2018環(huán)評(píng)師《技術(shù)方法》教材：事故風(fēng)險(xiǎn)源項(xiàng)分析

第二章工程分析

工程分析是環(huán)境影響評(píng)價(jià)中分析項(xiàng)目建設(shè)影響環(huán)境內(nèi)在因素的重要環(huán)節(jié)。由于建設(shè)項(xiàng)目對(duì)環(huán)境影響的表現(xiàn)不同，可以分為以污染影響為主的污染型建設(shè)項(xiàng)目的工程分析和以生態(tài)破壞為主的生態(tài)影響型建設(shè)項(xiàng)目的工程分析。

第三節(jié)事故風(fēng)險(xiǎn)源項(xiàng)分析

源項(xiàng)分析是建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)工作之一，源項(xiàng)分析在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)專題都是假定情形，是對(duì)可能的事故潛在源提出的假定。、由于事故情形觸發(fā)因素具有不確定性，源項(xiàng)分析就具有較大的不確定性，因此事故情形的設(shè)定并不能包含全部可能的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，但通過(guò)代表性的事故情形分析可為風(fēng)險(xiǎn)管理提供技術(shù)支持。事源項(xiàng)分析應(yīng)在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的基礎(chǔ)上進(jìn)行，同一種危險(xiǎn)物質(zhì)，可能有火災(zāi)、爆炸、泄漏等多種事故形態(tài)。風(fēng)險(xiǎn)事故情形應(yīng)當(dāng)包括有毒有害物質(zhì)泄漏，以及火災(zāi)、爆炸等引發(fā)的伴生/次生事故。對(duì)不同環(huán)境要素產(chǎn)生影響的事故情形，應(yīng)分別進(jìn)行設(shè)定。設(shè)定的事故情形應(yīng)具有危險(xiǎn)物質(zhì)、環(huán)境危害、危害途徑等方面的代表性。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的源項(xiàng)分析與安全評(píng)價(jià)的分析方法相似，但目的和側(cè)重點(diǎn)不同。安全評(píng)價(jià)通過(guò)源項(xiàng)分析，了解整個(gè)系統(tǒng)中潛在危險(xiǎn)，找出事故原因和規(guī)律、發(fā)生概率，從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，消除潛在危險(xiǎn)，以達(dá)到系統(tǒng)的安全最優(yōu)化。建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的源項(xiàng)分析是通過(guò)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的潛在危險(xiǎn)識(shí)別，估算危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏量或判斷物質(zhì)與能量意外釋放的量。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行后果分析，確定該項(xiàng)目對(duì)環(huán)境可能產(chǎn)生嚴(yán)重危害的途徑和后果。

源項(xiàng)分析的目的是通過(guò)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行危害分析，確定最大可信事故、發(fā)生概率和危險(xiǎn)性物質(zhì)泄漏量。

一、源項(xiàng)分析步驟

源項(xiàng)分析是建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中最重要也是最困難的工作。源項(xiàng)分析的范圍和對(duì)象是建設(shè)項(xiàng)目所包含的所有工程系統(tǒng)，從物質(zhì)、設(shè)備、裝置、工藝到與之相關(guān)的其他單元。這個(gè)過(guò)程既包含整個(gè)項(xiàng)目，又是其中一部分。通常將源項(xiàng)分析分為兩個(gè)階段，前一階段以定性分析為主，后一階段以定量分析為主。一般認(rèn)為源項(xiàng)分析包括以下幾個(gè)步驟：

(1)劃分各功能單元。通常按功能劃分建設(shè)項(xiàng)目工程系統(tǒng)，一般建設(shè)項(xiàng)目有生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)、公用工程系統(tǒng)、儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、生產(chǎn)輔助系統(tǒng)、環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)、安全消防系統(tǒng)等。將各功能系統(tǒng)劃分為功能單元，每一個(gè)功能單元至少應(yīng)包括一個(gè)危險(xiǎn)性物質(zhì)的主要貯存容器或管道。并且每個(gè)功能單元與所有其他單元有分隔開的地方，即有單一信號(hào)控制的緊急自動(dòng)切斷閥。

(2)篩選危險(xiǎn)物質(zhì)，確定環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子。分析各功能單元涉及的有毒有害、易燃易爆物質(zhì)的名稱和貯量，主要列出各單元所有容器和管道中的危險(xiǎn)物質(zhì)清單，包括物料類型、相態(tài)、壓力、溫度、體積或重量，

(3)事故源項(xiàng)分析和最大可信事故篩選。根據(jù)清單，采用事件樹或事故樹法，或類比分析法，分析各功能單元可能發(fā)生的事故，確定其最大可信事故和發(fā)生概率。

(4)估算各功能單元最大可信事故泄漏量和泄漏概率。

二、泄漏量計(jì)算

1.泄漏設(shè)備分析

不論建設(shè)期，還是施工期，由于設(shè)備損壞或操作失誤引起有毒有害、易燃易爆物質(zhì)泄漏，將會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒，繼而污染環(huán)境，傷害廠外區(qū)域人群和生態(tài)。因此泄漏分析是源項(xiàng)分析的主要對(duì)象。泄漏必然涉及設(shè)備，在建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中只有少數(shù)幾種類型生產(chǎn)設(shè)備是泄漏的重要源。可概括為以下10種設(shè)備類型：

