Содержание к диссертации
Введение
1. Моделирование переноса веществ в атмосфере в условиях промышленного комплекса 11
1.1. Эмпирическое исследование рассеяния веществ в условиях горизонтально неоднородной подстилающей поверхности 11
1.2. Математическое описание распространения веществ в атмосферном пограничном слое 17
1.3. Математические модели рассеяния вещества в условиях промышленной и городской застройки 28
1.4. Анализ основных методик по прогнозированию токсического
поражения при авариях на потенциально опасных объектах 35
Выводы по главе 1 40
2. Математическая модель атмосферного турбулентного потока в слое шероховатости 41
2.1. Постановка задачи моделирования и формулировка модели 41
2.2. Проверка адекватности математической модели 54
2.3. Моделирование турбулентного потока в городском слое шероховатости и над ним 63
2.4. Исследование параметров течения в промышленной застройке и в массиве технологического оборудования, установленных на промышленной площадке 75
Выводы по главе 2 81
3. Математическая модель испарения жидкости со свободной поверхности в атмосферный пограничный слой 83
3.1. Основные особенности процесса испарения жидкости со свободной поверхности 83
3.2. Постановка задачи моделирования и описание модели 89
3.3. Проверка адекватности математической модели 103
3.4. Результаты численных экспериментов 106
3.5. Исследование испарения жидкостей в условиях застроенной промышленной площадки 114
Выводы по главе 3 125
4. Математическая модель рассеяния тяжелых газов и паров в приземном слое атмосферы в условиях промышленной площадки 127
4.1. Особенности рассеяния тяжелых газов в атмосфере 127
4.2. Постановка задачи моделирования и описание модели 133
4.3. Проверка адекватности и адаптация математической модели рассеяния по экспериментальным данным 141
4.4. Моделирование распространения паров бензола на коксохимическом производстве металлургического предприятия 157
Выводы по главе 4 169
5. Прогнозирование последствий химических аварий на промышленном объекте 171
5.1. Разработка программного модуля для расчета полей ущерба и потенциальной опасности 171
5.1.1. Определение физических эффектов аварий 173
5.1.2. Оценка ущерба от аварии 173
5.1.2.1. Токсическое воздействие на человека газообразных химических веществ 174
5.1.2.2. Термическое воздействие на человека и материалы 177
5.1.2.3. Барическое воздействие взрывов на человека и технологическое оборудование 178
5.1.3. Расчет и построение полей ущерба и потенциальной опасности... 179
5.1.4. Реализация программного модуля EMERGENCY 182
5.2. Анализ опасностей склада бензольных продуктов цеха ректификации сырого бензола ОАО "Северсталь" 185
5.2.1. Анализ условий возникновения аварий 1 86
5.2.2. Определение сценариев возможных аварий 188
5.3. Моделирование последствий аварийного пролива бензола 192
5.3.1. Токсическое воздействие паров бензола 192
5.3.2. Термическое воздействие при разливе бензола 199
5.4. Оценка последствий разлива аммиака на предприятии в условиях города 211
Выводы по главе 5 216
Заключение 218
Список использованной литературы
- Эмпирическое исследование рассеяния веществ в условиях горизонтально неоднородной подстилающей поверхности
- Постановка задачи моделирования и формулировка модели
- Основные особенности процесса испарения жидкости со свободной поверхности
- Разработка программного модуля для расчета полей ущерба и потенциальной опасности
Введение к работе
В настоящее время во всем мире в связи с научно-техническим прогрес-сом имеет место устойчивая тенденция к увеличению числа аварий и катастроф с все более тяжелыми последствиями. В нашей стране эта ситуация усугубляется крайней степенью изношенности оборудования и основных фондов в большинстве отраслей промышленности, в том числе и в металлургии.
Важная особенность данной проблемы заключается в том, что общество на сегодняшнем этапе своего развития не может полностью отказаться от использования ряда вредных и потенциально опасных технологий, что обуславливает необходимость развития научно-обоснованных подходов к обеспечению безопасности общества.
В связи с этим в нашей стране разработана Федеральная целевая программа "Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2005 г.", одним из направлений которой является "разработка и реализация системы мер по выявлению опасностей, оценке риска и прогнозированию чрезвычайных ситуаций..."
