石化企業(yè)環(huán)境風(fēng)險分析與風(fēng)險防控對策

王喆，范秀全，蔣振洋，段濰超，戴安國

(1. 中國石油大學(xué)(華東)化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266580；2. 獨山子石化公司塔里木石化分公司質(zhì)量安全環(huán)保部，新疆 巴州 841000；3. 青島歐賽斯環(huán)境與安全技術(shù)有限責(zé)任公司，山東 青島 266555)

0 引言

石化行業(yè)的規(guī)模之大、覆蓋范圍之廣、從業(yè)人員之多決定了其重要地位——我國國民經(jīng)濟命脈之一。但石化又是一個高風(fēng)險的行業(yè)[1]，眾多因素使得石化企業(yè)的固有環(huán)境與安全風(fēng)險往往較高。其主要特點如圖1 所示。

圖1 現(xiàn)代石化企業(yè)的特點

相比于其他行業(yè)，石化行業(yè)更容易發(fā)生安全生產(chǎn)事故和環(huán)境污染事故，造成災(zāi)難性的后果并帶來惡劣社會影響[2]。而在裝置大型化、發(fā)展集約化、化工企業(yè)退城入園的趨勢下，這種風(fēng)險進一步被放大[3]。近年來發(fā)生了多起大型事故以及無數(shù)的小事故，如：英國邦斯菲爾德油庫火災(zāi)、美國墨西哥灣原油泄漏等。國內(nèi)，2005 年吉林某企業(yè)雙苯廠發(fā)生爆炸，造成8 人死亡，60 名人員受傷，直接經(jīng)濟損失6 908 萬元。同時近百噸化學(xué)品流入松花江，嚴(yán)重污染了江水，間接影響周邊百萬群眾的生活，污染帶通過哈爾濱市造成該市長達5 天的停水，同時對鄰近國家水域產(chǎn)生了影響，有損我國國際形象。這是一起惡性安全事故導(dǎo)致災(zāi)難性的環(huán)境污染事件。危險化學(xué)品一旦發(fā)生事故，不僅會危害人民生命和財產(chǎn)安全，破壞社會環(huán)境和自然環(huán)境，還會影響長期經(jīng)濟發(fā)展。因此，針對企業(yè)實際情況進行分析，對相關(guān)風(fēng)險進行系統(tǒng)性管控刻不容緩。

1 石化企業(yè)環(huán)境風(fēng)險分析

1.1 物料及工藝危險性

1.1.1 危險物質(zhì)

石化企業(yè)涉及的原輔材料、中間產(chǎn)品和產(chǎn)品眾多。煉油加工部分的原輔材料有原油、燃料油、甲醇、液化石油氣、氫氣、燃料氣等；產(chǎn)品有車用汽油、3#航煤、0 號車用柴油、瀝青、液化石油氣、石油焦、工業(yè)硫磺、液化氣、燃料氣、石腦油等?；どa(chǎn)部分的原輔材料有乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、萘、合成氣、乙炔、芳烴、甲醇、重石腦油、輕石腦油、輕烴等；產(chǎn)品有聚丙烯、液化氣、正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷、重整石腦油、石油苯、甲苯、對二甲苯、重芳烴、戊烷油、抽余油、重芳烴等。

其中很多物料都屬于易燃易爆的危險化學(xué)品。煉廠中燃料氣的成分有甲烷、乙烷、乙烯、丙烯等，它們的火災(zāi)危險性均為甲類；多種物料被列入《重大危險源名錄》，如：苯類物質(zhì)、乙烯、乙炔等；易燃液體有輕石腦油、裂解汽油、苯、甲苯、二甲苯、甲醇等；氣體中易燃的有氫氣、甲烷、丙烷、丙烯、乙烯等。

部分物料對人體有毒害作用。如苯、氯乙烯、氰化物屬于一級有毒物質(zhì)(即極度危害)；氯、環(huán)氧乙烷、1，3-丁二烯、乙苯、苯乙烯、乙醇胺、硫化氫、硝基苯等屬于二級有毒物質(zhì)(即高度危害)，具有較高的毒性；苯乙烯、甲醇、環(huán)氧丙烷、甲苯、二甲苯、甲醇等屬于三級有毒物質(zhì)(即中毒危害)。

