楊淑英 郭少華 李金玉

(山東省環(huán)境保護科學研究設計院，山東濟南250013)

氯堿工業(yè)是基本化工原材料工業(yè)之一，在國民經(jīng)濟中占有重要地位［1］。我國氯堿行業(yè)近十年發(fā)展迅速，離子膜制堿法被越來越多的廠家所使用，其優(yōu)點在于操作運行穩(wěn)定、產(chǎn)品質量高、能耗低、“三廢”排放量少、易綜合冶理等［2］。因該行業(yè)屬于化工行業(yè)，許多生產(chǎn)原料、中間體及產(chǎn)品都屬于易燃、易爆或有毒的危險品，對項目建設進行環(huán)境風險評價是必不可少的［3］。環(huán)境風險評價從廣義上指對人類的各種社會經(jīng)濟活動所引發(fā)或面臨的危害(包括自然災害)對人體健康、社會經(jīng)濟、生態(tài)系統(tǒng)等所造成的可能損失進行評估，并據(jù)此進行管理和決策的過程;狹義上通常指對有毒有害物質包括化學品和放射性物質危害人體健康和生態(tài)系統(tǒng)的影響程度進行估計，并提出減小環(huán)境風險的方案和對策［4－5］。本文以濱州某化工有限公司40萬t/年離子膜燒堿工程為例，從風險識別、風險源項分析、風險計算、風險預測和評價等方面對離子膜燒堿生產(chǎn)過程中存在的風險進行環(huán)境影響評價，并提出相應的防治措施。

1 風險分析及評價

1．1 危險源識別

風險識別范圍包括生產(chǎn)設施風險識別和生產(chǎn)過程所涉及的物質風險識別。

1．1．1 主要事故因素分析

(1)生產(chǎn)過程中的危險因素。工程生產(chǎn)工藝具有技術條件嚴格、高溫等特點，存在潛在燃燒、爆炸特性危險，國內(nèi)外生產(chǎn)經(jīng)驗表明，設備故障、操作失誤都可能發(fā)生物料泄露，燃燒爆炸，危及人身安全，污染環(huán)境。有關生產(chǎn)過程中潛在的危害因素分析見表1。

(2)儲存過程中的危險因素。工程使用量較大的化學品多存放于儲罐區(qū)、裝置區(qū)和化學品庫，屬于有毒物或腐蝕性物品。潛在事故主要是有毒有害物質的泄漏所造成的環(huán)境污染。

表1 生產(chǎn)過程潛在的環(huán)境風險事故類型一覽表

表2 擬建項目危險物質臨界量(t)

(3)運輸過程中的危險因素。原料硫酸、產(chǎn)品液堿、液氯等物料采用汽車運輸，廠內(nèi)物料采用管線和汽車運輸。

各類危險品裝卸、運輸中可能由于碰撞、震動、擠壓等，同時由于操作不當、重裝重卸、容器多次回收利用后強度下降，墊圈失落沒有擰緊等原因造成物品泄漏、固體散落，甚至引起火災、爆炸或環(huán)境污染等事故。同時在運輸途中，由于各種意外原因，造成危險品拋至水體、大氣，造成較大事故。因此危險品在運輸過程中存在一定環(huán)境風險。

氯氣、氫氣、液堿、氯化氫等物料管道輸送時，如管道、泵的腐蝕、銹蝕等外力作用造成管道爆裂、接口松動、閥門失控等，將造成泄漏事故。本項目由于輸送管道長度較短，管線架空有管廊保護且有防靜電措施，發(fā)生事故的概率較低。

綜合以上分析，項目主要危險源為廠區(qū)內(nèi)儲罐、輸送管線、各生產(chǎn)工序。

1．1．2 重大危險源識別

《建設項目環(huán)境風險評價技術導則》(HJ/T169－2004)規(guī)定，“長期或短期生產(chǎn)、加工、運輸、使用或貯存危險物質，且危險物質的數(shù)量等于或超過臨界量的功能單元，定為重大危險源”。根據(jù)導則的相關規(guī)定，對本項目物料依據(jù)《危險化學品重大危險源辨識》(GB18218－2009)進行了重大危險源辨識，結果見表2。

由表2可見，根據(jù)GB18218－2009判定，擬建項目氯氫處理裝置區(qū)以及液氯工段氯氣儲罐屬于重大危險源。

1．2 源項分析

對項目建設來說，事故可能發(fā)生的概率是非常重要的數(shù)據(jù)，利用相關類型裝置發(fā)生事故的統(tǒng)計資料，確定事故發(fā)生的概率。

