对某硫酸储罐泄漏环境风险影响评价与研究

王丽苑，杜晓亮，王兴峰，吴世洋，李卫东，王鑫羽

（西北矿冶研究院环境资源研究所，甘肃 白银730900）

1 引言

环境风险是由自发的自然原因和人类活动引起的，通过环境介质传播的，能对人类社会及自然环境产生破坏、损害及至毁灭性作用等不幸事件发生的概率及其后果［1，2］。环境风险评价是分析和预测建设项目存在的潜在危险、有害因素，项目建设和运行期间可能发生的突发性事件和事故，引起有毒有害和易燃易爆等物质泄漏，所造成的人身安全与环境影响及损害程度，提出合理可行的防范、应急与减缓措施，以使建设项目事故率、损失和环境影响达到可接受的水平［2］。为了达到环境风险评价的目的，环境风险预案的计算与后果预测就成为环境风险评价中的重中之重。

2 硫酸储罐发生泄漏的可能性分析

硫酸贮罐发生泄漏的事故树分析见图1。硫酸储罐泄漏事故树定量分析结果见表1。

事故树结构函数为：T＝（q1＋q2＋q3）q4＋q5＋q6q7q8＝q1q4＋q2q4＋q3q4＋q5＋q6q7q8；

事故树有5个最小割集：｛｛q1q4｝、｛q2q4｝、｛q3q4｝、｛q5｝、｛q6q7q8｝｝；

表1 硫酸储罐泄漏事故树定量计算结果

事故概率的估算：

图1 硫酸储罐泄漏事故树

通过对以上事故树的计算与分析得知，硫酸贮罐发生泄漏时的危险重要系数顺序为：q（7）＝q（8）＞q（6）＝q（4）＝q（5）＞q（1）＞q（3）＝q（2）。

事件名称是：自动控制系统失灵＝未及时关闭阀门＞生产报警系统事故＝毒气检测事故＝外观检测不合格＞阀门故障＞管道破裂＝贮罐破裂。

造成硫酸贮罐发生泄漏的因素很多，其中基本事件q（7）与q（8）的危险度最大，是造成硫酸贮罐发生泄漏的直接原因；其次q（6）、q（4）、q（5）是结构危险度相等的3个原因，再下来是q（1）、q（3）、q（2）等3个原因。由此可以看出，要控制基本事件——硫酸贮罐泄漏的发生，必须从最危险的事件q（7）与q（8）入手。因此，要控制硫酸贮罐泄漏事故的发生，在设计阶段就要按标准的要求对各个元件进行选型与设计，以确保达到安全的本质；其次在生产过程中要经常检查，以确保各类元件处于正常的状态，要经常对职工进行安全教育，使职工处于一个高度的认识状态，以确保安全地运行。

由事故树的定量分析可知，储罐泄漏引发火灾爆炸事故的发生概率约为10－6。此类事故虽然发生概率较低，但危害后果较严重。

3 项目事故源强确定

本项目中硫酸泄漏的主要原因是储运设施缺乏维护，造成罐体或管道开裂引起硫酸泄漏；裂口面积0.01m2，储罐泄漏后，安全系统报警，操作人员在20min内使储罐泄漏得到制止，并在泄漏物料上方喷洒泡沫，覆盖泄漏物料阻止泄漏液体的挥发，同时采取有效的收集措施，在20min内将泄漏物料收集到备用储罐［3］。

3.1 泄漏量计算

硫酸泄漏速率计算公式［4］可采用下式：

式中：QL为液体泄漏速度，kg/s；Cd为液体泄漏系数，此值常用0.6～0.64，取值为0.62；A为裂口面积，m2，取值0.2×0.01＝0.002m2；P为容器内介质压力，178200Pa；P0为环境压力，78520Pa；g为重力加速度，9.8m/s2；h为 裂 口 之 上 液 位 高 度，9m；ρ为 密 度，取1.84g/mL。

由计算可知，硫酸泄漏速度为0.752kg/s，20min泄漏量约为902.4kg。以浓硫酸密度为1.84t/m3，硫酸在地面形成的液体厚度0.005m推算，泄露的硫酸在地面形成的面积为735m2［5］。

3.2 泄漏液体蒸发量计算

泄漏液体的蒸发分为闪蒸蒸发、热量蒸发和质量蒸发［6］3种，由于浓硫酸常压下的沸点为330℃，而项目储罐储存温度和环境温度均不高于40℃，当液体泄漏时不发生闪蒸和热量蒸发，因此不考虑闪蒸蒸发量和热量蒸发量。

质量蒸发速度Q3按下式计算［7］：

式中：Q3为质量蒸发速度，kg/s；a，n为大气稳定度系数（液池蒸发模式参数见表2）；p为液体表面蒸气压，Pa（取值1300Pa）；R为气体常数，J/mol·K（取值为8.31）；T0为环境温度，K（按282.8K计算）；u为风速，m/s（取值1/2.2/5m/s）；r为液池半径，m（经计算本项目罐区液池等效半径为15.3m）；M为液体摩尔质量，kg/mol（取值0.098kg/mol）。

表2 液池蒸发模式参数

表3 不同条件下的排放速率 g/s

根据公式（2）计算出项目不同风速、不同稳定度下储罐泄漏时溶剂油的排放速率见表3。

4 硫酸泄漏事故的后果计算

4.1 后果计算预测模式

有毒有害气体事故排放时间短，并且具有烟团排放的特点，故硫酸泄漏采用《建设项目环境风险评价技术导则》（HJ/T169－2004）中的多烟团扩散模式进行预测，计算事故后释放的气体扩散。在事故后果评价中采用下列烟团公式［8］：

式中：C（x，y，0）为下风向地面坐标处的空气中污染物浓度（mg/m3）；x0，y0，z0为烟团中心坐标；Q为事故期间烟团的排放量；σX、σy、σz为X、Y、Z方向的扩散参数（m），常取σX＝σy。

4.2 硫酸雾连续泄漏扩散浓度分布及危害距离预测计算与评价

硫酸泄漏预测时间为20min，第20min时刻，下风向硫酸雾扩散浓度分布，预测对环境的影响情况。

根据查阅相关资料［9～11］，风险评价指标体系见表4。

表4 风险评价指标系数一览 mg/m3

4.3 预测结果

为了说明不同气象条件下溶剂油储罐对周围空气环境的影响情况，分别选取小风（1.0m/s）、年均风速（1.92m/s）及大风（5m/s）3种风速和B、D、E这3种稳定度下，预测发烟硫酸泄漏后硫酸雾下风向地面浓度，结果见表5及图2～图4。

表5 硫酸储罐泄露时下风向地面浓度结果一览

图2 风速1m/s时，不同大气稳定度条件下硫酸泄漏时浓度变化曲线

图3 风速1.92m/s时，不同大气稳定度条件下硫酸泄漏时浓度变化曲线

图4 风速5m/s时，不同大气稳定度条件下硫酸泄漏时浓度变化曲线

由表5的预测结果可知，在硫酸储罐泄漏事故发生20min时，静风条件，E稳定度下，下风向最大落地浓度110.12g/m3，出现距离1.6m处，居住区最高容许浓度范围183.2m；年均风速1.92m/s条件，E稳定度下，下风向最大落地浓度1870.47g/m3，出现距离为2.8m处，居住区最高容许浓度范围317.9m；大风条件，E稳定度条件下，最大落地浓度703.15g/m3，出现在7.3m处，居住区最高容许浓度范围317.9m。如图5所示，挑选年平均风速时的预测图形进行分析。

如图5所示在年均风速条件下影响范围较小，对附近800m范围内居民和建筑物基本无影响，大于800m后有轻微影响。

项目敏感点居民区距离厂区最近距离1000m左右，位于厂址上风向，基本不会受到大的影响，硫酸泄漏只是短时的，通过大气的扩散和稀释，影响会逐渐消失。

图5 1.92m/s时，E稳定度下污染物扩散范围

5 结论与建议

化工行业环境风险评价一般应包括风险识别、源项分析、后果计算、风险防范措施及应急预案等主要内容，其中事故发生频率及事故源强的确定是风险评价的难点和重点。根据本文的分析与计算，本项目结论如下。

（1）本项目事故源强为20min的泄漏量902.4kg；

（2）多烟团扩散模式适用于硫酸泄漏时的后果计算与预测；

（3）应用环境风险评价软件计算年平均风速下E稳定度下硫酸储罐泄漏影响范围为1273m。

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