基于实践的化工企业环境风险评价技术方法研究

关键词：建设项目环境风险评价

近年来, 随着环境影响评价工作的发展, 尤其是一些重大突发性事件或事故的发生, 环境风险问题日益受到人们的关注, 建设项目环境风险评价随之迅速发展起来。建设项目环境风险评价是指对建设项目建设和运行期间发生的可预测突发性事件或事故 (一般不包括人为破坏及自然灾害) 引起有毒有害、易燃易爆等物质泄漏, 或突发事件产生新的有毒有害物质, 所造成的对人身安全与环境的影响和损害, 进行评估, 提出防范、应急与减缓措施。

在国家环保总局发布的《关于防范环境风险加强环境影响评价管理的通知》中, 特别对化工石化类项目的环境风险评价提出了更严格的要求:“新建化工石化类建设目及其他存在有毒有害物质的建设项目, 必须进行环境风险评价。”对于具有发生潜在事故风险的化工企业, 由于原料、中间体、产品大都属于易燃、易爆或有毒的危险品, 品种多、数量大, 一旦发现泄漏、火灾、爆炸事故, 不仅将影响当地环境空气、饮用水源等, 甚至可能对生态敏感区造成严重后果, 同时由于环境风险事故本身的不确定性, 其潜在风险事故发生的可能性及其影响后果在环境风险评价中均应得到反映。因此, 化工企业的环境风险定量分析难度很大, 化工企业环境风险评价已经成为中国建设项目环境影响评价工作中的重点及难点。

1 化工企业环境风险评价的目的

化工企业环境风险评价主要有三个目的。

(1) 分析建设项目存在的潜在风险、有害因素, 确定风险发生概率。

(2) 预测建设项目可能发生的突发性事故所造成的人身安全、环境影响和损害程度, 以及事故后果的社会可接受程度。

(3) 对突发事故采取风险预警、风险减缓和风险应急措施。

2 化工企业环境风险评价的主要内容及方法

化工企业的环境风险评价应包括如下主要内容和评价方法。

(1) 风险识别, 通过识别企业所涉及的原辅料、中间产品和最终产品、三废等物质的物理化学性质、毒理指标和危险性, 按照物质危险性, 结合受影响的环境因素, 筛选环境风险评价因子;根据企业的生产特征, 结合物质危险性识别, 对项目划分系统、功能单元, 确定重大危险源。根据有毒有害物质放散起因, 识别的风险主要是火灾、爆炸、有毒有害物质泄漏, 分析潜在发生事故的单元、危险物质向环境转移的可能途径和影响方式, 列出潜在的一系列事故设定。

同时对事故引发的伴生/次生危险进行识别, 对事故处理过程中产生的事故消防水、事故物料等造成的二次污染进行风险识别、筛选。

(2) 源项分析, 根据潜在事故分析列出的设定事故, 筛选最大可信事故。对最大可信事故进行源项分析, 包括源强和发生概率。设定的最大可信事故应当存在污染物向环境转移的途径。事故概率统计可采用事故树和事件树、归纳统计法。由于事故源的组成系统较为复杂, 基本成因事件的发生概率难以估计, 前二种存在费时、费力、缺少可靠性问题, 所以在实际评价中, 通常采用归纳统计法来确定事故发生的概率。

(3) 后果计算, 根据有毒有害污染物的类别、性质、可能危害及向环境转移的途径, 采取相应的预测模式, 预测评估最大可信事故对人身安全及环境的影响和损害。

(4) 风险评价, 对最大可信事故的多种危害后果进行综述, 计算总的危害, 确定项目风险值, 根据相关环境管理条例、标准和行业风险可接受水平, 提出项目风险的可接受分析结果。

