楊宗政，熊 發(fā)，袁雪竹，段魯娟，曹井國

(1.天津科技大學海洋科學與工程學院，天津 300457；2.天津市環(huán)境保護科學研究院，天津 300191；3.天津科技大學材料科學與化學工程學院，天津 300457)

隨著化工行業(yè)發(fā)展步伐的不斷加快，化工產(chǎn)品產(chǎn)量的不斷提高，相關的環(huán)境安全問題也日益突出.有毒有害氣體泄漏事故，由于具有擴散速度快、影響范圍廣、環(huán)境危害大等特點，成為化工行業(yè)突發(fā)環(huán)境事故中最具破壞力的一類事故.例如：1984 年印度博帕爾一農(nóng)藥廠發(fā)生氰化物泄漏，造成2.5 萬人直接死亡、55 萬人間接致死、20 多萬人永久殘廢的人間慘劇[1]；2004 年4 月16 日重慶天原化工廠發(fā)生氯氣泄漏爆炸事件，造成9 人死亡、3 人中毒就醫(yī)、15 萬人撤離的嚴重后果[2].

在此形勢下，調查收集化工行業(yè)氣體泄漏事故案例，統(tǒng)計事故涉及的環(huán)節(jié)和泄漏物質等信息，深入分析泄漏事故發(fā)生的主要原因，研究我國化工行業(yè)突發(fā)大氣污染事故的發(fā)展趨勢，并提出相應應對措施，可為我國化工園區(qū)有毒有害氣體預警體系建設規(guī)劃的編制提供依據(jù)，為我國化工行業(yè)的綠色發(fā)展作出基礎貢獻.

1 研究對象及方法

當前國內(nèi)外對化工行業(yè)突發(fā)大氣污染事故的統(tǒng)計分類方法主要有以下6 種[3]：按泄漏氣體的種類；按事故等級(傷亡情況)；按事故發(fā)生時間；按事故發(fā)生地域；按事故物理表象；按事故發(fā)生環(huán)節(jié).已有研究的統(tǒng)計范圍多包含交通運輸源事故[4-5]，對于企業(yè)廠區(qū)內(nèi)發(fā)生的事故泄漏物質分析的針對性較小；在對事故的發(fā)生環(huán)節(jié)(貯存、管道傳輸、生產(chǎn)、卸載等)進行分析的過程中，多集中于其中一兩個環(huán)節(jié)[6]，而且缺乏對各個環(huán)節(jié)事故發(fā)生原因的具體分析；危險化學品種類與事故傷亡人數(shù)之間的關系及事故的變化趨勢有待進一步研究.

為最大限度保證研究的科學性和真實性，筆者充分利用網(wǎng)絡、圖書、報刊雜志等資源[7-11]，對1972—2011 年間國內(nèi)化工行業(yè)的相關事故報道信息進行檢索，搜集得到國內(nèi)化工行業(yè)突發(fā)大氣環(huán)境污染事故(非交通運輸源)434 起，從發(fā)生環(huán)節(jié)、泄漏物質、發(fā)生時間3 個角度進行統(tǒng)計分析，重點分析各個環(huán)節(jié)下所發(fā)生事故的具體原因，研究此類事故的年際變化趨勢，進而提出針對性的建議.

2 事故統(tǒng)計分析

2.1 發(fā)生環(huán)節(jié)分布

按照化工行業(yè)的特征，將事故發(fā)生環(huán)節(jié)歸納為貯存環(huán)節(jié)、管道傳輸環(huán)節(jié)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)、維修環(huán)節(jié)、卸載環(huán)節(jié)、交通運輸環(huán)節(jié)以及非法排污環(huán)節(jié)，對434 起事故按發(fā)生環(huán)節(jié)(不包括交通運輸環(huán)節(jié))統(tǒng)計歸納的結果見表1.結果表明貯存環(huán)節(jié)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)是化工行業(yè)突發(fā)大氣污染事故發(fā)生率最高的兩個環(huán)節(jié).

