Geum.ru

Приказ от 14 декабря 2007 г. N 859 об утверждении и введении в действие методических указаний по оценке последствий аварийных выбросов

Вид материалаДокументы

Содержание


Iv. расчет полей концентрации и токсодозы
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

│ │ │ │

│ │ │ С (Т - Т + |Т - Т |) │

│ │ │ г ж ж ж р 4 кип 4 кип │

│ │ │(Q + min {Q , (Q - Q )} (1 - ехр(- ----------------------------))) │

│ │ │ отс отс тр тр 2 ДЕЛЬТА Н │

│ │ │ тр Н кип │

│ │ │ ---------------------------------------------------------------------------- +│

│ │ │ ги │

│ │ { q │

│ │ │ 4 │

│ │ │ │

│ │ │ ж отс.выб г │

│ │ │+ t - t - t - t' - t' - t , │

│ │ │ отс 4 4 отс 4 │

│ │ │ │

│ { │ ж отс.выб г ги │

│ │ │при t - t - t - t' - t' - t <= t │

ги │ │ └ отс 4 4 отс 4 max │

t = min { │ } (72)

4 │ │ ж отс.выб г │

│ │ t > t + t + t' + t' + t │

│ │ отс 4 4 отс 4 │

│ │ │

│ │ С (Т - Т + |Т - Т |) │

│ │ г ж ж р 4 кип 4 кип │

│ │ (Q + (Q - Q ) (1 - ехр(- ----------------------------))) │

│ │ отс тр тр 2 ДЕЛЬТА Н │

│ │ Н кип г │

│ │ -------------------------------------------------------------- - t , │

│ │ ги 4 │

│ │ q │

│ │ 4 │

│ │ │

│ │ ж отс.выб г │

│ │ t <= t + t + t' + t' + t │

│ └ отс 4 4 отс 4 │

│ │

│ отс.выб ж г │

│ min sum (t , t', t' , t , t , t ), │

└ ликвид отс 4 4 4 ┘


ги г г

t = t - t , (73)

max max 4


ж ж

Q + Q

Н тр

ж Н

q (t + min {t', ---------})

выб 4 q

и выб

t = ---------------------------------- +

4 __ -6 и

F \/мю 10 (5,38 + 4,1u ) ро

0эфф4 н


ж

Q

отс.тр

отс отс.выб Н ж ж отс.выб отс.выб г у

q (t + min {t' , --------}) - Q - q t - q t - q t

выб 4 отс отс 4 4 4 4 4 4 4

q

выб

+ --------------------------------------------------------------------------------, (74)

__ -6 и

F \/мю 10 (5,38 + 4,1u ) ро

0эфф4 н


┌ ж ж ж ж ┐

│ (Q - Q + Q - Q ) │

│ тр тр Н │

│ Н │

│ ---------------------- х │

│ е │

│ q │

│ 4 │

е │ │

t = min { С (Т - Т + |Т - Т |) }, (75)

4 │ р 4 кип 4 кип г ги и │

│ х (1 - ехр(- ----------------------------)) - t - t - t , │

│ 2 ДЕЛЬТА Н 4 4 4 │

│ кип │

│ │

│ отс.выб ж г ги и │

│ min sum (t , t', t' , t , t , t , t , t ) │

└ ликвид отс 4 4 4 4 4 ┘


┌ Q

│ 4

│ро ----------, Т > Т или Т > Т

выб │ кип Q - q''t' 4 кип п кип

ро = { 4 4 (76)

4 │

│0, в остальных случаях,

└


┌ ж

│ q

│ 4

│ро ----------------------------------------, при Т > Т или Т > Т

│ кип __ -6 ж 4 кип п кип

ж │ q' + F \/мю х 10 (5,38 + 4,1u ) ро

ро = { 4 0эфф4 н (77)

4 │

│ Р

│ мю 0

│ -- --, в остальных случаях.

