張書源 程全國(guó)

摘 要：本文以某鋼鐵產(chǎn)業(yè)中的焦化廠為研究對(duì)象，分析了該焦化廠荒煤氣放散事故成因和類型，并以EIAProA2018軟件對(duì)事故情景進(jìn)行模擬，估算出了受影響人群的范圍及人數(shù)并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：焦化;事故;荒煤氣放散;模擬;人群影響

中國(guó)煤化工行業(yè)門類齊全且規(guī)模龐大，煤炭消費(fèi)量占世界的50%左右，近年來(lái)焦炭產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的65%-70%。煉焦及煤焦化工是當(dāng)前中國(guó)煤化工的主體，主要產(chǎn)品為焦炭，大宗的副產(chǎn)品有焦油、焦?fàn)t煤氣、粗苯、硫銨等。[1-2]。

焦化行業(yè)作為煤化工行業(yè)中的一種，更是資源型城市的典型行業(yè)。遼寧省作為東北老工業(yè)基地，資源型城市較多，截止到2018年，遼寧省注冊(cè)運(yùn)營(yíng)的焦化企業(yè)為53家[3-4]。本文以遼寧省某市支柱鋼鐵產(chǎn)業(yè)的焦化廠為研究對(duì)象，通過分析該廠歷年突發(fā)事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得知焦?fàn)t荒煤氣放散為主要突發(fā)事故。因此，模擬荒煤氣放散事故發(fā)生后的環(huán)境影響，制定相應(yīng)的管理方法及應(yīng)對(duì)措施是十分必要的。

一、荒煤氣放散分析

焦?fàn)t荒煤氣是煉焦生產(chǎn)過程中的主要污染源，當(dāng)煤氣鼓風(fēng)機(jī)故障、焦?fàn)t大停電、荒煤氣疏導(dǎo)系統(tǒng)故障等造成集氣管壓力居高不下時(shí)，荒煤氣只能直接排入大氣，造成大面積的環(huán)境污染事故同時(shí)，直接威脅到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)崗位的職業(yè)健康，以及周邊環(huán)境受體，甚至是一市的空氣質(zhì)量[5-6]。

荒煤氣放散事故有兩種狀態(tài)，即荒煤氣未經(jīng)燃燒直接放散（從焦?fàn)t直接放散和荒煤氣點(diǎn)火裝置失靈從放散管放散）和荒煤氣經(jīng)燃燒后放散。

分析某廠近十年焦?fàn)t荒煤氣放散事故出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，由于鼓風(fēng)機(jī)失靈或者人為操作失誤造成的荒煤氣放散事故在較短時(shí)間內(nèi)即可恢復(fù)正常，而由于停電造成的荒煤氣放散事故污染較嚴(yán)重，每年將發(fā)生一至兩次，并持續(xù)15至20分鐘，放散類型皆為荒煤氣燃燒放散。

按最不利情況考慮，本次模擬時(shí)間選取20min，荒煤氣燃燒后僅排放二氧化硫，根據(jù)該廠技術(shù)參數(shù)，荒煤氣20min放散量為10350m3，荒煤氣燃燒后二氧化硫源強(qiáng)為300g/s。

二、荒煤氣放散影響范圍估算

（一）地理位置

該焦化廠位于一個(gè)鋼鐵全流程生產(chǎn)廠區(qū)內(nèi)部，焦化廠周邊可分為特鋼廠、能管大樓、發(fā)電廠、連鑄廠房幾塊區(qū)域。整個(gè)廠區(qū)呈矩形，占地面積約為52萬(wàn)m2。

（二）氣象條件

地面多年常規(guī)氣象資料來(lái)源于該鋼鐵廠氣象站，該站址距焦化廠所在地偏東北約1km。本次工作收集了2016年10月—2019年10月期間共計(jì)36個(gè)月的逐日、逐時(shí)的常規(guī)地面氣象資料，數(shù)據(jù)包括：時(shí)間、氣溫、總云量、低云量、風(fēng)向、風(fēng)速。

根據(jù)該地區(qū)氣象站近3年統(tǒng)計(jì)結(jié)果：年平均氣溫9.7℃，年平均相對(duì)濕度62%。該地區(qū)全年盛行東南風(fēng)、南東南風(fēng)和東東南風(fēng)，年平均風(fēng)速0.8m/s。該市年均降雨量為800～900mm，年均日照時(shí)數(shù)2430.8h，根據(jù)云量數(shù)據(jù)可估算該地區(qū)全年處于B、D兩種大氣穩(wěn)定度下，具體數(shù)據(jù)見表1、表2。