1.1.2 生產(chǎn)工藝與設(shè)備

(1)工藝條件苛刻，降低設(shè)備壽命。生產(chǎn)工藝具有高溫高壓等的特點，部分工藝需要用到強酸強堿等，其具有強烈的腐蝕性，會降低承載物料的管道、設(shè)備等的使用壽命，可能因此誘發(fā)風(fēng)險事故。當(dāng)設(shè)備管道因被長期腐蝕或承受高溫高壓作用而壁厚變薄變脆，若檢修不及時，受壓容器和設(shè)備可能會發(fā)生泄漏，如果未及時發(fā)現(xiàn)或者處置不當(dāng)則有可能釀成火災(zāi)爆炸等更大的事故，對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。更有企業(yè)為降低生產(chǎn)成本而使用不合規(guī)的廉價設(shè)備材料，更進一步增大了這種風(fēng)險。

(2)設(shè)備種類繁多，需周期性維護保養(yǎng)。石化企業(yè)設(shè)備器械種類很多，如反應(yīng)器和反應(yīng)塔、加熱爐、換熱器、壓縮機、各種風(fēng)機、輸送泵以及儲罐等，需要周期性維護保養(yǎng)，否則也容易引起不正常運行，導(dǎo)致生產(chǎn)安全事故、毒害物料泄漏等嚴(yán)重的環(huán)境風(fēng)險事故。

(3)裝置大型化生產(chǎn)集中化，對員工有更高要求。近年來石化生產(chǎn)規(guī)模越來越大。國有企業(yè)中大連石化原油加工能力約2 050 萬噸/年，鎮(zhèn)海煉化原油加工能力約2 300 萬噸/ 年[4]，民營企業(yè)中恒力石化原油加工能力約2 000 萬噸/年，盛虹煉化原油加工能力為1 600 萬噸/年。大型石化企業(yè)煉油和化工加起來一個廠區(qū)有幾十套裝置，和多個油品化學(xué)品儲罐。各生產(chǎn)裝置具有高度自動化、連續(xù)化等特點，生產(chǎn)過程中儲存輸送物料量巨大，牽一發(fā)動全身。同時對操作人員有了更高要求，誤操作、違規(guī)操作和巡檢疏忽都可能會導(dǎo)致事故發(fā)生。歷史上，因工作人員責(zé)任心不強、違反操作規(guī)程等原因造成的中毒事故和環(huán)境污染事故屢見不鮮。如2015 年7 月在山東日照發(fā)生的一起事故，倒罐無人監(jiān)守致使液化石油氣泄漏著火、并引發(fā)多個罐體爆燃。

石化企業(yè)的環(huán)境風(fēng)險構(gòu)成如圖2 所示。

圖2 石化企業(yè)的環(huán)境風(fēng)險構(gòu)成

1.2 環(huán)境敏感性

由于粗放式經(jīng)濟發(fā)展模式的歷史局限性，以前人們片面追求經(jīng)濟發(fā)展而對城市發(fā)展規(guī)劃布局和生態(tài)環(huán)境保護等問題重視不夠，再加上近年來我國的快速城鎮(zhèn)化，城市發(fā)展規(guī)模的不斷擴大等因素，一定程度上制約了部分煉化企業(yè)現(xiàn)階段的生存發(fā)展空間。

如位于陜西省的某煉化企業(yè)，毗鄰重要的水源保護地渭河，同時由于城市發(fā)展規(guī)模壯大不斷擴大周圍的土地，使得該煉廠周邊現(xiàn)為較為密集的居民區(qū)。地處于環(huán)境高度敏感區(qū)制約了企業(yè)的發(fā)展規(guī)模，同時對企業(yè)的安全環(huán)保管理水平提出了更為嚴(yán)苛的要求[5]。

好在近年來這種狀況有所好轉(zhuǎn)，化工企業(yè)退城入園，新建石化項目規(guī)劃遠(yuǎn)離居民區(qū)、學(xué)校醫(yī)院、自然資源保護區(qū)等環(huán)境敏感目標(biāo)，既拓寬了企業(yè)發(fā)展路徑又降低了環(huán)境與安全風(fēng)險。