其中, 风险识别和后果计算是环境风险评价的核心。

3 实例分析

以笔者曾经参与的一个煤制甲醇项目的环境风险评价为例, 对化工企业环境风险评价进行探索。

本文在风险识别的基础上, 对项目的工程风险事故概率进行了分析, 预测评价了典型事故的环境影响, 提出了应对环境污染突发事故的防范和应急措施。

3.1 风险识别

依据风险导则要求, 本文根据甲醇项目的具体情况, 分别对建设项目所涉及的物质、生产装置、物料运输、物料贮存系统等潜在的风险进行了识别。

并根据风险识别结果, 依据《重大危险源辨识》进行重大危险源的辨识, 同时分析了事故处理过程的伴生/次生污染。

物质风险识别结果表明:建设项目使用的原料、生产过程产生的合成气、产品及副产品, 均属于危险物质, 具有易导致火灾、爆炸或中毒的危险。

《重大危险源辨识》结果表明:项目中的煤气化、酸性气体脱除、甲醇精馏、甲醇中间罐区和甲醇成品罐区中危险物质的总量超过其临界量标准, 确定上述单元分别为生产场所、贮存区的重大危险源。

以贮存量最大的甲醇作为风险评价因子;液氨和液氯贮罐虽未构成重大危险源但从泄漏事故发生的频率及导致的危险严重性考虑, 氨和氯亦作为风险评价因子。

3.2 源项分析

3.2.1 最大可信事故的确定及其发生概率

最大可信事故是指在所有预测概率不为零的事故中, 以环境 (或健康) 危害最严重的重大事故。根据统计资料, 国外石化企业事故中, 罐区事故比率最高, 国内石化行业储运系统事故占总事故的32.1%左右, 事故概率也较高, 同时考虑到项目储罐系统危险物料存量远大于项目生产装置物料驻留量, 其发生事故可能造成的环境影响也远大于装置设施发生风险事故的影响。因此, 评价时选择储罐区作为环境风险评价最大可信事故的重点。

依据特大事故发生的原因统计数据阀门管线泄漏位居第一, 占35.1%, 所以确定项目罐区、物料输送管线发生阀门管线泄漏事故为最大可信事故。

最大可信事故发生概率的分析有多种方法, 笔者在工作中通过类比分析法进行确定:有关石化企业环境风险事故的概率为1.0×10-5次/年, 因此, 确定项目罐区发生阀门管线泄漏事故概率为1.0×10-5次/年。

3.2.2 源强的确定

(1) 甲醇的泄漏源强。

甲醇液体泄漏速度按导则推荐的柏努利方程计算, 其中管线裂口大小以最不利情况下计算, 即管线完全开裂的情形。建设项目管线有Φ25、Φ50和Φ100, 本文选用Φ50管线完全开裂情况计算事故发生后甲醇的泄漏量, 计算得甲醇的泄漏速度为19.1kg/s。泄漏液体在地面上将发生蒸发现象, 蒸发是泄漏物质进入大气形成大气污染的重要途径。泄漏液体的蒸发分为闪蒸蒸发、热量蒸发和质量蒸发三种, 其蒸发总量为这三种蒸发之和。就甲醇而言, 贮存属于常温常压状态, 因此液体的闪蒸可以忽略不计。甲醇液体在地面形成液池, 并吸收地面热量而气化称为热量蒸发。当热量蒸发结束, 转由液池表面气流运动使液体蒸发, 称为质量蒸发。蒸发总量的计算根据导则推荐的公式进行。经计算, 甲醇泄漏后主要是通过质量蒸发, 蒸发速度为2.3kg/s。

(2) 液氯的泄漏源强。

考虑事故发生概率、危害程度及最大影响区域等方面, 作为保守计算, 设定液氯钢瓶出口断裂引起液氯泄漏, 裂口尺寸取管径 (Φ10) 的100%。按照导则中推荐的气体泄漏公式计算泄漏速度, 计算得液氯的泄漏速度为0.29kg/s。

