close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14515

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.06.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
A 62B 99/00 (2009.01)
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОНЫ ЗАРАЖЕНИЯ ПРИ СВОБОДНОМ
РАЗЛИВЕ ХИМИЧЕСКИ ОПАСНОГО ВЕЩЕСТВА
(21) Номер заявки: a 20091113
(22) 2009.07.21
(43) 2011.02.28
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Минский НИИ радиоматериалов" (BY)
(72) Авторы: Гринчук Анатолий Петрович; Карабанов Михаил Фёдорович
(BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное общество "Минский
НИИ радиоматериалов" (BY)
BY 14515 C1 2011.06.30
BY (11) 14515
(13) C1
(19)
(56) РД 52.04.253-90. Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами
при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте. Л.: Гидрометеоиздат, 1991.
Безопасность жизнедеятельности. - М.:
Высшая школа, 2006. - С. 76-90, 99-101,
182-195.
АТАМАНЮК В.Г. и др. Гражданская
оборона. - М.: Высшая школа, 1986. С. 74-77.
Безопасность жизнедеятельности и медицина катастроф. - М.: ACADEMA,
2005. - С. 38-46, 77-79, 88-91.
ДУБИЦКИЙ А.Е. и др. Медицина катастроф. - Київ: Здоров΄я, 1993. - С. 55-72.
Медицина катастроф. - М.: "ИНИ Лтд",
1996. - С. 29-34.
RU 2346302 C1, 2009.
RU 2179046 C1, 2002.
RU 2270992 C2, 2006.
RU 2271012 C2, 2006.
(57)
Способ определения зоны заражения при свободном разливе химически опасного вещества, включающий измерение скорости ветра, расчет времени испарения химически
опасного вещества, глубины зоны заражения и площади зоны заражения, отличающийся
тем, что время испарения химически опасного вещества Т рассчитывают по формуле:
h ⋅d
T=
⋅ 60,
K2 ⋅ K 4 ⋅ K7
где h - толщина слоя разлитой жидкости химически опасного вещества,
d - плотность химически опасного вещества,
K2 - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств химически опасного вещества,
K4 - коэффициент, учитывающий скорость ветра,
K7 - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха,
глубину зоны заражения L рассчитывают по формуле:
L = T ⋅ l0 ,
BY 14515 C1 2011.06.30
где l0 - расстояние, проходимое зараженным воздухом за 1 минуту,
площадь зоны заражения S рассчитывают по формуле:
S = C ⋅ L2 ,
где C - коэффициент, зависящий от скорости ветра, который
при скорости ветра до 2 м/с равен 0,58439,
при скорости ветра до 3-4 м/с равен 0,27911,
при скорости ветра до 5-8 м/с равен 0,130833,
при скорости ветра до 9-15 м/с равен 0,09813,
дополнительно рассчитывают объем зараженного воздуха V по формуле:
V = S⋅ H ,
где H - высота слоя зараженного воздуха, которая принимается равной 50 м при скорости
ветра до 4 м/с и равной 30 м при скорости ветра 5-15 м/с,
и концентрацию химически опасного вещества в воздухе K по формуле:
Q
K= ,
V
где Q - количество разлитого в результате аварии химически опасного вещества.
Изобретение относится к области экологического мониторинга окружающей среды.
Одной из важнейших проблем крупных городов - всевозрастающее загрязнение окружающей среды химическими элементами, которое представляет опасность для живых организмов и, в первую очередь, для человека.
Химические элементы, входящие в состав органических и неорганических выбросов
промышленных предприятий и автотранспорта в атмосферный воздух, поступают на подстилающую поверхность (почва, снег, растительный покров) с сухими и мокрыми выпадениями в течение всего года и могут накапливаться в ней.
Снег обладает уникальной способностью извлекать из атмосферного воздуха загрязняющие вещества во время снегопада, сербировать на поверхности снежного покрова атмосферные выпадания и аккумулировать их в своей массе от начала установления
снежного покрова до его схода. Поэтому снежный покров является очень точным индикатором загрязненности природной среды, позволяющим учитывать не только массу выпадений атмосферных осадков и загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, но и
последующие загрязнения водных объектов и почв.