│ R Т

└ 4


┌ отс.выб

│ q

│ 4

│ро --------------------------------------------, при Т > Т или Т > Т

│ кип __ -6 отс.выб 4 кип п кип

отс.выб │ q' + F \/мю 10 (5,38 + 4,1u ) ро

ро = { 4отс 0эфф4 н (78)

4 │

│ Р

│ мю 0

│ -- --, в остальных случаях.

│ R Т

└ 4


1

Р -----

г ги 0 гамма

ро = ро = ро (--) , (79)

4 4 4 Р

4


Р

мю 0

где ро = -- --.

4 R Т

4

┌

│ро , при Т > Т или Т > Т

│ кип 4 кип п кип

и е │

ро = ро = { Р (80)

4 4 │ мю 0

│ -- --, в остальных случаях.

│ R Т

└ 4


При отсутствии данных о начальных размерах первичного облака

рекомендуется принимать его радиус равным его высоте:


______

/ Q

3 / 4

R = Н = \/--------. (81)

4 4 выб

пи ро

4


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


┌ _

│0,5 \/F, если q > q' + q''

│ выб 4 4

│

ж │ _________

В = { / ж (82)

4 │ / q

│ / 4

│\/------------, если q = q' + q'',

│ ж ж выб 4 4

│ 2 ро u

└ 4 0эфф4


┌─ _ отс

│ 0,5 \/F, если q > q' + q''

│ выб 4отс 4отс

│

отс.выб │ _________________

В = { / отс.выб (83)

4 │ / q

│ / 4 отс

│ \/--------------------, если q = q' + q'' ,

│ отс.выб отс.выб выб 4отс 4отс

│ 2 ро u

└ 0эфф4


г и _

В = В = 0,5 \/F, (84)

4 4


ж ж ж ж ж

Н = q / (2u В ро ), (85)

4 4 0эфф4 4 4


отс.выб отс.выб отс.выб отс.выб отс.выб

Н = q / (2u В ро ), (86)

4 4 0эфф4 4 4


г г г г г

Н = q / (2u В ро ), (87)

4 4 0эфф4 4 4


и и и и и

Н = q / (2u В ро ). (88)

4 4 0эфф4 4 4


При отсутствии данных о начальных размерах вторичных облаков, формирующихся в отсутствие пролива, рекомендуется для прямоугольного сечения вторичного облака принимать его ширину равной его высоте.


___________

/ ги

/ q

ги ги / 4

Н = В = \/-------------, (89)

4 4 ги ги

2 ро u

4 0эфф4


_________

/ е

/ q

е е / 4

Н = В = \/------------. (90)

4 4 е е

2 ро u

4 0эфф4


IV. РАСЧЕТ ПОЛЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ И ТОКСОДОЗЫ


25. Для условий, в которых происходит выброс, определяются характерный

размер шероховатости поверхности z , класс устойчивости атмосферы,

пов

характеристика профиля ветра альфа , масштаб Монина-Обухова L ,

в МО

верх

динамическая скорость u , скорость подмешивания воздуха u и коэффициент

* подм

дисперсии в поперечном направлении сигма .

y

26. Для условий, в которых происходит выброс, определяется характерный

размер шероховатости z . Если характерный размер шероховатости не может

пов

быть задан исходя из реальных метеорологических условий с приведением

соответствующих обоснований, то он задается согласно данным, приведенным в

Приложении N 7 (таблица 7.3).

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

27. Для условий, в которых происходит выброс, определяется класс устойчивости атмосферы. Если класс устойчивости не может быть задан исходя из реальных метеорологических условий с приведением соответствующих обоснований, то класс устойчивости задается с использованием данных, приведенных в Приложении N 7 (таблица 7.4), в зависимости от скорости ветра и интенсивности теплового потока у поверхности (инсоляция и облачность).

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

28. Для характерного размера шероховатости z , класса устойчивости и

пов

скорости ветра u на высоте z определяется коэффициент альфа в

10 10 в

соответствии с данными, приведенными в Приложении N 7 (таблица 7.5) <1>.

