防范化工生產(chǎn)安全事故導(dǎo)致的環(huán)境影響

上海瑞邁企業(yè)管理咨詢有限公司 粟鎮(zhèn)宇｜文

在化工行業(yè)，安全事故通常分成兩大類，即作業(yè)安全和過程安全（也稱為工藝安全）。作業(yè)安全主要是保護作業(yè)人員免遭傷害；過程安全的主要目的是防止火災(zāi)、爆炸和人員中毒等。

一般而言，作業(yè)安全事故的影響范圍較小，基本上僅限于工廠范圍以內(nèi)，而過程安全事故的影響有可能擴展到廠界以外，甚至由安全事故演變成嚴重的環(huán)境事件，例如2005年發(fā)生的吉林雙苯廠“11·13”特大爆炸事故，引發(fā)了松花江重大水污染事件。

過程安全對外部的影響與其事故特征有關(guān)，回顧化工行業(yè)發(fā)生的嚴重過程安全事故就會發(fā)現(xiàn)，雖然這些事故的表現(xiàn)形式多種多樣，但都有一個共同的特征，就是泄漏。易燃液體泄漏到大氣中，可能與空氣混合形成爆炸性混合物，遇到點火源會發(fā)生閃火或爆炸；有毒物質(zhì)泄漏后，在大氣中達到足夠的危害濃度，會導(dǎo)致工廠內(nèi)外人員暴露傷害甚至中毒死亡。

圖1 事故預(yù)防和后果緩和的保護層

有毒物質(zhì)泄漏后，通常有3種去向：一是揮發(fā)成有毒蒸氣，與空氣混合后在大氣中擴散，形成有毒蒸氣云團，能到達遠離泄漏源的地方，周圍環(huán)境中的人和動物與之接觸可能會中毒甚至死亡；二是有毒液體從泄漏源流淌到周圍的地面，滲入土壤，造成土壤污染，甚至污染地下水；三是有毒液體通過地面或雨水溝渠進入地表水系，例如進入工廠附近的江河或湖泊，造成這些水體污染，影響周圍群眾的健康甚至威脅到飲用水的安全。由此可見，有毒物質(zhì)泄漏后，不但會威脅工廠內(nèi)人員的生命安全，而且可能造成嚴重的環(huán)境影響。

如何防范涉及有毒物質(zhì)泄漏的安全事故演變成嚴重的環(huán)境影響？通?？梢詮膬煞矫嫒胧郑阂皇穷A(yù)防發(fā)生有毒化學(xué)品泄漏的事故，通過合理的設(shè)計和日常維護，確保設(shè)備、容器和管道的機械完整性。例如：在儲罐的排污閥端部安裝盲板防止閥門內(nèi)漏發(fā)生泄漏、在可能發(fā)生外部火災(zāi)的地方盡量避免采用塑料材質(zhì)的容器和管道，這些都是過程安全管理相關(guān)的工作。二是在泄漏發(fā)生后，采取必要的措施減緩泄漏的后果，主要是通過預(yù)警、應(yīng)急操作、工程措施和有效的事故應(yīng)急反應(yīng)等手段來減少有毒物質(zhì)的泄漏量或控制其擴散（包括減少揮發(fā)量和改變擴散路徑），這是本文討論的重點。

圖1是工業(yè)界耳熟能詳?shù)摹把笫[圖”，其表達了針對事故的各種保護層。事故發(fā)生和發(fā)展的路徑從里到外，因此可以有針對性地設(shè)置有效的安全措施（即保護層），其中靠里的一些保護層主要是為了預(yù)防事故，靠外的一些保護層主要是為了緩和事故的后果，包括避免事故造成負面的環(huán)境影響。

如何防范有毒物質(zhì)泄漏導(dǎo)致的安全事故嚴重地影響環(huán)境？通?？梢圆扇?方面的措施：一是當(dāng)事故發(fā)生時，根據(jù)報警執(zhí)行應(yīng)急操作，盡量減少有毒物質(zhì)的泄漏量；二是利用工程措施減少有毒物質(zhì)的揮發(fā)或控制其擴散；三是通過人員應(yīng)急反應(yīng)減少泄漏對環(huán)境的影響。

