炼化项目大气环境风险源项确定方法探讨

刘进龙

(中国石化工程建设有限公司，北京 100101)

炼化项目大气环境风险源项确定方法探讨

刘进龙

(中国石化工程建设有限公司，北京 100101)

炼化项目进行环境风险评价时，正确设定事故情景和确定风险源项十分重要。通过分析风险源项的3个构成要素：源强大小、持续时间和事故频率，并以3个典型的炼化项目为例，讨论了如何正确确定炼化项目大气环境风险源项，总结出正确确定源项所必需的4个必要条件。此外，还从管控危险物质、毒理学指标、风险减缓措施等方面分析了确定风险源项的难点及不确定性，分别给出解决方案。

炼化项目；环境风险；源项

石油炼制工业和石油化学工业的建设项目(以下简称炼化项目)所属行业涉及多种危险物质，工艺过程复杂且操作压力高、温度高，具有典型的“一多两高”的特点，因此是潜在多发环境风险事故的行业，也是环境风险评价和管理最为重点关注的行业之一。但在目前的环境风险评价和管理中，存在着事故情景设定不清、源强确定不准确、事故持续时间确定依据不足、风险减缓措施不切实际等问题。本文旨在以典型炼化项目为例，探讨如何正确确定炼化项目大气环境风险源项，探求正确确定源项的必要条件和重要性，为更好地进行风险评价和管理，对确定风险源项存在的问题提出解决建议。

1 正确确定风险源项的意义

在环境风险评价中，其步骤为风险识别、源项分析、后果计算、风险评价，最后根据评价结果提出风险管理和应急措施[1]。风险识别是根据项目所涉及的原料、辅料、中间产物和最终产品，确定危险因素和风险类型，接下来正确的源项分析尤为重要，体现在：其一，工艺流程长、过程复杂，难于找准最大可信事故点。如某炼化一体化项目有27套主要生产装置，生产装置间物料互供，可以想见其工艺流程之长和工艺过程的复杂，即使在风险识别中确定了风险类型和危险物质，要在如此复杂的工艺过程中确定最大可信事故[1]点也非易事。其二，正确的源项分析是后果计算、风险评价的基础。反过来说，如果不能正确地确定风险源项，后续的后果计算，不管用的预测模拟软件多么先进可靠，风险评价采用的风险表征多么科学正确，两者都是站不住脚的。

2 风险源项分析的三要素

风险源项分析包括正确计算并确定源强大小、事故持续时间[2]及事故概率[1]。

(1)源强大小。即分析危险物质在操作状态及泄漏到外环境下的相态，考虑风险减缓措施，设定事故情景，选定合适的计算方法，计算出风险源强大小。需要注意的是，在某些情景下危险物质的最大泄漏速率并不等于风险源强，如在常温常压下为液态物质的泄漏，形成液池后的挥发速率才是风险源强。

(2)持续时间。在设定的事故情景下，根据泄漏至外环境中的危险物质的质量和计算出的泄漏速率，即可计算出事故的持续时间[3]。

(3)事故概率。概率是可重复事件发生的相对的频率[4]。工艺过程的泄漏包括工艺钢管道、法兰、人工阀门、自动阀门、工艺压力容器、离心(往复)泵、离心(往复)压缩机等16类设备、设施的泄漏。储存事故包括常压罐、冷藏罐、压力罐、地下罐等6种类型储罐的事故[5]。工艺过程和储存事故泄漏与炼化项目风险密切相关。

3 正确确定源强之案例分析

3.1 炼化一体化项目

仍以上述含有27套主要生产装置的炼化一体化项目为例，通过风险识别，确定H2S为危险物质之一，下面分析如何正确确定源强。在该项目炼油部分的17套生产装置中，有13套装置的工艺过程涉及含有较高H2S的气相工艺物流，其H2S的含量约从6%到94%不等。通过对项目总工艺流程的分析，除极小部分的H2S通过汽油、煤油、柴油、化工产品等进入产品，通过燃料气燃烧进入烟气外，绝大部分(>99%)流向硫磺回收装置(SRU)。因此，需要重点分析与硫磺回收装置有物料关系的装置。

