特大型企業(yè)危險化學品突發(fā)環(huán)境事件風險評估及應急預案研究

王昊

上海投資咨詢公司

關鍵字：危險化學品;突發(fā)事件;環(huán)境風險;應急預案

危險化學品突發(fā)環(huán)境事件是由于污染物排放、自然災害和生產安全事故等因素導致危險化學品有毒有害物質進入大氣、水體、土壤等環(huán)境介質，突然造成或可能造成環(huán)境質量的下降，危及公眾身體健康和財產安全，造成生態(tài)環(huán)境破壞，或造成重大社會影響，需要采取緊急措施予以應對的事件。主要包括大氣污染、水體污染和土壤污染等突發(fā)性環(huán)境污染事件。

危險化學品突發(fā)環(huán)境事件風險評估是指在風險事件發(fā)生之前或之后，對該事件給人們的生活、生命、財產等各個方面造成的影響和損失的可能性進行量化評估。

為有效預防環(huán)境風險事故的發(fā)生，完善配置應急資源，組建專業(yè)應急救援隊伍，提高應急決策的科學性和時效性，全面提升企業(yè)在防范環(huán)境風險和應對環(huán)境事件上的能力，最大限度降低環(huán)境污染、人員傷害和財產損失，企業(yè)所制訂的應急預案，以規(guī)范應對突發(fā)環(huán)境事件的應急機制，提出突發(fā)環(huán)境事件的預防預警和應急處置程序及應對措施。

2014年12月19 日，國務院印發(fā)了《國家突發(fā)環(huán)境事件應急預案》（國辦函〔2014〕119號）；2015年4月16日，環(huán)境保護部公布了《突發(fā)環(huán)境事件應急管理辦法》（環(huán)境保護部令第34號），標志著國家對突發(fā)環(huán)境風險事件的重視，開展工業(yè)企業(yè)危險化學品突發(fā)環(huán)境風險評估和應急預案編制工作勢在必行。本文以寶鋼特鋼有限公司為例，對特大型企業(yè)危險化學品突發(fā)環(huán)境風險評估和應急預案編制工作進行探索和研究。

1 企業(yè)概況

寶鋼特鋼有限公司（以下簡稱寶鋼特鋼）位于上海市寶山區(qū)吳淞工業(yè)區(qū)內，占地面積2.48km2，創(chuàng)建于1958年，是我國最早的特殊鋼生產基地之一，2012年由寶鋼集團回購后組成為全資子公司。幾十年來，寶鋼特鋼一直致力于關鍵特種材料的研制和生產，是我國航空航天材料研制生產的最核心單位之一，現(xiàn)有員工3 600余人。寶鋼特鋼擁有特種冶金、不銹鋼及結構鋼、高合金鋼長材、銀亮鋼、合金板帶及鋼管等多條現(xiàn)代化的生產線，形成了以特冶、不銹鋼、結構鋼三大系列為核心的產品體系，并聚焦于航空航天、能源、汽車（交通）三個關鍵行業(yè)以及模具鋼、軸承鋼、冷軋輥/芯棒及不銹鋼線材等四大類專業(yè)化產品。主要生產工藝見圖1。

寶鋼特鋼現(xiàn)有煉鋼廠、特材事業(yè)部、寶特長材公司（包括條鋼廠和銀亮鋼廠）、鋼管廠、板帶廠（包括熱軋廠和冷軋廠）等生產廠，2015年鋼產量216 400t，材產量657 400t，產值64億元。由于生產需要，寶鋼特鋼儲存有大量的硫酸、氫氟酸、硝酸、氫氧化鈉、液氨等危險化學品。

