石油化工企業(yè)危險廢物廠內(nèi)風(fēng)險管控技術(shù)研究及應(yīng)用

王 剛

(中國石油化工股份有限公司天津分公司,天津 300270)

0 前言

危險廢物是指列入國家危險廢物名錄或根據(jù)國家規(guī)定的危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和鑒別方法認(rèn)定的具有危險特性的固體廢物。石化企業(yè)的危險廢物多為有機(jī)或無機(jī)化學(xué)品,具有腐蝕性、易燃性等危險特性,管理不當(dāng)可能會對環(huán)境、人類健康甚至社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展造成重大危害[1]。2019年,江蘇響水“3·21”特大事故就是由于危險廢物貯存風(fēng)險控制不到位造成的[2]。近年來,全球廢棄物管控的對策視點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)移到潛在廢棄物和前端廢棄物減量化的過程控制上,資源利用模式由“原料-產(chǎn)品-廢棄物”的單向運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸?產(chǎn)品-原料”的循環(huán)運(yùn)行[3],這必然導(dǎo)致廢棄物在廠內(nèi)貯存時空的增加。據(jù)統(tǒng)計,石油化工有危險廢物近400種,在交由外委單位合規(guī)運(yùn)輸出廠或下游企業(yè)點(diǎn)對點(diǎn)豁免利用之前,通常要在廠內(nèi)貯存一段時間,存在環(huán)境安全風(fēng)險[4-6]。部分企業(yè)由于建成年代較早,危險廢物貯存庫存在廢氣收集處理設(shè)施、廢液導(dǎo)流溝防滲措施不完善等問題。此外,因信息傳遞不暢、管理水平不高等帶來的風(fēng)險更值得關(guān)注[7]。

1 石化企業(yè)危險廢物管理存在的主要問題及風(fēng)險

1.1 企業(yè)重視程度不夠

部分企業(yè)對危險廢物出廠前的風(fēng)險認(rèn)識不足,將危險廢物貯存庫當(dāng)作普通倉庫看待,對巡檢內(nèi)容、庫內(nèi)勞保著裝要求不嚴(yán)格。危險廢物管理人員專業(yè)能力不足,貯存庫管理人員對接收的每批廢物的危險特性并不了解,容易出現(xiàn)危險廢物混存等問題。

根據(jù)對石化行業(yè)116座危險廢物貯存庫的調(diào)研分析發(fā)現(xiàn),有超過一半的危險廢物庫位于企業(yè)生產(chǎn)區(qū)域之外,入庫所需辦理的手續(xù)和培訓(xùn)教育較入廠而言要簡單得多。近80%危險廢物庫的管理部門是企業(yè)的儲運(yùn)車間,管理人員和巡檢人員不了解基本的混存禁忌。調(diào)查問卷分析情況如表1。

表1 危險廢物貯存庫管理現(xiàn)狀分析

1.2 危險廢物貯存隱患不明

由于環(huán)境或危險廢物自身屬性的變化,貯存過程中可能發(fā)生局部升溫、產(chǎn)生揮發(fā)性氣體等情況,進(jìn)而引發(fā)安全環(huán)保事故。針對局部升溫問題,“3·21”事故的發(fā)生就是因?yàn)橘A存在庫內(nèi)的硝化廢料超期存放,失水積熱后升溫燃燒,進(jìn)而引起爆炸,當(dāng)時庫內(nèi)沒有安裝溫濕度監(jiān)測儀表。針對揮發(fā)性氣體,目前的普遍做法是安裝揮發(fā)性有機(jī)氣體報警器、H2S報警器或可燃?xì)鈭缶鳌８鶕?jù)對3家原油加工能力大于1 000×104t/a的煉油企業(yè)危險廢物貯存庫的現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn),各庫內(nèi)均無溫濕度監(jiān)測儀表或傳感器,其他已安裝的報警器近3年來報警次數(shù)也均為0。排除儀表故障的可能,說明貯存空間內(nèi)并無相關(guān)氣體能夠達(dá)到檢測濃度,此項(xiàng)預(yù)防措施并不能完全起到預(yù)期效果。實(shí)際上,由于危險廢物貯存過程的安全風(fēng)險并未開展過系統(tǒng)評估,相關(guān)管理人員并不掌握其風(fēng)險狀態(tài)。

