Формулировка и решение задачи моделирования и оценки последствий аварийного выброса при разрушении оборудования с помощью методик Токси по сценарию 3

Исходные данные

С использованием программного комплекса Токси+Risk версии 4.2 провести моделирование и оценку последствий аварийного выброса при разрушении хранилища жидкого аммиака, находящегося под давлением.

1. Рассчитать размеры зон со смертельной и пороговой токсидозами по методикам Токси-2 и Токси-3 для времени экспозиции 30 минут. Сравнить полученные результаты расчета. Сделать выводы.

2. Сопоставить расстояние, на котором достигается смертельнаятоксодоза с расстоянием, на котором возможно поражение незащищенного персонала с вероятностью 50% для той же экспозиции, что и в п. 1.

3. Нанести изолинии пороговых и смертельных токсодоз на ситуационный план.

4. Для модели Токси-3 вывести зависимости длины зоны смертель­ного и порогового поражения от массы выброса (10—60 т), а также от скорости ветра (от 1 до 10 м/с) по 4 точки.

5. Используя команду «быстрый расчет», определить, на каком максимальном расстоянии от источника выброса достигается концентрация аммиака, равная 0,03 кг/м³.

6. Получить поле концентраций на момент времени 10 минут после аварии.

7. Получить график изменения концентрации в «ядре» облака от времени.

 

Свойства аммиака:

Молекулярная масса аммиака μ=0,017 кг/моль

Теплоемкость газа С_г=2 100 кДж/(кгК)

Теплоемкость жидкости С_р = 4 590 Дж/(кгК)

Температура кипения Т_кип = -33,4 °С = 239,75 К

Теплота испарения ∆Н_кип= 1 360000 Дж/кг

Характеристики источника загрязнения:

Масса жидкого аммиака в хранилище —10 т

Масса газообразного аммиака в хранилище — 100 кг

Давление – 4 бара

Температура хранения – 0 °С

Метеоусловия:

Атмосферное давление – 1,0133 бара

Температура воздуха – 20 °С

Скорость ветра: 2,0 м/с

Подстилающая поверхность – центы больших поселений и городов

Класс устойчивости атмосферы – А

 

2.2. Ход расчета в ПК Токси+^Risk

1. С использованием программы Токси+^Risk рассчитать размеры зон со смертельной и пороговой токсодозами по методикам Токси-2 и Токси-3 для времени экспозиции 30 минут.

В меню выбора модулей для проведения независимых расчетов по ме­тодикам вызываем модуль расчета Токси. В появившемся окне задаем ис­ходные данные, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Окно Сценарий

Результат расчета по методике Токси-2 показан на рис. 2, по методике Токси-3 - на рис. 3.

При расчете по методике Токси-2 смертельная токсозода не выявлена, о чем свидетельствует полученное отрицательное значение в поле определение глубины токсодозы (рис. 2). Методика Токси-2 дает завышенные значения, о чем можно судить по полученной зоне порогового поражения (рис. 2 и рис. 3).

Рис. 2. Границы зон поражения (методика Токси-2)

Рис. 3. Границы зон поражения (методика Токси-3)

 

2. Сопоставить расстояние, на котором достигается смертельная токсодоза, с расстоянием, на котором возможно поражение незащищенного персонала с вероятностью 50 % для той же экспозиции, что и в п. 1.

Для расчета расстояния, на котором возможно поражение незащи­щенного персонала с вероятностью 50%, необходимо после проведения полного расчета перейти на вкладку оценка зон поражения по вероятно­стямпоражения, где в поле Вероятность смертельного пораженияустано­вить значение 50% и поставить флажок Нанести на схему(рис. 4).

Смертельная токсодоза достигается на расстоянии 83 м (рис. 3), расстояние, на котором возможно поражение незащищенного персонала с вероятностью 50%, - 68 м (рис. 4).

Рис. 4. Границы зон поражения по вероятностям поражения по методике Токси-3

 

3.Нанести изолинии пороговых и смертельных токсодоз на ситуационный план.

Для нанесения на план необходимо отметить интересующие зоны пора­жения, установив соответствующие флажки Нанести на план. Так как нас ин­тересуют как пороговые и смертельные зоны поражения, так и расстояние, на котором возможно поражение незащищенного персонала с вероятностью 50%, флажки следует установить, как показано на рис. 2, рис. 3 и рис. 4. (после окончания расчета флажки для зон пороговой и смертельной токсодозы устанавливаются по умолчанию) и нажать на кнопку. Ре­зультат нанесения на ситуационный план изолиний, рассчитанных по ме­тодике Токси-2, показан на рис. 5, по методике Токси-3 на рис. 6.

