摘要：本文依據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》與《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識》，選取甲苯二異氰酸酯（TDI）生產(chǎn)裝置中的光氣化反應(yīng)器進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故源項(xiàng)分析、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)后果計(jì)算，預(yù)測了事故狀態(tài)下對周圍環(huán)境的影響，提出了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范措施，為TDI生產(chǎn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：甲苯二異氰酸酯（TDI）；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；分析與評價(jià)

中圖分類號： X820.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）01-0027-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.016

Environmental risk analysis and assessment of toluene diisocyanate production device

Tong Jichang

（Environmental Emergency Center of Shanxi Province，Taiyuan Shanxi 030006）

Abstract：Based on the "Technical Guidelines for Environmental Risk Assessment of Construction Projects" and "Identification of Major Dangerous Sources of Hazardous Chemicals"， this paper selects the photochemical reactors in the toluene diisocyanate （TDI） production plant to analyze the source items of environmental risk accidents and calculate the environmental risk consequences . The influence of photochemical reactor of TDI production equipment on the surrounding environment was predicted， the environmental risk prevention measures were put forward， and the technical support for TDI production environment risk management was provided.

Key words： Toluene Diisocyanate （TDI）；Environmental Risk； Analysis and Evaluation

1 引言

甲苯二異氰酸酯（TDI）是聚氨酯（PU）材料的重要基礎(chǔ)原料，廣泛地應(yīng)用于石油、化工、礦山、冶金及汽車工業(yè)和鐵路運(yùn)輸業(yè)中[1]。TDI生產(chǎn)過程中所涉及的原輔材料及中間產(chǎn)品、產(chǎn)品大多屬于易燃、易爆、有毒有害的危險(xiǎn)化學(xué)品，一旦與人體接觸或吸入，將對呼吸道、肺、肝臟、遺傳及免疫系統(tǒng)等造成嚴(yán)重的破壞性，直至危及生命安全[2]。因此在TDI項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)行期間存在著潛在危險(xiǎn)、有害因素，有可能發(fā)生突發(fā)性事故，引起有毒有害和易燃易爆等物質(zhì)泄漏，給人身安全和周圍環(huán)境產(chǎn)生影響和損害[3，4]。為使TDI建設(shè)項(xiàng)目事故率、損失和突發(fā)環(huán)境事件的影響控制在可接受水平，應(yīng)對該項(xiàng)目進(jìn)行事故風(fēng)險(xiǎn)識別與評價(jià)，并提出合理可行的防范、應(yīng)急措施。

本文以《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》（HJ/T169-2004）為依據(jù)，通過選取位于某工業(yè)區(qū)年產(chǎn)10萬噸TDI項(xiàng)目生產(chǎn)裝置中的光氣化反應(yīng)器進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識別、源項(xiàng)分析、后果計(jì)算，預(yù)測了事故狀態(tài)下對周圍環(huán)境的影響，提出了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范措施，為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理提供技術(shù)支持。

2 研究方法

2.1 研究裝置

本項(xiàng)目主要生產(chǎn)裝置包括光氣合成裝置、光氣化裝置、硝化裝置、氫化裝置、液氯罐區(qū)、甲苯罐區(qū)和光氣、氯氣輸送系統(tǒng)等，均屬于易發(fā)生火災(zāi)、爆炸、毒性、伴生/次生污染的設(shè)施。

2.2 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識別方法

本項(xiàng)目涉及的有毒有害物料有二硝基甲苯、二氨基甲苯、光氣、甲苯二異氰酸酯、硝基苯、苯胺、CO、Cl2等[5，6]，依據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》以及《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識》（GB18218-2014）分析原輔材料、產(chǎn)品和裝置的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)性。

2.3 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測方法

在事故后果預(yù)測中可采用下列多煙團(tuán)公式：

式中：C（x，y，0）——下風(fēng)向地面（x，y）坐標(biāo)處的空氣中污染物濃度，mg/m3； ——煙團(tuán)中心坐標(biāo)；Q——事故期間煙團(tuán)的瞬時(shí)排放量。

