Опасная скорость ветра

Опасная скорость ветра (примерно на высоте 10 м от земли), u_м (м/с), та, при которой достигается максимальная приземная концентрация вещества С_м:

(3.35)

(3.36)

(3.37)

(3.38)

(3.39)

(3.40)

3.2.4. Максимальное значение приземной концентрации вредных веществ с учетом скорости ветра

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_мu (мг/м³) при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра u (м/с), отличающейся от опасной скорости ветра u_м (м/с), определяется по формуле:

(3.41)

где r – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения u/u_м по формулам:

(3.42)

(3.43)

П р и м е ч а н и е. При проведении расчетов не используются значения скорости ветра u< 0, 5 м/с, а также скорости ветра u > u^*, где u^* - значение скорости ветра, превышаемое в данной местности в среднем многолетнем режиме в 5 % случаев.

3.2.5. Расстояние, на котором достигается максимальная концентрация вредных веществ с учетом скорости ветра

Расстояние от источника выброса Х_мu (м), на котором при скорости ветра u и неблагоприятных метеорологических условиях приземная концентрация вредных веществ достигает максимального значения С_мu (мг/м³), определяется по формуле:

(3.44)

где р – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения u/u_м по формулам:

(3.45)

(3.46)

(3.47)

3.2.6. Приземная концентрация вредных веществ в атмосфере по оси факела выброса

При опасной скорости ветра приземная концентрация вредных веществ С в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях Х от источника выброса определяется по формуле:

(3.48)

где s₁ – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения Х/Х_м и коэффициента F по формулам:

(3.49)

(3.50)

(3.51)

(3.52)

Для низких и наземных источников (высотой Н не более 10 м) при значениях Х/Х_м < 1 величина s₁ в (3.48) заменяется на величину s₁^н, определяемую в зависимости от Х/Х_м и Н по формуле:

(3.53)

Рис. 3.2. Схема рассеяния вредного вещества в приземном слое атмосферы

П р и м е ч а н и е. Аналогично определяется значение концентрации вредных веществ на различных расстояниях по оси факела при других значениях скоростей ветра u и неблагоприятных метеорологических условиях.

3.2.7. Приземная концентрация вредных веществ в атмосфере по перпендикуляру к оси факела выброса

Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере С_у на расстоянии Y по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по формуле:

(3.54)

где s₂ – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра u (м/с) и отношения Y/Х по значению аргумента t_y:

(3.55)

(3.56)

по формуле:

(3.57)

Пример 3.2. Определить максимальное значение приземной концентрации ЗВ С_{м ,} мг/м³, при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем и расстояние Х_м, м, на котором она достигается при неблагоприятных метеорологических условиях. Сравнить С_м с ПДК.

Исходные данные. Источником загрязнения атмосферы (ИЗА) является дымовая труба котельной для технологических нужд в г. Пензе.

Источник имеет следующие параметры: высота Н = 30 м, диаметр устья D = 1 м, скорость выхода газовоздушной смеси из устья ω _о = 7, 06 м/с, расход газовоздушной смеси V₁ = 5, 51 м³/с, температура Т_г = 160 ^оС. Массовый выброс диоксида азота М = 4, 1 г/с и оксида углерода М = 11, 4 г/с.

Местность ровная.

Решение. Величина С_м определяется по формуле (3.16). Коэффициент А для г. Пензы равен 160. Коэффициент F=1 для газообразных ЗВ. Котельная предназначена для технологических нужд (не отопительная), т.е. нагрузка на котлы и массовые выбросы ЗВ одинаковы в теплый и холодный периоды года. Поэтому принимаем температуру наружного воздуха для наиболее невыгодного случая (в теплый период) равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца по СНиП 2.01.01-82 Т_В = 25, 3 ^оС. Тогда Δ Т = Т_Г - Т_В = (160-25, 3) = 134, 7^оС. Для ровной местности коэффициент, учитывающий влияние рельефа, η = 1. Для определения коэффициентов m и n необходимо рассчитать параметры f, v_м, v_м' и f_eпо формулам (3.17) – (3.20) соответственно:

Коэффициент m определяется по формуле (3.21):

Коэффициент n определяется по формуле (3.24):

Тогда для диоксида азота:

Для оксида углерода:

ПДК для диоксида азота и оксида углерода соответственно равны 0, 085 и 5 мг/м³, следовательно, С_м< ПДК для обоих веществ (без учета фоновых концентраций и других ИЗА, выбрасывающих эти же ЗВ).

