中美大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法規(guī)比較與建議

郭慧，吳成志

(三捷環(huán)境工程咨詢(xún)(杭州)有限公司，浙江杭州 310012)

中美大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法規(guī)比較與建議

郭慧，吳成志

(三捷環(huán)境工程咨詢(xún)(杭州)有限公司，浙江杭州 310012)

通過(guò)介紹美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保局(U.S. EPA)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃(RMP)和事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，從風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和后果模擬的目的、可燃物質(zhì)的模擬要求和技術(shù)導(dǎo)則細(xì)節(jié)等幾個(gè)方面，對(duì)中美大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的法規(guī)進(jìn)行了比較。此外，還對(duì)EPA推薦的5個(gè)常用大氣風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散模型SLAB、DEGADIS、INPUFF、AFTOX和ALOHA的特點(diǎn)、適用條件以及各模型的優(yōu)勢(shì)和局限性進(jìn)行了介紹，以期對(duì)我國(guó)大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法規(guī)和技術(shù)導(dǎo)則相關(guān)工作到一定的借鑒作用。

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃；大氣風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散模型；比較；建議

近年來(lái)，化學(xué)品泄漏事故頻發(fā)，其引發(fā)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越受到關(guān)注。我國(guó)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)導(dǎo)則是分析和預(yù)測(cè)建設(shè)項(xiàng)目存在的潛在危害以及建設(shè)和運(yùn)行期間可能發(fā)生的突發(fā)性環(huán)境事件的損害程度，提出合理可行的防范、應(yīng)急和減緩措施，以使建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到可接受水平的重要指導(dǎo)性技術(shù)文件。本文在介紹美國(guó)國(guó)家環(huán)保局(U.S. EPA)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃(RMP)和事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，從風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和后果模擬的目的、可燃物質(zhì)的模擬要求和技術(shù)導(dǎo)則細(xì)節(jié)等幾個(gè)方面，對(duì)中美大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的法規(guī)和技術(shù)導(dǎo)則進(jìn)行了比較。此外還對(duì)EPA推薦的5個(gè)常用大氣風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散模型SLAB、DEGADIS、INPUFF、AFTOX和ALOHA的特點(diǎn)、適用條件以及各個(gè)模型的優(yōu)勢(shì)和局限性進(jìn)行了介紹。

1 美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保局風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃

根據(jù)美國(guó)清潔空氣法案(Clean Air Act)，EPA出臺(tái)了風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃(RMP)法規(guī)，規(guī)范和指導(dǎo)生產(chǎn)和使用危險(xiǎn)化學(xué)品的企業(yè)進(jìn)行化學(xué)泄漏事故的防范和應(yīng)急。 RMP法規(guī)主要包括3部分內(nèi)容：化學(xué)品泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃和應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃[1-2]。這3個(gè)部分緊密聯(lián)系，互相影響。事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是制定風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃的基礎(chǔ)，風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃等級(jí)反過(guò)來(lái)又決定了事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的最低模擬要求，企業(yè)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃中的詳細(xì)分析和事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果，有針對(duì)性地制定應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃。

無(wú)論新建企業(yè)還是現(xiàn)有企業(yè)，只要工藝單元內(nèi)儲(chǔ)存或使用RMP規(guī)定的化學(xué)物質(zhì)，且用量超過(guò)規(guī)定上限，都需要提交風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃。企業(yè)根據(jù)法規(guī)要求編制企業(yè)自己的RMP計(jì)劃，并提交到EPA，RMP計(jì)劃需要每5年更新一次。

1.1 物質(zhì)種類(lèi)和儲(chǔ)存限值

EPA將受風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃管理的物質(zhì)分為有毒物質(zhì)和可燃物質(zhì)，并公布了77種有毒物質(zhì)和63種可燃物質(zhì)。這些規(guī)定物質(zhì)之外的其他化學(xué)物質(zhì)不納入RMP的管理范圍。另外，EPA為每一種規(guī)定的化學(xué)物質(zhì)設(shè)定了存儲(chǔ)限值，即當(dāng)一個(gè)工藝單元內(nèi)存儲(chǔ)或使用的規(guī)定物質(zhì)的量大于存儲(chǔ)限值時(shí)，該固定源需受到RMP法規(guī)的制約。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃等級(jí)

