丙烯腈泄漏事故環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析與影響研究

夏洲

（安徽同德節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?，安徽合肥230041）

丙烯腈是一種有機(jī)化合物，化學(xué)式C3H3N，是常用的化工原料。根據(jù)HJ 169-2018 附錄H，丙烯腈毒性終點(diǎn)濃度 1 為 61 mg/m3，毒性終點(diǎn)濃度 2 為 3.7 mg/m3，毒性高于一氧化碳。由于丙烯腈用途廣泛，全國近年發(fā)生的丙烯腈泄漏事故較多，如：2011 年2 月7 日，遼寧長天塑化有限公司東區(qū)一座丙烯腈貯罐發(fā)生泄漏爆炸事故，事故未造成人員傷亡和環(huán)境污染，但造成了極大的社會(huì)影響。丙烯腈泄漏后揮發(fā)的丙烯腈輕則引起人員中毒，重則會(huì)導(dǎo)致人員傷亡或環(huán)境污染事故。因此，如何對丙烯腈泄漏事故進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)防控，對企業(yè)來說至關(guān)重要。

本文以丙烯腈儲(chǔ)罐管道泄漏事故為源項(xiàng)，對丙烯腈泄漏事故造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行影響預(yù)測，同時(shí)根據(jù)預(yù)測結(jié)果及丙烯腈的物理化學(xué)性質(zhì)，提出有針對性的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控措施和應(yīng)急處置措施，以期為丙烯腈貯存、使用企業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理提供參考[1-7]。

1 丙烯腈泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測與評價(jià)

1.1風(fēng)險(xiǎn)事故情形分析

某化工企業(yè)廠區(qū)設(shè)置1 臺(tái)1 200 m3常溫、常壓丙烯腈儲(chǔ)罐，立式固定頂結(jié)構(gòu)，丙烯腈最大儲(chǔ)存量324 t，儲(chǔ)罐高度18 m，直徑10.5 m，進(jìn)、出口管道閥門內(nèi)徑50 mm。

（1）泄漏模式確定

假設(shè)丙烯腈儲(chǔ)罐出口管道法蘭破損，50%管徑泄漏（25 mm），10 min 后得到有效控制。丙烯腈沸點(diǎn)77.3℃，常溫下為液體，泄漏速率采用伯努利方程進(jìn)行計(jì)算：

式中：QL—液體泄漏速率，kg/s；P—容器內(nèi)介質(zhì)的壓力，101 325 Pa；P0—環(huán)境壓力，101 325 Pa；ρ—泄漏液體密度，810 kg/m3；g—重力加速度，9.8 m/s2；h—液位之上液面高度，本次取14.4 m；Cd—液體泄漏系數(shù)，本次取0.5；A—裂口面積，本次取0.000 491 m2。

經(jīng)計(jì)算，丙烯腈泄漏速率QL為 3.68 kg/s，10 min 泄漏總量為2.21 t。

（2）蒸發(fā)模式確定

泄漏液體的蒸發(fā)一般包括閃蒸蒸發(fā)、熱量蒸發(fā)和質(zhì)量蒸發(fā)，蒸發(fā)量為三種蒸發(fā)量之和。由于丙烯腈沸點(diǎn)高于儲(chǔ)存溫度和環(huán)境溫度，因此不考慮閃蒸蒸發(fā)和熱量蒸發(fā)。按照HJ 169-2018《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》附錄F 中提供的質(zhì)量蒸發(fā)計(jì)算公式：

式中：Q—液體質(zhì)量蒸發(fā)速率，kg/s；α，n—大氣穩(wěn)定度計(jì)算參數(shù)，取值見表1；p—液體表面的飽和蒸氣壓，Pa；M—物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，kg/mol；R—?dú)怏w常數(shù)，J/mol·k；T0—環(huán)境溫度，K；u—風(fēng)速，m/s，取最不利 1.5m/s；r—泄漏液體形成液池的半徑，m。

表1 大氣穩(wěn)定度計(jì)算參數(shù)（α、n）

表2 質(zhì)量蒸發(fā)模式計(jì)算參數(shù)選取及結(jié)果（F穩(wěn)定度）

計(jì)算出20℃、F 穩(wěn)定度下泄漏丙烯腈中丙烯腈揮發(fā)速率為0.127 kg/s，見表2。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測與評價(jià)

本次預(yù)測選取最不利氣象條件，即：穩(wěn)定度F，溫度20℃，風(fēng)速1.5 m/s，相對濕度50%，詳見表3。

表3 預(yù)測模型主要參數(shù)表

在事故排放情況下，人群接觸有毒有害物質(zhì)的特點(diǎn)是急性、高濃度、接觸時(shí)間短，本次采用HJ 169-2018 附錄H中的毒性終點(diǎn)濃度值作為事故影響評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，詳見表4。

