大型LNG接收站環境風險評估體系構建

王瑾,蔣會春,許盛彬

(1.南方科技大學環境科學與工程學院,深圳 518055;2.南科大工程技術創新中心(北京),北京 100083;3.深圳市城市公共安全技術研究院有限公司,深圳 518033)

隨著中國城鎮化進程的快速推進,城市健康發展與環境承載力之間的關系愈發緊密[1-2],能否有效辨識伴隨城鎮化建設新產生的環境風險,量化評估區域風險等級是否超出環境承載力,如何采取環境風險消除、降低或控制措施[3-5],是目前各級黨委政府、社會公眾高度關注的重點,也是中外相關學者研究熱點之一。液化天然氣(liquefied natural gas,LNG)接收站作為國內天然氣進口的“橋頭堡”,在推進國家能源結構轉型、城鎮用氣保障等方面發揮了至關重要的作用,截至2021年底已建成并投入運營LNG接收站22座[6-7]。根據《“十四五”現代能源體系規劃》,到2025年天然氣年產量達到2 300×108m3以上,這對LNG接收站、氣化站等儲氣設施擴容建設提出了更高的要求[8-9]。盡管天然氣屬于清潔能源,LNG接收站建設、運營過程中仍不可避免地存在環境風險。LNG接收站按功能主要分為儲罐區、裝卸區、碼頭區、公用工程及輔助生產區、辦公區等,其儲存、輸送、裝卸等過程中的主要污染源為-162 ℃的LNG,90%以上成分為甲烷,具有易燃易爆、中毒窒息危險性。需對LNG接收站及周邊環境進行風險辨識及評估,但目前鮮有相關研究。

韓心星[10]基于近30年中文核心期刊文獻計量分析,風險評估在中國主要包含生態環境風險、健康風險、金融風險等9個研究主題,近幾年的研究熱點是生態環境風險與健康風險。在園區環境風險評估方面,常見的評估方法包括序關系分析(G1)法、層次分析法、模糊綜合評價法等,中外相關學者開展了大量研究[11]。戎艷青等[12]研究了不同模型在焦化廠多環芳烴(PAHs)健康風險評估中的適用性,分析不同模型評估結果的差異和原因,推測不同模型適用的范圍。吳優[13]采用層次分析法-模糊綜合評價法對工業園區進行風險評價,構建了都江堰市經開區工業園區環境風險層次指標體系。楊敏慧等[14]運用層次分析法構建了包括行業類型、園區企業生產工藝、環境管理體系、環境風險管理體系、受納水體環境等13個指標層的環境風險評估體系,并應用評估了宜賓市6家工業園區的環境風險綜合值。白少云等[15]運用G1法、變權柵格理論構建了包括高程、坡度、人口密度、道路緩沖區、居民點緩沖區、水域緩沖區等的生態敏感性評價指標體系,并應用評價了杞麓湖流域生態敏感性。其中,G1法是一種主觀賦權方法,通過定性分析將各項指標按重要性排序,并依次按標度賦值后,經過加權計算得到各項指標的權重系數,其優點在于無需構建判別矩陣和一致性檢驗[16-17]。為此,在上述研究方法、路徑及成果的基礎上,擬運用G1法開展LNG接收站環境風險評估體系研究,并選取某沿海城市LNG接收站進行實例分析。

1 LNG接收站環境風險評估體系

1.1 環境風險分析

通過風險辨識,LNG接收站的環境污染風險主要來源于常態運營和非常態事故,首先是常態運營過程中產生的含油污水、污泥、廢氣,其中含有多環芳烴、重金屬甚至放射性物質,若處理不當會對LNG接收站周邊的水體、土壤、大氣造成嚴重污染,其次是非常態事故下的LNG泄漏,揮發擴散造成周邊環境污染,與空氣混合形成可燃氣云,若遇火源造成火災爆炸,將擴大事故后果。LNG接收站含油污水、污泥、廢氣主要在LNG儲罐檢維修、倒罐、清洗、排放等環節產生,可能發生LNG泄漏的裝置主要為LNG碼頭裝卸設施、廠區LNG輸送管線、LNG儲罐、LNG裝卸臺、BOG壓縮機及其他附屬設施。除LNG介質污染外,廠區主要還存在噪聲污染、生活垃圾污染、建筑垃圾污染等其他污染類型。

