環(huán)境風(fēng)險事故影響對合成氨生產(chǎn)規(guī)模限制的論證

張根源

摘 要：河南某化工有限責(zé)任公司為響應(yīng)政府“退城入園”的政策要求，關(guān)閉現(xiàn)有老城區(qū)合成氨生產(chǎn)線，在產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)新建合成氨裝置?？紤]到產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)部和周邊目前尚存在較多居民區(qū)，本文通過數(shù)據(jù)分析了在滿足環(huán)境風(fēng)險事故影響可接受的要求下，對當(dāng)?shù)睾铣砂鄙a(chǎn)規(guī)模的具體限制。

關(guān)鍵詞：合成氨;環(huán)境風(fēng)險事故;生產(chǎn)規(guī)模;衛(wèi)生防護(hù)距離

中圖分類號：TQ113.2;TQ086 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）19-0043-03

Abstract： In response to the government's policy of "leaving the city and entering the park"， a Chemical Co.， Ltd. in Henan closed the existing synthetic ammonia production line in the old urban area and built a new synthetic ammonia plant in the industrial cluster area. Considering that there are still many residential areas in and around the industrial cluster area， this paper analyzed the specific restrictions on the production scale of local synthetic ammonia based on the data analysis to meet the requirements of acceptable impact of environmental risk accidents

Keywords： synthetic ammonia;environmental risk;production scale;health protection distance

河南省某化工廠目前在縣城老城區(qū)和當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)集聚區(qū)各建設(shè)廠區(qū)一座。其中，縣城老城廠區(qū)的產(chǎn)品規(guī)模為年產(chǎn)10萬t合成氨;當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)集聚區(qū)廠區(qū)的產(chǎn)品規(guī)模為年產(chǎn)20萬t合成氨。但是，隨著縣城城區(qū)的逐步擴(kuò)張，該化工廠位于老城區(qū)的現(xiàn)有廠區(qū)已逐漸被周邊的城市設(shè)施和居住區(qū)所包圍。

此外，該化工廠目前采用常用的固定床煤氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氨，產(chǎn)品能耗高，市場競爭力弱。鑒于上述因素，該化工廠擬拆除縣城老城廠區(qū)現(xiàn)有年產(chǎn)10萬t合成氨和當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)集聚區(qū)現(xiàn)有廠區(qū)年產(chǎn)20萬t合成氨項目，并在當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)采用先進(jìn)工藝新建合成氨項目。但是，考慮到產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)部和周邊目前尚存在較多環(huán)境敏感點，本文擬通過相關(guān)分析論證，在滿足事故風(fēng)險可接受的前提下，確定新建合成氨建設(shè)規(guī)模。

1 論證思路

經(jīng)調(diào)查，當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)部和周邊目前尚存在較多環(huán)境敏感點，新建合成氨規(guī)模應(yīng)同時滿足《肥料制造業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離 第1部分：氮肥制造業(yè)》（GB/T 11666.1—2012）相關(guān)要求和最大可信事故影響后果可接受。新建合成氨產(chǎn)能還應(yīng)同時滿足國家《合成氨行業(yè)準(zhǔn)入條件》單條生產(chǎn)線最小生產(chǎn)規(guī)模。在此基礎(chǔ)上綜合分析新建合成氨規(guī)模。

1.1 合成氨項目衛(wèi)生防護(hù)距離

根據(jù)《肥料制造業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離 第1部分：氮肥制造業(yè)》（GB/T 11666.1—2012）的規(guī)定，產(chǎn)生有害因素的部門（生產(chǎn)車間或作業(yè)場所）的邊界至敏感區(qū)邊界的最小距離為衛(wèi)生防護(hù)距離，衛(wèi)生防護(hù)距離標(biāo)準(zhǔn)限值具體見表1。

當(dāng)?shù)亟?年平均風(fēng)速為2.6 m/s，因此確定當(dāng)合成氨生產(chǎn)規(guī)模<30萬t/a時，其衛(wèi)生防護(hù)距離為產(chǎn)生有害因素的部門邊界至敏感區(qū)邊界的最小距離為600 m;當(dāng)合成氨生產(chǎn)規(guī)?！?0萬t/a時，其衛(wèi)生防護(hù)距離為產(chǎn)生有害因素的部門邊界至敏感區(qū)邊界的最小距離為800 m。

根據(jù)《合成氨行業(yè)準(zhǔn)入條件》，新建合成氨生產(chǎn)裝置，單系列生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)不低于1 000 t/d（綜合利用和聯(lián)產(chǎn)項目除外）。因此，該化工廠新增合成氨生產(chǎn)規(guī)模≥30萬t/a，其衛(wèi)生防護(hù)距離為產(chǎn)生有害因素的部門邊界至敏感區(qū)邊界的最小距離為800 m。該衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)不應(yīng)設(shè)置村莊、居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等環(huán)境敏感點。

1.2 風(fēng)險事故情景確定

該化工廠目前已安裝SIS安全連自動鎖控制系統(tǒng)。在該安全連鎖系統(tǒng)控制下，在生產(chǎn)車間發(fā)生氨事故排放，可以實現(xiàn)生產(chǎn)裝置2 min內(nèi)停車。假設(shè)生產(chǎn)車間發(fā)生100%氨泄漏，若2 min內(nèi)停車，半致死濃度范圍控制在800 m衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)，分析集聚區(qū)內(nèi)可承受的合成氨項目最大產(chǎn)能。

