王喆，范秀全，蔣振洋，段濰超，戴安國

(1. 中國石油大學(華東)化學化工學院，山東 青島 266580；2. 獨山子石化公司塔里木石化分公司質(zhì)量安全環(huán)保部，新疆 巴州 841000；3. 青島歐賽斯環(huán)境與安全技術(shù)有限責任公司，山東 青島 266555)

0 引言

石化行業(yè)的規(guī)模之大、覆蓋范圍之廣、從業(yè)人員之多決定了其重要地位——我國國民經(jīng)濟命脈之一。但石化又是一個高風險的行業(yè)[1]，眾多因素使得石化企業(yè)的固有環(huán)境與安全風險往往較高。其主要特點如圖1 所示。

圖1 現(xiàn)代石化企業(yè)的特點

相比于其他行業(yè)，石化行業(yè)更容易發(fā)生安全生產(chǎn)事故和環(huán)境污染事故，造成災難性的后果并帶來惡劣社會影響[2]。而在裝置大型化、發(fā)展集約化、化工企業(yè)退城入園的趨勢下，這種風險進一步被放大[3]。近年來發(fā)生了多起大型事故以及無數(shù)的小事故，如：英國邦斯菲爾德油庫火災、美國墨西哥灣原油泄漏等。國內(nèi)，2005 年吉林某企業(yè)雙苯廠發(fā)生爆炸，造成8 人死亡，60 名人員受傷，直接經(jīng)濟損失6 908 萬元。同時近百噸化學品流入松花江，嚴重污染了江水，間接影響周邊百萬群眾的生活，污染帶通過哈爾濱市造成該市長達5 天的停水，同時對鄰近國家水域產(chǎn)生了影響，有損我國國際形象。這是一起惡性安全事故導致災難性的環(huán)境污染事件。危險化學品一旦發(fā)生事故，不僅會危害人民生命和財產(chǎn)安全，破壞社會環(huán)境和自然環(huán)境，還會影響長期經(jīng)濟發(fā)展。因此，針對企業(yè)實際情況進行分析，對相關(guān)風險進行系統(tǒng)性管控刻不容緩。

1 石化企業(yè)環(huán)境風險分析

1.1 物料及工藝危險性

1.1.1 危險物質(zhì)

石化企業(yè)涉及的原輔材料、中間產(chǎn)品和產(chǎn)品眾多。煉油加工部分的原輔材料有原油、燃料油、甲醇、液化石油氣、氫氣、燃料氣等；產(chǎn)品有車用汽油、3#航煤、0 號車用柴油、瀝青、液化石油氣、石油焦、工業(yè)硫磺、液化氣、燃料氣、石腦油等?；どa(chǎn)部分的原輔材料有乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、萘、合成氣、乙炔、芳烴、甲醇、重石腦油、輕石腦油、輕烴等；產(chǎn)品有聚丙烯、液化氣、正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷、重整石腦油、石油苯、甲苯、對二甲苯、重芳烴、戊烷油、抽余油、重芳烴等。

其中很多物料都屬于易燃易爆的危險化學品。煉廠中燃料氣的成分有甲烷、乙烷、乙烯、丙烯等，它們的火災危險性均為甲類；多種物料被列入《重大危險源名錄》，如：苯類物質(zhì)、乙烯、乙炔等；易燃液體有輕石腦油、裂解汽油、苯、甲苯、二甲苯、甲醇等；氣體中易燃的有氫氣、甲烷、丙烷、丙烯、乙烯等。

部分物料對人體有毒害作用。如苯、氯乙烯、氰化物屬于一級有毒物質(zhì)(即極度危害)；氯、環(huán)氧乙烷、1，3-丁二烯、乙苯、苯乙烯、乙醇胺、硫化氫、硝基苯等屬于二級有毒物質(zhì)(即高度危害)，具有較高的毒性；苯乙烯、甲醇、環(huán)氧丙烷、甲苯、二甲苯、甲醇等屬于三級有毒物質(zhì)(即中毒危害)。