(1)管道。包括管道、法蘭、接頭、彎管，典型泄漏事故為法蘭泄漏、管道泄漏、接頭損壞。

(2)撓性連接器。包括軟管、波紋管、鉸接臂，典型泄漏事故為破裂泄漏、接頭泄漏、連接機(jī)構(gòu)損壞。

(3)過(guò)濾器。包括濾器、濾網(wǎng)，典型事故為濾體泄漏和管道泄漏。

(4)閥。包括球閥、栓、阻氣門、保險(xiǎn)、蝶型閥，典型事故為殼泄漏、蓋孔泄漏，桿損壞泄漏。

(5)壓力容器、反應(yīng)槽。包括分離器、氣體洗滌器、反應(yīng)器、熱交換器、火焰加熱器、接受器、再沸器，典型事故為容器破裂泄漏、進(jìn)入孔蓋泄漏、噴嘴斷裂、儀表管路破裂、內(nèi)部爆炸。

(6)泵。包括離心泵、往復(fù)泵，典型事故為機(jī)殼損壞、密封壓蓋泄漏。

(7)壓縮機(jī)。包括離心式壓縮機(jī)、軸流式壓縮機(jī)、往復(fù)式/活塞式壓縮機(jī)，典型事故為機(jī)殼損壞、密封套泄漏。

(8)貯罐。包括貯罐連接管部分和周圍的設(shè)施，典型事故為容器損壞，接頭泄漏。

(9)貯存器。包括壓力容器、運(yùn)輸容器、冷凍運(yùn)輸容器、埋設(shè)的或露天貯存器，典型事故為氣爆、破裂、焊接點(diǎn)斷裂。

(10)放空燃燒裝置/放空管。包括多岐接頭、氣體洗滌器、分離罐，典型事故為多岐接頭泄漏，或超標(biāo)排氣。

2.泄漏物質(zhì)性質(zhì)分析

對(duì)于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析，應(yīng)確定每種泄漏事故中泄漏的物質(zhì)性質(zhì)，與環(huán)境污染有關(guān)的性質(zhì)有相(液體、氣體或兩相)、壓力、溫度、易燃性、毒性。由上述性質(zhì)結(jié)合的幾種泄漏物在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中特別重要，即：在常壓下的液體、受壓下的液化氣體、低溫下的液化氣體、加壓下氣體、沸液膨脹蒸氣爆炸物、有毒有害物的混合體。

3.泄漏量計(jì)算

(1)液體泄漏速率

液體泄漏速度QL用柏努利方程計(jì)算：

式中：QL——液體泄漏速度，kg/s;

Cd——液體泄漏系數(shù)，此值常用0.6～0.64。

A——裂口面積，1112：

p——液體密度，kgrri3;

p——容器內(nèi)介質(zhì)壓力，Pa:

p0——環(huán)境壓力，Pa;

g——重力加速度，9.81m/s2;

h——裂口之上液位高度，m。

本法的限制條件：液體在噴口內(nèi)不應(yīng)有急劇蒸發(fā)。

(2)氣體泄漏速率

當(dāng)氣體流速在音速范圍(臨界流)：

當(dāng)氣體流速在亞音速范圍(次臨界流)：

式中：p——容器內(nèi)介質(zhì)壓力，Pa;

P0——環(huán)境壓力，Pa;

K-氣體的絕熱指數(shù)(熱容比)，即定壓熱容Cp與定容熱容Cv之比。

假定氣體的特性是理想氣體，氣體泄漏速度QG按下式計(jì)算：

式中;QG ——氣體泄漏速度，kg/s:

p——容器壓力，Pa;

Cd——氣體泄漏系數(shù)，當(dāng)裂口形狀為圓形時(shí)取1.00，三角形時(shí)取0.95，長(zhǎng)方形時(shí)取0.90:

A——裂口面積， m2;

M——分子量;

R——氣體常數(shù)，J/(mol·K);

TG——氣體溫度，K;

Y——流出系數(shù)，對(duì)于臨界流Y=1.0，對(duì)于次臨界流按下式計(jì)算：

(3)兩相流泄漏

假定液相和氣相是均勻的，且互相平衡，兩相流泄漏計(jì)算按下式：

式中：QLG——兩相流泄漏速度，kg/s:

Cd——兩相流泄漏系數(shù)，可取0.8;

A——裂口面積，m2;

p——操作壓力或容器壓力，Pa;

pc——臨界壓力，Pa，可取PC=0.55p:

Pm ——兩相混合物的平均密度，kg/ m3，由下式計(jì)算：

式中;ρ1——液體蒸發(fā)的蒸氣密度，kg/ m3:

ρ2——液體密度，kg/m3;

Fv ——蒸發(fā)的液體占液體總量的比例，由下式計(jì)算：

式中：cp——兩相混合物的定壓比熱，J/(kg.K);