2 SIS安全連鎖系統(tǒng)下生產(chǎn)車間氨事故排放環(huán)境風(fēng)險分析

2.1 預(yù)測模式

液氨在生產(chǎn)車間泄漏時，會以氣態(tài)形式泄漏，根據(jù)物質(zhì)泄漏的突發(fā)性、有毒蒸汽擴(kuò)散的移動性等特點，評價采用多煙團(tuán)疊加模式來預(yù)測下風(fēng)向落地濃度。即將[Δt]時間內(nèi)排放的污染物看成是一個瞬時煙團(tuán)，其排放量為[θi·Δt=θ]。為了求得連續(xù)源在下風(fēng)向的落地濃度，可以把[T]時段內(nèi)連續(xù)排放造成的下風(fēng)向落地濃度看作若干個[Δt]時間的瞬時煙囪在該點造成的濃度疊加。計算下風(fēng)向落地濃度的多煙團(tuán)公式[1]為：

[Ci=2θi（2π）32σxσyσzexp-X-u（t-tio）22σ2x·exp-Y22σ2y·exp-H22σ2z]（1）

[C（x，t）=i=1nCi（x，t-tio）] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

液氨在常溫加壓條件下儲存時，其沸點較低，為-33.5 ℃，故按照兩項流泄漏速率計算。兩相流泄漏計算公式[2]為：

[QLG=CdA2ρm（P-PC）] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

2.2 污染氣象條件

經(jīng)調(diào)查，當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)集聚區(qū)所在地區(qū)全年風(fēng)向最多為NE風(fēng)，頻率為11.06%;次多風(fēng)向為NNE風(fēng)，頻率為9.32%;靜風(fēng)（C）頻率為2.80%。全年風(fēng)向頻率如表2所示。

此外，該地的大氣穩(wěn)定度以穩(wěn)定（E、F）居多，全年占44.82%;其次是不穩(wěn)定（A、B、C）類，占24.98%;中性（D）類，占30.20%。因此，該地大氣穩(wěn)定度以穩(wěn)定類為主，垂直擴(kuò)散能力較弱，不利于污染物的擴(kuò)散。

2.3 濃度危害閾值

根據(jù)《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》系列標(biāo)準(zhǔn)、《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（TJ 36—1979）以及有關(guān)資料，氨氣的濃度危害閾值見表3。

2.4 生產(chǎn)車間事故風(fēng)險結(jié)果預(yù)測分析

河南某化工有限責(zé)任公司所采用的SIS安全連鎖系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)多家大型化工企業(yè)投入使用。安全停車時間均可以控制在2 min以內(nèi)。本次測算分別計算當(dāng)合成氨項目產(chǎn)能為34萬、40萬、45萬、50萬、54萬t/a，假設(shè)其生產(chǎn)過程中發(fā)生100%氨泄漏時半致死半徑的距離，并繪制其變化曲線。經(jīng)計算，其泄漏事故的源強(qiáng)如表4所示。

根據(jù)前文計算，不同規(guī)模合成氨生產(chǎn)單元泄漏事故狀態(tài)下半致死距離變化趨勢如圖1和表5所示。

由預(yù)測可知，假設(shè)SIS安全連鎖系統(tǒng)下其生產(chǎn)過程中發(fā)生100%氨泄漏，并在2 min內(nèi)完成生產(chǎn)裝置停車，泄漏的氨氣源強(qiáng)包括2 min內(nèi)生產(chǎn)的氨氣和生產(chǎn)停止后管道及設(shè)備中殘余的氨氣。在不考慮其他額外因素的前提下，若將泄漏氨氣的半致死濃度范圍控制在800 m衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)，可承受的合成氨單條生產(chǎn)線最大產(chǎn)能為54萬t/a，此時泄漏氨氣的半致死濃度最遠(yuǎn)出現(xiàn)位置距離事故源781 m。

3 結(jié)論

通過分析，河南省某化工廠按照相關(guān)要求進(jìn)行“退城入園”搬遷改造。通過分析論證，為滿足事故狀態(tài)下，泄漏氨氣的半致死濃度范圍控制在800 m的衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)，在安裝SIS安全連鎖系統(tǒng)并確保其穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，可承受的合成氨單條生產(chǎn)線最大產(chǎn)能規(guī)模為54萬t/a。根據(jù)《肥料制造業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離 第1部分：氮肥制造業(yè)》（GB 11666—2012），衛(wèi)生防護(hù)距離為合成氨生產(chǎn)車間邊界距離居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等環(huán)境敏感區(qū)邊界的最小距離。因此，控制合成氨單條生產(chǎn)線最大產(chǎn)能不高于54萬t/a，并結(jié)合產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)周邊環(huán)境敏感區(qū)分布情況，確定該化工廠合成氨裝置適宜布設(shè)區(qū)域，能夠從源頭降低合成氨生產(chǎn)項目環(huán)境風(fēng)險事故的帶來的潛在危害。

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