液氯泄漏的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)——以自來(lái)水廠為例

福建華大環(huán)保工程有限公司 任 鋒

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液氯泄漏的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)——以自來(lái)水廠為例

福建華大環(huán)保工程有限公司 任 鋒

以某自來(lái)水廠為例，采用風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、源項(xiàng)分析和風(fēng)險(xiǎn)后果計(jì)算等方法對(duì)液氯泄漏進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)值，了解其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的可接受程度，提出減少風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策、措施及應(yīng)急預(yù)案。

液氯 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 風(fēng)險(xiǎn)值

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)突發(fā)性污染事故是指無(wú)固定排污方式突然發(fā)生難以控制的惡性事故，這種事故具有極大的破壞性和影響的長(zhǎng)期性，并常常造成人員傷亡。建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)行期間發(fā)生的可預(yù)測(cè)突發(fā)性事故（一般不包括人為破壞及自然災(zāi)害）引起有毒有害物質(zhì)、易燃易爆等物質(zhì)泄漏，或突發(fā)事件產(chǎn)生新的有毒有害物質(zhì)，所造成的對(duì)人身安全與環(huán)境的影響和損害，進(jìn)行評(píng)估，提出防范、應(yīng)急與減緩措施。

氯氣是用途極為廣泛的重要化工原料，屬于毒性危險(xiǎn)物質(zhì)。化工廠、自來(lái)水廠的氯氣泄漏事件時(shí)有發(fā)生，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。研究液氯泄漏的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，對(duì)防范液氯泄漏事故的發(fā)生具有實(shí)際意義。本文以某自來(lái)水廠為例，對(duì)自來(lái)水廠的液氯泄漏進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，了解其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的可接受程度，提出減少風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策、措施。

1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

1.1 物質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

自來(lái)水廠涉及的化學(xué)藥劑中，具有毒性和腐蝕性的物質(zhì)為氯。

1.1.1危險(xiǎn)物質(zhì)及其特性

氯的特性詳見表1。

表1 氯特性一覽表

1.1.2毒性及火災(zāi)爆炸危害

表2 氯的危險(xiǎn)性和毒性分類結(jié)果表

氯的危險(xiǎn)性和毒性分類見表2。氯屬于Ⅱ類高度危害物質(zhì)。對(duì)照《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》(HJ/T169-2004)，氯屬于導(dǎo)則規(guī)定的一般毒性危險(xiǎn)物質(zhì)，不屬于易燃物質(zhì)。

1.1.3識(shí)別結(jié)果

自來(lái)水廠主要危險(xiǎn)物質(zhì)為氯，危害類別為毒性。

1.2 生產(chǎn)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

1.2.1工藝過程危險(xiǎn)性識(shí)別。自來(lái)水廠的加氯生產(chǎn)工藝不屬于危險(xiǎn)工藝。

1.2.2儲(chǔ)運(yùn)過程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。該自來(lái)水廠液氯庫(kù)有3組氯瓶。

每組8個(gè)氯瓶，每瓶貯量為1噸，氯氣庫(kù)液氯總貯存量為24噸。氯氣鋼瓶用汽車運(yùn)輸，在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中因操作不當(dāng)、鋼瓶碰撞、傾覆等原因引起泄漏，將污染大氣環(huán)境，造成人員中毒。

綜上所述，本項(xiàng)目生產(chǎn)設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的液氯泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

1.2.3風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果

1.2.3.1液氯庫(kù)。本項(xiàng)目的液氯貯存量小于貯存區(qū)臨界量，不構(gòu)成重大危險(xiǎn)源。氯屬于有毒物質(zhì)，液氯鋼瓶為風(fēng)險(xiǎn)分析對(duì)象、液氯泄漏列為預(yù)測(cè)分析內(nèi)容。

表3 本項(xiàng)目Cl2貯存數(shù)量

1.2.3.2物質(zhì)運(yùn)輸。由于運(yùn)輸過程中環(huán)境條件的不確定性，本文不分析液氯運(yùn)輸過程的風(fēng)險(xiǎn)源項(xiàng)，只介紹運(yùn)輸過程中的風(fēng)險(xiǎn)防范措施。

2 源項(xiàng)分析

2.1 最大可信事故

自來(lái)水廠風(fēng)險(xiǎn)最大可信事故為液氯鋼瓶閥門發(fā)生泄露事故。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)概率分析

