимается скорость ветра на высоте 10 м - 1,0 м/с, устойчивость атмосферы - класс F. Выбираем тип подстилающей поверхности, над которой происходит рассеяние, - центр малых городов, с характерным размером шероховатости 0,55 м.

    2. 2. Время экспозиции принимаем равным - 30 мин.

    3. 3. По формуле (24) определяем массу газовой фазы в емкости - 393,16 кг.

    4. 4. По объему емкости (100 м), степени заполнения (50%) и плотности жидкой фазы аммиака 681 кг/м определяем массу жидкой фазы в емкости - 34050 кг.

    5. 5. По формуле (25) определяем массу аммиака, поступающую в первичное облако в виде газа, образовавшегося при вскипании перегретой жидкой фазы - 6577,65 кг.

    6. 6. По формуле (26) определяем массу аммиака, поступающую в первичное облако в виде аэрозоля, образовавшегося при вскипании перегретой жидкой фазы - 6577,65 кг. Согласно (27) это же количество жидкого аммиака задаем в первичном облаке в начале рассеяния.

    7. 7. По формуле (29) определяем площадь пролива - 613,65 м. Эту же величину согласно правилу, приведенному после формулы (29) принимаем в качестве площади контакта жидкой фазы с подстилающей поверхностью.

    8. 8. По формуле (31) давление насыщенных паров при температуре окружающего воздуха - 8718 мм рт.ст.

    9. 9. По формуле (30) определяем время интенсивного кипения, в течение которого ОВ поступает в первичное облако из пролива - 13 с.

    10. 10. По формуле (28) определяем массу газа, поступившего в первичное облако от пролива при его кипении - 183,73 кг.

    11. 11. По формуле (23) определяем массу аммиака в первичном облаке - 13732,2 кг.

    12. 12. Согласно формуле (35) задаем равными 0 кг/с общие расходы аммиака и начальный расход жидкой фазы аммиака в следующих вторичных облаках:

        • в облаке, образующемся при истечении жидкой фазы;

        • в облаке, образующемся при истечении жидкой фазы после отсечения аварийного участка;

        • в облаке, образующемся при истечении газовой фазы при наличии пролива;

        • в облаке, образующемся при истечении газовой фазы в отсутствие пролива;

        • в облаке, образующемся при испарении из оборудования.

        Согласно формуле (37) также полагаем равным 0 секунд длительности выброса аммиака в соответствующих вторичных облаках.

        Согласно формулам (40), (44) и (45) также полагаем равным нулю начальные плотности аммиака в этих же вторичных облаках, их полуширину и высоту.

    13. 13. По формуле (39) определяем плотность аммиака в газовой фазе (при давлении 101325 Па (1 атм) и температуре кипения -33,6°C) - 0,865 кг/м. Эта же величина полагается равной начальной плотности во вторичном облаке, образующемся при испарении с пролива. Начальную температуру в первичном и вторичном облаках определяем как температуру кипения 240 К.

    14. 14. По формуле (38) определяем начальную плотность первичного облака - 1,76 кг/м.

    15. 15. По формуле (41) определяем начальный радиус и высоту первичного облака, они равны 13,55 м.

    16. 16. По формуле (42) определяем полуширину вторичного облака, образующегося на стадии испарения аммиака из пролива в отсутствие газообразного выброса - 12,39 м.

    17. 17. По формуле (43) определяем высоту, она равна 1,19 м.

    18. 18. По формуле (34) определяем скорость испарения с поверхности пролива и расход аммиака во вторичном облаке, образующемся на стадии испарения из пролива, она равна 4,52 кг/с. При расчете испарения использовалась начальная эффективная скорость вторичного облака, образующегося на стадии испарения из пролива, которая равна 0,18 м/с. Согласно формуле (35) расход аммиака в жидкой фазе во вторичном облаке, образующемся на стадии испарения ОВ из пролива, полагается равным нулю.

    19. 19. По формуле (36) определяем время испарения пролива - 4580 с.

    20. 20. Характерный размер шероховатости, согласно пункту 24 настоящего Руководства, определяем по таблице N 7-3 - 0,55 м - центры малых городов.

