基于AFTOX模型預(yù)測(cè)甲醛泄漏造成的大氣影響和風(fēng)險(xiǎn)防控

亓國(guó)梁

摘 要

本文選用AFTOX模型，研究分析了甲醛儲(chǔ)罐在發(fā)生泄漏的情況下，對(duì)周邊大氣環(huán)境的影響，通過(guò)對(duì)可能的氣象條件和最不利氣象條件下擴(kuò)散毒性終點(diǎn)濃度和最遠(yuǎn)距離的預(yù)測(cè)，對(duì)泄漏后果進(jìn)行了分析，并為應(yīng)急管理提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞

AFTOX模型;大氣影響;應(yīng)急管理

中圖分類(lèi)號(hào)： X51 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 91

Abstract

In this paper， aftox model is selected to study and analyze the impact of formaldehyde storage tank on the surrounding atmospheric environment in case of leakage. Through the prediction of the terminal concentration and the farthest distance of diffusion toxicity under the possible meteorological conditions and the most unfavorable meteorological conditions， the leakage consequences are analyzed， and the basis for emergency management is provided.

Key words

AFTOX Model; Impact on the atmosphere;Contingency management

0 引言

本文以甲醛儲(chǔ)罐泄漏事故為情景源，根據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》（HJ169-2018）中推薦的AFTOX模型，利用EIApro2018軟件，對(duì)泄漏事故進(jìn)行大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)，并對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，提出有效的風(fēng)險(xiǎn)防控和應(yīng)急管理措施，為甲醛生產(chǎn)、使用企業(yè)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控和制定突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案提供參考。

1 背景

1.1 甲醛的特性

甲醛（化學(xué)式CHO）作為一種基礎(chǔ)化學(xué)品原料，廣泛應(yīng)用于建材加工、木材加工、造紙、紡織、皮革加工、涂料制造，以及醫(yī)藥等行業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)甲醛行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)有400多家，生產(chǎn)裝置多達(dá)600多套，2013年至2019年，國(guó)內(nèi)甲醛產(chǎn)量維持在2400萬(wàn)噸/年，居全球第一，占全球總產(chǎn)能的48%。因此甲醛存儲(chǔ)的安全性備受關(guān)注，如何對(duì)泄漏事故進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)防控是甲醛生產(chǎn)、存儲(chǔ)企業(yè)必須重視的問(wèn)題。

甲醛是一種無(wú)色，具有刺激性和窒息性的氣體，商品為水溶液，甲醛的安全技術(shù)說(shuō)明書(shū)如表1所示。甲醛對(duì)環(huán)境具有危害性，可對(duì)大氣、水體造成污染，并引發(fā)其他安全事故。甲醛易燃，蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇到明火或高溫易發(fā)生燃燒爆炸，遇到氧化劑可發(fā)生劇烈反應(yīng)。同時(shí)具有強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)刺激性，對(duì)人眼、鼻等有刺激作用，可導(dǎo)致人體灼傷，并被列入世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)公布的致癌物清單中。在環(huán)境影響方面，甲醛對(duì)環(huán)境具有危害性，可對(duì)大氣、水體造成污染。

1.2 AFTOX模型

AFTOX模型是由美國(guó)空軍開(kāi)發(fā)的一種高斯擴(kuò)散模型，可以處理點(diǎn)或面源連續(xù)或瞬時(shí)的液體或氣體升高或表面釋放[1]。同時(shí)，作為《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》（HJ169-2018）中大氣風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)推薦的模型之一，適用于平坦地形下中性氣體和輕質(zhì)氣體排放以及液池蒸發(fā)氣體的擴(kuò)散模擬。該模型可模擬連續(xù)排放或瞬時(shí)排放，液體或氣體，地面源或高架源，點(diǎn)源或面源的指定位置濃度、下風(fēng)向最大濃度以及其位置等[2]。

2 甲醛泄漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1 情景假設(shè)

本文以上海某甲醛生產(chǎn)企業(yè)儲(chǔ)罐罐體發(fā)生泄漏，造成環(huán)境影響為例。該企業(yè)共有2套甲醛生產(chǎn)裝置，年產(chǎn)37%的甲醛15萬(wàn)噸，儲(chǔ)罐區(qū)內(nèi)設(shè)有4座500t的甲醛儲(chǔ)罐（常壓，Φ10m×8m），罐區(qū)面積為900m2，罐區(qū)距離廠界最近距離為30m。根據(jù)HJ169-2018附錄E泄漏頻率推薦值，本文選取頻率最高的泄漏情景，即儲(chǔ)罐底部出現(xiàn)孔徑10mm的圓形裂縫，導(dǎo)致甲醛泄漏至防火圍堰內(nèi)，形成液池并蒸發(fā)，環(huán)境溫度為25℃。

