某石化企業(yè)潛在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別研究

文章編號(hào)：1674-6139（2025）07-0189-06

中圖分類號(hào)：X820.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Identification of Potential Risks in APetrochemical Enterprise

Meng Chao

（HeilongjiangProvincial Institute of Environmental Science，Harbin 15oo9o，China）

Abstract：Thefrequentoccurrenceofenvironentaliskdisastersndaidentsasraduallyshiftedpeople'sttentionfronoal eventstoriskasessmentandresearchonthpotentialimpactofacidentaleventsontheenvironentAsakeyindustryrelatedtonationaleconomdopleslveloderoicalectseaeeocusfoalssmntine theirproductiogdrspooessoigfaabllosieoxicdfulsbacssal calprojectrdeezenedrogatiotechologasecoeearchotspotindebeneneroceinguetsodalit highyield，andmnialwasteTisrticleisainlyasedonthetoryndetodsofviomentaliskdentificatioinoh calprojects.TakingtheOOtos/yarudebnzenehrogeationproectasanexaple，theapicationresearchofpotentialenironmentalriskdentificationisaedoutTepuposeistogaspteiskcharacteristisofcudeenzenehdrogeationprojectsnd provide scientific basis for environmental risk management of related enterprises.

Key words：environmentalrisk identification；hydrogenationofcrude benzene；identificationof major hazards

前言

突發(fā)環(huán)境事件是指突然發(fā)生、造成或可能造成環(huán)境污染或生態(tài)破壞，危及人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，影響社會(huì)公共秩序，需要采取緊急措施予以應(yīng)對(duì)的事件[1]。石化企業(yè)因生產(chǎn)工藝復(fù)雜、涉及有毒有害、易燃易爆物料較多[2]，它們又多以氣體和液體狀態(tài)存在，極易發(fā)生泄漏和揮發(fā)，造就潛在的風(fēng)險(xiǎn)源項(xiàng)，事故狀態(tài)下往往與爆炸、火災(zāi)相互引發(fā)且發(fā)展迅猛，使大量有毒化學(xué)品迅速外泄，對(duì)人體造成傷害，其經(jīng)濟(jì)后果和環(huán)境后果不堪設(shè)想。通過風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，可全面了解企業(yè)存在的潛在危險(xiǎn)和可能引發(fā)的后果，并制定相應(yīng)防控措施。

1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

1.1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的范圍

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是指風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生前，人們運(yùn)用不同的方法系統(tǒng)地、連續(xù)地認(rèn)識(shí)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)可能性并分析風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生的潛在的原因。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的內(nèi)容

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的內(nèi)容包括：資料的收集和準(zhǔn)備，物質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，生產(chǎn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)事故進(jìn)行分析。

1.3 物料風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

此項(xiàng)目各裝置在生產(chǎn)過程中使用的原輔料及中間產(chǎn)品項(xiàng)目大多為易燃、易爆、有毒物質(zhì)，主要有苯、甲苯、二甲苯、氫氣、甲醇。以上物質(zhì)均屬于國家《危險(xiǎn)化學(xué)品名錄》（2022調(diào)整版）中規(guī)定的危險(xiǎn)化學(xué)品，苯屬于I級(jí)毒物（極度危害物質(zhì)），甲苯、二甲苯、甲醇屬于中度危害物質(zhì)；氫氣屬于易燃?xì)怏w；甲醇、甲苯屬于易燃液體;二甲苯屬于可燃液體。通過對(duì)此項(xiàng)目涉及物質(zhì)的有毒有害、易燃易爆性質(zhì)的分析及對(duì)環(huán)境可能產(chǎn)生的影響，確定苯、二甲苯、甲醇為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子。