1.1.2 生產(chǎn)工藝與設備

(1)工藝條件苛刻，降低設備壽命。生產(chǎn)工藝具有高溫高壓等的特點，部分工藝需要用到強酸強堿等，其具有強烈的腐蝕性，會降低承載物料的管道、設備等的使用壽命，可能因此誘發(fā)風險事故。當設備管道因被長期腐蝕或承受高溫高壓作用而壁厚變薄變脆，若檢修不及時，受壓容器和設備可能會發(fā)生泄漏，如果未及時發(fā)現(xiàn)或者處置不當則有可能釀成火災爆炸等更大的事故，對周邊環(huán)境造成嚴重威脅。更有企業(yè)為降低生產(chǎn)成本而使用不合規(guī)的廉價設備材料，更進一步增大了這種風險。

(2)設備種類繁多，需周期性維護保養(yǎng)。石化企業(yè)設備器械種類很多，如反應器和反應塔、加熱爐、換熱器、壓縮機、各種風機、輸送泵以及儲罐等，需要周期性維護保養(yǎng)，否則也容易引起不正常運行，導致生產(chǎn)安全事故、毒害物料泄漏等嚴重的環(huán)境風險事故。

(3)裝置大型化生產(chǎn)集中化，對員工有更高要求。近年來石化生產(chǎn)規(guī)模越來越大。國有企業(yè)中大連石化原油加工能力約2 050 萬噸/年，鎮(zhèn)海煉化原油加工能力約2 300 萬噸/ 年[4]，民營企業(yè)中恒力石化原油加工能力約2 000 萬噸/年，盛虹煉化原油加工能力為1 600 萬噸/年。大型石化企業(yè)煉油和化工加起來一個廠區(qū)有幾十套裝置，和多個油品化學品儲罐。各生產(chǎn)裝置具有高度自動化、連續(xù)化等特點，生產(chǎn)過程中儲存輸送物料量巨大，牽一發(fā)動全身。同時對操作人員有了更高要求，誤操作、違規(guī)操作和巡檢疏忽都可能會導致事故發(fā)生。歷史上，因工作人員責任心不強、違反操作規(guī)程等原因造成的中毒事故和環(huán)境污染事故屢見不鮮。如2015 年7 月在山東日照發(fā)生的一起事故，倒罐無人監(jiān)守致使液化石油氣泄漏著火、并引發(fā)多個罐體爆燃。

石化企業(yè)的環(huán)境風險構(gòu)成如圖2 所示。

圖2 石化企業(yè)的環(huán)境風險構(gòu)成

1.2 環(huán)境敏感性

由于粗放式經(jīng)濟發(fā)展模式的歷史局限性，以前人們片面追求經(jīng)濟發(fā)展而對城市發(fā)展規(guī)劃布局和生態(tài)環(huán)境保護等問題重視不夠，再加上近年來我國的快速城鎮(zhèn)化，城市發(fā)展規(guī)模的不斷擴大等因素，一定程度上制約了部分煉化企業(yè)現(xiàn)階段的生存發(fā)展空間。

如位于陜西省的某煉化企業(yè)，毗鄰重要的水源保護地渭河，同時由于城市發(fā)展規(guī)模壯大不斷擴大周圍的土地，使得該煉廠周邊現(xiàn)為較為密集的居民區(qū)。地處于環(huán)境高度敏感區(qū)制約了企業(yè)的發(fā)展規(guī)模，同時對企業(yè)的安全環(huán)保管理水平提出了更為嚴苛的要求[5]。

好在近年來這種狀況有所好轉(zhuǎn)，化工企業(yè)退城入園，新建石化項目規(guī)劃遠離居民區(qū)、學校醫(yī)院、自然資源保護區(qū)等環(huán)境敏感目標，既拓寬了企業(yè)發(fā)展路徑又降低了環(huán)境與安全風險。

