化工建設項目事故應急措施設計

李科

（華東理工大學工程設計研究院有限公司，上海200237）

化工建設項目事故應急措施設計

李科

（華東理工大學工程設計研究院有限公司，上海200237）

化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的初期雨水和事故廢水對水體環(huán)境造成的污染是難以修復的。防止廠區(qū)初期雨水和事故廢水排出廠外，從源頭上杜絕廢水排出廠區(qū)是保護環(huán)境非常有效的措施。事故應急措施能有效收集初期雨水和事故廢水，是化工企業(yè)設計的一個重點。根據(jù)其特點，論文重點討論了初期雨水量和事故廢水量的計算，介紹了事故應急措施的設計要點。

事故應急措施；初期雨水；事故廢水；事故應急水池

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.025

1 引言

化工企業(yè)初期雨水和事故狀態(tài)下廢水的排放不僅對自然環(huán)境造成了難以修復的傷害，而且對人民群眾的衣食住行和生命安全造成了嚴重的威脅。因此，初期雨水和事故狀態(tài)下廢水必須經(jīng)妥善處理后排放；事故應急措施能將初期雨水和事故狀態(tài)下廢水暫存于事故應急水池中，確保廢水全部處于受控狀態(tài)。事故應急措施主要由廠區(qū)埋地敷設的收集管網(wǎng)、應急事故水池及控制閥門等組成。

2 初期雨水和事故狀態(tài)下廢水

在以下兩種情況下要收集對環(huán)境有潛在污染的廢水。

一是無事故狀態(tài)下的初期雨水，降雨初期的雨水由于沖刷道路、生產(chǎn)裝置等，含有大量有機物、油脂、懸浮固體等污染物。

二是廠區(qū)發(fā)生事故時產(chǎn)生的廢水，包括消防廢水、事故時降雨以及生產(chǎn)裝置泄漏物料。

2.1 初期雨水

國家標準和石油化工行業(yè)標準都對初期雨水有定義和規(guī)定。

2.1.1 國家標準

《化工建設項目環(huán)境保護設計規(guī)范》(GB 50483—2009)對初期雨水的定義為：剛下的雨水，按污染區(qū)面積一次降雨過程中前10～20min降雨量(mm)。將10～20min的降雨量與污染區(qū)面積相乘就得出初期雨水量。

2.1.2 石油化工行業(yè)標準

《石油化工企業(yè)給水排水系統(tǒng)設計規(guī)范》(SH3015—2003)和《石油化工污水處理設計規(guī)范》(SH3095—2000)建議按污染區(qū)面積與其15～30mm降水深度的乘積計算。

2.1.3 初期雨水量的合理計算方法

初期雨水量的計算，目前尚無統(tǒng)一規(guī)定，從一些引進工程來看，國外也沒有較為恰當?shù)挠嬎惴椒āＳ械囊M的石油化工廠中，在約1hm2的面積上采用了1 000m3的儲罐來儲存初期雨水，有的資料認為按降雨量比較合理。采用降雨量為多少比較合適，應做實驗，有的資料推薦用15mm，應根據(jù)污染物的具體情況而定，如在重質(zhì)油污染區(qū)和輕質(zhì)油污染區(qū)不同，有毒物質(zhì)區(qū)與一般有害物質(zhì)區(qū)不同。

國家規(guī)范中規(guī)定，采用一次降雨過程中前10～20min降雨量(mm)來確定初期雨水量是比較科學的，但是降雨前10～20min降雨量(mm)相差懸殊，比如，有的降雨過程在前10～20min下小雨，而有的降雨過程卻是大雨甚至暴雨。通過工程實踐可以發(fā)現(xiàn)，采用國家標準來計算初期雨水量時，確定前10～20min降雨量(mm)困難重重。

