養(yǎng)殖類環(huán)境影響評價項目儲罐工程風險預(yù)測案例分析

孫婷婷

（黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計研究院，黑龍江哈爾濱 150000)

養(yǎng)殖類環(huán)境影響評價項目儲罐工程風險預(yù)測案例分析

孫婷婷

（黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計研究院，黑龍江哈爾濱 150000)

大型養(yǎng)殖類企業(yè)逐年增加，從污染物的有效利用及污染物的達標排放角度考慮，越來越多的大型養(yǎng)殖企業(yè)采取沼氣工程處理污廢，或采用氣態(tài)清潔能源供暖。因此，在環(huán)境影響評價工作中，養(yǎng)殖類項目的氣體儲罐工程風險分析尤為重要。在明確養(yǎng)殖類項目儲罐工程環(huán)境風險評價的內(nèi)容、類別的基礎(chǔ)上，以實際養(yǎng)殖項目為實例對養(yǎng)殖類項目儲罐工程的環(huán)境風險進行詳細的預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果的風險程度給出防范措施。

養(yǎng)殖業(yè)；環(huán)境影響評價；儲罐工程風險

近年來，大規(guī)模養(yǎng)殖類項目較多，為了實現(xiàn)污染物的有效處理，越來越多的企業(yè)選擇沼氣工程措施對養(yǎng)殖業(yè)污染物進行處理，或采用天然氣作為冬季供暖清潔能源，實現(xiàn)大氣污染物的達標排放。因此在環(huán)評工作中，養(yǎng)殖企業(yè)的儲氣罐工程環(huán)境風險分析工作至關(guān)重要，經(jīng)過風險分析確定項目的環(huán)境風險影響半徑，采取有效的風險防范措施，制定完備的應(yīng)急預(yù)案。

1 養(yǎng)殖類項目儲罐工程環(huán)境風險評價內(nèi)容

儲罐工程環(huán)境風險評價內(nèi)容主要包括確定環(huán)境風險評價等級及評價范圍、環(huán)境風險識別、環(huán)境風險計算與評價和環(huán)境風險對策和管理。確定環(huán)境風險評價等級及評價范圍是環(huán)境風險預(yù)測工作的前提，是確定預(yù)測工作深度的基準。環(huán)境風險識別是進行環(huán)境風險評價的首要工作，目的在于找出項目存在風險和引起風險的主要因素，為預(yù)測及評價奠定基礎(chǔ)。環(huán)境風險計算與評價是指對環(huán)境風險以及事故的后果進行評估，包括事故出現(xiàn)概率的大小以及后果嚴重程度的估算。環(huán)境風險對策和管理是指根據(jù)風險預(yù)測、評估的結(jié)果，結(jié)合發(fā)生事故受體的承受能力，來確定風險是否可以被環(huán)境（或人群）所接受，并根據(jù)項目特點及具體情況采取有效的措施減少風險。

2 養(yǎng)殖類項目儲氣工程環(huán)境風險分別

依據(jù)《建設(shè)項目環(huán)境風險評價技術(shù)導(dǎo)則》（HJ/T169—2004）（以下簡稱《風險導(dǎo)則》），儲罐工程的風險設(shè)施主要為氣體儲罐區(qū)，其主要風險裝置為氣體儲罐，風險類別主要為泄漏、火災(zāi)和爆炸。

3 養(yǎng)殖類項目環(huán)境影響評價儲氣罐工程風險分析實例

3.1 項目概況

某養(yǎng)殖項目，項目分為3個地塊。根據(jù)項目廠區(qū)分布特點及國家減排環(huán)保要求，冬季供熱采用清潔能源，使用319臺天然氣（LNG）直燃機供熱，天然氣年消耗量5 305 608m3/a。項目設(shè)有3個天然氣儲罐區(qū)，1號及2號地塊各設(shè)1個150m3儲罐，3號地塊設(shè)置2個150m3儲罐；1號及2號地塊最大儲氣量均為47t，3號地塊最大儲氣量94t，本項目最大儲氣量為188t。

