油库类建设项目主要是用于储存成品油——汽油、柴油。根据《建设项目环境影响评价分类管理名录 (2008年) 》, 除总容量20万以上, 或者地下洞库外, 其他油库项目均编制环境影响报告表。储油罐常使用拱顶式油罐或者内浮定式油罐, 不同规模油库使用的油罐大小差异较大, 单个储量最常用的容积为1000m3~10000m3, 目前国内拱顶储罐的最大容积已经达到30000m3。
根据《危险化学品重大危险源辨识》 (GB18218-2009) 中表1, 汽油和柴油为易燃危险物质, 临界量分别为200t和5000t。由于大多数油库油品的储存量都超过易燃物质储存区临界量, 即构成重大危险源, 编制环境影响报告表的油库类项目均需附风险评价专章。按照《建设项目环境风险评价技术导则 (HJ/T169-2004) 》评价等级的划分方法, 物质危险性为可燃、易燃危险性物质且含有重大危险源的项目, 风险评价工作级别应为一级, 一级评价需对事故影响进行定量预测, 并说明影响范围和程度。
储罐区的风险特征主要是在溢油 (即跑、冒、漏) 、火灾爆炸等[1,2]。据统计, 在油库事故中, 火灾爆炸事故占事故总数的42.4%[3]。通过对风险类型的分析, 火灾为此类项目的最大可信事故。以2个3000m3柴油储油罐发生爆炸为最大可信事故, 油罐发生火灾事故的概率为8.7×10-5次/ (罐·年) [3]。因此在风险评价专章中需对油库爆炸产生的有害烟气扩散影响进行定量计算。
我们常用的高斯烟流扩散公式是在有风条件下, 例如u10≥1.5m/s的条件下使用的。此时, 在扩散公式总可以忽略不计水平纵向扩散 (бx) 的作用, 即只考虑风对烟流的输送作用而不考虑平均风方向的扩散作用。但油库爆炸事故一般为排放历时在1min以内的事故, 是以秒为量级计的短期排放并对环境产生大范围影响的情形, 此时不应忽略水平纵向扩散, 所以不应采用高斯烟流模式, 而应采用烟团模式进行计算。
《建设项目环境风险评价技术导则 (HJ/T169-2004) 》中推荐的有毒有害物质在大气中扩散的后果计算公式为7.1.2多烟团模式和7.1.3分段烟羽模式。《建设项目环境风险评价技术导则 (HJ/T169-2004) 》还专门提出瞬时或短时间事故, 可采用变天条件下多烟团模式。变天条件下多烟团模式即某一个烟团在扩散过程中经历不同的空间, 这些空间有不同的气象属性, 一般形象地称为烟团轨迹模式。该模式必须有空间不同点位的多套气象参数, 即需要有气象场数据分布, 包括风场、稳定度场、扩散参数场等。油库爆炸属瞬时事故 (t<1min) , 按照《建设项目环境风险评价技术导则 (HJ/T169-2004) 》应使用变天条件下的多烟团模式进行计算, 但如此详尽的气象数据收集起来是相当困难的, 所以使用该模式进行爆炸烟气影响的后果计算可操作性较差。
在对油库爆炸进行大气影响后果计算时, 可将油库爆炸产生的烟气看作一个瞬时排放出的烟团, 最宜采用的是单烟团模式。单烟团模式与连续排放的主要差别在于不存在大气平均效应的作用, 因为爆炸产生烟云以烟团形式释放的时间尺度很小, 以致无运行方向而言。自固定位置爆炸产生烟团可能造成某一点的浓度可以为零 (未运行至该点上方) , 也可达到102~103量级的高值浓度 (运行至其上方) [4]。此时的下风方向不是被风稀释, 风速主要是给出烟团中心下风向运移位置并影响到扩散及浓度分布。一般可认为σX=σy, 即烟团在地面投影是一个圆, 不同时刻对同一点有不同的浓度影响。
由以上分析可知, 油库爆炸宜采用《环境影响评价技术导则—大气环境 (HJ/T2.2-1993) 》中推荐的非正常排放模式进行计算, 该模式是以瞬时单烟团正态扩散模式, 在有限时间T内积分, 经整理后得到。
油库爆炸的短时 (t) 可输入为非正常排放模式中的排放时间, 爆炸发生后的地面浓度C (mg/m3) 可按照以下有风和小风情况分别进行计算。