    21. 21. Согласно пункту 23 настоящего Руководства определяем показатель степени в степенной зависимости скорости ветра от высоты - 0.655. С помощью этого показателя будет аппроксимироваться скорость в атмосферном слое 20 м над поверхностью земли.

    22. 22. По формуле (94) с использованием таблицы N 7-6 определяем масштаб Монина-Обухова - 23,49 м.

    23. 23. По формуле (95) определяем динамическую скорость - 0,07 м/с.

    24. 24. С использованием таблицы N 7-7 определяем коэффициент для расчета рассеяния.

    25. 25. Для определения концентраций аммиака в атмосфере при распространении первичного облака по формулам (105)-(106) численно решаем систему обыкновенных дифференциальных уравнений (107)-(115) с использованием уравнений (101)-(104).

    26. 26. На стадии испарения из пролива плотность аммиака в образующемся вторичном облаке 0,87 кг/м, что меньше плотности окружающего воздуха (1,16 кг/м), поэтому для расчета концентраций во вторичном облаке используем соотношения из методики "ТОКСИ-2".

    27. 27. Согласно пункту 40 настоящего Руководства сравнением с пороговыми и смертельными токсодозами для аммиака определяем расстояние, в пределах которого будет наблюдаться соответствующее поражение.

    На поверхности земли протяженность зоны смертельного поражения составляет 212 м в направлении ветра и 160 м в направлении против ветра. Ширина зоны смертельного поражения составляет 393 м на 40 м от места выброса.

    На поверхности земли протяженность зоны порогового воздействия составляет 863 м в направлении ветра и 385 м в направлении против ветра. Ширина зоны смертельного поражения составляет 1186 м на 360 м от места выброса.

    Результаты расчета зон смертельного поражения и порогового воздействия приведены на рисунках 9-7, 9-8. На рисунке 9-7 показаны границы этих зон на поверхности земли, а на рисунке 9-8 в вертикальной плоскости, проходящей через ось выброса. Положению места выброса на этих рисунках соответствуют пространственные координаты (0,0,0).

    

    Рисунок 9-7. Зоны смертельного поражения и порогового воздействия на поверхности земли при выбросе аммиака (пример 3)

    

    Рисунок 9-8. Зоны смертельного поражения и порогового воздействия в вертикальной плоскости, проходящей через ось выброса, при выбросе аммиака (пример 3)

    Пример 4. Происходит частичное разрушение трубопровода идущего от емкости с жидким пропаном. Трубопровод содержит жидкую фазу. В результате происходит выброс пропана.

    Емкость содержит 4 тонны жидкого пропана. Трубопровод диаметром 5 см идет от нижней части емкости. Высота уровня жидкой фазы над трубопроводом 0,5 м. Давление в емкости 9,2 атм, температура - 18,5°С.

    Аварийное отверстие (разгерметизация) в трубопроводе имеет эффективный диаметр 2 см (площадь 3,14 см). Место разрушение трубопровода находится на расстоянии 41 метр от емкости. Предполагается, что через 60 секунд после разрушение происходит отсечение аварийного участка.

    Выброс происходит на песчаную почву, рассеяние происходит над ровным полем с травой высотой до 15 см. Температура воздуха и почвы 20,5°С. Скорость ветра на высоте 10 м - 6 м/с. Класс устойчивости атмосферы - D.

    Оценить размеры пожаровзрывоопасной зоны, возникающей в результате такой аварии.

    Решение:

    При решении используем характеристики пропана приведенные в таблице N 7-1.

    Выбираем тип подстилающей поверхности, над которой происходит рассеяние "трава до 15 см", с характерным размером шероховатости 0,01 м.

    При расчете кипения пролива при выпадении жидкости на подстилающую поверхность согласно исходным данным в качестве поверхности пролива берется песок со свойствами, приведенными в таблице N 7-8.

    1. По условиям хранения и характеру разрушения определяем тип сценария аварийной ситуации - 4.

    2. По формуле (39) определяем плотность газовой фазы пропана при 1 атм и температуре кипения - 2,29 кг/м.

    3. В качестве вспомогательной величины определяем плотность газовой фазы пропана в оборудовании - 14,16 кг/м.