1.3 危險廢物管理不規(guī)范

部分企業(yè)將危險廢物混入建筑垃圾或生活垃圾,將廢油桶與物資共同收集存放。有的企業(yè)未對性質(zhì)不確定的固體廢物開展屬性鑒別,或委托無資質(zhì)的單位進(jìn)行危險廢物處置。個別企業(yè)通過施工合同的方式,對危險廢物進(jìn)行外委處置,但雙方均未履行全過程監(jiān)管職責(zé)。在企業(yè)內(nèi)部,存在危險廢物包裝物標(biāo)簽錯誤或不張貼標(biāo)簽、填寫信息不全或填寫類別與實(shí)際不符等問題。上述問題雖然看起來都是管理類問題,但可歸結(jié)為因信息傳遞不暢導(dǎo)致部分責(zé)任人未掌握相關(guān)信息所導(dǎo)致的問題。

2 危險廢物貯存風(fēng)險管控措施

2.1 建立危險廢物貯存風(fēng)險評估指標(biāo)體系

根據(jù)《危險化學(xué)品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》(國家總局令第40號)第九條要求,特定重大危險源應(yīng)按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用定量風(fēng)險評價方法進(jìn)行安全評估。已有學(xué)者開展了相關(guān)研究并取得了較好效果。辛保泉,等[8]通過研究證明,基于風(fēng)險可接受基準(zhǔn)和抗爆設(shè)防要求建立定量風(fēng)險評估方法是一種較好的解決方案。郭虎城,等[9]通過采用重大風(fēng)險源區(qū)域定量風(fēng)險評估方法對液氨罐區(qū)進(jìn)行模擬評估,并給出了防護(hù)建議。劉洪波,等[10]采用Fluent軟件模擬工業(yè)危險廢物貯存間內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)氣體的空間分布及有害氣體擴(kuò)散,并對員工的健康風(fēng)險開展評價。

將某一特定事故的風(fēng)險表示為事故后果和事故發(fā)生頻率的函數(shù),如公式(1)所示。根據(jù)風(fēng)險值的不同,將風(fēng)險級別劃分為4級,如表2所示。

表2 風(fēng)險源級別和風(fēng)險值(H)的對應(yīng)關(guān)系

H=F(s,c,f)

(1)

式中:H——風(fēng)險值;

s——設(shè)定的事故模式;

c——估計的事故后果;

f——估計的事故頻率。

根據(jù)評估結(jié)果,如果風(fēng)險達(dá)到2級或1級,則需確定主要風(fēng)險源,列出主要風(fēng)險貢獻(xiàn)危險源的風(fēng)險降低措施,并應(yīng)用成本-效益方法進(jìn)行分析[11],以確定檢修、改造時需處理的風(fēng)險源。降低后果和(或)頻率也是對風(fēng)險的降低,風(fēng)險降低措施的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,從技術(shù)措施、操作措施和組織管理措施等方面篩選,以減小風(fēng)險的總體后果。

為客觀評價危險廢物貯存庫的綜合管理水平,應(yīng)用層次分析法(AHP)[12,13]從法律法規(guī)相符性、危險廢物屬性及防控措施完善性3個維度建立了危險廢物貯存風(fēng)險評估指標(biāo)體系。其中,法律法規(guī)相符性主要考慮管理制度、綜合利用、臺賬和環(huán)評手續(xù)等內(nèi)容;危險廢物屬性主要考慮理化性質(zhì)和日常管理等內(nèi)容;防控措施完善性主要考慮監(jiān)控措施、消防措施、防爆措施和貯存容器等內(nèi)容。

依據(jù)上述評價指標(biāo)體系,對116座危險廢物庫開展調(diào)研分析,得出了管理制度、綜合利用、貯存容器等10個方面的行業(yè)最好水平和平均水平,詳見圖1。圖中的4個淺灰色雷達(dá)環(huán)分別為化學(xué)品倉儲領(lǐng)域在上述10個方面的量化風(fēng)險級別,風(fēng)險級別從內(nèi)至外逐漸降低,若處于二級風(fēng)險以上,則不可接受。

圖1 石化行業(yè)危險廢物綜合管理水平現(xiàn)狀

由圖1可以看出,在管理制度、臺賬、危險廢物屬性和防爆措施方面,行業(yè)整體處于同一水平,這主要是因?yàn)槭袠I(yè)危險廢物管理制度明確,危險廢物貯存庫內(nèi)的危險廢物種類相對較少,且大多不具燃爆特性。其余6個方面是改進(jìn)重點(diǎn)。從行業(yè)平均水平來看,監(jiān)控措施和危險廢物管理2類風(fēng)險均處于不可接受區(qū)間,這主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)企業(yè)并不了解危險廢物的混存禁忌,只依靠人員進(jìn)行管理。

