危險品儲罐泄漏的事故分析及環(huán)境風(fēng)險防治策略研究

劉清徽

（廣州藍(lán)碧環(huán)境科學(xué)工程顧問有限公司，廣東 廣州 510507）

引言

為減少危險品儲罐運營給環(huán)境帶來的影響，將儲罐泄漏事故當(dāng)作切入點，分析泄漏量和事故可能帶來的后果，在明確事故影響的前提下，制定環(huán)境風(fēng)險防治策略，為指導(dǎo)企業(yè)和相關(guān)部門加強(qiáng)安全環(huán)保生產(chǎn)管理提供依據(jù)，從而推動化工行業(yè)健康發(fā)展。

1 案例概況

某油品企業(yè)的主要業(yè)務(wù)是經(jīng)營和儲存柴油、汽油等油品以及液體化工原料（主要為甲醇），庫容總計67萬立方米，包含11個罐區(qū)和91個儲罐，占地35萬平方米。一期工程的庫容為36.3萬立方米，占地面積約196 900平方米，二期工程的庫容為30.65萬立方米，占地面積約13 211平方米。現(xiàn)場儲罐劃分為11組，除6、7組儲罐采用碳鋼拱頂罐以外，其余均采用碳鋼內(nèi)浮盤。

2 危險品儲罐泄漏事故分析

2.1 泄漏量

該企業(yè)需要儲存17個品種的油品和化工品，原料儲罐泄漏的情況偶有發(fā)生，為避免儲罐泄漏給現(xiàn)場人員、周圍環(huán)境造成難以挽回的影響，需要了解可能引發(fā)火災(zāi)爆炸事故的泄漏量。本項目重點對汽油、甲醇、柴油等在常溫常壓環(huán)境下，遇明火或高溫容易引發(fā)火災(zāi)爆炸事故進(jìn)行分析。在設(shè)定泄漏口達(dá)到接管口徑（Φ100 mm）20%時，庫區(qū)設(shè)有安全巡視員，從最不利狀況考量，將事故泄漏時間設(shè)定為60 min，相關(guān)計算公式如下：

式中，QL為泄漏速率，單位為kg/s，P和P0分別為容器內(nèi)介質(zhì)壓力和環(huán)境壓力，均取值101 325 Pa；ρ為泄漏液體密度，其中汽油密度為720 kg/m3，柴油密度為833 kg/m3，甲醇密度為791.8 kg/m3；g為重力加速度，取值9.81 m/s2；A為裂口面積，取3.14×10-4m2；Cd為液體泄漏系數(shù)，取0.50；h為裂口之上液位高度，其中汽油儲罐取值15.9 m，柴油儲罐取值15.1 m，甲醇儲罐取值15 m，分析得到結(jié)果如表1所示。

表1 儲罐事故泄漏量分析結(jié)果

2.2 事故后果預(yù)測

結(jié)合儲罐所儲存油品的理化性質(zhì)可知，各類物質(zhì)的沸點均高于儲存時的溫度，故泄出物不存在閃蒸和熱量蒸發(fā)[1]。通過對事故后果展開預(yù)測，按照最大燃料油估算泄漏量，可知儲罐最大容積為1萬立方米，泄漏后液態(tài)物料部分蒸發(fā)進(jìn)入大氣環(huán)境將向四周擴(kuò)散，遇到明火可能發(fā)生爆炸。按照最不利氣象條件slab模型和aftox模型進(jìn)行事故后果預(yù)測，能夠發(fā)現(xiàn)汽油影響距離最遠(yuǎn)，如表2所示，而甲醇的預(yù)測濃度達(dá)到了不同毒性終點濃度最大影響范圍。距離最近的敏感點在項目南側(cè)800 m位置，最遠(yuǎn)敏感點在項目南側(cè)1.5 km位置，可以滿足毒性終點濃度要求。

表2 儲罐泄漏后液體蒸發(fā)擴(kuò)散最大毒性濃度預(yù)測結(jié)果表

基于slab模型、aftox模型預(yù)測事故后果時，要準(zhǔn)確了解不同模型可能存在的影響因素。slab模型的影響因素包括：一是溫度梯度。溫度梯度的增加可能導(dǎo)致不穩(wěn)定的大氣層結(jié)，從而影響slab模型的效果。特別是在溫度急劇下降的區(qū)域，邊界層的穩(wěn)定性會受到影響，可能引起不穩(wěn)定的湍流活動和強(qiáng)烈的氣流湍動，從而使slab模型預(yù)測的結(jié)果變得不準(zhǔn)確。二是強(qiáng)風(fēng)。高風(fēng)速可能導(dǎo)致湍流擴(kuò)散性增加，使熱量傳遞更加復(fù)雜，此外，風(fēng)向的變化也會影響熱量的傳輸路徑和分布，進(jìn)而影響slab模型的結(jié)果。三是濕度變化。濕度的增加會增加大氣的水汽含量，從而改變熱量的傳輸方式，潮濕的條件下，水蒸氣的存在可能導(dǎo)致熱量傳遞中的相變和冷凝，使得slab模型無法準(zhǔn)確預(yù)測熱量的傳輸和分布。對aftox模型而言，可能影響其預(yù)測結(jié)果的影響因素有：（1）大氣不穩(wěn)定。當(dāng)大氣層結(jié)不穩(wěn)定時，熱量傳輸會更加復(fù)雜，從而使slab模型的預(yù)測結(jié)果變得不可靠。（2）強(qiáng)風(fēng)和風(fēng)向變化。強(qiáng)風(fēng)可以擾動熱量傳輸過程，增加湍流強(qiáng)度，使得模型難以準(zhǔn)確預(yù)測熱量的分布和傳輸，風(fēng)向的變化則會改變熱量傳輸路徑，影響模型的準(zhǔn)確性。（3）高濕度和降水。水蒸氣的存在會引起相變和冷凝，影響熱量的傳輸和分布。特別是在降水過程中，熱量的分配會因水滴的存在而發(fā)生改變，使得slab模型難以準(zhǔn)確預(yù)測熱量的傳遞。（4）邊界條件變化。slab模型通常依賴于一組初始和邊界條件來進(jìn)行模擬，當(dāng)這些條件發(fā)生劇烈變化時，模型的準(zhǔn)確性可能會受到影響。

以汽油泄漏（污染物以非甲烷總烴表征）為例分析儲罐事故，可知在距離泄漏源600 m位置即可達(dá)到廣東省《大氣污染物排放限值》（DB44/27-2001）監(jiān)控濃度限值（非甲烷總烴≤4.0 mg/m3）。一旦發(fā)生火災(zāi)，產(chǎn)生有害氣體一氧化碳，在小風(fēng)狀態(tài)下風(fēng)向400 m范圍超出短時間接觸容許濃度，常風(fēng)下風(fēng)向1 000 m范圍超出容許濃度，但均未達(dá)到中毒危害閾值。

2.3 環(huán)境風(fēng)險評價

與國內(nèi)外已發(fā)生的石油類儲罐事故發(fā)生概率相比，案例儲罐泄漏引起的火災(zāi)爆炸概率為49.2%，發(fā)生重大事故的概率為8.7×10-5次/（罐·年），在可以接受的范圍內(nèi)。對儲罐泄漏重大事故后果進(jìn)行模擬分析，可知在儲罐發(fā)生火災(zāi)事故的情況下，死亡半徑達(dá)到68.1 m，重傷半徑為82.4 m，輕傷半徑為119.5 m，均在廠區(qū)界限內(nèi)，將給其他儲罐、控制室等建筑帶來影響，引發(fā)更嚴(yán)重次生危險。目前，罐區(qū)東面化驗室、配電間等處于輕傷半徑內(nèi)，長時間受熱輻射可能導(dǎo)致設(shè)備損壞和人員燒傷。而一期和二期儲罐之間擁有較大安全間距，僅一期少數(shù)儲罐在影響半徑內(nèi)，產(chǎn)生的影響較小。二期油庫相鄰儲罐在輕傷半徑內(nèi)，但由于項目間存在實體圍墻阻隔了熱輻射，因此罐區(qū)受到影響較小。二期油庫西面為空地、南面為道路，周邊建筑物在火災(zāi)無影響半徑范圍。從總體情況來看，通過制定應(yīng)急預(yù)案，在事故發(fā)生后及時采取措施縮短泄漏和擴(kuò)散時間，加強(qiáng)周邊敏感點保護(hù)，可認(rèn)為儲罐泄漏對大氣環(huán)境影響是可接受的。

火災(zāi)事故發(fā)生將導(dǎo)致大量二氧化硫、一氧化碳產(chǎn)生，同時向大氣釋放煙氣等污染物，將給大氣環(huán)境帶來嚴(yán)重污染。按泄漏量最大的汽油進(jìn)行估算，汽油儲罐最大容積為1萬立方米，1萬立方米油品儲罐一旦整體破裂，遇明火發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，在未采取任何防范措施的情況下，持續(xù)燃燒6 h將產(chǎn)生24.19 t二氧化硫、342.25 t一氧化碳、12.5 t硫化氫和1.25 t氨氣。

事故發(fā)生將引發(fā)危化品泄漏，并產(chǎn)生消防廢水，含有油類物質(zhì)和甲醇等，進(jìn)入周圍水體將引發(fā)水污染。以汽油罐為例，起火后產(chǎn)生消防廢水量能達(dá)到4 077.05 m3。儲罐泄漏后，一旦油品或化工品進(jìn)入地表河流將引發(fā)水環(huán)境污染，導(dǎo)致地表河流景觀被破壞，同時由于有機(jī)烴類物質(zhì)難溶于水，將浮在水層表面將空氣與水隔離，引發(fā)水中溶解氧濃度下降，造成水生物死亡[2]。而烴類物質(zhì)可生化性較長，水體污染后完全恢復(fù)甚至需數(shù)十年。油庫區(qū)建設(shè)2座1 000 m3壓艙水罐（目前為空置）和400 m3事故應(yīng)急池，并建設(shè)容積200 m3和324 m3的化工污水池，作為事故廢水暫存區(qū)使用，可以防止事故廢水直接排放，給周圍水環(huán)境帶來污染。

3 危險品儲罐泄漏環(huán)境風(fēng)險防治策略

3.1 水污染防治

3.1.1 地下水污染

考慮到罐區(qū)污水處理設(shè)備水池防滲層破損或地面防滲層破損都將導(dǎo)致泄漏物進(jìn)入地下，引發(fā)地下水環(huán)境污染，需嚴(yán)格按照《危險廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18597-2023）對地下水采取防護(hù)措施。罐區(qū)地面和地下水排水管溝應(yīng)加強(qiáng)防腐蝕和防滲處理，確保其完整性和穩(wěn)定性，阻止有害物質(zhì)滲漏。定期檢查和維護(hù)防滲層，對發(fā)現(xiàn)的破損或損壞部位及時修復(fù)，確保防護(hù)措施始終有效。在發(fā)生事故后，應(yīng)立即對罐體和管線進(jìn)行修復(fù)，確保其密封性和安全性。在事故處理過程中，可以采用吸油氈等吸附材料對泄漏物進(jìn)行控制，防止泄漏物進(jìn)一步擴(kuò)散到地下水體中。

3.1.2 地表水污染

針對水環(huán)境污染風(fēng)險，應(yīng)提前針對罐區(qū)配備油回收和攔截裝置，發(fā)生故障后第一時間將泄漏物料攔截在庫區(qū)范圍內(nèi)。采用泡沫混合液滅火期間，產(chǎn)生的消防廢水中含有石油類物質(zhì)，同樣需要通過專用設(shè)備攔截，避免通過雨水管網(wǎng)進(jìn)入周邊地表水。根據(jù)《化工建設(shè)項目環(huán)境保護(hù)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50483-2019）計算事故廢水量為14 876.13 m3，企業(yè)利用各罐區(qū)的防火堤作為事故廢水暫存區(qū)域，其中11#罐區(qū)防火堤圍堰容積為324 72 m3，大于企業(yè)油庫事故廢水產(chǎn)生量14 876.13 m3，能用于暫時存儲消防污水和收集含油污水，并通過回收裝置和吸油材料實現(xiàn)燃油回收。在事故發(fā)生后，應(yīng)立即關(guān)閉雨水閥門和污水閥門，使事故廢水暫存在防火堤內(nèi)，避免廢水溢出庫區(qū)。經(jīng)過初步吸油處理后，消防污水需進(jìn)入污水處理系統(tǒng)實現(xiàn)隔油預(yù)處理，同時在廢水排放口安裝在線監(jiān)測裝置，對水中懸浮物、五日生化需氧量等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，保證廢水排放指標(biāo)達(dá)到要求[3]。

3.2 大氣污染防治

儲罐汽油、甲醇等物質(zhì)泄漏后將蒸發(fā)至空氣中引發(fā)環(huán)境污染，為杜絕污染發(fā)生，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)閥門、管件和密封件等，定期完成儲罐檢修、維護(hù)，保養(yǎng)儲罐外壁油漆加強(qiáng)熱效應(yīng)反射，減少儲罐有機(jī)物揮發(fā)。定期檢查儲罐外部連接設(shè)備、設(shè)施，發(fā)現(xiàn)連接位置出現(xiàn)磨損等情況及時處理。定期保養(yǎng)阻火器、呼吸閥等附屬設(shè)備，并確認(rèn)油泵、管道等部位連接牢固，杜絕跑冒滴漏現(xiàn)象發(fā)生[4]。將鋁制浮盤改造成不銹鋼高效密封浮盤，采用模塊化無梁結(jié)構(gòu)，滿足全接液要求，邊緣采用雙密封，有效降低儲罐泄漏事件發(fā)生概率，并減少揮發(fā)性有機(jī)物的無組織排放。在存儲甲醇等物質(zhì)的儲罐上方，可安裝噴淋裝置吸收散發(fā)的氣體，減小有毒有害氣體擴(kuò)散影響，并確保受傷害人員能夠及時沖洗。

儲罐泄漏物燃燒后產(chǎn)生的二氧化硫、一氧化碳等物質(zhì)進(jìn)入大氣，將引發(fā)大氣環(huán)境污染。在風(fēng)險防治方面，需安裝可燃?xì)怏w探測器和報警器，在事故發(fā)生后實時監(jiān)控廢氣排放情況，及時啟動油氣回收系統(tǒng)實現(xiàn)污染物排放控制，防止出現(xiàn)廢氣超標(biāo)問題。在罐區(qū)設(shè)置VOCs在線監(jiān)測系統(tǒng)和油氣回收系統(tǒng)，并實行嚴(yán)格巡查制度，能夠及時發(fā)現(xiàn)泄漏事故，并將情況及時上報給上級和應(yīng)急辦公室，由指揮部根據(jù)泄漏程度判斷是否組織人員緊急疏散。一旦發(fā)生火災(zāi)，將根據(jù)二氧化硫、一氧化碳、硫化氫、氨氣等有毒氣體影響計算結(jié)果將下風(fēng)向及影響區(qū)域1 000 m范圍內(nèi)居民集中疏散，防止人員發(fā)生中毒事故。

3.3 土壤污染防治

為避免儲罐泄漏引發(fā)土壤污染，對罐區(qū)及周圍道路進(jìn)行硬化處理，確保泄漏至地面的原料可通過收集溝集中排入污水處理調(diào)節(jié)池，降低環(huán)境污染發(fā)生的可能性。一旦發(fā)生大面積泄漏，立即安排專人采用圍油欄、吸油氈等實現(xiàn)泄漏油品吸附控制，并使用堵漏器完成泄漏管線和罐體修復(fù)，使用接油盆、收油桶完成泄漏物收集[5]。此外，必要時使用化工污水池、含油污水事故緩沖池、應(yīng)急池完成泄漏物收集，并事后利用除油粉、油污消散劑、鋸末完成污染物降解處理，從而有效防治土壤環(huán)境污染風(fēng)險。

4 結(jié)語

在危險品儲罐泄漏事故分析方面，需要將事故給周圍環(huán)境帶來的影響當(dāng)成是環(huán)境風(fēng)險評價重點，對事故引發(fā)的火災(zāi)爆炸次級危害及環(huán)境污染展開分析，確定最不利氣象條件下事故影響范圍和程度，確認(rèn)事故是否在可接受范圍內(nèi)。在汽油、柴油、甲醇等儲罐發(fā)生泄漏后，通過及時處置加強(qiáng)泄漏量和時間控制，能夠?qū)⑹鹿曙L(fēng)險控制在可接受范圍內(nèi)，并通過積極采取污染監(jiān)測、泄漏物處理等措施，實現(xiàn)大氣污染、水污染等各種污染防治，有效減少事故帶來的環(huán)境影響。