甲苯二異氰酸酯（TDI）生產裝置環境風險分析與評價

摘要：本文依據《建設項目環境風險評價技術導則》與《危險化學品重大危險源辨識》，選取甲苯二異氰酸酯（TDI）生產裝置中的光氣化反應器進行環境風險事故源項分析、環境風險后果計算，預測了事故狀態下對周圍環境的影響，提出了環境風險防范措施，為TDI生產環境風險管理提供了技術支持。

關鍵詞：甲苯二異氰酸酯（TDI）；環境風險；分析與評價

中圖分類號： X820.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）01-0027-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.016

Environmental risk analysis and assessment of toluene diisocyanate production device

Tong Jichang

（Environmental Emergency Center of Shanxi Province，Taiyuan Shanxi 030006）

Abstract：Based on the "Technical Guidelines for Environmental Risk Assessment of Construction Projects" and "Identification of Major Dangerous Sources of Hazardous Chemicals"， this paper selects the photochemical reactors in the toluene diisocyanate （TDI） production plant to analyze the source items of environmental risk accidents and calculate the environmental risk consequences . The influence of photochemical reactor of TDI production equipment on the surrounding environment was predicted， the environmental risk prevention measures were put forward， and the technical support for TDI production environment risk management was provided.

Key words： Toluene Diisocyanate （TDI）；Environmental Risk； Analysis and Evaluation

1 引言

甲苯二異氰酸酯（TDI）是聚氨酯（PU）材料的重要基礎原料，廣泛地應用于石油、化工、礦山、冶金及汽車工業和鐵路運輸業中[1]。TDI生產過程中所涉及的原輔材料及中間產品、產品大多屬于易燃、易爆、有毒有害的危險化學品，一旦與人體接觸或吸入，將對呼吸道、肺、肝臟、遺傳及免疫系統等造成嚴重的破壞性，直至危及生命安全[2]。因此在TDI項目建設和運行期間存在著潛在危險、有害因素，有可能發生突發性事故，引起有毒有害和易燃易爆等物質泄漏，給人身安全和周圍環境產生影響和損害[3，4]。為使TDI建設項目事故率、損失和突發環境事件的影響控制在可接受水平，應對該項目進行事故風險識別與評價，并提出合理可行的防范、應急措施。

本文以《建設項目環境風險評價技術導則》（HJ/T169-2004）為依據，通過選取位于某工業區年產10萬噸TDI項目生產裝置中的光氣化反應器進行風險識別、源項分析、后果計算，預測了事故狀態下對周圍環境的影響，提出了環境風險防范措施，為環境風險管理提供技術支持。

2 研究方法

2.1 研究裝置

本項目主要生產裝置包括光氣合成裝置、光氣化裝置、硝化裝置、氫化裝置、液氯罐區、甲苯罐區和光氣、氯氣輸送系統等，均屬于易發生火災、爆炸、毒性、伴生/次生污染的設施。

2.2 環境風險識別方法

本項目涉及的有毒有害物料有二硝基甲苯、二氨基甲苯、光氣、甲苯二異氰酸酯、硝基苯、苯胺、CO、Cl2等[5，6]，依據《建設項目環境風險評價技術導則》以及《危險化學品重大危險源辨識》（GB18218-2014）分析原輔材料、產品和裝置的環境風險性。

2.3 環境風險預測方法

在事故后果預測中可采用下列多煙團公式：

式中：C（x，y，0）——下風向地面（x，y）坐標處的空氣中污染物濃度，mg/m3； ——煙團中心坐標；Q——事故期間煙團的瞬時排放量。

由于環境風險評價主要考慮最不利條件下對環境造成的最大影響，因此本次評價選用最不利氣象條件下，即小風速和強不穩定度是城市和郊區不利氣象條件。由于國內風險評價起步較晚，風險評價標準尚不完善，因此本次評價選用應用廣泛的兩種美國正式公布的評價標準：美國工業衛生協會（AIHA，2008）、美國職業安全與衛生研究所（NIOSH，2003）。

3 研究結果

3.1 環境風險識別

3.1.1 危險性因子與環境風險評價因子識別

根據危險性識別結合TDI裝置的生產實際情況，確定該項目的環境風險評價因子為甲苯、光氣、Cl2、鄰二氯苯（表1）。

3.1.2 重大危險源識別

根據環境風險評價危險因子識別結果，結合TDI生產具體工藝過程特征，進行潛在危險單元劃分（表2）。

根據生產過程中危險物質的存在狀態、操作條件以及儲運量，通過《危險化學品重大危險源辨識》辨識出本項目生產場所形成的重大危險源有：光氣合成塔、光氣回收系統以及光氣化反應器；貯存區形成重大危險源的有：甲苯、二硝基甲苯、鄰二氯苯、二氨基甲苯以及TDI儲罐。根據識別結果選取生產裝置中影響較大的重大危險源中的光氣化反應器進行環境風險分析與評價。根據生產工藝特點，確定光化反應器中的光氣的在線量約1656kg，大部分為液態，其中部分（約184kg）以氣體狀態存在。

