2018環(huán)評師《技術(shù)方法》教材：事故風險源項分析

第二章工程分析

工程分析是環(huán)境影響評價中分析項目建設影響環(huán)境內(nèi)在因素的重要環(huán)節(jié)。由于建設項目對環(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項目的工程分析和以生態(tài)破壞為主的生態(tài)影響型建設項目的工程分析。

第三節(jié)事故風險源項分析

源項分析是建設項目環(huán)境風險評價的基礎工作之一，源項分析在環(huán)境風險評價專題都是假定情形，是對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，源項分析就具有較大的不確定性，因此事故情形的設定并不能包含全部可能的環(huán)境風險，但通過代表性的事故情形分析可為風險管理提供技術(shù)支持。事源項分析應在環(huán)境風險識別的基礎上進行，同一種危險物質(zhì)，可能有火災、爆炸、泄漏等多種事故形態(tài)。風險事故情形應當包括有毒有害物質(zhì)泄漏，以及火災、爆炸等引發(fā)的伴生/次生事故。對不同環(huán)境要素產(chǎn)生影響的事故情形，應分別進行設定。設定的事故情形應具有危險物質(zhì)、環(huán)境危害、危害途徑等方面的代表性。環(huán)境風險評價的源項分析與安全評價的分析方法相似，但目的和側(cè)重點不同。安全評價通過源項分析，了解整個系統(tǒng)中潛在危險，找出事故原因和規(guī)律、發(fā)生概率，從而對系統(tǒng)進行調(diào)整和改進，消除潛在危險，以達到系統(tǒng)的安全最優(yōu)化。建設項目環(huán)境風險評價中的源項分析是通過對建設項目的潛在危險識別，估算危險化學品泄漏量或判斷物質(zhì)與能量意外釋放的量。在此基礎上進行后果分析，確定該項目對環(huán)境可能產(chǎn)生嚴重危害的途徑和后果。

源項分析的目的是通過對建設項目進行危害分析，確定最大可信事故、發(fā)生概率和危險性物質(zhì)泄漏量。

一、源項分析步驟

源項分析是建設項目環(huán)境風險評價中最重要也是最困難的工作。源項分析的范圍和對象是建設項目所包含的所有工程系統(tǒng)，從物質(zhì)、設備、裝置、工藝到與之相關的其他單元。這個過程既包含整個項目，又是其中一部分。通常將源項分析分為兩個階段，前一階段以定性分析為主，后一階段以定量分析為主。一般認為源項分析包括以下幾個步驟：

(1)劃分各功能單元。通常按功能劃分建設項目工程系統(tǒng)，一般建設項目有生產(chǎn)運行系統(tǒng)、公用工程系統(tǒng)、儲運系統(tǒng)、生產(chǎn)輔助系統(tǒng)、環(huán)境保護系統(tǒng)、安全消防系統(tǒng)等。將各功能系統(tǒng)劃分為功能單元，每一個功能單元至少應包括一個危險性物質(zhì)的主要貯存容器或管道。并且每個功能單元與所有其他單元有分隔開的地方，即有單一信號控制的緊急自動切斷閥。

(2)篩選危險物質(zhì)，確定環(huán)境風險評價因子。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、泄漏量計算

1.泄漏設備分析

不論建設期，還是施工期，由于設備損壞或操作失誤引起有毒有害、易燃易爆物質(zhì)泄漏，將會導致火災、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分析的主要對象。泄漏必然涉及設備，在建設項目環(huán)境風險評價中只有少數(shù)幾種類型生產(chǎn)設備是泄漏的重要源?？筛爬橐韵?0種設備類型：

(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、連接機構(gòu)損壞。

(3)過濾器。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、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、反應槽。包括分離器、氣體洗滌器、反應器、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、往復泵，典型事故為機殼損壞、密封壓蓋泄漏。

(7)壓縮機。包括離心式壓縮機、軸流式壓縮機、往復式/活塞式壓縮機，典型事故為機殼損壞、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、運輸容器、冷凍運輸容器、埋設的或露天貯存器，典型事故為氣爆、破裂、焊接點斷裂。

(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，或超標排氣。

2.泄漏物質(zhì)性質(zhì)分析

對于環(huán)境風險分析，應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)境風險評價中特別重要，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.泄漏量計算

(1)液體泄漏速率

液體泄漏速度QL用柏努利方程計算：

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)不應有急劇蒸發(fā)。

(2)氣體泄漏速率

當氣體流速在音速范圍(臨界流)：

當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)，當裂口形狀為圓形時取1.00，三角形時取0.95，長方形時取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)，對于臨界流Y=1.0，對于次臨界流按下式計算：

(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，K;

H——液體的汽化熱，J/kg。

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

(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)時間，s：

F——蒸發(fā)的液體占液體總量的比例;按下式計算：

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，K;

H——液體的汽化熱，J/kg，

當液體閃蒸不完全，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按下式計算：

式中：Q2——熱量蒸發(fā)速度，kg/s;

T0——環(huán)境溫度，K;

Tb——沸點溫度;K;

S——液池面積，m2;

H——液體汽化熱，J/kg;

λ——表面熱導系數(shù)(表2-10).W/(m K);

α——表面熱擴散系數(shù)(表2，10)， m2/S:

t——蒸發(fā)時間.s。

③質(zhì)量蒸發(fā)估算。

當熱量蒸發(fā)結(jié)束，轉(zhuǎn)由液池表面氣流運動使液體蒸發(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——風速，m/s;

r——液池半徑，m。

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

④液體蒸發(fā)總量的計算。

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)時間，s：

t2——熱量蒸發(fā)時間，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間，s。

三、最大可信事故概率確定

首先應明確，最大可信事故概率的含義是所有可預測的概率不為零，不一定是概率最大事故，但是危害最嚴重的事故概率，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，它在給定一個初因事件的情況下，分析該初因事件可能導致的各種事件序列的后果，從而定性與定量評價系統(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)污染事故評價技術(shù)手冊》把事件樹法推薦為事故泄漏后果分析方法?！督ㄔO項目環(huán)境風險影響評價技術(shù)導則>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，事件樹形圖每個分支點或每個節(jié)點，均展示出一個有關的泄漏問題。例如有毒氣體事件樹形圖(圖2-5)。

事件樹的定量化是計算每條事件序列發(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算分析求得。