液氨的大氣環(huán)境風(fēng)險評價及管控措施研究

劉祥凱

(山西省交通環(huán)境保護(hù)中心站有限公司，山西 太原 030032)

引 言

液氨是化工企業(yè)中常用的制冷劑之一，是制取銨鹽和氮肥的重要原料[1]。因其具有強腐蝕性且容易揮發(fā)，液氨的環(huán)境風(fēng)險受到了企業(yè)的高度重視。液氨是化工企業(yè)突發(fā)性風(fēng)險事故頻次較高的危險化學(xué)品[2]，因此以液氨為例并對其儲罐泄漏后的大氣環(huán)境風(fēng)險進(jìn)行預(yù)測和評估，并基于預(yù)測和評估結(jié)果制定恰當(dāng)?shù)娘L(fēng)險管控措施就顯得十分重要。

1 背景介紹

本文選取的化工項目為煤制乙二醇，煤經(jīng)氣化形成合成氣，合成氣經(jīng)凈化后用于生產(chǎn)乙二醇。在合成氣凈化過程的制冷工段需要使用液氨，因此需要建設(shè)一座50 m3的液氨球罐進(jìn)行儲存。

2 環(huán)境風(fēng)險評價

2.1 風(fēng)險調(diào)查

根據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 169-2018)附錄B，液氨因具有易燃易爆且有毒的特性，作為制冷工段的危險物質(zhì)。液氨儲罐信息見表1，液氨危險特性見表2。

表1 液氨儲罐信息

表2 液氨危險特性[2]

2.2 環(huán)境敏感目標(biāo)調(diào)查

環(huán)境敏感目標(biāo)見第159頁表3。

表3 環(huán)境敏感目標(biāo)特征表

2.3 風(fēng)險潛勢確定

根據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 169-2018)，風(fēng)險風(fēng)險潛勢及評價等級是通過危險物質(zhì)及工藝系統(tǒng)危害性(P)和環(huán)境敏感程度(E)綜合確定。通過計算，本項目大氣環(huán)境風(fēng)險潛勢Ⅳ。具體劃分情況見表4。

表4 環(huán)境風(fēng)險潛勢劃分

2.4 評價等級及范圍確定

根據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 169-2018)評價工作等級劃分要求，確定本項目環(huán)境風(fēng)險評價等級為大氣環(huán)境一級，大氣環(huán)境風(fēng)險評價范圍自廠界外擴5 km范圍，詳見表5。

表5 風(fēng)險評價工作級別劃分

2.5 風(fēng)險識別

2.5.1 物質(zhì)危險性識別

根據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 169-2018)附錄B，本項目存在危險性物質(zhì)為液氨，危險性特性見表6。

2.5.2 重點風(fēng)險源識別

根據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 169-2018)附錄B中物質(zhì)臨界量的規(guī)定，進(jìn)行重點危險源劃定。詳見表7～表9。

2.6 風(fēng)險事故情形分析

本項目大氣環(huán)境風(fēng)險事故情形為液氨(以一個儲罐50 m3計)泄漏對周圍環(huán)境的影響，泄漏孔徑為10 mm。

表6 危險物質(zhì)危險特性一覽表

表7 重點風(fēng)險源分布情況表

表8 項目環(huán)境風(fēng)險識別表

表9 重點危險源識別結(jié)果表

2.7 大氣環(huán)境風(fēng)險事故預(yù)測與評價

2.7.1 預(yù)測模式

本項目液氨儲罐容積為50 m3，泄漏孔徑為10 mm，致使液氨泄漏至防火堤內(nèi)，形成液池，蒸發(fā)進(jìn)入環(huán)境空氣中，并向周圍環(huán)境擴散。液氨從儲罐中泄漏形成液池后閃蒸蒸發(fā)進(jìn)入大氣，蒸發(fā)過程中大量吸熱，周圍溫度降低，形成重氣體氣團，液氨泄漏的環(huán)境影響采用重氣體模式計算，本次環(huán)評采用重氣體模型SLAB計算。液氮儲罐泄露事故源參數(shù)見第160頁表10。

2.7.2 大氣毒性終點濃度值選取

根據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 169-2018)附錄H，本項目涉及的危險物質(zhì)大氣毒性終點濃度值見第160頁表11。

表10 液氨儲罐泄漏事故源項參數(shù)一覽表

表11 危險物質(zhì)大氣毒性終點濃度值

2.7.3 液氨儲罐泄漏預(yù)測與評價

1) 最不利氣象條件下液氨泄漏情形

液氨泄漏后，最不利氣象條件下，下風(fēng)向不同距離處的最大濃度見表12，軸線最大質(zhì)量濃度-距離曲線圖見圖1。

表12 下風(fēng)向不同距離處液氨的最大濃度值情況表

圖1 液氨軸線最大質(zhì)量濃度-距離曲線圖

液氨的預(yù)測濃度達(dá)到不同毒性終點質(zhì)量濃度的最大影響范圍見表13和圖2。

表13 液氨各閾值的廓線對應(yīng)的最大影響范圍

圖2 液氨各閾值的廓線對應(yīng)的最大影響范圍圖

液氨泄漏后關(guān)心點預(yù)測濃度超過評價標(biāo)準(zhǔn)時對應(yīng)的時刻和持續(xù)時間見第161頁表14。

最不利氣象條件下，液氨泄漏后擴散氣體距離下風(fēng)向越遠(yuǎn)，濃度越低。在10 m處，質(zhì)量濃度最大為 2 278.50 mg/m3，預(yù)測濃度到達(dá)閾值110 mg/m3的最遠(yuǎn)距離為262 m，最大半寬寬度為52 m，預(yù)測質(zhì)量濃度到達(dá)閾值770 mg/m3的最遠(yuǎn)距離為30 m，最大半寬寬度為38 m。計算得大氣傷害概率均為0。評價范圍內(nèi)網(wǎng)格點最大質(zhì)量濃度為4 033.189 mg/m3(出現(xiàn)在X=325 m，Y=200 m，出現(xiàn)時間為00:01:00)。

