中美大氣環(huán)境風險評價法規(guī)比較與建議

郭慧，吳成志

(三捷環(huán)境工程咨詢(杭州)有限公司，浙江杭州 310012)

中美大氣環(huán)境風險評價法規(guī)比較與建議

郭慧，吳成志

(三捷環(huán)境工程咨詢(杭州)有限公司，浙江杭州 310012)

通過介紹美國聯(lián)邦環(huán)保局(U.S. EPA)的環(huán)境風險管理計劃(RMP)和事故風險評價方法，從風險評價和后果模擬的目的、可燃物質(zhì)的模擬要求和技術(shù)導則細節(jié)等幾個方面，對中美大氣環(huán)境風險評價的法規(guī)進行了比較。此外，還對EPA推薦的5個常用大氣風險擴散模型SLAB、DEGADIS、INPUFF、AFTOX和ALOHA的特點、適用條件以及各模型的優(yōu)勢和局限性進行了介紹，以期對我國大氣環(huán)境風險評估法規(guī)和技術(shù)導則相關(guān)工作到一定的借鑒作用。

環(huán)境風險管理計劃；大氣風險擴散模型；比較；建議

近年來，化學品泄漏事故頻發(fā)，其引發(fā)的環(huán)境風險也越來越受到關(guān)注。我國建設(shè)項目環(huán)境影響評價導則是分析和預測建設(shè)項目存在的潛在危害以及建設(shè)和運行期間可能發(fā)生的突發(fā)性環(huán)境事件的損害程度，提出合理可行的防范、應(yīng)急和減緩措施，以使建設(shè)項目的環(huán)境風險達到可接受水平的重要指導性技術(shù)文件。本文在介紹美國國家環(huán)保局(U.S. EPA)環(huán)境風險管理計劃(RMP)和事故風險評價方法的基礎(chǔ)上，從風險評價和后果模擬的目的、可燃物質(zhì)的模擬要求和技術(shù)導則細節(jié)等幾個方面，對中美大氣環(huán)境風險評價的法規(guī)和技術(shù)導則進行了比較。此外還對EPA推薦的5個常用大氣風險擴散模型SLAB、DEGADIS、INPUFF、AFTOX和ALOHA的特點、適用條件以及各個模型的優(yōu)勢和局限性進行了介紹。

1 美國聯(lián)邦環(huán)保局風險管理計劃

根據(jù)美國清潔空氣法案(Clean Air Act)，EPA出臺了風險管理計劃(RMP)法規(guī)，規(guī)范和指導生產(chǎn)和使用危險化學品的企業(yè)進行化學泄漏事故的防范和應(yīng)急。 RMP法規(guī)主要包括3部分內(nèi)容：化學品泄漏事故風險評價、風險防范計劃和應(yīng)急響應(yīng)計劃[1-2]。這3個部分緊密聯(lián)系，互相影響。事故風險評價是制定風險防范計劃的基礎(chǔ)，風險防范計劃等級反過來又決定了事故風險評價的最低模擬要求，企業(yè)根據(jù)風險防范計劃中的詳細分析和事故風險評價的結(jié)果，有針對性地制定應(yīng)急響應(yīng)計劃。

無論新建企業(yè)還是現(xiàn)有企業(yè)，只要工藝單元內(nèi)儲存或使用RMP規(guī)定的化學物質(zhì)，且用量超過規(guī)定上限，都需要提交風險管理計劃。企業(yè)根據(jù)法規(guī)要求編制企業(yè)自己的RMP計劃，并提交到EPA，RMP計劃需要每5年更新一次。

1.1 物質(zhì)種類和儲存限值

EPA將受風險管理計劃管理的物質(zhì)分為有毒物質(zhì)和可燃物質(zhì)，并公布了77種有毒物質(zhì)和63種可燃物質(zhì)。這些規(guī)定物質(zhì)之外的其他化學物質(zhì)不納入RMP的管理范圍。另外，EPA為每一種規(guī)定的化學物質(zhì)設(shè)定了存儲限值，即當一個工藝單元內(nèi)存儲或使用的規(guī)定物質(zhì)的量大于存儲限值時，該固定源需受到RMP法規(guī)的制約。