--------------------------------

<1> При наличии достоверных исходных данных о характере изменения

скорости ветра с высотой допускается задание иной величины альфа с

в

приведением соответствующих обоснований.


При проведении расчетов первоначально следует выбирать альфа для

в

высоты до 20 м (первое значение см. Приложение N 7 (таблица 7.5)).

Если в результате расчета окажется, что вертикальный размер облака с

требуемыми характеристиками больше 20 м, то следует провести новый расчет с

измененным альфа для высоты до или свыше 50 м в зависимости от

в

рассчитанного вертикального размера облака.

29. Для характерного размера шероховатости z и выбранного класса

пов

устойчивости определяется масштаб Монина-Обухова L . L = беск. для

МО МО

нейтральной устойчивости атмосферы (класс D). Для остальных условий

устойчивости атмосферы масштаб Монина-Обухова определяется по формуле (91)

с использованием данных, приведенных в Приложении N 7 (таблица 7.6).


р

L = k х z . (91)

МО L пов


30. Определяется динамическая скорость:


k х u

10

u = ------------------------------, (92)

* (ln((z + z ) / z ) - фи)

10 пов пов


где фи - задается исходя из класса устойчивости атмосферы согласно

(93):


┌ 2 пи

│2 х ln((1 + а) / 2) + ln((1 + а ) / 2) - 2 х arctg(а) + --;

│ 2

фи = {для классов устойчивости А, В, С (93)

│0; для класса устойчивости D

│-6,9 х z / L ; для классов устойчивости Е, F,

└ 10 МО

1

-

4

где а = (1 - 22 х z / L ) .

10 МО


31. Скорость подмешивания воздуха в облако через верхнюю границу

определяется в зависимости от характеристик облака (эффективной плотности

ро , эффективной высоты Н , эффективной температуры Т и

эфф эфф эфф

эффективной теплоемкости облака С <1> по следующей формуле:

эфф


k х u

верх t

u = --------, (94)

подм ФИ (Ri )

*


┌ 1/2

│(1 + 0,8 х R ) , Ri > 0

│ * *

│ -1/2

ФИ (Ri ) = {(1 - 0,6 х Ri ) (95)

* │ *

│ -----------------, Ri <= 0

│ (1 + альфа ) *

└ в


(ро - ро ) Н

эфф возд эфф

Ri = g х ---------------- х ----, (96)

* ро 2

возд u

t


1/3

______________ ┌ g х |Е | х Н ┐

/ 2 2 │ пов эфф │

где u = \/ u + (b х w ) , b = 0,2, w = │------------------- │ ,

t * * * │ро х Т х С │

└ эфф эфф эфф ┘


Е - удельный тепловой поток (от поверхности земли в облако),

пов

описываемый ниже ((111) - (114) или (129) - (132)).


--------------------------------

<1> В следующих далее формулах используются переменные ро ,

эфф

Н , Т , Е и С , для первичного облака эти переменные равны

эфф эфф пов эфф

l

ро , Н , Т , Е и С , а для вторичных облаков - ро ,

эффi эффi эффi повi эффi эффi

l l l l

Н , Т , Е и С .

эффi эффi повi эффi


32. Коэффициент дисперсии в поперечном направлении сигма определяется

y

по следующей формуле (97) с помощью данных, приведенных в Приложении N 7

(таблица 7.7).


-1/2

сигма (х) = дельта х (1 + гамма х) , (97)

y y


-1

где гамма = 0,0001 м , дельта = дельта х (t / 600).

y 600 альфа ню


33. Для каждой из стадий выброса по сценарию i-му определяются поля концентрации опасного вещества и максимальная концентрация опасного вещества на оси х.

Для первичного облака концентрация опасного вещества и размеры облаков при их рассеянии вычисляются по формулам (98) - (114).

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


с , S , S , r , Е , х , Q , ро (или V ) и Т .