Следует отметить, что Министерство по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС) России занимается в основном предупреждением и ликвидацией последствий крупных аварий и катастроф, в то время как локальные чрезвычайные ситуации (ЧС) остаются вне зоны их внимания, хотя значительную часть химических аварий на промышленных объектах можно классифицировать как источник локальных ЧС, при этом большинство таких аварий связаны с утечками и выбросами токсичных веществ, а также взрывами и пожарми.
В настоящее время в нашей стране и за рубежом развивается новый подход к обеспечению безопасности, основанный на концепции приемлемого риска с разработкой и оптимизацией защитных мер на основе управления риском.
Научным базисом данной концепции является вероятностный подход как к возникновению аварии, так и к оценке ее последствий для человека и окружающей среды (ОС).
Ключевым звеном в рамках этого подхода является количественная оценка потенциальной опасности промышленного объекта. Одним из слагаемых потенциальной опасности является вероятность поражения субъекта негативного воздействия. Для определения этой величины необходимо знать поглощенную дозу негативного воздействия, для нахождения которой в свою очередь необходимо располагать данными о распределении в пространстве и во времени поражающих факторов, зависящими от местонахождения, числа и интенсивности источников последних.
При количественной оценке потенциальной опасности имеются значительные неопределенности, возникающие на разных этапах оценки. По крайней мере, две из них связаны с решением таких инженерных задач, как: моделирование распространения поражающих факторов в пространстве и определение мощности аварийного выброса опасного вещества. Еще одна проблема, вызывающая значительную неопределенность в оценке риска - определение зависимостей "доза-эффект" представляет собой медико-биологическую проблему и здесь подробно исследоваться не будет.
В тех случаях, когда пространственное распространение поражающих факторов не лимитируется внешними (метеорологическими) условиями, например, ударные волны при взрывах, тепловое излучение при пожарах и т.п., можно использовать широкий спектр разработанных (а в ряде случаев, нормированных) методик. В тех случаях, когда на перенос поражающих факторов (концентрации токсичных и радиоактивных веществ и т.п.) оказывают влияние метеорологические условия, существенным становится учет локальных особенностей промышленного объекта (реальная мозаичность застройки), практически не учитываемых нормативными методиками. Данное обстоятельство является причиной того, что в данной работе основной акцент ставится именно на опасность токсического поражения.
Токсичные вещества, выбрасываемые в атмосферу, могут представлять собой как газообразные вещества, так и жидкости, с последующим их переходом в газообразное состояние в виде паров. Согласно Маршаллу III такие жидкости классифицируются в соответствии с механизмом их перехода в газовую фазу. Как показывает анализ современных методик оценки последствий аварий, испарению летучих жидкостей не уделяется достаточное внимание, следствием чего являются иногда неоправданно упрощенные зависимости и выражения, лежащие в основе расчета этого физического явления. Более того, интенсивность источника опасного вещества, связанного с испарением летучих жидкостей, в наибольшей степени зависит от всего спектра метеорологических условий и локальных особенностей местонахождения этого источника, благодаря чему адекватный расчет его мощности в случае локальной ЧС представляет собой сложную задачу, не имеющую до сих пор определенного решения.
Вышеизложенное обуславливает актуальность разработки методических основ оценки потенциальной опасности промышленного предприятия для населения и его персонала в случае химической аварии, которые объединяют возможно большее число этапов оценки, учитывая при этом возможность их широкого использования на пржтике.
Специфика оценки потенциальной опасности почти любого промышленного объекта состоит в весьма ограниченном использовании экспериментальных методов оценки последствий аварии, а проведение полномасштабного натурного эксперимента в условиях реально действующего производства вообще исключается. При таких обстоятельствах единственным средством, с помощью которого можно получать данные по распространению различного рода поражающих факторов в пространстве и динамике их изменения, является разработка математических моделей физических процессов с последующим проведением на них численных экспериментов.
В случае оценки токсического поражения построение подобных моделей должно базироваться на теории приземного и пограничного слоев атмосферы, в развитии которой к настоящему времени получены значительные результаты, опубликованные в ряде отечественных и зарубежных монографий /2-11/.
Целью диссертационной работы является разработка методических основ оценки последствий химических промышленных аварий в условиях возмущающего фактора застройки и технологического оборудования на промышленной площадке.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Реализовать математическую модель, адекватно описывающую турбулентный стратифицированный воздушный поток в пористом слое, моделирующем застройку и массивы технологического оборудования, причем характеристики последних должны описываться некоторыми интегральными параметрами.