我國給排水規(guī)范中都規(guī)定以定額為計算水量的基本依據(jù)，如《建筑給水排水設計規(guī)范》(GB 50015—2003)和《室外給水設計規(guī)范》(GB50013—2006)中規(guī)定的生活用水定額。可以這樣理解：計算初期雨水量就是要計算用多少水能將廠區(qū)內(nèi)道路、生產(chǎn)裝置及其周圍的地面沖洗干凈。因此，國家標準在規(guī)定采用10～20min降雨量(mm)來確定初期雨水量的同時，還應提供一個定額范圍供選用；15～30mm降水深度就是石油化工行業(yè)標準提供的定額標準，降雨量15～30mm的確定，這個范圍是經(jīng)過對全國幾十個城市的暴雨強度公式的分析，絕大部分城市的5min的降雨量都在15～30mm之間，只有極個別的城市稍有出入，因此可以按15～30mm或5min的降雨量計算。計算要時根據(jù)廠區(qū)所處地區(qū)的地理位 ﹑置 氣候特點等合理取值，然后與污染區(qū)面積相乘即得到初期雨水量。因此，采用15～30mm降水深度來計算初期雨水量不但有據(jù)可依，而且計算方便。

2.2 事故時廢水

《化工建設項目環(huán)境保護設計規(guī)范》(GB50483—2009)規(guī)定了事故應急水池容積確定方法，對所有涉及危險化學品環(huán)境風險事故排水的項目均應適用執(zhí)行；中國石油天然氣集團公司企業(yè)標準Q/SY1190—2009和中國石油化工集團公司安全環(huán)保局文件中國石化安環(huán)[2006]10號（以下簡稱“導則”)也規(guī)定了應急事故水池容積的計算方法。

2.2.1 國家標準法

《化工建設項目環(huán)境保護設計規(guī)范》(GB 50483—2009)中對事故應急水池容積的確定原則：

注：(V1+V2+V3)max是指對收集系統(tǒng)范圍內(nèi)不同罐組或裝置分別計算(V1+V2+V3)，取其中最大值。

式中，V1為最大1個容量的設備或貯罐物料量；V2為在裝置區(qū)或貯罐區(qū)一旦發(fā)生火災爆炸時的消防用水量；V3為當?shù)氐淖畲蠼涤炅?；V4為裝置或罐區(qū)圍堤內(nèi)凈空容積；V5為事故狀態(tài)下廢水管道容積。

2.2.2 企業(yè)標準法

“導則”中的計算公式：V事故池=V總-V現(xiàn)有

式中，V現(xiàn)有為用于儲存事故排水的現(xiàn)有儲存設施；V總為事故儲存設施總有效容積。

注：（V1+V2-V3）max是指對收集系統(tǒng)范圍內(nèi)不同罐組或裝置分別計算V1+V2-V3，取其中最大值。

式中，V1為收集系統(tǒng)范圍內(nèi)發(fā)生事故的1個罐組或1套裝置的物料量。

注：儲存相同物料的罐組按1個最大儲罐計，裝置物料量按存留最大物料量的1臺反應器或中間儲罐計。

式中，V2為發(fā)生事故的儲罐或裝置的消防水量，m3；V3為發(fā)生事故時可以轉(zhuǎn)輸?shù)狡渌麅Υ婊蛱幚碓O施的物料量，m3；V4為發(fā)生事故時仍必須進入該收集系統(tǒng)的生產(chǎn)廢水量，m3；V5為發(fā)生事故時可能進入該收集系統(tǒng)的降雨量，m3。

式中，q為平均日降雨強度，mm，q=qa/n（qa為年平均降雨量，mm）;n為年平均降雨天數(shù)；F為必須進入事故狀態(tài)下廢水收集系統(tǒng)的雨水匯水面積，hm2。

2.2.3 事故時廢水量計算的合理方法

1）國家標準法和企業(yè)標準法都將發(fā)生事故時各種可能影響事故時廢水的因素（事故時消防水量、事故時降雨量、物料泄漏量和已有儲存設施的容積）考慮在內(nèi)。兩種計算方法原則上一致，并不矛盾?？梢哉f國家標準法和企業(yè)標準法都是關(guān)于事故狀態(tài)下水污染防控比較嚴密和全面的計算式，都適用于對事故狀態(tài)下廢水量的計算。

2）國家標準法的計算式?jīng)]有說明當?shù)氐淖畲蠼涤炅康挠嬎銟藴?，這限制了其在工程實踐中的應用。而企業(yè)標準法中的各個參數(shù)容易確定，能很快確定事故時廢水量。因此，在工程實踐中應采用企業(yè)標準法來確定事故應急水池的容積。