2.2.1事故類比調(diào)查

（1）2004年8月11日，江蘇省金壇市自來(lái)水廠發(fā)生氯氣泄漏；（2）2004年8月6日，四川省峨眉山市一自來(lái)水廠500公斤的液氯氣罐泄漏；（3）2005年7月12日，江蘇江丹徒區(qū)高資自來(lái)水廠發(fā)生氯氣泄漏；（4）2006年8月6日，湖南省永州東安縣自來(lái)水公司500公斤的液氯罐發(fā)生泄漏。

2.2.2風(fēng)險(xiǎn)概率的確定

事故概率主要通過對(duì)國(guó)內(nèi)外同類工藝、裝置歷史事故資料的調(diào)查、分析和類比獲得。國(guó)外常見的典型泄漏孔徑分類、以及用于重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的泄漏概率摘錄于表4[1]，根據(jù)表4，氯氣鋼瓶小孔泄露孔徑為50mm時(shí)，泄露概率為5.00×10-6次/年。

表4 用于重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的泄漏概率表

2.3 事故源項(xiàng)

通常發(fā)生鋼瓶泄漏事故后，通過報(bào)警、噴淋等措施，10分鐘后即可控制泄漏。液氯的閃蒸率F為0.195。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)F≥0.2時(shí),一般不會(huì)形成液池；當(dāng)F<0.2時(shí)，F(xiàn)與帶走液體之比存在線性關(guān)系[2]。通過計(jì)算可知液氯泄露時(shí)形成液池的量很小，可視為全部被蒸發(fā)。因此氯的揮發(fā)速度可近似等于其泄漏速度。液氯泄漏速率采用液體流速計(jì)算方程(即柏努利方程)計(jì)算。源強(qiáng)參數(shù)和預(yù)測(cè)源強(qiáng)計(jì)算結(jié)果詳見表5。

表5 源強(qiáng)參數(shù)和預(yù)測(cè)源強(qiáng)計(jì)算結(jié)果

3 風(fēng)險(xiǎn)事故評(píng)價(jià)指標(biāo)

以LC、IDLH、MAC作為液氯泄漏的風(fēng)險(xiǎn)事故評(píng)價(jià)指標(biāo)。LC為致死濃度，LC50為半致死濃度。IDLH為立即危害生命和健康濃度，由美國(guó)國(guó)家職業(yè)安全與健康研究所（NIOSH）在《危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)指南手冊(cè)》中提出；IDLH定義為有害環(huán)境中空氣污染物濃度達(dá)到某種危險(xiǎn)水平，如可致命，或可永久損害健康，或可使人立即喪失逃生能力。MAC為最高允許濃度，定義為在工作地點(diǎn)、在一個(gè)工作日內(nèi)、任何時(shí)間有毒化學(xué)物質(zhì)均不應(yīng)超過的濃度。本文提出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)相關(guān)指標(biāo)見表6。

表6 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)（單位：mg/m3）

注1：表中Cl2的致死濃度值為人吸入10min致死濃度。

注2：IDLH值來(lái)源：呼吸防護(hù)用品的選擇、使用與維護(hù)（GB/T18664-2002）。

注3：MAC值來(lái)源：工業(yè)場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值（GBZ2.1-2007）。

表中Cl2的各致死濃度值參照文獻(xiàn)[3]的相關(guān)內(nèi)容確定：當(dāng)事故發(fā)生后，有毒氣體造成的致死百分率與有毒氣體的性質(zhì)、毒氣濃度及接觸時(shí)間有關(guān)。通過人們?cè)谝欢〞r(shí)間接觸一定濃度所造成影響的概率（Y）來(lái)表征，Y與有毒氣體濃度及接觸時(shí)間的關(guān)系由下式計(jì)算:

式中：At、Bt、n為物質(zhì)系數(shù)，取決于毒物的性質(zhì)；C為有毒氣體濃度；te為接觸時(shí)間，本評(píng)價(jià)取10min。概率Y與致死百分率的關(guān)系見文獻(xiàn)[3]。