2. Разработать модель испарения летучих жидкостей со свободной поверхности при аварийных разливах в естественных условиях, в том числе и в случае возмущающего воздействия зданий, сооружений и элементов технологического оборудования на промышленной площадке, попавших в зону разлива.
3. Разработать математическую модель рассеяния газов и паров жидкостей, в том числе и отличающихся по плотности от воздуха, в условиях реальной промышленной или городской застройки.
4. Выбрать методы количественной оценки риска поражения населения и технического персонала различными поражающими факторами с разработкой на их основе программного модуля для расчета зон возможного поражения в случае аварий.
5. Провести количественные оценки последствий химической промышленной аварии на примере металлургического комбината (ОАО "Северсталь").
Методом решения большинства поставленных задач явилось математическое моделирование с численной реализацией моделей на ЭВМ при помощи вычислительного комплекса PHOENICS. При их разработке использовался аппарат теории ПСА и теории турбулентной диффузии. При реализации этих моделей применялись методы детерминированного моделирования (с решением уравнений в частных производных). Течение в пористых слоях описывалось с помощью детерминированного динамического моделирования совместно со стохастическим описанием препятствий. Вероятностный метод использовался для определения количественных характеристик поражения людей и объектов (эффект) в зависимости от величин, характеризующих интенсивность воздействия поражающего фактора (доза). Проверка адекватности различных моделей осуществлялась путем сопоставления результатов расчета с опубликованными в открытой печати данными натурных и лабораторных экспериментов. Научная новизна результатов исследованиясостот в том, что:
• впервые получены расчетные данные по скорости испарения летучих жидкостей в естественных условиях при аварийных проливах в слое шероховатости, моделирующем разного вида технологическое оборудование и застройку на промышленной площадке, попавших в зону разлива;
• обоснована и показана эффективность использования к-l модели турбулентности с вычислением длины пути смешения с учетом расстояния до ближайшей стены здания в задачах атмосферной диффузии веществ в условиях застройки;
• разработан программный модуль EMERGENCY, позволяющий на основе концепции анализа риска последовательно определять зоны ущерба и поля потенциальной опасности аварии, используя в качестве входной информации поля поражающих факторов различной физической природы и количественную связь между характеристиками интенсивности воздействия и вероятностью поражения;
• проведена адаптация элементов вычислительного комплекса PHOENICS к решению всех поставленных задач, обеспечивающая построение научно-обоснованной методики оценки безопасности промышленных производств.
Достоверность полученных выводов и обоснованность рекомендаций обусловлена использованием современных методов и средств математического моделирования, основанных на фундаментальных уравнениях сохранения и переноса физических свойств и субстанций, а также удовлетворительным согласованием расчетных результатов с экспериментальными данными.
Практическая значимость работы состоит в том, что разработанный комплекс моделей и программная система позволяют проводить количественную оценку потенциальной опасности и риска для населения и персонала последствий аварий и ЧС на предприятии, что является необходимым условием для предупреждения ЧС и смягчения их последствий.
Полученные автором как количественные оценки, так и отдельные модели, могут быть также использованы для решения широкого круга задач прикладной метеорологии, экологии, зашиты воздушного бассейна городов и т.д.
Методика и программная система использовались для оценки потенциальной опасности и риска химической аварии на промышленном предприятии (на примере металлургического комбината ОАО "Северсталь"), связанной с разливом бензола.
Диссертационная работа состоит из 5 глав, заключения и 4 приложений, изложена на 283 стр. машинописного текста, содержит 65 рисунков и 14 таблиц. Библиографический список использованной литературы содержит 252 наименования.
Эмпирическое исследование рассеяния веществ в условиях горизонтально неоднородной подстилающей поверхности
Задача о рассеянии веществ в условиях промышленной и городской застройки в общем случае представляет собой задачу о распространении веществ в так называемом слое шероховатости. Конечное поле концентрации вещества в этих условиях сильно зависит от структуры течения. Для получения адекватной картины распределения веществ в атмосферном пограничном слое требуется учет конкретной мозаики рельефа или застройки.
Необходимость детального знания картины распределения веществ и течения в условиях сложного взаимодействия с подстилающей поверхностью привела к появлению большого числа натурных и лабораторных исследований.