1.2 風險防范計劃等級

EPA要求根據(jù)事故風險評價的結(jié)果來確定風險防范計劃的等級。風險防范計劃按照計劃的嚴格和復雜程度，從低到高分為一級到三級。對于事故風險評價最不利情景模擬的影響范圍內(nèi)沒有敏感點，且過去五年內(nèi)沒有發(fā)生影響到廠界外的事故的企業(yè)僅需執(zhí)行一級風險防范計劃。對于事故風險評價最不利情景模擬的影響范圍內(nèi)涉及敏感點，且該企業(yè)需要執(zhí)行美國職業(yè)安全與健康管理局(OSHA)的工藝安全管理(PSM)標準，或者該企業(yè)屬于造紙、石油煉化、石油化工、基礎(chǔ)無機化學品制造、基礎(chǔ)有機化學品制造、塑料和樹脂制造、氮肥生產(chǎn)、殺蟲劑和其他農(nóng)用化學品生產(chǎn)這10種行業(yè)，則需執(zhí)行三級風險防范計劃。一級和三級風險防范計劃以外的企業(yè)執(zhí)行二級風險防范計劃。

1.3 事故風險評價

RMP場外事故風險評價導則把事故情景分為最不利情景和可能情景兩種，并分別對這兩種情景從泄漏源強和氣象條件兩個方面進行了定義。

最不利情景是判斷RMP計劃風險防范等級的重要依據(jù)，任何風險防范等級都必須模擬?？赡芮榫暗哪M要求由所執(zhí)行的風險防范等級來確定。被確定為執(zhí)行一級風險方法計劃的危險單元，企業(yè)只需要提交一個最不利情景的模擬結(jié)果。被確定為執(zhí)行二級和三級風險方法計劃的危險單元，企業(yè)需要提交以下場外事故風險評價的模擬結(jié)果：對所有有毒污染物、可燃性污染物定義一個最不利情景；對每種有毒污染物、所有可燃性污染物各定義一個可能情景。

1.4 風險防范與應(yīng)急計劃

不同等級風險防范計劃相應(yīng)的風險評估要求、風險防范計劃需要包含的內(nèi)容，以及風險應(yīng)急計劃的要求如表1所示。

表1 EPA RMP風險防范計劃和相應(yīng)的風險評估要求及風險應(yīng)急計劃

2 風險評價技術(shù)導則與法規(guī)比較

我國與美國在大氣風險評價法規(guī)的不同之處主要體現(xiàn)在以下4個方面：

(1)風險評價和后果模擬的目的不同。美國 RMP的目的在于通過計算事故的影響范圍來確定風險防范要求的等級、內(nèi)容，并有針對性地制定應(yīng)急計劃，不計算事故/風險概率和可接受程度，至少每5年更新一次。我國目前的風險導則[3]目的在于通過計算事故影響范圍和風險概率，來判斷新建和改擴建項目存在的風險是否能夠接受。

(2)風險評價工作等級確定的依據(jù)不同。美國 RMP的風險評價的等級由風險防范等級來決定。我國風險導則的風險評價工作等級根據(jù)儲存物質(zhì)的危險性決定。

(3)對可燃物質(zhì)的模擬要求不同。美國RMP中要求模擬可燃物質(zhì)的最低燃燒/爆炸下限(濃度)的影響范圍，以及火災造成的熱輻射和爆炸造成的超壓影響范圍。我國風險導則對模擬火災和爆炸的熱輻射和超壓影響未作要求，而是要求模擬未完全燃燒的化學品以及燃燒生成的二次污染物的毒性影響范圍。

(4)后果模擬的技術(shù)方法不同。表2 給出了美國 RMP后果模擬導則與我國建設(shè)項目環(huán)境風險評價技術(shù)導則技術(shù)方法在細節(jié)方面的比較。

