II. Рекомендуемые методические основы, допущения и условия выброса опасных веществ

6. Расчеты распространения опасных веществ в атмосфере, приведенные в Руководстве, основаны на модели рассеяния "тяжелого" газа. Основными особенностями образования "тяжелого" газа являются: соотношение плотности газообразного опасного вещества и плотности воздуха более 1, низкая температура, наличие аэрозолей, а в данном документе под "тяжелым" газом понимается смесь воздуха, газовой фазы и капель опасного вещества, плотность которой выше плотности окружающего воздуха. При этом, если соотношение плотности газообразного опасного вещества и плотности воздуха соответствует или меньше 1, то такие опасные вещества относят к "легким" или "нейтральным" газам.

7. Модель распространения в атмосфере "тяжелого" газа учитывает следующие процессы:

а) распространение длительного струевого выброса в атмосфере из круглого отверстия разрушения, эквивалентного по площади реальному отверстию разрушения; при этом если для моделирования рассеяния достаточно рассмотрения только струевого участка, то допускается расчет струевого выброса не только отрицательной плавучести ("тяжелый" газ), но и "легких" и "нейтральных" газов;

б) движение облака (в т.ч. осевшего на поверхность земли) с учетом изменения скорости ветра по высоте;

в) гравитационное растекание облака;

г) рассеяние облака в вертикальном направлении за счет атмосферной турбулентности (подмешивание воздуха в облако);

д) рассеяние облака в горизонтальном направлении за счет подмешивания воздуха в облако, происходящего как за счет атмосферной турбулентности, так и за счет гравитационного растекания;

е) нагрев или охлаждение облака за счет подмешивания воздуха;

ж) фазовые переходы опасного вещества в облаке ("газ-жидкость" и "жидкость-газ");

з) теплообмен облака с подстилающей поверхностью.

8. В Руководстве приняты следующие допущения:

а) газообразное опасное вещество считается идеальным газом, свойства которого не зависят от температуры;

б) жидкое опасное вещество считается несжимаемой жидкостью, свойства которой не зависят от температуры;

в) гравитационное растекание облака опасного вещества учитывается с помощью эмпирической зависимости;

г) опасное вещество находится в аварийном оборудовании при давлении, равном или превышающем атмосферное;

д) истечение и испарение опасного вещества происходят с постоянной скоростью, соответствующей максимальной скорости истечения (испарения), если не рассматривается динамика растекания пролива и скорость испарения; при учете динамики процессов растекания-испарения на основе решения уравнений движения мелкой воды, уравнений движения мелкой воды на рельефе или гравитационного растекания жидкости площадь и геометрия разлития и скорость испарения рассматриваются как функции времени;

е) разлив жидкой фазы происходит на поверхности без впитывания;

ж) для случаев отсутствия обвалования толщина слоя разлившегося жидкого опасного вещества принимается равной 0,05 м <1>;

--------------------------------

<1> При наличии достаточных обоснований допускается задание слоя разлития с глубиной, отличной от 0,05 м, в частности в соответствии со сводом правил "Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности" СП 12.13130.2009, утвержденным приказом МЧС России от 25.03.2009 N 182.

з) осаждение (конденсация) на подстилающую поверхность выброса газообразного опасного вещества и его химические превращения при рассеянии не учитываются;

и) рассматриваются только случаи аварийного истекания опасного вещества из оборудования, когда отверстия разгерметизации или места расположения аварийных трубопроводов всем сечением находятся выше или ниже уровня налива жидкого опасного вещества в оборудовании, соответственно, рассматривается истечение только газовой либо только жидкой фазы. При этом разгерметизация оборудования - это образование в оборудовании отверстий с размером, существенно меньшим, чем размеры оборудования, через которые опасное вещество в жидком или газообразном состоянии в течение некоторого времени поступает в окружающую среду.

9. В Руководстве используются стандартные характеристики атмосферы и профили ветра, а также известные скорости подмешивания воздуха в выброс. Для описания устойчивости атмосферы используется 6 классов устойчивости: A, B, C, D, E и F (по Паскуилу), где класс устойчивости атмосферы - это совокупность метеорологических факторов (скорость ветра, облачность, вертикальный тепловой поток), создающих определенные условия рассеяния в атмосфере. Первые три класса соответствуют неустойчивой стратификации атмосферы, последние два - устойчивой. Класс D соответствует нейтральной стратификации атмосферы. Предполагается, что в течение времени распространения облака характеристики атмосферы не меняются.

