環(huán)境風險事故影響對合成氨生產規(guī)模限制的論證

張根源

摘 要：河南某化工有限責任公司為響應政府“退城入園”的政策要求，關閉現有老城區(qū)合成氨生產線，在產業(yè)集聚區(qū)新建合成氨裝置?？紤]到產業(yè)集聚區(qū)內部和周邊目前尚存在較多居民區(qū)，本文通過數據分析了在滿足環(huán)境風險事故影響可接受的要求下，對當地合成氨生產規(guī)模的具體限制。

關鍵詞：合成氨;環(huán)境風險事故;生產規(guī)模;衛(wèi)生防護距離

中圖分類號：TQ113.2;TQ086 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）19-0043-03

Abstract： In response to the government's policy of "leaving the city and entering the park"， a Chemical Co.， Ltd. in Henan closed the existing synthetic ammonia production line in the old urban area and built a new synthetic ammonia plant in the industrial cluster area. Considering that there are still many residential areas in and around the industrial cluster area， this paper analyzed the specific restrictions on the production scale of local synthetic ammonia based on the data analysis to meet the requirements of acceptable impact of environmental risk accidents

Keywords： synthetic ammonia;environmental risk;production scale;health protection distance

河南省某化工廠目前在縣城老城區(qū)和當地產業(yè)集聚區(qū)各建設廠區(qū)一座。其中，縣城老城廠區(qū)的產品規(guī)模為年產10萬t合成氨;當地產業(yè)集聚區(qū)廠區(qū)的產品規(guī)模為年產20萬t合成氨。但是，隨著縣城城區(qū)的逐步擴張，該化工廠位于老城區(qū)的現有廠區(qū)已逐漸被周邊的城市設施和居住區(qū)所包圍。

此外，該化工廠目前采用常用的固定床煤氣化技術生產合成氨，產品能耗高，市場競爭力弱。鑒于上述因素，該化工廠擬拆除縣城老城廠區(qū)現有年產10萬t合成氨和當地產業(yè)集聚區(qū)現有廠區(qū)年產20萬t合成氨項目，并在當地產業(yè)集聚區(qū)內采用先進工藝新建合成氨項目。但是，考慮到產業(yè)集聚區(qū)內部和周邊目前尚存在較多環(huán)境敏感點，本文擬通過相關分析論證，在滿足事故風險可接受的前提下，確定新建合成氨建設規(guī)模。

1 論證思路

經調查，當地產業(yè)集聚區(qū)內部和周邊目前尚存在較多環(huán)境敏感點，新建合成氨規(guī)模應同時滿足《肥料制造業(yè)衛(wèi)生防護距離 第1部分：氮肥制造業(yè)》（GB/T 11666.1—2012）相關要求和最大可信事故影響后果可接受。新建合成氨產能還應同時滿足國家《合成氨行業(yè)準入條件》單條生產線最小生產規(guī)模。在此基礎上綜合分析新建合成氨規(guī)模。

1.1 合成氨項目衛(wèi)生防護距離

根據《肥料制造業(yè)衛(wèi)生防護距離 第1部分：氮肥制造業(yè)》（GB/T 11666.1—2012）的規(guī)定，產生有害因素的部門（生產車間或作業(yè)場所）的邊界至敏感區(qū)邊界的最小距離為衛(wèi)生防護距離，衛(wèi)生防護距離標準限值具體見表1。

當地近5年平均風速為2.6 m/s，因此確定當合成氨生產規(guī)模<30萬t/a時，其衛(wèi)生防護距離為產生有害因素的部門邊界至敏感區(qū)邊界的最小距離為600 m;當合成氨生產規(guī)?！?0萬t/a時，其衛(wèi)生防護距離為產生有害因素的部門邊界至敏感區(qū)邊界的最小距離為800 m。

根據《合成氨行業(yè)準入條件》，新建合成氨生產裝置，單系列生產規(guī)模應不低于1 000 t/d（綜合利用和聯(lián)產項目除外）。因此，該化工廠新增合成氨生產規(guī)?！?0萬t/a，其衛(wèi)生防護距離為產生有害因素的部門邊界至敏感區(qū)邊界的最小距離為800 m。該衛(wèi)生防護距離內不應設置村莊、居民區(qū)、學校、醫(yī)院等環(huán)境敏感點。