TLG——兩相混合物的溫度，K:

TC——液體在臨界壓力下的沸點(diǎn)，K;

H——液體的汽化熱，J/kg。

當(dāng)FV>1時(shí)，表明液體將全部蒸發(fā)成氣體，這時(shí)應(yīng)按氣體泄漏計(jì)算：如果Fv很小，則可近似地按液體泄漏公式計(jì)算。

(4)泄漏液體蒸發(fā)

泄漏液體的蒸發(fā)分為閃蒸蒸發(fā)、熱量蒸發(fā)和質(zhì)量蒸發(fā)三種，其蒸發(fā)總量為這三種蒸發(fā)之和。

①閃蒸量的估算。

過(guò)熱液體閃蒸量可按下式估算：

式中：Q1——閃蒸量，kg/s;

WT——液體泄漏總量，kg;

t1——閃蒸蒸發(fā)時(shí)間，s：

F——蒸發(fā)的液體占液體總量的比例;按下式計(jì)算：

式中：Cp——液體的定壓比熱，J/(kg·K);

TL——泄漏前液體的溫度，K：

TP——液體在常壓下的沸點(diǎn)，K;

H——液體的汽化熱，J/kg，

當(dāng)液體閃蒸不完全，有一部分液體在地面形成液池，并吸收地面熱量而汽化稱為熱量蒸發(fā)。熱量蒸發(fā)的蒸發(fā)速度Q2按下式計(jì)算：

式中：Q2——熱量蒸發(fā)速度，kg/s;

T0——環(huán)境溫度，K;

Tb——沸點(diǎn)溫度;K;

S——液池面積，m2;

H——液體汽化熱，J/kg;

λ——表面熱導(dǎo)系數(shù)(表2-10).W/(m K);

α——表面熱擴(kuò)散系數(shù)(表2，10)， m2/S:

t——蒸發(fā)時(shí)間.s。

③質(zhì)量蒸發(fā)估算。

當(dāng)熱量蒸發(fā)結(jié)束，轉(zhuǎn)由液池表面氣流運(yùn)動(dòng)使液體蒸發(fā)，稱之為質(zhì)量蒸發(fā)。質(zhì)量蒸發(fā)速度Q3按下式計(jì)算：

式中：Q3 ——質(zhì)量蒸發(fā)速度，kg/s;

a，n——大氣穩(wěn)定度系數(shù)，見表2-11;

p——液體表面蒸氣壓，Pa;

R——氣體常數(shù)，J/(mol·K);

T0——環(huán)境溫度，K;

u——風(fēng)速，m/s;

r——液池半徑，m。

液池最大直徑取決于泄漏點(diǎn)附近的地域構(gòu)型、泄漏的連續(xù)性或瞬時(shí)性。有圍堰時(shí)，以圍堰最大等效半徑為液池半徑;無(wú)圍堰時(shí)，設(shè)定液體瞬間擴(kuò)散到最小厚度時(shí)，推算液池等效半徑。

④液體蒸發(fā)總量的計(jì)算。

式中：Wp——液體蒸發(fā)總量，kg;

Q1——閃蒸蒸發(fā)速度，kg/s;

Q2——熱量蒸發(fā)速度，kg/s;

t1——閃蒸蒸發(fā)時(shí)間，s：

t2——熱量蒸發(fā)時(shí)間，s：

Q3——質(zhì)量蒸發(fā)速度，kg/s;

t3——從液體泄漏到液體全部處理完畢的時(shí)間，s。

三、最大可信事故概率確定

首先應(yīng)明確，最大可信事故概率的含義是所有可預(yù)測(cè)的概率不為零，不一定是概率最大事故，但是危害最嚴(yán)重的事故概率，常用事件樹分析法確定事故概率。

事件樹分析法是一種邏輯演繹法，它在給定一個(gè)初因事件的情況下，分析該初因事件可能導(dǎo)致的各種事件序列的后果，從而定性與定量評(píng)價(jià)系統(tǒng)特性。事件樹可以描述系統(tǒng)中可能發(fā)生的事件，是安全分析中的有效方法。世界銀行《工業(yè)污染事故評(píng)價(jià)技術(shù)手冊(cè)》把事件樹法推薦為事故泄漏后果分析方法?！督ㄔO(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則>也推薦了這種方法。一般泄漏事故有四種：易燃易爆氣體泄漏、毒性氣體泄漏、可燃液體泄漏和毒性液體泄漏?？梢杂盟姆N典型事件樹形圖描述事故的各種后果，事件樹形圖每個(gè)分支點(diǎn)或每個(gè)節(jié)點(diǎn)，均展示出一個(gè)有關(guān)的泄漏問(wèn)題。例如有毒氣體事件樹形圖(圖2-5)。

事件樹的定量化是計(jì)算每條事件序列發(fā)生的概率。首先需確定初因事件發(fā)生頻率和各條事件概率，事件樹概率則由各條事件序列概率矩陣綜合計(jì)算分析求得。