1.2 評估指標篩選

基于風險辨識結果,筆者開展了相關案例研究,從LNG接收站規劃建設、周邊環境、功能分區、運營管理、應急處置5個維度,運用德爾菲法篩選提煉各維度的環境風險影響因子。

(1)在LNG接收站規劃建設方面,著重考慮了廠區選址是否符合《液化天然氣接收站工程設計規范》(GB 51156—2015)等相關規范有關規定,與重要水源保護地及居民區、學院、醫院等環境敏感建筑的規劃控制距離,是否采用先進工藝裝置減輕附近生態環境的影響,是否采取有效施工管控措施處置施工生產、生活產生的污染物,是否嚴格執行環境保護“三同時”制度。

(2)在LNG接收站周邊環境方面,著重考慮區域年平均濕度、降雨、風速風向等影響污染物大氣擴散的氣象條件,滲透系數、土質類型等影響污染物土壤遷移的地形地質條件,含水層類型、地下水埋深、海岸線等影響污染物水體遷移的水文條件。

(3)在LNG接收站功能分區方面,著重考慮了LNG儲罐區、LNG碼頭區、LNG裝卸區等3個極易產生LNG污染的功能區的風險控制措施,可能產生LNG污染、噪聲污染的輔助生產區的風險控制措施,存在生活垃圾污染的辦公區的風險控制措施。

(4)在LNG接收站運營管理方面,著重考慮了LNG接收站污染風險管理的人員安排是否合理、制度建設適合健全、監測監控是否完備、培訓教育是否到位及廢棄物處置全流程跟蹤記錄等情況。

(5)在LNG接收站應急處置方面,著重考慮了LNG接收站突發環境污染事件應急指揮架構的組織性、應急預案體系的針對性、應急專業隊伍的專業性、應急裝備配備的適用性、應急演練的實戰性。

基于環境風險因子篩選結果,運用層次分析法,依據系統性、專業性、延續性原則構建了LNG接收站環境風險評估體系,如圖1所示。其中,目標層為LNG接收站環境風險評估等級,準則層包括LNG接收站規劃建設、LNG接收站周邊環境、LNG接收站功能分區、LNG接收站運營管理、LNG接收站應急處置5項二級指標,指標層包括廠區選址規劃、規劃控制距離、先進工藝裝置、建設施工管控、氣象條件狀況、地形地貌狀況、地質條件狀況、水文條件狀況、LNG儲罐區、LNG碼頭區、LNG裝卸區、輔助生產區、辦公區及其他、環境管理組織、環境管理制度、污染監測系統、廢棄物處置管理、宣傳培訓教育、應急組織架構、應急預案編制、應急隊伍建設、應急裝備配備、應急演練實施23項三級指標。

圖1 LNG接收站環境風險評估三級指標體系Fig.1 Three-level index system of environmental risk assessment of LNG terminal

1.3 評估指標確權

為量化上述LNG接收站環境風險評估體系的各級指標,引用了G1法評定各項指標權重。計算方法如下。

表1 相鄰指標重要程度判斷標準Table 1 Judgement criteria for the importance of adjacent indicators

(1)

(2)

(3)

將wn值代入式(4)中,可依次計算第k-1個指標的權重系數。

(4)

(4)綜合權重計算。對于多層次指標體系,構建致因層次權重向量Wa和各層致因權重向量Wb,通過式(5)中計算多層指標綜合權重向量[18]。

(5)