1.4生產(chǎn)過程潛在危險(xiǎn)性識(shí)別

1.4.1 制氫裝置風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

此項(xiàng)目采用甲醇裂解及變壓吸附（PSA）制氫系統(tǒng)，從裂解甲醇提取氫氣作為粗苯加氫的原料氣。甲醇是一種易燃易爆有毒的氣體，一旦發(fā)生泄漏，將發(fā)生火災(zāi)、爆炸及中毒事故，產(chǎn)生原因如下：設(shè)備在運(yùn)行過程中，由于疲勞損傷、腐蝕以及結(jié)構(gòu)和材料的缺陷等產(chǎn)生故障或泄露，由此帶來火災(zāi)、爆炸以及急性中毒的危險(xiǎn)性；存在點(diǎn)火源，機(jī)器軸承磨擦發(fā)熱、工具敲擊起火；未使用防爆電器、開關(guān)，電氣設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行，亂拉臨時(shí)電源;易燃設(shè)備管道沒有靜電良好接地或輸送易燃?xì)怏w流速過大，防雷保護(hù)裝置不完善；有導(dǎo)致火災(zāi)爆炸的物質(zhì)條件，如未進(jìn)行濃度測(cè)定和含氧分析；生產(chǎn)工藝控制不好，如壓力未在工藝要求范圍內(nèi)。

1.4.2粗苯加氫裝置風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

粗苯加氫裝置包括加氫精制、預(yù)精餾、萃取蒸餾、二甲苯蒸餾工藝過程。工藝上有中溫、中壓、臨氫的特點(diǎn)，物料大部分為甲類危險(xiǎn)品，具有毒性，發(fā)生的主要原因如下：設(shè)備、管線、法蘭、閥門選材不當(dāng)，焊口不良，連接件密封不良等，因腐蝕發(fā)生泄漏，引發(fā)火災(zāi)、爆炸及中毒事故；粗苯原料中不飽和化合物在溫度升高過程中，極易結(jié)焦聚合，造成蒸發(fā)器堵塞，如未及時(shí)清理，易引發(fā)中毒事故;控制系統(tǒng)故障、操作失誤或違章作業(yè)使系統(tǒng)失衡。

1.4.3 貯罐區(qū)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

罐區(qū)有粗苯、甲醇、甲苯、二甲苯儲(chǔ)罐等，均為易燃液體且有毒性。造成貯罐泄漏的原因有：貯罐與外部管線相連的閥門、法蘭、人孔以及排污孔等安裝質(zhì)量差；貯罐底板焊接不良、罐基礎(chǔ)下沉、地震破壞導(dǎo)致罐體發(fā)生變形、裂縫;罐體、附件或管線腐蝕過度、密封系統(tǒng)性能不良；儀表失靈導(dǎo)致物料從貯罐頂部溢出；違章檢修操作等。點(diǎn)火能量產(chǎn)生的原因有：違章動(dòng)火、機(jī)動(dòng)車打火、介質(zhì)流動(dòng)沖擊產(chǎn)生靜電、人體靜電、雷擊、電氣火花、碰撞火花、熱輻射等。

1.5 潛在事故分析

該項(xiàng)目各生產(chǎn)單元可能發(fā)生的事故有設(shè)備的管道、連接器、閥門、壓力容器或泵、壓縮機(jī)、儲(chǔ)罐等損壞裂口。苯、甲苯和二甲苯儲(chǔ)罐及管道、閥門等發(fā)生泄漏，與空氣混合達(dá)到爆炸極限，遇明火或引爆能量時(shí)極易發(fā)生事故。如果苯泄漏后未遇到點(diǎn)火源，沒有發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故，則苯蒸氣會(huì)擴(kuò)散到周圍乃至廠區(qū)以外，造成廠區(qū)周圍的居民發(fā)生中毒事故。

2 重大危險(xiǎn)源辨識(shí)

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》附錄中給出的危險(xiǎn)物質(zhì)臨界量和《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》（GB18218－2018）中規(guī)定，屬于該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)的危險(xiǎn)物質(zhì)苯、甲苯、二甲苯、甲醇和氫氣，在生產(chǎn)、使用或貯存過程中的數(shù)量一旦達(dá)到或者超過臨界量，其生產(chǎn)場(chǎng)所或貯存區(qū)就構(gòu)成重大危險(xiǎn)源。單元內(nèi)存在的危險(xiǎn)物質(zhì)為多品種時(shí)，則按《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》（GB18218－2018）中公式計(jì)算，若滿足該公式，則定為重大危險(xiǎn)源。

式（1）中， q₁，q₂…q_n —每種危險(xiǎn)物質(zhì)實(shí)際存在量，t;

Q₁，Q₂…Q_n —與各危險(xiǎn)物質(zhì)相對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)場(chǎng)所或貯存區(qū)的臨界量，t。

