Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОПАСНОСТИ ТОКСИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1. Токсическое воздействие ОХВ на человека 10
1.2. Методы моделирования распространения воздуха в помещениях 12
1.3. Прогнозирование распространения загрязненного воздуха в атмосферном пограничном слое 19
1.4. Особенности вентиляции зданий различного назначения 21
1.5. Выводы и постановка задачи исследования 29
2. ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ В ПОМЕЩЕНИЯХ 31
2.1. Разработка математической модели распространения примесей в вентилируемых помещениях 3 1
2.2. Проверка адекватности математической модели 37
2.3. Выводы по главе 2 44
3. ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАС! 1РЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦ11И ПРИМЕСИ ПРИ ПОСТУПЛЕНИИ ТОКСИКАНТА В ЗДАНИЯ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 45
3.1. Жилые помещения 45
3.1.1. Общие положения 45
3.1.2. Распространение в жилом помещении примесей с разной плавучестью 45
3.1.3. Исследование динамики процесса распределения примеси 50
3.2. Административные помещения 57
3.2.1. Постановка задачи исследования 57
3.2.2. Исследование динамики процесса распределения примеси при организации вентиляции по схеме «перемешивания» 58
3.2.3. Исследование динамики процесса распределения примеси при организации вентиляции по схеме «вытеснения» 64
3.3. Производственное здание 69
3.3.1. Особенности вентиляции производственных объектов 69
3.3.2. Исследование динамики изменения концентрации примеси в летний, зимний периоды 70
3.3.3. Исследование динамики распространения примеси при нестационарном источнике 75
3.3.4. Выводы по резчльтатам исследования 79
3.4. Сравнение результатов моделирования с расчетами по методике 80
3.5. Выводы по главе 3 84
4. ГЛАВА
4.1. Метод определения вероятности токсическою поражения 85
4.2. Метод расчета скорости движения людей при 86
4.3. Определение вероятности поражения при эвакуации из жилою дома 87
4.4. Определение вероятности поражения в цехе горячей прокатки при эвакуации 97
4.5. Определение вероятности поражения при блокировке системы вентиляции в жилом доме 99
4.6. Определение вероятности поражения при блокировке системы вентиляции в цехе горячей прокатки 103
4.7. Определение эффективности устройства зон безопасности в жилых домах 105
4.8. Рекомендации по обеспечению защиты населения и персонала при авариях, связанных с выбросами ОХВ 108
4.9. Выводы по главе 4 109
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 11 1
6. ЛИТЕРАТУРА 113
7. ПРИЛОЖЕНИЯ 125
Приложение 1. Структура вычислительною комплекса PHOLN1CS 125
Приложение 2. Жилое помещение. Результаты вычисли 1ельны\ экспериментов 128
Приложение 3. Административное помещение.
Результаты вычислительных экспериментов 134
Приложение 4. Производственное помещение.
Результаты вычислительных экспериментов 140
Приложение 5. Производственное помещение.
Сопоставление результатов вычислительною эксперимента с расчетом по методике ГО 144
Приложение 6. Динамика изменения концентрации примеси в типовом жилом доме 146
Приложение 7. Кратность воздухообмена в защищаемых помещениях 148
Введение к работе
Одной из ключевых проблем, стоящих перед человечеством, является противоречие между потребностями социально-экономического развития и необходимостью сохранения среды обитания.
Научно-технический прогресс не только способствует повышению производительности и улучшению условий труда, росту материального благосостояния общества, но и приводит к возрастанию риска аварий больших технических систем, что связано с увеличением их числа и сложности, ростом единичных мощностей агрегатов на промышленных и энергетических объектах, их территориальной концентрации.
Только в 2000 году в России имели мест о 960 чрезвычайных ситуаций (ЧС), среди которых техногенные ЧС составляют 63,13%. На долю техногенных аварий пришлось 89,5% погибших и 21,2% пострадавших среди персонала объектов экономики и населения /1 / .
Возможность возникновения аварий на производственных объектах России сегодня усугубляется тем. чго на большинстве производств имеет место высокая степень износа основных производственных фондов, не осуществляются модернизация, ремонт и профилактические работы, наблюдается падение производственной и технологической дисциплины, снижение квалификации персонала.
Всего в Российской Федерации функционирует 3300 объектов экономики, располагающих значительными запасами опасных химических вещееIв (ОХВ). Более 50% из их числа имеют запасы аммиака, 35% — хлора. 5% — соляной кислоты. Суммарный запас этих веществ на предприятиях достшаег около 1 млн. тонн, что составляет 10й смертельных токсидоз. На промышленных предприятиях одновременно хранится от нескольких сот до нескольких тысяч тонн ОХВ. В кру пных городах (с населением свыше 100 тыс. человек) и вблизи них сосредоточено более 70% предприятий химической промышленности, заводов по производству минеральных удобрений, и почти все предприятия нефтехимической, нефтеперерабатывающей и металлургической промышленности.
В зонах прогнозируемого химического заражения проживает около 44 млн. человек. Основными источниками аварий являются: неудовлетворительное техническое состояние оборудования (46%), нарушение требований по организации опасных работ и недостаточное соблюдение технологической дисциплины (31%), а также неудовлетворительная организация работ по пуску оборудования (15%)
Токсическому воздействию подвергается как персона,] промышленных предприятий, так и население близлежащих населенных пунктов, находящееся на открытой местности, а также в жилых и производственных зданиях.
