液氨贮存使用单位环境风险评估与防控对策——以某市为例

胡晓寒，魏军武，李华，薛亦峰

（1.北京市环境应急与事故调查中心，北京100089；2.北京市环境保护科学研究院，国家城市环境污染控制工程技术研究中心，北京100037）

前言

液氨用途广泛，在制冷、热处理、水处理等方面得到了较好的应用[1]。但是，其具有毒性且易燃、易爆，一旦发生泄漏极易引发火灾、爆炸事故，从而次生突发环境污染事件[2−6]。近年来，国内外因氨泄漏导致的各类重特大事故时有发生，对液氨使用的管理也进一步受到了重视。2013年，北京市、河南省分别发布了地方标准，规定了液氨使用与贮存单位的相关安全要求[7]。但是由此可能引发的环境风险的防范和控制却鲜有关注，已有的研究也大多集中在液氨泄漏的数值模拟和扩散模型上[8−13]，对液氨环境风险的定量评估方面研究较少[14]，无法为液氨的环境风险防控提供有力支撑。因此，进行液氨单位环境风险特征分析，开展环境风险等级的计算和预测评估，有针对性提出环境风险防控对策十分必要。

本研究以某市为例，以其现有的液氨使用和储存单位（以下称涉氨单位）作为研究对象，梳理和分析液氨在生产、运输、贮存和使用过程中的环境风险节点，掌握涉氨单位的环境风险特征及可能存在的问题；按照《企业突发环境事件风险分级方法》[15]的相关规定，同时结合该市实际状况，对该市涉氨单位突发环境事件风险等级进行评估；利用RiskSystem软件对涉氨单位进行环境风险预测；基于风险评估合和预测的结果，提出相应的环境风险防控对策。

1 材料与方法

1.1 研究对象

该市现有涉氨单位82家，分布在13个行政区，液氨贮存和使用量为896t。其中，制冷企业占单位总数的71%，贮存和使用量约占全部的90%。

自2006年以来，该市已发生10起氨泄漏事故，大多数事故是由于人为操作不当和液氨容易腐蚀的一些零部件损坏引起的，由于环境和安全防控不到位，对周边大气、水和土壤环境造成了一定的影响。

1.2 环境风险等级确定方法

本文在《企业突发环境事件风险分级方法》中提出的方法的基础上，结合区域特点，将涉氨单位周边人口密集程度、疏散条件以及周边是否涉及政治敏感区等纳入考量范围。首先计算所涉及环境风险物质数量与其临界量比值（Q），再采用评分法逐项计算工艺过程与环境风险控制水平值（M），确定工艺过程与环境风险控制水平，最后确定环境风险受体类型（E）。根据上述计算和评估结果，按照风险矩阵确定涉氨单位突发环境事件风险的等级。

1.3 氨泄漏事故环境风险预测方法

RiskSystem模型可对不同风向、风速及大气稳定度情况下的点源、面源及体源造成的泄漏事故进行后果预测，预测结果可给出不同时刻下风向不同距离及多个关心点处的浓度值[16]。本研究使用该模型对82家涉氨单位的氨泄漏事故进行逐一预测，重点预测突发液氨泄漏事件时，半致死浓度范围(下称LC50范围)和短时间接触容许浓度范围（下称MAC范围）。

将82家涉氨单位作为点源，设置预测液氨泄漏持续时间为60 min，预测时间间隔为5 min，并将泄漏高度、废气温度、裂口面积、容器压力等数据输入到RiskSystem模型中。结合气象部门近年来气象资料（全年平均风速、大气稳定度等），计算各涉氨单位发生液氨泄漏时对周边环境的影响范围。

2 结果与讨论

2.1 涉氨单位环境风险节点和特征分析

对液氨生产到使用全过程的环境风险节点进行梳理和分析（图1），可以看出液氨泄漏次生突发环境事件的风险贯穿于生产、运输、贮存和使用的各个环节，重点集中在液氨的贮存和输送环节。液氨的生产是通过氮气和氢气加压催化合成[17]，合成的液氨储存在储罐罐体中，若日常维护不足，有一定的泄漏风险。液氨的运输主要通过液氨罐车来完成。装车主要通过储罐与槽车之间的液位差装车[18]，在运输过程中，液氨槽车内的压力保持在0.7～0.9 MPa[19]。卸车时将需要灌注的储罐中的氨气抽出，加压送到槽车中，使槽车中的氨气蒸气压力升高，储罐中的氨气蒸气压力降低，通过槽车和储罐之间形成的压力差将液氨送到需要灌注的储罐中去[20]。如果操作不当、设备损坏、充装过量、超温超压等，均可引起液氨的泄漏。液氨通常贮存在储罐内，其使用和日常维护格外重要。由于液氨本身具有腐蚀性，储罐在长期露天使用和存储的过程中，极易造成储罐的容器、管道、阀门等一些连带的零部件受到液氨的侵蚀，从而变得薄脆易破，增大液氨的泄漏风险[21]。此外，液氨在贮存过程中人为的超温超压、操作失误也可能引起液氨的泄漏。液氨的使用主要为氨制冷、用作原辅料、热处理和水处理，在使用过程中主要的环境风险集中在液氨贮存区域和液氨输送管道，氨泄漏点主要集中在液氨容易腐蚀的阀门、法兰、接口等连接部位。

图1 液氨生产到使用过程中的环境风险环节

液氨从生产到使用，每个环节均存在泄漏的风险，特别是在液氨的贮存和输送环节，人员操作不当也是液氨泄漏的重要原因，应该给予重点关注。因此，在各个环节上进行氨泄漏的预防，或者建立氨回收系统是环境风险预防和控制的关键。

2.2 环境风险评估

2.2.1 环境风险等级

对82家涉氨单位的环境风险状况进行评估的结果显示，一般环境风险等级42家，较大环境风险等级28家，重大环境风险等级12家，分别占涉氨单位总数的51%、34%和15%。

从用途分布来看（图2），12家重大环境风险的企业中有9家为氨制冷企业，占比达到75%，较大环境风险的企业中也有超过半数为氨制冷企业，充分凸显氨制冷企业环境高风险的特点，因此有必要开发安全环保的液氨替代品，代替液氨制冷，降低环境风险。相反，用作热处理的单位中约有77%属于一般环境风险。

图2 涉氨单位环境风险等级用途分布

综合来看，该市接近一半涉氨单位属于较大和重大环境风险，重大环境风险单位主要用于氨制冷。由于城市化进程的加快，最初建设在郊区的部分企业，现在被居民区、商场和超市包围，一旦发生突发环境事故，涉及疏散人员数量众多，必须加强环境风险的管控。

2.2.2 氨泄漏事故风险预测

根据RiskSystem模型的预测，影响范围大的企业多以氨制冷企业为主。从LC50范围来看（图3），用作原料和热处理的涉氨单位影响范围较小，大多数LC50范围为0；而绝大多数氨制冷企业的LC50范围均在100 m以上，影响范围较大，人员疏散条件较差，事故发生后可能会出现疏散困难。若有人员在氨泄漏事故发生后停留在LC50范围内，可能会引发中毒，甚至会导致死亡。从MAC范围来看（图3），氨制冷企业的MAC范围均在500 m以上，MAC范围越大，氨制冷企业越多；用作原料、热处理、水处理的涉氨单位影响范围相对较小，均在1.5km以内。在该市核心区内，个别区域的涉氨单位影响范围相对较大，需要重点关注。若有人员长时间在MAC范围内停留，可能会发生中毒头晕等症状，危害身体健康。

图3 涉氨单位LC50范围和MAC范围预测结果

2.3 环境风险防控对策

结合对涉氨单位生产、运输和使用环节的环境风险特点分析，该市涉氨单位的环境风险评估以及氨泄漏事故风险预测结果，针对该市涉氨单位环境风险状况及管理现状，为降低涉氨单位潜在的环境风险，提出以下三方面对策建议：

2.3.1 完善管理标准

环境应急管理坚持预防为主，预防与应急相结合的原则。虽然目前突发环境事件应急管理办法等对环境应急管理提出了相应的要求，但与其配套的可操作层面的标准规范仍属空白，企业落实相关要求存在一定困难，可能会间接导致企业突发环境事件风险的增加。因此，急需完善环境风险管理和应急处置管理相关标准，为规范和指导企业有效落实环境安全主体责任奠定基础。

2.3.2 加强监管协作

企业突发环境事件多数是由安全生产事故引发的次生灾害，如果企业各项安全生产、消防等措施落实到位，突发环境事件发生概率就能有效降低。因此，应急、消防、生态环境管理等相关部门要在各司其职的基础上，分工协作开展监督管理，将液氨单位次生突发环境事件发生概率和影响降至最低。

2.3.3 提升应对能力

企业是防范环境风险和妥善处置突发环境事件的第一道防线，因此，液氨使用相关单位要通过完善企业应急管理制度、配备相应的应急物资和建立预警体系等提升环境应急管理和突发环境事件应对能力。同时，面各级管理部门要进一步提高应急监测水平，完善突发环境事件处置协调机制，提高应急处置能力。

3 结论

本研究通过对液氨生产、运输和使用全生命周期评价，分析了各个环节的环境风险，以某市为例，评估了涉氨单位的环境风险等级，并开展了氨泄漏事故风险预测。基于液氨单位的环境风险特点，提出针对性的防控对策。

（1）涉氨单位在液氨贮存区域和液氨输送管道存在较大的环境风险，阀门、法兰、接口等连接部位腐蚀和操作失误是氨泄漏的主要原因，且氨泄漏事故多数发生在氨制冷企业，应该予以重点关注。

（2）某市涉氨单位环境风险总体较高，一般、较大和重大环境风险等级的涉氨企业分别占总数的51%、34%和15%，需要加强环境风险管理。重大环境风险单位主要集中于氨制冷行业。

（3）根据对该市涉氨单位泄漏事故风险预测，结果表明氨制冷企业影响范围最大，其人员疏散工作最为困难。应根据评估结果改进事故的应急预案，对影响范围内人员提供液氨泄漏方面的培训，最大可能地减少事故造成的环境污染、人员伤亡及财产损失。

（4）涉氨单位环境防控应以预防为主，要通过建立和完善环境应急管理制度，加强环境风险隐患排查，开展人员培训和应急演练，严格落实环境安全主体责任，有效预防和降低突发环境事件发生的概率。