1．2．1 最大可信事故的確定

最大可信事故指事故所造成的危害在所有預測的事故中最嚴重，并且發(fā)生該事故的概率不為零的事故。

項目重大危險源為氯氣處理裝置區(qū)和液氯儲存區(qū)，危險物質是氯氣。

離子膜燒堿裝置單個單元中氯氣量最大的為液氯工段中的氯氣儲罐，單個氯氣儲罐的氯氣量為59．4t。電解工段和氯氫處理工段各功能單元中氯氣量均小于單個氯氣儲罐的的氯氣量。根據(jù)國內(nèi)液氯泄漏案例調(diào)查分析，各功能單元如發(fā)生泄露，泄露量最大的是氯氣儲罐。

綜上，項目最大可信事故為離子膜燒堿裝置氯氣儲罐中的氯氣泄露。

1．2．2 最大可信事故概率

同類項目中生產(chǎn)事故主要分為液氯罐爆炸以及液氯儲罐泄漏，參考《建設項目環(huán)境風險評價技術導則》(征求意見稿)附錄A，多種情形泄漏概率見表3。

表3 液氯儲罐多種情形泄漏概率一覽表

根據(jù)上表可知，容器整體破裂或管道及閥門100%破裂的概率極小，幾乎不可能發(fā)生;儲罐泄漏事故大多數(shù)集中在儲罐罐體破損或閥門破損孔徑引起泄漏，類比同類化工項目液氯儲罐泄漏事件確定本項目液氯儲罐出現(xiàn)孔徑泄漏為最大可信事故，為保守考慮，按泄漏孔徑為15mm為最大可信事故，最大事故概率參考《建設項目環(huán)境風險評價技術導則》(征求意見稿)附錄A(見表3)，確定泄漏概率為1 ×10－5。

1．3 主要風險事故源強計算

根據(jù)項目事故應急響應時間設定，事故發(fā)生后系統(tǒng)報警，迅速采取堵漏、倒罐等措施，在15min內(nèi)泄漏得到控制。停止泄露后，大氣污染源消失。

泄漏速率采用《建設項目環(huán)境風險評價導則》(HJ/T169－2004)附錄A中推薦的液體泄漏速率計算公式進行估算。

由于氯氣常溫下為氣態(tài)，因此，當貯罐發(fā)生泄漏時，泄漏的物質立即以氣態(tài)揮發(fā)。

表4 液氯儲罐泄露速率計算參數(shù)一覽表

1．4 風險事故大氣環(huán)境影響預測及評價

根據(jù)源強分析所定源強，預測發(fā)生泄漏后30分鐘內(nèi)氯氣的擴散情況。

1．4．1 預測模式

采用《建設項目環(huán)境風險評價技術導則》(HJ/T169－2004)推薦的事故后果評價多煙團模式和重氣體擴散模式預測計算事故狀況下的污染物地面濃度。計算模式如下:

多煙團模式:

式中:C(x，y，0)為下風向地面(x，y)坐標處的空氣中污染物濃度(mg/m3);x0，y0，z0為煙團中心坐標;Q為事故期間煙團的排放量;σx、σy、σz為 x、y、z方向的擴散參數(shù)(m)。取 σx=σy。

重氣體擴散采用Cox和Carpenter稠密氣體擴散模式，計算穩(wěn)定連續(xù)釋放和瞬時釋放后不同時間時的氣團擴散。氣團擴散按下式計算:

在重力作用下的擴散:

式中:R為瞬間泄露的煙云形成半徑;h為圓柱體的高;γ為邊緣夾卷系數(shù)，取0．6;a為頂部夾卷系數(shù)，取0．1;u1為風速，m/s;K為試驗值，一般取1;為Richardon數(shù)，由下式得出:

式中，α為經(jīng)驗常數(shù)，取0．1;U1為軸向紊流速度;l為紊流長度。

1．4．2 評價標準

評價標準具體見表5。

表5 風險事故環(huán)境影響評價標準

1．4．3 預測結果評價

風險事故發(fā)生后，大氣影響評價結果見表6。

表6 氯氣事故狀況下風向不同距離的影響程度

在設定的事故狀態(tài)下，當液氯貯罐發(fā)生突發(fā)性泄漏，然后及時采取搶救措施，控制搶救時間在15分鐘內(nèi)，半致死濃度范圍最大為1 500m，不利氣象條件下緊急疏散范圍半徑為6 500m。

從以上分析可見，當發(fā)生液氯貯罐泄露時，雖發(fā)生事故的概率較低，但一旦發(fā)生，將產(chǎn)生較嚴重的后果。

2 風險防范措施

如發(fā)生事故，可能會對地下水、周圍地表水產(chǎn)生較大影響。因此，必須采取防范措施。項目工程采取的水環(huán)境風險防范措施主要有以下方面:

2．1 防滲措施

對原材料裝卸區(qū)、儲存罐區(qū)、主裝置區(qū)、污水處理站、事故水池、危廢間等區(qū)域制定嚴格的防滲措施，并必須保證防滲系數(shù)小于10cm/s。危廢儲存區(qū)按照《危險廢物貯存污染控制標準》(GB18597－2001)的要求，制定防滲措施。一般區(qū)域包括脫鹽水站、循環(huán)冷卻水站、辦公樓及門衛(wèi)等。該區(qū)域由于基本沒有污染，按常規(guī)工程進行設計和建設。

2．2 事故廢水收集措施

在化學品罐區(qū)、裝置區(qū)、化學品庫、產(chǎn)品倉庫、工業(yè)固廢(含危險廢物)貯存場所四周設廢水收集系統(tǒng)，收集系統(tǒng)與事故水池相連。在裝置開停工、檢修、生產(chǎn)過程中，可能產(chǎn)生含有可燃、有毒、對環(huán)境有污染的液體漫流到裝置單元周圍，因此應設置圍堰和導流設施。消防廢水通過廢水收集系統(tǒng)進入廠區(qū)事故池，再分批送廠內(nèi)污水處理站處理，不直接外排。確保發(fā)生事故時，泄露的化學品及滅火時產(chǎn)生的廢水可完全被收集處理，不會通過滲透和地表徑流污染地下水和地表水。

2．2．1 裝置區(qū)圍堰和罐區(qū)圍堤設計:一級防控

生產(chǎn)裝置區(qū)涉及液堿、氯氣和高純鹽酸等的各裝置單元周圍，應當設置高度不低于150mm的圍堰和導流設施。圍堰內(nèi)采用混凝土地坪，并設置集水溝槽、排水口。圍堰外設置閥門切換井，正常情況下雨排水系統(tǒng)閥門關閉，有污染雨水時排入廠區(qū)初期雨水收集系統(tǒng);無污染的雨水切換入雨排系統(tǒng)。切換閥設在地面操作。

2．2．2 事故緩沖池:二級防控

在公用工程裝置區(qū)、罐區(qū)設置事故緩沖池，緩沖池需做好防腐、防滲工作，用于收集非正常排污，防控較大生產(chǎn)事故下受污染的消防水或溢出物料可能對環(huán)境造成的污染，其事故廢水根據(jù)水質情況處理回用，不能直接排入總排口，并且事故水不能直接入地表水系統(tǒng)。

2．2．3 事故貯池:三級防控

工程建設一座容積為6 000 m3的事故水池，消防設計采用固定式消防冷卻水系統(tǒng)和移動式消防冷卻水系統(tǒng)，消防用水量340L/S(1 224m3/h)，滅火延續(xù)時間按4小時計;合計一次消防用水量為4 896m3，可全部收集于事故水池內(nèi)。而此時裝置已停車，無正常工藝廢水排放。

事故發(fā)生后，廢水進入事故水池，事故水池收集的廢水由泵定量送至污水處理站處理，從而不會通過下滲污染項目區(qū)周圍地下水和地表水。

3 結論

化工行業(yè)在其生產(chǎn)過程中存在著許多風險因素，如火災、爆炸、有毒有害氣體泄漏等，給人們生命安全和健康帶來了巨大危害，也給環(huán)境造成了嚴重污染。本文以濱州一離子膜燒堿項目為例，對項目生產(chǎn)過程中潛在的風險進行識別、計算、預測及評價，并對存在的風險提出了相應的防治措施，從而減少事故狀態(tài)下對周圍環(huán)境的影響。同時希望各類化工企業(yè)在日常的生產(chǎn)過程中加強管理，盡量把事故隱患消除在萌芽狀態(tài)，以減少不必要的損失。

(編輯:田 紅)

［1］張愛華．我國氯堿工業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展［J］．石油化工技術經(jīng)濟，2004，20(2):40－49．

［2］劉自珍．我國離子膜法燒堿現(xiàn)狀分析與發(fā)展對策［J］．氯堿工業(yè)，2007，(11):1－6．

［3］李剛．化工建設項目環(huán)境風險影響的模糊綜合評價［D］．湖北:武漢理工大學，2007．

［4］曾光明，鐘政林，曾北危．環(huán)境風險評價中的不確定性問題［J］．中國環(huán)境科學，1998，18(3):252－255．

［5］程勝高，魚紅霞．環(huán)境風險評價的理論與實踐［J］．研究環(huán)境保護，2001，(9):23－25．