    4. По вспомогательной формуле (46) определяем давление насыщенных паров пропана при существующей температуре в оборудовании - 774463 Па.

    5. По вспомогательной формуле (46) определяем плотность насыщенных паров пропана при существующей температуре в оборудовании - 14,06 кг/м.

    6. В качестве вспомогательной величины определяем плотность газовой фазы при температуре кипения и давлении насыщенного пара, соответствующем температуре жидкости в оборудовании - 17,76 кг/м.

    7. По формуле (48) определяем общий (жидкости и газа) расход в выбросе из разрушенного оборудования (до отсечения аварийного участка) - 4,97 кг/с.

    8. По формуле (49) определяем общий (жидкости и газа) расход в выбросе из разрушенного оборудования (после отсечения аварийного участка) - 4,95 кг/с.

    9. По формуле (31) определяем давление насыщенных паров пропана при температуре окружающего воздуха 6125 мм .рт.ст.

    10. По формуле (58) определяем расход газа, образовавшегося при вскипании перегретой жидкости, в выбросе из разрушенного оборудования (до отсечения аварийного участка) - 1,52 кг/с.

    11. По формуле (58) определяем расход жидкости (в виде аэрозоля, образовавшегося при вскипании перегретой жидкости) в выбросе из разрушенного оборудования (до отсечения аварийного участка) - 1,52 кг/с. Эту же величину полагаем равной расходу пропана в жидкой фазе (в виде аэрозоля) в начальном сечении вторичного облака, образующегося на стадии истечения жидкой фазы (до отсечения аварийного участка).

    12. С помощью формулы (53) выполняем предварительный расчет времени выравнивания скоростей кипения и испарения за счет тепломассобмена с воздухом - 1,8 с.

13. 13. По формуле (61) определяем расход пропана в газовой фазе, образовавшейся при вскипании перегретой жидкости, в выбросе из разрушенного оборудования (после отсечения аварийного участка) - 1,51 кг/с.

14. 14. По формуле (62) определяем расход жидкого пропана (в виде аэрозоля, образовавшегося при вскипании перегретой жидкости) в выбросе из разрушенного оборудования (после отсечения аварийного участка) - 1,51 кг/с. Эту же величину полагаем равной расходу пропана в жидкой фазе (в виде аэрозоля) в начальном сечении вторичного облака, образующегося на стадии истечения жидкой фазы (после отсечения аварийного участка).

15. 15. Определяем время испарения из пролива всего выброшенного пропана, в том числе после отсечения аварийного участка - 651 с.

16. 16. По формуле (55) проводим предварительный расчет времени формирования первичного облака на стадии истечения жидкости из разрушенного оборудования до отсечения аварийного участка - 1,8 с.

17. 17. По формуле (56) делаем предварительный расчет времени формирования первичного облака на стадии истечения жидкости из разрушенного оборудования после отсечения аварийного участка - 0 с.

18. 18. По формуле (54) определяем площадь пролива пропана на стадии формирования первичного облака - 0,14 м. После формулы (56) приравниваем эту величину к площади контакта пролива с подстилающей поверхностью на стадии формирования первичного облака.

19. 19. С помощью формулы (53) окончательно определяем время формирования первичного облака - 0,12 с. Согласно расчету по формуле (55) первичное облако формируется на стадии истечения жидкости из разрушенного оборудования до отсечения аварийного участка. Время формирования первичного облака на стадии истечения жидкости из разрушенного оборудования после отсечения аварийного участка согласно формуле (56) равно 0 с.

20. 20. По формуле (69) определяем длительность стадии истечения жидкости из разрушенного оборудования до отсечения аварийного участка - 59,88 с.

21. 21. По формуле (69) определяем длительность стадии истечения жидкости из разрушенного оборудования после отсечения аварийного участка - 8,27 с.

22. 22. По формуле (50) определяем массу пропана в первичном облаке - 0,38 кг. Согласно формуле (51) в начальный момент времени в первичном облаке находится 0,19 кг жидкого пропана. По формуле (79) рассчитываем начальную плотность первичного облака 4,56 кг/м. По формуле (84) определяем радиус и высоту первичного облака - 0,3 м. Начальная температура в первичном облаке составляет 231 К.

