Курсовая работа: Прогнозирование и оценка обстановки при аварии, сопровождающейся выбросом аммиака, находящегося под давлением

1

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА

Кафедра «Техносферная безопасность»

Направление 20.03.01

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу «Промышленная безопасность»

Прогнозирование и оценка обстановки при аварии, сопровождающейся выбросом аммиака, находящегося под давлением

Москва, 2019

Содержание

Ведение

1. Основные сведения об аммиаке

2. Прогнозирование и оценка обстановки при авариях, сопровождающихся выбросом АХОВ

2.1 Определение толщины слоя жидкости

2.2 Определение эквивалентного количества АХОВ в первичном облаке

2.3 Определение эквивалентного количества АХОВ в первичном облаке

2.4 Определение глубины зон возможного химического заражения первичным или вторичным облакам

2.5 Определение полной глубины зоны возможного химического заражения

2.6 Определение площади зоны возможного химического заражения АХОВ

2.7 Определение времени подхода облака АХОВ к заданному объекту

3. Расчет концентраций аварийно-химически опасных веществ по оси зоны заражения

4. Прогнозирование количества пострадавших среди персонала и населения, оказавшегося в зоне заражения

5. Расчет ущерба от аварии

Выводы

Список литературы

Ведение

заражение аммиак химический облако

Каждый день на протяжении всей своей жизни человек в той или иной степени взаимодействует с химическими веществами. Но наибольшее воздействие они оказывают на людей, непосредственно занятых на работах в условиях химически-опасной среды.

Целью курсовой работы является закрепление и дальнейшее углубление теоретических знаний и практических навыков, получаемых при изучении дисциплины «Промышленная безопасность», а также развитие навыков аналитической и научно-исследовательской работы. Курсовая работа является важнейшим элементом самостоятельной работы. Основной целью курсовой работы является оценка последствий техногенной аварии на объекте экономики.[1]

Аварийно химически опасное вещество (АХОВ) -- это опасное химическое вещество, применяемое в промышленности и сельском хозяйстве, при аварийном выбросе (разливе) которого может произойти заражение окружающей среды в поражающих живой организм концентрациях (токсодозах).

Основные особенности АХОВ:

-способность по направлению ветра переноситься на большие расстояния, где и вызывает поражение людей;

-объемность действия, то есть способность зараженного воздуха проникать в негерметизированные помещения;

-большое разнообразие АХОВ, что создает трудности в создании фильтрующих противогазов;

-способность многих АХОВ оказывать не только непосредственное действие, но и заражать людей посредством воды, продуктов, окружающих предметов.

По клинической картине поражения различают следующие виды АХОВ:

1) Вещества с преимущественно удушающими свойствами:

-с выраженным прижигающим действием (хлор, трёххлористый фосфор);

-со слабым прижигающим действием (фосген, хлорпикрин, хлорид серы).

2)Вещества преимущественно общеядовитого действия: оксид углерода, синильная кислота, этиленхлорид и дp.

3) Вещества, обладающие удушающим и общеядовитым действием:

-с выраженным прижигающим действием (акрилонитрил);

-со слабым прижигающим действием (оксиды азота, сернистый ангидрид).

4)Нейротропные яды (вещества, действующие на проведение и передачу нервного импульса, нарушающие действия центральной и периферической нервных систем): фосфорорганические соединения, сероуглерод.

5) Вещества, обладающие удушающим и нейротропным действием (аммиак).

6) Метаболические яды.

-с алкилирующей активностью (бромистый метил, этиленоксид, метилхлорид, диметилсульфат);

-изменяющие обмен веществ (диоксин).

Пути воздействия АХОВ на организм человека:

- с пищей и водой (пероральный);

- через кожу и слизистые оболочки (кожно-резорбтивный);

- при вдыхании (ингаляционный).[2]

1. Основные сведения об аммиаке

Аммиак (нитрид водорода) - химическое соединение азота и водорода с формулой NH3, при нормальных условиях - бесцветный газ с резким характерным запахом. Плотность аммиака 20 мг/м3 - IV класс опасности (малоопасные вещества). Температура кипения - tкип ?33,35 °C и плавления - tпл ?77,70 °C. Аммиак относится к числу важнейших продуктов химической промышленности, ежегодное его мировое производство превышает 180 млн тонн.[3]

Физические свойства:

При нормальных условиях - бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта), почти вдвое легче воздуха, ядовит. По физиологическому действию на организм относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать токсический отёк лёгких и тяжёлое поражение нервной системы. Пары аммиака сильно раздражают слизистые оболочки глаз и органов дыхания, а также кожные покровы. Это мы и воспринимаем как резкий запах. Пары аммиака вызывают обильное слезотечение, боль в глазах, химический ожог конъюктивы и роговицы, потерю зрения, приступы кашля, покраснение и зуд кожи. Растворимость NH3 в воде чрезвычайно велика - около 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды.[4]

Химические свойства:

· Водный раствор аммиака («нашатырный спирт») имеет слабощелочную реакцию из-за протекания процесса.

· Взаимодействуя с кислотами, даёт соответствующие соли аммония.

· Аммиак также является очень слабой кислотой (в 10 000 000 000 раз более слабой, чем вода), способен образовывать с металлами соли - амиды, имиды и нитриды. Соединения, содержащие ионы NH2- называются амидами, NH2- - имидами, а N3- - нитридами. Амиды щелочных металлов получают, действуя на них аммиаком.

· При нагревании аммиак разлагается, проявляет восстановительные свойства. Так, он горит в атмосфере кислорода, образуя воду и азот. Окисление аммиака воздухом на платиновом катализаторе даёт оксиды азота, что используется в промышленности для получения азотной кислоты.

