Яковлев В.В. Экологическая безопасность, оценка риска

Подождите немного. Документ загружается.

361

Диаметр осколка

045.03015.0

⋅

= Kd

м.

Характерный размер осколка

=+=

015.0045.0l

0.04743 м.

Масса одного осколка m

185.0

⋅⋅⋅

ρδπ

кг.

Скорость встречи осколка с преградой

7.576exp

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

−⋅=

м/с.

Максимальная толщина пробиваемой преграды с заданными харак-

теристиками:

⋅⋅

⋅⋅⋅

∗

780010300

7.5767800045.0138.0

0.018 м.

При толщине преграды 0.01 м скорость осколка на вылете после про-

бития преграды составит:

33.256

018.0

01.0

17.5761 =

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−⋅=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−⋅=

∗

м/с ,

т.е. преграда будет пробита.

Изменение вероятности поражения человека с расстоянием, рассчи-

танное по формуле (16.2.29) представлено в табл. 16.2.2 и на рис. 16.2.3.

Таблица 16.2.2.

Вероятность поражения человека осколками.

R, м 10 20 40 50 70 100 150 200

1 1 0.95 0.85 0.62 0.37 0.18 0.1

Зависимость давления во фронте воздушной ударной волны от рас-

стояния для рассматриваемой аварии представлено на рис. 16.2.1. Как вид-

но из графика только с расстояний более 40 м избыточное давление во

фронте приобретает значения, меньшие поражающего для данного объекта

(50 кПа).

Изменение вероятности поражения объекта в зависимости от рас-

стояния до сосуда со

сжатым метаном представлено на рис. 16.2.2.

Методические подходы, использованные в ходе решения примера

16.2.1, могут быть полезными при оценке ожидаемого ущерба, наносимого

предприятию в подобных авариях, а также при определении степени ус-

тойчивости объектов экономики в соответствующих чрезвычайных ситуа-

циях.

362

100

150

200

250

300

20 30 40 50 60 70 80 90 100

Расстояние, м

Избыточное давление, кПа

Рис. 16.2.1. Изменение избыточного давления во фронте воздушной

ударной волны при взрыве сосуда с метаном под давлением.

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Расстояние, м

Вероятность поражения объекта

Рис. 16.2.2. Вероятность поражения объекта воздушной ударной

волной при взрыве сосуда с метаном.

363

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

10 20 40 50 70 100 150 200

Расстояние от аварийного сосуда, м

Вероятность поражения

Рис. 16.2.3. Изменение вероятности поражения человека осколками с

расстоянием от взорвавшейся сферической емкости с метаном.

16.3. Затекание газа в помещение из сосуда с высоким давлени-

ем.

Рассматривается следующая модель. Из находящегося в помещении

или в соседнем блоке сосуда со сжатым газом происходит его истечение

через аварийное отверстие и заполнение помещения (рис. 8.3.1).

Рис. 16.3.1. Модель затекания сжатого газа в помещение.

Процесс затекания газа в помещение из сосуда с повышенным дав-

лением через аварийное отверстие

рассмотрим, представляя отверстие в

виде кругового сечения площадью s.

Помещение свободным объемом V

Исходные параметры:

давление Р

(0)

температура Т

В,

Аварийное

истечение

Сосуд с газом

объемом V

Исходное давление

(0), исходная

температура Т

С,

364

В общем случае при затекании газа в замкнутый объем происходит

перемешивание газов, т.е. давление газа в помещении изменяется со вре-

менем в зависимости от состава смеси. В рассматриваемой модели предпо-

лагается, что составы внутренних и внешних газовых смесей на момент

начала развития аварийного процесса известны, а при смешивании газы в

помещении остаются взаимно индифферентными, т.е. не вступают в хими-

ческие реакции, и их физические характеристики не меняются. Процесс за-

текания считается квазистатическим, т. е. волновые эффекты на протека-

ния процесса влияют несущественно и поле термодинамических парамет-

ров в объеме изотропное, процесс является адиабатическим, а газ идеаль-

ным.

Указанные допущения

позволяют использовать соотношения газо-

вой динамики для установившегося потока с введением времени t в каче-

стве параметра, а для газовой смеси использовать закон Дальтона, соглас-

но которому в смеси идеальных газов, не вступающих в химическое взаи-

модействие, общее давление равно сумме парциальных давлений газов, со-

ставляющих смесь. Кроме того, в дальнейшем не

будем учитывать измене-

ние значения газовой постоянной и изменение показателя адиабаты

γ.

Таким образом, если исходная масса воздуха в помещении со сво-

бодным объемом V равна G

(0) при давлении Р

(0), то в произвольный

момент времени t с поступлением в помещение массы газа G(t), давление

газовоздушной смеси в помещении на основании закона Дальтона и осо-

бенностей адиабатического процесса определится соотношением:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅+=

)(

)0()(

PPtР

BВ

(16.3.1)

где Р

– нормальное атмосферное давление,

γ - показатель адиабаты газа, поступающего в помещение,

– плотность газа сосуда в нормальных условиях,

ρ(t) – плотность газа, поступившего в помещение объемом V:

)(

)( =

(16.3.2)

V – объем помещения,

G(t) – масса газа, поступившего в помещение к моменту t.