2 危險化學品突發(fā)環(huán)境事件風險評估

2.1 環(huán)境風險物質及風險單元

圖1 寶鋼特鋼生產工藝流程圖

圖2 -1環(huán)境風險單元劃分示意圖

通過對寶鋼特鋼危險化學品儲存和使用情況分析，篩選出硫酸、氫氟酸、硝酸、氫氧化鈉、液氨、廢酸、廢堿、表面處理廢物等主要環(huán)境風險物質，并根據(jù)廠區(qū)平面布置，以寶鋼特鋼的二級生產廠為單元，將企業(yè)劃分為鋼管廠、條鋼廠、板帶廠冷軋、板帶廠熱軋、銀亮鋼廠等五個環(huán)境風險單元（見圖2-1）。上述五個環(huán)境風險單元均設置有酸洗儲罐區(qū)、危險廢物暫存點、酸洗區(qū)域，其中鋼管廠、條鋼廠、板帶廠冷軋各設置一處液氨站，板帶廠冷軋廠區(qū)西北側設置一處酸洗污泥暫存間。

2.2 危險化學品突發(fā)環(huán)境事件情景分析

通過對國內外同類型企業(yè)或使用相似危險化學品企業(yè)發(fā)生的突發(fā)環(huán)境事件進行調查分析，確定了寶鋼特鋼突發(fā)環(huán)境事件情景設定的基本原則，見表2-1。

同時，根據(jù)寶鋼特鋼環(huán)境風險物質的使用和儲存情況，基于現(xiàn)有風險物質、風險單元環(huán)境、風險防范措施現(xiàn)狀和工藝危險性特征等，設定了寶鋼特鋼可能發(fā)生的事故情景，見表2-2。

表2 -1企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件情景原則設定

2.3 危險化學品突發(fā)環(huán)境事件情景源及后果分析

根據(jù)突發(fā)環(huán)境事件情景分析，確定了寶鋼特鋼發(fā)生概率最大的突發(fā)環(huán)境事件為危險化學品泄漏事故以及危險化學品燃燒爆炸事故。

2.3.1危險化學品泄漏事故

（1）事故原因分析

根據(jù)危險化學品的儲存量、揮發(fā)性及危險程度，確定以液氨作為分析對象。

①泄漏量源強

液氨泄漏量源強按單個液氨罐全部泄漏的量計，為200kg。

②泄漏速率

假定液氨的特性是理想液體，泄漏速率QL按下列伯努利方程計算：

式中：

QL——液體泄漏速度，kg/s；

Cd——液體泄漏系數(shù)，此值常用0.6～0.64，本次分析取0.64；

A——裂口面積，m2；

ρ——液體密度，kg/m3，液氨取617kg/m3；

P——容器內介質壓力，1 033 900Pa；

P0——環(huán)境壓力，Pa；

g——重力加速度，9.81m/s2；

h——裂口之上液位高度，m；

通過上述公式計算得出液氨的泄漏速率QL=0.78kg/s。按照液氨最大存量計算，考慮最不利情況（全部泄漏完畢），則存放的液氨將在4.3分鐘即泄漏完畢。通常發(fā)生液氨鋼瓶泄漏事故后通過報警、噴淋等措施，對泄漏事故進行控制。液氨的閃蒸率F=0.183。根據(jù)經驗，當F≥0.2時，一般不會形成液池。當F＜0.2時，F(xiàn)與帶走液體之比存在線性關系。通過計算可知液氨泄漏時形成液池的量非常小，可視為全部被蒸發(fā)。因此液氨的蒸發(fā)速率近似等于泄漏速率為0.78kg/s。

表2 -2突發(fā)環(huán)境事件情景分析

（2）事故風險預測

預測最大可信事故發(fā)生后，液氨泄漏后揮發(fā)為氨氣在不同的氣象條件下，下風向軸線各點、最大落地濃度及出現(xiàn)的時間。根據(jù)不同氣象條件下預測結果的規(guī)律，選擇大氣穩(wěn)定度為不穩(wěn)定B、中性條件D和穩(wěn)定條件E，以及風速分別為0.5m/s、1.5m/s、3.0m/s的氣象組合條件進行預測。