цi zi yi i эффi цi жi эффi эффi эффi


Они дополняются еще четырьмя, которые рассчитываются на основе

введенных выше переменных <1>: R , Н , u , Q :

эффi эффi эффi суммi


__

R = r + 0,5 х \/пи х S , (98)

эффi i yi


1 1

Н = ---- х Г (----) х S , (99)

эффi бета бета zi


Г [1 + альфа ) / бета] S альфа

в zi *

u = ---------------------- х u х (---) , (100)

эффi Г [1 / бета] 10 z

10


2

Q = пи х R х Н / V . (101)

суммi эффi эффi эффi


--------------------------------

<1> В случае, если величина Н меньше 0,5 м, то в формуле (100) для

эффi

расчета u используется величина S , полученная по формуле (99) в

эффi zi

предположении, что Н = 0,5 м.

эффi


Схема первичного облака изображена на рисунке 3.1.

35. Распределение концентрации опасного вещества в облаке описывается зависимостями:


0 z бета 2 2 2

с = (х, y, z, t) = с х ехр[-[---] ], при (х - х ) + y < r , (102)

i цi S цi i

zi


2 2 2

(х - х ) + y - r

0 z бета цi i

с = (х, y, z, t) = с х ехр[-[---] ] х ехр[- --------------------], (103)

i цi S 2

zi [S ]

yi


2 2 2

при (х - х ) + y >= r .

цi i


36. Для определения пространственного распределения концентрации, профиль которой задан в п. 35, с помощью вышеперечисленных параметров (п. 34) используются следующие уравнения.

Сохранение массы выброшенного вещества Q :

i


2

Q = с х пи х R х Н . (104)

i цi эффi эффi


Изменение массы облака Q :

сумi


d 2 верх

-- [Q ] = пи х R х ро х u + 2 х пи х R х Н х

dt сумi эффi возд подм эффi эффi


d

х ро х гамма х -- [R ]. (105)

возд подм dt эффi


Гравитационное растекание облака:


______________________

/ ро

d d / возд

-- [R ] = u -- [R ] = С \/g х Н х [1 - ------]. (106)

dt эффi эффi dx эффi е эффi ро

эффi


Боковое рассеяние выброса за счет атмосферной диффузии:


u

d эффi 1/2 1/2

-- [S ] = ----- х 2 х (2 / пи) х (r + 1/2 х пи х S ) х

dt yi S i yi

yi


d

х -- [сигма ], при r > 0 (107)

dx y i


или


1/2

S (х) = 2 х сигма (х + х ), при r = 0. (108)

yi y t i


Сохранение энергии в облаке Е :

эффi


d 2 верх

-- [Е ] = пи х R х ро х u х е + 2 х пи х R х

dt эффi эффi возд подм возд эффi


d 2

х Н х ро х гамма х -- [R ] х е + пи х R х Е . (109)

эффi возд подм dt эффi возд эффi повi


Способ расчета удельного теплового потока от подстилающей поверхности в

облако E приведен ниже в п. 37.

повi


Положение центра облака х :

цi


d

-- [х ] = u . (110)

dt цi эффi


Величины ро (V ) и Т , используемые в вышеприведенных

эффi эффi эффi

формулах, а также величина Q вычисляются согласно подходу, изложенному в

жi

Приложении N 8.

37. Определение удельного теплового потока (от поверхности земли в

облако):


┌ max [Е , Е ], Т > Т

│ пов.естi пов.вынi пов.расс эффi

Е = { (111)

повi │ Е , Т <= Т

└ пов.вынi пов.расс эффi


2

u

* 2

T = 1,22 х (---) х ро х С х (Т - Т ), (112)

пов.вынi u эффi эффi пов.расс эффi

10


((Q - Q ) х С + Q х С + (Q - Q ) х С )

i жi ро газ жi ро суммi жi ро возд

С = --------------------------------------------------------------, (113)

эффi Q

суммi


2

(Т - Т ) Р

-3 пов.рас эффi 2/3 0 1/3

Е = 3,5 х 10 х (------------------------) х -- х (g) . (114)

пов.естi 0,5 х (Т + Т ) R

пов.рас эффi


Для длительных выбросов концентрация опасного вещества и размеры облаков при их рассеянии вычисляется по формулам (115) - (132).