Величину Х_м определяем по формуле (3.28), где безразмерный коэффициент d по зависимости (3.30) равен:

Тогда

Значения С_м и Х_м определены по формуле (3.36) для опасной скорости ветра u_м = υ _м = 1, 9 м/с.

Пример 3.3. Определить приземную концентрацию 3В в атмосфере С, мг/м³, по оси факела выброса на различных расстояниях Х, м, от источника загрязнения атмосферы (ИЗА) при опасной скорости ветра, u_м, м/с. Построить график распределения концентраций С = f (Х).

Исходные данные принять из примера 3.2 для оксида углерода: С_м = 0, 221 мг/м³, Х_м =341 м, u_м =1, 9 м/с.

Решение. Величина С определяется по формуле (3.48), где s ₁рассчитывается в зависимости от отношения Х/Х_м по формулам (3.49) и (3.50).

Зададимся интервалами значений Х: 50 м при Х/Х_м < 1 и 200 м при Х/Х_м > 1.

Для Х = 50 м коэффициент s₁ по формуле (3.49) равен:

s₁ = 3∙ (50/341)⁴ – 8∙ (50/341)³ + 6∙ (50/341)² = 0, 105.

Тогда по формуле (3.48):

С = 0, 105 ∙ 0, 221 = 0, 0232 мг/м³.

Для Х = 400 м коэффициент s₁ по формуле (3.50) равен:

s₁ = l, 13/(0, 13 ∙ (400/341)² +l) = 0, 959.

Тогда по формуле (3.48) для Х = 400 м:

С = 0, 959 ∙ 0, 221 = 0, 212 мг/м³.

Для остальных значенийХ результаты расчетов концентраций представлены в табл. 3.3.

Рис. 3.3. Рассеяние вредного вещества в атмосфере по оси факела выброса

Таблица 3.3 Расчет концентраций загрязняющего вещества по оси факела выброса

На основании данных табл. 3.3 строим графическую зависимость С = f(Х), (рис.3.3).

Пример 3.4. Определить приземную концентрацию 3В в атмосфере Сy по перпендикуляру к оси факела выброса на различных расстояниях Y от точки Х = Х_м при опасной скорости ветра u_м. Построить график распределения концентраций С_У = f(Y).

Исходные данные принять из примера 3.2 для оксида углерода: С = С_м = 0, 221 мг/м³, Х = Х_м = 341 м, u = u _м = 1, 9 м/с.

Решение. Величина С_Уопределяется по формуле (3.54), где коэффициент s₂ определяется по формуле (3.57) в зависимости от аргумента t_У, рассчитываемого по уравнению (3.55).

Задаемся интервалами значений Y. Для Y = 20 м

Для остальных значений Y результаты расчетов представлены в табл. 3.4.

Таблица 3.4 Расчет концентраций загрязняющего вещества перпендикулярно оси факела выброса

На основании данных табл. 3.4 строим графическую зависимость С_У = f(Y), (рис. 3.4).

Пример 3.5. Построить поле (изолинии) концентраций 3В от одиночного точечного источника в приземном слое атмосферы. Исходные данные принять из примеров 3.2 - 3.4.

Решение. Величина С_м = 0, 221 мг/м³ при Х_м = 341 м. Значения расчетных изолиний концентраций примем 0, 1; 0, 15; 0, 2 мг/м³.