①預測模式

根據(jù)泄露物料的特征，選用多煙團預測模式，預測危化品倉庫內單桶化學原料發(fā)生泄露后，對下風向環(huán)境空氣的影響。

預測模式如下：

式中：

C(x，y，o)——下風向地面(x，y)坐標處的空氣中污染物濃度(mg/m3)；

X0，Y0，Z0——煙團中心坐標；

Q——事故期間煙團的排放量；

σx、σy、σz——為 X、Y、Z 方向的擴散參數(shù)（m），常取σx=σy

對于瞬時或短時間事故，可采用下述變天條件下多煙團模式：

y坐標，由下述式計算：

各個煙團對某個關心點t小時的濃度貢獻，按下式計算：

式中n為需要跟蹤的煙團數(shù)，可由下式確定：式中，f為小于1的系數(shù)，可根據(jù)計算要求確定。②預測結果

液氨發(fā)生泄漏時最不利情況發(fā)生在風速1.5m/s、D穩(wěn)定度的大氣條件下，其中最大落地濃度為198 285.529 mg/m3，最大落地濃度出現(xiàn)的距離為8.1m；達到立即威脅生命和健康的濃度范圍的最大距離為85m，達到LC50（半致死濃度）的最大距離為140.9m，影響距離均在廠區(qū)范圍內；達到短時間接觸允許濃度范圍的最大距離為890.1m。以氨的立即威脅生命和健康的濃度以及LC50（半致死濃度）作為危險閾值的計算標準，可能出現(xiàn)危險閾值的距離范圍不超過140.9m。由于本工程液氨罐容量較小，泄漏事故持續(xù)時間很短（約4.3min），即使出現(xiàn)危險閾值的距離范圍內也不會對人體產生致命影響。

2.3.2 危險化學品燃燒爆炸事故

氨氣在局部空間中，與空氣混合至16～25%濃度區(qū)間時，遇明火會產生爆炸。氨氣的最易引燃濃度為17%。根據(jù)資料調查，液氨使用場所爆炸的主要原因絕大多數(shù)是局部區(qū)域內氨氣的濃度達到燃爆的濃度區(qū)間。

在所有氣象爆炸中，蒸汽云爆炸影響范圍和程度較大，因此選取儲罐區(qū)蒸汽云爆炸作為燃爆可信事故源。即儲罐液氨泄漏，或在儲罐檢修換氣中，氨氣在儲罐上方聚集，與空氣混合并達到燃爆濃度，延遲點火，產生蒸汽云爆炸。

按照最大量假設，儲罐中100%液氨量泄漏蒸發(fā)，氨氣在儲罐上方聚集，與空氣混合并達到燃爆濃度，延遲點火，產生蒸汽云爆炸。參與爆炸的氨氣總質量按照液氨儲量最大的條鋼廠液氨站計為3 600kg。

利用RiskSystem風險評價系統(tǒng)計算，進行爆炸事故預測：

WTNT=αWfQf/QTNT

式中：WTNT——蒸氣云的TNT當量，kg；

α——蒸汽云爆炸的效率因子，表明參與爆炸的可燃氣體的分數(shù)，取α=18%；

Wf——蒸汽云中燃料的總質量，kg；

Qf——蒸汽的燃料熱，J/kg；

QTNT——TNT的爆炸熱，一般取4.52×106J/kg。

預測結果見圖2-2。

圖2 -2危險化學品燃燒爆炸事故后果預測圖

可見，若液氨發(fā)生爆炸，取最不利工況條件，假定爆炸時物質全部發(fā)生蒸汽云爆炸，則死亡半徑為14.4m，重傷半徑為41.6m，財產損失半徑為34m，最大波及范圍可達液氨罐外74.6m。