以下公式中以排气筒地面位置为原点, 有效源高为He, 风向轴为x轴, 源强为Q (mg/s) 为爆炸产生污染物量, 预测时刻的时间为t。
式中:F为混合层反射项;
G1为非正常排放项;
h为混合层高度;
k为反射次数, 一般取k=4已足够。
扩散参数σx=σy=γ1Xα1, σz=γ2Xα2, 各指数、系数的选取见《环境影响评价技术导则——大气环境中 (HJ/T2.2-93) 》附录B。
小风 (0.5m/s≤u10<1.5m/s) 和静风 (u10<0.5m/s) 情况, t时刻地面任何一点 (x, y, 0) 的浓度为:
式中:
式中:u, v分别为x, y方向的风速;
γ01, γ02是小风静风扩散参数的回归系数, 见《环境影响评价技术导则——大气环境中 (HJ/T2.2-93) 》附录B。
注:车间最高允许浓度 (短时间接触) 30mg/m3;半致死浓度LC502069mg/L, 4h (大鼠吸入) 。
汽油、柴油在燃烧过程中会产生大量的烟尘、CO、SO2和NO2等污染物。爆炸的瞬间, 油品的不完全燃烧, 将排放大量的CO, 毒性较大, 对人体健康的影响较大。以下将以常见的10000m3柴油罐为例, 采用瞬时单烟团扩散模式计算油库发生爆炸对周围环境空气造成的影响。
按照爆炸时, 储罐内柴油的储量为其安全容量 (即罐容的85%) , 起火爆炸时的燃烧率为33%, CO产生量取0.24kg/m3。单座10000m3的柴油储罐发生爆炸时, 爆炸时间持续10s, CO的排放源强为673200g/s。
计算D稳定度, 有风条件 (3m/s) 下, 不同预测时间 (爆炸发生后的时间) 下风向轴线浓度分布情况和最大落地浓度及出现距离。
由以上预测结果可知, 爆炸发生后, 烟团中CO在下风向最大落地浓度出现在921m, 为1863.92mg/m3, 没有出现达到半致死浓度的区域。当爆炸发生26min后, 地面CO浓度将下降到人员短时间接触的允许范围内, 在该段时间内将有人员出现短时中毒反应。
对爆炸时产生的有害气体对环境空气的影响进行定量计算, 将对我们评估项目的可行性以及制定有效的事故防范和应急措施均有较大的帮助。
根据以上对比分析以及实例的后果计算, 瞬时单烟团扩散模式能较为合理反映爆炸烟气在下风向的输送和扩散情况, 又因为对气象参数的要求较低, 具有较好实操性。
摘要：在油库类建设项目的环境影响评价工作中, 风险评价是工作重点。在进行评价时需对爆炸产生有害烟气扩散进行定量后果计算, 本文对各类扩散模式进行了对比分析, 最终推荐瞬时单烟团扩散模式。该模式能较为合理反映爆炸烟气的扩散情况并具有较好实操性。
关键词：风险评价,油库爆炸,瞬时烟团模式
[1] 刘颖, 顾益民, 宣美菊.火灾爆炸危险指数法在油库风险评价中的应用[J].环境科学与管理, 2008, 33 (6) :165-168.
[2] 李凌峰, 姚安林, 肖峰, 等.油库风险模糊综合评价技术研究[J].石油工程建设, 2009, 35 (1) :1-4.
[3] 张莹, 刘峰, 杨光辉, 等.大型油罐火灾爆炸危险性研究[J].管道技术与设备, 2007 (4) :19-20, 30.
[4] 王瑗, 张健.油库环境风险评价[J].资源与环境科学, 2011, 18 (1) :297, 303.
[5] 蒋维楣, 孙鉴泞, 等.空气污染气象学教程[M].北京:气象出版社, 2004.
[6] 谷清, 李云生.大气环境模式计算方法[M].北京:气象出版社, 2004.
[7] 危险化学品重大危险源辨识 (GB18218-2009) .中国安全生产科学研究院[S].2009.
[8] 建设项目环境风险评价技术导则 (HJ/T169-2004) .环境保护部环境工程评估中心[S].2004.
[9] 环境影响评价技术导则—大气环境 (HJ/T2.2-1993) .环境保护部环境工程评估中心[S].1993.
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