環(huán)境敏感目標分類如表1 所示。

表1 環(huán)境敏感目標分類

1.3 事故致因及演化過程分析

通常情況下，物料泄漏是蒸氣擴散、火災爆炸、中毒等事故的前提。在工藝裝置和儲罐區(qū)，設備管道固有缺陷、工藝條件和自然災害等外在因素，以及人員操作失誤等原因都可能引起物料泄漏。引起物料泄漏的主要原因歸納為圖3 所示。

圖3 泄漏致因事件樹分析

可燃物料發(fā)生泄漏后的擴散過程中，被點火源點燃會發(fā)生火災爆炸等二次事故。其演化過程與泄漏物質(zhì)的相態(tài)和理化性質(zhì)、泄漏模式、點火方式有關(guān)。通過以石化企業(yè)物料泄漏為初因事件進行故障樹分析，每種特定性質(zhì)的物料泄漏后果演化的事故場景如圖4 和圖5 所示。

圖4 液化氣體、可燃氣體泄漏故障樹分析

圖5 可燃液體泄漏故障樹分析

1.4 污染物影響環(huán)境途徑

石化企業(yè)典型的環(huán)境風險事故包括有毒有害物料泄漏擴散和火災爆炸引發(fā)的二次污染，它們造成危害和影響環(huán)境的途徑有所不同。

(1)毒物泄漏擴散事故

氣態(tài)的有毒有害物質(zhì)發(fā)生泄漏(如硫化氫和氯氣)，若處于受限空間空氣流通不暢或氣象條件穩(wěn)定有毒物質(zhì)難以擴散，容易導致在區(qū)域內(nèi)毒物濃度快速上升，會對在此區(qū)域內(nèi)活動的人員生命安全構(gòu)成巨大威脅；若泄漏點處于開放空間，泄漏后沒有及時發(fā)現(xiàn)并進行堵漏操作，污染物向周圍擴散會影響較大范圍的大氣環(huán)境質(zhì)量，對更大范圍內(nèi)的生物健康造成影響[6]?？扇細怏w泄漏接觸到火源可能產(chǎn)生噴射火和閃火，如果濃度達到氣體的爆炸極限，則可能發(fā)生爆炸。

液態(tài)的有毒有害物質(zhì)發(fā)生泄漏，若污染物突破三級防控體系進入廠界外環(huán)境甚至流入地表水體，可能造成相關(guān)河流水質(zhì)急劇惡化污染物超標，水體內(nèi)魚類等生物大量死亡。此外，還會污染地下水，影響周邊居民生產(chǎn)生活用水，社會影響惡劣，同時后期生態(tài)恢復難度大，耗費時間長。易燃液體泄漏后遇點火源可能產(chǎn)生池火。

(2)火災事故

當石油化工產(chǎn)品物料著火時，火焰溫度高，火勢迅速蔓延，會對火源周圍的人員和設備造成巨大威脅[7]?；馂娘L險主要危害包括以下幾個方面：

①熱輻射。輕烴燃燒釋放大量的輻射熱，不僅危及火區(qū)周圍人員的生命安全，由于溫度升高會降低周圍臨近設備的強度，引發(fā)多米諾效應將導致新的災難和事故。

②濃煙。油品著火會散發(fā)大量濃煙，它不僅含有大量熱量，還含有蒸汽、有毒氣體和分散的固體顆粒，對周圍人員的人身安全構(gòu)成嚴重威脅，對周邊大氣環(huán)境質(zhì)量造成嚴重影響。

③消防廢水。消防救援滅火過程中會產(chǎn)生大量的消防廢水，其中會混合大量有毒有害物質(zhì)和化學品。如果廢水未經(jīng)處理就從雨水排放系統(tǒng)排放到外部水環(huán)境，則存在水污染風險[8]。

(3)爆炸事故

急劇燃燒產(chǎn)生的熱量來不及散失，溫度迅速上升，氣體由于高熱而迅速膨脹發(fā)生爆炸。爆炸影響周圍環(huán)境的途徑主要為爆炸震蕩、沖擊波和產(chǎn)生新火災。