В настоящее время в литературе описано большое число исследований процесса рассеяния веществ при наличии препятствий как в натурных условиях /12-14/, так и в аэродинамических трубах /15-18/.
Типичным примером реализации подхода, использующего принципы физического моделирования, является инженерная модель, разработанная во Всесоюзном центральном научно-исследовательском институте охраны труда (ВЦНИИОТ) и Центральном научно-исследовательском институте (ЦНИИ) промзданий и изложенная в /19/. Результаты моделирования в аэродинамической трубе доведены до аппроксимационных формул расчета концентрации за препятствиями.
Некоторое обобщение экспериментальных данных приводится в работе /20/, где рассматривается влияние расположения источника вредных примесей на концентрации на поверхности одиночного здания. На основании приведенного анализа предлагается ряд простых формул для расчета приемлемых верхних пределов концентрации на поверхности здания от источников, расположенных перед зданием, на поверхности здания, в зоне рециркуляции за зданием и от коротких труб, расположенных на крыше здания.
Подробный обзор данных по моделированию рассеяния веществ в аэродинамических трубах при наличии разного рода препятствий приводится также в /3/.
Наряду с исследованиями течения вокруг отдельных зданий проводились исследования течения и в слоях шероховатости составленных из препятствий простых форм (цилиндров, конусов, призм, брусков и т.д.) /21-24/. В этих работах показано, что профиль ветра при нейтральной стратификации является логарифмическим, причем логарифмическое распределение устанавливается с высотой (1.3-10.0)/ , где h - высота препятствий. Чем они выше и гуще, тем ближе к их вершинам устанавливается логарифмический профиль. При задании этого профиля использовались два параметра, связанные с характеристиками слоя препятствий: z0 - уровень шероховатости и d - высота вытеснения. Обе эти величины по разному зависят от геометрии препятствий: d определялось в основном высотой h и густотой расположения, a z0 - дисперсией высот отдельных препятствий и разностью h-d.
В работе /25/ указывается на отличия в обтекании потоком шероховатостей кя d - типов, которые ввели в рассмотрение Перри и Сколфилд /26/. К шероховатости к - типа относится песочная шероховатость Никурадзе и технические шероховатости, которые можно схематизировать так, как это изображено на рис. 1.1а.
Кроме того, существуют неровности другого типа. Эти неровности Перри и Сколфилд назвали d - типом (рис. 1.16). В своих экспериментах они показали, что закономерности режимов обтекания для неровностей d- типа носят иной характер, чем для к - типа. Сами авторы объяснили это обстоятельство качественным соображением о том, что у верхушек неровностей к - типа генерируются вихри масштаба h и уносятся потоком, тогда как между неровностями d - типа образуются стационарные вихри, которые циркулируют срав нительно долго, не обмениваясь энергией с внешним потоком. С точки зрения взаимодействия воздушного потока с подстилающей поверхностью d - тип представляет собой фактически пористую среду, а неровности к - типа интенсивный источник турбулентной энергии. Поэтому при течении над такой поверхностью имеет место направленный вверх от уровня, примерно соответствующего уровню верхушек неровностей, поток турбулентной энергии, приводящий к увеличению интенсивности рассеяния веществ. Вблизи неровностей d - типа, естественно, также происходит дополнительная генерация турбулентной энергии, но условия их обтекания таковы, что энергия диссипирует вблизи поверхности и направленный в область основного течения поток турбулентной энергии очень мал.
В работе /27/ приводится измеренный профиль скорости ветра от подстилающей поверхности во всем слое искусственных препятствий, моделирующих типичный город.
Несмотря на то, что моделирование в аэродинамических трубах имеет ряд достоинств, этому методы присущи существенные недостатки: - определение и соблюдение критериев подобия модельного эксперимента, а также перенос его результатов на реальные условия вызывает определенные трудности; - преимущественное моделирование только нейтральных условий /13,16,17,20,28/, что связано с большими сложностями в получении стратифицированных воздушных потоков, а это значит, что типичные дневные и ночные атмосферные пограничные слои не могут быть адекватно смоделированы. Отсюда также возникает проблема моделирования перегретых шлейфов /28/. Как правило, для получения требуемой стратификации в лабораторных условиях требуется крупномасштабное, энергоемкое и дорогое оборудование; - малая диффузность в боковом направлении по сравнению с реальной атмосферой /29/, т.е. невозможно смоделировать в лабораторных условиях низкочастотную часть спектра турбулентных пульсаций поперечной состав ляющей скорости потока; - большие проблемы, связанные с моделированием нестационарной атмосферной диффузии, что в подавляющем большинстве случаев вообще не представляется возможным; - большие затраты на проведение экспериментов.