2.2 構(gòu)建安全貯存規(guī)則

盡管危險廢物相容性問題已在GB 18597《危險廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》、HJ 2025《危險廢物收集貯存運(yùn)輸技術(shù)規(guī)范》甚至《化學(xué)化工大辭典》被提及,但針對此問題開展的研究并不多。盧志強(qiáng)[14]在針對工業(yè)危險廢物管理的研究中,對幾種不相容廢物進(jìn)行了舉例,但這些普適性的規(guī)則對石化行業(yè)危險廢物的參考意義不大。為此,本研究依據(jù)《國家危險廢物名錄(2021版)》,針對石油化工企業(yè)的危險廢物,建立了《中國石化危險廢物清單》,并參考?；钒踩卜?wù)互聯(lián)網(wǎng)平臺和GB 15603—1995《常用?；焚A存通則》中的相關(guān)參數(shù),設(shè)計開發(fā)了適用于石油化工企業(yè)的危險廢物貯存規(guī)則,包含基于產(chǎn)生源的危險廢物相容性規(guī)則、承載容器規(guī)則和一般性規(guī)則3方面,部分規(guī)則示例見表3。同時,構(gòu)建了法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)及其他要求數(shù)據(jù)庫,進(jìn)一步支撐危險廢物貯存風(fēng)險判定。

表3 石油化工企業(yè)危險廢物貯存規(guī)則示例

2.3 應(yīng)用電子標(biāo)簽

射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID),又稱電子標(biāo)簽,可通過閱讀器與標(biāo)簽之間進(jìn)行非接觸式的數(shù)據(jù)通信,達(dá)到識別目標(biāo)的目的。由于標(biāo)簽重量輕、可標(biāo)記、易部署等特性,已成為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的核心技術(shù)之一[15],廣泛應(yīng)用倉儲物流[16]、視覺識別[17]、城市生活垃圾管理[18]乃至礦難事故預(yù)警[19]等領(lǐng)域。將RFID技術(shù)應(yīng)用于危險廢物管理領(lǐng)域可從根本上解決因信息傳遞不暢導(dǎo)致的危險廢物數(shù)量不清、風(fēng)險不明等問題,特別是搭配危險廢物庫入口的天線和智能地磅[20],能夠?qū)崿F(xiàn)出入庫實(shí)時報警和后臺數(shù)據(jù)自動更新,降低了對庫管員的專業(yè)能力要求,見圖2。

圖2 基于RFID的危險廢物廠內(nèi)管控流程

2.4 搭建危險廢物智能管控平臺

危險廢物智能管控平臺涉及數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)、視頻識別技術(shù)和RFID技術(shù)。DSP處理器通過危險廢物包裝上的電子標(biāo)簽、貯存庫內(nèi)溫濕度計和各類現(xiàn)場報警器采集信息,經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成信號處理,再經(jīng)過預(yù)設(shè)算法(對比安全貯存規(guī)則)開展量化風(fēng)險計算,輸出結(jié)果通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為中控大屏的顯示信息。RFID的應(yīng)用主要是采用基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)方法[21],使用防爆云攝像機(jī)和內(nèi)置視頻識別算法模型的移動式分析盒子,實(shí)現(xiàn)對部分可視化風(fēng)險進(jìn)行預(yù)判和報警。RFID技術(shù)主要用于信息傳遞,可實(shí)現(xiàn)腐蝕環(huán)境下危險廢物的“一包一碼”。整個平臺包括信息采集單元、數(shù)據(jù)處理單元和展示控制單元,如圖3所示。

圖3 危險廢物智能管控平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 危險廢物貯存風(fēng)險管控方案實(shí)際應(yīng)用

3.1 量化風(fēng)險評估

依據(jù)量化風(fēng)險評估方法,結(jié)合企業(yè)運(yùn)行情況,對某企業(yè)危險廢物貯存庫進(jìn)行評估,對6個作業(yè)部的近30套裝置制定了危險廢物清單,依據(jù)環(huán)境條件設(shè)定了報警閾值,依據(jù)屬地法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)建立了合規(guī)性數(shù)據(jù)庫,明確了包括個人風(fēng)險基準(zhǔn)和社會風(fēng)險基準(zhǔn)在內(nèi)的風(fēng)險基準(zhǔn),使企業(yè)危險廢物貯存庫的風(fēng)險狀態(tài)每日動態(tài)更新,風(fēng)險評價結(jié)果向各級相關(guān)管理人員推送。