EPA要求根據(jù)事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果來(lái)確定風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃的等級(jí)。風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃按照計(jì)劃的嚴(yán)格和復(fù)雜程度，從低到高分為一級(jí)到三級(jí)。對(duì)于事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)最不利情景模擬的影響范圍內(nèi)沒(méi)有敏感點(diǎn)，且過(guò)去五年內(nèi)沒(méi)有發(fā)生影響到廠界外的事故的企業(yè)僅需執(zhí)行一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃。對(duì)于事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)最不利情景模擬的影響范圍內(nèi)涉及敏感點(diǎn)，且該企業(yè)需要執(zhí)行美國(guó)職業(yè)安全與健康管理局(OSHA)的工藝安全管理(PSM)標(biāo)準(zhǔn)，或者該企業(yè)屬于造紙、石油煉化、石油化工、基礎(chǔ)無(wú)機(jī)化學(xué)品制造、基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)品制造、塑料和樹(shù)脂制造、氮肥生產(chǎn)、殺蟲(chóng)劑和其他農(nóng)用化學(xué)品生產(chǎn)這10種行業(yè)，則需執(zhí)行三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃。一級(jí)和三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃以外的企業(yè)執(zhí)行二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃。

1.3 事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

RMP場(chǎng)外事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則把事故情景分為最不利情景和可能情景兩種，并分別對(duì)這兩種情景從泄漏源強(qiáng)和氣象條件兩個(gè)方面進(jìn)行了定義。

最不利情景是判斷RMP計(jì)劃風(fēng)險(xiǎn)防范等級(jí)的重要依據(jù)，任何風(fēng)險(xiǎn)防范等級(jí)都必須模擬。可能情景的模擬要求由所執(zhí)行的風(fēng)險(xiǎn)防范等級(jí)來(lái)確定。被確定為執(zhí)行一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)方法計(jì)劃的危險(xiǎn)單元，企業(yè)只需要提交一個(gè)最不利情景的模擬結(jié)果。被確定為執(zhí)行二級(jí)和三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)方法計(jì)劃的危險(xiǎn)單元，企業(yè)需要提交以下場(chǎng)外事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的模擬結(jié)果：對(duì)所有有毒污染物、可燃性污染物定義一個(gè)最不利情景；對(duì)每種有毒污染物、所有可燃性污染物各定義一個(gè)可能情景。

1.4 風(fēng)險(xiǎn)防范與應(yīng)急計(jì)劃

不同等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要求、風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃需要包含的內(nèi)容，以及風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急計(jì)劃的要求如表1所示。

表1 EPA RMP風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃和相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要求及風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急計(jì)劃

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則與法規(guī)比較

我國(guó)與美國(guó)在大氣風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法規(guī)的不同之處主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：

(1)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和后果模擬的目的不同。美國(guó) RMP的目的在于通過(guò)計(jì)算事故的影響范圍來(lái)確定風(fēng)險(xiǎn)防范要求的等級(jí)、內(nèi)容，并有針對(duì)性地制定應(yīng)急計(jì)劃，不計(jì)算事故/風(fēng)險(xiǎn)概率和可接受程度，至少每5年更新一次。我國(guó)目前的風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)則[3]目的在于通過(guò)計(jì)算事故影響范圍和風(fēng)險(xiǎn)概率，來(lái)判斷新建和改擴(kuò)建項(xiàng)目存在的風(fēng)險(xiǎn)是否能夠接受。

(2)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作等級(jí)確定的依據(jù)不同。美國(guó) RMP的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的等級(jí)由風(fēng)險(xiǎn)防范等級(jí)來(lái)決定。我國(guó)風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)則的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作等級(jí)根據(jù)儲(chǔ)存物質(zhì)的危險(xiǎn)性決定。

(3)對(duì)可燃物質(zhì)的模擬要求不同。美國(guó)RMP中要求模擬可燃物質(zhì)的最低燃燒/爆炸下限(濃度)的影響范圍，以及火災(zāi)造成的熱輻射和爆炸造成的超壓影響范圍。我國(guó)風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)則對(duì)模擬火災(zāi)和爆炸的熱輻射和超壓影響未作要求，而是要求模擬未完全燃燒的化學(xué)品以及燃燒生成的二次污染物的毒性影響范圍。