表14 下風(fēng)向關(guān)心點預(yù)測濃度最大值|時間

2) 最常見氣象條件下液氨泄漏情形

液氨泄漏后，最常見氣象條件下，下風(fēng)向不同距離處的最大濃度見表15，軸線/質(zhì)心最大濃度-距離曲線圖見圖3。

表15 下風(fēng)向不同距離處液氨的最大濃度值情況表

液氨的預(yù)測濃度達(dá)到不同毒性終點濃度的最大影響范圍見表16和圖4。

圖3 液氨軸線最大濃度-距離曲線圖

表16 液氨各閾值的廓線對應(yīng)的最大影響范圍

圖4 液氨各閾值的廓線對應(yīng)的最大影響范圍圖

液氨泄漏后關(guān)心點預(yù)測濃度超過評價標(biāo)準(zhǔn)時對應(yīng)的時刻和持續(xù)時間見表17。

表17 下風(fēng)向關(guān)心點預(yù)測濃度最大值|時間

最常見氣象條件下，液氨泄漏后擴散氣體距離下風(fēng)向越遠(yuǎn)，濃度越低。在10 m處，質(zhì)量濃度最大為958.38 mg/m3，預(yù)測濃度到達(dá)閾值110 mg/m3的最遠(yuǎn)距離為70 m，最大半寬寬度為32 m，預(yù)測濃度到達(dá)閾值770 mg/m3的最遠(yuǎn)距離為10 m，最大半寬寬度為18 m。計算得大氣傷害概率均為0。評價范圍內(nèi)網(wǎng)格點最大濃度為383.234 5 mg/m3(出現(xiàn)在X=325 m，Y=200 m，出現(xiàn)時間為00:01:00)。

3 大氣風(fēng)險預(yù)防措施

3.1 儲罐區(qū)預(yù)防措施

儲罐區(qū)應(yīng)配有遠(yuǎn)程檢測報警儀，24 h運行。裝液位計、雙安全閥、靜電接地、避雷設(shè)施、消防栓、滅火器等。儲罐區(qū)周圍設(shè)有值班室，配崗位人員對各項設(shè)施實行24 h監(jiān)控。內(nèi)置便攜快速監(jiān)測儀器、個人防護(hù)工具、消防裝置等。罐區(qū)周圍建安全圍堰，用于泄漏物收容。

3.2 罐體泄漏事故應(yīng)急措施

有毒有害罐體發(fā)生泄漏后撤離無關(guān)人員，救護(hù)人員使用專用防護(hù)服、隔絕式空氣面具。組織救援小組，進(jìn)入罐區(qū)。關(guān)閉閥門、切斷物源，筑堤堵截泄漏液體或者引流到事故水池，及時關(guān)閉雨水閥，防止物料沿明溝外流，以影響地表水體。

向有害物蒸汽云噴射霧狀水，加速氣體向高空擴散。對于可燃物，也可以在現(xiàn)場施放大量水蒸氣或氮氣，破壞燃燒條件。此時救援人員應(yīng)帶氧氣呼吸器，以防窒息。對于液體泄漏，為降低物料向大氣中的蒸發(fā)速度，可用泡沫或其他覆蓋物品覆蓋外泄的物料，在其表面形成覆蓋層，抑制其蒸發(fā)。

對于大型泄漏，可選擇用隔膜泵將泄漏出的物料抽入容器內(nèi)或槽車內(nèi)；當(dāng)泄漏量小時，可用沙子、吸附材料、中和材料等吸收中和。

3.3 設(shè)定安全和緩沖距離

根據(jù)預(yù)測結(jié)果，液氨在最不利氣象條件下達(dá)到液氨達(dá)到閾值770 mg/m3的最遠(yuǎn)距離為30 m，最大半寬寬度為38 m；到達(dá)閾值110 mg/m3的最遠(yuǎn)距離為262 m，最大半寬寬度為52 m，因此設(shè)定安全距離為半徑40 m，緩沖距離為270 m。發(fā)生事故后相關(guān)人員因迅速撤離至泄漏點40 m外區(qū)域，并逐漸遠(yuǎn)離泄漏點，直至270 m外。

4 結(jié)語

本文通過模型預(yù)測了最不利氣象條件下和最常見氣象條件下液氨儲罐泄漏后對周邊大氣環(huán)境的影響，并基于預(yù)測結(jié)果，從儲罐區(qū)泄漏后應(yīng)急措施和設(shè)定安全、緩沖距離方面提出了建議，為化工企業(yè)在液氨環(huán)境風(fēng)險方面的預(yù)防提供參考。