環(huán)境敏感目標(biāo)分類如表1 所示。

表1 環(huán)境敏感目標(biāo)分類

1.3 事故致因及演化過程分析

通常情況下，物料泄漏是蒸氣擴散、火災(zāi)爆炸、中毒等事故的前提。在工藝裝置和儲罐區(qū)，設(shè)備管道固有缺陷、工藝條件和自然災(zāi)害等外在因素，以及人員操作失誤等原因都可能引起物料泄漏。引起物料泄漏的主要原因歸納為圖3 所示。

圖3 泄漏致因事件樹分析

可燃物料發(fā)生泄漏后的擴散過程中，被點火源點燃會發(fā)生火災(zāi)爆炸等二次事故。其演化過程與泄漏物質(zhì)的相態(tài)和理化性質(zhì)、泄漏模式、點火方式有關(guān)。通過以石化企業(yè)物料泄漏為初因事件進行故障樹分析，每種特定性質(zhì)的物料泄漏后果演化的事故場景如圖4 和圖5 所示。

圖4 液化氣體、可燃?xì)怏w泄漏故障樹分析

圖5 可燃液體泄漏故障樹分析

1.4 污染物影響環(huán)境途徑

石化企業(yè)典型的環(huán)境風(fēng)險事故包括有毒有害物料泄漏擴散和火災(zāi)爆炸引發(fā)的二次污染，它們造成危害和影響環(huán)境的途徑有所不同。

(1)毒物泄漏擴散事故

氣態(tài)的有毒有害物質(zhì)發(fā)生泄漏(如硫化氫和氯氣)，若處于受限空間空氣流通不暢或氣象條件穩(wěn)定有毒物質(zhì)難以擴散，容易導(dǎo)致在區(qū)域內(nèi)毒物濃度快速上升，會對在此區(qū)域內(nèi)活動的人員生命安全構(gòu)成巨大威脅；若泄漏點處于開放空間，泄漏后沒有及時發(fā)現(xiàn)并進行堵漏操作，污染物向周圍擴散會影響較大范圍的大氣環(huán)境質(zhì)量，對更大范圍內(nèi)的生物健康造成影響[6]。可燃?xì)怏w泄漏接觸到火源可能產(chǎn)生噴射火和閃火，如果濃度達到氣體的爆炸極限，則可能發(fā)生爆炸。

液態(tài)的有毒有害物質(zhì)發(fā)生泄漏，若污染物突破三級防控體系進入廠界外環(huán)境甚至流入地表水體，可能造成相關(guān)河流水質(zhì)急劇惡化污染物超標(biāo)，水體內(nèi)魚類等生物大量死亡。此外，還會污染地下水，影響周邊居民生產(chǎn)生活用水，社會影響惡劣，同時后期生態(tài)恢復(fù)難度大，耗費時間長。易燃液體泄漏后遇點火源可能產(chǎn)生池火。

(2)火災(zāi)事故

當(dāng)石油化工產(chǎn)品物料著火時，火焰溫度高，火勢迅速蔓延，會對火源周圍的人員和設(shè)備造成巨大威脅[7]。火災(zāi)風(fēng)險主要危害包括以下幾個方面：

①熱輻射。輕烴燃燒釋放大量的輻射熱，不僅危及火區(qū)周圍人員的生命安全，由于溫度升高會降低周圍臨近設(shè)備的強度，引發(fā)多米諾效應(yīng)將導(dǎo)致新的災(zāi)難和事故。

②濃煙。油品著火會散發(fā)大量濃煙，它不僅含有大量熱量，還含有蒸汽、有毒氣體和分散的固體顆粒，對周圍人員的人身安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，對周邊大氣環(huán)境質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。

③消防廢水。消防救援滅火過程中會產(chǎn)生大量的消防廢水，其中會混合大量有毒有害物質(zhì)和化學(xué)品。如果廢水未經(jīng)處理就從雨水排放系統(tǒng)排放到外部水環(huán)境，則存在水污染風(fēng)險[8]。

(3)爆炸事故

急劇燃燒產(chǎn)生的熱量來不及散失，溫度迅速上升，氣體由于高熱而迅速膨脹發(fā)生爆炸。爆炸影響周圍環(huán)境的途徑主要為爆炸震蕩、沖擊波和產(chǎn)生新火災(zāi)。