23. 23. По формуле (72) определяем площадь пролива пропана - 5,17 м.

24. 24. По формуле (85), первый вариант, определяем полуширину вторичного облака, образующегося на стадии истечении пропана в жидкой фазе (до отсечения аварийного участка) - 1,13698 м. По формуле (88) определяем высоту этого облака 0,13 м.

25. 25. По формуле (57) расход пропана во вторичном облаке, образующемся на стадии истечении жидкой фазы (до отсечения аварийного участка) составляет 3,14 кг/с. Начальный расход пропана в газовой фазе в этом вторичном облаке составляет 1,62 кг/с. Начальная скорость перемещения этого облака составляет - 2,37 м/с. По формуле (80) рассчитываем начальная плотность среды в этом облаке - 4,44 кг/м. Начальная температура во вторичном облаке составляет 231 К.

26. 26. По формуле (86), первый вариант, определяем полуширину вторичного облака, образующегося на стадии истечении пропана в жидкой фазе (после отсечения аварийного участка) - 1,14 м. По формуле (89) определяем высоту этого облака 0,13 м.

27. 27. По формуле (57) расход пропана во вторичном облаке, образующемся на стадии истечении жидкой фазы (после отсечения аварийного участка) составляет 3,13 кг/с. Начальный расход пропана в газовой фазе в этом вторичном облаке составляет 1,62 кг/с. Начальная скорость перемещения этого облака составляет - 2,37 м/с. По формуле (81) рассчитываем начальная плотность среды в этом облаке - 4,44 кг/м. Начальная температура во вторичном облаке составляет 231 К.

28. 28. По формулам (73), (75) и (78) получаем, что длительности таких этапов как истечения из разрушенного оборудование газа при наличии пролива, истечение газа в отсутствие пролива и испарение из емкости равны нулю, то есть эти стадии в рассматриваемой аварийной ситуации отсутствуют.

29. 29. По формуле (87) определяем полуширину вторичного облака, образующегося на стадии испарения пропана из пролива в отсутствие выброса из оборудования - 1,14 м. По формуле (91) определяем высоту этого вторичного облака - 0,01 м. Средняя начальная скорость перемещения этого облака составляет - 1,46 м/с. По формуле (66) определяем расход пропана в этом облаке - 0,08 кг/с. Согласно формуле (63) жидкая фаза в этом вторичном облаке отсутствует. Согласно формуле (83) начальная плотность этого облака составляет - 2,29 кг/м. Начальная температура во вторичном облаке составляет 231 К.

30. 30. По формуле (71) определяем время испарения пролива пропана после окончания истечения жидкой фазы - 1462 с.

31. 31. Характерный размер шероховатости, согласно пункту 21 настоящего Руководства, определяем по таблице N 7-1 приложения N 7 настоящего Руководства - 0,01 м.

32. 32. Согласно пункту 23 настоящего Руководства определяем показатель степени в степенной зависимости скорости ветра от высоты - 0,19. С помощью этого показателя будет аппроксимироваться скорость в атмосферном слое 20 м над поверхностью земли.

33. 33. По формуле (94) с использованием таблицы N 7-6 приложения N 7 настоящего Руководства определяем масштаб Монина-Обухова - бесконечно большая величина.

34. 34. По формуле (95) определяем динамическую скорость 0,35 м/с.

35. 35. С использованием таблицы N 7-7 приложения N 7 настоящего Руководства определяем необходимый коэффициент для расчета рассеяния.

36. 36. Для определения концентраций пропана в атмосфере при распространении первичного облака (105)-(106) численно решаем систему обыкновенных дифференциальных уравнений (107)-(115) с использованием уравнений (101)-(104).

37. 37. Согласно разделу VI настоящего Руководства определяем размеры зон со взрывоопасной концентрацией.

Результаты расчета зон с концентрацией ВКПР, НКПР и 0,5 НКПР представлены на рисунках 9-9, 9-10. На рисунке 9-9 показаны границы этих зон на поверхности земли, а на рисунке 9-10 в вертикальной плоскости, проходящей через ось выброса. Положению места выброса на этих рисунках соответствуют пространственные координаты (0,0,0).

