某焦化廠荒煤氣放散人群影響的模擬研究

張書源 程全國

摘 要：本文以某鋼鐵產業(yè)中的焦化廠為研究對象，分析了該焦化廠荒煤氣放散事故成因和類型，并以EIAProA2018軟件對事故情景進行模擬，估算出了受影響人群的范圍及人數(shù)并提出相應的應對措施。

關鍵詞：焦化;事故;荒煤氣放散;模擬;人群影響

中國煤化工行業(yè)門類齊全且規(guī)模龐大，煤炭消費量占世界的50%左右，近年來焦炭產量占世界產量的65%-70%。煉焦及煤焦化工是當前中國煤化工的主體，主要產品為焦炭，大宗的副產品有焦油、焦爐煤氣、粗苯、硫銨等。[1-2]。

焦化行業(yè)作為煤化工行業(yè)中的一種，更是資源型城市的典型行業(yè)。遼寧省作為東北老工業(yè)基地，資源型城市較多，截止到2018年，遼寧省注冊運營的焦化企業(yè)為53家[3-4]。本文以遼寧省某市支柱鋼鐵產業(yè)的焦化廠為研究對象，通過分析該廠歷年突發(fā)事故統(tǒng)計結果，得知焦爐荒煤氣放散為主要突發(fā)事故。因此，模擬荒煤氣放散事故發(fā)生后的環(huán)境影響，制定相應的管理方法及應對措施是十分必要的。

一、荒煤氣放散分析

焦爐荒煤氣是煉焦生產過程中的主要污染源，當煤氣鼓風機故障、焦爐大停電、荒煤氣疏導系統(tǒng)故障等造成集氣管壓力居高不下時，荒煤氣只能直接排入大氣，造成大面積的環(huán)境污染事故同時，直接威脅到現(xiàn)場生產崗位的職業(yè)健康，以及周邊環(huán)境受體，甚至是一市的空氣質量[5-6]。

荒煤氣放散事故有兩種狀態(tài)，即荒煤氣未經燃燒直接放散（從焦爐直接放散和荒煤氣點火裝置失靈從放散管放散）和荒煤氣經燃燒后放散。

分析某廠近十年焦爐荒煤氣放散事故出現(xiàn)統(tǒng)計結果，由于鼓風機失靈或者人為操作失誤造成的荒煤氣放散事故在較短時間內即可恢復正常，而由于停電造成的荒煤氣放散事故污染較嚴重，每年將發(fā)生一至兩次，并持續(xù)15至20分鐘，放散類型皆為荒煤氣燃燒放散。

按最不利情況考慮，本次模擬時間選取20min，荒煤氣燃燒后僅排放二氧化硫，根據該廠技術參數(shù)，荒煤氣20min放散量為10350m3，荒煤氣燃燒后二氧化硫源強為300g/s。

二、荒煤氣放散影響范圍估算

（一）地理位置

該焦化廠位于一個鋼鐵全流程生產廠區(qū)內部，焦化廠周邊可分為特鋼廠、能管大樓、發(fā)電廠、連鑄廠房幾塊區(qū)域。整個廠區(qū)呈矩形，占地面積約為52萬m2。

（二）氣象條件

地面多年常規(guī)氣象資料來源于該鋼鐵廠氣象站，該站址距焦化廠所在地偏東北約1km。本次工作收集了2016年10月—2019年10月期間共計36個月的逐日、逐時的常規(guī)地面氣象資料，數(shù)據包括：時間、氣溫、總云量、低云量、風向、風速。

根據該地區(qū)氣象站近3年統(tǒng)計結果：年平均氣溫9.7℃，年平均相對濕度62%。該地區(qū)全年盛行東南風、南東南風和東東南風，年平均風速0.8m/s。該市年均降雨量為800～900mm，年均日照時數(shù)2430.8h，根據云量數(shù)據可估算該地區(qū)全年處于B、D兩種大氣穩(wěn)定度下，具體數(shù)據見表1、表2。