2.1.1 泄漏量估算

通過(guò)計(jì)算可得，甲醛的泄漏速率（QL）為0.595kg/s，30min的泄漏量為1071kg。

2.1.2 蒸發(fā)量估算

泄漏液體的蒸發(fā)方式主要有三種：閃蒸蒸發(fā)（Q1）、熱量蒸發(fā)（Q2）和質(zhì)量蒸發(fā)（Q3）。液體的蒸發(fā)總量為三者之和。由于37%的甲醛溶液儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存方式為常溫常壓，當(dāng)?shù)啬曜罡邷囟葹?0℃，37%的甲醛溶液的沸點(diǎn)為98℃，高于年最高溫度，因此，37%甲醛溶液泄漏后不會(huì)發(fā)生閃蒸蒸發(fā)和熱量蒸發(fā)，只需計(jì)算質(zhì)量蒸發(fā)。

根據(jù)HJ169-2018，當(dāng)熱量蒸發(fā)結(jié)束后，轉(zhuǎn)由液池表面氣流運(yùn)動(dòng)使液體蒸發(fā)，稱(chēng)之為質(zhì)量蒸發(fā)。其蒸發(fā)速率按下式計(jì)算：

Q3：質(zhì)量蒸發(fā)速率，kg/s;p：液體表面蒸氣壓，Pa;R：氣體常數(shù)，J/（mol·K）;T0：環(huán)境溫度，K;M：物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，kg/mol;r：液池半徑，m;u：風(fēng)速，m/s，取值見(jiàn)表2;α，n——大氣穩(wěn)定度系數(shù)，取值見(jiàn)表2。

根據(jù)EIAProA2018軟件中風(fēng)險(xiǎn)模型-風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)計(jì)算，各氣象條件下甲醛的質(zhì)量蒸發(fā)速率如表2所示。

2.1.3 預(yù)測(cè)模型篩選

根據(jù)HJ169-2018，在篩選大氣風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型前應(yīng)該先判定評(píng)價(jià)物質(zhì)為重質(zhì)氣體還是輕質(zhì)氣體，判定依據(jù)采用HJ169-2018附錄G中推薦的理查德森數(shù)（Richardon）進(jìn)行判定。Richardon數(shù)是一個(gè)無(wú)量綱常數(shù)，表示氣云勢(shì)能和環(huán)境湍流動(dòng)能之比，跟氣體密度、環(huán)境條件、泄漏初始條件等。對(duì)于連續(xù)排放，Ri≥1/6為重質(zhì)氣體，Ri<1/6為輕質(zhì)氣體。輕質(zhì)氣體應(yīng)選用AFTOX模型，重質(zhì)氣體應(yīng)選用SLAB模型計(jì)算。

通過(guò)EIApro2018風(fēng)險(xiǎn)估算，泄漏蒸發(fā)的甲醛煙團(tuán)初始密度未大于空氣密度，不計(jì)算理查德森數(shù)，擴(kuò)散計(jì)算應(yīng)采用AFTOX模型。

2.2 預(yù)測(cè)參數(shù)

本文選取了最不利氣象條件F穩(wěn)定度，風(fēng)速1.5m/s，溫度25℃，相對(duì)濕度50%;常見(jiàn)氣象條件（1）D穩(wěn)定度，風(fēng)速2m/s，溫度25℃，相對(duì)濕度50%;常見(jiàn)氣象條件（2）E-F穩(wěn)定度，風(fēng)速0.5m/s，溫度25℃，相對(duì)濕度50%。

2.3 預(yù)測(cè)結(jié)果

采用EIApro2018軟件，對(duì)甲醛泄漏后，不同氣象條件下風(fēng)向不同距離處的濃度進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果如表5所示，軸線最大濃度-距離曲線圖如圖1所示。

2.4 結(jié)果分析

根據(jù)AFTOX模型預(yù)測(cè)結(jié)果，甲醛泄漏后擴(kuò)散氣體距離下風(fēng)向越遠(yuǎn)，濃度越低。

在最不利氣象條件下，預(yù)測(cè)結(jié)果表明：（1）甲醛下風(fēng)向最大濃度為457.22mg/m3，出現(xiàn)在0.08min，距離泄漏點(diǎn)10m處;（2）毒性終點(diǎn)濃度-1（69mg/m3）出現(xiàn)在距污染物質(zhì)泄漏點(diǎn)40m處;毒性終點(diǎn)濃度-2（17mg/m3）出現(xiàn)時(shí)間在距污染物質(zhì)泄漏點(diǎn)超過(guò)120m。

在常見(jiàn)氣象條件（1）條件下，預(yù)測(cè)結(jié)果表明：（1）甲醛下風(fēng)向最大濃度為175.49mg/m3，出現(xiàn)在0.08min，距離泄漏點(diǎn)10m處;（2）毒性終點(diǎn)濃度-1（69mg/m3）出現(xiàn)在距污染物質(zhì)泄漏點(diǎn)10m處;毒性終點(diǎn)濃度-2（17mg/m3）出現(xiàn)時(shí)間在距污染物質(zhì)泄漏點(diǎn)超過(guò)50m。