4 風(fēng)險(xiǎn)后果計(jì)算與分析

4.1 預(yù)測(cè)模式

按最大可信事故源項(xiàng)設(shè)定，Cl2在大氣中的擴(kuò)散采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則中的多煙團(tuán)模式，對(duì)設(shè)定事故狀態(tài)下的Cl2在不利氣象條件下（靜小風(fēng)、D和F類穩(wěn)定度）的濃度分布進(jìn)行計(jì)算。預(yù)測(cè)各評(píng)價(jià)范圍內(nèi)污染物濃度隨時(shí)間和空間的分布（詳略）。

4.2 后果計(jì)算與分析

預(yù)測(cè)時(shí)，選取風(fēng)速為靜風(fēng)、小風(fēng)；大氣穩(wěn)定度選擇中性D和穩(wěn)定F類兩種情況。各氣象條件下事故發(fā)生后, Cl2達(dá)各評(píng)價(jià)指標(biāo)最遠(yuǎn)距離預(yù)測(cè)結(jié)果見表7。

表7 Cl2預(yù)測(cè)結(jié)果

Cl2泄漏風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生后，F(xiàn)類穩(wěn)定度、1.5m/s風(fēng)速條件下，在風(fēng)險(xiǎn)源下風(fēng)向超過1%、10%、50%致死濃度和IDLH的范圍最大，分別為791m、455m、183m和1074m，無(wú)超90%致死濃度范圍。在F類穩(wěn)定度、1.5m/s風(fēng)速條件下，下風(fēng)向超MAC濃度范圍最大，為13911m。

5 風(fēng)險(xiǎn)后果綜述及可接受水平分析

風(fēng)險(xiǎn)值是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表征量，包括事故的發(fā)生概率和事故的危害程度。結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)影響預(yù)測(cè)結(jié)果和區(qū)域人群分部特征，計(jì)算最大可信事故的風(fēng)險(xiǎn)值。

液氯鋼瓶閥門發(fā)生泄露事故后，計(jì)算得各致死概率下的最大風(fēng)險(xiǎn)值2.5×10-5，小于化工行業(yè)8.33×10-5的風(fēng)險(xiǎn)可接受水平。因此在設(shè)定的事故狀態(tài)下，Cl2泄漏的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是可接受的。

6 風(fēng)險(xiǎn)管理及應(yīng)急預(yù)案

加氯間和倉(cāng)庫(kù)采用封閉式建筑，并設(shè)置機(jī)械引風(fēng)設(shè)施和氯氣堿吸收裝置。泄漏應(yīng)急處理和儲(chǔ)運(yùn)注意事項(xiàng)見表1。

根據(jù)預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果，當(dāng)發(fā)生最大可信事故時(shí)，下風(fēng)向超IDLH最遠(yuǎn)的距離為1074m；超MAC濃度的最遠(yuǎn)距離為13911m。因此，當(dāng)本項(xiàng)目發(fā)生Cl2泄漏時(shí)，應(yīng)在30min之內(nèi)組織疏散風(fēng)險(xiǎn)源周邊1100m范圍內(nèi)人員，撤離無(wú)關(guān)人員（包括廠區(qū)職工）至上風(fēng)向安全區(qū)域。同時(shí)在14000m范圍內(nèi)根據(jù)氣象、地理等條件，進(jìn)行Cl2的應(yīng)急監(jiān)測(cè)。

7 結(jié)論

自來(lái)水廠風(fēng)險(xiǎn)最大可信事故為液氯鋼瓶閥門發(fā)生泄露事故。事故發(fā)生后，各致死概率下的最大風(fēng)險(xiǎn)值為2.5×10-5，小于化工行業(yè)8.33×10-5的風(fēng)險(xiǎn)可接受水平，風(fēng)險(xiǎn)是可以接受的。風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生后，應(yīng)根據(jù)事故嚴(yán)重情況采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，疏散風(fēng)險(xiǎn)源周邊1100m范圍內(nèi)人員至上風(fēng)向安全區(qū)域。同時(shí)在14000m范圍內(nèi)根據(jù)氣象、地理等條件，進(jìn)行Cl2的應(yīng)急監(jiān)測(cè)。

[1] 胡二邦.環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)用技術(shù)、方法和案例[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2009.

[2] 汪元輝.安全系統(tǒng)工程[M].天津:天津大學(xué)出版社,1999.

[3] 中國(guó)石油化工股份有限公司青島安全工程研究所.石化裝置定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南[M].北京:中國(guó)石化出版社,2007.