由于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)主要考慮最不利條件下對環(huán)境造成的最大影響，因此本次評價(jià)選用最不利氣象條件下，即小風(fēng)速和強(qiáng)不穩(wěn)定度是城市和郊區(qū)不利氣象條件。由于國內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)起步較晚，風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，因此本次評價(jià)選用應(yīng)用廣泛的兩種美國正式公布的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會（AIHA，2008）、美國職業(yè)安全與衛(wèi)生研究所（NIOSH，2003）。

3 研究結(jié)果

3.1 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識別

3.1.1 危險(xiǎn)性因子與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)因子識別

根據(jù)危險(xiǎn)性識別結(jié)合TDI裝置的生產(chǎn)實(shí)際情況，確定該項(xiàng)目的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)因子為甲苯、光氣、Cl2、鄰二氯苯（表1）。

3.1.2 重大危險(xiǎn)源識別

根據(jù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)危險(xiǎn)因子識別結(jié)果，結(jié)合TDI生產(chǎn)具體工藝過程特征，進(jìn)行潛在危險(xiǎn)單元劃分（表2）。

根據(jù)生產(chǎn)過程中危險(xiǎn)物質(zhì)的存在狀態(tài)、操作條件以及儲運(yùn)量，通過《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識》辨識出本項(xiàng)目生產(chǎn)場所形成的重大危險(xiǎn)源有：光氣合成塔、光氣回收系統(tǒng)以及光氣化反應(yīng)器；貯存區(qū)形成重大危險(xiǎn)源的有：甲苯、二硝基甲苯、鄰二氯苯、二氨基甲苯以及TDI儲罐。根據(jù)識別結(jié)果選取生產(chǎn)裝置中影響較大的重大危險(xiǎn)源中的光氣化反應(yīng)器進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析與評價(jià)。根據(jù)生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，確定光化反應(yīng)器中的光氣的在線量約1656kg，大部分為液態(tài)，其中部分（約184kg）以氣體狀態(tài)存在。

3.2 事故源項(xiàng)分析

3.2.1 事故統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，自1958年太原化工廠投產(chǎn)第一套光氣生產(chǎn)裝置至今，目前國內(nèi)光氣生產(chǎn)廠家共計(jì)43家，光氣年生產(chǎn)能力約87萬噸，共發(fā)生光氣泄漏中毒事故200余起[7]。對這些事故的發(fā)生部位及事故原因統(tǒng)計(jì)見表3。

3.2.2 最大可信事故

最大可信事故是指事故所造成的危害在所有預(yù)測的事故中最嚴(yán)重，并且發(fā)生該事故的概率不為零的事故。對于本項(xiàng)目重大危險(xiǎn)源中的光氣化反應(yīng)器，如果光氣系統(tǒng)在有水存在的情況下，光氣與水反應(yīng)生成CO2和鹽酸，引起系統(tǒng)壓力升高，并且腐蝕設(shè)備，引起設(shè)備管道破裂，致使光氣、氯氣泄漏到環(huán)境中。根據(jù)《化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)導(dǎo)則》推薦的典型泄漏場景，可根據(jù)泄漏孔徑大小，本評價(jià)泄漏場景分為孔泄漏以及完全破裂兩大類，《基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)的基礎(chǔ)方法》（SY/T 6714-2008）中給出了典型設(shè)備發(fā)生完全破裂以及孔泄漏的頻率，評價(jià)結(jié)合工藝技術(shù)及生產(chǎn)管理等因素給出了本項(xiàng)目生產(chǎn)過程中的最大可信事故見表4。

3.3 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)后果計(jì)算

3.3.1 泄漏釋放量計(jì)算

事故發(fā)生后，反應(yīng)器出現(xiàn)裂口，光氣將形成兩相泄漏，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)氣態(tài)光氣會立刻隨裂口擴(kuò)散到大氣中，此外含有光氣的溶液從裂口處泄漏到圍堰當(dāng)中，形成擴(kuò)散面源，壓力降低到常壓，由于光氣沸點(diǎn)（8.2℃）較低，常溫下光氣會迅速揮發(fā)到大氣環(huán)境中。

根據(jù)設(shè)定的泄漏場景，結(jié)合光氣化反應(yīng)器內(nèi)的壓力、溫度及反應(yīng)器的尺寸，確定各泄漏口徑下的泄漏速率見表5。