Так, для того чтобы охарактеризовать загрязненность снежного покрова химическими
элементами можно ограничиваться определением их концентрации в снеговой воде. По
концентрациям можно выявить техногенные аномалии загрязненности на обследуемой
территории [1].
Однако вследствие пространственной и временной неоднородности снежного покрова
по массе снега на единицу площади концентрации загрязняющих веществ не характеризуют достоверную степень загрязненности территории.
Для сравнительной оценки степени загрязненности снежного покрова используют
способ с применением коэффициента концентрации элемента в снеговой воде:
Kc=Cx/Cф,
где Kc - коэффициент концентрации;
Cx - содержание элемента в конкретной пробе, мг/л;
Cф - фоновое содержание элемента, мг/л [2].
Но, основными недостатками этого способа являются:
1. Вследствие временной и пространственной изменчивости снежного покрова концентрация загрязняющих веществ в нем не может служить характеристикой его загрязненности;
2
BY 14515 C1 2011.06.30
2. При использовании фоновых показателей концентраций:
произволен выбор участка для отбора проб снега с целью определения фонового показателя;
ежегодно имеют другое значение в связи с полной сменой снежного покрова;
не ясно, к какому объекту окружающей среды (человек, животное, рыбы, растения и
др.) относится оценка опасности загрязненности.
Эти недостатки устранены в способе оценки интенсивности загрязнения снежного покрова, включающем отбор проб снега и определение реальных поступлений химических
элементов на определенную площадь снежного покрова в единицу времени, причем определяют реальное поступление химических элементов в составе водорастворимых химических соединений на снежный покров из атмосферного воздуха, после чего вычисляют
индекс интенсивности реального загрязнения из отношения реального поступления химических элементов к их реальному предельно допустимому поступлению, вызывающему
повышение содержания химических элементов в 1 кг снега, размещенного на 1 м2 снежного покрова, на 1 ПДК [3].
Этот способ обладает недостатком, заключающимся в сравнительно большой погрешности определения оценки интенсивности загрязнения, т.к. ее определяют только на основе анализа загрязнения снежного покрова, в то же время определенная часть химически
опасных веществ остается на поверхности растений и в воздухе.
Этот недостаток устранен в способе определения содержания тяжелых металлов в атмосферном воздухе по результатам мониторинга снежного покрова, причем с целью получения достоверных результатов путем исключения влияния неоднородности снежного
покрова, определяют поступление тяжелых металлов на единицу поверхности снежного
покрова за определенный период времени и вычисляют содержание тяжелых металлов в
атмосферном воздухе с использованием корреляционной зависимости между поступлением тяжелых металлов на инспектируемую территорию и концентрацией их в атмосферном
воздухе, выраженной в виде уравнения:
ВСП ср.год.
Y = (0,0054X + 0,0041)
,
ВСП ср.зим.
где X - поступление тяжелых металлов на инспектируемую территорию, г/км2 × сут.;
Y - концентрация тяжелого металла в атмосферном воздухе, мкг/м3;
ВСП ср. год = 700 м - среднегодовая высота слоя перемешивания атмосферного воздуха, м;
ВСП ср. зим. - средняя за зимний период высота слоя перемешивания атмосферного
воздуха, м [4].
Известен способ определения запаса загрязняющих веществ в снежном покрове, обусловленных их глобальным и региональным переносом, включающий отбор проб снега и
их последующий анализ, причем в каждом j-м ландшафтном угодье площадью S' определяют влагозапас в снеге Pί, отбирают на репрезентивных участках каждого угодья пробы
снега, в которых измеряют объемную концентрацию j-го загрязняющего вещества q ι′j , а
средний запас Q загрязняющего вещества на всей территории и на каждом ландшафтном
угодье Q ι′j определяют по формулам:
Σ in=1 q ι′j p ι′ ⋅ s ι′
Qj =
,
Q jι′ = q ι′j ⋅ p ι′ ,
Σ in=1 ⋅ s ι′
где: n - число ландшафтных угодий на исследуемой территории, имеющей площадь S',
причем S' = Σ ι′n =1 ⋅ s ι′ [5].