3.2 風險預(yù)測評價

3.2.1 評價等級及評價范圍

項目所涉及的主要危險物質(zhì)為天然氣，根據(jù)《風險導(dǎo)則》，天然氣儲罐區(qū)的臨界量為10t。本項目4個（1號、2號地塊各1個；3號地塊2個）150m3液化天然氣儲罐儲氣量188t（8d量），1號、2號地塊液化天然氣儲量均為47t各1個；3號地塊2個液化天然氣儲罐儲氣量為94t，大于規(guī)定的限值，因此本工程天然氣存儲屬于重大風險源。本項目運行后，500m范圍內(nèi)無環(huán)境敏感點，不屬于環(huán)境敏感區(qū)。按照《風險導(dǎo)則》中所規(guī)定的判定原則，本項目風險評價工作等級為一級，評價范圍為以儲罐為中心5 000m半徑范圍內(nèi)。

3.2.2 最大可信事故概率

儲罐區(qū)為本項目發(fā)生風險事故的危險源，以儲罐泄漏及引發(fā)的火災(zāi)爆炸事故對環(huán)境（或健康）的危害最嚴重。據(jù)有關(guān)資料介紹，設(shè)備容器一般破裂泄漏的事故概率在1×10-5/年。此外，據(jù)儲罐事故分析報道，儲存系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)爆炸等重大事故概率小于1×10-6/年[1]。根據(jù)全國石化公司近年來的數(shù)據(jù)分析，發(fā)生設(shè)備損壞的比例為9.8%。石化行業(yè)發(fā)生火災(zāi)、爆炸比例為30.8%[2]。結(jié)合項目特點，確定本工程儲罐區(qū)泄漏事故概率為1×10-5×0.098=9.8×10-7，儲罐發(fā)生火災(zāi)、爆炸的幾率為1×10-6×0.308=3.08×10-7。

3.2.3 液化天然氣泄漏模擬分析

本次評價僅對罐區(qū)假定事故進行預(yù)測，分析如下：

液體泄漏速度采用《風險導(dǎo)則》中的柏努利方程計算：

式中：Qo—液體的泄漏速度，kg/s；

Cd為液體泄漏系數(shù)；

A為裂口面積，m2；

ρ為泄漏液體密度，kg/m3；

p，p0為儲罐內(nèi)介質(zhì)壓力及環(huán)境壓力，Pa；

h為裂口之上液位高度。

儲罐泄漏一般發(fā)生于法蘭墊片、閥桿密封處的泄漏以及由于管道老化腐蝕、機械磨損破壞等導(dǎo)致的泄漏。但閥門完全破損及管道100%斷裂情況發(fā)生的機會極少，在預(yù)測評價時，按照儲罐典型故障損壞尺寸考慮，即裂口內(nèi)徑取0.05m，所選擇參數(shù)及相關(guān)計算結(jié)果見表1。由表中計算得出液化天然氣泄漏速度為Qo=32.77kg/s。

表1 液化天然氣儲罐泄漏參數(shù)及結(jié)果表

上述的計算是在一系列假設(shè)條件基礎(chǔ)上進行的模擬分析。一旦發(fā)生實際泄露事故，實際泄漏過程中壓力、溫度等都會隨時間的變化發(fā)生變化，因此，實際事故中泄漏速度也是動態(tài)變化的。按照上述的計算可知，一旦儲罐發(fā)生開裂，在一瞬間天然氣將會迅速泄漏。

3.2.4 液化天然氣儲罐爆炸后果模擬分析

本次評價假定單儲罐液化天然氣全部泄爆，單儲罐液化天然氣最大儲量為47t。蒸汽云爆炸的能量常用TNT當量進行描述，這樣，就可以利用有關(guān)TNT爆炸效應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)來預(yù)測蒸汽云爆炸效應(yīng)[4]。本項目使用天然氣的高熱值為54.11MJ/kg（建設(shè)單位設(shè)計資料提供）。

（1）TNT當量法計算公示[4]：

式中：WTNT為蒸氣云的TNT當量，kg；

1.8為地面爆炸系數(shù)；

α為蒸氣云的TNT當量系數(shù)，α=4%；

Wf為蒸氣云中燃料的總質(zhì)量，kg，本項目為4.7×104kg；

Qf為燃料的燃燒熱，MJ/kg；天然氣的燃燒熱為54.11MJ/kg；

QTNT為TNT的爆炸熱，一般取4.52MJ/kg。

WTNT=1.8×0.04×4.7×104×54.11/4.52

WTNT=40 510.67kg

（2）傷害半徑計算：

爆炸中心與給定超壓間的距離按下式計算：

R=0.396 7WTNT1/3exp[3.503 1-0.724ln△p+0.039 8（ln△p）2]