В свете вышеизложенного весьма актуальной является задача прогнозирования возможною поражения персонала и населения при техногенных авариях, сопровождающихся выбросом токсических вещееIв и разработка мер по его защите и снижению последствий токсического воздействия.
Это и предопределило постановку настоящего исследования, цель кою- рого — выявление закономерностей распространения внешнего загрязненного токсикантами воздуха внутри жилых, административных и производственных помещений и разработка мер защиты населения и персонала 01 токсического поражения.
Для решения поставленной задачи необходимо:
- классифицировать жилые, административные и промышленные здания различного назначения по принципам организации воздухообмена и выявить наиболее характерные схемы;
проанализировать существующие методы расчета воздухообмена зданий и убежищ и установить границы их применимости;
разработать математическую модель распространения токсических примесей внутри помещений различного назначения, учитывающую условия воздухообмена с наружным загрязненным воздухом, реальную геометрию помещений, условия подачи и удаления воздуха, физические свойства примеси и газовоздушной смеси и другие факторы;
с использованием разработанной модели исследовать влияние на опасность токсического поражения людей внутри зданий основных метеоклиматических (время года, соотношение температур приточного воздуха и воздуха в помещении), конструктивных (схема вентиляции и кратность воздухообмена), физико-химических (тип токсиканта) и организационных (эвакуация, герметизация помещений) параметров;
разработать рекомендации по защите населения и персонала предприятий при авариях, связанных с выбросами ОХВ,
Научная новизна полученных результате заключается в том, что:
- разработана математическая модель распросфанения примеси внутри вентилируемых помещений различного назначения, уччшвающая «плавучесть» токсиканта, реальную геометрию помещений и схемы вентиляции;
- проведена настройка и адаптация вычислительного комплекса РНОЕЫЮБ к решению задач распределения примеси в помещениях;
- с использованием вычислительною комплекса РНОЕЬЛСБ методом математического моделирования решена задача по расчету распределения концентраций токсиканта, поступающего с наружным загрязненным воздухом, внутри помещений разного назначения;
- установлена вероятность токсического поражения населения и персонала при различных способах спасения (эвакуация, ожидание помощи).
Достоверность полученных результатов и обоснованность выводов обусловлена применением средств математического моделирования, основанных на фундаментальных законах сохранения и переноса, а также удовлетворительным согласованием результатов расчета с экспериментальными данными.
Практическая значимость результатов работы состоит в том, что с помощью разработанной модели можно проводить количественный анализ опасности поражения персонала ОПО и населения, находящихся внутри зданий при аварии, связанной с выбросом ОХВ. Модель предназначена для решения многих практически значимых исследовательских и прикладных задач промышленной безопасности: разработка путей эвакуации, проектирование средств инженерной защиты сооружений 01 проникновения ОХВ, экспертиза проектов систем вентиляции и т.п. Полученные автором количественные оценки могут быть использованы для решения задач промышленной безопасности.
Диссертационная работа состоит из четырех глав, заключения и приложений.
В главе 1 изложены вопросы, связанные с моделированием процессов поступления токсичных примесей в помещения и их распространением. Глава носит обзорный характер, затрагивает помимо непосредственных аспектов моделирования вопросы, касающиеся типовых схем устройства систем вентиляции помещений различного назначения. Приведен обзор методик, применяющихся для расчета полей концентраций примесей внутри помещений, выявлены их достоинства и недостатки. Выбран и обоснован метод моделирования для решения поставленных задач.
В главе 2 разработана и реализована модель движения воздуха в помещении. Модель реализована численно, в рамках вычислительного комплекса PHOENICS. Результаты численного моделирования сопоставлены с известными данными лабораторных экспериментов с целью проверки адекватности модели.
Глава 3 посвящена вычислительным экспериментам с применением разработанной модели с целью выявления и обобщения влияния типа и интенсивности вентиляции на опасность поражения людей внутри зданий различного назначения: жилых, административных, производственных. Получены и проанализированы зависимости параметров процесса пэступления примеси от основных факторов. Результаты моделирования сопоставлены с расчетами по общепринятой методике. Сделаны выводы об областях применения модепи.
В главе 4 предложены методы а нал и а опасное ш существующих объектов, проанализированы вероятности поражения людей при эвакуации из жилого дома типовой серии и из цеха горячей прокати предложен меюд расчета предельного времени пребывания в помещениях после блокировки системы вентиляции. Показана целесообразность применения разработанной модели при оценке эффективности технических мер обеспечения безопасности при авариях, связанных с выбросами ОХВ.
Результаты работы были доложены на VI международной научно- практической конференции по системам управления промышленной безопасностью и пожаро-взрывобезопасносш в металлу pi ии (г. Череповец, апрель 2001 г.). Основные положения работы опубликованы в трудах этой конференции /2/ и в двух статьях в научных журналах. 3.4 .
Похожие диссертации на Прогнозирование опасности токсического поражения при проникновении загрязненного воздуха в помещения различного назначения