表1 化工行業(yè)突發(fā)大氣污染事故統(tǒng)計Tab.1 Sudden atmospheric pollution accident statistics in chemical industry

2.2 各環(huán)節(jié)成因分析

2.2.1 貯存環(huán)節(jié)

貯存環(huán)節(jié)即在產(chǎn)品生產(chǎn)前采購的原材料、產(chǎn)品生產(chǎn)中的副產(chǎn)品以及最終產(chǎn)品在企業(yè)廠房、罐體中堆存，在該環(huán)節(jié)中導致事故的原因主要包括閥門松動或損壞導致泄漏、罐體老化損壞導致泄漏、罐體高溫高壓引發(fā)爆炸等，其比例分布如圖1 所示.

圖1 化工企業(yè)貯存環(huán)節(jié)大氣污染事故發(fā)生原因Fig.1 Causes of the air pollution accident on store link in chemical companies

2.2.2 管道傳輸環(huán)節(jié)

管道傳輸環(huán)節(jié)即在化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品以及產(chǎn)品氣體沿管道進入儲氣罐或原料氣沿管道進入反應釜的過程，該過程中容易引發(fā)大氣環(huán)境污染的原因主要包括閥門松動、損壞導致有毒有害氣體泄漏和管道老化、損壞導致有毒有害氣體泄漏.經(jīng)統(tǒng)計，管道泄漏引發(fā)的事故占管道傳輸環(huán)節(jié)所發(fā)生事故總數(shù)的80%,，閥門泄漏事故占管道傳輸環(huán)節(jié)所發(fā)生事故總數(shù)的20%,.

2.2.3 生產(chǎn)環(huán)節(jié)

生產(chǎn)環(huán)節(jié)即原材料加工為產(chǎn)品、副產(chǎn)品的過程，該環(huán)節(jié)是企業(yè)生產(chǎn)最重要、最核心的環(huán)節(jié)，也是突發(fā)大氣污染事故的高發(fā)環(huán)節(jié).該過程中容易引發(fā)大氣環(huán)境污染的原因主要歸納為壓力過大引發(fā)反應釜爆炸、溫度過高引發(fā)反應釜爆炸、工藝缺陷導致泄漏、靜電電火花或明火引發(fā)反應釜爆炸、設備故障導致泄漏、進料過快導致泄漏以及其他可能引發(fā)大氣環(huán)境污染事故的原因.我國發(fā)生在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的事故成因比例分布如圖2 所示.

圖2 化工企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)大氣污染事故發(fā)生原因Fig.2 Causes of the air pollution accident on production link in chemical companies

2.2.4 卸載環(huán)節(jié)

卸載環(huán)節(jié)即對運輸進廠的原料或輔料由交通工具轉移至倉庫或儲罐內(nèi)進行妥善存放的過程.該過程由于操作不當可能會導致有毒有害氣體泄漏，甚至引發(fā)爆炸，進而導致大氣環(huán)境污染事故的發(fā)生.在統(tǒng)計的國內(nèi)434 起事故中，僅發(fā)現(xiàn)19 起事故在該環(huán)節(jié)發(fā)生，其中63%,為氣體泄漏，另外37%,為爆炸.

2.2.5 維修環(huán)節(jié)與非法排污環(huán)節(jié)

維修即設備、機器以及各環(huán)節(jié)配件出現(xiàn)磨損或損壞時進行的維修和加固；非法排污即某些小型企業(yè)缺乏有力的污染處理設施或為降低污染物處理成本而向外界偷排有毒有害物質以及氣體的行為.以上兩個環(huán)節(jié)中發(fā)生的大氣環(huán)境污染事故主要是人為因素造成的，在此不進行進一步分類分析.