3 事故應急系統(tǒng)設計要點

3.1 應急事故水池位置及形式

應急事故水池應設置在廠區(qū)清凈下水管網(wǎng)末端廠區(qū)總雨水排放口附近，宜采用地下式水池(池頂覆土500～1000mm),以便利用重力流收集事故排水。

3.2 應急事故水池的有效容積

1）目前，化工建設項目均被要求設置收集事故時廢水和初期雨水的設施，事故應急水池收集事故狀態(tài)下廢水，初期雨水池收集初期雨水。應急事故水池的容積常常在1000m3以上，且在平時保持為空池狀態(tài)，以確保事故狀態(tài)下廢水能進入該水池儲存。儲存在事故池中的廢水待后續(xù)重新處理后回用或排放。因此，偌大的水池平時空置，是1種潛在的資源浪費?？蓪⑹鹿薁顟B(tài)下廢水池兼做初期雨水收集池，在平時收集初期雨水，但收集的初期雨水必須迅速簡單處理后回用或排放，以保持事故應急水池能隨時儲存事故時廢水。在事故狀態(tài)下，儲存事故狀態(tài)下廢水。

2）經(jīng)過對數(shù)十個化工廠內(nèi)事故狀態(tài)下廢水管道容積的統(tǒng)計計算，發(fā)現(xiàn)廠區(qū)雨水管道的容積均小于50m3；因此，在計算事故應急水池時廢水管道容積可不考慮。

3）針對儲罐區(qū)事故時廢水的計算，根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》GB50016—2006第4.2.5條和《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》GB50160—2008第6.2.12條、第6.2.17條規(guī)定，儲罐區(qū)防火堤內(nèi)的容積遠大于儲罐容積，事故發(fā)生防火堤能將泄露的液體控制在防火堤內(nèi)，因此，在計算儲罐區(qū)事故廢水時可不考慮儲罐物料量。當然，當防火堤內(nèi)容積小于儲罐區(qū)內(nèi)最大儲罐的容量時，要將不足部分作為泄露物料量加到事故應急水池容積中。

3.3 收集管網(wǎng)

事故時的排水往往以場地排水或道路排水的形式進入廠區(qū)雨水管網(wǎng)。其他事故狀態(tài)下所產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水通常也是溢流進入廠區(qū)雨水管網(wǎng)。因此，工程中不會單獨設置一套事故狀態(tài)下廢水收集管網(wǎng)接到事故池，平時讓它保持空置，而是利用雨水管網(wǎng)收集事故狀態(tài)下廢水。

3.4 切換閘門的設置與操作

在事故應急系統(tǒng)的末端設置3個切換閘門 (見圖1)，V-1設置在雨水管與事故應急水池的連接管上，V-2設置在接至市政雨水管網(wǎng)的雨水主干管上，V-3設置在廠區(qū)雨水管網(wǎng)與市政雨水管網(wǎng)的連接管上。

常開閥門:V-1保持常開狀態(tài)；常閉閥門：V-2和V-3。

下雨初期，事故應急水池中水位達到初期雨水量的液位，高液位報警，確認廠區(qū)無事故發(fā)生后，關(guān)閉V-01和打開V-02及V-03，廠區(qū)雨水排入市政雨水管網(wǎng)。事故時,廠區(qū)所有排水排入事故應急水池。

雨水系統(tǒng)所有閥門應采用電動閥門或電動閘門，控制方式為現(xiàn)場操作或遠程控制?？刂崎y門的設置位置及數(shù)量應根據(jù)廢水收集方式做調(diào)整。閘門安裝示意見圖1。

圖1 閘門安裝示意

3.5 廠區(qū)雨水收集方式

減少雨水匯水面積可以減少事故應急水池的總?cè)莘e，建筑屋 ﹑面 公用工程區(qū)的雨水是達到雨水排放標準的，可以直接排至市政雨水管網(wǎng)；生產(chǎn)區(qū)(廠房 ﹑倉庫﹑ 罐區(qū) ﹑生產(chǎn)區(qū)路面)的初期雨水及事故狀態(tài)下廢水要收集至事故池應急水池。生廠區(qū)雨水、公用工程區(qū)雨水和建筑屋面雨水可按不同方式組合。