38. Дрейф вторичного облака рассматривается для следующих шести стадий аварии (см. Приложение N 5):

- истечение жидкой фазы до отсечения аварийного участка;

- истечение жидкой фазы из аварийного участка после его отсечения (для сценария 4);

- истечение газа при наличии пролива жидкой фазы и испарение с пролива;

- истечение газа из разрушенного оборудования при отсутствии пролива жидкой фазы;

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

- испарение из емкости при отсутствии пролива.

Для каждой из этих стадий рассчитывается свое вторичное облако. При

расчете каждой из этих стадий задаются свой расход опасного вещества в

l 0l

шлейфе q и расход жидкой фазы в начальном сечении q :

i жi


ж отс.выб г ги и е 0ж 0отс.выб 0г 0ги 0и 0е

q , q , q , q , q , q , q , q , q , q , q , q ,

i i i i i i жi жi жi жi жi жi


l l

свой начальный размер облака (полуширина В и высота Н ):

i i


ж отс.выб г ги и е ж отс.выб г ги и е

В , В , В , В , В , В и Н , Н , Н , Н , Н , Н .

i i i i i i i i i i i i


Ранее эти величины для разных сценариев были рассчитаны по формулам (4), (8) - (10), (12), (13), (19) - (21), (31) - (32), (38) - (42), (54), (57), (61) - (64).

Состояние вторичного облака в каждом поперечном сечении характеризуется следующими параметрами:


l l l l l l l l

с ; S ; S ; b ; Е ; х ; х ; q .

цi zi yi i эффi пi зi жi


l

Кроме того, облако характеризуется такими параметрами как ро

эффi

l l l l l l

(V ), Т . Они дополняются еще четырьмя - В ; Н ; u ; q ,

эффi эффi эффi эффi эффi эффi


которые рассчитываются на основе введенных выше переменных по формулам

(115) - (118) <1>:


l l __ l

В = b + 0,5 х \/пи х S , (115)

эффi i yi


l 1 1 l

Н = ---- х Г (----) х S , (116)

эффi бета бета zi


l

Г [(1 + альфа ) / бета] S альфа

l в zi *

u = ----------------------- х u х (---) , (117)

эффi Г [1 / бета] 10 z

10


l l l l l

q = 2 х В х Н х u / V . (118)

суммi эффi эффi эффi эффi


--------------------------------

l

<1> В случае, если величина Н меньше 0,5 м, то в формуле (117) для

эффi

l l

расчета u используется величина S , полученная по формуле (116) в

эффi zi

l

предположении, что Н = 0,5 м.

эффi


Схема шлейфа изображена на рисунке 3.2.

39. Распределение концентрации опасного вещества во вторичном облаке описывается зависимостями:


l l z бета l l l

с (х, y, z) = с х ехр[-[---] ], при |y| < b и х < х < х , (119)

i цi l i зi пi

S

zi


l

|y| - b

l l z бета i 2

с (х, y, z) = с х ехр[-[---] ] х ехр[-[--------] ], (120)

i цi l l

S S

zi yi


l l l

при |y| >= b и х < х < х .

i зi пi


l l l

При х < х и х < х , с (х, y, z) = 0.

пi зi i


40. Для определения пространственного распределения концентрации, профиль которой задан в п. 39, с помощью вышеперечисленных параметров (п. 38) используются следующие уравнения:

l

Сохранение массы выброшенного вещества q :

i


l l l l l

q = 2 х с х В х Н х u . (121)

i цi эффi эффi эффi


l

Изменение расхода в шлейфе q :

сумi


d l l верх l

-- [q ] = 2 х В х ро х u + 2 х Н х ро х гамма х

dх сум эффi возд подм эффi возд подм


d l