2.3 泄漏物質分析

2.3.1 泄漏物質與事故發(fā)生量的關系

我國化工行業(yè)突發(fā)大氣污染事故所涉及的泄漏氣體共77 種，按事故發(fā)生量從大到小的順序排列，得出10 種主要泄漏物質及其對應事故發(fā)生量比例，如圖3 所示.

圖3 化工行業(yè)突發(fā)大氣污染事故污染物質分布圖Fig.3 Pollutants of air pollution emergency accident in chemical industry

氨氣和一氧化碳分別為化工行業(yè)最常用的冷卻劑和燃料，其對應事故所占比例最大，均占國內(nèi)調查大氣污染事故總數(shù)11%,；氯氣和硫化氫分別作為化工行業(yè)的主要原料和副產(chǎn)物，對應事故發(fā)生量也較高，分別占案例庫中事故總數(shù)的10%,和9%,.此外，還有156 起大氣環(huán)境污染事故中伴隨其他有毒有害氣體的泄漏，占國內(nèi)大氣污染事故調查總數(shù)的36%,.

2.3.2 泄漏物質與傷亡人數(shù)的關系

國內(nèi)化工行業(yè)發(fā)生的434 起大氣污染事故共導致了1,294 人死亡、37,960 人受傷，其中2003 年12月重慶開縣發(fā)生的硫化氫泄漏事故造成了243 人中毒死亡，26,555 人急性中毒的嚴重后果[12].對各種泄漏物質對應的人員死亡量進行分析，結果見表2.造成死亡人數(shù)最多的4 類氣體依次為硫化氫(340 人)、一氧化碳(155 人)、氯氣(97 人)、苯及苯系物(90人)，這幾類氣體急性毒性較大，在空氣中的濃度達到一定值時會在短時間內(nèi)對人體造成巨大傷害甚至構成生命威脅；液化氣、氨氣、天然氣、氫氣等氣體雖然本身毒性較小，但具有易燃易爆的特性，其泄漏伴生的火災爆炸等事故對人員生命也具有相當大的危害性，以上幾種物質相應事故造成的人員死亡量占死亡總人數(shù)的15.61%,；氯化氫毒性較小，由其泄漏事故造成的人員死亡比例僅為1.31%,.

表2 不同污染物質泄漏導致人員死亡量統(tǒng)計Tab.2 Casualties different by pollutants causes

2.4 發(fā)生時間分析

事故發(fā)生月份統(tǒng)計結果如圖4 所示.

圖4 化工行業(yè)大氣污染事故發(fā)生時間Fig.4 Time of atmospheric pollution incidents in chemical industry

我國化工行業(yè)大氣環(huán)境污染事故發(fā)生一般集中在第二、三季度(4—8 月份)，尤其以5 月份和7 月份事故發(fā)生率較高，分別占15%,和14%,；因為此時間段內(nèi)室外氣溫較高、天氣較為干燥，容易造成易揮發(fā)性化學品彌散及化學品燃爆等事故的發(fā)生.2 月份事故突發(fā)率最小，僅為3.7%,.因為冬季天氣寒冷，受溫度條件影響，化工企業(yè)生產(chǎn)活動減少，同時持續(xù)低溫降低了火災事故的可能性.

3 事故變化趨勢分析

3.1 事故發(fā)生量變化趨勢

化工行業(yè)突發(fā)大氣污染事故年際變化趨勢如圖5 所示.

