液氨的大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及管控措施研究

劉祥凱

(山西省交通環(huán)境保護(hù)中心站有限公司，山西 太原 030032)

引 言

液氨是化工企業(yè)中常用的制冷劑之一，是制取銨鹽和氮肥的重要原料[1]。因其具有強(qiáng)腐蝕性且容易揮發(fā)，液氨的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受到了企業(yè)的高度重視。液氨是化工企業(yè)突發(fā)性風(fēng)險(xiǎn)事故頻次較高的危險(xiǎn)化學(xué)品[2]，因此以液氨為例并對(duì)其儲(chǔ)罐泄漏后的大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，并基于預(yù)測(cè)和評(píng)估結(jié)果制定恰當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)管控措施就顯得十分重要。

1 背景介紹

本文選取的化工項(xiàng)目為煤制乙二醇，煤經(jīng)氣化形成合成氣，合成氣經(jīng)凈化后用于生產(chǎn)乙二醇。在合成氣凈化過程的制冷工段需要使用液氨，因此需要建設(shè)一座50 m3的液氨球罐進(jìn)行儲(chǔ)存。

2 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查

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》(HJ 169-2018)附錄B，液氨因具有易燃易爆且有毒的特性，作為制冷工段的危險(xiǎn)物質(zhì)。液氨儲(chǔ)罐信息見表1，液氨危險(xiǎn)特性見表2。

表1 液氨儲(chǔ)罐信息

表2 液氨危險(xiǎn)特性[2]

2.2 環(huán)境敏感目標(biāo)調(diào)查

環(huán)境敏感目標(biāo)見第159頁表3。

表3 環(huán)境敏感目標(biāo)特征表

2.3 風(fēng)險(xiǎn)潛勢(shì)確定

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》(HJ 169-2018)，風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)潛勢(shì)及評(píng)價(jià)等級(jí)是通過危險(xiǎn)物質(zhì)及工藝系統(tǒng)危害性(P)和環(huán)境敏感程度(E)綜合確定。通過計(jì)算，本項(xiàng)目大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)潛勢(shì)Ⅳ。具體劃分情況見表4。

表4 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)潛勢(shì)劃分

2.4 評(píng)價(jià)等級(jí)及范圍確定

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》(HJ 169-2018)評(píng)價(jià)工作等級(jí)劃分要求，確定本項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)為大氣環(huán)境一級(jí)，大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)范圍自廠界外擴(kuò)5 km范圍，詳見表5。

表5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作級(jí)別劃分

2.5 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

2.5.1 物質(zhì)危險(xiǎn)性識(shí)別

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》(HJ 169-2018)附錄B，本項(xiàng)目存在危險(xiǎn)性物質(zhì)為液氨，危險(xiǎn)性特性見表6。

2.5.2 重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別

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》(HJ 169-2018)附錄B中物質(zhì)臨界量的規(guī)定，進(jìn)行重點(diǎn)危險(xiǎn)源劃定。詳見表7～表9。

2.6 風(fēng)險(xiǎn)事故情形分析

本項(xiàng)目大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故情形為液氨(以一個(gè)儲(chǔ)罐50 m3計(jì))泄漏對(duì)周圍環(huán)境的影響，泄漏孔徑為10 mm。

表6 危險(xiǎn)物質(zhì)危險(xiǎn)特性一覽表

表7 重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)源分布情況表

表8 項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別表

表9 重點(diǎn)危險(xiǎn)源識(shí)別結(jié)果表

2.7 大氣環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)

2.7.1 預(yù)測(cè)模式

本項(xiàng)目液氨儲(chǔ)罐容積為50 m3，泄漏孔徑為10 mm，致使液氨泄漏至防火堤內(nèi)，形成液池，蒸發(fā)進(jìn)入環(huán)境空氣中，并向周圍環(huán)境擴(kuò)散。液氨從儲(chǔ)罐中泄漏形成液池后閃蒸蒸發(fā)進(jìn)入大氣，蒸發(fā)過程中大量吸熱，周圍溫度降低，形成重氣體氣團(tuán)，液氨泄漏的環(huán)境影響采用重氣體模式計(jì)算，本次環(huán)評(píng)采用重氣體模型SLAB計(jì)算。液氮儲(chǔ)罐泄露事故源參數(shù)見第160頁表10。

2.7.2 大氣毒性終點(diǎn)濃度值選取

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》(HJ 169-2018)附錄H，本項(xiàng)目涉及的危險(xiǎn)物質(zhì)大氣毒性終點(diǎn)濃度值見第160頁表11。

表10 液氨儲(chǔ)罐泄漏事故源項(xiàng)參數(shù)一覽表

表11 危險(xiǎn)物質(zhì)大氣毒性終點(diǎn)濃度值

2.7.3 液氨儲(chǔ)罐泄漏預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)

1) 最不利氣象條件下液氨泄漏情形

液氨泄漏后，最不利氣象條件下，下風(fēng)向不同距離處的最大濃度見表12，軸線最大質(zhì)量濃度-距離曲線圖見圖1。

表12 下風(fēng)向不同距離處液氨的最大濃度值情況表

圖1 液氨軸線最大質(zhì)量濃度-距離曲線圖

液氨的預(yù)測(cè)濃度達(dá)到不同毒性終點(diǎn)質(zhì)量濃度的最大影響范圍見表13和圖2。

表13 液氨各閾值的廓線對(duì)應(yīng)的最大影響范圍

圖2 液氨各閾值的廓線對(duì)應(yīng)的最大影響范圍圖

液氨泄漏后關(guān)心點(diǎn)預(yù)測(cè)濃度超過評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間見第161頁表14。