3.2 應(yīng)用電子標(biāo)簽構(gòu)建安全貯存規(guī)則

RFID技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決危險廢物信息傳遞不暢的問題,杜絕由此帶來的危險廢物數(shù)量不清、超期存放、錯誤混存等問題。實(shí)施危險廢物“一包一碼”,可確保危險廢物在廠內(nèi)全生命周期受控。經(jīng)過企業(yè)近6個月的運(yùn)行實(shí)施,雖然部分標(biāo)簽不可回收,每噸危險廢物處置成本增加0.5～3元,但電子標(biāo)簽信息可與后臺數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián),各口徑所需的危險廢物數(shù)量實(shí)時更新,實(shí)現(xiàn)了危險廢物監(jiān)管精細(xì)化,確保上報信息的準(zhǔn)確和及時。

同時,通過電子標(biāo)簽信息與安全貯存規(guī)則的實(shí)時比對,從產(chǎn)生、入庫和貯存3個環(huán)節(jié)確保不相容危險廢物管控,杜絕安全隱患。在產(chǎn)生環(huán)節(jié),裝置填報危險廢物相關(guān)信息、預(yù)估重量并提出申請,系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫中安全貯存規(guī)則與實(shí)際貯存情況進(jìn)行比對,協(xié)助管理部門進(jìn)行審批。審批通過后,庫管員再對入庫物質(zhì)和標(biāo)簽信息進(jìn)行比對,定期盤庫。

3.3 危險廢物智能管控平臺

搭建的危險廢物智能管控平臺可實(shí)現(xiàn)動態(tài)計算風(fēng)險值,報警并推送管控提示。經(jīng)過1個月的試運(yùn)行,庫內(nèi)共報警21次,其中溫濕度報警9次、不相容預(yù)警7次、混存報警3次、泄漏報警1次、超期報警1次。

這21次報警與平臺應(yīng)用前企業(yè)相關(guān)報警器3年內(nèi)0次報警形成了強(qiáng)烈反差,說明危險廢物智能管控平臺具有較好的實(shí)際效果。

在接到預(yù)報警后,相關(guān)人員會同步接收到系統(tǒng)的建議性提示,這些提示主要包括3方面內(nèi)容:一是安環(huán)部管理人員在接到裝置提報的入庫申請后,能夠同時接到系統(tǒng)的分析提示,告知庫內(nèi)是否有不相容廢物;二是庫管員在接收貨物時,使用RFID手持機(jī)掃描包裝上的電子標(biāo)簽,便可獲知該包裝內(nèi)危險廢物的信息提示,從而確認(rèn)是否與實(shí)際相符;三是在危險廢物庫正常使用過程中,系統(tǒng)還會根據(jù)庫內(nèi)危險廢物的貯存時間、溫濕度、各類報警信息隨時向各級管理人員推送管控建議提示,確保整個貯存環(huán)節(jié)的風(fēng)險處于受控狀態(tài)。平臺上線運(yùn)行后,該企業(yè)危險廢物貯存風(fēng)險、報警次數(shù)和平均響應(yīng)時間詳見圖4。

圖4 企業(yè)危險廢物管控平臺運(yùn)行效果

如圖4所示,平臺上線初期報警頻發(fā),前20天共發(fā)生預(yù)警報警21次,運(yùn)行一周后,報警數(shù)量顯著降低,從前7天的平均每天2次降至后14天的平均每天0.5次,說明平臺應(yīng)用后,對相關(guān)人員的提示起到了很好的效果。此外,平均響應(yīng)時間逐步增加,從前7天的0.4 h/次增至后21天的1.6 h/次,響應(yīng)時間的增加說明操作人員在獲得同類建議后,主觀判斷風(fēng)險不高,出現(xiàn)懈怠的情況,這也是平臺下一步改進(jìn)的方向。

4 應(yīng)用效果分析

企業(yè)應(yīng)用量化風(fēng)險評估方法、RFID技術(shù)和危險廢物智能管控平臺后,危險廢物綜合管理水平顯著提升,危險廢物庫整體風(fēng)險級別從2級降至4級(圖5)。

圖5 企業(yè)應(yīng)用相關(guān)技術(shù)前后綜合水平對比

在10項(xiàng)指標(biāo)中,危險廢物管理和監(jiān)控措施2項(xiàng)從2級風(fēng)險降至4級風(fēng)險,達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。綜合利用、環(huán)評手續(xù)和防爆措施維持在3級風(fēng)險。管理制度、臺賬、危險廢物屬性、消防措施和貯存容器仍維持在4級風(fēng)險,整體風(fēng)險水平均處于可接受范圍,同時使企業(yè)明確了下一步的改進(jìn)方向。