В свете вышеперечисленного особую ценность приобретают натурные эксперименты. В настоящее время уже существует ряд работ, выполненных в реальных условиях при наличии ряда препятствий /12,14,18,30/. В /14,18/ приведены результаты десяти подобных экспериментов, где измерялись наземная осевая концентрация или поперечные диффузионные параметры. Но только в двух работах приведены результаты горизонтальных и вертикальньіх измерений турбулентных характеристик в подветренной тени здания и лишь в одном опыте исследовалось вертикальное распределение концентрации примеси. В работах, рассмотренных в /14/, также недостаточно полно исследованы вопросы о влиянии метеорологических условий и расположения источника вещества на процесс его рассеяния в условиях застройки. Более подробно влияние метеорологических условий отражено в работах /7,31-33/, для мгновенного источника в /34/, но в большинстве случаев для горизонтально однородной местности без учета застройки.
Постановка задачи моделирования и формулировка модели
Для решения задачи распространения вещества в условиях промышленной площадки, в городе, в холмистой местности и т.д., необходимо построить модель пограничного слоя, которая корректно описывает течение как внутри слоя шероховатости, так и вне его. В простейшем случае промышленная (городская) застройка может быть представлена в виде пористого слоя с горизонтально-однородными характеристиками, определяемыми особенностями планировки, а все процессы в первом приближении могут рассматриваться как стационарные.
Система уравнений, описывающая взаимодействие воздушного потока с препятствиями в слое шероховатости, отличается от моделей, которые рассматривают обычный ПСА следующими особенностями /142/: наличием аэродинамического сопротивления препятствий; длина пути смешения может зависеть от размеров свободных объемов в слое шероховатости; препятствия генерируют мелкомасштабные турбулентные пульсации; слой шероховатости характеризуется пористостью, что означает, что имеются области пространства, где воздух отсутствует или неподвижен; наличием дополнительных источников тепла, а также, возможно, влаги (для растительных покровов).
Обзор литературы показывает, что задача описания гидродинамики и процессов тепло и массообмена в слое, в котором имеются препятствия, наиболее успешно решалась в рамках полуэмпирической модели турбулентности. Чтобы смоделировать движение воздушного потока в условиях промышленной (городской) застройки была численно реализована математическая модель динамики и теплообмена, основанная на осредненных уравнениях гидротермодинамики и соотношениях "К-теории", с использованием функции пористости для статистического описания препятствий. При ее реализации мы основывались на работах А.М.Попова /137-139/ и Г.И.Воронова /121,152,153/. При построении модели были приняты следующие допущения: задача рассматривалась в стационарном приближении; рассматривался горизонтально однородный ПСА;
пористый слой в свою очередь также принимался статистически горизонтально однородным и изотропным, при этом его характеристики определялись с использованием концепции слоя, содержащего одинаковые препятствия, равномерно распределенные на подстилающей поверхности;
уравнение энергии для воздуха решалось только внутри слоя шероховатости, а выше него задавалось распределение температуры исходя из значения теплового потока, рассчитанного на верхней границе пористого слоя;
плотность и теплоемкость воздуха не зависят от высоты. В приземном слое это допущение используется довольно часто /10 и др./, поскольку здесь плотность слабо зависит от высоты;
влагообменом в пористом слое пренебрегаем. Это обосновано, поскольку основным объектом приложения в данном случае является промышленная и городская застройка, где влага, поступающая с осадками, в значительной мере исключается из естественного кругооборота и утилизируется через канализационные системы /122/;
модельные препятствия рассматриваются как термически тонкие тела. Сформулированные допущения позволили рассматривать задачу в од номерном приближении.
С учетом принятых допущений система дифференциальных уравнений сохранения для всех зависимых переменных может быть представлена в следующем виде:
Все зависимые переменные, а также соответствующие коэффициенты переноса и источниковые члены приведены в табл. 2.1, с учетом того, что компоненты вектора скорости ветра имеют проекции на оси координат х и z (ось у направлена вверх).