Полагая известными давление в сосуде и объем сосуда перед авари-

ей, можно определить изменение давления в сосуде P

(t) по мере истече-

ния газа массой G(t) на момент времени t:

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⋅=

)0(

)(

)0()(

CС

PtР

(16.3.3)

где Р

(0) – давление в сосуде перед аварией,

(0) – плотность газа в сосуде перед аварией,

365

(t) – плотность газа в сосуде в момент t,

tGG

)()0(

)(

−

(16.3.4)

(0) – масса газа в сосуде перед аварией при t=0,

G(t) – масса истекшего из сосуда газа в момент t,

Оставшаяся на момент t масса

∆G

(t) газа в сосуде:

)()0()( tGGtG

−

∆

(16.3.5)

)0(

⋅=

ρρ

или (16.3.6)

)0(

CС

PМ

⋅

(16.3.7)

– молярная масса газа, содержащегося в сосуде,

– универсальная газовая постоянная,

(0) – температура газа в сосуде перед аварией.

Таким образом, в ходе развития процесса давление внутри сосу-

да будет уменьшаться, а внутри помещения – расти, если не учитывать ис-

течение газовоздушной смеси через оконные и дверные проемы или эф-

фективность вытяжной вентиляции помещения.

Затекание газа в помещение в любой момент времени t происходит

при

превышении давления в сосуде Р

(t) над внутренним давлением по-

мещения Р

(t):

)(

tР

(16.3.8)

При равенстве этого отношения единице истечение газа из сосуда

прекращается.

Массовый расход газа

tQ =

)( через аварийное отверстие зависит

от отношения давлений

)(

tР

, коэффициента расхода ξ и площади сечения

аварийного отверстия s.

При повышенном давлении в сосуде в начале аварийного процесса

скорость истечения газа быстро возрастает до максимального (критическо-

го) значения, равного местной скорости звука. Истечение газа с такой ско-

ростью будет продолжаться до тех пор, пока давление в сосуде будет пре-

вышать некоторое критическое значение Р

КР

, определяемое соотношением:

КР

КРC

tР

РtР

)(

)( ==

(16.3.9)

366

()

−

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

КР

(16.3.10)

где

γ - показатель адиабаты затекающего газа,

(t) – давление газа в сосуде в момент t,

КР

– коэффициент критического давления в сосуде.

Например, при

γ = 1.4 значение К

КР

= 0.528, при γ = 1.3 К

КР

= 0.546,

при

γ=1.2 К

КР

= 0.564.

При реализации до некоторого момента соотношения:

)(

tР

КР

(16.3.11)

скорость истечения газа в отверстии и массовый расход газа Q(t) будут не-

зависимыми от противодавления (давления в помещении), поскольку в

этом случае из помещения возмущения среды не проникают в канал отвер-

стия (сносятся потоком истекающего со скоростью звука газа). Такой ре-

жим истечения называется критическим.

Режим затекания при отношении давлений в

помещении и в сосуде,

подчиненном условию:

)(

tР

КР

(16.3.12)

называется дозвуковым, и возмущения среды помещения способны прони-

кать в канал аварийного отверстия, оказывая влияние на процесс истече-

ния.

Например, при нормальном атмосферном давлении в помещении,

равном Р

= 101.325 кПа, предельное (критическое) давление в сосуде, при

котором реализуется режим дозвукового истечения газа при

γ=1.4, соста-

вит 191.9 кПа, при более высоком давлении в сосуде реализуется критиче-

ский режим истечения.

Формулы для расчета расхода газа при истечении через аварийное

отверстие в сосуде с высоким давлением могут быть получены на основа-

нии соотношений одномерных стационарных движений газа.

Критический режим, условие (16.3.11):

)()(

2)(

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅⋅⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅⋅⋅=

tPtstQ

CCКР

(16.3.13)

В случае реализации условий дозвукового режима истечения, когда

отношение давлений подчинено условию (16.3.12):

367

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−⋅⋅⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

⋅⋅⋅=

−

)(

1)()(

2)(

tPtstQ

CС

(16.3.14)

где

γ - показатель адиабаты затекающего газа;

– плотность газа сосуда в нормальных условиях.

Масса G(t) газа, истекшего к моменту t из сосуда:

ttQtG

⋅

= )()(

(16.3.15)

В момент времени t = 0 принимаются следующие условия:

G(0) = 0,

BВ

⋅

)0(

(0) – исходное значение массы воздуха в помещении объемом V,

- плотность воздуха в помещении перед аварией,

)0(

ВВ

РМ

⋅

(16.3.16)

На рис. 8.3.2 представлена зависимость от времени истечения массы

газа, поступившего в помещение, рассчитанной по формулам (16.3.13),

(16.3.14) по программе ISTOC.

В типичных аварийных ситуациях давление в сосуде Р

(t) представ-

ляет собой убывающую во времени функцию, поэтому процесс истечения

газа может начинаться с критического режима с дальнейшим переходом в

дозвуковой режим истечения.