式中：△p為超壓，死亡半徑按90 000Pa、重傷半徑按44 000Pa、輕傷半徑按17 000Pa；

分別用R1、R2、R3代表死亡半徑、重傷半徑和輕傷半徑。

經(jīng)計算：

死亡半徑R1=53.5m；重傷半徑R2=135.6m；輕傷半徑R3=243.5m。

3.2.4 有害物質(zhì)在大氣中擴散的影響預(yù)測

（1）預(yù)測模式

根據(jù)《風險導(dǎo)則》的多煙團預(yù)測模式和計算參數(shù)進行預(yù)測：

式中：C（x.y.o）為下風向地面（x，y）坐標處的空氣中污染物濃度mg/m3；

x0，y0，z0為煙團中心坐標；

Q為事故期間煙團的排放量；

σX、σy、σz為為X、Y、Z方向的擴散參數(shù)（m），常取σX=σy。

對于瞬時或短時間事故，可采用下述變天條件下多煙團模式：

式中：C（x，y，0，tw）為第i個煙團在tw時刻在點（x，y，0）產(chǎn)生的地面濃度，mg/m3；

Q′為煙團釋放量，mg，Q′=Q·Δt；

Q為釋放率，mg/s，Δt為時段長度，s；

σx，eff、σy，eff、σz，eff為煙團在W時段沿x，y和z方向的等效擴散參數(shù)，m；

各個煙團對某個關(guān)心點t小時的濃度貢獻，按下式計算：

式中n為需要跟蹤的煙團數(shù)，可由下式確定：

式中，f為小于1的系數(shù)，根據(jù)計算要求確定。

（2）煙氣擴散影響預(yù)測

①預(yù)測參數(shù)

以危害的不同濃度閾值作為評價標準，見下表。

表2 危害物不同濃度閾值所對應(yīng)的危害

②液化天然氣儲罐泄漏事故甲烷擴散后果分析

設(shè)定天然氣罐泄漏，泄漏速率為32.77kg/s，泄漏時間取10min，泄漏總量19 662kg，泄漏液態(tài)體積43.07m3，在常溫常壓下液態(tài)液化天然氣揮發(fā)后體積迅速擴大600倍，則液態(tài)液化天然氣變成氣態(tài)體積為43.07×569=24 507m3，泄漏的液化氣與空氣形成混合氣體（按與空氣形成爆炸上下限之間（9.97%）混合氣體考慮），所需空氣量為24 508/0.099 7=245 817.45m3，則混合氣體的氣體為=245 817.45m3，設(shè)定液化氣泄漏成半球形，則氣團半徑為48.97m。

一般情況下F穩(wěn)定度下對外環(huán)境影響范圍最大。本次預(yù)測評價選擇F穩(wěn)定度，平均風速2.5m/s條件下甲烷在大氣中的擴散影響，預(yù)測范圍為下方向5 000m范圍內(nèi)，預(yù)測可知，若儲罐發(fā)生泄漏事故，事故發(fā)生后，有風條件下，甲烷最大落地濃度1 505.65mg/m3，出現(xiàn)在下風向855.2m處，超過空氣中有害物質(zhì)的最高容許濃度5.02倍，并造成下風向1 032m范圍內(nèi)環(huán)境空氣中的甲烷不同程度超標。

（3）風險計算和評價

風險值是風險評價表征量，包括事故的發(fā)生概率和事故的危害程度。定義為：

根據(jù)前面的計算分析，本項目發(fā)生火災(zāi)、爆炸最大可信事故概率3.08×10-7次/a，根據(jù)蒸氣云爆炸模擬分析所得死亡半徑53.5m，該半徑范圍在廠區(qū)內(nèi)（儲罐中心距離廠界距離大于53.5m），主要人員為廠區(qū)的內(nèi)部工作人員，因本項目的養(yǎng)殖特點及廠區(qū)布局的分散性特點，按各區(qū)塊工作人員30人（本項目的工作人員工90人），取其最大值30人進行計算。