1.2 風險事故情景確定

該化工廠目前已安裝SIS安全連自動鎖控制系統(tǒng)。在該安全連鎖系統(tǒng)控制下，在生產車間發(fā)生氨事故排放，可以實現生產裝置2 min內停車。假設生產車間發(fā)生100%氨泄漏，若2 min內停車，半致死濃度范圍控制在800 m衛(wèi)生防護距離內，分析集聚區(qū)內可承受的合成氨項目最大產能。

2 SIS安全連鎖系統(tǒng)下生產車間氨事故排放環(huán)境風險分析

2.1 預測模式

液氨在生產車間泄漏時，會以氣態(tài)形式泄漏，根據物質泄漏的突發(fā)性、有毒蒸汽擴散的移動性等特點，評價采用多煙團疊加模式來預測下風向落地濃度。即將[Δt]時間內排放的污染物看成是一個瞬時煙團，其排放量為[θi·Δt=θ]。為了求得連續(xù)源在下風向的落地濃度，可以把[T]時段內連續(xù)排放造成的下風向落地濃度看作若干個[Δt]時間的瞬時煙囪在該點造成的濃度疊加。計算下風向落地濃度的多煙團公式[1]為：

[Ci=2θi（2π）32σxσyσzexp-X-u（t-tio）22σ2x·exp-Y22σ2y·exp-H22σ2z]（1）

[C（x，t）=i=1nCi（x，t-tio）] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

液氨在常溫加壓條件下儲存時，其沸點較低，為-33.5 ℃，故按照兩項流泄漏速率計算。兩相流泄漏計算公式[2]為：

[QLG=CdA2ρm（P-PC）] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

2.2 污染氣象條件

經調查，當地產業(yè)集聚區(qū)所在地區(qū)全年風向最多為NE風，頻率為11.06%;次多風向為NNE風，頻率為9.32%;靜風（C）頻率為2.80%。全年風向頻率如表2所示。

此外，該地的大氣穩(wěn)定度以穩(wěn)定（E、F）居多，全年占44.82%;其次是不穩(wěn)定（A、B、C）類，占24.98%;中性（D）類，占30.20%。因此，該地大氣穩(wěn)定度以穩(wěn)定類為主，垂直擴散能力較弱，不利于污染物的擴散。

2.3 濃度危害閾值

根據《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》系列標準、《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》（TJ 36—1979）以及有關資料，氨氣的濃度危害閾值見表3。

2.4 生產車間事故風險結果預測分析

河南某化工有限責任公司所采用的SIS安全連鎖系統(tǒng)已經在國內多家大型化工企業(yè)投入使用。安全停車時間均可以控制在2 min以內。本次測算分別計算當合成氨項目產能為34萬、40萬、45萬、50萬、54萬t/a，假設其生產過程中發(fā)生100%氨泄漏時半致死半徑的距離，并繪制其變化曲線。經計算，其泄漏事故的源強如表4所示。

根據前文計算，不同規(guī)模合成氨生產單元泄漏事故狀態(tài)下半致死距離變化趨勢如圖1和表5所示。

由預測可知，假設SIS安全連鎖系統(tǒng)下其生產過程中發(fā)生100%氨泄漏，并在2 min內完成生產裝置停車，泄漏的氨氣源強包括2 min內生產的氨氣和生產停止后管道及設備中殘余的氨氣。在不考慮其他額外因素的前提下，若將泄漏氨氣的半致死濃度范圍控制在800 m衛(wèi)生防護距離內，可承受的合成氨單條生產線最大產能為54萬t/a，此時泄漏氨氣的半致死濃度最遠出現位置距離事故源781 m。

3 結論

通過分析，河南省某化工廠按照相關要求進行“退城入園”搬遷改造。通過分析論證，為滿足事故狀態(tài)下，泄漏氨氣的半致死濃度范圍控制在800 m的衛(wèi)生防護距離內，在安裝SIS安全連鎖系統(tǒng)并確保其穩(wěn)定運行的前提下，可承受的合成氨單條生產線最大產能規(guī)模為54萬t/a。根據《肥料制造業(yè)衛(wèi)生防護距離 第1部分：氮肥制造業(yè)》（GB 11666—2012），衛(wèi)生防護距離為合成氨生產車間邊界距離居民區(qū)、學校、醫(yī)院等環(huán)境敏感區(qū)邊界的最小距離。因此，控制合成氨單條生產線最大產能不高于54萬t/a，并結合產業(yè)集聚區(qū)周邊環(huán)境敏感區(qū)分布情況，確定該化工廠合成氨裝置適宜布設區(qū)域，能夠從源頭降低合成氨生產項目環(huán)境風險事故的帶來的潛在危害。

參考文獻：

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