Основные особенности процесса испарения жидкости со свободной поверхности
Одной из задач, которые решаются при прогнозировании последствий аварий, связанных с проливами (утечками) ОХВ, является задача определения параметров испарения разлившегося вещества, прежде всего, скорости поступления паров в атмосферу.
К настоящему времени разработана ясная и строгая общая теория процесса испарения, на основании которой можно выделить следующие факторы, влияющие на интенсивность испарения (массопереноса) с поверхности жидкости/172/: а) термодинамические параметры системы (давление, температура, со став), их распределение в пространстве и во времени; б) физико-химические свойства жидкой и газовых фаз (коэффициенты диффузии, вязкости и теплопроводности, молярные массы, давление паров, активности компонентов в растворе и т.д.); в) характер взаимодействия компонентов растворов, наличие гомо - и гетерогенных химических реакций, полимеризации, фазовых превращений; г) конфигурация и размеры межфазной поверхности, объема, занимае мого жидкостью, и области пространства, в которой происходит перенос мас сы вещества при испарении; д) краевые условия; е) различного рода внешние возмущения (массовые и тепловые потоки, потоки импульса и механические воздействия, электромагнитные поля, излу чение).
На сегодняшний день известно огромное количество экспериментальных и теоретических работ, посвященных изучению всех этих факторов (отдельно либо в произвольном сочетании).
В XIX в. русским ученым академиком Г.Б.Рихманом впервые был исследован процесс испарения, а в том же веке Дальтон /173/ установил количественный закон испарения жидкости со свободной поверхности. Аналитическое выражение закона Дальтона имеет вид: Q = /3P(Pn-Po)S, (3.1) где Q - поток массы, кг/с; /3Р - коэффициент испарения, кг-м" с" Па" ; Рп и Ро - парциальное давление паров жидкости на поверхности жидкости и вдали от нее соответственно, Па; S - площадь испарения, м .
Ряд последующих работ был посвящен разработке более точных методов измерения скорости воздуха и определению коэффициента испарения. При этом последний обычно выражался следующей эмпирической зависимостью: р=с,+с2иСъ, (3.2) где U - скорость ветра, м/с; с і, с2исз- коэффициенты. В литературе может быть найдено около 100 вариаций уравнений (3.1) и (3.2) /174/. Сравнение отдельных формул между собой показывает значительное расхождение у различных авторов, исследовавших одну и ту же зависимость. В подтверждение этого мы отметим, что одни авторы устанавливали показатель степени сз равным 0.5, другие 1.0, кроме того существенно отличаются ЗНачеНИЯ Коэффициентов С/ И С2.
Несогласие экспериментальных данных и вытекающая отсюда противоречивость теоретических взглядов различных авторов объясняются тем, что эмпирические формулы вида (3.2) не учитывают ни влияние длины поверхности испарения (в направлении движения воздуха), ни структуры воздушного потока, омывающего поверхность испарения, ни сопряженность тепло-и мае сообмена, и т.д., и по этой причине они могут быть справедливы только лишь для тех условий, в которых были проведены указанные эксперименты.
Однако, такой подход используется и поныне в значительном числе работ, посвященных расчету и изучению закономерностей процесса испарения воды в естественных условиях: с поверхности водоемов, полей, лесов и т.д. Эти работы, как правило, выполнялись с целью решения задач гидрологии, метеорологии и сельского хозяйства. Результаты представлялись либо в виде зависимости коэффициентов испарения или их аналогов от определяющих испарение параметров, либо в виде номограмм /175-177/.
Широкий круг вопросов, связанных с испарением в естественных условиях охватывают работы /178-180/. Разделы, посвященные этому явлению, с соответствующими расчетными зависимостями есть также в работах /10,11/.
Работа /181/ рассматривает проблемы расчета и измерения характеристики тепломассообмена при испарении с поверхности водоемов и может служить обобщением названных выше работ.
Эмпирический подход, основанный на использовании (3.1) и (3.2), применяется и в современных методиках, предназначенных для оценки опасности промышленных объектов, в той их части, которая посвящены расчету испарения разлившихся жидкостей /145/.
