液氯泄漏的环境风险评价——以自来水厂为例

福建华大环保工程有限公司 任 锋



液氯泄漏的环境风险评价——以自来水厂为例

福建华大环保工程有限公司 任 锋

以某自来水厂为例，采用风险识别、源项分析和风险后果计算等方法对液氯泄漏进行环境风险评价，计算风险值，了解其环境风险的可接受程度，提出减少风险的对策、措施及应急预案。

液氯 环境风险评价 风险值

环境风险突发性污染事故是指无固定排污方式突然发生难以控制的恶性事故，这种事故具有极大的破坏性和影响的长期性，并常常造成人员伤亡。建设项目的环境风险评价是指建设项目建设和运行期间发生的可预测突发性事故（一般不包括人为破坏及自然灾害）引起有毒有害物质、易燃易爆等物质泄漏，或突发事件产生新的有毒有害物质，所造成的对人身安全与环境的影响和损害，进行评估，提出防范、应急与减缓措施。

氯气是用途极为广泛的重要化工原料，属于毒性危险物质。化工厂、自来水厂的氯气泄漏事件时有发生，造成人员伤亡和经济损失。研究液氯泄漏的环境风险评价，对防范液氯泄漏事故的发生具有实际意义。本文以某自来水厂为例，对自来水厂的液氯泄漏进行环境风险评价，了解其环境风险的可接受程度，提出减少风险的对策、措施。

1 风险识别

1.1 物质风险识别

自来水厂涉及的化学药剂中，具有毒性和腐蚀性的物质为氯。

1.1.1危险物质及其特性

氯的特性详见表1。

表1 氯特性一览表

1.1.2毒性及火灾爆炸危害

表2 氯的危险性和毒性分类结果表

氯的危险性和毒性分类见表2。氯属于Ⅱ类高度危害物质。对照《建设项目环境风险评价技术导则》(HJ/T169-2004)，氯属于导则规定的一般毒性危险物质，不属于易燃物质。

1.1.3识别结果

自来水厂主要危险物质为氯，危害类别为毒性。

1.2 生产设施风险识别

1.2.1工艺过程危险性识别。自来水厂的加氯生产工艺不属于危险工艺。

1.2.2储运过程风险识别。该自来水厂液氯库有3组氯瓶。

每组8个氯瓶，每瓶贮量为1吨，氯气库液氯总贮存量为24吨。氯气钢瓶用汽车运输，在运输和储存过程中因操作不当、钢瓶碰撞、倾覆等原因引起泄漏，将污染大气环境，造成人员中毒。

综上所述，本项目生产设施的风险主要来源于储运系统的液氯泄漏风险。

1.2.3风险识别结果

1.2.3.1液氯库。本项目的液氯贮存量小于贮存区临界量，不构成重大危险源。氯属于有毒物质，液氯钢瓶为风险分析对象、液氯泄漏列为预测分析内容。

表3 本项目Cl2贮存数量

1.2.3.2物质运输。由于运输过程中环境条件的不确定性，本文不分析液氯运输过程的风险源项，只介绍运输过程中的风险防范措施。

2 源项分析

2.1 最大可信事故

自来水厂风险最大可信事故为液氯钢瓶阀门发生泄露事故。

2.2 风险概率分析

2.2.1事故类比调查

（1）2004年8月11日，江苏省金坛市自来水厂发生氯气泄漏；（2）2004年8月6日，四川省峨眉山市一自来水厂500公斤的液氯气罐泄漏；（3）2005年7月12日，江苏江丹徒区高资自来水厂发生氯气泄漏；（4）2006年8月6日，湖南省永州东安县自来水公司500公斤的液氯罐发生泄漏。

2.2.2风险概率的确定

事故概率主要通过对国内外同类工艺、装置历史事故资料的调查、分析和类比获得。国外常见的典型泄漏孔径分类、以及用于重大危险源定量风险评价的泄漏概率摘录于表4[1]，根据表4，氯气钢瓶小孔泄露孔径为50mm时，泄露概率为5.00×10-6次/年。

表4 用于重大危险源定量风险评价的泄漏概率表

2.3 事故源项

通常发生钢瓶泄漏事故后，通过报警、喷淋等措施，10分钟后即可控制泄漏。液氯的闪蒸率F为0.195。根据经验，当F≥0.2时,一般不会形成液池；当F<0.2时，F与带走液体之比存在线性关系[2]。通过计算可知液氯泄露时形成液池的量很小，可视为全部被蒸发。因此氯的挥发速度可近似等于其泄漏速度。液氯泄漏速率采用液体流速计算方程(即柏努利方程)计算。源强参数和预测源强计算结果详见表5。

表5 源强参数和预测源强计算结果

3 风险事故评价指标

以LC、IDLH、MAC作为液氯泄漏的风险事故评价指标。LC为致死浓度，LC50为半致死浓度。IDLH为立即危害生命和健康浓度，由美国国家职业安全与健康研究所（NIOSH）在《危险化学物质指南手册》中提出；IDLH定义为有害环境中空气污染物浓度达到某种危险水平，如可致命，或可永久损害健康，或可使人立即丧失逃生能力。MAC为最高允许浓度，定义为在工作地点、在一个工作日内、任何时间有毒化学物质均不应超过的浓度。本文提出的风险评价相关指标见表6。

表6 环境风险评价指标（单位：mg/m3）

注1：表中Cl2的致死浓度值为人吸入10min致死浓度。

注2：IDLH值来源：呼吸防护用品的选择、使用与维护（GB/T18664-2002）。

注3：MAC值来源：工业场所有害因素职业接触限值（GBZ2.1-2007）。

表中Cl2的各致死浓度值参照文献[3]的相关内容确定：当事故发生后，有毒气体造成的致死百分率与有毒气体的性质、毒气浓度及接触时间有关。通过人们在一定时间接触一定浓度所造成影响的概率（Y）来表征，Y与有毒气体浓度及接触时间的关系由下式计算:

式中：At、Bt、n为物质系数，取决于毒物的性质；C为有毒气体浓度；te为接触时间，本评价取10min。概率Y与致死百分率的关系见文献[3]。

4 风险后果计算与分析

4.1 预测模式

按最大可信事故源项设定，Cl2在大气中的扩散采用风险评价导则中的多烟团模式，对设定事故状态下的Cl2在不利气象条件下（静小风、D和F类稳定度）的浓度分布进行计算。预测各评价范围内污染物浓度随时间和空间的分布（详略）。

4.2 后果计算与分析

预测时，选取风速为静风、小风；大气稳定度选择中性D和稳定F类两种情况。各气象条件下事故发生后, Cl2达各评价指标最远距离预测结果见表7。

表7 Cl2预测结果

Cl2泄漏风险事故发生后，F类稳定度、1.5m/s风速条件下，在风险源下风向超过1%、10%、50%致死浓度和IDLH的范围最大，分别为791m、455m、183m和1074m，无超90%致死浓度范围。在F类稳定度、1.5m/s风速条件下，下风向超MAC浓度范围最大，为13911m。

5 风险后果综述及可接受水平分析

风险值是风险评价表征量，包括事故的发生概率和事故的危害程度。结合风险影响预测结果和区域人群分部特征，计算最大可信事故的风险值。

液氯钢瓶阀门发生泄露事故后，计算得各致死概率下的最大风险值2.5×10-5，小于化工行业8.33×10-5的风险可接受水平。因此在设定的事故状态下，Cl2泄漏的环境风险是可接受的。

6 风险管理及应急预案

加氯间和仓库采用封闭式建筑，并设置机械引风设施和氯气碱吸收装置。泄漏应急处理和储运注意事项见表1。

根据预测计算结果，当发生最大可信事故时，下风向超IDLH最远的距离为1074m；超MAC浓度的最远距离为13911m。因此，当本项目发生Cl2泄漏时，应在30min之内组织疏散风险源周边1100m范围内人员，撤离无关人员（包括厂区职工）至上风向安全区域。同时在14000m范围内根据气象、地理等条件，进行Cl2的应急监测。

7 结论

自来水厂风险最大可信事故为液氯钢瓶阀门发生泄露事故。事故发生后，各致死概率下的最大风险值为2.5×10-5，小于化工行业8.33×10-5的风险可接受水平，风险是可以接受的。风险事故发生后，应根据事故严重情况采取相应的应急措施，疏散风险源周边1100m范围内人员至上风向安全区域。同时在14000m范围内根据气象、地理等条件，进行Cl2的应急监测。

[1] 胡二邦.环境风险评价实用技术、方法和案例[M].北京:中国环境科学出版社,2009.

[2] 汪元辉.安全系统工程[M].天津:天津大学出版社,1999.

[3] 中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究所.石化装置定量风险评估指南[M].北京:中国石化出版社,2007.