防范化工生产安全事故导致的环境影响

上海瑞迈企业管理咨询有限公司 粟镇宇｜文

在化工行业，安全事故通常分成两大类，即作业安全和过程安全（也称为工艺安全）。作业安全主要是保护作业人员免遭伤害；过程安全的主要目的是防止火灾、爆炸和人员中毒等。

一般而言，作业安全事故的影响范围较小，基本上仅限于工厂范围以内，而过程安全事故的影响有可能扩展到厂界以外，甚至由安全事故演变成严重的环境事件，例如2005年发生的吉林双苯厂“11·13”特大爆炸事故，引发了松花江重大水污染事件。

过程安全对外部的影响与其事故特征有关，回顾化工行业发生的严重过程安全事故就会发现，虽然这些事故的表现形式多种多样，但都有一个共同的特征，就是泄漏。易燃液体泄漏到大气中，可能与空气混合形成爆炸性混合物，遇到点火源会发生闪火或爆炸；有毒物质泄漏后，在大气中达到足够的危害浓度，会导致工厂内外人员暴露伤害甚至中毒死亡。

图1 事故预防和后果缓和的保护层

有毒物质泄漏后，通常有3种去向：一是挥发成有毒蒸气，与空气混合后在大气中扩散，形成有毒蒸气云团，能到达远离泄漏源的地方，周围环境中的人和动物与之接触可能会中毒甚至死亡；二是有毒液体从泄漏源流淌到周围的地面，渗入土壤，造成土壤污染，甚至污染地下水；三是有毒液体通过地面或雨水沟渠进入地表水系，例如进入工厂附近的江河或湖泊，造成这些水体污染，影响周围群众的健康甚至威胁到饮用水的安全。由此可见，有毒物质泄漏后，不但会威胁工厂内人员的生命安全，而且可能造成严重的环境影响。

如何防范涉及有毒物质泄漏的安全事故演变成严重的环境影响？通常可以从两方面入手：一是预防发生有毒化学品泄漏的事故，通过合理的设计和日常维护，确保设备、容器和管道的机械完整性。例如：在储罐的排污阀端部安装盲板防止阀门内漏发生泄漏、在可能发生外部火灾的地方尽量避免采用塑料材质的容器和管道，这些都是过程安全管理相关的工作。二是在泄漏发生后，采取必要的措施减缓泄漏的后果，主要是通过预警、应急操作、工程措施和有效的事故应急反应等手段来减少有毒物质的泄漏量或控制其扩散（包括减少挥发量和改变扩散路径），这是本文讨论的重点。

图1是工业界耳熟能详的“洋葱图”，其表达了针对事故的各种保护层。事故发生和发展的路径从里到外，因此可以有针对性地设置有效的安全措施（即保护层），其中靠里的一些保护层主要是为了预防事故，靠外的一些保护层主要是为了缓和事故的后果，包括避免事故造成负面的环境影响。

如何防范有毒物质泄漏导致的安全事故严重地影响环境？通常可以采取3方面的措施：一是当事故发生时，根据报警执行应急操作，尽量减少有毒物质的泄漏量；二是利用工程措施减少有毒物质的挥发或控制其扩散；三是通过人员应急反应减少泄漏对环境的影响。

根据报警执行应急操作减少有毒物质的泄漏量

对于发生有毒物质泄漏的过程安全事故，如果事故中发生的泄漏量小，那么对环境的影响也会小，比较理想的情况是将环境影响控制在车间内或控制在厂界内。

有两种办法可以减少泄漏量：

一是，运用本质安全的理念优化工艺技术，例如用无毒或低毒物质替代有毒或毒性大的物质，或者采用“最小化”的本质安全理念，尽量减少工艺系统中有毒物质的存量，这样一来即使发生泄漏，泄漏量也会比较有限。比如用连续反应的工艺流程替代间歇反应，原来采用间歇反应工艺流程，需要一个容积20 m3的反应器，一旦发生泄漏，会有大量的化学品进入大气；通过改进工艺技术（包括采用更加有效的催化剂），将工艺过程更改成连续反应流程，对于相同的产能，连续反应器的容积只需要0.47 m3，即使该反应器发生泄漏，泄漏量也会很少，因为反应器内的物料量非常有限。

二是，在工艺系统出现异常时，根据报警采取应急操作，控制泄漏源（主要是设法阻止泄漏），从而减少泄漏量。

报警的方式比较多，常见的是在大量贮存有毒化学品的区域设置气体探测仪，将报警信号送到操作人员可以听到或看到的地方，以便操作人员在泄漏发生之初就能及时发现并采取应急操作阻断泄漏。在有些工厂，虽然安装了报警系统，但在泄漏发生时却失效了，结果延误工厂的响应，错过控制泄漏的最佳时机。常见的原因包括报警仪设置和安装位置不恰当、报警信号没有安置到24 h有人值守的地方或者报警信号未送达有人的区域、报警仪处于故障状态未及时修复，甚至人为地将报警装置设置成闲置状态。

报警本身并不是有效的措施，必须有后续的行动（如应急操作）配合。有毒物泄漏时，不同工艺系统的具体应急操作有差别，但都有一个共同目的，就是尽量及早阻止泄漏。例如：输送物料的管道发生泄漏或槽车装卸过程中发生泄漏，可以通过关闭紧急切断阀来阻断泄漏；往容器转移液体物料时，可以及时停泵避免物料从容器溢流。

应急操作得当很有助于阻止事故恶化，但是对操作人员也提出了很高要求，因为他们需要在有限的时间内做出正确决定。为了确保高效和准确的应急操作，工厂宜识别可能出现的异常工况，明确应急操作的要求。

利用工程措施减少有毒物质的挥发或控制其扩散

当有毒物质从工艺系统泄漏出来后，会进入大气，泄漏量和泄漏形态（泄漏时的相态和扩散路径）将决定其对环境的影响程度。因而，为了减少泄漏物对环境的影响，可以运用工程措施减少进入大气的泄漏量、控制泄漏物进入外围区域，或改变泄漏物的扩散路径。

泄漏物气化进入大气受多种因素的影响，包括泄漏物的温度、泄漏物与空气的接触面（挥发面积）、风速、从外部获取的能量（需要能量才能气化）。控制泄漏物的气化量是减少环境影响的重要手段。具体工程措施主要包括以下两种：

一是利用围堰限制泄漏的液体有毒物。

液体有毒物泄漏出来后，会在地面流淌，渗入土壤或水体造成污染，也会从地面和大气中吸热气化，进入大气中。针对该情形，可以设置围堰来减少泄漏对环境的影响。

图2 液氨泄漏，但有围堰的情形

图3 液氨泄漏，无围堰的情形

围堰是非常好的二次容纳措施，可以容纳泄漏出来的物料，防止其渗入土壤和水体。在液体流淌到地面上以后，会从地面和大气中吸热并气化，如果没有围堰限制，它就会流淌到周围广大的地面，不断从新到达的地面上吸热并气化；有了围堰以后，液体与地面的接触面积减小，从地面吸热受到了限制，吸热减少，液体气化量随之减少；而且，液体与大气的接触面积也会限制在围堰面积以内，有助于抑制液体挥发。

以液氨泄漏为例：设想4 500 kg的液氨从一个卧罐泄漏出来，泄漏到25℃的混凝土地面上，泄漏时间持续了60 min。利用ALOHA软件（美国国家环保局向社会免费提供的大气影响后果模拟软件）模拟其扩散的影响范围，按照泄漏时有围堰和无围堰两种情形分别模拟，得出图2和图3两种结果。

图2：如果泄漏物进入面积为36 m2的围堰内，在60 min内，需要应急撤离的区域边界在泄漏源下风向622 m处。

图3：如果泄漏物周围没有围堰，在60 min内，需要应急撤离的区域边界在泄漏源下风向2 400 m处。

在这个例子中，没有围堰的情形所造成的环境影响范围（覆盖面积）是有围堰情形的十几倍（约10～15倍，具体数据与刮风状态有关）。可见在发生大量有毒液体泄漏时，围堰非常有助于减少环境影响的范围。

围堰是减少环境影响的非常重要的工程措施，但在化工厂里，经常能看到一些有缺陷的围堰，例如围堰高度不足、有缺口或有孔洞；或者穿过围堰的排水阀门没有关闭。这些缺陷会使围堰全部或部分丧失二次容纳的功能，在日常运行管理中需要留意和及时整改。

二是利用喷淋吸收控制泄漏的气体有毒物。

对于有毒气体泄漏进入大气的情形，如果在泄漏容器或设备的上方设置了有效的喷淋吸收装置，当发生泄漏时，及时启动喷淋装置可以减少它们进入大气的数量，避免或减少对环境的影响。

如果喷淋吸收系统设计得当，一方面喷淋液体（如喷淋水）可以吸收大部分泄漏物，另一方面还有类似水幕的作用，可以控制泄漏气体的转移路径。通常，如果水是有效的喷淋吸收液，尽量采用水喷淋，因为这样的设计简单可靠，而且比较经济。可以根据工艺系统的特点，考虑采用固定式还是移动式喷淋系统。

喷淋系统也有一个缺点，就是事先必须想好如何收集、处置被污染后的喷淋液体，收集这些污水的池或槽的能力应足够，而且应该有防渗和防漏措施，从而避免其对环境造成新的污染。

还有一种常见的做法，是将贮存有毒物质的容器设置在室内，如果发生泄漏，利用引风装置将泄漏的有毒气体抽入应急处理装置（例如破坏吸收塔），利用吸收液吸收、破坏这些有毒气体。

通过人员应急反应减少泄漏对环境的影响

当有毒物质发生泄漏后，及时、有效的人员应急反应也有助于减少泄漏物对环境的影响，人员的干预重点在于减少泄漏物的挥发和改变有毒蒸气扩散的方向。

工厂可以识别出所有可信的、严重泄漏的事故情景，然后为每一种事故情景编制有针对性的处置计划。在编制处置计划时，可以参考ALOHA软件对事故情景后果模拟的结果，确定潜在的影响范围和开展应急反应所需要的装备和个人防护用品。

人员干预的方式比较多，例如，可以采用消防泡沫覆盖泄漏物，以减少泄漏物的挥发量，覆盖的效果与泄漏物的蒸气压及泡沫种类、浓度及覆盖厚度等因素有关。对于已经挥发成气体的有毒物云团，可以采用水幕阻挡或驱赶的方式来改变云团的运动路径，对于比空气轻的气体尤其有效，例如：液氨泄漏形成氨气云团时，可以采用水幕，尽量阻止其水平漂移至人口密集的区域，而是让其从垂直方向逃逸，这样可以有效减少环境影响的范围。

如果泄漏物毒性大，而且是可燃物，有意点燃让它们烧光，也是在某些情形下的可选方案，但采用这种方式时需要考虑的因素比较多，譬如泄漏物的种类、工艺装置和其他设施的布置、天气情况等等，总之不能因为人为点燃泄漏物而导致火灾和爆炸等次生事故。还有一点需要留意，大多数可燃物不完全燃烧会产生一氧化碳等有毒气体。采用这种方式时，时机把握很重要，通常要及早做出是否采用这种方式的决定。

工厂在灭火等消防作业期间，会形成大量的消防污水，按照GB 50483—2009《化工建设项目环境保护设计规范》的要求，应该有收集这些污水的设施，如消防污水收集池，并且须始终保持足够的可用容积。工厂还应该在厂界排水口处设置应急闸门或阀门，在应急计划中要求及时关闭这些阀门，防止消防污水或喷淋污水从这些排放口进入厂界外的土壤和水体。

有效的应急不但取决于应急方案是否合理有效、应急装备是否就绪，而且非常依赖应急反应小组的应急反应能力和周围社区群众的配合。工厂需要定期组织培训和演练，并且建立与周围社区的沟通机制。演练的根本目的是找出当前的差距，然后有针对性地改进，以提升应急反应的能力和效率。

结语

生产安全事故发生时，特别是大量有毒物质的泄漏可能造成厂界外的环境影响，甚至导致严重的环境事件。

一方面，工厂需要从过程安全管理入手，确保工艺系统的机械完整性和安全性，避免出现事故和泄漏。

另一方面，工厂应该有泄漏发生后的应对措施，包括工程措施和行政管理措施。工程措施有二次容纳、喷淋吸收等等。行政管理措施主要是建立针对性的应急预案，应急人员利用泡沫覆盖减少泄漏物挥发，或用水幕驱赶改变有毒云团的扩散轨迹。在编制应急处置方案时，可以应用ALOHA软件对泄漏情景开展扩散模拟，为编制预案提供技术参考。