根據(jù)報警執(zhí)行應(yīng)急操作減少有毒物質(zhì)的泄漏量

對于發(fā)生有毒物質(zhì)泄漏的過程安全事故，如果事故中發(fā)生的泄漏量小，那么對環(huán)境的影響也會小，比較理想的情況是將環(huán)境影響控制在車間內(nèi)或控制在廠界內(nèi)。

有兩種辦法可以減少泄漏量：

一是，運用本質(zhì)安全的理念優(yōu)化工藝技術(shù)，例如用無毒或低毒物質(zhì)替代有毒或毒性大的物質(zhì)，或者采用“最小化”的本質(zhì)安全理念，盡量減少工藝系統(tǒng)中有毒物質(zhì)的存量，這樣一來即使發(fā)生泄漏，泄漏量也會比較有限。比如用連續(xù)反應(yīng)的工藝流程替代間歇反應(yīng)，原來采用間歇反應(yīng)工藝流程，需要一個容積20 m3的反應(yīng)器，一旦發(fā)生泄漏，會有大量的化學(xué)品進入大氣；通過改進工藝技術(shù)（包括采用更加有效的催化劑），將工藝過程更改成連續(xù)反應(yīng)流程，對于相同的產(chǎn)能，連續(xù)反應(yīng)器的容積只需要0.47 m3，即使該反應(yīng)器發(fā)生泄漏，泄漏量也會很少，因為反應(yīng)器內(nèi)的物料量非常有限。

二是，在工藝系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，根據(jù)報警采取應(yīng)急操作，控制泄漏源（主要是設(shè)法阻止泄漏），從而減少泄漏量。

報警的方式比較多，常見的是在大量貯存有毒化學(xué)品的區(qū)域設(shè)置氣體探測儀，將報警信號送到操作人員可以聽到或看到的地方，以便操作人員在泄漏發(fā)生之初就能及時發(fā)現(xiàn)并采取應(yīng)急操作阻斷泄漏。在有些工廠，雖然安裝了報警系統(tǒng)，但在泄漏發(fā)生時卻失效了，結(jié)果延誤工廠的響應(yīng)，錯過控制泄漏的最佳時機。常見的原因包括報警儀設(shè)置和安裝位置不恰當(dāng)、報警信號沒有安置到24 h有人值守的地方或者報警信號未送達有人的區(qū)域、報警儀處于故障狀態(tài)未及時修復(fù)，甚至人為地將報警裝置設(shè)置成閑置狀態(tài)。

報警本身并不是有效的措施，必須有后續(xù)的行動（如應(yīng)急操作）配合。有毒物泄漏時，不同工藝系統(tǒng)的具體應(yīng)急操作有差別，但都有一個共同目的，就是盡量及早阻止泄漏。例如：輸送物料的管道發(fā)生泄漏或槽車裝卸過程中發(fā)生泄漏，可以通過關(guān)閉緊急切斷閥來阻斷泄漏；往容器轉(zhuǎn)移液體物料時，可以及時停泵避免物料從容器溢流。

應(yīng)急操作得當(dāng)很有助于阻止事故惡化，但是對操作人員也提出了很高要求，因為他們需要在有限的時間內(nèi)做出正確決定。為了確保高效和準確的應(yīng)急操作，工廠宜識別可能出現(xiàn)的異常工況，明確應(yīng)急操作的要求。

利用工程措施減少有毒物質(zhì)的揮發(fā)或控制其擴散

當(dāng)有毒物質(zhì)從工藝系統(tǒng)泄漏出來后，會進入大氣，泄漏量和泄漏形態(tài)（泄漏時的相態(tài)和擴散路徑）將決定其對環(huán)境的影響程度。因而，為了減少泄漏物對環(huán)境的影響，可以運用工程措施減少進入大氣的泄漏量、控制泄漏物進入外圍區(qū)域，或改變泄漏物的擴散路徑。

泄漏物氣化進入大氣受多種因素的影響，包括泄漏物的溫度、泄漏物與空氣的接觸面（揮發(fā)面積）、風(fēng)速、從外部獲取的能量（需要能量才能氣化）?？刂菩孤┪锏臍饣渴菧p少環(huán)境影響的重要手段。具體工程措施主要包括以下兩種：