(3) 事故发生后液氨的泄漏源强。

考虑事故发生概率、危害程度及最大影响区域等方面, 作为保守计算, 设定阀门连接处泄漏引起液氨泄漏, 裂口尺寸为与其连接管道管径 (Φ20) 的20%。按导则中推荐的气体泄漏公式计算泄漏速度, 计算得液氯的泄漏速度为4.08kg/s。

3.3 后果计算

3.3.1 火灾爆炸事故及伴生燃烧烟气对环境危害的预测及分析

火灾爆炸风险预测分析引用该建设项目安全评价报告中的评价结果。采用美国道化学公司的“火灾爆炸危险指数评价法”定量地对工艺装置及所含有的物料的实际潜在火灾、爆炸和反应的危险性进行分析评价。发生火灾爆炸事故时, 煤气化装置、CO变换装置、甲醇合成装置、酸性气体脱除装置、甲醇中间罐区、甲醇成品罐区的最大伤害半径分别为27m、15m、28m、15m、21m和22m, 该范围内主要是建设项目的生产装置和操作人员, 事故发生时该范围内的装置及人群受到爆炸冲击波的严重伤害。由于储罐发生火灾和爆炸后, 物料的急剧燃烧所需的供氧量不足, 属于典型的不完全燃烧, 因此燃烧过程中产生的CO量很大, 将对周围环境产生影响。因此, 笔者就项目最大可信风险源甲醇储罐池火灾事故二次污染物CO进行预测, 结果表明:在设定的甲醇成品储罐火灾爆炸事故下, 其伴生的CO浓度扩散均不会出现致死浓度范围, 但会大大影响周围的空气质量, 尤其是有风天气、F类稳定度下, 下风向CO短时间接触容许浓度出现最远距离为7500m, 会对上述区域内的暴露人群造成不同程度的中毒危害。

3.3.2 泄漏事故对环境危害的预测及分析

有毒有害物质在大气中的扩散, 采用导则推荐的多烟团模式进行计算。预测结果表明:甲醇、液氯和液氨泄漏事故发生后, 致死浓度范围内均为本项目或周边企业, 无居民区等敏感目标;对下风向近距离污染严重, 随时间的延长, 污染物浓度不断向下风向扩散, 污染范围也不断扩大, 会对周围区域内的暴露人群造成不同程度的中毒危害。

3.4 风险计算与评价

风险值是风险评价表征量, 包括事故的发生概率和事故的危害程度。定义为:

风险可接受分析采用最大可信事故风险值Rmax与同行业可接受风险水平RL比较:如果Rmax≤RL, 则认为该项目的建设, 风险水平是可以接受的;如果Rmax>RL, 则对该项目需要采取降低安全的措施, 以达到可接受水平, 否则项目的建设是不可接受的。在设定源项条件下, 甲醇、液氯和液氨泄漏的最大可信事故风险值分别为8.7×10-7a-1、8.7×10-8a-1、6.7×10-6a-1, 均小于化工行业风险值8.33×10-5a-1, 因此该项目最大可信事故风险是可以接受的。

3.5 风险管理

4 结语

环境风险评价是环评工作中的一个新领域, 在国内还处于起步阶段, 环境风险评价也逐渐从最初的定性分析向定量评价转变。一个完整的化工项目的环境风险评价一般包括建设项目的概况、环境风险识别、风险事故概率确定、事故环境影响预测、事故减缓措施及风险事故应急预案等内容。

在化工企业环境风险评价的实际工作中, 应根据事故类比调查、企业的实际特征和当地气象条件及周边人口分布特征选择合适的参数和模型进行预测评价。

摘要：本文基于笔者从事某企业化工企业环境风险评价的实践经验, 以化工企业环境风险评价技术为研究对象, 论文阐述了化工企业环境风险评价的主要内容及方法, 以实例为线索, 分析了环境风向评价的风险识别, 源项分析, 后果计算和风险计算和评价方法, 全文是笔者长期工作基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：化工企业,环境风险评价,风险识别