光氣化反應(yīng)器中發(fā)生泄漏后，反應(yīng)器中的氣態(tài)光氣迅速釋放到大氣中，而液態(tài)光氣泄漏到圍堰后形成液面，因光氣易揮發(fā)，將隨著地表風(fēng)的對流開始蒸發(fā)，部分揮發(fā)到大氣中，泄漏液體蒸發(fā)量只考慮質(zhì)量蒸發(fā)。其中質(zhì)量蒸發(fā)速度按《導(dǎo)則》附錄A.2.4.3質(zhì)量蒸發(fā)公式計(jì)算。本研究選取最壞泄漏情景即瞬時(shí)全部泄漏下光氣的釋放率，計(jì)算結(jié)果見圖1所示。

3.3.2 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測

光氣泄漏后與空氣混合形成大型的薄霧云并持續(xù)擴(kuò)散，因此采用重氣擴(kuò)散模型。以泄漏點(diǎn)為原點(diǎn)，下風(fēng)向的方向稱為橫軸，與軸向垂直的水平方向稱為縱向。當(dāng)發(fā)生光氣泄漏后，在最不利氣象條件下（風(fēng)速1.0m/s 穩(wěn)定度F），不同毒性分級在下風(fēng)向所能形成的擴(kuò)散距離見表6，應(yīng)急事故現(xiàn)場的3個(gè)區(qū)域劃分見圖2。

由表6、圖2可看出，不利氣象條件下，以IDLH標(biāo)準(zhǔn)衡量，在泄漏源下風(fēng)向2.0km，垂直風(fēng)向兩側(cè)0.5km內(nèi)區(qū)域內(nèi)室外濃度值高于IDLH值，即圖中紅色區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)只允許使用防護(hù)能力最高等級的呼吸防護(hù)用品，才能進(jìn)入，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)不應(yīng)設(shè)置集中居民區(qū)。

以ERPG標(biāo)準(zhǔn)衡量，室外濃度值高于ERPG-3和ERPG-2不同毒性終點(diǎn)在下風(fēng)向所能形成的擴(kuò)散距離分別為3.0kmm和7.4km，可以預(yù)測泄漏發(fā)生后，在泄漏源下風(fēng)向室外濃度值形成超過相應(yīng)ERPG-3濃度的橙色區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的所有公眾必須立即撤離，范圍為下風(fēng)向2.0km到3.0km，垂直風(fēng)向兩側(cè)0.75km；在泄漏源下風(fēng)向室外濃度值形成超過相應(yīng)ERPG-2濃度的黃色色區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)需發(fā)布警戒管制區(qū)及疏散警報(bào)，或做就地避難，范圍為下風(fēng)向3.0km～7.4km，垂直風(fēng)向兩側(cè)1.85km的區(qū)域。

4 結(jié)論

由于光氣屬于劇毒物質(zhì)，導(dǎo)致TDI生產(chǎn)裝置屬于高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，本文通過風(fēng)險(xiǎn)識別、源項(xiàng)分析、后果計(jì)算，明確了在最大可信事故下，泄漏源下風(fēng)向2km內(nèi)的公眾生命安全將受到危及，因此要求在重大危險(xiǎn)源裝置區(qū)邊界2km范圍內(nèi)設(shè)置安全防護(hù)距離，此范圍內(nèi)不應(yīng)設(shè)置集中居住區(qū)，3km內(nèi)的公眾應(yīng)緊急撤離到安全區(qū)，7.4km內(nèi)公眾應(yīng)采取措施，可疏散到室內(nèi)并關(guān)閉通風(fēng)設(shè)施。企業(yè)需要加強(qiáng)對TDI生產(chǎn)裝置的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理，避免突發(fā)環(huán)境事件的發(fā)生。

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收稿日期：2017-12-15

作者簡介：仝吉昌（1973-），男，大學(xué)本科，2009年起至今在山西省環(huán)境應(yīng)急中心從事環(huán)境應(yīng)急管理工作，曾參與制定了《山西省企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則》，參與多起突發(fā)環(huán)境污染事件的應(yīng)對處置。