此項(xiàng)目中甲醇最大存放量為 396t ，苯 703t ，甲苯 866t ，二甲苯 430t ，氫氣 0.72t ，苯、甲苯均超出《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》（GB18218－2018）中所規(guī)定的臨界量，構(gòu)成重大危險(xiǎn)源。重大危險(xiǎn)源計(jì)算公式見式（2）：

396/500（甲醇） +703/50 （苯） +866/500 （甲苯）+430/5000 （二甲苯） +0.72/5 （氫氣） =16.814gt;1

此項(xiàng)目罐區(qū)危險(xiǎn)物質(zhì)的量超過臨界量，構(gòu)成重大危險(xiǎn)源。

3 源項(xiàng)分析

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中源項(xiàng)分析的主要內(nèi)容是確定最大可信事故發(fā)生概率及估算危險(xiǎn)化學(xué)品的泄漏量。

3.1 最大可信事故及其源項(xiàng)的確定

最大可信事故（Maximumcredibleaccident），是基于經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，在一定可能性區(qū)間內(nèi)發(fā)生的事故中，造成環(huán)境危害最嚴(yán)重的事故[3]。換句話說，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，在可能發(fā)生的事故狀況中，選擇環(huán)境影響最嚴(yán)重的事故作為最大可信事故進(jìn)行評(píng)價(jià)[4]。事故概率作為最大可信事故的表征，是事故發(fā)生的可能性，與環(huán)境、物質(zhì)的特性和設(shè)備等有關(guān)。根據(jù)實(shí)際情況，通過對(duì)危險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和分析，可以確定最大可信事故分為兩類：罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故和有毒物質(zhì)泄漏事故。采用事故樹法確定罐區(qū)火災(zāi)爆炸事故發(fā)生概率，采用通用統(tǒng)計(jì)概率確定有毒物質(zhì)泄漏事故發(fā)生概率。

3.1.1 火災(zāi)爆炸事故發(fā)生概率

3.1.1. 1 事故樹分析法

事故樹（FTA）也叫故障樹、失效樹，演繹地表示事故發(fā)生原因和其對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系的樹圖。事故樹分析是一種演繹推理法，并把系統(tǒng)可能發(fā)生的某種事故與導(dǎo)致發(fā)生的各種原因之間的邏輯關(guān)系用樹形圖表示[5]。事故樹分析法的基本流程一般分為準(zhǔn)備階段、定性分析階段、定量分析階段和安全性評(píng)價(jià)階段[6]

3.1.1.2 事故樹的建立

根據(jù)國內(nèi)儲(chǔ)罐爆炸事故的統(tǒng)計(jì)，經(jīng)整理和分析后建立事故樹圖，如圖1所示。故障樹的頂上事件為罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，基本事件共有15種，代號(hào)為 S01-S15。

3.1.1.3 最小割集

導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的基本事件的集合稱為割集，即造成危險(xiǎn)化學(xué)品事故發(fā)生的基本事件的集合，頂上事件發(fā)生的最低限度基本事件的集合為最小割集[7]。最小割集臺(tái)階數(shù)為2 的基本事件為S01S15；最小割集臺(tái)階數(shù)為3的基本事件分別為S02S01S11，S02S01S14，S03S01S11，S03S01S14，S04S01S14，S07S01S11，S07S01S14，S08S01S11，S08S01S14，S09S01S11，S09S01S14，S10S01S11，S10S01S14;最小割集臺(tái)階數(shù)為4的基本事件分別為S05S06S01S11，S05S06S01S14，S02S01S13S12。可以看出，導(dǎo)致儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸的最小基本事件組合有21個(gè)，即每一個(gè)組合的基本事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，都可導(dǎo)致頂上事件的發(fā)生。