(4)后果模擬的技術(shù)方法不同。表2 給出了美國(guó) RMP后果模擬導(dǎo)則與我國(guó)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則技術(shù)方法在細(xì)節(jié)方面的比較。

表2 美國(guó)RMP導(dǎo)則與我國(guó)建設(shè)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則細(xì)節(jié)比較

3 大氣風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散模型比較

3.1 美國(guó)EPA擴(kuò)散模型概述

美國(guó) RMP大氣風(fēng)險(xiǎn)事故評(píng)價(jià)導(dǎo)則中明確規(guī)定，可以采用大氣風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散模型進(jìn)行模擬。在EPA推薦的模型中，有3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散模型可供選擇：DEGADIS、SLAB和AFTOX。此外，INPUFF是EPA大氣科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的用于風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散模擬的多煙團(tuán)模式。ALOHA(AREAL LOCATIONS OF HAZARDOUS ATMOSPHE-RES)是由EPA與美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一款大氣事故風(fēng)險(xiǎn)危害模型。ALOHA是CEMOS軟件包的重要組成部分。CEMOS軟件包是EPA和NOAA聯(lián)合開(kāi)發(fā)的廣泛用于化學(xué)品泄漏應(yīng)急響應(yīng)的系統(tǒng)。這5種大氣風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散模型各具特點(diǎn)，也各有一定的局限性，表3對(duì)5種模型進(jìn)行了介紹和比較。

表3 5種EPA大氣風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散模型比較

3.2 事故案例相關(guān)分析

大氣風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散模型的輸入?yún)?shù)較少，模型運(yùn)行速度快。是否能夠得到合理的結(jié)果，關(guān)鍵在于模型的正確選擇和確定正確的輸入?yún)?shù)值。下面以國(guó)內(nèi)某煤制天然氣項(xiàng)目中液氨儲(chǔ)罐破裂為例，對(duì)模型的選取、參數(shù)確定和擴(kuò)散模型模擬給出一個(gè)簡(jiǎn)單的示例，模擬結(jié)果見(jiàn)表4。

事故情景：球形液氨罐直徑為12.3 m；儲(chǔ)存溫度為25℃；儲(chǔ)存壓力為4.7個(gè)大氣壓；儲(chǔ)量為567 t；泄漏高度為2 m；泄漏孔徑為5 cm，泄漏時(shí)間為10 min；泄漏方式為水平噴射。要求計(jì)算NH3擴(kuò)散地面濃度達(dá)到IDLH(1390 mg/m3)和LC50(360 mg/m3)時(shí)的最大影響范圍。

表4 液氨泄漏事故案例模擬結(jié)果

氣象條件：選取EPA中定義的最不利氣象條件，其中，F(xiàn)穩(wěn)定度，風(fēng)速為1.5 m/s，環(huán)境溫度為25℃，地表粗糙度為0.01 m。

源強(qiáng)計(jì)算：本案例為兩相泄漏，根據(jù)理查德森數(shù)[9]判斷為典型的重氣體擴(kuò)散，泄漏速率為29.09 kg/s， 源面積為0.255 56 m2，泄漏溫度為-33.35℃，液相比例為0.817 23。

模型選擇：選擇SLAB模型進(jìn)行模擬，重氣體模型可以模擬水平噴射。

SLAB模型輸入?yún)?shù)： 泄漏速率、源面積、泄漏溫度、泄漏高度、泄漏時(shí)間、液相比例，模擬的平均時(shí)間為10 min。需要注意擴(kuò)散模型輸入?yún)?shù)中的泄漏溫度和儲(chǔ)存溫度不同，源面積和裂口面積也不同，需要通過(guò)源強(qiáng)計(jì)算才能得到。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，美國(guó)RMP法規(guī)中大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法和思路對(duì)于我國(guó)大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法規(guī)和技術(shù)導(dǎo)則相關(guān)工作具有一定的借鑒意義。