Приложение N 10
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Блок-схема расчета последствий аварийного выброса опасных веществ

Приложение N 11
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Рекомендации по учету сложных многокомпонентных смесей

Руководство применимо для случаев выброса сложных многокомпонентных смесей различных ОВ, в том числе смесей углеводородов, при этом рекомендуется рассматривать один из двух вариантов:

Вариант 1

Используется "модельное" вещество, свойства которого корректно описывают соответствующие физические процессы, соответствуют имеющимся экспериментальным данным по испарению и кипению многокомпонентных смесей. При этом рекомендуется учитывать, что в случае многокомпонентных смесей состав жидкостной и газовой фаз может существенно различаться.

В качестве коэффициента (С/С) выбирается показатель адиабаты, соответствующий составу газовой фазы, либо находящейся изначально в оборудовании (сценарии 1, 2 раздела III настоящего Руководства), либо образующейся после испарения (кипения) перегретой жидкой фазы (сценарии 3, 4 раздела III настоящего Руководства).

В качестве плотности жидкости () выбирается плотность жидкой фазы, остающейся после вскипания жидкости, находящейся в оборудовании.

В качестве температуры кипения (Т) выбирается температура, соответствующая равновесному состоянию "пар-жидкость" при атмосферном давлении в случае изэнтропического расширения ОВ от условий его содержания в оборудовании.

В качестве теплоемкости жидкости (С) выбирается теплоемкость жидкой фазы, остающейся после вскипания жидкости, находящейся в оборудовании.

В качестве теплоты испарения () выбирается величина, обеспечивающая испарение наблюдаемого на практике количества перегретой жидкости для выбранных значений температуры кипения (Т) и теплоемкости жидкости (С).

В качестве молярной массы () выбирается величина, соответствующая составу газовой фазы либо находящейся изначально в оборудовании (сценарии 1, 2 раздела III настоящего Руководства), либо образующейся после испарения (кипения) перегретой жидкой фазы (сценарии 3, 4 раздела III настоящего Руководства).

В качестве теплоемкости газа (С) выбирается величина, соответствующая составу газовой фазы либо находящейся изначально в оборудовании (сценарии 1, 2 раздела III настоящего Руководства), либо образующейся после испарения (кипения) перегретой жидкой фазы (сценарии 3, 4 раздела III настоящего Руководства).

При определении свойств газовой фазы рекомендуется учитывать изменение , и С при изменении состава газовой фазы, которое происходит во времени при испарении с одной стороны образовавшегося пролива, а с другой стороны аэрозольных капель находящихся в дрейфующих облаках.

При определении свойств жидкости рекомендуется учитывать изменение , Т, С и при изменениях состава жидких фаз, которые происходят во времени при испарении с одной стороны в образовавшемся проливе, а с другой стороны в аэрозольных каплях, находящихся в дрейфующих облаках.

Вариант 2

Используются результаты решения различных термодинамических задач для расчета:

• фазового равновесия сложных многокомпонентных систем при заданной температуре для определения состава газовой и жидкостной фракций, давления насыщения;

• адиабатического расширения газов;

• адиабатического расширения вскипающей жидкости;

• скоростей истечения;

• интенсивности кипения пролива;

• параметров ОВ в облаке (приложение N 12 к настоящему Руководству).

При этом в обоих вариантах для сложных многокомпонентных смесей:

• скорость испарения из проливов и из капель (находящихся в дрейфующих облаках), состав и свойства образующейся газовой фазы определяется на основе эмпирических данных, либо расчетным путем с соответствующим обоснованием метода расчета (термодинамика, молекулярная динамика);

• концентрационные пределы распространения пламени (НКПР и ВКПР) и показатели токсичности (пороговая токсодоза PCt, смертельная токсодоза LCt, коэффициенты пробит-функции) определяются на основе эмпирических данных;

• стехиометрическая концентрация определяется на основе соответствующего состава газовой фазы.