3.1.1.4基本事件概率

各基本事件概率為：S01達(dá)爆炸極限 0.5308× 100，S15制冷裝置損壞 0.5257×100，S0 6避雷器失效 0.5257×100 ，S03維護(hù)時(shí)撞擊罐體 0.5257× 100，S13安全閥卸壓 0.105 1×10^-1 ，S08汽車未設(shè)防爆器或損壞 ?0.9670×10^-2 ，S11操作失誤0.777 5×10^-2 ，S12管線腐蝕 0.3887×10^-2 ，S04運(yùn)輸過程發(fā)生撞擊 0.3469×10^-2 ，S07電器不設(shè)防或防爆器損壞 ?0.2732×10^-2 ，S10 液體沖擊罐內(nèi)金屬突出物或金屬浮標(biāo) 0.1577×10^-2 ，S09 液體流速過快0.1156×10^-2 ，S05雷擊 0.1156×10^-2 ，S03密封件損壞 ，S02危險(xiǎn)區(qū)違章動(dòng)火 0.3889× 10^-3 。可以看出，S01（達(dá)爆炸極限）為發(fā)生概率最高的基本事件，其次是S15（制冷裝置損壞） .S06 （避雷器失效）和S03（維護(hù)時(shí)撞擊罐體）。

3.1.1.5 頂事件概率計(jì)算

頂事件概率計(jì)算方法是將事故樹經(jīng)布爾代數(shù)簡(jiǎn)化后，求得事故樹有 K 個(gè)最小割集。當(dāng) K 個(gè)割集彼此無重復(fù)時(shí)，則頂事件發(fā)生概率 g 計(jì)算見式2：

式（2）式（2）中， g- 頂事件發(fā)生率;Σ ——求概率和;Π ——求概率積;q_i 1 —i基本事件概率。

經(jīng)計(jì)算得到儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的概率為1.17×10^-4 次/a。

3.1.2泄漏事故發(fā)生概率

結(jié)合工程涉及的物料危險(xiǎn)性、事故統(tǒng)計(jì)資料及重大危險(xiǎn)源分析，企業(yè)大氣環(huán)境污染最大可信事故確定為粗苯、二甲苯、甲醇貯罐泄漏導(dǎo)致的蒸氣擴(kuò)散事故。由于風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生的不可預(yù)見性、引發(fā)事故的因素較多、污染物排放的差異，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事故概率及事故危害的定量化難度較大。根據(jù)《環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)用技術(shù)和方法》中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，目前國內(nèi)化工裝置典型事故風(fēng)險(xiǎn)概率在 1×10^-5/ 年左右，結(jié)合此項(xiàng)目實(shí)際情況，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)事故源項(xiàng)為粗苯、二甲苯、甲醇貯罐泄漏事故，概率為 1×10^-5/ 年。

3.2危險(xiǎn)化學(xué)品的泄漏量的確定

要通過確定泄漏時(shí)間及泄漏速率來進(jìn)行危險(xiǎn)化學(xué)品的泄漏量的計(jì)算。

泄漏量 Σ=Σ 泄漏時(shí)間 × 泄漏速率

危險(xiǎn)化學(xué)品的泄漏包括液體泄漏、氣體泄漏、兩相流泄漏和泄漏液體蒸發(fā)四種情況，要分別對(duì)前三種的泄露速率及第四種的蒸發(fā)量進(jìn)行計(jì)算。氣體泄漏速率按氣體流速分為兩種情況計(jì)算，即在音速范圍（臨界流）和亞音速范圍（次臨界流）的情況；假定液相和氣相是均勻的，且相互平衡，此時(shí)按兩相流泄漏計(jì)算。在蒸發(fā)的液體與液體總量的比值大于1的情況下，應(yīng)按氣體泄漏計(jì)算，此時(shí)表明液體全部蒸發(fā)成氣體；若二者比值很小，則說明液體蒸發(fā)量非常小，可近似地按液體泄漏計(jì)算[3]。泄漏液體的總蒸發(fā)量為閃蒸蒸發(fā)、熱量蒸發(fā)和質(zhì)量蒸發(fā)三種蒸發(fā)量的總合。過熱液體首先通過閃蒸散發(fā)一部分熱量，熱量降低到一定值后閃蒸結(jié)束，未蒸發(fā)液體在地面形成液池，吸收地面熱量氣化轉(zhuǎn)為熱量蒸發(fā)，而質(zhì)量蒸發(fā)則是指熱量蒸發(fā)結(jié)束后，液體表面氣體流動(dòng)使液體蒸發(fā)[3]。