Рис. 16.3.2. Изменение во времени массы метана, поступившего в

помещение с исходным давлением в помещении Р

(0)=101.325 кПа при s =

1.25

⋅10

-5

, ξ = 0.63, γ = 1.4, Р

(0) = 0.7 МПа в предположении о герметич-

0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200

Время истечения, с

Масса вытекшего газа, кг

368

ном помещении объемом 200 м

. Исходная масса метана в сосуде равна

11.48 кг, остаточная масса газа в сосуде после истечения равна 2.02 кг.

Состав газовой смеси в помещении непрерывно меняется, что при-

водит к изменению текущего значения газовой постоянной ГВС в помеще-

нии R

(t), определяемой соотношением:

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

+⋅=

RtR

)()(

)(

, (16.3.17)

где М

– молекулярная масса воздуха и газа соответственно,

- универсальная газовая постоянная,

(t), G(t) – масса воздуха в помещении и масса поступившего в

помещение газа на момент t.

Функция изменения плотности

(t) газовоздушной смеси в помеще-

нии к моменту (t) имеет вид:

tGtG

)()(

)(

(16.3.18)

Поскольку вследствие недостаточной герметичности помещения

масса газовоздушной смеси в помещении G

(t) может убывать, массовый

состав газов и их плотности, соответствующие парциальным давлениям,

могут быть определены из уравнений:

)()()0()( tGtGGtG

−+=

(16.3.19)

)(

(16.3.20)

где G

(0) – исходная масса воздуха в помещении,

V – свободный объем помещения,

G(t) – масса газа, поступившего в помещение из сосуда за время t,

(t) – масса газовоздушной смеси в помещении на момент t,

(t) - масса газовоздушной смеси, истекшей из помещения вследствие

его недостаточной герметичности.

Истечение газа из сосуда через отверстие сопровождается некоторым

сжатием струи в сравнении с сечением отверстия, причем эксперименталь-

ные значения скорости газа несколько меньше теоретических. Указанные

факторы учитываются обобщенным коэффициентом

ξ:

()

γϕξ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅⋅=

(16.3.21)

где

ϕ - коэффициент расхода, значение которого зависит от формы

отверстия. Например, для воздуха при различных формах отверстий зна-

чение

ϕ лежит в диапазоне 0.85…0.98. Для цилиндрических отверстий

практически независимо от свойств сжатого газа

ϕ ≅ 0.87. В расчетах, тем

не менее, часто принимается среднее значение коэффициента

ξ = 0.63.

369

На рис. 16.3.3 представлено решение задачи по расчету параметров

истечения метана из сосуда объемом 3 м

с начальным давлением 700 кПа

через аварийное отверстие радиусом 2 мм в герметичное помещение объе-

мом 200 м

с исходным давлением, равным нормальному атмосферному.

Переход к дозвуковому режиму начинается после 850-й секунды истечения

метана из сосуда.

Рис. 16.3.3. Изменение давления в помещении (Р1) и в сосуде (Р2) по

мере истечения газа через аварийное отверстие при сохранении условий

рис. 16.3.2. Вычисления выполнены по программе ISTOC.

100

200

300

400

500

600

700

0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200

Время истечения, с

Давление, кПа

370

17. Расчеты платежей за нарушение экологической безопасности.

Общие положения.

Статья 16 Федерального закона «Об охране окружающей среды» [43]

констатирует, что негативное воздействие на окружающую среду является

платным.

Плата за загрязнение представляет собой форму возмещения эконо-

мического ущерба от выбросов загрязняющих веществ в окружающую

природную среду, которая возмещает затраты на компенсацию воздейст-

вия выбросов и сбросов загрязняющих веществ и стимулирование сниже-

ния или

поддержание выбросов и сбросов в пределах нормативов, а также

затраты на проектирование и строительство природоохранных объектов.

К видам негативного воздействия относятся:

выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ;

сбросы загрязняющих веществ в поверхностные, подземные воды и

водосборные площади;

загрязнение недр, почв;

размещение отходов производства и потребления;

загрязнение окружающей среды шумом, теплом, электромагнитны-

ми, ионизирующими и другими видами физических факторов.

Нормативы платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих

веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загряз-

няющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размеще-

ние отходов производства и потребления определены Постановлением

Правительства РФ № 344 от 12.6.03 [44].

Постановление Правительства РФ

№463 от 12.02.03 устанавливает

два вида базовых нормативов платы:

- за выбросы, сбросы загрязняющих веществ, размещение отходов,

другие виды вредного воздействия в пределах допустимых нормативов;

- за выбросы, сбросы загрязняющих веществ, размещение отходов,

другие виды вредного воздействия в пределах установленных лимитов

(временно согласованных нормативов).

Показатели относительной опасности веществ (A

) рассчитываются

на основе нормативных документов «Предельно допустимые концентра-

ции (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных

мест» и «Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от за-

грязнения»:

ПДК

(17.1)

где ПДК

– для атмосферного воздуха принимается предельно допус-

тимая концентрация среднесуточная (ПДК

СС

);