在常見(jiàn)氣象條件（2）條件下，預(yù)測(cè)結(jié)果表明：（1）甲醛下風(fēng)向最大濃度為142.13mg/m3，出現(xiàn)在0.18min，距離泄漏點(diǎn)10m處;（2）毒性終點(diǎn)濃度-1（69mg/m3）出現(xiàn)在距污染物質(zhì)泄漏點(diǎn)10m處;毒性終點(diǎn)濃度-2（17mg/m3）出現(xiàn)時(shí)間在距污染物質(zhì)泄漏點(diǎn)超過(guò)50m。

綜上分析，當(dāng)發(fā)生甲醛溶液泄漏時(shí)，泄漏的甲醛對(duì)周邊大氣環(huán)境會(huì)造成一定的影響，影響范圍甚至?xí)鰪S界。

3 風(fēng)險(xiǎn)管控及應(yīng)急預(yù)案

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，甲醛儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏后對(duì)周邊大氣環(huán)境造成一定影響，對(duì)周?chē)巳涸斐梢欢ㄍ{，因此，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管控和制定應(yīng)急預(yù)案，預(yù)防為主，處置果斷，從而降低甲醛泄漏造成的環(huán)境影響。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)防控

風(fēng)險(xiǎn)防控分為制定風(fēng)險(xiǎn)管理制度和采取風(fēng)險(xiǎn)防控措施兩部分。

3.1.1 風(fēng)險(xiǎn)管理制度

企業(yè)應(yīng)制定完整的風(fēng)險(xiǎn)防控和應(yīng)急措施制度，明確應(yīng)急組織、報(bào)請(qǐng)程序、分級(jí)響應(yīng)、應(yīng)急處置、應(yīng)急撤離、應(yīng)急保障、應(yīng)急培訓(xùn)計(jì)劃等。建立完整的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急組織體系，明確風(fēng)險(xiǎn)防控責(zé)任人和應(yīng)急組織成員。制定定期巡檢和維護(hù)責(zé)任制度，每日進(jìn)行巡檢，對(duì)危險(xiǎn)源場(chǎng)所進(jìn)行遠(yuǎn)程24小時(shí)監(jiān)控，并定期進(jìn)行全面性安全檢查。根據(jù)實(shí)際情況，建立突發(fā)事件信息報(bào)告制度，一旦發(fā)生事故，事故發(fā)現(xiàn)人可在最短事件內(nèi)進(jìn)行上報(bào)或請(qǐng)求支援。加強(qiáng)員工的教育培訓(xùn)，提高員工風(fēng)險(xiǎn)防范意識(shí)，增強(qiáng)自救能力。

3.1.2 風(fēng)險(xiǎn)防控措施

風(fēng)險(xiǎn)防范措施主要包括：（1）安裝報(bào)警裝置，在儲(chǔ)罐、裝置內(nèi)部等危險(xiǎn)源現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置可燃?xì)怏w探頭和有毒氣體探頭、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等;（2）進(jìn)行儲(chǔ)罐區(qū)雨污分流，避免事故廢水造成次生污染;（3）值班室防止應(yīng)急處置防護(hù)器具，當(dāng)事故初期或泄漏點(diǎn)較小時(shí)，員工可穿戴防護(hù)器具后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處置。

3.2 應(yīng)急預(yù)案

根據(jù)國(guó)家《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》、《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法》、《中華人民共和國(guó)突發(fā)事件應(yīng)對(duì)法》、《危險(xiǎn)化學(xué)物品安全管理?xiàng)l例》和《國(guó)務(wù)院關(guān)于全面加強(qiáng)應(yīng)急管理工作的意見(jiàn)》等有關(guān)法律、法規(guī)的要求，企業(yè)應(yīng)建立健全環(huán)境污染事故應(yīng)急機(jī)制，提高公司應(yīng)對(duì)環(huán)境污染事故能力，能夠確保迅速做出響應(yīng)，制定的搶險(xiǎn)救援工作方案，有條不紊地進(jìn)行搶險(xiǎn)救援工作，采取及時(shí)有效的措施，將事故影響降到最低限度，有效地預(yù)防和控制突發(fā)性環(huán)境污染事故的。

企業(yè)需針對(duì)甲醛罐區(qū)泄漏制定專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，并安排員工培訓(xùn)和定期應(yīng)急演練，提高預(yù)案的可操作性。發(fā)生事故時(shí)，企業(yè)應(yīng)按照預(yù)案要求，采取有效措施進(jìn)行處置，必要時(shí)，應(yīng)向當(dāng)?shù)匦姓鞴懿块T(mén)提出建議，對(duì)受影響的居民進(jìn)行疏散，避免人員傷亡。

4 結(jié)論

本文以某甲醛生產(chǎn)企業(yè)儲(chǔ)罐泄漏事故為情景源，采用AFTOX模型對(duì)不同氣象條件（可能氣象條件、最不利氣象條件）下甲醛泄漏后造成的大氣環(huán)境影響進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)企業(yè)在風(fēng)險(xiǎn)防控和應(yīng)急預(yù)案方面提出建議，供同行企業(yè)參考。

參考文獻(xiàn)

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