液化天然氣氣化站風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)例分析

張秀青

（大連市環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 大連 116023）

液化天然氣（LNG）是高效、優(yōu)質(zhì)、安全的清潔能源，其單位質(zhì)量發(fā)熱量高于單位質(zhì)量煤、焦碳的發(fā)熱量，與汽油、柴油的單位質(zhì)量發(fā)熱量相當(dāng)。LNG氣化站是LNG 與空氣進(jìn)行熱交換，發(fā)生相變，產(chǎn)生氣體，調(diào)壓后灌裝或由管網(wǎng)輸入各用戶(hù)的場(chǎng)站。LNG主要成分是甲烷，屬易燃物質(zhì)，一旦發(fā)生突發(fā)泄漏事故，往往與爆炸、火災(zāi)相互引發(fā)，且發(fā)展迅猛，因此，對(duì)LNG相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是必要的。以某一擬建LNG氣化站項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為例，對(duì)LNG氣化站項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)要點(diǎn)進(jìn)行實(shí)例分析。

1 LNG氣化站項(xiàng)目概況

項(xiàng)目建于某開(kāi)發(fā)區(qū)，為新建項(xiàng)目，周邊1 km 范圍內(nèi)無(wú)居民等敏感目標(biāo)存在。

工程建設(shè)內(nèi)容包括氣化區(qū)、儲(chǔ)罐區(qū)、調(diào)壓區(qū)、辦公樓、低壓配電間、高壓配電間、汽車(chē)衡等。氣化站主要設(shè)備包括LNG 儲(chǔ)罐、空溫式氣化器、卸車(chē)自增壓氣化器、空溫式儲(chǔ)罐升壓氣化器、蒸發(fā)氣體（BOG）空溫式加熱器、安全放散氣體（EAG）空溫式加熱器及加臭機(jī)撬塊等。LNG 氣化工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程Fig.1 Project flow chart

2 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別范圍包括生產(chǎn)過(guò)程所涉及的物質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和生產(chǎn)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。其中，生產(chǎn)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別范圍包括主要生產(chǎn)裝置、貯運(yùn)系統(tǒng)、公用工程系統(tǒng)、工程環(huán)保設(shè)施及輔助生產(chǎn)設(shè)施等；生產(chǎn)過(guò)程所涉及的物質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別范圍包括主要原材料及輔助材料、燃料、中間產(chǎn)品、最終產(chǎn)品以及生產(chǎn)過(guò)程排放的“三廢”污染物等。

2.1 物質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)性識(shí)別

依據(jù)HJ/T 169—2004《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》和GB 18218—2009《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》的判斷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)項(xiàng)目涉及的化學(xué)物質(zhì)（液化氣主要組分甲烷及加臭劑四氫噻吩）進(jìn)行識(shí)別。危險(xiǎn)性識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，物質(zhì)性質(zhì)分別見(jiàn)表2和表3。

經(jīng)分析甲烷（天然氣主要成分）屬于《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》和《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》中列出的易燃物質(zhì)，風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型為泄漏、火災(zāi)和爆炸。同時(shí)，《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》中規(guī)定甲烷的臨界量為50 t，參照該標(biāo)準(zhǔn)中“未列舉的危險(xiǎn)化學(xué)品類(lèi)別及其臨界量”表，加臭劑四氫噻吩為閃點(diǎn)＜23 ℃的液體，臨界量（Q）為1 000 t，而該項(xiàng)目最大儲(chǔ)存量（q）為200 kg，其q/Q 值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 1，并且其LC50（2 h，小鼠吸入）為27 000 mg/m3，屬于低毒物質(zhì)，因此不將其作為風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)價(jià)。

表1 物質(zhì)危險(xiǎn)性識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Material risk recognition standard mg/kg

2.2 生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

項(xiàng)目主要生產(chǎn)過(guò)程為氣化過(guò)程，生產(chǎn)裝置為各氣化器。根據(jù)物料性質(zhì)及工藝特點(diǎn)，生產(chǎn)裝置潛在的風(fēng)險(xiǎn)事故類(lèi)型為L(zhǎng)NG泄漏、火災(zāi)和爆炸。

項(xiàng)目?jī)?chǔ)存系統(tǒng)包括8 個(gè)150 m3立式儲(chǔ)罐。根據(jù)物料性質(zhì)及儲(chǔ)存特點(diǎn)，儲(chǔ)存系統(tǒng)潛在的風(fēng)險(xiǎn)事故類(lèi)型為L(zhǎng)NG泄漏、火災(zāi)和爆炸。

2.3 重大風(fēng)險(xiǎn)源判別

依據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》及《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行重大危險(xiǎn)源判別（單元內(nèi)存在危險(xiǎn)物質(zhì)的數(shù)量等于或超過(guò)規(guī)定的臨界量，即被定為重大危險(xiǎn)源）。單元內(nèi)存在的危險(xiǎn)物質(zhì)為多品種時(shí)，則按下式計(jì)算，若滿(mǎn)足下面公式，則定為重大危險(xiǎn)源：

表2 甲烷（天然氣主要成分）理化性質(zhì)1—2]Table 2 Physicochemical property of CH4（main ingredients of LNG）[1，2]

表3 四氫噻吩理化性質(zhì)[1—2]Table 3 Physicochemical property tetrahydrothiophen[1—2]

式中：q1，q2，...，qn為每種危險(xiǎn)物質(zhì)實(shí)際存在量，t；Q1，Q2，...，Qn為與各危險(xiǎn)物質(zhì)相對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)場(chǎng)所或貯存區(qū)的臨界量，t。判別結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，該項(xiàng)目?jī)?chǔ)存系統(tǒng)屬重大風(fēng)險(xiǎn)源。

3 源項(xiàng)分析

源項(xiàng)分析主要內(nèi)容包括確定最大可信事故（指事故所造成的危害在所有預(yù)測(cè)的事故中最嚴(yán)重，并且發(fā)生該事故的概率不為0）的發(fā)生概率及危險(xiǎn)化學(xué)品的泄漏量。分析方法包括定性分析和定量分析法。

表4 重大風(fēng)險(xiǎn)源判別明細(xì)Table 4 Data sheet of significant risk source

3.1 最大可信事故及源強(qiáng)確定

通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外同類(lèi)企業(yè)事故資料，在對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、分析和事故分析的基礎(chǔ)上，從安全角度考慮，最嚴(yán)重的情況是儲(chǔ)罐區(qū)LNG儲(chǔ)罐管線(xiàn)泄漏、穿孔、斷裂或破罐，引發(fā)LNG 泄漏事故。因此，該項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的最大可信事故及源強(qiáng)設(shè)定為：

1）單個(gè)LNG儲(chǔ)罐泄漏，泄漏量為單個(gè)儲(chǔ)罐全部?jī)?chǔ)量60.7 t；

2）LNG泄漏后氣化，遇明火發(fā)生燃燒或爆炸事故。

3.2 最大可信事故概率

事故概率可以通過(guò)事件樹(shù)、事故樹(shù)分析法或類(lèi)比法確定。該項(xiàng)目通過(guò)類(lèi)比國(guó)內(nèi)外資料，確定項(xiàng)目對(duì)環(huán)境造成重大影響的最大可信事故概率為8.8×10-7[3]。

4 后果計(jì)算

4.1 LNG泄漏事故后果計(jì)算

根據(jù)《危險(xiǎn)物品安全手冊(cè)》，天然氣主要成分甲烷屬“單純窒息性”氣體，小鼠吸入42%（體積分?jǐn)?shù)）60 min即麻醉。

泄漏速率采用液體泄漏公式計(jì)算：

式中：QL為液體泄漏速率，kg/s；Cd為液體泄漏系數(shù)，0.62；A為裂口面積，0.001 96 m2；P為容器內(nèi)介質(zhì)壓力，700 000 Pa；P0為環(huán)境壓力，101 325 Pa；g 為重力加速度；h為裂口之上液位高度，15 m。經(jīng)計(jì)算，液體泄漏速率為28.8 kg/s。

考慮泄漏的LNG 全部氣化，采用多煙團(tuán)模式進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，甲烷體積分?jǐn)?shù)達(dá)到42%的最大距離為136.9 m，時(shí)間為35 min，尚未達(dá)到致小鼠麻醉的60 min。

4.2 LNG泄漏后氣化遇明火燃燒爆炸后果計(jì)算

4.2.1 燃燒

LNG 泄漏后，將迅速氣化，形成蒸氣云，若遇明火，則會(huì)引發(fā)燃燒事故。燃燒次生CO及CO2，從物質(zhì)理化性質(zhì)考慮，CO毒性較大，因此對(duì)燃燒次生的CO進(jìn)行影響范圍計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中：GCO為燃燒產(chǎn)生的CO量，kg/s；C為燃燒中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；q 為天然氣中碳不完全燃燒率，%；Q 為參與燃燒的天然氣量，kg/s，取泄漏量的50%計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，CO次生量為1.26 kg/s。

采用多煙團(tuán)模式，對(duì)假定事故時(shí)CO在各穩(wěn)定度下的二次污染進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，遇明火燃燒產(chǎn)生的次生污染物CO 的半致死質(zhì)量濃度（2 069 mg/m3）最大范圍出現(xiàn)在F穩(wěn)定度有風(fēng)條件下，事故源下風(fēng)向?yàn)?75 m，該范圍內(nèi)無(wú)居民等敏感目標(biāo)存在。

4.2.2 爆炸

根據(jù)最大危險(xiǎn)性原則，將150 m3儲(chǔ)罐內(nèi)全部LNG 作為初始爆炸物的量，并將其實(shí)際質(zhì)量轉(zhuǎn)化為T(mén)NT當(dāng)量。

TNT當(dāng)量計(jì)算公式如下：

式中：WTNT為蒸氣云的 TNT 當(dāng)量，kg；Wf為蒸氣云中燃料的總質(zhì)量，kg；α為蒸氣云爆炸的效率因子，3%；Qf為蒸氣的燃燒熱，kJ/kg；QTNT為T(mén)NT的爆炸熱，J/kg。

表5 預(yù)測(cè)結(jié)果表Table 5 Data sheet of forecasting results

5 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算和評(píng)價(jià)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以風(fēng)險(xiǎn)值作為表征量，計(jì)算公式如下：

根據(jù)式（5）計(jì)算該項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)值，見(jiàn)表6。

表6 事故風(fēng)險(xiǎn)值Table 6 Accident risk value

由表6 可知，項(xiàng)目最大可信事故風(fēng)險(xiǎn)值為0，與石油化工統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比較，項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)處于可接受水平內(nèi)。

6 風(fēng)險(xiǎn)管理

從項(xiàng)目選址、總圖布置、建筑安全、危險(xiǎn)品貯運(yùn)、工藝技術(shù)設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制設(shè)計(jì)、電氣、電訊、消防等方面提出相關(guān)安全防范措施。

根據(jù)企業(yè)特點(diǎn)建應(yīng)急組織體系；確定預(yù)案分級(jí)相應(yīng)條件；建立應(yīng)急聯(lián)絡(luò)；信息報(bào)送及處置機(jī)制；與周邊企業(yè)和園區(qū)建立對(duì)接及聯(lián)動(dòng)，制定報(bào)警、通訊聯(lián)絡(luò)方式；確定應(yīng)急監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與實(shí)施計(jì)劃，風(fēng)險(xiǎn)污染消除、減緩措施；積極開(kāi)展培訓(xùn)、演習(xí)制度及公眾教育；建立環(huán)境污染三級(jí)防控體系等應(yīng)急預(yù)案。

7 結(jié)語(yǔ)

LNG 作為一種清潔高效能源，不僅可以使能源結(jié)構(gòu)趨于合理，緩解供需矛盾，而且對(duì)于提高城市品位、改善環(huán)境、提高人民生活質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展都將起到十分重要的作用。LNG 是易燃物質(zhì),一旦發(fā)生泄漏事故，其經(jīng)濟(jì)后果和環(huán)境后果不堪設(shè)想，因此，對(duì)于LNG 相關(guān)項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)作為必不可少的評(píng)價(jià)重點(diǎn)，但在實(shí)際工作中，如何根據(jù)導(dǎo)則要求對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是環(huán)評(píng)工作者的難點(diǎn)。文中介紹的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)例解決了導(dǎo)則的實(shí)際操作問(wèn)題，給出了適用于LNG 相關(guān)項(xiàng)目確定最大可信事故、事故源強(qiáng)的方法以及事故后果的預(yù)測(cè)模式，可供同行進(jìn)行參考。

[1]國(guó)家環(huán)保局有毒化學(xué)品管理辦公室，化工部北京化工研究院環(huán)?？蒲兴?化學(xué)品毒性法規(guī)環(huán)境數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1992：552－610.

[2]王箴.化工辭典[K].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993：300—379.

[3]于力見(jiàn). 定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中泄漏概率的確定方法探討[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2007，3（6）：27—30.