表2 美國RMP導則與我國建設(shè)項目風險評價技術(shù)導則細節(jié)比較

3 大氣風險擴散模型比較

3.1 美國EPA擴散模型概述

美國 RMP大氣風險事故評價導則中明確規(guī)定，可以采用大氣風險擴散模型進行模擬。在EPA推薦的模型中，有3個風險擴散模型可供選擇：DEGADIS、SLAB和AFTOX。此外，INPUFF是EPA大氣科學研究實驗室開發(fā)的用于風險擴散模擬的多煙團模式。ALOHA(AREAL LOCATIONS OF HAZARDOUS ATMOSPHE-RES)是由EPA與美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)聯(lián)合開發(fā)的一款大氣事故風險危害模型。ALOHA是CEMOS軟件包的重要組成部分。CEMOS軟件包是EPA和NOAA聯(lián)合開發(fā)的廣泛用于化學品泄漏應(yīng)急響應(yīng)的系統(tǒng)。這5種大氣風險擴散模型各具特點，也各有一定的局限性，表3對5種模型進行了介紹和比較。

表3 5種EPA大氣風險擴散模型比較

3.2 事故案例相關(guān)分析

大氣風險擴散模型的輸入?yún)?shù)較少，模型運行速度快。是否能夠得到合理的結(jié)果，關(guān)鍵在于模型的正確選擇和確定正確的輸入?yún)?shù)值。下面以國內(nèi)某煤制天然氣項目中液氨儲罐破裂為例，對模型的選取、參數(shù)確定和擴散模型模擬給出一個簡單的示例，模擬結(jié)果見表4。

事故情景：球形液氨罐直徑為12.3 m；儲存溫度為25℃；儲存壓力為4.7個大氣壓；儲量為567 t；泄漏高度為2 m；泄漏孔徑為5 cm，泄漏時間為10 min；泄漏方式為水平噴射。要求計算NH3擴散地面濃度達到IDLH(1390 mg/m3)和LC50(360 mg/m3)時的最大影響范圍。

表4 液氨泄漏事故案例模擬結(jié)果

氣象條件：選取EPA中定義的最不利氣象條件，其中，F(xiàn)穩(wěn)定度，風速為1.5 m/s，環(huán)境溫度為25℃，地表粗糙度為0.01 m。

源強計算：本案例為兩相泄漏，根據(jù)理查德森數(shù)[9]判斷為典型的重氣體擴散，泄漏速率為29.09 kg/s， 源面積為0.255 56 m2，泄漏溫度為-33.35℃，液相比例為0.817 23。

模型選擇：選擇SLAB模型進行模擬，重氣體模型可以模擬水平噴射。

SLAB模型輸入?yún)?shù)： 泄漏速率、源面積、泄漏溫度、泄漏高度、泄漏時間、液相比例，模擬的平均時間為10 min。需要注意擴散模型輸入?yún)?shù)中的泄漏溫度和儲存溫度不同，源面積和裂口面積也不同，需要通過源強計算才能得到。

4 結(jié)語

綜上所述，美國RMP法規(guī)中大氣環(huán)境風險評價的方法和思路對于我國大氣環(huán)境風險評估法規(guī)和技術(shù)導則相關(guān)工作具有一定的借鑒意義。

一方面，通過對比中美大氣環(huán)境風險評價的法規(guī)可以發(fā)現(xiàn)，美國RMP的三部分內(nèi)容構(gòu)成一個有機的整體，緊密聯(lián)系，互相影響。事故風險評價是制定風險防范計劃的基礎(chǔ)，風險防范計劃等級反過來又決定了事故風險評價的最低模擬要求，企業(yè)根據(jù)風險防范計劃中的詳細分析和事故風險評價的結(jié)果有針對性地制定應(yīng)急響應(yīng)計劃。相比較而言，我國企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風險評估對企業(yè)在風險防范計劃內(nèi)容方面的要求無論從覆蓋面還是詳盡程度上都有所欠缺，因此導致企業(yè)風險應(yīng)急預案往往大同小異，針對性差。

另一方面，通過對比中美大氣環(huán)境風險的技術(shù)導則發(fā)現(xiàn)，我國技術(shù)導則中對最大可信事故的定義可操作性不強，往往出現(xiàn)較大的爭議。美國的技術(shù)導則對于需要模擬的事故情景(包括源強和相應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)要求)定義則非常明確，值得借鑒。

[1] U.S. EPA. General RMP Guidance-Chapter 2: Applicability of Program Levels[EB/OL]. (2004) [2016-10-31]. https://www.epa.gov/rmp/general-rmp-guidance-chapter-2-applicability-program-levels.

[2] U.S. EPA. Risk Management Program Guidance for Offsite Consequence Analysis[EB/OL]. (2004) [2016-10-31]. https://www.epa.gov/rmp/general-rmp-guidance-chapter-4-offsite-consequence-analysis.

