环氧乙烷储罐泄漏环境风险事故探讨

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  摘要:风险评价常称事故(或事故后果)评价,它主要考虑与项目联在一起的突发性灾难事故,包括易燃易爆和有毒物质、放射性物质失控状态下的泄漏,大型技术系统的故障。发生这种灾难性事故的概率虽然很小,但影响的程度往往是巨大的。环境风险评价的目的是通过风险(危险)甄别、危害框定、预测项目可能发生的事故及其可能造成的环境(或健康)风险,即对环境产生的物理性、化学性或生物性的作用及其造成的环境变化和对人类健康的可能影响,进行系统的分析和评估,并提出减少这些影响的对策措施。为此,结合广东某化工企业环氧乙烷储罐具体实例,定量进行环氧乙烷储罐的环境风险分析。
  关键字:储罐泄漏;风险评价;探讨
  Abstract: the risk evaluation is often called accident ( or accident consequence) assessment, it is mainly considered and project linked to the disastrous accident, including flammable explosive and toxic substances, radioactive substances out of control under the condition of leakage, large system fault. The occurrence of these catastrophic accidents very small, but the magnitude of impact is often great. This paper combined with a chemical industry enterprise in Guangdong epoxy ethane tank concrete as examples, analyzes ethylene oxide storage tank quantitative environmental risk.
  Key words: tank leakage; risk assessment; discussion
  
   中图分类号: 文献标识码: A 文章编号:
  
   1、项目概况:广东某化工企业设环氧乙烷储罐一个,30m3氮封保温,储罐压力0.2MPa,环氧乙烷保存温度10(℃),密度为909.9kg/m3,环氧乙烷储存量为20t,约占储罐容积最大值的73%。
   环氧乙烷是重要的化工原料,是一种有毒的致癌物质,以前被用来制造杀菌剂。环氧乙烷易燃易爆,不易长途运输,因此有强烈的地域性。环氧乙烷主要用于制造乙二醇(制涤纶纤维原料)、合成洗涤剂、非离子表面活性剂、抗冻剂、乳化剂以及缩乙二醇类产品,也用于生产增塑剂、润滑剂、橡胶和塑料等。广泛应用于洗染、电子、医药、农药、纺织、造纸、汽车、石油开采与炼制等众多领域。工业上通常采用常温高压和低温加压的方式储存。
   环氧乙烷的物理性质是:环氧乙烷在低温下为无色透明液体,在常温下为无色带有醚刺激性气味的气体,气体的蒸汽压高,30℃时可达141kPa,化学式:C2H4O,熔点(℃):-112.2 ,相对密度(水=1):0.87 ,折射率:1.3614(4℃),沸点(℃):10.4 ,相对蒸气密度(空气=1):1.52 ,分子量:44.05 ,饱和蒸气压(kPa):145.91(20℃) ,燃烧热(kJ/mol):1262.8 ,闪点(℃):<-17.8(O.C) ,爆炸上限%(V/V):100 ,引燃温度(℃):429 自燃点(℃):571,爆炸下限%(V/V):3.0 ,溶解性:与水可以任何比例混溶,能溶于醇、醚。
   环氧乙烷的化学性质非常活泼,能与许多化合物起加成反应。环氧乙烷能还原硝酸银。受热后易聚合,在有金属盐类或氧的存在下能分解。
   环氧乙烷毒理学:毒性:属中等毒类。急性毒性:LD50330mg/kg(大鼠经口);LC502631.6mg/m3×4小时(大鼠吸入);人吸入250ppm×60分钟,严重中毒;人吸入100ppm,出现有害症状;人吸入>10ppm,不安全;大鼠吸入0.64g/m3,7小时/次,7次后出现继发性肺感染,引起死亡。而小鼠出现中度体重降低,严重肺损害;IARC致癌性评论:人类致癌物。
   环氧乙烷在运输、储存和设备检修过程中,环氧乙烷储罐及其管道、阀门意外破损将会导致环氧乙烷大量散逸,而环氧乙烷一旦发生大量泄漏,极易发生爆炸和人员中毒事故,同时也会严重污染环境。环氧乙烷泄漏事故时有发生,通过环境风险事故,定量计算,科学准确地评价环氧乙烷泄漏事故,人员伤害情况。不仅对企业的安全生产具有重要的指导意义,同时也有助于制定泄漏事故救援方案,为管理部门做出决策提供科学依据。
   2、风险识别
   通过技术咨询和对同类生产装置的类比调查,找出建设项目风险的重点与薄弱环节,评价其事故及其危险性。本项目(原料储罐)的生产过程中,主要是环氧乙烷在装卸(工作状态)、传输以及操作失误导致的泄漏、火灾爆炸,以及自然灾害,如雷电等引发的火灾和爆炸等。
   3、源项分析
   (1)最大可信事故的确定。任何一个系统,均存在各种潜在事故危险。风险评价不可能对每一个事故均去做环境影响风险计算和评价,尤其对于庞大复杂的系统,因其既不经济,也无必要性。为了评估系统风险的可接受程度,在风险评价中筛选出系统中具有一定发生概率,其后果又是灾难性的事故,且其风险值为最大的事故——即最大可信灾害事故,作为评价对象。本项目环氧乙烷的贮存量为20t、年周转量为4000t,装卸次数较多,发生环氧乙烷泄漏后,挥发的环氧乙烷气体会对周围大气环境造成影响,空气中弥漫的环氧乙烷会随风扩散,由于环氧乙烷气体具有刺激性,对人体的呼吸器官等会造成严重伤害。对于环氧乙烷贮存项目在对各类潜在事故比较的基础上,筛选出评价对象的最大可信事故为贮罐破裂而导致的环氧乙烷泄漏。
   (2)最大可信事故概率的确定。最大可信事故概率的确定可以通过类比法或事故树法进行确定。
   对于环氧乙烷储运项目可参考国际和国内同类项目的储罐区事故发生率和项目仓储设施的设计水平进行最大可信事故概率的确定,不同程度事故发生概率和对策反应见表1。
  
