某石化企業潛在風險識別研究

文章編號：1674-6139（2025）07-0189-06

中圖分類號：X820.4文獻標志碼：B

Identification of Potential Risks in APetrochemical Enterprise

Meng Chao

（HeilongjiangProvincial Institute of Environmental Science，Harbin 15oo9o，China）

Abstract：Thefrequentoccurrenceofenvironentaliskdisastersndaidentsasraduallyshiftedpeople'sttentionfronoal eventstoriskasessmentandresearchonthpotentialimpactofacidentaleventsontheenvironentAsakeyindustryrelatedtonationaleconomdopleslveloderoicalectseaeeocusfoalssmntine theirproductiogdrspooessoigfaabllosieoxicdfulsbacssal calprojectrdeezenedrogatiotechologasecoeearchotspotindebeneneroceinguetsodalit highyield，andmnialwasteTisrticleisainlyasedonthetoryndetodsofviomentaliskdentificatioinoh calprojects.TakingtheOOtos/yarudebnzenehrogeationproectasanexaple，theapicationresearchofpotentialenironmentalriskdentificationisaedoutTepuposeistogaspteiskcharacteristisofcudeenzenehdrogeationprojectsnd provide scientific basis for environmental risk management of related enterprises.

Key words：environmentalrisk identification；hydrogenationofcrude benzene；identificationof major hazards

前言

突發環境事件是指突然發生、造成或可能造成環境污染或生態破壞，危及人民群眾生命財產安全，影響社會公共秩序，需要采取緊急措施予以應對的事件[1]。石化企業因生產工藝復雜、涉及有毒有害、易燃易爆物料較多[2]，它們又多以氣體和液體狀態存在，極易發生泄漏和揮發，造就潛在的風險源項，事故狀態下往往與爆炸、火災相互引發且發展迅猛，使大量有毒化學品迅速外泄，對人體造成傷害，其經濟后果和環境后果不堪設想。通過風險識別，可全面了解企業存在的潛在危險和可能引發的后果，并制定相應防控措施。

1 風險識別

1.1 風險識別的范圍

風險識別是指風險事故發生前，人們運用不同的方法系統地、連續地認識所面臨的風險可能性并分析風險事故發生的潛在的原因。

1.2 風險識別的內容

風險識別的內容包括：資料的收集和準備，物質風險識別，生產系統風險識別和對潛在風險事故進行分析。

1.3 物料風險識別

此項目各裝置在生產過程中使用的原輔料及中間產品項目大多為易燃、易爆、有毒物質，主要有苯、甲苯、二甲苯、氫氣、甲醇。以上物質均屬于國家《危險化學品名錄》（2022調整版）中規定的危險化學品，苯屬于I級毒物（極度危害物質），甲苯、二甲苯、甲醇屬于中度危害物質；氫氣屬于易燃氣體；甲醇、甲苯屬于易燃液體;二甲苯屬于可燃液體。通過對此項目涉及物質的有毒有害、易燃易爆性質的分析及對環境可能產生的影響，確定苯、二甲苯、甲醇為環境風險評價的風險評價因子。

1.4生產過程潛在危險性識別

1.4.1 制氫裝置風險識別

此項目采用甲醇裂解及變壓吸附（PSA）制氫系統，從裂解甲醇提取氫氣作為粗苯加氫的原料氣。甲醇是一種易燃易爆有毒的氣體，一旦發生泄漏，將發生火災、爆炸及中毒事故，產生原因如下：設備在運行過程中，由于疲勞損傷、腐蝕以及結構和材料的缺陷等產生故障或泄露，由此帶來火災、爆炸以及急性中毒的危險性；存在點火源，機器軸承磨擦發熱、工具敲擊起火；未使用防爆電器、開關，電氣設備超負荷運行，亂拉臨時電源;易燃設備管道沒有靜電良好接地或輸送易燃氣體流速過大，防雷保護裝置不完善；有導致火災爆炸的物質條件，如未進行濃度測定和含氧分析；生產工藝控制不好，如壓力未在工藝要求范圍內。