[3] 國家環(huán)境保護總局. HJ/T 169—2004 建設(shè)項目環(huán)境風險評價技術(shù)導則[S]. 北京: 中國環(huán)境科學出版社, 2004.

[4] Donald L Ermak. User’s Manual for SLAB: An Atmospheric Dispersion Model for Denser-Than-Air Releases[EB/OL]. (1990) [2016-10-31]. https://www3.epa.gov/ttn/scram/models/nonepa/SLAB.PDF.

[5] Tom Spicer, Jerry Havens. User’s Guide for The DEGADIS 2.1 Dense Gas Dispersion Model[EB/OL]. (1989) [2016-10-31]. https://www3.epa.gov/ttn/scram/userg/other/degadis2.pdf.

[6] Bruce Kunkel, Cliff Dungey. User’s Manual for USAF Toxic Chemical Dispersion Model-AFTOX Version 4.1[EB/OL]. (1993) [2016-10-31]. https://www3.epa.gov/ttn/scram/userg/nonepa/aftoxdoc.zip.

[7] William B Petersen. INPUFF 2.0-A Multiple Source Gaussian Puff Dispersion Algorithm User’s Guide[EB/OL]. (1986) [2016-10-31]. https://nepis.epa.gov/Exe/ZyNET.exe/2000TJ13.TXT?ZyActionD=ZyDocument&Client=EPA&Index=1986+Thru+1990&Docs=&Query=&Time=&EndTime=&SearchMethod=1&TocRestrict=n&Toc=&TocEntry=&QField=&QFieldYear=&QFieldMonth=&QFieldDay=&IntQFieldOp=0&ExtQFieldOp=0&XmlQuery=&File=D%3A%5Czyfiles%5CIndex%20Data%5C86thru90%5CTxt%5C00000009%5C2000TJ13.txt&User=ANONYMOUS&Password=anonymous&SortMethod=h%7C-&MaximumDocuments=1&FuzzyDegree=0&ImageQuality=r75g8/r75g8/x150y150g16/i425&Display=hpfr&DefSeekPage=x&SearchBack=ZyActionL&Back=ZyActionS&BackDesc=Results%20page&MaximumPages=1&ZyEntry=1&SeekPage=x&ZyPURL.

[8] Robert Jones, William Lehr, Debra Simecek-Beatty etc. ALOHA (Areal Locations Of Hazardous Atmospheres) 5.4.4. Technical Documentation [EB/OL]. (2013) [2016-10-31]. http://response.restoration.noaa.gov/sites/default/files/ALOHA_Tech_Doc.pdf.

[9] Center for Chemical Process Safety of the American Institute of Chemical Engineers. Guidelines for Use of Vapor Cloud Dispersion Models[M]. 2nd ed. New York: American Institute of Chemical Engineers, 1996: 49 52.

Comparison of Atmospheric Environmental Risk Assessment Regulations Between China and U.S.

GUO Hui, WU Cheng-zhi

(Trinity Consultants Inc., Hangzhou 310012, China)

This paper introduced U.S. EPA’s Environmental Risk Management Plan (RMP) and accident risk assessment methods, and then compared atmospheric environmental risk assessment regulations between China and U.S.from the following aspects: risk assessment and consequence simulation purposes, simulation requirements for flammable substances, and technical guidance details. In addition, the characteristics, applicable conditions, advantages and limitations of five atmospheric risk dispersion models (SLAB, DEGADIS, INPUFF, AFTOX and ALOHA) recommended by U.S. EPA were introduced as reference to formulation of atmospheric environmental risk assessment regulations and technical guidelines in China.

environmental risk management plan; atmospheric risk dispersion model; compare; suggestion

2016-10-11

郭慧(1978—)，女，山西太原人，高級工程師，博士，主要研究方向為環(huán)境風險模擬與評估，E-mail：hguo@trinityconsultants.com

吳成志(1980—)，男，浙江人，高級咨詢師，碩士，主要研究方向為大氣環(huán)境質(zhì)量模擬與技術(shù)研究，E-mail：cwu@trinityconsultants.com

10.14068/j.ceia.2017.01.004

X820.4

A

2095-6444(2017)01-0014-05