圖5 事故量及死亡人數(shù)年際變化趨勢Fig.5 Changing trend of accidents’ amount and casualties

依據(jù)事故量值特征的不同可將統(tǒng)計區(qū)間劃分為兩個階段，第一階段為1972—1991 年，第二階段為1992—2011 年.第一階段內(nèi)此類事故的年度發(fā)生量和年度死亡總人數(shù)整體處于較低水平，僅在1979 年內(nèi)發(fā)生了一起傷亡人數(shù)為95 人的危害性較大的事故.第二階段內(nèi)，事故發(fā)生量呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢，并且在2011 年出現(xiàn)年度事故發(fā)生量最大值(75起)；由此類事故造成的人員死亡數(shù)量年際曲線，呈現(xiàn)出震蕩變化的趨勢，規(guī)律性并不明顯，除個別年份出現(xiàn)較大峰值以外(1998 年55 人；2000 年76 人；2003 年266 人；2008 年，82 人；2011 年66 人)，多數(shù)年份數(shù)值均在50 以下.從圖中可以看出：在第二階段內(nèi)，事故平均傷亡人數(shù)在很小的范圍內(nèi)浮動，整體呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，最值點(14.0)出現(xiàn)在2003 年.這是在化工行業(yè)迅猛發(fā)展和國家相關安全管理政策共同作用下的結果，該變化趨勢與葉永峰等[14]和趙來軍等[15]的研究結果較為一致.

3.2 事故等級變化趨勢

按照《生產(chǎn)安全事故報告和調查處理條例》對統(tǒng)計區(qū)間前后20 年內(nèi)的事故進行分級歸類[13].結果顯示，除特大事故外，后一階段內(nèi)我國各等級事故量遠高于前一階段.兩階段詳細比較結果如圖6 所示：前一階段內(nèi)，5 類事故按從重到輕的比例為1∶1.5∶15∶6∶5，事故金字塔底部較小，較大事故所占比例最大；后一階段內(nèi)，5 類事故發(fā)生量對應比例為1∶17∶94∶78∶187，事故金字塔底部較大，所發(fā)生事故偏向于傷亡量較小的事故.

圖6 不同階段事故等級比例對比Fig.6 Comparison of the accident’s grade in different phases

4 分析結果及建議

(1)我國化工行業(yè)中大氣污染事故主要發(fā)生在生產(chǎn)環(huán)節(jié)和貯存環(huán)節(jié)，應加強對這兩個環(huán)節(jié)的安全管理和監(jiān)督，細化安全生產(chǎn)責任制及安全生產(chǎn)檢查制度.

(2)爆炸事故在我國化工行業(yè)突發(fā)大氣污染事故中占有相當大的比重，外界引燃(明火、靜電、電火花等)和反應條件控制不當(溫度過高、壓力過大、進料過快)都是爆炸事故發(fā)生的主要原因.企業(yè)在生產(chǎn)過程中應繼續(xù)落實禁煙禁火的規(guī)定，采取靜電防護等措施，并提高工藝操作人員的綜合素質，減少此類事故的發(fā)生.

(3)設備故障、人為操作失誤、企業(yè)非法排污是引發(fā)事故的常見原因.企業(yè)應針對易發(fā)生故障的工段制定相應應急預案，減小故障的并發(fā)損失；同時應落實員工的入職培訓，規(guī)范其操作流程；還應配合相關部門的環(huán)保檢查工作，主動接受環(huán)保教育.從主觀方面降低事故的發(fā)生率.

(4)氯氣、硫化氫、一氧化碳、氨氣、苯及苯系物5 類物質在化工行業(yè)大氣污染事故中出現(xiàn)的頻次較多，且對人員造成的傷亡較為嚴重.因此，在事故預防中應重點加強對以上5 類物質的管理，建立危化品全過程管理機制.

(5)化工行業(yè)大氣污染事故的季節(jié)性較強，二、三季度是此類事故的高發(fā)期，企業(yè)在該時期內(nèi)應從各個方面提高事故防范意識，遏制5 月和7 月事故發(fā)生量上升的勢頭.

(6)從20 世紀80 年代后期開始，我國化工行業(yè)突發(fā)大氣污染事故發(fā)生量及傷亡人數(shù)大幅上漲，事故平均死亡人數(shù)整體呈現(xiàn)出先上升后下降的年際變化趨勢，事故金字塔與前一階段相比，向著底部大、上部小的方向演變，傾向于傷亡量較小的事故類型.企業(yè)應完善事故防范機制，從金字塔底部入手，防微杜漸，減少甚至避免此類事故的發(fā)生.

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