風險值=3.08×10-7次/a×30死亡人數(shù)/次=9.24×10-6死亡人數(shù)/a

經(jīng)計算，本項目最大風險為9.24×10-6死亡人數(shù)/a，該風險值即為最大可信事故風險值，小于化工行業(yè)風險可接受水平8.33×10-5死亡人數(shù)/a[3]。因此，本項目建設(shè)的風險水平是可以被環(huán)境接受的。

根據(jù)最大可信事故概率計算，本項目發(fā)生最大可信事故嚴重損害的范圍（輕傷半徑）為以儲罐為中心的243.5m為半徑的圓形區(qū)域，該距離內(nèi)沒有集中居民點等敏感目標（本項目設(shè)置環(huán)境防護距離500m，500m范圍內(nèi)無居民、學校、醫(yī)療機構(gòu)、保護區(qū)等環(huán)境保護目標）。

根據(jù)項目廠區(qū)平面布置圖分析，在環(huán)境嚴重損害范圍內(nèi)，環(huán)境影響最大的是廠區(qū)內(nèi)；若出現(xiàn)爆炸事故，對廠區(qū)內(nèi)的設(shè)施及人員將造成嚴重損害。

4 環(huán)境風險防范措施

應(yīng)合理優(yōu)化廠區(qū)平面布局，合理分區(qū)布置儲罐區(qū)，與養(yǎng)殖區(qū)及生活區(qū)分離。儲罐及相關(guān)設(shè)施的設(shè)計及安全防護距離應(yīng)滿足《石油天然氣工程總圖設(shè)計規(guī)范》（SY/T0048—2009）、《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》（GB50183—2015）、《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016—2014）、《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》（GB50028—2006）等規(guī)范要求。

應(yīng)加強企業(yè)風險管理，實行崗位培訓上崗制，加強安全培訓，提高職工的安全防范風險的意識。對易發(fā)生泄漏的部位實行定期巡檢，及時發(fā)現(xiàn)問題，盡快解決。建立健全安全管理體系，制定嚴格的安全管理制度。編制應(yīng)急預(yù)案，建立應(yīng)急救援組織，定期進行預(yù)案演練。

5 結(jié)論

通過風險預(yù)測，可以有效確定儲罐發(fā)生最大可信事故嚴重損害的范圍，明確受影響的敏感目標。為保護環(huán)境及人民生命財產(chǎn)安全提供依據(jù)。并在風險預(yù)測的基礎(chǔ)上，制定環(huán)境風險應(yīng)急預(yù)案，強化管理，將養(yǎng)殖類儲罐工程的環(huán)境風險防范于未然。

[1] 楊少華.關(guān)于煤炭瓦斯儲罐的環(huán)境風險評價[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015，（6）：167-169.

[2] 馬紅娜，孫愿，武征.三氯氫硅儲罐環(huán)境風險評價事故樹分析[J].環(huán)境科學與管理，2013，38（1）：69-72.

[3] 孫亞敏.氯堿行業(yè)環(huán)境風險評價方法初探[J].2008，31（10）：1556-1560.

[4] 唐振東.LNG罐箱安全監(jiān)督技術(shù)研究[D].大連：大連海事大學，2015.

Case Study on Risk Prediction of Tank Engineering in Environmental Impact Assessment of Aquaculture Project

Sun Ting-ting

Large-scale aquaculture enterprises increased year by year，from the effective use of pollutants and pollutants discharge standards to consider，more and more large-scale aquaculture enterprises to take biogas project to deal with pollutants，or use gaseous clean energy to warm.Therefore，in the environmental impact assessment work，Risk Analysis of Gas tank engineering is particularly important in Aquaculture projects.In this paper，on the basis of clear the content and classification of environmental risk assessment of aquaculture project Gas tank engineering，Taking the actual Aquaculture project as an example to forecast the environmental risk of Gas tank engineering in detail，Given preventive measures based on predictions of the level of risk.

aquaculture；environmental impact assessment；risk of tank engineering

X937

B

1003–6490（2017）11–0249–03

2017–08–29

孫婷婷（1983—），女，黑龍江哈爾濱人，工程師，主要研究方向為環(huán)境影響評價。