Однако эти способы сравнительно сложны.
Кроме того, все приведенные выше аналоги пригодны для определения параметров
зон заражения и загрязнения химически опасными веществами только в зимнее время, т.к.
3
BY 14515 C1 2011.06.30
привязаны к определению оценки параметров заражения снежного покрова, и определение концентрации загрязнения идет в процессе накопления этих веществ, что исключает
оперативность.
Причем эти аналоги не позволяют достоверно оценить степень риска поражения химически опасными веществами населения в условиях антропогенного химического загрязнения окружающей среды.
Однако известен способ оценки риска развития йододефицитного состояния у населения в условиях антропотехногенного химического загрязнения окружающей среды путем
определения показателя загрязнения окружающей среды для каждого химического элемента, представляющего опасность для каждой из возрастной группы здоровья (Px). Определяют для каждого района исследуемой территории заболеваемость щитовидной железы
(ЩЖ), ассоциируемой с йододефицитным состоянием (ЙДС). Заболеваемость определяют
для различных возрастных групп, и на основании выявленной заболеваемости определяют
вероятность развития ЙДС (Дх). На основании полученной заболеваемости ЩЖ, ассоциируемой с ЙДС определяют нозологические формы заболеваний. Затем определяют риск
развития различных нозологических форм заболеваний ЩЖ, ассоциируемых с ЙДС, по
формуле Rx = Px x Dx, где x - какой-либо химический экотоксикант. Наносят полученные
риски на карту района, отражающую заболеваемость в районе. На основании полученного
осуществляют прогноз риска развития йододефицитного состояния [6].
Этот способ имеет недостаток, заключающийся в том, что он оценивает риск только
йододефицитного состояния и не позволяет одновременно оперативно оценить параметры
зон заражения химически опасными веществами.
Эти недостатки устранены в наиболее близком аналоге, т.е. в способе прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях на
химически опасных объектах, путем прогнозирования глубины заражения сильнодействующими ядовитыми веществами (СДЯВ), т.е. химически опасными веществами, заключающемся в определении количественных характеристик выброса СДЯВ, исходя из
определения эквивалентного количества вещества в первичном облаке и определения эквивалентного количества вещества во вторичном облаке.
Эквивалентное количество Qэ1 (T) вещества первичном облаке определяется по формуле:
Qэ1 = K1⋅K3⋅K5⋅K7⋅Q0,
где K1-коэффициент, зависящий от условий хранения СДЯВ, для сжатых газов K1 = 1;
K3 - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого СДЯВ;
K5 - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы: для
инверсии принимается равным 1, для изотермии - 0,23, для конвекции - 0,08;
K7 - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха;
Q0 - количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т.
Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке рассчитывается по формуле:
Q0
,
Q э 2 = (1 − K1 ) ⋅ K 2 ⋅ K 3 ⋅ K 4 ⋅ K 5 ⋅ K 6 ⋅ K 7 ⋅
hd
где K2 - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств СДЯВ;
K4 - коэффициент, учитывающий скорость ветра;
K6 - коэффициент, зависящий от времени N, прошедшего после начала аварии;
K7 - может быть принят равным 1, а K2 определяется по формуле:
K 2 = 8,10 ⋅10 −6 P m ,
где P - давление насыщенного пара вещества при заданной температуре воздуха, мм. рт.ст.,
m - молекулярная масса вещества.
4
BY 14515 C1 2011.06.30
Определение площади зоны возможного заражения для первичного (вторичного) облака СДЯВ определяется по формуле:
Sв = 8,72⋅10-3Г-2ϕ,
где Sв - площадь зоны возможного заражения СДЯВ, км2;
Г - глубина зоны заражения, км;
ϕ - условные размеры зоны возможного заражения.
А площадь зоны фактического заражения SФ (км2) рассчитывается по формуле:
Sф = К8Г2⋅N0,2,
где K8 - коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости воздуха;
N - время, прошедшее после начала аварии, ч.