最不利氣象條件下，液氨泄漏后擴(kuò)散氣體距離下風(fēng)向越遠(yuǎn)，濃度越低。在10 m處，質(zhì)量濃度最大為 2 278.50 mg/m3，預(yù)測(cè)濃度到達(dá)閾值110 mg/m3的最遠(yuǎn)距離為262 m，最大半寬寬度為52 m，預(yù)測(cè)質(zhì)量濃度到達(dá)閾值770 mg/m3的最遠(yuǎn)距離為30 m，最大半寬寬度為38 m。計(jì)算得大氣傷害概率均為0。評(píng)價(jià)范圍內(nèi)網(wǎng)格點(diǎn)最大質(zhì)量濃度為4 033.189 mg/m3(出現(xiàn)在X=325 m，Y=200 m，出現(xiàn)時(shí)間為00:01:00)。

表14 下風(fēng)向關(guān)心點(diǎn)預(yù)測(cè)濃度最大值|時(shí)間

2) 最常見氣象條件下液氨泄漏情形

液氨泄漏后，最常見氣象條件下，下風(fēng)向不同距離處的最大濃度見表15，軸線/質(zhì)心最大濃度-距離曲線圖見圖3。

表15 下風(fēng)向不同距離處液氨的最大濃度值情況表

液氨的預(yù)測(cè)濃度達(dá)到不同毒性終點(diǎn)濃度的最大影響范圍見表16和圖4。

圖3 液氨軸線最大濃度-距離曲線圖

表16 液氨各閾值的廓線對(duì)應(yīng)的最大影響范圍

圖4 液氨各閾值的廓線對(duì)應(yīng)的最大影響范圍圖

液氨泄漏后關(guān)心點(diǎn)預(yù)測(cè)濃度超過評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間見表17。

表17 下風(fēng)向關(guān)心點(diǎn)預(yù)測(cè)濃度最大值|時(shí)間

最常見氣象條件下，液氨泄漏后擴(kuò)散氣體距離下風(fēng)向越遠(yuǎn)，濃度越低。在10 m處，質(zhì)量濃度最大為958.38 mg/m3，預(yù)測(cè)濃度到達(dá)閾值110 mg/m3的最遠(yuǎn)距離為70 m，最大半寬寬度為32 m，預(yù)測(cè)濃度到達(dá)閾值770 mg/m3的最遠(yuǎn)距離為10 m，最大半寬寬度為18 m。計(jì)算得大氣傷害概率均為0。評(píng)價(jià)范圍內(nèi)網(wǎng)格點(diǎn)最大濃度為383.234 5 mg/m3(出現(xiàn)在X=325 m，Y=200 m，出現(xiàn)時(shí)間為00:01:00)。

3 大氣風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施

3.1 儲(chǔ)罐區(qū)預(yù)防措施

儲(chǔ)罐區(qū)應(yīng)配有遠(yuǎn)程檢測(cè)報(bào)警儀，24 h運(yùn)行。裝液位計(jì)、雙安全閥、靜電接地、避雷設(shè)施、消防栓、滅火器等。儲(chǔ)罐區(qū)周圍設(shè)有值班室，配崗位人員對(duì)各項(xiàng)設(shè)施實(shí)行24 h監(jiān)控。內(nèi)置便攜快速監(jiān)測(cè)儀器、個(gè)人防護(hù)工具、消防裝置等。罐區(qū)周圍建安全圍堰，用于泄漏物收容。

3.2 罐體泄漏事故應(yīng)急措施

有毒有害罐體發(fā)生泄漏后撤離無關(guān)人員，救護(hù)人員使用專用防護(hù)服、隔絕式空氣面具。組織救援小組，進(jìn)入罐區(qū)。關(guān)閉閥門、切斷物源，筑堤堵截泄漏液體或者引流到事故水池，及時(shí)關(guān)閉雨水閥，防止物料沿明溝外流，以影響地表水體。

向有害物蒸汽云噴射霧狀水，加速氣體向高空擴(kuò)散。對(duì)于可燃物，也可以在現(xiàn)場(chǎng)施放大量水蒸氣或氮?dú)猓茐娜紵龡l件。此時(shí)救援人員應(yīng)帶氧氣呼吸器，以防窒息。對(duì)于液體泄漏，為降低物料向大氣中的蒸發(fā)速度，可用泡沫或其他覆蓋物品覆蓋外泄的物料，在其表面形成覆蓋層，抑制其蒸發(fā)。

對(duì)于大型泄漏，可選擇用隔膜泵將泄漏出的物料抽入容器內(nèi)或槽車內(nèi)；當(dāng)泄漏量小時(shí)，可用沙子、吸附材料、中和材料等吸收中和。

3.3 設(shè)定安全和緩沖距離

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，液氨在最不利氣象條件下達(dá)到液氨達(dá)到閾值770 mg/m3的最遠(yuǎn)距離為30 m，最大半寬寬度為38 m；到達(dá)閾值110 mg/m3的最遠(yuǎn)距離為262 m，最大半寬寬度為52 m，因此設(shè)定安全距離為半徑40 m，緩沖距離為270 m。發(fā)生事故后相關(guān)人員因迅速撤離至泄漏點(diǎn)40 m外區(qū)域，并逐漸遠(yuǎn)離泄漏點(diǎn)，直至270 m外。

4 結(jié)語

本文通過模型預(yù)測(cè)了最不利氣象條件下和最常見氣象條件下液氨儲(chǔ)罐泄漏后對(duì)周邊大氣環(huán)境的影響，并基于預(yù)測(cè)結(jié)果，從儲(chǔ)罐區(qū)泄漏后應(yīng)急措施和設(shè)定安全、緩沖距離方面提出了建議，為化工企業(yè)在液氨環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)方面的預(yù)防提供參考。