Приложение N 12
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Рекомендации по применению термодинамических расчетов

При использовании Руководства рекомендуется применять также термодинамические расчеты, которые позволят для системы, находящей изначально при определенном давлении и температуре и состоящей в общем случае из множества различных веществ и фаз, а в простейшем случае из одного вещества, определить ее параметры:

• состав по веществам (компонентам);

• состав по фазам;

• полный набор термодинамических параметров (давление, температура, плотность, внутренняя энергия, энтропия, энтальпия, энергия Гиббса и т.д.);

• набор первых производных термодинамических параметров (например, скорость звука - это квадрат первой производной давления по плотности).

Термодинамические расчеты могут быть проведены корректно в случае, когда:

• известен начальный состав системы (либо молекулярный - набор и количество различных индивидуальных веществ, либо атомарный - брутто формула смеси различных веществ);

• известны два любых параметра смеси (например, давление и температура);

• задана степень равновесия (например, полное фазовое равновесие при отсутствии химических реакций).

При расчете всегда предполагается отсутствие химических реакций.

При проведении термодинамических расчетов (приложение N 11 к настоящему Руководству) решаются следующие термодинамические задачи:

• для расчета параметров фазового равновесия сложных многокомпонентных систем решается Т-P задача определения состояния при данном давлении и температуре, исходный состав полагается равным составу жидкой фазы в неразрушенном оборудовании;

• для расчетов адиабатического расширения газов решается S-P задача определения состояния при заданном значении давления и энтропии, при этом энтропия полагается равной энтропии в исходном состоянии (в неразрушенном оборудовании), а давление - равным атмосферному, исходный состав полагается равным составу газовой фазы в неразрушенном оборудовании;

• для расчета адиабатического расширения вскипающей жидкости решается S-P задача определения состояния при заданном значении давления и энтропии, при этом энтропия полагается равной энтропии в исходном состоянии, а давление - равным атмосферному, исходный состав полагается равный составу в неразрушенном оборудовании;

• для расчета скоростей истечения со звуковой скоростью решается S-P задача определения состояния, включая скорость звука, при заданном значении давления и энтропии, при этом энтропия полагается равной энтропии в исходном состоянии, а давление - равным атмосферному, исходный состав полагается равный составу в неразрушенном оборудовании;

• для расчета интенсивности кипения пролива решается задача H-P задача определения состояния системы при заданных значениях энтальпии (энергии) и давлении, при этом энергия полагается равной сумме исходной внутренней энергии и энергии подводимой от подстилающей поверхности, давление полагается равным атмосферному, исходный состав полагается равным составу жидкой фазы, проливающемуся на поверхность в начальный момент времени;

• для определения состояния в облаке решается H-P задача определения состояния системы при заданных значениях энтальпии (энергии) и давлении, при этом энергия (энтальпия) полагается равной сумме исходной внутренней энергии ОВ, распространяющегося в атмосфере, внутренней энергии (энтальпии) воздуха, смешивающегося с ОВ в ходе распространения с выбросом, а также энергии поступающей за счет теплообмена с подстилающей поверхностью.

ПРИЛОЖЕНИЕ N 13
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Рекомендации по учету подмешивания воздуха на начальном этапе выброса

При использовании Руководства допускается рассматривать также выбросы, в которых имеет место разбавление воздухом уже на начальном этапе распространения. Это разбавление происходит за счет турбулизации потоков вблизи границ раздела сред (ОВ - воздух). Такая турбулизация обусловлена существованием градиентов скорости и давления в высокоскоростных потоках, формирующихся на начальном этапе вблизи места выброса: струи газа и двухфазных сред, адиабатически расширяющихся объемов.

Учет разбавления производится через задание величины Q - массы воздуха в первичных облаках в начале рассеяния, и q - расходы воздуха во вторичных облаках в начале рассеяния. Эти величины определяются путем умножения соответствующих массы (расходов) ОВ в первичных (Q ) или вторичных (q ) облаках на коэффициенты для первичных облаков или для вторичных: ; .

За счет динамических и (или) гравитационных эффектов при истечении ОВ в атмосферу может произойти смещение в пространстве положения первичного или вторичного облака по отношению к месту разгерметизации оборудования, то есть вместо начального положения облака с координатами (0,0,Н/2) принимаются координаты (, , ).

