液氨貯存使用單位環境風險評估與防控對策
——以某市為例

胡曉寒，魏軍武，李華，薛亦峰

（1.北京市環境應急與事故調查中心，北京100089；2.北京市環境保護科學研究院，國家城市環境污染控制工程技術研究中心，北京100037）

前言

液氨用途廣泛，在制冷、熱處理、水處理等方面得到了較好的應用[1]。但是，其具有毒性且易燃、易爆，一旦發生泄漏極易引發火災、爆炸事故，從而次生突發環境污染事件[2?6]。近年來，國內外因氨泄漏導致的各類重特大事故時有發生，對液氨使用的管理也進一步受到了重視。2013年，北京市、河南省分別發布了地方標準，規定了液氨使用與貯存單位的相關安全要求[7]。但是由此可能引發的環境風險的防范和控制卻鮮有關注，已有的研究也大多集中在液氨泄漏的數值模擬和擴散模型上[8?13]，對液氨環境風險的定量評估方面研究較少[14]，無法為液氨的環境風險防控提供有力支撐。因此，進行液氨單位環境風險特征分析，開展環境風險等級的計算和預測評估，有針對性提出環境風險防控對策十分必要。

本研究以某市為例，以其現有的液氨使用和儲存單位（以下稱涉氨單位）作為研究對象，梳理和分析液氨在生產、運輸、貯存和使用過程中的環境風險節點，掌握涉氨單位的環境風險特征及可能存在的問題；按照《企業突發環境事件風險分級方法》[15]的相關規定，同時結合該市實際狀況，對該市涉氨單位突發環境事件風險等級進行評估；利用RiskSystem軟件對涉氨單位進行環境風險預測；基于風險評估合和預測的結果，提出相應的環境風險防控對策。

1 材料與方法

1.1 研究對象

該市現有涉氨單位82家，分布在13個行政區，液氨貯存和使用量為896t。其中，制冷企業占單位總數的71%，貯存和使用量約占全部的90%。

自2006年以來，該市已發生10起氨泄漏事故，大多數事故是由于人為操作不當和液氨容易腐蝕的一些零部件損壞引起的，由于環境和安全防控不到位，對周邊大氣、水和土壤環境造成了一定的影響。

1.2 環境風險等級確定方法

本文在《企業突發環境事件風險分級方法》中提出的方法的基礎上，結合區域特點，將涉氨單位周邊人口密集程度、疏散條件以及周邊是否涉及政治敏感區等納入考量范圍。首先計算所涉及環境風險物質數量與其臨界量比值（Q），再采用評分法逐項計算工藝過程與環境風險控制水平值（M），確定工藝過程與環境風險控制水平，最后確定環境風險受體類型（E）。根據上述計算和評估結果，按照風險矩陣確定涉氨單位突發環境事件風險的等級。

1.3 氨泄漏事故環境風險預測方法

RiskSystem模型可對不同風向、風速及大氣穩定度情況下的點源、面源及體源造成的泄漏事故進行后果預測，預測結果可給出不同時刻下風向不同距離及多個關心點處的濃度值[16]。本研究使用該模型對82家涉氨單位的氨泄漏事故進行逐一預測，重點預測突發液氨泄漏事件時，半致死濃度范圍(下稱LC50范圍)和短時間接觸容許濃度范圍（下稱MAC范圍）。

將82家涉氨單位作為點源，設置預測液氨泄漏持續時間為60 min，預測時間間隔為5 min，并將泄漏高度、廢氣溫度、裂口面積、容器壓力等數據輸入到RiskSystem模型中。結合氣象部門近年來氣象資料（全年平均風速、大氣穩定度等），計算各涉氨單位發生液氨泄漏時對周邊環境的影響范圍。

2 結果與討論

2.1 涉氨單位環境風險節點和特征分析

對液氨生產到使用全過程的環境風險節點進行梳理和分析（圖1），可以看出液氨泄漏次生突發環境事件的風險貫穿于生產、運輸、貯存和使用的各個環節，重點集中在液氨的貯存和輸送環節。液氨的生產是通過氮氣和氫氣加壓催化合成[17]，合成的液氨儲存在儲罐罐體中，若日常維護不足，有一定的泄漏風險。液氨的運輸主要通過液氨罐車來完成。裝車主要通過儲罐與槽車之間的液位差裝車[18]，在運輸過程中，液氨槽車內的壓力保持在0.7～0.9 MPa[19]。卸車時將需要灌注的儲罐中的氨氣抽出，加壓送到槽車中，使槽車中的氨氣蒸氣壓力升高，儲罐中的氨氣蒸氣壓力降低，通過槽車和儲罐之間形成的壓力差將液氨送到需要灌注的儲罐中去[20]。如果操作不當、設備損壞、充裝過量、超溫超壓等，均可引起液氨的泄漏。液氨通常貯存在儲罐內，其使用和日常維護格外重要。由于液氨本身具有腐蝕性，儲罐在長期露天使用和存儲的過程中，極易造成儲罐的容器、管道、閥門等一些連帶的零部件受到液氨的侵蝕，從而變得薄脆易破，增大液氨的泄漏風險[21]。此外，液氨在貯存過程中人為的超溫超壓、操作失誤也可能引起液氨的泄漏。液氨的使用主要為氨制冷、用作原輔料、熱處理和水處理，在使用過程中主要的環境風險集中在液氨貯存區域和液氨輸送管道，氨泄漏點主要集中在液氨容易腐蝕的閥門、法蘭、接口等連接部位。