· Галогены (хлор, йод) образуют с аммиаком опасные взрывчатые вещества - галогениды азота (хлористый азот, иодистый азот).

· С карбоновыми кислотами, их ангидридами, галогенангидридами, эфирами и другими производными даёт амиды. С альдегидами и кетонами - основания Шиффа, которые возможно восстановить до соответствующих аминов.

· При 1000 °C аммиак реагирует с углём, образуя синильную кислоту HCN и частично разлагаясь на азот и водород. Также он может реагировать с метаном, образуя ту же самую синильную кислоту.

Получение:

Промышленный способ получения аммиака основан на прямом взаимодействии водорода и азота:

N_2(г) + 3H_2(г) - 2NH_3(г) + 91,84 кДж -- это так называемый процесс Габера.

Реакция происходит с выделением тепла и понижением объёма.

Для получения аммиака в лаборатории используют действие сильных щелочей на соли аммония:

NH4Cl + NaOH = NH3^ + NaCl + H2O

Обычно лабораторным способом аммиак получают слабым нагреванием смеси хлорида аммония с гашёной известью.

2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2NH3^ + 2H2O

Для осушения аммиака его пропускают через смесь извести с едким натром. Очень сухой аммиак можно получить, растворяя в нём металлический натрий и впоследствии перегоняя. Это лучше делать в системе, изготовленной из металла под вакуумом. Система должна выдерживать высокое давление (при комнатной температуре давление насыщенных паров аммиака около 10 атмосфер). В промышленности аммиак осушают в абсорбционных колоннах[3]

Применение:

В основном используется для производства азотных удобрений (нитрат и сульфат аммония, мочевина), взрывчатых веществ и полимеров, азотной кислоты, соды (по аммиачному методу) и других продуктов химической промышленности. Жидкий аммиак используют в качестве растворителя. В холодильной технике используется в качестве холодильного агента. В медицине 10 % раствор аммиака, чаще называемый нашатырным спиртом, применяется при обморочных состояниях, для стимуляции рвоты, а также наружно - невралгии, миозиты, укусах насекомых, для обработки рук хирурга. При неправильном применении может вызвать ожоги пищевода и желудка (в случае приёма неразведённого раствора), рефлекторную остановку дыхания (при вдыхании в высокой концентрации). Противоморозная добавка для сухих строительных растворов, относящаяся к ускорителям. Рекомендуемая дозировка -- 2…8 % массы компонентов сухой смеси в зависимости от температуры применения. Аммиачная вода -- продукт (NH3*H2O), представляющий собой газообразный аммиак NН3, растворённый в воде.[4]

2. Прогнозирование и оценка обстановки при авариях, сопровождающихся выбросом АХОВ

2.1 Определение толщины слоя жидкости

Для АХОВ, разлившихся в поддон или обваловку высотой H, м, толщину слоя жидкости h, м, определяют следующим образом:

м

2.2 Определение эквивалентного количества АХОВ в первичном облаке

Количественные характеристики выброса АХОВ для расчетов параметров зоны заражения определяются по его эквивалентному значению Q_э,1, под которым понимается такое количество аммиака, масштаб заражения которым при изотермии равен масштабу заражения при тех же условиях заданным количеством данного АХОВ, перешедшим в первичное (вторичное) облако.

Эквивалентное количество АХОВ в первичном облаке Q_э,1, т, определяется по формуле:

-первичное облако отсутствует.

Где k₁ = 0,18-коэффициент, зависящий от условий хранения АХОВ; для сжатых газов k_1т = 1;

k₃ = 0,04 - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе рассматриваемого АХОВ ;

k₅ - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы: 1 - для инверсии, 0,23 - для изотермии и 0,8 - для конвекции.

k₇=0,6-коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха; для сжатых газов k₇ = 1;

Q₀ - количество разлившегося (выброшенного) при аварии АХОВ, т.

2.3 Определение эквивалентного количества АХОВ в первичном облаке

Эквивалентное количество АХОВ во вторичном облаке Q_э,2, т, определяется по формуле:

=

где k₂ = 0, 025 - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств АХОВ;

k₄ = 1,33 - коэффициент, учитывающий скорость ветра;

k₆ =1,74 - коэффициент, учитывающий время, прошедшее с начала аварии , час;

h = 0, 8 - толщина слоя разлившегося жидкого АХОВ, м;

_ж =0, 681 - плотность жидкой фазы АХОВ, т/м³;

Значение коэффициента k₆ определяют после расчета продолжительности испарения АХОВ _исп, ч, по формулам:

где ф - время, прошедшее после аварии, ч;

_исп - продолжительность испарения АХОВ, ч.

Продолжительность поражающего действия АХОВ определяют временем его испарения с площади разлива _исп, ч, по формуле:

=

где h =0,8 - толщина слоя АХОВ, м;

_ж = 0,681 - плотность жидкой фазы АХОВ, т/м³;

k₂ =0,025 - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств АХОВ;

k₄ = 1,33 - коэффициент, учитывающий скорость ветра;

k₇ = 0,6 - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха; для сжатых газов k₇ = 0,6.

Так как, ф < , = =1,74

2.4 Определение глубины зон возможного химического заражения первичным или вторичным облакам

Глубины зон возможного химического заражения первичным Г₁, км, или вторичным Г₂, км, облаками АХОВ при авариях на технологических емкостях, хранилищах и транспорте, определяются по табл. В.5 в зависимости от эквивалентного количества вещества в первичном Q_э,1, т, и вторичном Q_э,2, т, облаке и скорости ветра w_в, м/с.

Следовательно,

Таблица В.5

Глубины зон возможного заражения АХОВ, км