Величины коэффициентов и , а также параметры смещения облака , и обосновываются и определяются по расчетам начальных этапов распространения выбросов. Эти расчеты и обоснования могут быть сделаны:

• на основе расчета по интегральным моделям теории турбулентных струй;

• на основе расчета методами прямого численного моделирования (методы вычислительной газодинамики).

Зная величины Q и q с использованием приложения N 8 к настоящему Руководству, определяются параметры облака, разбавленного воздухом, непосредственно в начале рассеяния, а именно:

• плотность смеси после подмешивания воздуха ( - для первичного облака или - для вторичных облаков);

• температура смеси после подмешивания воздуха ( Т - для первичного облака или Т - для вторичных облаков);

• масса ОВ в жидкой фазе после подмешивания воздуха ( Q - для первичного облака или q - для вторичных облаков).

При расчете вместо используемых в формулах (145)-(153) величин Q для первичных облаков и q - для вторичных облаков рекомендуется использовать рассчитанные вышеуказанным образом величины Q +Q для первичных и q +q для вторичных облаков.

Эти же величины массы первичных (Q +Q ) и расходов вторичных (q +q ) облаков с учетом подмешенного на начальном этапе воздуха рекомендуется использовать и для расчета начальных размеров облаков в формулах (8), (20), (39), (41), (82), (83), (84), (86), (87), (88), (89), (90) и (91) заменяя ими соответствующие величины массы без учета подмешивания воздуха.

Также для расчета начальных размеров облаков в (8), (20), (39), (41), (82), (83), (84), (86), (87), (88), (89), (90) и (91) рекомендуется вместо плотностей чистых ОВ (без подмешивания воздуха) использовать плотности (для первичного облака) и (для вторичных облаков), рассчитанные как указано в приложении N 8 к настоящему Руководству с учетом подмешенного на начальном этапе воздуха.

Расчеты процессов распространения выбросов без подмешенного на начальном этапе воздуха или с ним идентичны. Они выполняются в порядке, рекомендованном в настоящем Руководстве, при этом при учете подмешивания воздуха для вторичных облаков рекомендуется учитывать в размере зон поражения расстояние, на которое смещается в потоке ветра облако-шлейф на начальном этапе подмешивания.

Приложение N 14
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Рекомендации по учету температурной зависимости свойств опасного вещества

При использовании Руководства рекомендуется также учитывать зависимость свойств ОВ от температуры, в том числе для многокомпонентных систем, при этом рекомендуется рассматривать один из двух вариантов:

Вариант 1

Использовать термодинамические расчеты согласно приложениям N 11 и 12 к настоящему Руководству. При этом в термодинамических расчетах рекомендуется учитывать температурную зависимость свойств ОВ от температуры.

Вариант 2

Использовать в качестве теплоемкостей, показателей адиабат и теплот испарения осредненные значения для соответствующих температурных зависимостей. Плотность же жидкой фазы в этом случае рекомендуется брать с учетом температуры, при которой она находится.

Приложение N 15
к Руководству по безопасности
"Методика моделирования распространения
аварийных выбросов опасных веществ",
утвержденному приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 20 апреля 2015 г. N 158

     
Рекомендации по учету изменения плотности при распространении выброса

При использовании Руководства рекомендуется также учитывать изменение плотности выброса, когда при определенных условиях распространения выброс перестает быть "тяжелым" газом и плотность облака станет меньше плотности воздуха.

В таком случае для завершения расчета допускается проводить расчеты по данному Руководству, но при этом:

формулы (109) и (126), описывающие гравитационное растекание, не используются,

величина r (или соответственно b ) фиксируются и перестают изменяться;

величины эффективного радиуса (R ) (или, соответственно, полуширины (В ) рассчитываются по формулам (99) и (118).

Если на стадии рассеяния происходит повторное изменение плотности - выброс снова становится "тяжелым" газом, то процедура расчета возвращается к стандартной процедуре расчета распространения "тяжелого" газа, описанной в данном Руководстве.

Данная процедура повторяется до завершения расчета.