环境风险评价的技术方法

中山大学学报论丛,2003年第23卷第1期
SUN Y ATS EN UNIVERSITY FORUM,V ol123　N o11　2003
环境风险评价的技术方法Ξ
胡应成1,朱冠友2
(1.广州市番禺区环境科学研究所,广东广州511400;
2.中山大学环境科学研究所,广东广州510275)
摘　要:建设项目环境风险评价的技术方法一般按5个步骤进行:首先分析建设项目的系统
结构,找出系统中的风险因素;第2步分析风险因素发生的概率;第3步分析主要风险因素
的类型、产生的原因等,第4步建立数学模型对风险影响进行模拟,第5步提出风险防范措
施和应急计划。

关键词:环境风险评价;技术方法;风险因素;防范措施
中图分类号:X82014 文献标识码:A 文章编号:100721792(2003)0120099206
在现代工业高速发展的同时,世界环境却经受了诸如切尔诺贝利核电站泄漏等几起特大污染事故,使得世界各国越来越密切地关注工业设施重大事故引起的环境风险问题。

环境风险评价的技术方法正在不断地探索发展之中,甚至针对不同的建设项目提出不同的评价方法。

在最近几年的环境风险评价实践中,我们摸索出了一套具有一定指导意义的技术方法,即第一步对建设项目的系统结构进行分析,找出系统中的环境风险因素,第二步分析风险事故发生的概率,第三步对主要风险因素进行详细分析,指出风险类型、产生风险的原因等,第四步建设数学模型对风险进行模拟,第五步提出风险防范措施和应急计划。

结合某重油库建设项目(储罐容积分为20000、10000、5000和1000m3,每个容积3个罐,共12个罐,总容积10万t)的环境风险评价,对以上技术方法加以论述。

一、系统结构及运行系统的重要性分析
就一般建设项目而言,其系统结构包括生产系统、公用工程、生产辅助系统、存贮系统、消防系统等。

根据各子系统的特点和结构特征分别评价其安全重要性。

(一)运输系统
所使用的原料由何种方式运输,运输过程的事故,如撞车、翻车等,易引起原料的泄漏,造成燃烧、爆炸或其它严重的环境污染事故。

(二)储存系统
由于重油属于危险性物料,因此,各储罐都必须作好各项安全工作,并配以应急措Ξ收稿日期:2002-12-13
作者简介:胡应成(1965年生),男,工程师.
施。

严格按照操作规程进行操作。

(三)生产系统
重油库的生产工艺较为简单,主要包括重油的装卸和输送等设备,从安全方面考察,对生产设备必须制定严格的操作规程,尽量减少生产性事故和重油的逸出。

二、风险事故发生的概率分析
油库事故发生较多,但随着防灾技术的不断提高,事故率及作业伤亡人数在不断降低。

以1亿工作小时事故死亡人数比较,远低于建筑业和矿业等。

虽然如此,油库事故发生率仍然较高。

油库事故发生率较高的原因有阀门管线泄漏、泵设备故障、操作失误、仪表电器失灵、电线短路、静电、雷击等。

储罐区是事故较常发生的地方。

储罐区的事故主要是因泄漏和火灾等。

根据国内外储罐事故概率分析,储罐及储存物质发生火灾爆炸等重大事故的概率为817×10-5次/(罐・年)[1]。

石油化工储运系统存在较大的潜在火灾爆炸事故风险。

据世界石油化工企业近30年的100起特大事故(损失超过1000万美元)统计分析,属于罐区事故为16起,占16%;属于油船的为6起,占6%。

因此石油化工储运系统合计占事故总数的16%。

在国内,从建国到20世纪90年代初,石油储运系统出现损失较大的事故1563起,其中火灾爆炸事故约占30%[1]。

三、主要突发性环境风险事故类型及其产生原因分析
(一)主要突发性环境风险事故的类型
储罐区的主要突发性环境风险事故为泄漏和火灾两种类型。

1、储罐区泄漏事故
储罐区泄漏事故主要有4种情况:
(1)输油管泄漏,泄漏量一般不会超过数吨;
(2)入孔阀门法兰密封泄漏,泄漏量一般不会超过数千克;
(3)槽车阀门没关或内漏,这种情况下的泄漏量一般不会超过数百千克;
(4)罐体破裂,这是最恶性的泄漏事故。

由于储罐顶盖为最薄弱环节,如果发生事故,大多数是顶盖破裂。

重油储罐为常压罐,在顶盖破裂的情况下,大部分油品将仍然滞留在储罐内,外溢油品一般不会超过总容积的10%,则最大储罐破裂时的泄漏量一般不会超过2000t,况且有防火堤围着。

2、储罐区火灾
储罐区火灾主要有以下4种情况[2]:
(1)油罐在不发货也不收货的情况下着火。

此时罐内是正压,油蒸气浓度较大,在爆炸极限以外,着火火焰从罐的量油孔和呼吸阀喷出,蓝色不亮,无烟,火在罐口外燃烧。

注意此种情况不宜开启喷淋,因为喷淋会使罐内温度急剧下降,油蒸气冷凝形成负压,不但使罐吸入大量空气,且易造成负压、回火,火焰进入罐内燃烧。

如不能确定是罐内还是罐外燃烧,必须开启泡沫阀,用泡沫覆盖罐内油面,火将慢慢熄灭。

(2)油罐内燃烧。

由于氧气不足,燃烧不充分,罐顶孔口冒出黑色明亮火焰,黑烟较
・
・
1
多,火势较大。

在这种情况下首先组织力量把着火罐邻近受热辐射的其他油罐喷淋阀打开加以保护;开启着火罐喷淋,冷却罐壁,同时组织水枪射向罐顶冷却,保护罐体不致过热变形裂口,同时也可减少油品蒸发,减小火势;开启消防泡沫阀,向罐内注入泡沫灭火。

(3)油罐顶被炸开,火势异常猛烈。

在这种情况下,着火罐邻近油罐开启喷淋,保护罐壁冷却;着火罐开启喷淋冷却,同时组织多条水枪、水炮射水冷却罐壁,保护罐体不会过热变形;开启泡沫阀,罐内注入大量泡沫灭火。

(4)着火罐爆裂。

罐体裂开,火势除在罐内燃烧外,溢出地面的油品也已着火。

在这种情况下,应开启着火罐邻近油罐喷淋系统进行冷却;着火罐喷淋打开,冷却罐壁,减少油品蒸发;用泡沫枪、炮扑救地面火,控制火焰不致危及邻近油罐安全;待地面火扑灭后再扑灭罐内火。

由此可见,最恶性的是油罐炸裂之后的火灾事故。

(二)主要突发性环境风险事故产生原因分析
根据有关文献[3],发生事故的基本原因依次为机械故障(34.2%)、碰撞事故(26.8%)、人为因素(22.8%)和外部因素(地震、雷击等,16.2%)。

随着科学技术和工艺水平的提高,在生产、运输、贮存设备的设计和制造方面的缺陷和事故隐患日益减少,而运行管理和人员素质等造成的人为操作失误已成为引起溢油事故的突出因素。

对于上述4种因素引发的事故,前两种可以通过采用精良设备、勤检勤修等措施来避免或降低风险,第3种也可以通过加强科学管理和人员培训来尽量消除隐患,而第四种情况则较难控制,只有通过正确的规划和选址来避免。

四、主要突发性风险事故的环境影响分析
(一)储罐区泄漏事故的环境影响分析
由于发生多罐同时泄漏的可能性极小,不失安全性,在此仅设想一个储罐破裂并全部泄漏的情况。

只要储罐区周围按规范要求设有防火堤和分隔堤,而且堤内体积大于对应储罐的容积,所有泄漏油品将会限制在防火堤内,可以全部截留和回收,不会进入雨水管道或外泄入地表水体从而危害水环境。

因此罐区泄漏事故可能对大气环境质量造成影响。

由于重油的挥发性和毒性都很小,如果不伴发火灾,只要采取了泡沫覆盖等消防措施,则罐区泄漏事故也不会对区域大气环境质量造成严重影响。

(二)储罐区火灾事故的环境影响分析
根据前文分析,影响较大的是发生在罐区的火灾事故。

火灾首先通过放出辐射热影响周围环境,如果辐射热的能量足够大,可能引起其它可燃物的燃烧,生物也可能被辐射热点燃,因此辐射热可作为有机危险品火灾风险评价的首选指标。

由于辐射热造成的损害可由辐射能量来衡量,故在此采用有关文献[4]推荐的方法估算燃烧速度、辐射热和入射热,并由此定出辐射等级和损害等级。

当液体沸点高于周围温度时,液体表面单位面积的燃烧速度为:
D mt=
0.001H c
C p(T b-T a)+H vap
当液体沸点低于周围温度时,此式可简化为:
・
1
1
・
D mt=0.001H c
C p+H vap
式中,H c为物质的燃烧热(J/kg);H vap为气化热(J/kg),既可直接从有关手册中查得,也可用公式来计算;C p为恒压比热(约80J・m ol-1・K-1);T b为沸点(K);T a为气温(K)。

半径为r的池子燃烧时的总热通量为:
Q=(π・γ2+2πγH)・D mtη・H c・D0.61
mt
+1
式中,η是效率因子,约为0125;H是火焰高度,m,可按下式计算:
H=84r
D mt
ρ
a
2gr
0.6
式中,ρa为空气密度,g为重力加速度。

表面热通量算出后,附近物体的入射热即可确定。

对地面池,在距离池子中心r′处的入射热为:
I=
αQ 4πr′2
式中,α为空气的传导系数,为保险起见可取α=110。

由此计算出储罐区重油燃烧时产生的辐射热。

当储罐容积分别为20000,10000,5000和1000m3,总热通量为103260,58430,33060,13315kW・s-1。

不同入射热通量所造成的损失情况见表1;储罐区火灾的可能损害距离见表2。

表1　不同入射热通量造成的损失[4]
入射热通量
(kW・m-2)
影响分级对设备的损害对人的损害
37.5严重损害操作设备全部损坏1%死亡/10s,100%死亡/60s
25.0严重影响
无火焰,长时间辐射下木材有
可能燃烧的下限,但对钢铁无损害
重大损伤/10s,100%死亡/60s
12.5中等影响有火焰时,木材燃烧,塑料熔化1度烧伤/10s,1%死亡/60s 4.0轻度影响20s以上感觉疼痛,未必起泡1.6无影响长期辐射无不舒服
表2　各类储罐火灾的伤害程度和距离/m
入射热通量(kW・m-2)
储罐容积/m3 200001000050001000
37.514.811.18.4 5.3
25.018.113.610.3 6.5
12.525.619.314.59.2
4.04
5.334.125.71
6.3
1.671.753.940.625.7
从表2看出,储罐区火灾的严重影响距离约为615～1811m,各油罐间的距离若小于此值,就有可能引起连锁反应,因此,必须建立严格而规范的防火堤,并配置泡沫、自动喷淋等灭火设备和设施,以防重大火灾的发生。

同时,应以火灾时“无影响”的损害距离作为安全防护距离,即最近的建筑物到各类・
2
1
・
储罐的距离应分别为71.7,53.9,40.6和25.7m,也要求各储罐到油库场界达到以上距离。

五、突发事故对策和应急方案
装卸和储运系统一旦出现突发事故,必须按事先拟定的方案进行紧急处理。

应急计划分油库、邻区、镇(市)三级。

它包括应急状态分类、应急计划区,事故等级水平、应急防护和应急处理等。

1、总则
阐明风险的危害、制订本方案的意义和作用。

2、危险源概况
详叙危险源类型、数量及其分布。

3、紧急计划区
装卸台、储罐区、邻区。

4、紧急组织
油库:油库指挥部———负责现场全面指挥;
专业救援队伍———负责事故控制、救援、善后处理。

地区:地区指挥部———负责油库附近地区全面指挥、救援、管制和疏散;
专业救援队伍———负责对油库专业救援队伍的支持。

5、应急状态分类及应急响应程序
规定事故的级别及相应的应急分类,响应程序。

6、应急设施,设备与材料
储罐区:防火灾、爆炸事故应急设施,设备与材料,主要为消防器材等。

装卸过程:防火灾、爆炸事故应急设施,设备与材料,主要为消防器材;防有毒有害物质外溢、扩散,主要是水幕、喷淋装置等。

7、应急通讯、通知和交通
规定应急状态下的通讯方式,通知方式和交通保障,管制。

8、应急环境监测及事故后果评估
由专业队伍对事故现场进行侦察监测,对事故性质、参数与后果进行评估,为指挥部门提供决策依据。

9、应急防护措施:清除泄漏措施、方法和器材
事故现场:控制事故、防止扩大、蔓延及链锁反应,消除现场泄漏,降低危害。

相应的设施器材配备。

邻近区域:控制污染邻区的措施。

10、应急剂量控制、撤离组织计划、医疗救护与公众健康
事故现场:事故处理人员对毒物的应急剂量控制制定、现场及邻近装置人员撤离组织计划及救护。

油库邻近区:受事故影响的邻近区域人员及公众对毒物应急剂量控制规定,撤离组织计划及救护。

11、应急状态终止与恢复措施
规定应急状态终止程序;事故现场善后处理、恢复措施;邻近区域解除事故警戒及善
・
・
1
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后恢复措施。

12、人员培训与演练
应急计划制定后,平时安排人员培训与演习。

13、公众教育和信息
对油库邻近地区开展公众教育,培训和发布有关信息。

14、记录和报告
设置应急事故专门记录,建档案和专门报告制度,设专门部门和负责管理。

15、附件
与应急事故有关的各种附件材料的准备和形成。

参考文献:
[1]　胡二邦.环境风险评价实用技术和方法[M].北京:中国环境科学出版社,2000.
[2]　夏永明,等.石油储运过程环境污染控制[M].北京:中国石化出版社,1992.
[3]　何启泰,等.有毒化学品突发事故及其对策[M].北京:防化指挥工程学院,1990.
[4]　李民权,等.工业污染事故评价技术手册[M].北京:中国环境科学出版社,1992.
(责任编辑:朱　娴)・
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4。