Подходы и методы, описанные в вышеприведенных работах, просто и с достаточной для этих задач точностью рассчитывают испарение с больших открытых поверхностей (особенно в течение длительного промежутка времени), однако их применение для описания испарения с локальных, микромасштабных с точки зрения метеорологии задач в течение малых периодов времени не позволяет получать надежные результаты.
Разработка программного модуля для расчета полей ущерба и потенциальной опасности
Основными характеристиками токсических свойств ОХВ являются пре-дельно-допустимая концентрация ПДК, мг/м и смертельная концентрация 1) разработкой политики по безопасности населения и ОС; 2) количественной оценкой риска промышленного объекта или опасного явления; 3) управлением рисками в масштабах всего общества.
Рассмотрим подробнее вторую из перечисленных областей деятельности. Основные этапы количественного анализа риска включают /229,230/: анализ технологической специфики объекта, идентификацию источников потенциальной опасности и сценариев аварий; определение вероятностей нежелательных событий (аварий) и их сценариев; определение физических эффектов аварии, связанных с решением задачи переноса поражающих факторов в природных средах; определение величин, которые характеризуют интенсивность воздействия, и определение их связей с величинами вероятности поражения (оценка ущерба от аварий); расчет и построение пространственных зон ущерба и полей потенциальной опасности; определение величин, количественно характеризующих риск, и построение полей риска; выработку предложений по снижению рисков в случае их чрезмерных значений.
Исходя из задач, поставленных в данной работе, первые два этапа количественного анализа риска подробно рассматриваться не будут.
В общем случае, из-за значительного числа возможных сценариев и взаимосвязи в их реализации для определения интегральной вероятности аварии на сложном объекте приходится применять специальные методики построения "деревьев событий" или ""деревьев отказа", а также методы "теории графов" и соответствующие программы для ЭВМ /231 /. Эти методики широко освещены в специальной литературе /232,233 и др./
После идентификации опасности необходимо рассчитать и проанализировать возможные последствия реализации аварий. Это подразумевает разбиение каждого сценария аварии на отдельные типовые элементы, содержащие конкретное физическое явление, и которое можно описать различного рода моделями. Кроме того, каждый элемент должен быть изолированным, чтобы было возможно его использование в других сценариях развития аварий. Краткий обзор таких элементов дан в работе /234/.
Предыдущие главы данной диссертационной работы посвящены как раз разработке этого этапа количественного анализа риска, с рассмотрением ряда типовых элементов развития аварийных процессов. Результаты, полученные в этих главах, использовались в качестве входных данных для разработанного в этом разделе вычислительного модуля, и на их основе строится большинство последующих вычислений.
Основными физиологическими и биологическими факторами поражения для человека при ЧС в техносфере являются токсическое (при попадании ОХВ в организм), термическое (пожары, струевые пламена), барическое (взрывы), радиоактивное, а также механическое (при разрушении конструкций при взрывах) воздействия /1,230/.
После воздействия этих поражающих факторов человек поглощает определенную дозу негативного воздействия, при этом одна и та же мера воздействия может вызвать последствия различной тяжести у разных людей, что может быть связано с различием в возрасте, поле, здоровье человека, индивидуальной чувствительностью к ядам (в случае токсического воздействия) и др. Иными словами не только возникновение аварии, но и "эффект поражения" в рамках концепции анализа риска носит вероятностный характер. Величина вероятности поражения Рпор (измеряется в долях единицы или в процентах) обычно выражается интегральной функцией распределения, которая записывается в виде /230/:
Верхним пределом интегральной функции является так называемая пробит - функция Рг, которая отражает связь между вероятностью поражения и поглощенной дозой негативного воздействия. Пробит - функция может быть вычислена по уравнению следующего вида /230,235,236/: Pr=a+b\n(Dz), (5.2) где а и b - константы для каждого вещества или процесса, характеризующие специфику и меру опасности его воздействия; Dz- поглощенная субъектом доза негативного воздействия.
В качестве величины Dz в зависимости от сценария потенциальной аварии могут выступать различные меры воздействия: количество поглощенного вещества при авариях, связанных с выбросом ОХВ; доза термической радиации при авариях, исходами которых могут быть пожары; импульс давления при авариях, сопровождающимися взрывами различной природы и т.п. Рассмотрим применение пробит - функции для определения вероятности поражения от основных поражающих факторов.