一方面，通過(guò)對(duì)比中美大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的法規(guī)可以發(fā)現(xiàn)，美國(guó)RMP的三部分內(nèi)容構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，緊密聯(lián)系，互相影響。事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是制定風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃的基礎(chǔ)，風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃等級(jí)反過(guò)來(lái)又決定了事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的最低模擬要求，企業(yè)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃中的詳細(xì)分析和事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果有針對(duì)性地制定應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃。相比較而言，我國(guó)企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)企業(yè)在風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃內(nèi)容方面的要求無(wú)論從覆蓋面還是詳盡程度上都有所欠缺，因此導(dǎo)致企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案往往大同小異，針對(duì)性差。

另一方面，通過(guò)對(duì)比中美大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)導(dǎo)則發(fā)現(xiàn)，我國(guó)技術(shù)導(dǎo)則中對(duì)最大可信事故的定義可操作性不強(qiáng)，往往出現(xiàn)較大的爭(zhēng)議。美國(guó)的技術(shù)導(dǎo)則對(duì)于需要模擬的事故情景(包括源強(qiáng)和相應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)要求)定義則非常明確，值得借鑒。

[1] U.S. EPA. General RMP Guidance-Chapter 2: Applicability of Program Levels[EB/OL]. (2004) [2016-10-31]. https://www.epa.gov/rmp/general-rmp-guidance-chapter-2-applicability-program-levels.

[2] U.S. EPA. Risk Management Program Guidance for Offsite Consequence Analysis[EB/OL]. (2004) [2016-10-31]. https://www.epa.gov/rmp/general-rmp-guidance-chapter-4-offsite-consequence-analysis.

[3] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局. HJ/T 169—2004 建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則[S]. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2004.

[4] Donald L Ermak. User’s Manual for SLAB: An Atmospheric Dispersion Model for Denser-Than-Air Releases[EB/OL]. (1990) [2016-10-31]. https://www3.epa.gov/ttn/scram/models/nonepa/SLAB.PDF.

[5] Tom Spicer, Jerry Havens. User’s Guide for The DEGADIS 2.1 Dense Gas Dispersion Model[EB/OL]. (1989) [2016-10-31]. https://www3.epa.gov/ttn/scram/userg/other/degadis2.pdf.

[6] Bruce Kunkel, Cliff Dungey. User’s Manual for USAF Toxic Chemical Dispersion Model-AFTOX Version 4.1[EB/OL]. (1993) [2016-10-31]. https://www3.epa.gov/ttn/scram/userg/nonepa/aftoxdoc.zip.

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[8] Robert Jones, William Lehr, Debra Simecek-Beatty etc. ALOHA (Areal Locations Of Hazardous Atmospheres) 5.4.4. Technical Documentation [EB/OL]. (2013) [2016-10-31]. http://response.restoration.noaa.gov/sites/default/files/ALOHA_Tech_Doc.pdf.

[9] Center for Chemical Process Safety of the American Institute of Chemical Engineers. Guidelines for Use of Vapor Cloud Dispersion Models[M]. 2nd ed. New York: American Institute of Chemical Engineers, 1996: 49 52.

Comparison of Atmospheric Environmental Risk Assessment Regulations Between China and U.S.

GUO Hui, WU Cheng-zhi

(Trinity Consultants Inc., Hangzhou 310012, China)

This paper introduced U.S. EPA’s Environmental Risk Management Plan (RMP) and accident risk assessment methods, and then compared atmospheric environmental risk assessment regulations between China and U.S.from the following aspects: risk assessment and consequence simulation purposes, simulation requirements for flammable substances, and technical guidance details. In addition, the characteristics, applicable conditions, advantages and limitations of five atmospheric risk dispersion models (SLAB, DEGADIS, INPUFF, AFTOX and ALOHA) recommended by U.S. EPA were introduced as reference to formulation of atmospheric environmental risk assessment regulations and technical guidelines in China.

environmental risk management plan; atmospheric risk dispersion model; compare; suggestion

2016-10-11

郭慧(1978—)，女，山西太原人，高級(jí)工程師，博士，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境風(fēng)險(xiǎn)模擬與評(píng)估，E-mail：hguo@trinityconsultants.com

吳成志(1980—)，男，浙江人，高級(jí)咨詢(xún)師，碩士，主要研究方向?yàn)榇髿猸h(huán)境質(zhì)量模擬與技術(shù)研究，E-mail：cwu@trinityconsultants.com

10.14068/j.ceia.2017.01.004

X820.4

A

2095-6444(2017)01-0014-05