1.4.2粗苯加氫裝置風險識別

粗苯加氫裝置包括加氫精制、預精餾、萃取蒸餾、二甲苯蒸餾工藝過程。工藝上有中溫、中壓、臨氫的特點，物料大部分為甲類危險品，具有毒性，發生的主要原因如下：設備、管線、法蘭、閥門選材不當，焊口不良，連接件密封不良等，因腐蝕發生泄漏，引發火災、爆炸及中毒事故；粗苯原料中不飽和化合物在溫度升高過程中，極易結焦聚合，造成蒸發器堵塞，如未及時清理，易引發中毒事故;控制系統故障、操作失誤或違章作業使系統失衡。

1.4.3 貯罐區風險識別

罐區有粗苯、甲醇、甲苯、二甲苯儲罐等，均為易燃液體且有毒性。造成貯罐泄漏的原因有：貯罐與外部管線相連的閥門、法蘭、人孔以及排污孔等安裝質量差；貯罐底板焊接不良、罐基礎下沉、地震破壞導致罐體發生變形、裂縫;罐體、附件或管線腐蝕過度、密封系統性能不良；儀表失靈導致物料從貯罐頂部溢出；違章檢修操作等。點火能量產生的原因有：違章動火、機動車打火、介質流動沖擊產生靜電、人體靜電、雷擊、電氣火花、碰撞火花、熱輻射等。

1.5 潛在事故分析

該項目各生產單元可能發生的事故有設備的管道、連接器、閥門、壓力容器或泵、壓縮機、儲罐等損壞裂口。苯、甲苯和二甲苯儲罐及管道、閥門等發生泄漏，與空氣混合達到爆炸極限，遇明火或引爆能量時極易發生事故。如果苯泄漏后未遇到點火源，沒有發生火災、爆炸事故，則苯蒸氣會擴散到周圍乃至廠區以外，造成廠區周圍的居民發生中毒事故。

2 重大危險源辨識

根據《建設項目環境風險評價技術導則》附錄中給出的危險物質臨界量和《危險化學品重大危險源辨識》（GB18218－2018）中規定，屬于該標準規定范圍內的危險物質苯、甲苯、二甲苯、甲醇和氫氣，在生產、使用或貯存過程中的數量一旦達到或者超過臨界量，其生產場所或貯存區就構成重大危險源。單元內存在的危險物質為多品種時，則按《危險化學品重大危險源辨識》（GB18218－2018）中公式計算，若滿足該公式，則定為重大危險源。

式（1）中， q₁，q₂…q_n —每種危險物質實際存在量，t;

Q₁，Q₂…Q_n —與各危險物質相對應的生產場所或貯存區的臨界量，t。

此項目中甲醇最大存放量為 396t ，苯 703t ，甲苯 866t ，二甲苯 430t ，氫氣 0.72t ，苯、甲苯均超出《危險化學品重大危險源辨識》（GB18218－2018）中所規定的臨界量，構成重大危險源。重大危險源計算公式見式（2）：

396/500（甲醇） +703/50 （苯） +866/500 （甲苯）+430/5000 （二甲苯） +0.72/5 （氫氣） =16.814gt;1

此項目罐區危險物質的量超過臨界量，構成重大危險源。

3 源項分析

環境風險評價中源項分析的主要內容是確定最大可信事故發生概率及估算危險化學品的泄漏量。

3.1 最大可信事故及其源項的確定

最大可信事故（Maximumcredibleaccident），是基于經驗統計分析，在一定可能性區間內發生的事故中，造成環境危害最嚴重的事故[3]。換句話說，基于統計學分析，在可能發生的事故狀況中，選擇環境影響最嚴重的事故作為最大可信事故進行評價[4]。事故概率作為最大可信事故的表征，是事故發生的可能性，與環境、物質的特性和設備等有關。根據實際情況，通過對危險因素進行識別和分析，可以確定最大可信事故分為兩類：罐區火災爆炸事故和有毒物質泄漏事故。采用事故樹法確定罐區火災爆炸事故發生概率，采用通用統計概率確定有毒物質泄漏事故發生概率。

3.1.1 火災爆炸事故發生概率

3.1.1. 1 事故樹分析法

事故樹（FTA）也叫故障樹、失效樹，演繹地表示事故發生原因和其對應的邏輯關系的樹圖。事故樹分析是一種演繹推理法，并把系統可能發生的某種事故與導致發生的各種原因之間的邏輯關系用樹形圖表示[5]。事故樹分析法的基本流程一般分為準備階段、定性分析階段、定量分析階段和安全性評價階段[6]