此項(xiàng)目苯、二甲苯、甲醇是在常溫、常壓下貯存的，且苯、二甲苯和甲醇的沸點(diǎn)分別是 80.1^qC ，138.4% 和 64.8^°C ，因此，發(fā)生泄漏時(shí)一般不會(huì)發(fā)生閃蒸和熱量蒸發(fā)，而是在周圍形成液池，靠液池表面氣流運(yùn)動(dòng)使液體蒸發(fā)，以氣態(tài)形式進(jìn)入大氣并擴(kuò)散，所以研究只考慮質(zhì)量蒸發(fā)。

（1）液體泄漏速率 Q_L 按式（3）[3]進(jìn)行核算。

式（3）中， Q_L —液體泄漏速度， kg/s

C_d —一液體泄漏系數(shù)，按《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》表F.1選?。籄 —裂口面積， m² ：P —容器內(nèi)介質(zhì)壓力， Pa ·P₀ —環(huán)境壓力， Pa g 一重力加速度， 9.81m/s² h 一裂口之上液位高度， m ρ 中 -泄漏液體密度， kg/m³ 。

（2）質(zhì)量蒸發(fā)速度 Q₃ 按式（4）[3]核算。Q3 =a×p × M/（R× T）×u（2-n）/（2+n）× r（4+n）/（2+n） 式（4）式（4）中， Q₃ —質(zhì)量蒸發(fā)速度， kg/s ·

a，n—大氣穩(wěn)定度系數(shù)，按《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》表F.3取值；

（20 p —液體表面蒸氣壓， Pa ：

R 氣體常數(shù)； J/（mol?k） ;T_O 一環(huán)境溫度，k；

M? —物質(zhì)的摩爾質(zhì)量， kg/mol u （24號(hào) 一風(fēng)速， m/s

一液池半徑， m 。

泄露形式及泄露點(diǎn)附近的地域構(gòu)型決定了液池的最大直徑。如設(shè)置事故圍堰，則液池半徑是圍堰的最大等效半徑；如無圍堰，則需推算等效半徑，假設(shè)液體瞬間擴(kuò)散到最小厚度值。

根據(jù)泄漏的液體量和地面性質(zhì)，按式（5）可計(jì)算最大可能的池面積，

S=W/（H_min×ρ）

式（5）中，S—液池面積， m² ：W- 一泄漏液體的質(zhì)量， kg ρ 液體的密度， kg/m³ ：H_min 一最小油層厚度， m 。

最小物料層厚度與地面性質(zhì)對(duì)應(yīng)關(guān)系為草地0.02m ，粗糙地面 0.025m ，平整地面 0.01m ，混凝土地面 0.005m ，平靜的水面 0.0018m 。

通過對(duì)本企業(yè)貯罐的分析，計(jì)算可知苯、二甲苯和甲醇泄漏速率，見表1。

液體持續(xù) 30min 泄漏，且地面為混凝土地面，無圍堰，經(jīng)計(jì)算苯、二甲苯和甲醇的液池半徑分別為6.36m，4.89m，5.5m 。液體表面風(fēng)速選取該地區(qū)的平均風(fēng)速 3.0m/s ，苯、二甲苯和甲醇液體表面蒸汽壓為 13.3KPa，11.6KPa 和 13.3KPa 。環(huán)境溫度取年平均氣溫289K，則根據(jù)式（4）計(jì)算，可得到不同穩(wěn)定度下物質(zhì)的質(zhì)量蒸發(fā)速率，見表2。

4結(jié)論

通過物料風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別得到5種危險(xiǎn)物質(zhì)：苯、甲苯、二甲苯、甲醇和氫氣。重大危險(xiǎn)源辨識(shí)結(jié)果為16.814，已構(gòu)成重大危險(xiǎn)源，超過臨界儲(chǔ)量的物質(zhì)為苯和甲苯。本工程大氣環(huán)境污染最大可信事故確定為粗苯、二甲苯、甲醇貯罐泄漏導(dǎo)致的火災(zāi)爆炸。采用事故樹分析法確定儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的概率為 1.17×10^-4 次/·a，采用類比法確定粗苯、二甲苯、甲醇貯罐泄漏事故的概率為 1×10^-5/ 年。選取質(zhì)量蒸發(fā)模式，確定不同穩(wěn)定度條件下苯、二甲苯、甲醇的質(zhì)量蒸發(fā)速率。

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