1.5 環(huán)境風(fēng)險事故統(tǒng)計

圖6中，對石化企業(yè)的100 起特大型事故統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)罐區(qū)的事故率最高，達16.8%。分析其原因，罐區(qū)儲存危險化學(xué)品的量巨大。特別是大型石化企業(yè)的原料油和成品油罐組以及國家原油戰(zhàn)備儲庫等，現(xiàn)階段國內(nèi)大型原油儲罐的單罐容積已經(jīng)高達10 萬～15 萬m3。目前世界上最大的地上浮頂儲油罐為24 萬m3。所以罐區(qū)一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，將是非常嚴(yán)重的災(zāi)難，火勢難以控制，救援難度大，經(jīng)濟損失嚴(yán)重，其次生污染物對環(huán)境的污染也最為嚴(yán)重[9]。

圖6 國外特大型事故按裝置統(tǒng)計

從圖7 歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可以看出，閥門管道泄漏是事故的最常見原因，如“11·22”黃島輸油管道爆炸事故根本原因就是原油管道泄漏，最終火花引爆油氣釀成慘劇。特大型火災(zāi)爆炸事故原因還包括泵設(shè)備故障和操作失誤。此外，由于儀表電氣失控而導(dǎo)致火災(zāi)報警失效是造成嚴(yán)重事故后果的主要原因之一。反應(yīng)失控同樣具有很大危險性，如歷史上發(fā)生過多起的溫度壓力上升過快導(dǎo)致硝酸胍反應(yīng)失控最終發(fā)生著火爆炸事故。

圖7 特大型火災(zāi)爆炸事故原因統(tǒng)計圖

2 風(fēng)險防控措施

對石化企業(yè)的常見事故，一方面應(yīng)想辦法降低事故發(fā)生的概率從源頭上進行遏制；另一方面應(yīng)著手降低事故后果危害。具體措施如表2 所示。

表2 石化企業(yè)風(fēng)險防控措施

(1)降低事故發(fā)生概率。海因里希的安全法則給了我們一個警告：要防范化解重大事故，必須首先減少和消除無傷害事故，并注意事故苗頭和未遂事故，以消除安全隱患[10]。這些潛在的安全隱患是引發(fā)事故的重要因素。降低事故發(fā)生概率應(yīng)防止人員的不安全行為，消除物體和機械的不安全狀態(tài)。如：在起重機吊著的重物下停留，在沒有發(fā)出信號的情況下啟動機器，以及在工作時間玩耍打鬧都是人的不安全行為；傳動裝置未設(shè)置防護、帶電體裸露在外環(huán)境、照明不良等都屬于物的不安全狀態(tài)。

(2)降低事故后果危害。如減小單個裝置的危險化學(xué)品容量或降低單個?；穬薜膬α?，但這一方法可操作性不強，因為與企業(yè)運行的經(jīng)濟性相違背(裝置設(shè)施規(guī)?；笮突山档蜕a(chǎn)成本同時便于管理)，實際操作中應(yīng)在安全性與經(jīng)濟性兩者之間取得平衡。降低事故后果的危害還應(yīng)做好防控設(shè)施(如水環(huán)境風(fēng)險三級防控體系和事故應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng))和應(yīng)急方面的工作(如應(yīng)急體系規(guī)劃、應(yīng)急預(yù)案演練、應(yīng)急物資儲備等)。

3 結(jié)語

本文首先分析了石化企業(yè)物料及工藝系統(tǒng)危險性、部分企業(yè)環(huán)境制約發(fā)展現(xiàn)狀，然后對環(huán)境風(fēng)險事故的致因、演化過程及污染物影響環(huán)境的途徑進行梳理，最后統(tǒng)計相關(guān)歷史事故數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上針對石化企業(yè)特點，統(tǒng)籌事故發(fā)生全過程，從降低發(fā)生概率和減小后果危害兩方面入手，提出了涵蓋11 條具體措施的系統(tǒng)性環(huán)境風(fēng)險防控對策，對石化企業(yè)健康綠色可持續(xù)發(fā)展有一定指導(dǎo)作用。在今后的研究中還可從11 個對策的細(xì)化實施方面進行完善，如各應(yīng)急救援過程中的各方的聯(lián)動機制優(yōu)化，怎樣充分發(fā)揮各方力量做到1+1 ＞2；應(yīng)急資源儲備如何做到“發(fā)生事故時夠用”和“不過多儲備浪費資源”的平衡等。