Моделирование химической обстановки при аварийном выбросе серной кислоты

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

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.