2.4 危險化學品突發(fā)環(huán)境事件風險等級

通過定量分析企業(yè)生產、加工、使用、存儲的所有環(huán)境風險物質數(shù)量與其臨界量的比值（Q），評估工藝過程與環(huán)境風險控制水平（M）以及環(huán)境風險受體敏感性（E），按照矩陣法對企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風險（以下簡稱環(huán)境風險）等級進行劃分。環(huán)境風險等級劃分為一般環(huán)境風險、較大環(huán)境風險和重大環(huán)境風險三級，分別用藍色、黃色和紅色標識。

（1）Q值

對寶鋼特鋼五個環(huán)境風險單元的Q值分別進行計算，得出：鋼管廠、板帶廠熱軋、銀亮鋼廠屬于Q1等級，條鋼廠、板帶廠冷軋均屬Q2等級，其中板帶廠冷軋的Q值最大，為17.14，全廠Q值為49.95，屬于Q2等級。

（2）M值

通過對寶鋼特鋼生產工藝過程、安全生產控制措施、水環(huán)境風險防控措施、大氣環(huán)境風險防控措施、環(huán)境風險日常管理措施、環(huán)評及批復的其他環(huán)境風險防控措施落實情況、生產廢水排放去向等方面進行評價，得出寶鋼特鋼屬于M2類水平。

（3）E值

通過對寶鋼特鋼周邊環(huán)境進行調查，得出企業(yè)周邊500 m范圍內人口總數(shù)大于2 000人，屬于E1類型。企業(yè)周邊環(huán)境風險受體分布情況見圖2-3。

圖2 -3企業(yè)周邊環(huán)境風險受體分布情況

（4）環(huán)境風險等級確定

根據(jù)Q值、M值、E值判斷，寶鋼特鋼屬于重大環(huán)境風險，見表2-3。

表2 -3 企業(yè)環(huán)境風險等級判定表

3 危險化學品突發(fā)環(huán)境事件應急預案

根據(jù)風險評估結果，制訂了應急預案，以規(guī)范應對突發(fā)環(huán)境事件的應急機制，提出突發(fā)環(huán)境事件的預防預警和應急處置程序及應對措施，完善與各級政府相關部門的銜接和聯(lián)動體系。

應急預案主要包括預防與預警、應急處置、后期處置、應急保障等內容。

3.1 預防與預警

3.1.1 預防

（1）建立健全各項規(guī)章制度，落實安全生產責任制。

（2）定期檢查電器及防雷設施的完好，定期檢測氣體報警儀，及安全附件的可靠性。

（3）配備足夠的滅火器等消防器材，并指定人員定期檢查，年度做消防聯(lián)動測試，定期檢查消防設施的有效備用狀態(tài)。

（4）在危險要害部位，設置明顯的安全警示標志，便于公眾識別。

（5）對相關人員進行安全專項培訓，特種作業(yè)人員參加政府部門組織的資質培訓，考核合格后持證上崗。

（6）加強對員工安全生產教育培訓，提高安全生產意識，掌握安全技能，提高對事故的應急處理能力。

3.1.2 預警

（1）紅色預警

發(fā)現(xiàn)事件的第一時間上報總經理，由總經理指揮。應急指揮部組織啟動預案，并在0.5 h之內上報外部政府有關部門請求外部援助。若上級主管部門已趕到現(xiàn)場，指揮權應移交主管部門。

（2）橙色預警

發(fā)現(xiàn)事件的第一時間上報能源環(huán)保部部長，由能源環(huán)保部部長指揮。并在0.5 h內報總經理，由總經理宣布啟動預案。

（3）黃色預警

現(xiàn)場人員報告班長，由值班的班長指揮，并在0.5 h內報車間主任。由車間主任視現(xiàn)場情況組織現(xiàn)場處置，落實巡查，消除隱患；如隱患未消除，則通知相關值班調度、應急指揮部做好應急準備。

3.2 應急處置

.當公司發(fā)生危險目標物料輕微泄漏或火災初期等較小事故，達到III級環(huán)境事故時，生產部應立即啟動III級預警，現(xiàn)場緊急處置并密切注意泄漏或火災等事故發(fā)展態(tài)勢。