表4 丙烯腈大氣毒性終點(diǎn)濃度值

丙烯腈初始密度大于空氣密度，采用EIAPro2018軟件中的SLAB 模型進(jìn)行預(yù)測，最不利氣象條件下丙烯腈泄漏事故危害區(qū)域見圖1。

圖1 最不利氣象條件下丙烯腈泄漏事故危害區(qū)域圖

由上述預(yù)測結(jié)果可知，丙烯腈泄漏事故在最不利氣象條件下達(dá)到毒性終點(diǎn)濃度-1 的最大影響范圍為下風(fēng)向1 360 m；達(dá)到毒性終點(diǎn)濃度-2 的最大影響范圍為下風(fēng)向4 960 m。

2 風(fēng)險(xiǎn)防控措施

由預(yù)測結(jié)果可見，丙烯腈發(fā)生泄漏后會(huì)對事故區(qū)域周邊人員帶來較大傷害。丙烯腈泄漏事故風(fēng)險(xiǎn)防控主要從源頭控制和應(yīng)急處置兩方面考慮。

2.1 風(fēng)險(xiǎn)管理

（1）加強(qiáng)安全教育，提高員工特別是關(guān)鍵崗位員工的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范意識，增強(qiáng)職工事故防范和自救能力。涉及丙烯腈的生產(chǎn)設(shè)備要密閉；涉及人工操作的崗位，操作時(shí)員工要佩戴防護(hù)用具。

（2）罐區(qū)設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器、毒性氣體檢測報(bào)警器、液位報(bào)警裝置、溫度計(jì)、安全閥以及緊急切斷裝置等，報(bào)警器信號必須引到控制室（一般要求具有聲、光報(bào)警功能）；對外界車輛進(jìn)出裝卸作業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)；對管道、閥門、鶴管、儀表等進(jìn)行定期檢修，降低丙烯腈泄漏事故發(fā)生概率[8]。

（3）在丙烯腈罐區(qū)設(shè)置足夠容積的圍堰，在生產(chǎn)車間設(shè)置導(dǎo)流溝、集液池，并規(guī)范設(shè)置防腐防滲措施，防止泄漏的丙烯腈污染地下水、土壤及地表水環(huán)境。

2.2 應(yīng)急處置和應(yīng)急預(yù)案

（1）企業(yè)需針對丙烯腈泄漏制定專門的應(yīng)急預(yù)案，提高員工在突發(fā)環(huán)境事故情況下的應(yīng)對能力。規(guī)范設(shè)置應(yīng)急處置卡，加強(qiáng)員工培訓(xùn)，遇泄漏事故能及時(shí)依規(guī)處置。為了使應(yīng)急預(yù)案能夠真正有效實(shí)施，企業(yè)必須對應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行定期演練。

（2）如遇丙烯腈小量泄漏，不要接觸或走越泄漏池。進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)觀察前，須做好個(gè)人防護(hù)，切斷火源，用大量水清洗泄漏區(qū)。如遇丙烯腈大量泄漏，應(yīng)迅速將泄漏污染區(qū)人員撤離到安全區(qū)，切斷火源，應(yīng)急處理人員應(yīng)佩戴自給正壓式呼吸器，穿好防毒服。

（3）丙烯腈儲(chǔ)罐一旦發(fā)現(xiàn)泄漏，應(yīng)立即關(guān)閉儲(chǔ)罐閥門，切斷泄漏源。緊急封鎖隔離泄漏液周圍100 m 之內(nèi)范圍。保持人員位于上風(fēng)處及遠(yuǎn)離低洼處。用霧狀水驅(qū)散蒸氣，趕走泄漏的氣體，防止引火。用抗溶性泡沫覆蓋，減少蒸發(fā)，或以細(xì)沙吸收泄漏液后，將污沙存入密閉桶中，委托有資質(zhì)的危廢處置單位依相關(guān)法規(guī)處理。

（4）如遇丙烯腈泄漏并引發(fā)火災(zāi)，緊急封鎖隔離火場四周100 m 范圍。保持人員位于上風(fēng)處及遠(yuǎn)離低洼處。小火采用干粉、CO2等泡沫滅火；大火采用灑水、水霧來滅火。儲(chǔ)罐如果發(fā)生火災(zāi)、安全閥發(fā)生聲響或儲(chǔ)槽變色時(shí)，現(xiàn)場處置人員應(yīng)立刻撤離現(xiàn)場。大火使用大量水霧進(jìn)行冷卻。滅火時(shí)嚴(yán)禁將水噴入容器內(nèi)，以免丙烯腈隨水外流進(jìn)而擴(kuò)大火災(zāi)范圍。

（5）在事故無法得到有效控制時(shí)，企業(yè)應(yīng)立即通知周邊人群做好防護(hù)措施。必要時(shí)對下風(fēng)向2 km 范圍內(nèi)的人群進(jìn)行疏散，降低突發(fā)環(huán)境事件造成的影響。

4 結(jié)論

本文以某企業(yè)丙烯腈儲(chǔ)罐泄漏事故為源項(xiàng)，采用EIAPro2018 軟件進(jìn)行了預(yù)測，計(jì)算出企業(yè)丙烯腈泄漏事故造成的最大影響范圍，并結(jié)合預(yù)測結(jié)果對丙烯腈的貯存、使用提出了相應(yīng)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控措施，以期將丙烯腈泄漏事故環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)影響程度降至最低。