（三）風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)估算

應(yīng)用EIAEIAProA2018風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)計(jì)算模塊進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)估算，輸入荒煤氣燃燒放散時(shí)主要污染物二氧化硫（CAS 7446-09-5），容器內(nèi)部溫度取放散管溫度100℃，內(nèi)部壓力400pa，裂口面積4100cm2，選擇純氣體泄漏方程，根據(jù)計(jì)算理查德森數(shù)，本次模擬將采用SLAB重質(zhì)氣體擴(kuò)散模式。

（四）SLAB模式模擬

在SLAB模塊中，由于放散管眾多，經(jīng)過反復(fù)模擬對(duì)比，選取廠區(qū)中心位置作為模擬的污染源中心，可得最大模擬范圍。

大氣穩(wěn)定度設(shè)為B、D兩級(jí)分別計(jì)算，風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度按月平均值計(jì)算，源高度即焦?fàn)t塔頂距離地面高度，取20m。

在計(jì)算內(nèi)容中，查閱文獻(xiàn)可知[7-8]，大氣中二氧化硫濃度在0.5ppm以上對(duì)人體已有潛在影響;在1～3ppm時(shí)多數(shù)人開始感到刺激;在400～500ppm時(shí)人會(huì)出現(xiàn)潰瘍和肺水腫直至窒息死亡。所以將1.43mg/m3設(shè)為起始濃度，1.43mg/m3～2.86mg/m3設(shè)為潛在人體影響區(qū)間，2.86mg/m3～8.58mg/m3設(shè)為輕度刺激區(qū)間，8.58mg/m3以上設(shè)為重度刺激區(qū)間。計(jì)算平面離地高度取人平均鼻子所處高度即1.5m。

三、事故影響人數(shù)分析

根據(jù)事故模擬結(jié)果，分別計(jì)算各濃度區(qū)間覆蓋的居民區(qū)面積，居民區(qū)所處行政區(qū)人口總數(shù)約為18萬(wàn)人，該區(qū)總面積138平方公里，假定居民平均分布于該區(qū)，可分別估算出B、D兩種大氣穩(wěn)定度下各濃度區(qū)間受影響人口數(shù)。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析，當(dāng)該焦化廠發(fā)生荒煤氣燃燒放散事故時(shí)，如當(dāng)時(shí)處于B大氣穩(wěn)定度下，在20分鐘的放散過程中，事故中心下風(fēng)向最遠(yuǎn)2285m，最多約1676人處于潛在影響區(qū)域內(nèi);最遠(yuǎn)1593m，最多約914人處于輕度刺激區(qū)域內(nèi);最遠(yuǎn)894m，最多約112人處于重度刺激區(qū)域內(nèi)。1月與4月發(fā)生事故時(shí)受影響程度相對(duì)較輕，其他月份相對(duì)較重。如當(dāng)時(shí)處于D大氣穩(wěn)定度下，在20分鐘的放散過程中，事故中心下風(fēng)向最遠(yuǎn)6460m，最多約5286人處于潛在影響區(qū)域內(nèi);最遠(yuǎn)4660m，最多約4543人處于輕度刺激區(qū)域內(nèi);最遠(yuǎn)2710m，最多約1137人處于重度刺激區(qū)域內(nèi)。4月、6月、7月、12月發(fā)生事故時(shí)受影響程度相對(duì)較輕，其他月份相對(duì)較重。

四、結(jié)論

從以上某焦化廠荒煤氣燃燒放散人群影響模擬結(jié)果可以看出，主要污染物SO2在D大氣穩(wěn)定下相對(duì)B大氣穩(wěn)定度下影響范圍更廣，影響人數(shù)更多。文中所采用模擬方法所預(yù)測(cè)到的范圍和影響到的人數(shù)，與該廠曾經(jīng)發(fā)生過的一起荒煤氣燃燒放散事故非常相似，以事實(shí)證明了本方法的可行性。根據(jù)SO2的特性，對(duì)于煤焦?fàn)t這種重大危險(xiǎn)源的管理和控制可以得出以下經(jīng)驗(yàn)：

（1）消除設(shè)備隱患和工藝缺陷，提高相關(guān)人員對(duì)焦?fàn)t荒煤氣放散危害的認(rèn)識(shí)。

（2）焦?fàn)t區(qū)應(yīng)設(shè)立醒目的風(fēng)向標(biāo)，氣壓計(jì)，可以指導(dǎo)焦?fàn)t區(qū)內(nèi)外下風(fēng)向人員加強(qiáng)自我防范意識(shí)，荒煤氣燃燒放散時(shí)特別要提醒下風(fēng)向人群注意防護(hù)。

（3）發(fā)生事故時(shí)應(yīng)及時(shí)通報(bào)社會(huì)，提醒市民盡量減少外出。

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作者簡(jiǎn)介：張書源（1991—），男，漢族，遼寧沈陽(yáng)人，碩士研究生，研究方向：污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管理。