突发环境事件应急池设计及运行保障措施研究

陈慧茹，吕丹玲，崔 朋，金可心，吴 琼

(1.长春市机动车排气污染管理中心，长春 130012；2.中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，长春 130000；3.东北师范大学环境学院，长春 130117； 4.吉林省师泽环保科技有限公司，长春 130117)

突发环境事件应急池设计及运行保障措施研究

陈慧茹1，吕丹玲2，崔 朋3，金可心4，吴 琼4

(1.长春市机动车排气污染管理中心，长春 130012；2.中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，长春 130000；3.东北师范大学环境学院，长春 130117； 4.吉林省师泽环保科技有限公司，长春 130117)

选取物料泄漏量、消防水量、降雨量、转输水量和其他水量5个指标建立突发环境事件应急池容积计算的水量指标体系和容积计算模型，使突发环境事件应急池的容积计算更加合理化和具体化，并提出突发环境事件应急设施的日常管理要求和应急运行保障措施。通过案例，实际应用本文应急池建设的计算方法，并针对案例给出应急设施体系建设分析。使应急池既能够有效发挥应急作用，又尽可能节省占地与投资成本，是经济效益与环境保护之间的平衡保障。

突发环境事件；应急池；应急设施体系；应急措施

科技的迅猛发展，一方面提高了社会生产力和人民群众的生活水平，另一方面也在一定程度上破坏了地球的自然环境和生态环境，威胁人类的健康安全和社会的可持续发展[1]。我国的科技成果在近几十年取得了突飞猛进的发展，却也出现了一味发展经济、忽略环境保护的诸多问题，日积月累使得两者之间的矛盾逐渐凸显出来；其中，由于不合理的工业布局造成的火灾、爆炸、中毒、放射等突发环境事件的频率越来越高。

从2005年11月13日“吉化水污染事件”后，为了在突发环境事件发生时能够及时控制污染扩散，将事故对环境污染和经济损失等的破坏性降至最低，开展突发环境事件风险评估、建立完善的突发环境事件风险防控措施机制越来越受到政府有关部门和广大环境工作者的重视[2]。应急池作为应急设施的核心，为整个应急响应过程创造了时间与空间，是应急响应有效与否的关键所在[3]。应急池的合理设置，既保障了应急体系的应急能力，又为企业的环保投资降低了成本，是经济发展与环境保护之间平衡的保障。

目前我国有关突发环境事件应急池的理论研究正处于起步阶段，有关应急池的概念、分类呈现一种混淆不清的局面；如何确定应急池的容积大小，国家尚未出台相关规范。因此，尽快建立和完善突发环境事件应急池及其运行保障措施理论体系，科学分类应急池、合理设计应急池不但很必要而且很紧迫。

1 突发环境事件应急池容积的计算方法

1.1 水量指标体系的构建

突发环境事件应急池容积的设计，需要有能给出收纳污水体积信息的公式。根据突发环境事件风险源及风险类型识别结果，构建突发环境事件应急池容积计算的水量指标体系，其中每层体系的含义详见表1。

表1 突发环境事件应急池容积计算水量指标体系框架及含义

1.2 各水量指标的计算方法

1.2.1 物料泄漏量V泄的计算方法

1.2.1.1 管线泄漏量V1

V1为收集系统范围内管线泄漏的运输载体量，它是由发生事故的管线运输流量与设计检修时间共同决定的。

物料泄漏量V1=q管×t检，

(1)

式中：q管为管线运输流量，m3/h；t检为管线检修时间，h。

1.2.1.2 生产装置、贮罐泄漏量V2

V2为收集系统范围内发生事故的生产装置、贮罐的物料量。设计单一性应急池时，V2按一套装置或一个贮罐计，单套装置按存留最大物料量的一台反应器容量计，储存相同物料的罐组按一个最大贮罐计；设计综合性应急池时，V2按一套装置加一个贮罐计。计算时需收集建设项目的相关资料，了解工艺流程，根据原、辅、燃料及助剂和污染源分布情况来确定。

1.2.2 消防水量V消的计算方法

建设项目的消防水量是通过识别可能发生的主要火灾事故、火灾规模和影响范围，并结合GB 50016—2014《建筑设计防火规范》和GB 50160—2008《石油化工企业设计防火规范》中的相关规定，确定需要同时使用的消防设施及所需水量[4-5]。

厂区消防用水量应按同一时间内的火灾处数和相应处的一次灭火用水量确定。厂区同一时间内的火灾处数按表2确定。

表2 厂区同一时间内的火灾处数取值一览表

1.2.2.1 消防水灭火系统消防用水量V消1

消防水灭火系统一次灭火用水量一般用消防水流量与灭火持续时间的乘积表示，即：

消防用水量V消1=q消×t消，

(2)

式中：q消为消防水流量，L/s；t消为灭火持续时间，h。

1.2.2.1.1 工艺装置区

工艺装置的消防水流量和灭火持续时间应根据其装置规模、火灾危险类别及消防设施设置情况综合考虑确定，部分计算取值可参考表3执行[6]。

表3 不同工艺装置区计算取值参考一览表

1.2.2.1.2 贮罐区

可燃液体贮罐区的一次灭火用水量一般为配置泡沫混合液用水量以及着火罐和临近罐的冷却用水量之和，即：

消防用水量V消2=V混+V冷却，

(3)

式中：V混为配置泡沫混合液用水；V冷却为着火罐和临近罐的冷却水用量。

1)当着火罐为立式贮罐时，距着火罐罐壁1.5倍着火罐直径范围内的相邻罐应进行冷却；

2)当着火罐为卧式贮罐时，着火罐直径与长度之和的一半范围内的相邻地上罐应进行冷却；

3)当临近立式贮罐超过3h，冷却水量可按3个罐的消防用水量计算；

4)当着火罐为浮顶、内浮顶罐(浮盘用易熔材料制作的储罐除外)时，其临近罐可不考虑冷却。

①可燃液体地上立式储罐罐区消防水供水范围、供水强度和设置方式可参考表4执行。

表4 消防冷却水供水范围和供水强度取值一览表

注：1)浮盘用易熔材料制作的内浮顶罐按固定顶罐计算；2)浅盘式内浮顶罐按固定顶罐计算。

②可燃液体地上卧式储罐罐区供水强度：着火罐不应小于6 L/(min·m2)；邻近罐不应小于3 L/(min·m2)。

③可燃液体贮罐消防冷却用水延续时间：直径大于20 m的固定顶罐和直径大于20 m内浮顶罐(浮盘用易熔材料制作的储罐)，t取6 h；其他贮罐t取4 h。

1.2.2.2 固定式水喷淋系统消防V消2

甲、乙类可燃气体、可燃液体设备的高大架构和设备群应设置固定式水喷淋系统保护，常见的固定式消防设施包括消防水炮、水喷淋和水喷雾[7]。

1)固定式水炮的布置应根据水炮的设计流量和有效射程确定其保护范围，出水量宜为30～50 L/s，水炮应具有直流和水雾2种喷射方式；

2)水喷雾(水喷淋)系统喷淋强度不低于9 L/m2；

3)系统供水的持续时间、响应时间和控制方式等应根据被保护对象的性质、操作需要确定。

综上：

消防水量V2=V消1+V消2=q消×t消+V混+V冷却

(4)

1.2.3 降雨量Vt的计算方法

对于污染控制而言，其降雨事件不仅要考虑极大值降雨事件，还要考虑非极大值降雨事件，因为污染控制是截留初期雨水，因此，需要考虑所有能够产流的降雨事件，这些必须收集的雨水量又称为降雨最大收集量，包括小雨和大雨的前一部分[8]，通常为降雨的前15 min。

图1为降雨最大收集量示意图，图中阴影部分面积即为应急池中降雨最大收集量部分所需的容积。

图1 降雨最大收集量

降雨最大收集量公式为：

Vt=10P1×RV×A,

(5)

式中：Vt为降雨最大收集量(m3) ；P1为降雨量(mm)；RV为径流系数；A为集水区面积(hm2)。

RV=0.05+0.009I，

(6)

式中I为不透水百分比，I=(不透水面积/A)×100%。

1.2.4 转输水量V转的计算方法

转输水量在计算时应根据建设项目的具体情况而定，如罐区围堰、防火堤内净空容量、事故废水导排管道容量均可计入在内。

1.2.5 其他水量V＇的计算方法

其他水量的大小是根据建设项目的具体情况，考虑突发环境事件发生时是否仍有必须进入收集系统范围内的生产废水量。

2 突发环境事件应急池容积计算模型

V应急池=(V1+V2+V消1+V消2-V转)max+Vt+V′。

(7)

应急池容积中水量指标的选取，是由所需响应的突发环境事件严重性、应急池的应急响应功能共同决定的，本文所提出的突发环境事件应急池容积计算模型是根据发生重大事故所需的最大应急池容积设计。

3 突发环境事件应急运行保障措施

突发环境事件应急池及其应急设施体系是应急响应得以有效发挥的先决条件，是突发环境事件应急体系的六大部分之一。

3.1 应急设施建设内容

应急设施的建设应根据企业所处的位置、平面布局和生产特点、是否设置有独立的污水处理装置等，都会影响到应急设施的具体建设[9-10]，一般情况下，应急设施的主要建设内容有：装置区围堰、贮罐区防火堤、应急池、输水管网、输水泵、调节阀门和其他相关设施等。每个应急硬件的运行状态和能力对整个应急设施体系运行的有效性都会产生影响，并直接关系到突发环境事件的有效控制程度[11]。

3.2 应急设施基本框架

按照《突发环境事件分级标准》(2011年5月1日)中对突发环境事件的4级分类，企业应结合自身的实际情况，综合考虑选址、选材、结构、容量等因素来设计符合企业实际需要的应急设施。

企业在设计之初无需“生搬硬套”3级防控体系，而是根据自身情况，综合考虑选址、选材、结构、容量等因素，避免资源浪费。

3.3 应急设施运行机制

3.3.1 装置区/罐区突发环境事故下应急设施运行方式

当生产装置或贮罐区发生突发环境泄漏事故，则首先通过围堰/防火堤对泄漏物料或废水进行截留，并通过围堰/防火堤内铺设的排水系统直接送至污水处理装置；溢出围堰/罐区的事故污水进入分厂区内的突发环境事件应急池(罐)；若分厂应急池(罐)容量不足，则排入企业总排前的综合性应急池内。

事故结束后，须尽快将各应急设施内的污水运至污水处理装置内处理，运行示意图详如图2所示。

图2 事故状态下应急设施运行示意图

3.3.2 其他突发环境事故下应急设施运行方式

发生突发环境火灾、爆炸等事故状态下，全部事故污水须经排水系统进入所在区域的突发环境事件应急池(罐)内，若分厂应急池(罐)容量不足，则排入企业总排前的综合性应急池内[12]。

事故结束后，须尽快将各应急设施内的污水运至污水处理装置内处理，运行示意图详如图3所示。

4 研究案例

4.1 案例概况

该化工企业位于某市经济技术开发区内，属化工企业较集中的区域，因其生产过程涉及10余步极具代表性的危险化工工艺(缩合、炔化、氢化等)，属于突发环境事件高发型企业。

该企业位于某地区二级阶地上，四周由丘陵环绕，地势由西向东微斜，区域海拔高度由西部丘陵边缘182m逐渐变低为河谷区的170m。该区域气候属北温带大陆性季风气候，常年主导风向为东南偏东风(ESE)，年平均风速2.84m/s，年平均降水140mm，年平均相对湿度为68%。

4.2 主要产品种类与原辅材料

该企业现主要生产以各种添加剂为主的约7种产品。这些产品的生产过程涉及很多易燃易爆、腐蚀性和剧毒化学品等危险物料，主要原辅材料详见表5。

图3 事故状态下应急设施运行示意图

产品名称序号名称规格形态年消耗量/(t·a-1)储存方式来源产品11异戊醛含量≥98%液体540.0桶装外购2丙酮含量≥98%液体420.0储罐外购3氢气纯度≥99.5%气体85.0储罐自制4乙炔纯度≥98%气体430.0瓶装外购5液氨工业品液体700.0储罐外购6硫酸铵工业品固体100.0袋装外购7乙酰乙酸甲酯含量≥99.0%液体1150.0桶装外购8异丙醇铝含量≥98%液体13.0桶装外购9活性炭药用炭固体2.5袋装外购10氢氧化钠工业品固体4.0袋装外购11氢氧化钾工业品固体80.0袋装外购产品21三甲基苯酚含量≥99%固体342.0桶装外购2硫酸含量≥98%液体270.0储罐外购3石油醚工业品液体51.3储罐外购4保险粉(连二亚硫酸钠)工业品固体359.1袋装外购5二氧化锰含量≥80%固体112.5袋装外购6乙醇含量≥98%液体51.3储罐外购7活性炭药用炭固体27.0袋装外购产品31主环含量≥99.5%固体342.0桶装自制2异植物醇含量≥96%液体651.0储罐自制3乙酸乙酯含量≥98%液体509.0桶装外购4氯化锌含量≥98%固体340.0袋装外购5盐酸工业级液体32.0储罐外购6锌粉工业级固体85.0袋装外购7石油醚含量≥98%液体113.5储罐外购8甲醇含量≥98%液体1081.0储罐外购9醋酐含量≥99%液体407.0储罐外购

表5(续)

4.3 突发环境事件风险识别

根据物质危险性标准表可知，企业的物料中甲醇、异戊醛、液氨、石油醚、乙醇、DMF、氯甲酸乙酯、N-甲基吗啉、二氯甲烷、六甲基二硅烷、三氯化磷为有毒类物质；甲醇、丙酮、乙酸乙酯、石油醚、乙醇、DMF、乙烯基乙醚为易燃液体；异戊醛、液氨、醋酐、乙酰乙酸甲酯、氯甲酸甲酯、N-甲基吗啉、二氯甲烷、三甲基氯硅烷、六甲基二硅烷、三乙胺、煤油、醋酸为可燃液体。

4.4 环境风险分析

根据环境风险源可知，该企业存在重大危险的区域主要集中在液氨储罐、丙酮储罐、乙酸储罐、醋酐储罐、甲醇钠仓库、液体原料桶装专用仓库以及使用上述危险品的生产车间、生产工段。企业在生产装置区生产、贮罐区装卸物料、管道软管连接处等作业过程中未严格按操作规程操作，往往会导致突发环境事件发生。企业环境风险事故类型及影响详见表6。

表6 项目环境风险事故类型及影响

4.5 企业突发环境事件应急池设计

4.5.1 应急池选型

通过上述分析，该项目应急池在设计时应考虑为具有多重功能的综合性突发环境事件应急池，该应急池有效容积应能够接纳如下废水：1)泄漏物料；2)消防废水；3)受污染的雨水；4)其他污(废)水。

4.5.2 应急池容积计算

1)罐组/一套装置泄漏量。由工程分析部分可知，该项目存留最大物料的储罐体积为200m3；

2)最大消防用水量V消，q消=300 L/s；t消=3 h；V消1=3 240 m3；q冷=0.7 L/s；t冷=3 h；V冷=7.56 m3；

3)降雨最大收集量Vt，Vt=10P1×RV×A=10×140×0.059×0.607=50 m3;

4)转输水量V转。该项目原料库设有围堰，围堰总容积为480 m3，内部设置导流槽，并与污水管线相连，在突发环境事故状态下可对泄漏物进行紧急收储和处置。

V应急池=(V1+V2+V消1+V消2-V转)max+Vt+V′=3 017.56 m3。

因此，为防止突发环境事件风险事故发生时，事故废水携带物料直接进入某江或进入该市污水处理厂造成负荷冲击，应新建1座3 500 m3应急池，以保障事故发生时能够满足水环境污染事故防范要求。

4.6 企业突发环境事件应急设施体系建设分析

4.6.1 装置区围堰、罐区防火堤

企业工艺装置均为室内布置，在生产装置区周围均设有围堰，围堰高约150 mm，装置界区内的排水出口加阀门井和水封井；在罐区周围均设有防火堤，防火堤高约1.2～1.5 m。

4.6.2 管网和切换阀、水泵

该企业现建设有相对完善的应急输水管网、切换阀和水泵。输水管网均采用地埋式敷设，既有重力流管道，也有压力流管道，管线接口处设置换水阀、溢流阀、溢流井等排水切换设施，管材选用韧性好、强度高的球墨铸铁管。

企业主要危险源事故下排水方式：在突发环境事故状态下，若事故波及范围小、污水量小，现有围堰/防火堤内容积可以容纳，则利用围堰/防火堤内的污水收集系统，送至污水处理站处理；若事故波及范围广、污水量较大，现有围堰/防火堤内容积无法满足，则溢流进入排水系统。

该企业雨排系统的清净雨水在正常工况下，经该区雨水排水管网直接外排；突发环境事故状态下，厂前区雨水经切换阀至雨水收集池后进入污水处理站；生产区和罐区雨水单独收集后经应急池进入污水处理站处理。

5 结语

目前，对于突发环境事件应急池的建设规范和要求多集中在纺织染整行业和石化行业，而其他涉及危险废物、重金属等具有环境风险的行业，尚无明确的建设要求。国家法律、法规等方面也无针对这类应急池的条款，因此，对事故应急池如何建设以及其运行保障措施研究是很有必要的。同时，相关部门应尽快完善相关法律、法规，制定行业规范，推动事故应急池管理工作，保障环境安全。

[1] 樊朝刚.陕西省突发环境事件应急机制研究[D].西安：西北大学，2012.

[2] 李盛.我国突发环境事件应急法律机制研究[D].哈尔滨:东北林业大学，2013.

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[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50160—2008石油化工企业设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2008.

[5] 中华人民共和国建设部.GB50016—2014建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2014.

[6] 中华人民共和国环境保护部.企业突发环境事件风险评估指南[R/OL](2014-04-03)[2017-01-03].http://www.2hb.gov.cn/gkml/hbb/bgt/2014041t20140415.270575.htm.

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The Study on Design to Emergency Pool of Environmental Emergency and Safety Precautions

CHEN Hui-ru，et al.

(VehicleEmisionRegulatoryCenterofChangchun，Changchun130012，China)

In this article，five indicators including material leakage，fire water，rainfall water，transfusion water and other water are selected to establish an indexing system and a volume calculation model of water environmental emergency pool to make the volume calculation to environmental emergency pool more reasonable and specific.Furthermore，the demands to daily management to environmental emergency facilities and safety precautions have been put forward.Through cases，the calculation method to emergency pool construction has been actually practiced，the analysis to the construction of emergency facilities system has also been made.This research on the environmental emergency pool can not only play an effective role in emergency response，but also save costs in land covering and investment.It will keep balance between economic development and environmental protection.

environmental emergency；emergency pool；emergency facilities system；emergency measure

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.01.023

2017-01-20

陈慧茹(1963-)，女(汉)，黑龙江呼兰，高级工程师 主要研究机动车尾气污染防治。

X37

A

1009-8984(2017)01-0093-06