3.2 事故源項分析

3.2.1 事故統計分析

根據調查統計，自1958年太原化工廠投產第一套光氣生產裝置至今，目前國內光氣生產廠家共計43家，光氣年生產能力約87萬噸，共發生光氣泄漏中毒事故200余起[7]。對這些事故的發生部位及事故原因統計見表3。

3.2.2 最大可信事故

最大可信事故是指事故所造成的危害在所有預測的事故中最嚴重，并且發生該事故的概率不為零的事故。對于本項目重大危險源中的光氣化反應器，如果光氣系統在有水存在的情況下，光氣與水反應生成CO2和鹽酸，引起系統壓力升高，并且腐蝕設備，引起設備管道破裂，致使光氣、氯氣泄漏到環境中。根據《化工企業定量風險評價導則》推薦的典型泄漏場景，可根據泄漏孔徑大小，本評價泄漏場景分為孔泄漏以及完全破裂兩大類，《基于風險檢驗的基礎方法》（SY/T 6714-2008）中給出了典型設備發生完全破裂以及孔泄漏的頻率，評價結合工藝技術及生產管理等因素給出了本項目生產過程中的最大可信事故見表4。

3.3 環境風險后果計算

3.3.1 泄漏釋放量計算

事故發生后，反應器出現裂口，光氣將形成兩相泄漏，整個系統內氣態光氣會立刻隨裂口擴散到大氣中，此外含有光氣的溶液從裂口處泄漏到圍堰當中，形成擴散面源，壓力降低到常壓，由于光氣沸點（8.2℃）較低，常溫下光氣會迅速揮發到大氣環境中。

根據設定的泄漏場景，結合光氣化反應器內的壓力、溫度及反應器的尺寸，確定各泄漏口徑下的泄漏速率見表5。

光氣化反應器中發生泄漏后，反應器中的氣態光氣迅速釋放到大氣中，而液態光氣泄漏到圍堰后形成液面，因光氣易揮發，將隨著地表風的對流開始蒸發，部分揮發到大氣中，泄漏液體蒸發量只考慮質量蒸發。其中質量蒸發速度按《導則》附錄A.2.4.3質量蒸發公式計算。本研究選取最壞泄漏情景即瞬時全部泄漏下光氣的釋放率，計算結果見圖1所示。

3.3.2 環境風險預測

光氣泄漏后與空氣混合形成大型的薄霧云并持續擴散，因此采用重氣擴散模型。以泄漏點為原點，下風向的方向稱為橫軸，與軸向垂直的水平方向稱為縱向。當發生光氣泄漏后，在最不利氣象條件下（風速1.0m/s 穩定度F），不同毒性分級在下風向所能形成的擴散距離見表6，應急事故現場的3個區域劃分見圖2。

由表6、圖2可看出，不利氣象條件下，以IDLH標準衡量，在泄漏源下風向2.0km，垂直風向兩側0.5km內區域內室外濃度值高于IDLH值，即圖中紅色區域，該區域內只允許使用防護能力最高等級的呼吸防護用品，才能進入，在這個區域內不應設置集中居民區。

以ERPG標準衡量，室外濃度值高于ERPG-3和ERPG-2不同毒性終點在下風向所能形成的擴散距離分別為3.0kmm和7.4km，可以預測泄漏發生后，在泄漏源下風向室外濃度值形成超過相應ERPG-3濃度的橙色區域，該區域內的所有公眾必須立即撤離，范圍為下風向2.0km到3.0km，垂直風向兩側0.75km；在泄漏源下風向室外濃度值形成超過相應ERPG-2濃度的黃色色區域，該區域內需發布警戒管制區及疏散警報，或做就地避難，范圍為下風向3.0km～7.4km，垂直風向兩側1.85km的區域。

4 結論

由于光氣屬于劇毒物質，導致TDI生產裝置屬于高風險行業，本文通過風險識別、源項分析、后果計算，明確了在最大可信事故下，泄漏源下風向2km內的公眾生命安全將受到危及，因此要求在重大危險源裝置區邊界2km范圍內設置安全防護距離，此范圍內不應設置集中居住區，3km內的公眾應緊急撤離到安全區，7.4km內公眾應采取措施，可疏散到室內并關閉通風設施。企業需要加強對TDI生產裝置的環境風險管理，避免突發環境事件的發生。

參考文獻

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[2]劉保峰，封琳敏，張明，等.甲苯二異氰酸酯毒性及其對職業接觸人群健康影響研究進展[J].中國職業醫學，2016，43（1）：101-104.

[3]張壽生.淺談光氣生產裝置環境風險及防范措施[J].科技創新與應用，2012，（9）：82-83.

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[5]陳毅峰，呂洪杰.淺談光氣及光氣化生產裝置安全和防護措施[J].中國安全科學學報，2005，15（11）：73-77

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[7]劉桂玲，顧建棟，夏昕等.光氣生產裝置的危險性及事故統計分析[J].中國安全科學學報，2006，16（4）： 62-66.

收稿日期：2017-12-15

作者簡介：仝吉昌（1973-），男，大學本科，2009年起至今在山西省環境應急中心從事環境應急管理工作，曾參與制定了《山西省企業突發環境事件應急預案編制導則》，參與多起突發環境污染事件的應對處置。