  
  
   根据项目设计资料,储罐和运输罐车都根据环氧乙烷的理化性质进行了防腐设计,保证在使用年限内的防腐能力满足存储要求,因此基于以上统计分析,并从项目设备安全角度以及维护和检修水平类比,预测本工程储罐事故造成重大环境影响的概率为1.0×10- 4~1.0 ×10- 6 / a,由此分析,项目在储存期限内出现重大環境影响事故的可能性极小。
   3、环氧乙烷泄漏速度与泄漏时间
   (1)液体泄漏量的确定
   液体泄漏速度QL用柏努利方程计算:
  
  
  
   式中:QL——液体泄漏速度,kg/s;Cd——液体泄漏系数,此值常用0.6-0.64,取0.62;A——裂口面积,取0.00785m2(假设裂口直径10cm);ρ——泄漏液体密度,909.9kg/m3;P——容器内介质压力,2×105Pa;P0——环境压力,1.013×105Pa;g——重力加速度,9.8m/s2;h——裂口之上液位高度,取1m。
   考虑最不利情况,运用公式进行计算,环氧乙烷的泄漏速度为68.11kg/s,泄漏时间为4.89min。
   (1)泄漏的液体蒸发
   在液体物料发生泄漏后,一部分将由液态蒸发为气态挥发进入大气,蒸发量取决于环境温度、物质性质和储存条件。泄漏液体的蒸发分为闪蒸蒸发、热量蒸发、质量蒸发三种,蒸发总量为上述三种蒸发量之和。闪蒸蒸发指过热液体的直接蒸发,热量蒸发指液体在地面形成液池吸收地面热量而气化,质量蒸发指液池表面气流运动使液体蒸发。
  (1)闪蒸蒸发
   过热液体闪蒸蒸发速度可按下式计算:
  
   式中:Q 1 :闪蒸蒸发速度,kg/s; WT:液体泄漏总量,kg; t 1:闪蒸蒸发时间,s; F:蒸发液体占液体总量的比例,按下式计算;
  
   C P:液体的定压比热,1963.32J/kg·K;T L:泄漏前液体的温度,283K;T b:液体在常压下的沸点,283.4K;H:液体的汽化热,569258.12J/kg。
   经计算液体的闪蒸蒸发量为27.59kg/s。
   (2)热量蒸发
   当液体闪蒸蒸发不完全,有一部分液体在地面形成液池,并吸收地面热量而气化成为热量蒸发。热量蒸发的蒸发速度Q2 按下式计算:
  
   式中:Q2 :热量蒸发速度,kg/s; T0:环境温度,294.8K; Tb:沸点温度,283.4K; S:液池面积,136m2 ; H:液体的汽化热,569258.12J/kg; λ:表面热导系数,1.1 W/m·K ; α:表面热扩散系数,1.29×10-7 m2 /s ; t:蒸发时间s 。 某些地面的热传遞性质见表2。
  