 

Рис. 5. Изолинии токсодоз, рассчитанных по методике Токси-2

Рис. 6. Изолинии токсодоз, рассчитанных по методике Токси-3

 

4. Для модели Токси-3 вывести зависимости длины зоны смертельного и порогового поражения от массы выброса (10—60 т), а также от скорости ветра (от 1 до 10 м/с) по 4 точки.

Для того чтобы вывести зависимости длины зон поражений от различ­ных параметров по диапазонам, необходимо нажать кнопку Расчет по ди­апазонам (рис.7) на панели инструментов. Данная функция реализована только для методики Токси-3 и только для Токсичных веществ.

 

Рис. 69. Панель инструментов модуля ТОКСИ

 

ЗададимКритерий анализа –Масса сжижен. ОВ в оборудовании. В поле Характеристики анализазададим начальное (10000 кг) и конечное (60 000 кг) значения и количество точек – 4. Нажимаем кнопку Произвести расчет/анализ .Результат расчета приведен на рис. 8.

ЗададимКритерий анализа -Скорость ветра на высоте 10 м. В поле Характеристики анализазададим начальное (1 м/с) и конечное (10 м/с) значения и количество точек - 4. Нажимаем кнопку Произвести расчет/анализ .Результат расчета приведен на рис. 9.

Как показал расчет, длины зон поражения увеличиваются с увеличением массы выброса загрязняющего вещества, а с увеличением скорости ветра - длины зон поражения уменьшаются.

5.Используя команду «быстрый расчет», определить, на каком максималь­ном расстоянии от источника выброса достигается концентрация аммиака, равная 0, 03 кг/м³ .

Вызываем быстрый расчет по нажатию на кнопку (функция бы­строго расчета предусмотрена только для методики Токси-3). В поле Зна­чение концентрации вводим значение 0,03, по нажатию на кнопку Рассчи­тать программа выведет результаты расчета (рис. 10).

6. Получить график изменения концентрации в «ядре» облака от времени.

Нажав на пиктограмму в окне Токси-3: результаты расчета,мож­но построить графики изменения одного выбранного параметра относи­тельно другого. Для этого необходимо в списке Параметрызадать значе­ния для осей Х и У. Устанавливаем флажки по оси Х напротив Время, с,по оси У-Концентрация в ядре облака.Результат изображен на рис. 11.

Рис. 8.Зависимость длин зон поражений от массы выброса

Рис. 9. Зависимость длин зон поражений от скорости ветра

Рис. 10. Панель отображения результатов быстрого расчета

Рис. 11. График зависимости концентрации в «ядре» облака от времени

 

Как видно из графика, концентрация вещества в ядре облака уменьшается со временем, причем до момента времени около 2 с после аварии этот спад очень резкий, после – уменьшение концентрации более плавное и уже в момент времени 40 с практически уходит в ноль. Более точное изменение приведено в таблице 14, полученной на осно­ве выборки некоторых значений из протокола программного расчета (рис. 12).

Таблица 14

Время, с	5,15621	6,40621	7,65621	8,90621	10,15621	12,65621	15,15621	17,65621	21,4062
Конц-ия в ядре обл.,кг/м3	0,6297	0,47965	0,37221	0,29323	0,23414	0,1548	0,10689	0,07666	0,04943
Время, с	23,90621	26,4062	28,90621	31,40621	33,90621	36,40621	38,90621	43,90621	48,9062
Конц-ия в ядре обл.,кг/м3	0,03815	0,0301	0,02421	0,0198	0,01643	0,01381	0,01174	0,00873	0,00671

 

Рис. 12. Протокол расчета по методике Токси-3

 

7. Получить поле концентрации на момент времени 10 минут после аварии.

Окно значений полей появляемся при нажатии кнопки на пане­ли главной формы результатов расчета. В появившемся окне Параметры пересчета задаем границы координатной сетки, как показано на рис. 13. Далее нажимаем кнопку Расчет.

После задания границ координатной сетки выводится окно с изображением полей концентраций и токсодоз (рис. 14).

Рис. 13. Параметры текущей расчетной области

 

Рис. 14. Поля максимальных концентраций и токсодоз

 

Для того, чтобы отобразить поле концентраций в момент времени 10 мин после аварии, поставим флажок на панели, как показано на рис. 15.

 

Рис. 15. Переключение режима отображения полей концентрации

Рис. 16. Поле концентраций на момент времени 10 мин после аварии