石油化工企业危险废物厂内风险管控技术研究及应用

王 刚

(中国石油化工股份有限公司天津分公司,天津 300270)

0 前言

危险废物是指列入国家危险废物名录或根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的固体废物。石化企业的危险废物多为有机或无机化学品,具有腐蚀性、易燃性等危险特性,管理不当可能会对环境、人类健康甚至社会经济的可持续发展造成重大危害[1]。2019年,江苏响水“3·21”特大事故就是由于危险废物贮存风险控制不到位造成的[2]。近年来,全球废弃物管控的对策视点逐步转移到潜在废弃物和前端废弃物减量化的过程控制上,资源利用模式由“原料-产品-废弃物”的单向运行转变为“原料-产品-原料”的循环运行[3],这必然导致废弃物在厂内贮存时空的增加。据统计,石油化工有危险废物近400种,在交由外委单位合规运输出厂或下游企业点对点豁免利用之前,通常要在厂内贮存一段时间,存在环境安全风险[4-6]。部分企业由于建成年代较早,危险废物贮存库存在废气收集处理设施、废液导流沟防渗措施不完善等问题。此外,因信息传递不畅、管理水平不高等带来的风险更值得关注[7]。

1 石化企业危险废物管理存在的主要问题及风险

1.1 企业重视程度不够

部分企业对危险废物出厂前的风险认识不足,将危险废物贮存库当作普通仓库看待,对巡检内容、库内劳保着装要求不严格。危险废物管理人员专业能力不足,贮存库管理人员对接收的每批废物的危险特性并不了解,容易出现危险废物混存等问题。

根据对石化行业116座危险废物贮存库的调研分析发现,有超过一半的危险废物库位于企业生产区域之外,入库所需办理的手续和培训教育较入厂而言要简单得多。近80%危险废物库的管理部门是企业的储运车间,管理人员和巡检人员不了解基本的混存禁忌。调查问卷分析情况如表1。

表1 危险废物贮存库管理现状分析

1.2 危险废物贮存隐患不明

由于环境或危险废物自身属性的变化,贮存过程中可能发生局部升温、产生挥发性气体等情况,进而引发安全环保事故。针对局部升温问题,“3·21”事故的发生就是因为贮存在库内的硝化废料超期存放,失水积热后升温燃烧,进而引起爆炸,当时库内没有安装温湿度监测仪表。针对挥发性气体,目前的普遍做法是安装挥发性有机气体报警器、H2S报警器或可燃气报警器。根据对3家原油加工能力大于1 000×104t/a的炼油企业危险废物贮存库的现场调研发现,各库内均无温湿度监测仪表或传感器,其他已安装的报警器近3年来报警次数也均为0。排除仪表故障的可能,说明贮存空间内并无相关气体能够达到检测浓度,此项预防措施并不能完全起到预期效果。实际上,由于危险废物贮存过程的安全风险并未开展过系统评估,相关管理人员并不掌握其风险状态。

1.3 危险废物管理不规范

部分企业将危险废物混入建筑垃圾或生活垃圾,将废油桶与物资共同收集存放。有的企业未对性质不确定的固体废物开展属性鉴别,或委托无资质的单位进行危险废物处置。个别企业通过施工合同的方式,对危险废物进行外委处置,但双方均未履行全过程监管职责。在企业内部,存在危险废物包装物标签错误或不张贴标签、填写信息不全或填写类别与实际不符等问题。上述问题虽然看起来都是管理类问题,但可归结为因信息传递不畅导致部分责任人未掌握相关信息所导致的问题。

2 危险废物贮存风险管控措施

2.1 建立危险废物贮存风险评估指标体系

根据《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》(国家总局令第40号)第九条要求,特定重大危险源应按照有关标准规定采用定量风险评价方法进行安全评估。已有学者开展了相关研究并取得了较好效果。辛保泉,等[8]通过研究证明,基于风险可接受基准和抗爆设防要求建立定量风险评估方法是一种较好的解决方案。郭虎城,等[9]通过采用重大风险源区域定量风险评估方法对液氨罐区进行模拟评估,并给出了防护建议。刘洪波,等[10]采用Fluent软件模拟工业危险废物贮存间内挥发性有机气体的空间分布及有害气体扩散,并对员工的健康风险开展评价。

将某一特定事故的风险表示为事故后果和事故发生频率的函数,如公式(1)所示。根据风险值的不同,将风险级别划分为4级,如表2所示。

表2 风险源级别和风险值(H)的对应关系

H=F(s,c,f)

(1)

式中:H——风险值;

s——设定的事故模式;

c——估计的事故后果;

f——估计的事故频率。

根据评估结果,如果风险达到2级或1级,则需确定主要风险源,列出主要风险贡献危险源的风险降低措施,并应用成本-效益方法进行分析[11],以确定检修、改造时需处理的风险源。降低后果和(或)频率也是对风险的降低,风险降低措施的选择应根据实际情况,从技术措施、操作措施和组织管理措施等方面筛选,以减小风险的总体后果。

为客观评价危险废物贮存库的综合管理水平,应用层次分析法(AHP)[12,13]从法律法规相符性、危险废物属性及防控措施完善性3个维度建立了危险废物贮存风险评估指标体系。其中,法律法规相符性主要考虑管理制度、综合利用、台账和环评手续等内容;危险废物属性主要考虑理化性质和日常管理等内容;防控措施完善性主要考虑监控措施、消防措施、防爆措施和贮存容器等内容。

依据上述评价指标体系,对116座危险废物库开展调研分析,得出了管理制度、综合利用、贮存容器等10个方面的行业最好水平和平均水平,详见图1。图中的4个浅灰色雷达环分别为化学品仓储领域在上述10个方面的量化风险级别,风险级别从内至外逐渐降低,若处于二级风险以上,则不可接受。

图1 石化行业危险废物综合管理水平现状

由图1可以看出,在管理制度、台账、危险废物属性和防爆措施方面,行业整体处于同一水平,这主要是因为石化行业危险废物管理制度明确,危险废物贮存库内的危险废物种类相对较少,且大多不具燃爆特性。其余6个方面是改进重点。从行业平均水平来看,监控措施和危险废物管理2类风险均处于不可接受区间,这主要是因为大多数企业并不了解危险废物的混存禁忌,只依靠人员进行管理。

2.2 构建安全贮存规则

尽管危险废物相容性问题已在GB 18597《危险废物贮存污染控制标准》、HJ 2025《危险废物收集贮存运输技术规范》甚至《化学化工大辞典》被提及,但针对此问题开展的研究并不多。卢志强[14]在针对工业危险废物管理的研究中,对几种不相容废物进行了举例,但这些普适性的规则对石化行业危险废物的参考意义不大。为此,本研究依据《国家危险废物名录(2021版)》,针对石油化工企业的危险废物,建立了《中国石化危险废物清单》,并参考危化品安全公共服务互联网平台和GB 15603—1995《常用危化品贮存通则》中的相关参数,设计开发了适用于石油化工企业的危险废物贮存规则,包含基于产生源的危险废物相容性规则、承载容器规则和一般性规则3方面,部分规则示例见表3。同时,构建了法规标准及其他要求数据库,进一步支撑危险废物贮存风险判定。

表3 石油化工企业危险废物贮存规则示例

2.3 应用电子标签

射频识别(Radio Frequency Identification,RFID),又称电子标签,可通过阅读器与标签之间进行非接触式的数据通信,达到识别目标的目的。由于标签重量轻、可标记、易部署等特性,已成为物联网领域的核心技术之一[15],广泛应用仓储物流[16]、视觉识别[17]、城市生活垃圾管理[18]乃至矿难事故预警[19]等领域。将RFID技术应用于危险废物管理领域可从根本上解决因信息传递不畅导致的危险废物数量不清、风险不明等问题,特别是搭配危险废物库入口的天线和智能地磅[20],能够实现出入库实时报警和后台数据自动更新,降低了对库管员的专业能力要求,见图2。

图2 基于RFID的危险废物厂内管控流程

2.4 搭建危险废物智能管控平台

危险废物智能管控平台涉及数字信号处理(DSP)技术、视频识别技术和RFID技术。DSP处理器通过危险废物包装上的电子标签、贮存库内温湿度计和各类现场报警器采集信息,经过模数转换器完成信号处理,再经过预设算法(对比安全贮存规则)开展量化风险计算,输出结果通过数模转换器转换为中控大屏的显示信息。RFID的应用主要是采用基于卷积神经网络的深度学习方法[21],使用防爆云摄像机和内置视频识别算法模型的移动式分析盒子,实现对部分可视化风险进行预判和报警。RFID技术主要用于信息传递,可实现腐蚀环境下危险废物的“一包一码”。整个平台包括信息采集单元、数据处理单元和展示控制单元,如图3所示。

图3 危险废物智能管控平台系统结构

3 危险废物贮存风险管控方案实际应用

3.1 量化风险评估

依据量化风险评估方法,结合企业运行情况,对某企业危险废物贮存库进行评估,对6个作业部的近30套装置制定了危险废物清单,依据环境条件设定了报警阈值,依据属地法规标准建立了合规性数据库,明确了包括个人风险基准和社会风险基准在内的风险基准,使企业危险废物贮存库的风险状态每日动态更新,风险评价结果向各级相关管理人员推送。

3.2 应用电子标签构建安全贮存规则

RFID技术的应用能够有效解决危险废物信息传递不畅的问题,杜绝由此带来的危险废物数量不清、超期存放、错误混存等问题。实施危险废物“一包一码”,可确保危险废物在厂内全生命周期受控。经过企业近6个月的运行实施,虽然部分标签不可回收,每吨危险废物处置成本增加0.5～3元,但电子标签信息可与后台数据库关联,各口径所需的危险废物数量实时更新,实现了危险废物监管精细化,确保上报信息的准确和及时。

同时,通过电子标签信息与安全贮存规则的实时比对,从产生、入库和贮存3个环节确保不相容危险废物管控,杜绝安全隐患。在产生环节,装置填报危险废物相关信息、预估重量并提出申请,系统通过数据库中安全贮存规则与实际贮存情况进行比对,协助管理部门进行审批。审批通过后,库管员再对入库物质和标签信息进行比对,定期盘库。

3.3 危险废物智能管控平台

搭建的危险废物智能管控平台可实现动态计算风险值,报警并推送管控提示。经过1个月的试运行,库内共报警21次,其中温湿度报警9次、不相容预警7次、混存报警3次、泄漏报警1次、超期报警1次。

这21次报警与平台应用前企业相关报警器3年内0次报警形成了强烈反差,说明危险废物智能管控平台具有较好的实际效果。

在接到预报警后,相关人员会同步接收到系统的建议性提示,这些提示主要包括3方面内容:一是安环部管理人员在接到装置提报的入库申请后,能够同时接到系统的分析提示,告知库内是否有不相容废物;二是库管员在接收货物时,使用RFID手持机扫描包装上的电子标签,便可获知该包装内危险废物的信息提示,从而确认是否与实际相符;三是在危险废物库正常使用过程中,系统还会根据库内危险废物的贮存时间、温湿度、各类报警信息随时向各级管理人员推送管控建议提示,确保整个贮存环节的风险处于受控状态。平台上线运行后,该企业危险废物贮存风险、报警次数和平均响应时间详见图4。

图4 企业危险废物管控平台运行效果

如图4所示,平台上线初期报警频发,前20天共发生预警报警21次,运行一周后,报警数量显著降低,从前7天的平均每天2次降至后14天的平均每天0.5次,说明平台应用后,对相关人员的提示起到了很好的效果。此外,平均响应时间逐步增加,从前7天的0.4 h/次增至后21天的1.6 h/次,响应时间的增加说明操作人员在获得同类建议后,主观判断风险不高,出现懈怠的情况,这也是平台下一步改进的方向。

4 应用效果分析

企业应用量化风险评估方法、RFID技术和危险废物智能管控平台后,危险废物综合管理水平显著提升,危险废物库整体风险级别从2级降至4级(图5)。

图5 企业应用相关技术前后综合水平对比

在10项指标中,危险废物管理和监控措施2项从2级风险降至4级风险,达到行业先进水平。综合利用、环评手续和防爆措施维持在3级风险。管理制度、台账、危险废物属性、消防措施和贮存容器仍维持在4级风险,整体风险水平均处于可接受范围,同时使企业明确了下一步的改进方向。