1.5 環(huán)境風險事故統(tǒng)計

圖6中，對石化企業(yè)的100 起特大型事故統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)罐區(qū)的事故率最高，達16.8%。分析其原因，罐區(qū)儲存危險化學品的量巨大。特別是大型石化企業(yè)的原料油和成品油罐組以及國家原油戰(zhàn)備儲庫等，現(xiàn)階段國內(nèi)大型原油儲罐的單罐容積已經(jīng)高達10 萬～15 萬m3。目前世界上最大的地上浮頂儲油罐為24 萬m3。所以罐區(qū)一旦發(fā)生火災爆炸事故，將是非常嚴重的災難，火勢難以控制，救援難度大，經(jīng)濟損失嚴重，其次生污染物對環(huán)境的污染也最為嚴重[9]。

圖6 國外特大型事故按裝置統(tǒng)計

從圖7 歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可以看出，閥門管道泄漏是事故的最常見原因，如“11·22”黃島輸油管道爆炸事故根本原因就是原油管道泄漏，最終火花引爆油氣釀成慘劇。特大型火災爆炸事故原因還包括泵設備故障和操作失誤。此外，由于儀表電氣失控而導致火災報警失效是造成嚴重事故后果的主要原因之一。反應失控同樣具有很大危險性，如歷史上發(fā)生過多起的溫度壓力上升過快導致硝酸胍反應失控最終發(fā)生著火爆炸事故。

圖7 特大型火災爆炸事故原因統(tǒng)計圖

2 風險防控措施

對石化企業(yè)的常見事故，一方面應想辦法降低事故發(fā)生的概率從源頭上進行遏制；另一方面應著手降低事故后果危害。具體措施如表2 所示。

表2 石化企業(yè)風險防控措施

(1)降低事故發(fā)生概率。海因里希的安全法則給了我們一個警告：要防范化解重大事故，必須首先減少和消除無傷害事故，并注意事故苗頭和未遂事故，以消除安全隱患[10]。這些潛在的安全隱患是引發(fā)事故的重要因素。降低事故發(fā)生概率應防止人員的不安全行為，消除物體和機械的不安全狀態(tài)。如：在起重機吊著的重物下停留，在沒有發(fā)出信號的情況下啟動機器，以及在工作時間玩耍打鬧都是人的不安全行為；傳動裝置未設置防護、帶電體裸露在外環(huán)境、照明不良等都屬于物的不安全狀態(tài)。

(2)降低事故后果危害。如減小單個裝置的危險化學品容量或降低單個?；穬薜膬α?，但這一方法可操作性不強，因為與企業(yè)運行的經(jīng)濟性相違背(裝置設施規(guī)?；笮突山档蜕a(chǎn)成本同時便于管理)，實際操作中應在安全性與經(jīng)濟性兩者之間取得平衡。降低事故后果的危害還應做好防控設施(如水環(huán)境風險三級防控體系和事故應急監(jiān)測系統(tǒng))和應急方面的工作(如應急體系規(guī)劃、應急預案演練、應急物資儲備等)。

3 結(jié)語

本文首先分析了石化企業(yè)物料及工藝系統(tǒng)危險性、部分企業(yè)環(huán)境制約發(fā)展現(xiàn)狀，然后對環(huán)境風險事故的致因、演化過程及污染物影響環(huán)境的途徑進行梳理，最后統(tǒng)計相關(guān)歷史事故數(shù)據(jù)。在此基礎上針對石化企業(yè)特點，統(tǒng)籌事故發(fā)生全過程，從降低發(fā)生概率和減小后果危害兩方面入手，提出了涵蓋11 條具體措施的系統(tǒng)性環(huán)境風險防控對策，對石化企業(yè)健康綠色可持續(xù)發(fā)展有一定指導作用。在今后的研究中還可從11 個對策的細化實施方面進行完善，如各應急救援過程中的各方的聯(lián)動機制優(yōu)化，怎樣充分發(fā)揮各方力量做到1+1 ＞2；應急資源儲備如何做到“發(fā)生事故時夠用”和“不過多儲備浪費資源”的平衡等。