（三）風險源強估算

應用EIAEIAProA2018風險源強計算模塊進行風險源強估算，輸入荒煤氣燃燒放散時主要污染物二氧化硫（CAS 7446-09-5），容器內部溫度取放散管溫度100℃，內部壓力400pa，裂口面積4100cm2，選擇純氣體泄漏方程，根據計算理查德森數(shù)，本次模擬將采用SLAB重質氣體擴散模式。

（四）SLAB模式模擬

在SLAB模塊中，由于放散管眾多，經過反復模擬對比，選取廠區(qū)中心位置作為模擬的污染源中心，可得最大模擬范圍。

大氣穩(wěn)定度設為B、D兩級分別計算，風向、風速、溫度、濕度按月平均值計算，源高度即焦爐塔頂距離地面高度，取20m。

在計算內容中，查閱文獻可知[7-8]，大氣中二氧化硫濃度在0.5ppm以上對人體已有潛在影響;在1～3ppm時多數(shù)人開始感到刺激;在400～500ppm時人會出現(xiàn)潰瘍和肺水腫直至窒息死亡。所以將1.43mg/m3設為起始濃度，1.43mg/m3～2.86mg/m3設為潛在人體影響區(qū)間，2.86mg/m3～8.58mg/m3設為輕度刺激區(qū)間，8.58mg/m3以上設為重度刺激區(qū)間。計算平面離地高度取人平均鼻子所處高度即1.5m。

三、事故影響人數(shù)分析

根據事故模擬結果，分別計算各濃度區(qū)間覆蓋的居民區(qū)面積，居民區(qū)所處行政區(qū)人口總數(shù)約為18萬人，該區(qū)總面積138平方公里，假定居民平均分布于該區(qū)，可分別估算出B、D兩種大氣穩(wěn)定度下各濃度區(qū)間受影響人口數(shù)。

根據上述數(shù)據分析，當該焦化廠發(fā)生荒煤氣燃燒放散事故時，如當時處于B大氣穩(wěn)定度下，在20分鐘的放散過程中，事故中心下風向最遠2285m，最多約1676人處于潛在影響區(qū)域內;最遠1593m，最多約914人處于輕度刺激區(qū)域內;最遠894m，最多約112人處于重度刺激區(qū)域內。1月與4月發(fā)生事故時受影響程度相對較輕，其他月份相對較重。如當時處于D大氣穩(wěn)定度下，在20分鐘的放散過程中，事故中心下風向最遠6460m，最多約5286人處于潛在影響區(qū)域內;最遠4660m，最多約4543人處于輕度刺激區(qū)域內;最遠2710m，最多約1137人處于重度刺激區(qū)域內。4月、6月、7月、12月發(fā)生事故時受影響程度相對較輕，其他月份相對較重。

四、結論

從以上某焦化廠荒煤氣燃燒放散人群影響模擬結果可以看出，主要污染物SO2在D大氣穩(wěn)定下相對B大氣穩(wěn)定度下影響范圍更廣，影響人數(shù)更多。文中所采用模擬方法所預測到的范圍和影響到的人數(shù)，與該廠曾經發(fā)生過的一起荒煤氣燃燒放散事故非常相似，以事實證明了本方法的可行性。根據SO2的特性，對于煤焦爐這種重大危險源的管理和控制可以得出以下經驗：

（1）消除設備隱患和工藝缺陷，提高相關人員對焦爐荒煤氣放散危害的認識。

（2）焦爐區(qū)應設立醒目的風向標，氣壓計，可以指導焦爐區(qū)內外下風向人員加強自我防范意識，荒煤氣燃燒放散時特別要提醒下風向人群注意防護。

（3）發(fā)生事故時應及時通報社會，提醒市民盡量減少外出。

參考文獻：

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作者簡介：張書源（1991—），男，漢族，遼寧沈陽人，碩士研究生，研究方向：污染場地風險管理。