式(5)中:W為該指標體系的綜合權重向量,則相應的綜合權重系數記為W={W1,W2,…,Wn}。

1.4 風險等級計算

根據上述確立的LNG接收站環境風險評估指標體系及各項指標系數,建立了相應的環境風險綜合指數計算模型,如式(6)所示。

(6)

專家通過判斷指標層各項指標能否有效消除或控制環境風險進行評分:若該指標項得到有效落實,采取有效措施消除或控制環境風險,評0～3分;若該指標項得到基本落實,采取一定的措施消除或控制環境風險,評4～7分;若該指標項未得到落實,未采取相關措施消除或控制環境風險,評8～10分。

為定性評估LNG接收站環境風險等級,依據綜合指數計算結果,將LNG接收站環境風險等級劃分為低風險、一般風險、較大風險和重大風險,如表2所示。

表2 LNG接收站環境風險等級劃分標準Table 2 Classification standards for environmental risks of LNG terminal

2 某LNG接收站實例分析

以廣東省某正在運營的LNG接收站為例,運用上述評估體系及模型對該LNG接收站環境風險進行計算和評估。該接收站主要劃分了LNG儲罐區、LNG碼頭區、LNG裝卸區、輔助生產區和辦公區等功能區,包括了4座1.6×105m3全容式LNG儲罐,周邊環境敏感建筑主要包括社區、醫院、公園等,所處地區的年平均氣溫22.9 ℃,相對濕度74%,平均風速2.2 m/s。

2.1 指標賦權

表3 某LNG接收站環境風險評估指標權重系數Table 3 Weight coefficient of environmental risk assessment index for an LNG terminal

2.2 風險分級

為客觀評估該LNG接收站的環境風險等級,向相關行業專家、管理人員、一線工作人員發放調查問卷90余份,回收有效問卷83份,經匯總后取平均值,結合表3所列各項指標綜合權重系數,代入式(6)中計算得到該LNG接收站環境風險綜合指數Y=5.124。同時,計算了準則層各項指標的綜合指數分別為Yc1=4.452,Yc2=4.550,Yc3=5.592,Yc4=5.054,Yc5=5.259。

2.3 結果分析

根據指標賦權結果,在準則層,功能分區對該LNG接收站的環境風險評估的重要程度最大,其后依次是運營管理、應急處置、規劃建設和周邊環境。在指標層,需重點關注LNG儲罐區、LNG碼頭區、廢棄物處置管理、LNG裝卸區、應急預案編制、廠區規劃選址、先進工藝裝置、水文條件狀況等指標,同時這些指標也對應著LNG接收站規劃、建設、運營及應急等環節需要重點關注的因素。

根據綜合指數Y=5.124∈[3,6)可知,該LNG接收站總體環境風險等級為一般風險,其中各準則層的風險值由高到低依次為LNG接收站功能分區、LNG接收站應急處置、LNG接收站應急管理、LNG接收站周邊環境、LNG接收站規劃建設。LNG接收站功能分區中,LNG儲罐區的風險值最高達到0.625,即該單項指標風險等級達到較大風險,需采取一定的工程技術和管理措施消除、降低或控制LNG儲罐區的環境風險。

3 結論

通過風險分析和指標篩選,從規劃建設、周邊環境、功能分區、運營管理、應急處置5個維度構建了LNG接收站環境風險評估體系,包含5項二級指標和23項三級指標,運用G1模型為各項指標賦權,建立LNG接收站環境風險綜合指數計算模型和評估準則。以廣東省某LNG接收站為實例,評估結果表明該LNG接收站總體環境風險可控,為一般等級,其中LNG儲罐區的環境風險達到較大等級,需采取一定的消除、降低或控制環境風險的工程技術和管理措施。因此,本研究提出的LNG接收站環境風險評估體系及其計算模型具有較好的可操作性和有效性,為開展LNG接收站環境風險評估工作提供方法路徑。