Причем продолжительность поражающего действия СДЯВ в одну минуту определяется временем его испарения с площади разлива.
Время испарения T(ч) СДЯВ с площади разлива определяется по формуле:
h ⋅d
,
T=
K2 ⋅ K4 ⋅ K7
где h - толщина слоя СДЯВ, м;
d - плотность СДЯВ, т/м3;
K2- коэффициент, зависящий от физико-химических свойств СДЯВ;
K4 - коэффициент, учитывающий скорость ветра;
K7 - значение принимается равным 1 [7].
Однако данный способ обладает недостатком, заключающимся в том, что сравнительно медленно определяется глубина зоны заражения, т.к. полученные данные используют
для расчета применительно к хлору по известной методике, а затем пересчитывают на реально действующее химически опасное вещество, по способу в прототипе для определения концентрации зараженного воздуха рассчитывают исходя из 1 литра зараженного
воздуха за 1 мин, что приводит к невозможности определения времени безопасного
нахождения человека на зараженной территории.
Определение параметров зоны заражения в прототипе не дает достоверных данных,
т.к. за основу берется эквивалентное количество химически опасного вещества, что приводит в выводам в соответствии с которыми глубина зоны заражения уменьшается с увеличением скорости ветра, что алогично.
Определение площади зоны заражения по используемым формулам также приводит к
неточным результатам, т.е. при скорости ветра более двух метров в секунду сектор заражения равен 45°, а в действительности сектор заражения уменьшается, а при скорости
ветра 5 м/сек. и более зона заражения имеет вид эллипса.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа определения зоны заражения при свободном разливе химически опасного вещества, позволяющее ускорить время расчета параметров зон заражения и повысить точность.
Поставленная задача достигается тем, что в способе определения зоны заражения при
свободном разливе химически опасного вещества, включающем измерение скорости ветра, расчет времени испарения химически опасного вещества, глубины зоны заражения и
площади зоны заражения - время испарения химически опасного вещества T рассчитывают по формуле:
h ⋅d
T=
⋅ 60,
K2 ⋅ K 4 ⋅ K7
где h - толщина слоя разлитой жидкости химически опасного вещества,
d - плотность химически опасного вещества,
K2 - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств химически опасного вещества,
K4 - коэффициент, учитывающий скорость ветра,
5
BY 14515 C1 2011.06.30
K7 - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха,
60 - коэффициент для перевода часов в минуты,
глубину зоны заражения L рассчитывают по формуле:
L = T⋅l0,
где l0 - расстояние, проходимое зараженным воздухом за 1 минуту, площадь зоны заражения S рассчитывают по формуле:
S = C⋅L2,
где C - коэффициент, зависящий от скорости ветра, который
при скорости ветра до 2 м/с равен 0,58439,
при скорости ветра до 3-4 м/с равен 0,27911,
при скорости ветра до 5-8 м/с равен 0,130833,
при скорости ветра до 9-15 м/с равен 0,09813,
дополнительно рассчитывают объем зараженного воздуха V по формуле:
V = S⋅H,
где H - высота слоя зараженного воздуха, которая принимается равной 50 м при скорости
ветра до 4 м/с и равной 30 м при скорости ветра 5-15 м/с, и концентрацию химически
опасного вещества в воздухе K по формуле:
Q
K= ,
V
где Q - количество разлитого в результате аварии химически опасного вещества.
Пример осуществления заявляемого способа при свободном разливе химически опасного вещества.
При транспортировке аммиака в жидком состоянии произошла разгерметизация емкости, в результате чего вылилась на почву 15 т. жидкого аммиака. На месте аварии производится определение любым известным путем скорости и направление ветра на высоте 10
метров, для того чтобы исключить влияние подстилающей поверхности. В результате замера
определена скорость ветра, равная 4 м/с. По уточненной формуле (в которую авторы ввели коэффициент "60", обозначающий испарение химически опасного вещества в минутах).