圖1 液氨生產到使用過程中的環境風險環節

液氨從生產到使用，每個環節均存在泄漏的風險，特別是在液氨的貯存和輸送環節，人員操作不當也是液氨泄漏的重要原因，應該給予重點關注。因此，在各個環節上進行氨泄漏的預防，或者建立氨回收系統是環境風險預防和控制的關鍵。

2.2 環境風險評估

2.2.1 環境風險等級

對82家涉氨單位的環境風險狀況進行評估的結果顯示，一般環境風險等級42家，較大環境風險等級28家，重大環境風險等級12家，分別占涉氨單位總數的51%、34%和15%。

從用途分布來看（圖2），12家重大環境風險的企業中有9家為氨制冷企業，占比達到75%，較大環境風險的企業中也有超過半數為氨制冷企業，充分凸顯氨制冷企業環境高風險的特點，因此有必要開發安全環保的液氨替代品，代替液氨制冷，降低環境風險。相反，用作熱處理的單位中約有77%屬于一般環境風險。

圖2 涉氨單位環境風險等級用途分布

綜合來看，該市接近一半涉氨單位屬于較大和重大環境風險，重大環境風險單位主要用于氨制冷。由于城市化進程的加快，最初建設在郊區的部分企業，現在被居民區、商場和超市包圍，一旦發生突發環境事故，涉及疏散人員數量眾多，必須加強環境風險的管控。

2.2.2 氨泄漏事故風險預測

根據RiskSystem模型的預測，影響范圍大的企業多以氨制冷企業為主。從LC50范圍來看（圖3），用作原料和熱處理的涉氨單位影響范圍較小，大多數LC50范圍為0；而絕大多數氨制冷企業的LC50范圍均在100 m以上，影響范圍較大，人員疏散條件較差，事故發生后可能會出現疏散困難。若有人員在氨泄漏事故發生后停留在LC50范圍內，可能會引發中毒，甚至會導致死亡。從MAC范圍來看（圖3），氨制冷企業的MAC范圍均在500 m以上，MAC范圍越大，氨制冷企業越多；用作原料、熱處理、水處理的涉氨單位影響范圍相對較小，均在1.5km以內。在該市核心區內，個別區域的涉氨單位影響范圍相對較大，需要重點關注。若有人員長時間在MAC范圍內停留，可能會發生中毒頭暈等癥狀，危害身體健康。

圖3 涉氨單位LC50范圍和MAC范圍預測結果

2.3 環境風險防控對策

結合對涉氨單位生產、運輸和使用環節的環境風險特點分析，該市涉氨單位的環境風險評估以及氨泄漏事故風險預測結果，針對該市涉氨單位環境風險狀況及管理現狀，為降低涉氨單位潛在的環境風險，提出以下三方面對策建議：

2.3.1 完善管理標準

環境應急管理堅持預防為主，預防與應急相結合的原則。雖然目前突發環境事件應急管理辦法等對環境應急管理提出了相應的要求，但與其配套的可操作層面的標準規范仍屬空白，企業落實相關要求存在一定困難，可能會間接導致企業突發環境事件風險的增加。因此，急需完善環境風險管理和應急處置管理相關標準，為規范和指導企業有效落實環境安全主體責任奠定基礎。

2.3.2 加強監管協作

企業突發環境事件多數是由安全生產事故引發的次生災害，如果企業各項安全生產、消防等措施落實到位，突發環境事件發生概率就能有效降低。因此，應急、消防、生態環境管理等相關部門要在各司其職的基礎上，分工協作開展監督管理，將液氨單位次生突發環境事件發生概率和影響降至最低。

2.3.3 提升應對能力

企業是防范環境風險和妥善處置突發環境事件的第一道防線，因此，液氨使用相關單位要通過完善企業應急管理制度、配備相應的應急物資和建立預警體系等提升環境應急管理和突發環境事件應對能力。同時，面各級管理部門要進一步提高應急監測水平，完善突發環境事件處置協調機制，提高應急處置能力。

3 結論

本研究通過對液氨生產、運輸和使用全生命周期評價，分析了各個環節的環境風險，以某市為例，評估了涉氨單位的環境風險等級，并開展了氨泄漏事故風險預測。基于液氨單位的環境風險特點，提出針對性的防控對策。

（1）涉氨單位在液氨貯存區域和液氨輸送管道存在較大的環境風險，閥門、法蘭、接口等連接部位腐蝕和操作失誤是氨泄漏的主要原因，且氨泄漏事故多數發生在氨制冷企業，應該予以重點關注。

（2）某市涉氨單位環境風險總體較高，一般、較大和重大環境風險等級的涉氨企業分別占總數的51%、34%和15%，需要加強環境風險管理。重大環境風險單位主要集中于氨制冷行業。

（3）根據對該市涉氨單位泄漏事故風險預測，結果表明氨制冷企業影響范圍最大，其人員疏散工作最為困難。應根據評估結果改進事故的應急預案，對影響范圍內人員提供液氨泄漏方面的培訓，最大可能地減少事故造成的環境污染、人員傷亡及財產損失。

（4）涉氨單位環境防控應以預防為主，要通過建立和完善環境應急管理制度，加強環境風險隱患排查，開展人員培訓和應急演練，嚴格落實環境安全主體責任，有效預防和降低突發環境事件發生的概率。