  
  
   经计算液体的热量蒸发量为0.277kg/s。
   (3)质量蒸发
   当热量蒸发结束,转由液体表面气流运动使液体蒸发,称为质量蒸发。质量蒸发速度Q3按下式计算:
   式中:Q3:质量蒸发速度,kg/s;a,n:大气稳定度系数,0.25,4.685×10-3;p:液体表面蒸汽压,149.05kPa;R:气体常数,8.3145J/moL·K; T0:环境温度,294.8K;U:风速,2.4m/s;R:液池半径,6.58m。液池蒸发模式参数见表3。
  
  
  
   经计算液体的质量蒸发量为0.082kg/s。
   (4)液池蒸发速度
   液体蒸发总量按下式计算:
   WP=Q1+Q2+Q3=27.59+0.277+0.082=27.95 kg/s
   式中:WP :液体蒸发总量,kg;Q1:闪蒸蒸发速度,kg/s; Q2:热量蒸发速度,kg/s; Q3:质量蒸发速度,kg/s。
   4、环境事故后果分析
   为便于计算,将环氧乙烷划分为个3等级,以19.66mg/m3为微弱危害,以196.65 mg/m3为轻度危害,以491.63 mg/m3为重度危害,假设在静风条件下,初始云团按半球状在地面释放:
  (1)当释放后的云团的浓度为491.63 mg/m3时,重度危害半径为:
  
  
  
  (2)当释放后的云团的浓度为196.65 mg/m3时,轻度危害半径为:
  
  
  
  (3)当释放后的云团的浓度为19.66 mg/m3时,微弱危害半径为:
  
  
  
   图1静风条件下环氧乙烷储罐事故泄漏扩散浓度——距离关系图
   由上述计算结果可知,一旦环氧乙烷储罐发生泄漏事故,危害非常严重。在以储罐为中心,半径365~786m为微弱危害半径,人吸入会不安全;半径269m~365m为轻度危害,人吸入后会出现有害症状;半径268m范围内,人吸入会产生严重中毒。因此,在事故应急处理中,应首先将储罐周围365m范围内的人群撤离至安全地带。
   5、风险管理措施
   为了减少泄漏事故的发生,对于盐酸储运项目运行期应采取以下措施:
   (1)职工上岗前加强安全教育培训,经理论和实际考试合格后方可上岗,上岗时必须严格遵守操作规程,加强安全责任感。罐区安全卫生工作设专人负责,并建立HSE 管理体系、建立健全岗位操作规程,相关人员应熟悉和掌握规程的内容,并严格按照规程进行作业。
   (2)对项目重大危险源应当登记建档,进行定期检测、评估、监控,并制定应急预案,告知从业人员和相关人员在紧急情况下应采取的应急措施。
   (3)加强安全设施、消防设施及检测报警及控制仪表的定期检测与日常维护、保养,若发现质量缺陷或故障,应及时排除,,确保运行状态良好。
   (4)项目仓储罐区应设置卫生防护距离,在卫生防护距离范围内禁止新建居民区等环境敏感设施。
   (5)储罐外围需设置围堰,围堰的有效容积可以容纳一个罐全部泄漏时的容量,围堰内地面和围堰壁采取相应的防腐蚀措施。
   (6)制定环境风险应急预案,风险应急预案的制定应包括以下内容:应急机构、应急程序、应急设施、应急环境监测、清除泄漏措施、安全防护、应急终止、应急演习和应急培训措施,当事件一旦发生时可迅速加以控制,使危害和损失降低到尽可能低的程度。
   6、结束语
   文章探讨了某项目环氧乙烷储罐突发性泄漏引发的环境风险评价问题,文中结合项目实际研究了环氧乙烷液体泄漏进入环境的相关特征,对环氧乙烷的泄漏速度和蒸发量进行了定量计算分析,同时对所产生的环氧乙烷气团的扩展范围及其危害半径进行了探讨。并提出了风险防范的措施,在事故应急处理中,距储罐,365米范围内的人群均应撤离。上述信息对控制和处理这类突发性环境危害及寻求最佳对策至关重要,同时也为环氧乙烷储罐突发性事故的应急处理和决策提供了科学依据。
  
   参考文献
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  注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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