Сначала определяют время испарения химически опасного вещества по уточненной
нами формуле, используемой в прототипе, где время испарения определялось в конце
способа, т.е. время испарения - "T" химически опасного вещества равно
h ⋅d
T=
⋅ 60,
K2 ⋅ K4 ⋅ K7
где h - толщина слоя разлитой жидкости химически опасного вещества,
d - плотность химически опасного вещества,
K2- коэффициент, зависящий от физико-химических свойств химически опасного вещества,
K4 - коэффициент, учитывающий скорость ветра,
K7 - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха, глубину зоны заражения L рассчитывают по формуле:
L = T⋅l0,
где l0 - расстояние, проходимое зараженным воздухом за 1 минуту, площадь зоны заражения S рассчитывают по формуле:
S = C⋅L2,
где C - коэффициент, зависящий от скорости ветра, который
при скорости ветра до 2 м/с равен 0,58439,
при скорости ветра до 3-4 м/с равен 0,27911,
при скорости ветра до 5-8 м/с равен 0,130833,
при скорости ветра до 9-15 м/с равен 0,09813,
дополнительно рассчитывают объем зараженного воздуха V по формуле:
6
BY 14515 C1 2011.06.30
V = S⋅H,
где H - высота слоя зараженного воздуха, которая принимается равной 50 м при скорости
ветра до 4 м/с и равной 30 м при скорости ветра 5-15 м/с, и концентрацию химически
опасного вещества в воздухе K по формуле:
Q
K= ,
V
где Q - количество разлитого в результате аварии химически опасного вещества.
Для повышения оперативности определения параметров зон заражения разработана
компьютерная программа, в которую заложены значения всех вышеуказанных коэффициентов, в данном случае для аммиака, взятых из официального источника (см. РД 52. 04.
253-90).
В результате компьютерного расчета получено время испарения T = 40,86 мин.
В результате компьютерного расчета глубина зоны заражения "L" за время испарения
только во вторичном облаке равна 9806,4 м.
Наибольшая концентрация вещества "K" в воздухе за время испарения будет равна
K = 0,01118 г/м3 (по расчету компьютера).
На электронной карте местности высвечивается направление и площадь зоны заражения, определенная по предлагаемому способу.
Таким образом, заявляемый способ позволяет ускорить время расчета параметров зон
заражения и повысить точность, а также определить эквивалентную дозу, полученную человеком, находящимся в зоне заражения в течение времени его нахождения в зоне, что
позволяет принять срочное решение для эвакуации людей. В прототипе фактор времени
не учитывается. По предлагаемой формуле L = T⋅l0 исключается ошибка в определении
глубины зоны заражения, которая имеется в прототипе, где с увеличением скорости ветра
глубина зоны заражения уменьшается (см. приложение 2, с 14. РД52.04.253-90).
В предлагаемом способе расчет зон заражения и концентрация химически опасных
веществ производится для конкретных примененных веществ без перерасчета с хлора, который имеет место в прототипе (см. с 4. РД 52.04.253-90), что значительно ускоряет процесс при использовании заявленного способа.
Источники информации:
1. Василенко В.И. Назаров И.М. и др. Мониторинг загрязнения снежного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 182 с.
2. Ревич Б.Н., Саст Ю.И., Смирнова Р.С., Сорокина Е.Г. Методические рекомендации
по геохимической оценке загрязнения территории городов химическими элементами. - M.:
ИМГРЭ, 1982. - 111 С.
3. Патент RU 2325640, МПК G 01V 31/00, 2008.
4. Патент RU 2.285916, МПК G 01 V 31/00, 2006.
5. А.с. СССР 857900, МПК3 G 01V 5/12, 1981.
6. Патент RU 2316260, , МПК A 61B 10/00, 2008.
7. Руководящий документ. Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных
объектах и транс порте. - РД 52.04.253-90. - С.4, 5, 10, 12 (прототип).
8. РД 52.04.253-90 (Приложение 3. - С. 17-19).
9. РД 52.04.253-90 (Приложение 4. - С. 20).
10. РД 52.04.253 - 90 (Приложение 4. - С 17).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
11
Размер файла
112 Кб
Теги
by14515, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа