離子膜燒堿工程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與防范措施

楊淑英 郭少華 李金玉

(山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南250013)

氯堿工業(yè)是基本化工原材料工業(yè)之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位［1］。我國(guó)氯堿行業(yè)近十年發(fā)展迅速，離子膜制堿法被越來越多的廠家所使用，其優(yōu)點(diǎn)在于操作運(yùn)行穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量高、能耗低、“三廢”排放量少、易綜合冶理等［2］。因該行業(yè)屬于化工行業(yè)，許多生產(chǎn)原料、中間體及產(chǎn)品都屬于易燃、易爆或有毒的危險(xiǎn)品，對(duì)項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是必不可少的［3］。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)從廣義上指對(duì)人類的各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所引發(fā)或面臨的危害(包括自然災(zāi)害)對(duì)人體健康、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)等所造成的可能損失進(jìn)行評(píng)估，并據(jù)此進(jìn)行管理和決策的過程;狹義上通常指對(duì)有毒有害物質(zhì)包括化學(xué)品和放射性物質(zhì)危害人體健康和生態(tài)系統(tǒng)的影響程度進(jìn)行估計(jì)，并提出減小環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的方案和對(duì)策［4－5］。本文以濱州某化工有限公司40萬t/年離子膜燒堿工程為例，從風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)源項(xiàng)分析、風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)等方面對(duì)離子膜燒堿生產(chǎn)過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)，并提出相應(yīng)的防治措施。

1 風(fēng)險(xiǎn)分析及評(píng)價(jià)

1．1 危險(xiǎn)源識(shí)別

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別范圍包括生產(chǎn)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和生產(chǎn)過程所涉及的物質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。

1．1．1 主要事故因素分析

(1)生產(chǎn)過程中的危險(xiǎn)因素。工程生產(chǎn)工藝具有技術(shù)條件嚴(yán)格、高溫等特點(diǎn)，存在潛在燃燒、爆炸特性危險(xiǎn)，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，設(shè)備故障、操作失誤都可能發(fā)生物料泄露，燃燒爆炸，危及人身安全，污染環(huán)境。有關(guān)生產(chǎn)過程中潛在的危害因素分析見表1。

(2)儲(chǔ)存過程中的危險(xiǎn)因素。工程使用量較大的化學(xué)品多存放于儲(chǔ)罐區(qū)、裝置區(qū)和化學(xué)品庫(kù)，屬于有毒物或腐蝕性物品。潛在事故主要是有毒有害物質(zhì)的泄漏所造成的環(huán)境污染。

表1 生產(chǎn)過程潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故類型一覽表

表2 擬建項(xiàng)目危險(xiǎn)物質(zhì)臨界量(t)

(3)運(yùn)輸過程中的危險(xiǎn)因素。原料硫酸、產(chǎn)品液堿、液氯等物料采用汽車運(yùn)輸，廠內(nèi)物料采用管線和汽車運(yùn)輸。

各類危險(xiǎn)品裝卸、運(yùn)輸中可能由于碰撞、震動(dòng)、擠壓等，同時(shí)由于操作不當(dāng)、重裝重卸、容器多次回收利用后強(qiáng)度下降，墊圈失落沒有擰緊等原因造成物品泄漏、固體散落，甚至引起火災(zāi)、爆炸或環(huán)境污染等事故。同時(shí)在運(yùn)輸途中，由于各種意外原因，造成危險(xiǎn)品拋至水體、大氣，造成較大事故。因此危險(xiǎn)品在運(yùn)輸過程中存在一定環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

氯氣、氫氣、液堿、氯化氫等物料管道輸送時(shí)，如管道、泵的腐蝕、銹蝕等外力作用造成管道爆裂、接口松動(dòng)、閥門失控等，將造成泄漏事故。本項(xiàng)目由于輸送管道長(zhǎng)度較短，管線架空有管廊保護(hù)且有防靜電措施，發(fā)生事故的概率較低。

綜合以上分析，項(xiàng)目主要危險(xiǎn)源為廠區(qū)內(nèi)儲(chǔ)罐、輸送管線、各生產(chǎn)工序。

1．1．2 重大危險(xiǎn)源識(shí)別

《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)規(guī)定，“長(zhǎng)期或短期生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、使用或貯存危險(xiǎn)物質(zhì)，且危險(xiǎn)物質(zhì)的數(shù)量等于或超過臨界量的功能單元，定為重大危險(xiǎn)源”。根據(jù)導(dǎo)則的相關(guān)規(guī)定，對(duì)本項(xiàng)目物料依據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》(GB18218－2009)進(jìn)行了重大危險(xiǎn)源辨識(shí)，結(jié)果見表2。

由表2可見，根據(jù)GB18218－2009判定，擬建項(xiàng)目氯氫處理裝置區(qū)以及液氯工段氯氣儲(chǔ)罐屬于重大危險(xiǎn)源。

1．2 源項(xiàng)分析

對(duì)項(xiàng)目建設(shè)來說，事故可能發(fā)生的概率是非常重要的數(shù)據(jù)，利用相關(guān)類型裝置發(fā)生事故的統(tǒng)計(jì)資料，確定事故發(fā)生的概率。

1．2．1 最大可信事故的確定

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零的事故。

項(xiàng)目重大危險(xiǎn)源為氯氣處理裝置區(qū)和液氯儲(chǔ)存區(qū)，危險(xiǎn)物質(zhì)是氯氣。

離子膜燒堿裝置單個(gè)單元中氯氣量最大的為液氯工段中的氯氣儲(chǔ)罐，單個(gè)氯氣儲(chǔ)罐的氯氣量為59．4t。電解工段和氯氫處理工段各功能單元中氯氣量均小于單個(gè)氯氣儲(chǔ)罐的的氯氣量。根據(jù)國(guó)內(nèi)液氯泄漏案例調(diào)查分析，各功能單元如發(fā)生泄露，泄露量最大的是氯氣儲(chǔ)罐。

綜上，項(xiàng)目最大可信事故為離子膜燒堿裝置氯氣儲(chǔ)罐中的氯氣泄露。

1．2．2 最大可信事故概率

同類項(xiàng)目中生產(chǎn)事故主要分為液氯罐爆炸以及液氯儲(chǔ)罐泄漏，參考《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》(征求意見稿)附錄A，多種情形泄漏概率見表3。

表3 液氯儲(chǔ)罐多種情形泄漏概率一覽表

根據(jù)上表可知，容器整體破裂或管道及閥門100%破裂的概率極小，幾乎不可能發(fā)生;儲(chǔ)罐泄漏事故大多數(shù)集中在儲(chǔ)罐罐體破損或閥門破損孔徑引起泄漏，類比同類化工項(xiàng)目液氯儲(chǔ)罐泄漏事件確定本項(xiàng)目液氯儲(chǔ)罐出現(xiàn)孔徑泄漏為最大可信事故，為保守考慮，按泄漏孔徑為15mm為最大可信事故，最大事故概率參考《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》(征求意見稿)附錄A(見表3)，確定泄漏概率為1 ×10－5。

1．3 主要風(fēng)險(xiǎn)事故源強(qiáng)計(jì)算

根據(jù)項(xiàng)目事故應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間設(shè)定，事故發(fā)生后系統(tǒng)報(bào)警，迅速采取堵漏、倒罐等措施，在15min內(nèi)泄漏得到控制。停止泄露后，大氣污染源消失。

泄漏速率采用《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(HJ/T169－2004)附錄A中推薦的液體泄漏速率計(jì)算公式進(jìn)行估算。

由于氯氣常溫下為氣態(tài)，因此，當(dāng)貯罐發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏的物質(zhì)立即以氣態(tài)揮發(fā)。

表4 液氯儲(chǔ)罐泄露速率計(jì)算參數(shù)一覽表

1．4 風(fēng)險(xiǎn)事故大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)

根據(jù)源強(qiáng)分析所定源強(qiáng)，預(yù)測(cè)發(fā)生泄漏后30分鐘內(nèi)氯氣的擴(kuò)散情況。

1．4．1 預(yù)測(cè)模式

采用《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)推薦的事故后果評(píng)價(jià)多煙團(tuán)模式和重氣體擴(kuò)散模式預(yù)測(cè)計(jì)算事故狀況下的污染物地面濃度。計(jì)算模式如下:

多煙團(tuán)模式:

式中:C(x，y，0)為下風(fēng)向地面(x，y)坐標(biāo)處的空氣中污染物濃度(mg/m3);x0，y0，z0為煙團(tuán)中心坐標(biāo);Q為事故期間煙團(tuán)的排放量;σx、σy、σz為 x、y、z方向的擴(kuò)散參數(shù)(m)。取 σx=σy。

重氣體擴(kuò)散采用Cox和Carpenter稠密氣體擴(kuò)散模式，計(jì)算穩(wěn)定連續(xù)釋放和瞬時(shí)釋放后不同時(shí)間時(shí)的氣團(tuán)擴(kuò)散。氣團(tuán)擴(kuò)散按下式計(jì)算:

在重力作用下的擴(kuò)散:

式中:R為瞬間泄露的煙云形成半徑;h為圓柱體的高;γ為邊緣夾卷系數(shù)，取0．6;a為頂部夾卷系數(shù)，取0．1;u1為風(fēng)速，m/s;K為試驗(yàn)值，一般取1;為Richardon數(shù)，由下式得出:

式中，α為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，取0．1;U1為軸向紊流速度;l為紊流長(zhǎng)度。

1．4．2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)具體見表5。

表5 風(fēng)險(xiǎn)事故環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1．4．3 預(yù)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)

風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生后，大氣影響評(píng)價(jià)結(jié)果見表6。

表6 氯氣事故狀況下風(fēng)向不同距離的影響程度

在設(shè)定的事故狀態(tài)下，當(dāng)液氯貯罐發(fā)生突發(fā)性泄漏，然后及時(shí)采取搶救措施，控制搶救時(shí)間在15分鐘內(nèi)，半致死濃度范圍最大為1 500m，不利氣象條件下緊急疏散范圍半徑為6 500m。

從以上分析可見，當(dāng)發(fā)生液氯貯罐泄露時(shí)，雖發(fā)生事故的概率較低，但一旦發(fā)生，將產(chǎn)生較嚴(yán)重的后果。

2 風(fēng)險(xiǎn)防范措施

如發(fā)生事故，可能會(huì)對(duì)地下水、周圍地表水產(chǎn)生較大影響。因此，必須采取防范措施。項(xiàng)目工程采取的水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范措施主要有以下方面:

2．1 防滲措施

對(duì)原材料裝卸區(qū)、儲(chǔ)存罐區(qū)、主裝置區(qū)、污水處理站、事故水池、危廢間等區(qū)域制定嚴(yán)格的防滲措施，并必須保證防滲系數(shù)小于10cm/s。危廢儲(chǔ)存區(qū)按照《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18597－2001)的要求，制定防滲措施。一般區(qū)域包括脫鹽水站、循環(huán)冷卻水站、辦公樓及門衛(wèi)等。該區(qū)域由于基本沒有污染，按常規(guī)工程進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)。

2．2 事故廢水收集措施

在化學(xué)品罐區(qū)、裝置區(qū)、化學(xué)品庫(kù)、產(chǎn)品倉(cāng)庫(kù)、工業(yè)固廢(含危險(xiǎn)廢物)貯存場(chǎng)所四周設(shè)廢水收集系統(tǒng)，收集系統(tǒng)與事故水池相連。在裝置開停工、檢修、生產(chǎn)過程中，可能產(chǎn)生含有可燃、有毒、對(duì)環(huán)境有污染的液體漫流到裝置單元周圍，因此應(yīng)設(shè)置圍堰和導(dǎo)流設(shè)施。消防廢水通過廢水收集系統(tǒng)進(jìn)入廠區(qū)事故池，再分批送廠內(nèi)污水處理站處理，不直接外排。確保發(fā)生事故時(shí)，泄露的化學(xué)品及滅火時(shí)產(chǎn)生的廢水可完全被收集處理，不會(huì)通過滲透和地表徑流污染地下水和地表水。

2．2．1 裝置區(qū)圍堰和罐區(qū)圍堤設(shè)計(jì):一級(jí)防控

生產(chǎn)裝置區(qū)涉及液堿、氯氣和高純鹽酸等的各裝置單元周圍，應(yīng)當(dāng)設(shè)置高度不低于150mm的圍堰和導(dǎo)流設(shè)施。圍堰內(nèi)采用混凝土地坪，并設(shè)置集水溝槽、排水口。圍堰外設(shè)置閥門切換井，正常情況下雨排水系統(tǒng)閥門關(guān)閉，有污染雨水時(shí)排入廠區(qū)初期雨水收集系統(tǒng);無污染的雨水切換入雨排系統(tǒng)。切換閥設(shè)在地面操作。

2．2．2 事故緩沖池:二級(jí)防控

在公用工程裝置區(qū)、罐區(qū)設(shè)置事故緩沖池，緩沖池需做好防腐、防滲工作，用于收集非正常排污，防控較大生產(chǎn)事故下受污染的消防水或溢出物料可能對(duì)環(huán)境造成的污染，其事故廢水根據(jù)水質(zhì)情況處理回用，不能直接排入總排口，并且事故水不能直接入地表水系統(tǒng)。

2．2．3 事故貯池:三級(jí)防控

工程建設(shè)一座容積為6 000 m3的事故水池，消防設(shè)計(jì)采用固定式消防冷卻水系統(tǒng)和移動(dòng)式消防冷卻水系統(tǒng)，消防用水量340L/S(1 224m3/h)，滅火延續(xù)時(shí)間按4小時(shí)計(jì);合計(jì)一次消防用水量為4 896m3，可全部收集于事故水池內(nèi)。而此時(shí)裝置已停車，無正常工藝廢水排放。

事故發(fā)生后，廢水進(jìn)入事故水池，事故水池收集的廢水由泵定量送至污水處理站處理，從而不會(huì)通過下滲污染項(xiàng)目區(qū)周圍地下水和地表水。

3 結(jié)論

化工行業(yè)在其生產(chǎn)過程中存在著許多風(fēng)險(xiǎn)因素，如火災(zāi)、爆炸、有毒有害氣體泄漏等，給人們生命安全和健康帶來了巨大危害，也給環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。本文以濱州一離子膜燒堿項(xiàng)目為例，對(duì)項(xiàng)目生產(chǎn)過程中潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別、計(jì)算、預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)，并對(duì)存在的風(fēng)險(xiǎn)提出了相應(yīng)的防治措施，從而減少事故狀態(tài)下對(duì)周圍環(huán)境的影響。同時(shí)希望各類化工企業(yè)在日常的生產(chǎn)過程中加強(qiáng)管理，盡量把事故隱患消除在萌芽狀態(tài)，以減少不必要的損失。

(編輯:田 紅)

［1］張愛華．我國(guó)氯堿工業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展［J］．石油化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2004，20(2):40－49．

［2］劉自珍．我國(guó)離子膜法燒堿現(xiàn)狀分析與發(fā)展對(duì)策［J］．氯堿工業(yè)，2007，(11):1－6．

［3］李剛．化工建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)影響的模糊綜合評(píng)價(jià)［D］．湖北:武漢理工大學(xué)，2007．

［4］曾光明，鐘政林，曾北危．環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的不確定性問題［J］．中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1998，18(3):252－255．

［5］程勝高，魚紅霞．環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的理論與實(shí)踐［J］．研究環(huán)境保護(hù)，2001，(9):23－25．