3.5.1 廠區(qū)雨水統(tǒng)一收集和排放

廠區(qū)內(nèi)雨水收集不分區(qū)，當廠區(qū)內(nèi)公用工程區(qū)和建筑屋面面積比相對較小時，可使用一套管網(wǎng)收集廠區(qū)雨水。其優(yōu)點是廠區(qū)雨水管網(wǎng)少，方便設計和施工；缺點是不利于減少事故應急水池的總?cè)莘e(見圖2)。

圖2 廠區(qū)雨水統(tǒng)一收集、排放

3.5.2 生產(chǎn)區(qū)雨水、公用工程區(qū)雨水分別排放

將廠區(qū)雨水收集區(qū)域劃分為生產(chǎn)區(qū)和公用工程區(qū)，這種方式適用于生產(chǎn)區(qū)和公用工程區(qū)面積相當，且生產(chǎn)區(qū)建筑屋面面積相對不大的情況。其優(yōu)點是在不增加廠區(qū)雨水管網(wǎng)的投資的基礎上能有效減少事故應急水池的總?cè)莘e(見圖3)。

圖3 生產(chǎn)區(qū)雨水、公用工程區(qū)雨水分別排放

3.5.3 生產(chǎn)區(qū)雨水、建筑屋面雨水分別排放

將廠區(qū)屋面雨水和其他區(qū)域雨水分開排放，這種方式適用生產(chǎn)區(qū)占大部分廠區(qū)面積，且生產(chǎn)區(qū)內(nèi)建筑屋面面積相對較大。其優(yōu)點是在有效減少事故應急水池的總?cè)莘e；缺點是由于增加1套管網(wǎng)來收集屋面雨水，增加了雨水管網(wǎng)的投資(見圖4)。

圖4 生產(chǎn)區(qū)雨水、建筑屋面雨水分別排放

3.5.4 生產(chǎn)區(qū)雨水、建筑屋面和公用工程區(qū)雨水分別排放

將生產(chǎn)區(qū)內(nèi)雨水單獨排放，其余的建筑屋面和公用工程區(qū)雨水作為清凈雨水排放。這種方式適用生產(chǎn)區(qū)占地面積相對較小，而建筑屋面面積和公用工程區(qū)面積均較大的情況。該排放方式能有效減少事故應急水池的總?cè)莘e,其缺點是需增加管網(wǎng)來收集屋面雨水 (見圖5)。

圖5 生產(chǎn)區(qū)雨水、建筑屋面和公用工程區(qū)雨水分別排放

廠區(qū)雨水排放方式應根據(jù)生產(chǎn)區(qū)面積、公用工程區(qū)面積和屋面面積等具體情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析比較后確定。

4 結(jié)語

事故應急系統(tǒng)是化工企業(yè)在發(fā)生事故等特殊情況下，收集貯存污染廢水的有效措施，確保污染廢水全部處于受控狀態(tài)。設計事故應急系統(tǒng)時，設計人員肩負重任，把環(huán)境保護作為己任，精心設計，努力為環(huán)保事業(yè)做出貢獻。

【1】GB50016—2006建筑設計防火規(guī)范[S].

【2】GB50014—2006室外排水設計規(guī)范（2014年版）[S].

【3】GB50160—2008石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范[S].

【4】GB50483—2009化工建設項目環(huán)境保護設計規(guī)范[S].

【5】SH3015—2003石油化工企業(yè)給水排水系統(tǒng)設計規(guī)范[S].

The Design of Accident Emergency Measures of Chemical Industry Projects

LI Ke
(EastChinaChemicalEngineeringInc.,Shanghai 200237,China)

If polluted byinitial rainwater and accident wastewater,water environment can hardlyrecover.Preventing initial rainwater and accident wastewater from flowing out from chemical plant is a very effective measure to protect environment.Accident emergency measurescaneffectivelycollectinitialrainwaterandaccidentwastewater,andit'stheemphasisofchemicalengineeringdesign.Accordingto their characteristics，article focus discussion on the calculation method of volume of initial rainwater and accident wastewater,and introducesofthekeypointsofdesignofaccidentemergencymeasures.

accidentemergencymeasures;initialrainwater;accidentwastewater;accidentemergencypool

TU712.4

B

1007-9467（2016）07-0108-04

2015-06-07

李科（1987～），男，陜西三原人，助理工程師，從事化工給排水設計與研究，（電子信箱）727329257@qq.com。