3.1.1.2 事故樹的建立

根據國內儲罐爆炸事故的統計，經整理和分析后建立事故樹圖，如圖1所示。故障樹的頂上事件為罐區發生火災爆炸事故，基本事件共有15種，代號為 S01-S15。

3.1.1.3 最小割集

導致頂上事件發生的基本事件的集合稱為割集，即造成危險化學品事故發生的基本事件的集合，頂上事件發生的最低限度基本事件的集合為最小割集[7]。最小割集臺階數為2 的基本事件為S01S15；最小割集臺階數為3的基本事件分別為S02S01S11，S02S01S14，S03S01S11，S03S01S14，S04S01S14，S07S01S11，S07S01S14，S08S01S11，S08S01S14，S09S01S11，S09S01S14，S10S01S11，S10S01S14;最小割集臺階數為4的基本事件分別為S05S06S01S11，S05S06S01S14，S02S01S13S12。可以看出，導致儲罐火災爆炸的最小基本事件組合有21個，即每一個組合的基本事件同時發生時，都可導致頂上事件的發生。

3.1.1.4基本事件概率

各基本事件概率為：S01達爆炸極限 0.5308× 100，S15制冷裝置損壞 0.5257×100，S0 6避雷器失效 0.5257×100 ，S03維護時撞擊罐體 0.5257× 100，S13安全閥卸壓 0.105 1×10^-1 ，S08汽車未設防爆器或損壞 ?0.9670×10^-2 ，S11操作失誤0.777 5×10^-2 ，S12管線腐蝕 0.3887×10^-2 ，S04運輸過程發生撞擊 0.3469×10^-2 ，S07電器不設防或防爆器損壞 ?0.2732×10^-2 ，S10 液體沖擊罐內金屬突出物或金屬浮標 0.1577×10^-2 ，S09 液體流速過快0.1156×10^-2 ，S05雷擊 0.1156×10^-2 ，S03密封件損壞 ，S02危險區違章動火 0.3889× 10^-3 。可以看出，S01（達爆炸極限）為發生概率最高的基本事件，其次是S15（制冷裝置損壞） .S06 （避雷器失效）和S03（維護時撞擊罐體）。

3.1.1.5 頂事件概率計算

頂事件概率計算方法是將事故樹經布爾代數簡化后，求得事故樹有 K 個最小割集。當 K 個割集彼此無重復時，則頂事件發生概率 g 計算見式2：

式（2）式（2）中， g- 頂事件發生率;Σ ——求概率和;Π ——求概率積;q_i 1 —i基本事件概率。

經計算得到儲罐發生火災爆炸事故的概率為1.17×10^-4 次/a。

3.1.2泄漏事故發生概率

結合工程涉及的物料危險性、事故統計資料及重大危險源分析，企業大氣環境污染最大可信事故確定為粗苯、二甲苯、甲醇貯罐泄漏導致的蒸氣擴散事故。由于風險事故發生的不可預見性、引發事故的因素較多、污染物排放的差異，對風險事故概率及事故危害的定量化難度較大。根據《環境風險評價實用技術和方法》中的統計數據可知，目前國內化工裝置典型事故風險概率在 1×10^-5/ 年左右，結合此項目實際情況，風險評價事故源項為粗苯、二甲苯、甲醇貯罐泄漏事故，概率為 1×10^-5/ 年。

3.2危險化學品的泄漏量的確定

要通過確定泄漏時間及泄漏速率來進行危險化學品的泄漏量的計算。

泄漏量 Σ=Σ 泄漏時間 × 泄漏速率

危險化學品的泄漏包括液體泄漏、氣體泄漏、兩相流泄漏和泄漏液體蒸發四種情況，要分別對前三種的泄露速率及第四種的蒸發量進行計算。氣體泄漏速率按氣體流速分為兩種情況計算，即在音速范圍（臨界流）和亞音速范圍（次臨界流）的情況；假定液相和氣相是均勻的，且相互平衡，此時按兩相流泄漏計算。在蒸發的液體與液體總量的比值大于1的情況下，應按氣體泄漏計算，此時表明液體全部蒸發成氣體；若二者比值很小，則說明液體蒸發量非常小，可近似地按液體泄漏計算[3]。泄漏液體的總蒸發量為閃蒸蒸發、熱量蒸發和質量蒸發三種蒸發量的總合。過熱液體首先通過閃蒸散發一部分熱量，熱量降低到一定值后閃蒸結束，未蒸發液體在地面形成液池，吸收地面熱量氣化轉為熱量蒸發，而質量蒸發則是指熱量蒸發結束后，液體表面氣體流動使液體蒸發[3]。

此項目苯、二甲苯、甲醇是在常溫、常壓下貯存的，且苯、二甲苯和甲醇的沸點分別是 80.1^qC ，138.4% 和 64.8^°C ，因此，發生泄漏時一般不會發生閃蒸和熱量蒸發，而是在周圍形成液池，靠液池表面氣流運動使液體蒸發，以氣態形式進入大氣并擴散，所以研究只考慮質量蒸發。

（1）液體泄漏速率 Q_L 按式（3）[3]進行核算。

式（3）中， Q_L —液體泄漏速度， kg/s

C_d —一液體泄漏系數，按《建設項目環境風險評價技術導則》表F.1選取；A —裂口面積， m² ：P —容器內介質壓力， Pa ·P₀ —環境壓力， Pa g 一重力加速度， 9.81m/s² h 一裂口之上液位高度， m ρ 中 -泄漏液體密度， kg/m³ 。

（2）質量蒸發速度 Q₃ 按式（4）[3]核算。Q3 =a×p × M/（R× T）×u（2-n）/（2+n）× r（4+n）/（2+n） 式（4）式（4）中， Q₃ —質量蒸發速度， kg/s ·

a，n—大氣穩定度系數，按《建設項目環境風險評價技術導則》表F.3取值；

（20 p —液體表面蒸氣壓， Pa ：

R 氣體常數； J/（mol?k） ;T_O 一環境溫度，k；

M? —物質的摩爾質量， kg/mol u （24號 一風速， m/s

一液池半徑， m 。

泄露形式及泄露點附近的地域構型決定了液池的最大直徑。如設置事故圍堰，則液池半徑是圍堰的最大等效半徑；如無圍堰，則需推算等效半徑，假設液體瞬間擴散到最小厚度值。

根據泄漏的液體量和地面性質，按式（5）可計算最大可能的池面積，

S=W/（H_min×ρ）

式（5）中，S—液池面積， m² ：W- 一泄漏液體的質量， kg ρ 液體的密度， kg/m³ ：H_min 一最小油層厚度， m 。

最小物料層厚度與地面性質對應關系為草地0.02m ，粗糙地面 0.025m ，平整地面 0.01m ，混凝土地面 0.005m ，平靜的水面 0.0018m 。

通過對本企業貯罐的分析，計算可知苯、二甲苯和甲醇泄漏速率，見表1。

液體持續 30min 泄漏，且地面為混凝土地面，無圍堰，經計算苯、二甲苯和甲醇的液池半徑分別為6.36m，4.89m，5.5m 。液體表面風速選取該地區的平均風速 3.0m/s ，苯、二甲苯和甲醇液體表面蒸汽壓為 13.3KPa，11.6KPa 和 13.3KPa 。環境溫度取年平均氣溫289K，則根據式（4）計算，可得到不同穩定度下物質的質量蒸發速率，見表2。

4結論

通過物料風險識別得到5種危險物質：苯、甲苯、二甲苯、甲醇和氫氣。重大危險源辨識結果為16.814，已構成重大危險源，超過臨界儲量的物質為苯和甲苯。本工程大氣環境污染最大可信事故確定為粗苯、二甲苯、甲醇貯罐泄漏導致的火災爆炸。采用事故樹分析法確定儲罐發生火災爆炸事故的概率為 1.17×10^-4 次/·a，采用類比法確定粗苯、二甲苯、甲醇貯罐泄漏事故的概率為 1×10^-5/ 年。選取質量蒸發模式，確定不同穩定度條件下苯、二甲苯、甲醇的質量蒸發速率。

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