一是利用圍堰限制泄漏的液體有毒物。

液體有毒物泄漏出來后，會在地面流淌，滲入土壤或水體造成污染，也會從地面和大氣中吸熱氣化，進入大氣中。針對該情形，可以設(shè)置圍堰來減少泄漏對環(huán)境的影響。

圖2 液氨泄漏，但有圍堰的情形

圖3 液氨泄漏，無圍堰的情形

圍堰是非常好的二次容納措施，可以容納泄漏出來的物料，防止其滲入土壤和水體。在液體流淌到地面上以后，會從地面和大氣中吸熱并氣化，如果沒有圍堰限制，它就會流淌到周圍廣大的地面，不斷從新到達的地面上吸熱并氣化；有了圍堰以后，液體與地面的接觸面積減小，從地面吸熱受到了限制，吸熱減少，液體氣化量隨之減少；而且，液體與大氣的接觸面積也會限制在圍堰面積以內(nèi)，有助于抑制液體揮發(fā)。

以液氨泄漏為例：設(shè)想4 500 kg的液氨從一個臥罐泄漏出來，泄漏到25℃的混凝土地面上，泄漏時間持續(xù)了60 min。利用ALOHA軟件（美國國家環(huán)保局向社會免費提供的大氣影響后果模擬軟件）模擬其擴散的影響范圍，按照泄漏時有圍堰和無圍堰兩種情形分別模擬，得出圖2和圖3兩種結(jié)果。

圖2：如果泄漏物進入面積為36 m2的圍堰內(nèi)，在60 min內(nèi)，需要應(yīng)急撤離的區(qū)域邊界在泄漏源下風(fēng)向622 m處。

圖3：如果泄漏物周圍沒有圍堰，在60 min內(nèi)，需要應(yīng)急撤離的區(qū)域邊界在泄漏源下風(fēng)向2 400 m處。

在這個例子中，沒有圍堰的情形所造成的環(huán)境影響范圍（覆蓋面積）是有圍堰情形的十幾倍（約10～15倍，具體數(shù)據(jù)與刮風(fēng)狀態(tài)有關(guān)）?？梢娫诎l(fā)生大量有毒液體泄漏時，圍堰非常有助于減少環(huán)境影響的范圍。

圍堰是減少環(huán)境影響的非常重要的工程措施，但在化工廠里，經(jīng)常能看到一些有缺陷的圍堰，例如圍堰高度不足、有缺口或有孔洞；或者穿過圍堰的排水閥門沒有關(guān)閉。這些缺陷會使圍堰全部或部分喪失二次容納的功能，在日常運行管理中需要留意和及時整改。

二是利用噴淋吸收控制泄漏的氣體有毒物。

對于有毒氣體泄漏進入大氣的情形，如果在泄漏容器或設(shè)備的上方設(shè)置了有效的噴淋吸收裝置，當(dāng)發(fā)生泄漏時，及時啟動噴淋裝置可以減少它們進入大氣的數(shù)量，避免或減少對環(huán)境的影響。

如果噴淋吸收系統(tǒng)設(shè)計得當(dāng)，一方面噴淋液體（如噴淋水）可以吸收大部分泄漏物，另一方面還有類似水幕的作用，可以控制泄漏氣體的轉(zhuǎn)移路徑。通常，如果水是有效的噴淋吸收液，盡量采用水噴淋，因為這樣的設(shè)計簡單可靠，而且比較經(jīng)濟?？梢愿鶕?jù)工藝系統(tǒng)的特點，考慮采用固定式還是移動式噴淋系統(tǒng)。

噴淋系統(tǒng)也有一個缺點，就是事先必須想好如何收集、處置被污染后的噴淋液體，收集這些污水的池或槽的能力應(yīng)足夠，而且應(yīng)該有防滲和防漏措施，從而避免其對環(huán)境造成新的污染。

還有一種常見的做法，是將貯存有毒物質(zhì)的容器設(shè)置在室內(nèi)，如果發(fā)生泄漏，利用引風(fēng)裝置將泄漏的有毒氣體抽入應(yīng)急處理裝置（例如破壞吸收塔），利用吸收液吸收、破壞這些有毒氣體。