當物料泄漏或火災態(tài)勢較為嚴重達到Ⅱ、Ⅰ級環(huán)境事故時，生產部應立即宣布事故處理應急指揮組的組成，明確現(xiàn)場指揮人員，并啟動事故應急預案。

指揮組安排各應急響應小組及相關部門各就各位，實施應急救援行動。當判斷公司搶險、搶救、搶修力量不足時，或事故可能危及周邊企業(yè)等環(huán)境時，應急指揮組必須立即通知周圍居民、相鄰單位采取相應的防護、安全措施；立即報告當?shù)卣?，向專業(yè)的搶險救援部門（消防隊、醫(yī)院等）請求支援，以利于政府相關部門組織政府、社會力量投入救援工作或啟動更高級別的應急救援預案，全面展開救援工作。應急處置流程見圖3-1。

圖3 -1應急處置流程圖

3.3 后期處置

突發(fā)環(huán)境事件結束后，應急指揮部組織物資供應組和通訊聯(lián)絡組的組長和成員，應按照《突發(fā)環(huán)境事件調查處理辦法》（國家環(huán)保部令2014年第32號）對環(huán)境事件的處理情況進行調查和評估，主要內容包括事件概況、突發(fā)原由、現(xiàn)場處理情況、受害人群救治情況、經濟損失、應急處理過程存在的問題和取得的經驗，調查評估報告經指揮部審定后報相關部門。

突發(fā)環(huán)境事件結束后，應急指揮部組織報警警戒組、醫(yī)療急救組的組長和成員，負責處置現(xiàn)場清理、人員安置和賠償、污染物收集、清理與處置等善后工作。各部門對所負責的善后工作制定嚴格的處置程序，盡快恢復事故發(fā)生區(qū)的正常工作。

事故善后處置工作結束后，應急指揮部應針對本預案進行總結，總結內容包括：預案對突發(fā)環(huán)境事件的評估是否準確、應急救援決策是否準確有效、應急救援資源調配是否合理、應急救援行動是否協(xié)調、通信是否暢通，評估本預案不適之處，及時提出修訂意見并更新應急預案。

3.4 應急保障

應急保障主要包括應急隊伍保障、經費保障、應急物資裝備保障、應急通信與信息保障、其他保障（交通運輸保障、治安保障、技術保障、醫(yī)療衛(wèi)生保障）等。

4 結語

本文通過對寶鋼特鋼有限公司危險化學品突發(fā)環(huán)境風險評估及應急預案的探索和研究，幫助寶鋼特鋼有限公司構建了由1個綜合應急預案、2個專項應急預案和2個現(xiàn)場處置預案組成的應急預案體系。該研究成果順利通過了上海市環(huán)境保護局的備案，為企業(yè)應對危險化學品突發(fā)環(huán)境事件保駕護航。同時，通過本次探索和研究，建立了環(huán)境風險物質及風險單元識別、突發(fā)環(huán)境事件情景分析、起源及后果分析的典型危險化學品突發(fā)環(huán)境事件風險評估技術方案，成功應用了Q值、M值、E值風險等級判定法，并根據(jù)企業(yè)風險等級制訂了包括預防與預警、應急處置、后期處置、應急保障等主要內容的應急預案，為同類型企業(yè)或使用類似危險化學品的企業(yè)提供了重要參考。

此外，通過本次探索和研究，筆者深深感到危險化學品突發(fā)環(huán)境風險管理的重要性，要控制其環(huán)境風險，必須從源頭抓起，充分分析其風險類型、評估其后果，并制定有針對性的應急預案，一旦發(fā)生突發(fā)環(huán)境事件，應立即響應，在短時間內使環(huán)境事件得到有效控制，防止事件擴大或惡化，最大限度地降低事故造成的損失或危害。