Координаты Х и Y для этих концентраций примем непосредственно из графиков в примерах 3.3 и 3.4 (рис.3.3 и 3.4). Полученные данные приведены в табл.3.5. В ней 6 точек приняты из примера 3.3 для значений концентраций вдоль оси факела, т.е. при Y = 0. Другие 6 точек приняты из примера 3.4 для значений концентраций перпендикулярно оси факела при фиксированном Х = 341 м.

Рис. 3.4. Приземная концентрация ВВ в атмосфере по перпендикуляру к оси факела выброса (сечение в точке Х=ХМ)

Непосредственно из рис.3.4 получены только три точки по одну сторону оси Х. По другую сторону оси Х концентрации будут такими же, т.к. факел рассеивания симметричен этой оси. Поэтому для оставшихся трех точек координату Y примем со знаком " -".

Таблица 3.5 Координаты точек изолиний концентраций

Поле изолиний концентраций приведено на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Поле изолиний концентраций вредного вещества

3.3.Концентрация газа в воздушном пространстве вблизи поврежденного газопровода

Основная причина рассеяния загрязнений в атмосфере - турбулентность воздуха. С понижением температуры воздуха по мере удаления от поверхности земли вертикальные потоки воздушных масс усиливаются, что способствует увеличению турбулентности и рассеиванию загрязнителей в атмосфере. Если же с высотой температура воздуха увеличивается (температурная инверсия), то движение воздуха и рассеивание загрязнителя существенно сокращаются. В связи с этим в основу классификации устойчивости атмосферы положен температурный градиент (табл.3.6).

Таблица 3.6 Классификация устойчивости атмосферы(по Пасквиллу)

Поврежденный газопровод можно рассматривать как точечный источник загрязнения в случае локального нарушения герметичности и как линейный источник - при протяженных разрушениях.

Концентрацию газа в точке М с координатами X, Y, Z при локальном повреждении газопровода Белов и Требин рекомендуют определять по формуле:

(3.58)

где Q - количество газа, выделенного источником;

σ _y, σ _z - дисперсии распределения концентрации в направлении осей соответственно Y и Z;

u_o - cредняя скорость ветра в направлении оси X.

Рис. 3.6. Номограммы для определения дисперсий распределения концентрации в направлении осей Y (а) и Z (б).А, В, C, D, E, F – категории устойчивости атмосферы.

В случае линейного источника загрязнения длиной l, расположенного под прямым углом к направлению ветра (рис.3.7, а), концентрацию газа в точке М можно определить по формуле Шаприцкого:

(3.59)

где Н – высота источника над землей, м.

Для подземных и наземных трубопроводов Н в формуле (3.59) принимают равной нулю.

Точная оценка мощности линейного источника затруднительна, поскольку она является функцией давления и температуры газа, которые в рассматриваемом случае переменны во времени. Однако для приближенных расчетов Q можно оценить по максимальному объему газа, выделяющегося из газопровода, и средней продолжительности его истечения.

Рис. 3.7. Расчетная схема для определения области загрязнения от линейного источника

Контур области загрязнения, в пределах которого концентрация ингредиента равна или выше ПДК, можно определить, если приравнять левую часть выражений (3.58) и (3.59) к значению ПДК, установленного для данного ингредиента, и вычислить Х при фиксированных значениях Y.

В тех случаях, если направление ветра образует некоторый угол φ с осью газопровода (рис.3.7, б), то расчетная длина источника в формуле (3.59)

Пример 3.6. Рассматривая поврежденный газопровод как точечный источник загрязнения, определить концентрацию газа в точке с координатами Y = 2 км, Z = 2 км на расстоянии Х = 2 км от места утечки. Средняя скорость ветра в направлении оси Х составляет 4 м/с, количество газа, выделяющегося из газопровода – 1 кг/ч.

Решение. По номограммам (рис.3.6) определим дисперсии распределения концентрации газа в направлении осей Y и Z в зависимости от удаленности точки от места утечки (X) и устойчивости атмосферы (F): σ _y = 60 м, σ _z = 17 м.

Воспользовавшись формулой (3.58), рассчитаем концентрацию газа в заданной точке пространства: