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化工石化行业环境风险评价 成西娟孟晓杰舒俭民 中国环境科学研究院， 北京 100012 摘要 化工石化项目有其自身的特色， 它既为人们的日常生活提供所需物资， 又对人们的日常生活有着潜在的威 胁 它极易引起环境污染事件的发生， 危及人民的生命和财产安全。而且， 化工石化项目一般都较为复杂， 因此， 对 于此类建设项目， 应特别重视其环境风险评价， 使之对环境的危害得以避免或是减至最小。在我国， 甲苯二异氰酸酯 项目在化工石化行业属于较新的项目， 可借鉴的经验较少， 因此以甲苯二异氰酸酯项目为例来进一步对化工石化项目 的环境风险评价进行探讨， 使之向更为完善的方向发展。 关键词 化工石化行业; 风险; 环境风险评价; 甲苯二异氰酸酯 ENVIRONMENTAL RISK ASSESSMENT ON CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRIES Cheng XijuanMeng XiaojieShu Jianmin Chinese Research Academy of Environment Sciences， Beijing 100012， China AbstractChemical and petrochemical project has its own characteristics，which provides the necessary supplies for people′s daily lives，yet to which there also has a potential threat it can easily cause environmental pollution incidents，and it will endanger people′s lives and property safety. Chemical and petrochemical industries are generally more complicated. Therefore， for such construction projects，special care should be given to its environmental risk assessment，so that the harm to the environment would be avoided or minimized. In China，toluene diisocyanate project is a relatively new project，and there has little experience to learn from.In this paper， taking a toluene diisocyanate project for example， it is explored the environmental risk assessment on chemical and petrochemical projects，in order to make them onto a the more sophisticated direction. Keywordschemical and petrochemical industries;risk;environmental risk assessment;toluene diisocyanate 0引言 环境风险评价兴起于 20 世纪 70 年代以美国为 代表的几个工业发达国家 ［ 1- 2］， 而我国的环境风险评 价于 20 世纪 90 年代才逐步兴起 ［ 3］， 此后便得到推广 和应用。经过几十年的发展， 环境风险评价的理论、 方法体系已趋于完善， 并且也在各个国家得到了借鉴 与应用， 环境风险评价已被广泛的应用于人类生产活 动之中。 化工石化行业具有着极高的危险性， 且不同的物 质， 其危害性和危害程度不同， 这也加剧了其环境风 险评价的难度。为更进一步的探讨该类行业中环境 风险评价的具体操作步骤和内容， 本文以某公司的甲 苯二异氰酸酯项目为例， 以期推动环境风险评价内容 的进一步发展和完善。 甲苯二异氰酸酯 TDI 项目在我国现阶段还相 对较少， 属于新兴项目。而目前世界上生产 TDI 的大 型工厂主要是分布在西欧、 北美、 日本等国家和地区， 可借鉴和取得的经验、 教训较少。而 TDI 项目所涉及 到的易燃、 易爆、 有毒有害等化学品数量多且种类复 杂， 属于高危险性的行业。文中选用 TDI 项目为例， 详述其环境风险评价的过程， 也是希望能够为该类项 目的环境风险评价做以示范， 推动该类项目在我国的 发展步伐。 1环境风险评价的内容 风险一般指遭受损失、 损伤或毁坏的可能性， 通 常定义为在一定时期产生有害事件的概率与有害事 件后果的乘积 ［ 4］。风险评价则是对那些影响环境的 因子及其发生可能性的后果进行评价的过程。 89 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 一般而言， 风险评价包括 2 个层面， 第一是技术层 面， 即科学导向性风险分析， 主要对环境问题进行认定 与估计， 包括危害证实、 效应评价、 暴露评价和风险表征 4 个因素， 是制定管理决策进行环境风险管理的基础; 第 二是社会层面， 即决策导向性风险管理， 对风险进行认 知与接受， 针对风险问题制定相应的管理决策 ［ 5］。 HJ/T169 －2004建设项目环境风险评价技术导 则 主要是针对有毒有害化学品的， 预测其在发生最大 可信事故时所造成的对人身安全与环境的损害程度。 根据该导则所规定的， 环境风险评价工作的内容 通常包括风险识别、 事故源项分析、 后果计算、 风险计 算和评价、 事故预防措施和应急方案这 5 个部分 ［ 6］。 以某 TDI 的实际项目为例， 来说明化工石化项目的环 境风险评价的过程和相关步骤。 1. 1TDI 项目风险识别 化工石化建设项目的风险识别主要是对化工生 产设施风险识别和生产过程所涉及的化工原材料及 辅助材料、 燃料、 中间产品、 最终产品以及生产过程排 放的 “三废” 污染物等物质进行危险识别 ［ 3］。风险识 别是进行环境风险评价的首要任务， 也是关键步骤。 只有正确地对其进行风险识别， 后续的工作才能顺利 开展。而要正确进行风险识别， 就必须详细、 认真、 深 入了解该化工石化项目的生产设备和相关的工程分 析内容。只有如此， 才能正确、 合理的识别出风险源 项。对于本文所引用的实例， 经分析可知， 该 TDI 项 目中的环境危险性物质主要为光气、 氯气和一氧化碳 这 3 种物质。因此， 这 3 种物质就是进行风险分析的 主要内容。 1. 2事故源项分析 经过风险识别， 确认出化工石化项目的危险性物 质之后， 接下来就应进行事故源项分析。事故源项分 析一般可包括事故调查及统计、 生产装置的危险性因 素分析和最大可信事故及源项分析这 3 个方面。事 故调查及统计主要是对同类项目已发生的事故及事 故原因进行类比、 统计和分析， 通过调查和统计， 可以 了解到该类项目容易发生事故的部位、 发生的原因以 及危害程度。本文以危险性物质中的氯气为例， 来说 明事故源项分析中事故调查及统计的操作步骤。 1. 2. 1国内外氯气事故调查 表 1 中列举了国内氯气事故情况， 包括化工厂氯 气泄漏、 爆炸以及氯气在运输过程中发生泄漏爆炸。 据国内十 几家 氯 碱生 产 厂 不 完 全 统 计， 自 1963 2003 年， 我国氯碱生产行业发生三氯化氮爆鸣、 爆炸 近 40 次， 平均每年 1 次， 爆炸产生的冲击波、 爆炸碎 片、 爆炸引发泄漏的大量有毒气体使包括液氯汽化 器、 液化器、 计量槽、 排污罐、 管道、 阀门、 液氯钢瓶、 槽 车等设施遭到严重破坏， 液氯乃至整个氯碱系统全线 停产， 人员伤亡， 损失惨重。 表 1国内氯气事故类比调查 事故名称事故概况事故原因 氯爆事故2004 年 4 月 15 日凌晨， 重庆天原化工厂 2 号氯冷凝器出现穿孔、 裂管发生爆炸， 使装有氯 气的钢罐炸开， 附近门窗俱毁， 当场死亡 9 人， 大量氯气向周围弥漫， 市政府紧急组织疏散 厂区周围民众 15 万人至事故现场 3 km 外。 设备陈旧造成氯气泄漏， 违规操 作引发液氯贮罐爆炸。 氯气泄漏2005 年 4 月 25 日， 江苏常州化工厂发生氯气泄漏事故， 共有 2 人死亡， 9 人不同程度中毒。职工违规操作。 氯气泄漏2004 年 4 月 20 日晚 9 点 30 分左右， 停产多年的江西油脂化工厂遗留的 1 个残存液氯罐发 生泄漏， 泄漏造成一些群众中毒， 其中 6 人中毒较重。 企业领导安全意识薄弱， 管理不 善， 制度不健全。 氯气运输泄漏 2005 年 3 月 29 日， 京沪高速公路淮安段发生交通事故， 一辆具有安全隐患的车辆超载共 35t 液氯的山东槽罐车与一辆货车相撞， 导致槽罐车液氯大量泄漏， 造成公路旁 3 个小镇村 民重大伤亡， 中毒死亡 29 人， 436 名村民和抢救人员中毒住院， 门诊救治 1560 人， 10500 名 村民被迫疏散转移。 违章操作、 超载运输 由表 1 可以看出， 造成事故的主要原因为人员违 规操作、 不严格执行安全规程、 设备及管道材质问题 等。通过对已发生事故的原因进行分析和整理， 可以 了解易发生危险事故的原因， 以提高警惕和吸取教 训， 并采取相应的措施， 以规避该类危险。 1. 2. 2生产装置危险性因素分析 化工石化项目具有高危险性这一特色， 这不仅仅 是由于它所用的原、 辅材料及中间物质具有危险性， 其生产装置本身在运行过程中也存在着危险性， 因此 对其生产装置的潜在危险性进行确定和分析， 也是规 避危险的主要措施之一。对于本文所引用的 TDI 项 目实例中， 该项目中具有危险性因素的装置主要为 99 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 甲苯硝化装置 DNT 生产装置 、 氢化装置 TDA 生产 装置 和光气化装置 TDI 生产装置 。而它们所可 能产生的主要危险为 火灾、 爆炸、 有毒物质危害、 高 温灼伤、 机械伤害、 触电危险等可能的危险性因素。 1. 2. 3最大可信事故及源项分析 最大可信事故是指事故在所有预测的事故中最 严重， 并且发生该事故的概率不为零。由于石化项目 事故发生的不可预见性及污染物排放的复杂性， 在环 境风险分析的实际应用中， 若采用故障树法及事件树 法等常规方法分析和确定一个事件的发生概率， 可操 作性比较差， 因此在实际评价中， 可以通过对国内外 同类装置或建设项目的事故统计资料的分析， 也就是 以类比分析的方法来计算最大可信事故的概率 ［ 7］。 1. 3风险计算及预测 风险计算及其预测是环境风险评价的核心和关 键步骤， 也是进行环境风险评价的主要内容。只有通 过风险计算， 才能预测出该项目所带来的风险后果， 预测出它的影响范围和可能造成的伤害大小， 并以此 来评价该项目的风险水平。 风险计算和预测包括 预测模式的选用、 事故风 险值的计算以及预测结果和建议这 3 个主要步骤。 预测模式的选用要根据该项目危险性物质的特性来 确定， 具体的公式可根据 HJ/T169 － 2004 中所规定 的应用。下文即以某 TDI 项目为例来说明风险计算 和预测的步骤。 1. 3. 1预测模式 在预测模式的选用中， 本文以毒物泄露事故为例。 对于毒物泄露事件， 预测时一般都选用 HJ/T169 － 2004 中所推荐的多烟团扩散模式。 在事故后果评价中采用烟团公式， 见式 1 C x， y， 0 2Q 2π 3 2σxσyσz exp － x － xo 2 2σ 2[] x exp － y － yo 2 2σ 2[] y exp － z2 o 2σ 2[] z 1 式中C x， y， 0 下风向地面 x， y坐标处空 气中污染物质量浓度， mg/m3; xo， yo， zo 烟团中心坐标; Q 事故期间烟团的排放量; σx ， σ y ， σ z 为 X， Y， Z 方向的扩散参数， m， 常取 σx σy。 对于瞬时或短时间事故， 可采用变天条件下多烟 团模式， 见式 2 Ciw x， y， 0， tw 2Q′ 2π 3 2σx， effσy， effσz， eff exp － H2 e 2σ 2 x， eff exp － x － xiw 2 2σ 2 x， eff － y － yiw 2 2σ 2 y， [] eff 2 式中C i w x， y， 0， tw 第 i 个烟团在 tw时刻 即 第 w 时段 在点x， y ， 0 产生的地面浓度; Q′ 烟 团 排 放 量， mg，Q′ QΔt ;Q 为释放率， mg/s; Δt 为时段长度， s; σx， eff 、 σ y， eff 、 σ z， eff 烟团在 w 时段沿 x、 y 和 z 方向的等效扩散参数， m， 可由式 3 、 式 4 估算 σ 2 j， eff ∑ w k 1 σ 2 j， k j x， y， z 3 σ 2 j， k σ 2 j， k tk－ σ 2 j， k tk－1 4 其中xiw和 yiw为第 w 时段结束时第 i 烟团质心的 x 和 y 坐标， 由式 5 、 式 6 计算 xiw ux， w t － tw －1∑ w －1 k 1 ux， k tk－ tk－1 5 yiw uy， w t － tw －1∑ w －1 k 1 uy， k tk－ tk－1 6 各个烟团对某个关心点 t 小时的浓度贡献， 按式 7 计算 C x， y， 0， t ∑ n i 1 Ci x， y， 0， t 7 式中n 需要跟踪的烟团数， 可由式 8 确定 C x， y， 0， t≤ f∑ n i 1 Ci x， y， 0， t 8 式中f 小于 1 的系数， 可根据计算要求确定。 而进行预测时还需要结合其当地的环境空气条 件， 可根据其环境空气影响预测和评价的结果， 判断 项目所在区域的稳定度情况， 以稳定度出现较多的情 况来进行预测。如该 TDI 项目选取了 C、 D、 E 和 F 这 四种稳定度来进行预测， 而其他各类稳定度由于出现 频率很低因此予以忽略。 1. 3. 2事故风险值的计算 事故风险值是经过风险预测和分析之后， 将可能 出现的风险后果以数字的形式表现出来， 也就是对风 险的大小进行量化的过程。 事故风险值的计算公式为 风险值 事故概率 事故后果。而本项目发生最大可信事故风险值可按 下式计算 风险值 事故发生概率 出现不利天气气 001 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 象概率 致死区域死亡人数。 1. 3. 3风险预测结果及建议 经过上述几个步骤计算出事故风险值后， 关键步 骤就是要对风险的预测结果进行描述和提出建议来 降低或是消除风险， 这也是进行环境风险评价的主要 目的， 是要采取有力的措施来降低风险， 减少对环境 和人类带来的损失和伤害。 以该 TDI 项目为例， 事故风险预测的结果表明， 氯气和一氧化碳管道泄露和光气装置泄露事故发生 时， 经计算可知结果为 在不利气象条件下 30 min 最 大半致死浓度范围分别为距离源强 700， 200 和 400 m， 而距离该项目厂区最近的敏感点在 2 200 m 以外。 在最大可信事故情况下， 发生氯气、 一氧化碳气体和 光气泄 露 事 故 的 最 大 事 故 风 险 值 分 别 为 2. 96 10 － 5， 0. 56 10－ 5 和 0. 56 10 － 5 人 /a， 均低于化工行 业风险统计值 8. 33 10 － 5 人 /a， 风险水平可以接受。 该预测结果也说明了本厂区即使在发生事故时对周 围居民的影响也较小， 处于可接受的范围， 不会对他 们的健康造成危害。 1. 4风险防范措施及应急预案 环境影响评价中加入环境风险评价这一环节， 就 是要通过风险的分析和结果计算， 根据其项目特性来 提出防范措施和应急预案， 以防止一旦发生事故， 就 会立刻采取有效有力的措施来应对这种事故， 从而使 事故所造成的后果降到最低， 这也是进行环境风险评 价的最终和最为重要的目的。 1. 4. 1风险防范措施 化工石化项目的环境风险分析过程， 可以帮助人 们了解事故发生 的途径、 概 率 及 其 环 境 影 响 的 后 果 ［ 7］。对于该 TDI 项目的风险防范措施则包括选 址、 总图布置和建筑安全防范措施， 工艺技术安全防 范措施， 设备设计中的安全防护措施， 电气设备中的 安全防护措施， 仪表设计中的安全防护措施以及给排 水及消防设计中的防护措施这几个方面的内容。 1. 4. 2应急监测方案 对于可能出现的事故， 不只要有防范措施， 还应 该设置有应急监测方案， 只有通过应急监测方案， 才 能够尽快了解事故的状态、 所造成地危害程度， 才能 最快并准确获得相关资料， 为后续工作提供良好的条 件， 也能为相关行业提供宝贵的经验。而应急监测方 案应注意以下内容 1布点原则 一般以突发性环境化学污染事故 发生地点及其附近为主， 必须注重人群和生活环境， 合理设置参照点， 以掌握污染发生地点的状况， 反映 事故发生区域环境污染程度和污染范围。 2采样方法 应尽可能在事故发生地就近采样， 并以事故地点为中心， 事故发生时的下风向影响区 域、 掩体或低洼地等位置， 按一定间隔的圆形布点采 样， 并根据污染物的特性在不同高度采样， 同时在事 故的上风向适当位置布设对照点， 同时在距事故最近 的居民区和环境敏感区域布点采样。在采样过程中 应注意风向的变化， 及时调整采样地点。 3监测因子 监测因子的确定可根据项目的特 征因子、 根据起火或泄漏的物料来确定。该 TDI 项目 的特征因子为光气、 氯气、 一氧化碳等因子。 4监测频次 初始频次加密， 随着污染物浓度下 降逐渐降低频次。 1. 4. 3事故应急预案 不同的项目所设定的应急预案应不同， 而应急预 案的确定， 主要是根据该项目的风险分析过程， 针对 其工程的特点和可能的事故， 来制定出相应的应急预 案， 而不是仅按照模式生搬硬套， 使应急预案具有实 质性的意义， 才能起到指导作用。应急预案的内容主 要应包括应急组织体系， 指挥机构及职责， 预防与预 警机制， 应急处置和应急预案分级响应， 信息报告程 序， 应急物资与装备保障， 应急救援演练， 安全教育与 培训等内容。具体内容则应根据不同的项目而进行 相应地变化， 以最大效果去应对事故的发生。 2总结 对于化工石化行业这种涉及危险品多、 化学反应 复杂的行业， 进行环境风险评价是尤为重要和不可缺 少的。而且， 和其它行业相比， 该行业的环境风险评 价要困难和复杂的多， 所涉及的内容和考虑的因素复 杂、 多变， 只有每个环节都做好， 才能顺利的完成整个 环境风险评价。而且不同项目的环境风险评价还要 结合其当地的实际情况， 因地制宜， 才能更好地为该 建设项目服务， 才能凸显环境风险评价的作用， 也才 能更好地保护环境和人群财产以及安全。 参考文献 ［1 ］ Theoretical E C. Possibilities and consequences of major accidents in largenuclearpowerplants ［C ］∥ DOC. 740， USAC， Washington D C1975. 下转第 106 页 101 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 难， 本课题的研究建立在利用多种间接性数据， 并给 予了一定假设的基础上 例如， 不考虑现实中工厂原 料多为混合塑料并且其成分随时变化的情况 ， 以上 问题给研究结果造成了一定的不确定性， 希望随着将 来我国塑料分类化工作的逐步完善和对再利用工厂 管理的不断加强， 这些不足能够在将来的研究中得到 完善。 参考文献 ［1 ］ 刘颖昊，沙高原，黄志甲， 等. 产品生命周期评价在钢铁行业 中的应用和前景［J］ . 环境工程，2008，26 1 81- 84. ［2 ］ 王京芳，王露. 材料和能源流导向的环境影响评价模型探讨 ［J］ . 环境工程， 2008，26 1 75- 77. ［3 ］ 张承龙， 郭翠香， 赵由才， 等. 含锌危险废物碱法再生锌的生命 周期评价［J］ . 环境工程，2008， 26 2 97- 98， 57. ［4 ］ 李英顺， 路迈西， 胡华龙， 等. 温雪峰. 生命周期评价在铜渣回 收工艺中的应用前景［J］ . 环境工程，2009， 27 1 81- 84. ［5 ］ 刘均科. 塑料废弃物的回收与利用技术［M］ . 北京 中国石化 出版社， 2000. ［6 ］ 江镇海. 废塑料综合利用简述［J ］ . 中国资源综合利用， 2003 10 37- 39. ［7 ］ 李东涛，李文，李保庆. 焦煤与不同种类废塑料共焦化的研究 ［J］ ，燃料化学学报， 2001，29 1 19- 23. ［8 ］ 张振国， 廖洪强， 刘泽常， 等. 废塑料配煤炼焦实验研究［J］ . 煤 炭转化， 2006， 29 1 45- 48. ［9 ］ International Organization for Standardization ISO . 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