与硫磺回收装置有物料关系的装置包括溶剂再生装置、造气制氢(POX)装置和酸性水汽提(SWS)装置。以上4套装置所涉及的气相工艺物流H2S的含量在92%～94%，因此物料量在此进行了集中，H2S浓度达到最高，属风险事故集中区域。4套装置工艺流程关系如图1所示。

图1 某炼油项目中4套生产装置工艺流程图Fig.1 Process diagram of four production facilities in a petroleum refinery project

根据图1可以看出，溶剂再生装置和造气制氢装置产生的酸性气通过同一个分液罐分液后分为两路，一路(图中标注②)直接进入主燃烧室，一路(图中标注①)与酸性水汽提装置的酸性气(图中标注③)汇合后进入主燃烧室。当物流②的管道阀门关闭，物流④就集中了所有酸性气。因此可以确定，在该种工况下，酸性气分液罐连接SRU主燃烧室的主管道完全断裂，造成H2S泄漏，将成为最大可信事故。然后根据气体泄漏速度的通用公式及项目设计等资料，选取确定压力、温度、裂口面积、分子量、气体绝热指数、气体常数、流出系数、泄漏系数等参数值，通过计算即可得出风险源项。

3.2 乙烯裂解炉项目

某规模为14万吨/年的裂解炉项目，裂解原料为液化石油气(LPG)或石脑油，其原料、燃料消耗及产品、副产品产量如表1所示。

表1 某裂解炉项目原料、燃料、产品、副产品一览表

从表1可以看出，以LPG为原料时，乙烯产量、丙烯产量和燃料量等均较以石脑油为原料时高。分析至此，认定以LPG为原料的工况分析最大可信事故为时尚早，还需看两种工况下产品收率分布，尤其是关心的危险物质的收率，部分产品收率如表2所示。

表2 某裂解炉项目部分产品收率一览表

通过表2可以看出，以石脑油为原料时，关心的危险物质，如苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯等的收率均较以LPG为原料时高。通过对两种操作工况的对比分析可以确定，在以石脑油作为裂解原料的工况下，裂解气管线破裂为最大可信事故。在比较相关有毒物质的毒理学指标的基础上，根据裂解气的组成，同时考虑项目的风险控制措施，计算出苯的泄漏率，最终得出风险源项。

3.3 氢氟酸烷基化项目

以某30万吨/年氢氟酸烷基化项目为例，通过风险识别，确定HF为危险物质之一。通过工艺流程分析，确认酸贮罐、酸沉降罐、酸冷却器、酸快速转移罐、酸再生塔、主分馏塔及其回流罐等7台设备及其间连接管线中的物流含有HF。通过初步分析，酸贮罐、酸沉降罐2台设备的物流中HF含量较高。酸贮罐、酸沉降罐相关设计参数见表3。

表3 酸贮罐、酸沉降罐相关设计参数

由表3可以看出，酸贮罐中的物料为纯HF酸，而酸沉降罐中的物料为烷基化油、C4和HF的混合物。通过对比计算，酸沉降罐连接管破裂时的HF泄漏速率远大于酸贮罐连接管同口径破裂时的HF泄漏速率，因此，确定酸沉降罐连接管破裂为最大可信事故。计算出泄漏速率，考虑闪蒸、热量蒸发和质量蒸发[1]，同时考虑多重风险减缓措施，最终得出风险源项。

3.4 小结

通过以具有典型意义的炼化一体化项目、乙烯裂解炉项目和氢氟酸烷基化项目为例，分析确定风险源强应采取的思路和步骤，可以看出，要正确分析炼化项目环境风险源项，以下“四熟悉”为必要条件：

(1)熟悉项目的原料、中间产物和产品所涉及的所有物质，保证不遗漏危险物质。

(2)熟悉以上物质的毒理学指标及其他危险性，从而选出最危险的物质。

(3)熟悉项目的总工艺流程和目标装置的工艺流程，掌握与源项计算相关的所有参数，以便准确地计算泄漏速率和源项。

(4)熟悉项目的环境风险减缓措施，在源项计算中选取合适的减缓因子。

4 确定风险源项的难点及解决建议

4.1 管控物质种类及毒理学指标

(1)管控危险物质种类。目前国内环境风险物质管控类别及具体物质不明确，没有规定哪些有毒气体、有毒液体、可燃气体、可燃液体等需要管控，某一类包括哪些物质也没有具体规定。美国EPA目前的风险管控物质分为两类，一类是管控毒性物质，共77种；另一类是管控易燃物质，共63种[6]。在我国，对于危险物质，《危险废物鉴别标准毒性物质含量鉴别》附录A和附录B分别列出了39种剧毒物质和143种有毒物质，《石油化工企业设计防火规范》[7]列出了火灾危险物质，《危险化学品重大危险源辨识》[8]列出了有毒气体、易燃液体等物质的临界量。建议从环境风险管控的角度出发，从以上标准规范中选取并明确需要进行环境风险管控的危险物质。

(2)危险物质的毒理学指标。目前国内对于危险物质的毒理学指标数据引用出处不一，大小千差万别，使得评价的基本依据不统一，因此评价与管理的一致性与有效性也无从谈起。对于危险物质的毒理学指标，如IDLH浓度值，美国国家职业安全卫生研究所(NIOSH)给出了317种物质的IDLH值。在美国EPA的技术导则中，对于管控毒性物质给出了预测终点值，该值参考了美国工业卫生协会(AIHA)给出的ERPG2，也参考了极端危险物质的关心限值。建议相关环境风险技术导则就管控毒性物质给出相关的毒理学指标。

(3)事故概率。目前国内风险评价中的事故概率也没有统一的指导性数据，而事故概率直接影响事故后果大小。国外一些机构对于石油化工行业的事故概率研究开展较早，积累了大量较为通用可靠的事故概率资料。如美国石油学会对于离心泵、塔器、压缩机、过滤器、冷却器、换热器以及不同管径管道的4种孔径(1/4英寸、1英寸、4英寸和破裂)的泄漏都给出了推荐泄漏频率值[9]；国际油气生产者协会(IOGP)对于工艺过程的泄漏、井喷、储存事故、提升管和管道泄漏4种类型的事故频率也给出了推荐的泄漏频率值。美国石油学会、国际油气生产者协会等机构研究的推荐数值较全面地覆盖了炼化项目事故类型，两者也有交互引用，建议借鉴以上所述在国际上已被广泛认可的经多年研究的数据和成果。

4.2 风险减缓措施对于源项的减缓程度

在上述HF烷基化项目中，其采取的风险减缓措施有：在装置中HF可能泄漏或聚集的地方设置检测器，并将其信号传至SIS系统，进行显示、报警；通过SIS将信号送至安全喷淋系统，作为自动喷水的启动信号启动水喷淋；设置有毒气体浓度报警装置，一旦发生泄漏及时报警；采用酸藏量管理(IMP)技术和降低酸挥发度(ReVAP)技术提高装置的安全性，保证10 min内把酸转移到事先准备好的安全设备中，酸沉降罐泄漏可在10 min内得到处理。

裂解炉项目的风险减缓措施包括：裂解气管线上设置压力、流量、温度检测仪，并将其信号传至DCS系统，进行显示、报警；以上信号均设低报、低低报，在事故状态下可远程切断进料，设置有毒/可燃气体浓度报警装置，一旦发生泄漏及时报警等。

以上风险减缓措施对于源强大小、事故持续时间等的减缓影响程度并没有给出明确的取值建议，因此在考虑减缓措施对源强影响时人为性较强。在美国的环境风险管理中，最坏情景和异常情景均考虑了风险减缓措施，虽然考虑的范围和程度有所不同[3,6,9]，对于不同情景下的减缓措施，还给出相应的减缓因子。建议我国加强相关研究和借鉴，对不同风险减缓措施对于源强大小、事故持续时间等的减缓影响程度给出相应的量化减缓因子。

4.3 事故情景的定义及风险分级分段管理

(1)事故情景的定义。现行建设项目环境风险评价技术导则对于最大可信事故的定义是：在所有预测的概率不为零的事故中，对环境(或健康)危害最严重的重大事故。即不管概率有多小，只要可能发生危害最严重的事故就应纳入评价。看似合理，但实际操作中评价咨询单位和管理部门都不能准确把握。

建议清晰定义环境风险事故情景，对不同情景需要考虑哪些风险减缓措施、如何计算源强、如何确定或计算事故持续时间以及不同情景的预测采用的气象条件、事故概率等都给出明确的指导要求和信息。

(2)风险分级分段管理。目前环境风险评价和管理存在诸多不合理之处，如基于风险值的导向偏离，出现环境风险值为零、LC50不能出厂界、环境风险措施不合理、确定事故情景和风险源项不客观正确等。因此，应更加明确环境风险的分级评价和管理要求，可分为三级或两级评价，以项目或企业环境风险实际影响范围进行评价和管理。不同等级应有明确的层次要求。加强事中管理，将评价过程的部分要求后移至项目建成后的企业运营管理中，因为此时企业的平面布置、所涉及的危险物质、周边环境敏感目标等都已经固定，在此基础上，管理部门的风险管理要求能更加清晰明确，风险管理也将井然有序。

5 结语

正确设定事故情景并确定风险源项是环境风险评价和管理中非常重要的环节，只有在熟悉项目的所有危险物质及其毒理学指标和危险性，熟悉项目的工艺流程和环境风险减缓措施的基础上，才能正确设定事故情景、确定源强大小，并合理确定事故持续时间、事故概率。事故是不能完全避免的，风险是客观存在的，采取合适的风险减缓措施，基于科学客观的分析确定事故情景和风险源项，预测并分析事故情况下的影响，才能为项目决策提供可靠的技术支持。

[1] 国家环境保护总局. HJ/T169—2004建设项目环境风险评价技术导则[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2004.

[2] U.S.EPA. Risk management program guidance for offsite consequence analysis[M].2009.

[3] U.S.EPA. RMP offsite consequence analysis guidance[M]. 1996.

[4] Leonard Ortolano. Environmental Regulation and Impact Assessment[M].1997

[5] OGP. Risk assessment data directory[Z]. 2010.

[6] CFR. Chemical accident prevention provisions[Z]. 2016.

[7] 中国石油化工总公司. GB 50160—2008石油化工企业设计防火规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2009.

[8] 中国安全生产科学研究院, 中石化青岛安全工程研究院. GB 18218—2009危险化学品重大危险源辨识[S]. 北京: 中国计划出版社, 2009.

[9] MOD. Risk-based inspection base resource document[Z]. 2000.

Discussion on Determining the Atmospheric Environmental Risk Source in a Petroleum Refinery and Petrochemical Project

LIU Jin-long

(Sinopec Engineering Incorporation, Beijing 100101, China)

This paper emphasized the importance of setting the accident scenario and determining the risk source correctly in environmental risk assessment, and analyzed three constitutive elements of risk source, which included source size, duration, and accident frequency. Based on the analysis of three typical projects, a discussion was made on how to correctly determine the atmospheric environmental risk source in a petroleum refinery and petrochemical project. It was concluded that there were four essential preconditions for determining the risk source. In addition, this paper analyzed the difficulty and uncertainty in determining the risk source in respect of regulated hazardous substances, toxicology indicators, and risk mitigation measures, and also put forward solutions respectively.

petroleum refinery and petrochemical project; atmospheric environmental risk; risk source

2016-09-23

刘进龙(1971—)，男，山东胶州人，高级工程师，硕士，主要从事石化环境保护工程咨询与设计，E-mail：liujlong@sei.com.cn

10.14068/j.ceia.2017.01.003

X820.4

A

2095-6444(2017)01-0010-04