CC BY
104
МОДЕЛИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ПРИ АВАРИЙНОМ ВЫБРОСЕ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
А.Д. Булва, начальник кафедры, А.А. Соколова, курсант, Университет гражданской защиты МЧС Республики Беларусь,
г. Минск
В Республике Беларусь за последние 15 лет сделано достаточно много для уменьшения техногенного риска, обусловленного угрозой химических аварий. Так, если в 2004 году на территории страны было учтено 441 химически опасных объектов, то в январе 2016 год - 146. И если общее количество аварийных химически опасных веществ (далее - АХОВ) в 2004 году составляло 90 454 тонны, то в январе 2016 года - 27 096 тонн.
В ходе исследования вопросов обеспечения химической безопасности было установлено, что, несмотря на достигнутые успехи в этой области, имеется ряд нерешенных проблем, связанных, как с непосредственной идентификацией применяемых веществ на производстве в качестве АХОВ, так и с тем, каким образом осуществлять прогнозную оценку возможной обстановки относительно «не типичных» АХОВ.
Традиционной проблемой является вопрос относительно серной кислоты: следует ли ее учитывать, как АХОВ и если следует, то каким образом можно определить зону химического заражения.
Актуальность данного вопроса обусловлена следующими основными причинами:
- наличие значительных запасов серной кислоты на предприятиях Беларуси в технологическом процессе (только в г. Минске сосредоточено ее около 550 тонн);
- отсутствие методических рекомендаций по оценке зоны возможного химического заражения при аварийном выбросе серной кислоты, а, следовательно, и единых подходов со стороны специалистов в оценке ее опасных свойств и необходимости предусматривать защитные мероприятия, как для населения и персонала объектов, так и для сил, участвующих в ликвидации последствий чрезвычайной ситуации.
При возможном аварийном разрушении емкости хранения серной кислоты и практически мгновенном «обрушении» столба жидкости на подстилающую поверхность поддона, происходит ее разбрызгивание с образованием сравнительно грубодисперсного аэрозоля (мороси) с диаметрами частиц от нескольких миллиметров до 10 мкм. Максимальное число капель имеют диаметр 100-150 мкм [1]. Образовавшееся облако жидкого аэрозоля подхватывается воздушным потоком и, двигаясь вместе с ним, достаточно быстро рассеивается в результате оседания частиц на поверхность земли.
Размер зоны химического заражения, обусловленной распространением аэрозоля серной кислоты, определим, воспользовавшись допущениями:
- скорость седиментации обусловлена исключительно силой тяжести и лобовым сопротивлением движению капли воздушной среды атмосферы;
- после опускания каплей аэрозоля на землю они не участвуют в дальнейшем переносе воздушными массами;
- не учитываются процессы коагуляции, степень вертикальной устойчивости воздуха (принимаем самый неблагоприятный вариант), влажность и выпадение осадков, возможное переменное направление ветра, шероховатость местности, вихри и завихрения на пути распространения аэрозольного облака.
Глубину распространения облака грубодисперсного аэрозоля серной кислоты упрощенно можно описать функцией седиментации, средней высоты механического измельчения и скоростью ветра:
Г _ f {w(d\Hcp,v Ц(1)
где w(d) - функция скорости седиментации частиц аэрозоля от диаметра частиц при фиксированных значениях атмосферного давления (Po), температуры атмосферного воздуха (te) и скорости приземного ветра (ув);
te - температура воздуха, 0С;
Р0 - атмосферное давление воздуха, Па;
Нср - средняя высота механического измельчения (диспергирования) серной кислоты в результате «обрушения» столба жидкости на подстилающую поверхность.
Скорость седиментации частиц грубодисперсного аэрозоля серной кислоты определим в соответствии с формулой Стокса [2]:
w_р0t)•d2 • g (2) 18 •q
где po(te) - плотность капли серной кислоты при температуре воздуха te,
кг/м3;
d - диаметр капли, м;
П - коэффициент динамической вязкости воздуха, Па с.
На рисунке приведена зависимость глубины распространения дисперсного аэрозоля серной кислоты в зависимости от размеров частиц при скорости приземного ветра 1 м/с. В качестве аварийной ситуации принято мгновенное разрушение резервуара емкостью 100 м , полностью заполненного при атмосферном давлении, имеющего высоту столба жидкости 7,75 м.
Для расчета скорости седиментации приняты следующие исходные данные:
плотность капли серной кислоты - р0=1836,5 кг/м ;
2.
диаметр капли - й=10' +1,510' м; ускорение свободного падения - g=9,81 м/с коэффициент динамической вязкости воздуха - п= 1,8210' Пас.
Рис. Глубина распространения дисперсного аэрозоля серной кислоты при разрушении резервуара емкостью 100 м в зависимости от размеров частиц при скорости приземного ветра
1 м/с
В случае мгновенного разрушения емкости, содержащей серную кислоту, можно выделить две характерные зоны поражения человека.
Первая зона располагается в пределах пролива и на расстоянии, где оседают наиболее крупные частицы аэрозоля диаметром более 10-4 м (в показанном случае на рисунке 1 - расстояние 7 м от места пролива). Здесь основная опасность связана с капельно-жидким воздействием разбрызгиваемых капель серной кислоты. В этой зоне можно ожидать тяжелые химические ожоги кожных покровов и глаз с возможным смертельным исходом среди персонала.
Вторая зона формируется из частиц грубодисперсного аэрозоля (мороси) с диаметрами капель от 10-5 до 10-4 м (в показанном случае на рисунке - расстояние от 7 до 700 м от места пролива). По данным [1] частицы размером более 10 мкм задерживаются в верхних дыхательных путях, не достигая легких. В этой зоне определяющим будет ингаляционно-капельное поражение человека.
Список использованной литературы
1. Александров В.Н. Отравляющие вещества / В.Н. Александров, В.И. Емельянов. М.: Воениздат, 1990. - 271 с.
2. Количественная оценка риска химических аварий /Колодкин В.М., Мурин А.В., Петров А.К., Горский В.Г. /Под ред. Колодкина В.М. - Ижевск: Изд. дом «Удмуртский университет», 2001 - 228 с.
