散裝液體化學品泄漏大氣環境風險影響因素研究

徐靜 壽幼平

摘要：以10%管徑泄漏作為碼頭散裝液體化學品泄漏的典型事故，采用流體力學的柏努利方程和質量蒸發速度計算了常見8種化學品的泄漏速度及蒸發速度，對蒸發速率和毒性終點濃度進行了比較，采用SLAB模型分析了典型事故情況下化學品泄漏的大氣環境風險，根據計算結果可知：10%管徑泄漏事故情景下的大氣環境風險是可接受的。

關鍵詞：液體化學品;泄漏;SLAB;大氣環境風險

中圖分類號：X928 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）18-0138-03

1引言

據資料報道，在95個國家所登記的化學事故中，發生過突發性泄漏的常見化學品按其形態分析：液體47.8%，液化氣27.6%，氣體18.8%，固體8.2%;從事故來源看：運輸34.2%，碰撞事故26.8%，人為因素22.8%，外部因素（地震、雷擊等）16.2%。從上述數據看出，液體化學品所導致的事故比例是最高的。

《國際散裝運輸危險化學品船舶構造和設備規則》中定義：散裝液體化學品是指溫度為37.8℃時，其蒸氣絕對壓力不超過0.28MPa的液體危險化學品。液體化學品的理化性質主要包括易燃性、毒害性、腐蝕性、反應性。其中，毒害性包括直接接觸毒害性和間接接觸毒害性。在裝卸作業過程中，液體化學品泄漏時，人群會避開液體化學品，因此，液體化學品對人體健康的影響主要體現在間接毒害性上，即液體化學品泄漏后揮發到空氣中后對人群健康的影響。對人群健康毒害作用的大小主要由液體化學品自身的揮發性以及毒性兩個因素決定。

根據《建設項目環境風險評價技術導則（HJl69-2018）》，液體化學品對人群健康的影響主要通過大氣毒性終點濃度的大小來反應。

根據國內外的事故統計資料，10%管徑泄漏為碼頭面最常發生的事故。目前，國內的液體散化碼頭均需建設圍坎，在裝卸區設置集液池，對裝卸作業泄漏的物質進行收集。

本次研究以DN200管徑管道10%孔徑泄漏作為典型風險事故，選取了苯乙烯、苯、甲基丙烯酸甲酯、二甲基甲酰胺、醋酸、苯酚、三氯甲烷、環氧丙烷8種常見的液體化學品作為典型物質，用于分析散裝液體化學品管線泄漏對大氣環境的影響。

2源項識別

碼頭裝卸的化學品的管徑為以DN200居多，本次研究以該管徑作為案例進行研究，根據《建設項目環境風險評價技術導則（HJl69-2018）》，最大可能事故為10%孔徑泄漏工況。

裝卸管線的陸域最大泄漏速度可用流體力學的柏努利方程計算，其泄漏速度采用下面經驗公式計算：

考慮在裝卸作業過程中的管道斷開造成泄漏，一般情況下5min之內即可關閉閥門，10min內停止泄漏。在裝卸過程中發生泄漏事故，由于在碼頭設置了一定的混凝土地面以及必要的圍堰，當裝船管線不會馬上流人事故水池。在風力蒸發作用下，會揮發至大氣中，產生大氣環境影響。綜合考慮物料的理化性質、揮發性、毒性有害性，假設發生泄漏事故后，可在10min內停止泄漏，根據裝卸貨種的理化性質以及毒理性質，混凝土地面的最小液面厚度是0.005m。

根據《建設項目環境風險評價技術導則》，泄漏液體的蒸發分為閃蒸蒸發、熱量蒸發和質量蒸發3種，其蒸發總量為這3種蒸發之和。本工程貨種不涉及低溫儲存，涉及到的蒸發為質量蒸發。質量蒸發速度Q。按下式計算：

最不利氣象條件為F穩定度，1.5m/s風速、溫度25℃，相對濕度50%。據此計算，各物質的蒸發量列于表1中。結合蒸發速度的計算公式及結果，本研究認為影響蒸發速度最大的因素為液體和飽和蒸氣壓以及液池半徑。

毒性終點濃度-2為人員短期暴露出現健康影響的大氣污染物濃度，毒性終點濃度-1為人員短期暴露出現死亡的大氣污染物濃度，根據危險物質的蒸發速度與大氣毒性終點濃度值的比值列于表2中，根據表2，本次研究以環氧丙烷為代表因子進行大氣環境風險預測評價。

3影響分析

3.1預測因子

本次研究陸域泄漏的預測因子為環氧丙烷，預測網格間距為100m。

3.2預測氣象條件

根據HJl69-2018，二級評價的最不利氣象條件取F類穩定度、1.5m/s風速、溫度25℃，相對濕度50%，介于陽光島綜合服務中心位于本工程北側，不利風向取為S。

3.3預測模型

根據《建設項目環境風險評價技術導則》（HJ 169-2018）附錄G中的公式進行計算，本工程環氧丙烷為重質氣體，本次評價采用SLAB煙團擴散模式進行計算。

3.4影響結果

對泄漏環氧丙烷污染范圍及危害程度進行模擬計算，預測結果見表3。

從預測結果分析可以看出：當環氧丙烷管線發生泄漏時，在最不利氣象條件下，軸線最大濃度為351mg/m³，可以滿足環氧丙烷毒性終點濃度-1（2100mg/m³）和毒性終點濃度一2（690mg/m³）的要求，沒有出現超標面積。

由于泄漏時間持續較短，本次評價認為化學品泄漏對大氣環境的影響是可接受的。

4結語

本文就流體力學的柏努利方程和質量蒸發速度的計算方法估算了液化化學品泄漏后揮發生環境空氣中的蒸發速度，根據《建設項目環境風險評價技術導則》中的不利情景，采用SLAB模型進行預測，具體結論如下。

（1）液體化學品的泄漏速度主要取決于泄漏口面積，而蒸發速度主要取決于液體的飽和蒸汽壓及液池面積，因此，碼頭作業區設置合理的圍坎、減少液池面積，可以有效的減少化學品泄漏的蒸發量。

（2）液體化學品泄漏對于環境的毒害程度，受蒸發速度和毒性終點濃度的共同影響。

（3）本文選取了苯乙烯、苯、甲基丙烯酸甲酯、二甲基甲酰胺、醋酸、苯酚、三氯甲烷、環氧丙烷8種化學品10%管徑泄漏作為典型事故進行了分析，根據預測結果可知，液體化學品10%管徑泄漏對大氣環境的影響是可接受的。