10. В Руководстве рассматриваются следующие условия изменения состояния опасного вещества:

а) проливы жидкой фазы рассматриваются, как правило, в форме квадрата, вдоль одной из сторон которого направлен ветер; в случае если фактические поперечные размеры пролива существенно отличаются от продольных, допускается принимать или рассчитывать поперечный размер пролива отличным от принятого в Руководстве с учетом наличия реальных обвалований, уклонов стока, особенностей рельефа, в том числе с использованием уравнений движения мелкой воды, уравнений движения мелкой воды на рельефе или гравитационного растекания жидкости;

б) если из оборудования происходит длительный (струйный) выброс, то его рассмотрение проводится с учетом высоты и направления выброса: рассеяние выброса рассматривается от уровня выброса; рассеяние залповых выбросов и рассеяние от проливов рассматривается от уровня поверхности земли; струйные выбросы из оборудования газовой фазы и вскипающих сред могут на начальном участке не касаться земли и рассеиваться на некоторой высоте над нею; соприкосновение с поверхностью земли происходит уже на некотором удалении от места выброса;

в) в начальный момент времени (на месте выброса) первичное облако опасного вещества (т.е. область пространства, ограниченная поверхностями заданной концентрации опасного вещества) имеет форму цилиндра (рисунок 3-1 приложения N 3 к Руководству), вертикальное сечение вторичного облака опасного вещества от проливов вдоль направления ветра во всех сценариях представляет собой прямоугольник (рисунок 3-2 приложения N 3 к Руководству); струевые выбросы газа и вскипающих сред в поперечном к оси струи сечении имеют форму круга с однородным распределением всех параметров (концентрации, скорости, температуры...).

Под первичным облаком понимается облако опасного вещества, образующееся в результате очень быстрого (за 1 - 2 минуты) перехода в атмосферу части опасного вещества и распространяющееся по ветру от места выброса, в первичном облаке может существовать ядро - область пространства, в которой концентрация на заданной высоте постоянна.

Под вторичным облаком (или шлейфом) понимается облако опасного вещества, образующееся в результате длительного выброса газа или перегретой вскипающей жидкости, а также в результате испарения опасного вещества с подстилающей поверхности или из разгерметизированного оборудования и распространяющееся по ветру от места выброса; во вторичном облаке может существовать ядро - область пространства, в которой концентрация на заданной высоте постоянна (не изменяется при перемещении в горизонтальном направлении, перпендикулярном ветру, хотя может изменяться при перемещении по вертикали);

г) капли в облаках не "захолаживаются", то есть их температура не снижается ниже температуры кипения опасного вещества; пролив жидкости на подстилающую поверхность может при длительном времени рассмотрения "захолаживаться" до температуры ниже температуры кипения, что имеет место при испарении пролива за счет тепло-массообмена с атмосферой;

д) распространение выброса происходит над твердой ровной поверхностью, с которой нет обмена массой, а есть только обмен теплом;

е) учет подмешивания воздуха в облака на начальном этапе выброса осуществляется в соответствии с приложением N 13 к Руководству. Для струйных выбросов газа или вскипающей фазы такое подмешивание рекомендуется учитывать в рамках интегральной модели, описанной в Руководстве. Для консервативной оценки допускается принимать, что в начальный момент времени в облаках (первичном и вторичных) опасное вещество воздухом не разбавлено;

ж) в облаке существует фазовое равновесие газ-жидкость, это равновесие устанавливается мгновенно;

з) фазовые переходы опасного вещества приводят только к изменению высоты облака;

и) при определении размеров зон, где возможно горение (или детонация) топливно-воздушной смеси, предполагается, что горение (или детонация) может быть инициировано и/или существовать в областях со средней концентрацией от 0,5 нижнего концентрационного предела распространения пламени до верхнего концентрационного предела распространения пламени;

к) при рассмотрении проливов и при рассмотрении испарения опасного вещества из них в более точном (т.е. с учетом динамики изменения параметров пролива во времени) приближении нежели в допущении пункта 8 "и" данного Руководства рекомендуется пользоваться моделью движения жидкости в приближении мелкой воды (в т.ч. с учетом рельефа, по которому происходит растекание) или моделью гравитационного растекания жидкости; для оценки скорости испарения/кипения проливов рекомендуется использовать балансы тепло-массообмена, в которых учитываются потоки тепла от подстилающей поверхности, от воздуха, от поступления с выброшенной жидкостью, от фазовых переходов "пар-жидкость", для слаболетучих жидкостей рекомендуется учитывать тепловой поток от солнечного излучения, а при наличии возможности растворения опасного вещества в подстилающей среде и теплоту, затрачиваемую на растворение; а при учете баланса масс рекомендуется учитывать массу поступающего в пролив жидкого опасного вещества от аварийного места разрушения, массу, переходящую в атмосферу в результате испарения/кипения, а при наличии возможности растворения опасного вещества в подстилающей среде и массу, растворяющуюся в жидкой фазе подстилающей среды;

л) в случае если в ходе развития аварии к месту аварии от смежного оборудования поступает дополнительное количество опасного вещества, сопоставимое с количеством опасного вещества, находившегося в аварийной единице оборудования, то в расчетах следует учитывать это дополнительное опасное вещество, участвующее в создании поражающих факторов.

11. Руководство не рекомендуется применять либо рекомендуется применять с ограничениями в следующих случаях:

а) расчет рассеяния опасного вещества в штилевых условиях (отсутствие ветра);

б) расчет распространения выброса внутри помещений;

в) распространение выброса за пределами более 10 км от места выброса;

г) распространение выброса с массой опасного вещества в первичном облаке более 500 т;

д) распространение облаков от пролива опасного вещества со стороной квадрата пролива более 500 м;

е) наличие на пути движения облака препятствий, размеры которых превышают размеры облака;

ж) рассеяние твердых опасных веществ;

з) выпадение конденсированной фазы на подстилающую поверхность и ее повторное поступление в атмосферу.