通過人員應(yīng)急反應(yīng)減少泄漏對環(huán)境的影響

當(dāng)有毒物質(zhì)發(fā)生泄漏后，及時、有效的人員應(yīng)急反應(yīng)也有助于減少泄漏物對環(huán)境的影響，人員的干預(yù)重點在于減少泄漏物的揮發(fā)和改變有毒蒸氣擴散的方向。

工廠可以識別出所有可信的、嚴重泄漏的事故情景，然后為每一種事故情景編制有針對性的處置計劃。在編制處置計劃時，可以參考ALOHA軟件對事故情景后果模擬的結(jié)果，確定潛在的影響范圍和開展應(yīng)急反應(yīng)所需要的裝備和個人防護用品。

人員干預(yù)的方式比較多，例如，可以采用消防泡沫覆蓋泄漏物，以減少泄漏物的揮發(fā)量，覆蓋的效果與泄漏物的蒸氣壓及泡沫種類、濃度及覆蓋厚度等因素有關(guān)。對于已經(jīng)揮發(fā)成氣體的有毒物云團，可以采用水幕阻擋或驅(qū)趕的方式來改變云團的運動路徑，對于比空氣輕的氣體尤其有效，例如：液氨泄漏形成氨氣云團時，可以采用水幕，盡量阻止其水平漂移至人口密集的區(qū)域，而是讓其從垂直方向逃逸，這樣可以有效減少環(huán)境影響的范圍。

如果泄漏物毒性大，而且是可燃物，有意點燃讓它們燒光，也是在某些情形下的可選方案，但采用這種方式時需要考慮的因素比較多，譬如泄漏物的種類、工藝裝置和其他設(shè)施的布置、天氣情況等等，總之不能因為人為點燃泄漏物而導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸等次生事故。還有一點需要留意，大多數(shù)可燃物不完全燃燒會產(chǎn)生一氧化碳等有毒氣體。采用這種方式時，時機把握很重要，通常要及早做出是否采用這種方式的決定。

工廠在滅火等消防作業(yè)期間，會形成大量的消防污水，按照GB 50483—2009《化工建設(shè)項目環(huán)境保護設(shè)計規(guī)范》的要求，應(yīng)該有收集這些污水的設(shè)施，如消防污水收集池，并且須始終保持足夠的可用容積。工廠還應(yīng)該在廠界排水口處設(shè)置應(yīng)急閘門或閥門，在應(yīng)急計劃中要求及時關(guān)閉這些閥門，防止消防污水或噴淋污水從這些排放口進入廠界外的土壤和水體。

有效的應(yīng)急不但取決于應(yīng)急方案是否合理有效、應(yīng)急裝備是否就緒，而且非常依賴應(yīng)急反應(yīng)小組的應(yīng)急反應(yīng)能力和周圍社區(qū)群眾的配合。工廠需要定期組織培訓(xùn)和演練，并且建立與周圍社區(qū)的溝通機制。演練的根本目的是找出當(dāng)前的差距，然后有針對性地改進，以提升應(yīng)急反應(yīng)的能力和效率。

結(jié)語

生產(chǎn)安全事故發(fā)生時，特別是大量有毒物質(zhì)的泄漏可能造成廠界外的環(huán)境影響，甚至導(dǎo)致嚴重的環(huán)境事件。

一方面，工廠需要從過程安全管理入手，確保工藝系統(tǒng)的機械完整性和安全性，避免出現(xiàn)事故和泄漏。

另一方面，工廠應(yīng)該有泄漏發(fā)生后的應(yīng)對措施，包括工程措施和行政管理措施。工程措施有二次容納、噴淋吸收等等。行政管理措施主要是建立針對性的應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)急人員利用泡沫覆蓋減少泄漏物揮發(fā)，或用水幕驅(qū)趕改變有毒云團的擴散軌跡。在編制應(yīng)急處置方案時，可以應(yīng)用ALOHA軟件對泄漏情景開展擴散模擬，為編制預(yù)案提供技術(shù)參考。