大型磷肥生產(chǎn)企業(yè)環(huán)境風(fēng)險研究

納志輝1，李芳2，楊彩花2

(1. 云南云天化國際化工有限公司，云南 昆明 650228；2.云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650034)

摘要：對大型磷肥企業(yè)生產(chǎn)過程中存在的風(fēng)險進(jìn)行識別，進(jìn)行風(fēng)險事故源項分析，討論了風(fēng)險事故后果的計算方法，并提出相應(yīng)的風(fēng)險管理措施。

關(guān)鍵詞：磷肥；生產(chǎn)；環(huán)境風(fēng)險；識別；研究

收稿日期：2014-06-30

中圖分類號：X82文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

環(huán)境風(fēng)險指人們在建設(shè)、生產(chǎn)和生活過程中，所遭遇的突發(fā)性事故(一般不包括自然災(zāi)害和不測事件)對環(huán)境(或健康乃至經(jīng)濟(jì))的危害程度。大型磷肥生產(chǎn)企業(yè)由于其產(chǎn)品及生產(chǎn)工藝的特殊性，從原材料的采購、儲存、產(chǎn)品生產(chǎn)等一系列過程均可能引起有毒有害、易燃易爆等物質(zhì)泄漏，并引發(fā)一系列的火災(zāi)、爆炸事故，對環(huán)境及人類健康造成一定的威脅。本文主要對國內(nèi)大型磷肥生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)過程中存在的風(fēng)險進(jìn)行探討，并提出相應(yīng)的風(fēng)險防范措施。

1大型磷肥生產(chǎn)企業(yè)風(fēng)險識別

根據(jù)相關(guān)資料，磷肥企業(yè)風(fēng)險事故大致分為：硫磺燃燒與硫磺粉塵爆炸事故、液氨泄露事故、液氨罐爆炸事故、硫酸罐爆炸事故及鍋爐爆炸事故。為減少磷肥企業(yè)生產(chǎn)、運輸及貯存過程中風(fēng)險事故發(fā)生的概率，首先需對風(fēng)險進(jìn)行識別。

1.1物質(zhì)危險性識別

磷肥企業(yè)投產(chǎn)后主要原料、中間產(chǎn)品和成品外排污染物主要有硫磺、二氧化硫、三氧化硫、硫酸、柴油、氟硅酸、磷酸、氨、四氟化硅、氟化氫?？梢罁?jù)HJ/T169-2004《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》[1]附錄A.1、GBZ230-2010《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》[2]以及GBZ2.1-2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 化學(xué)有害因素》[3]對上述物質(zhì)進(jìn)行風(fēng)險識別。

1.2工藝系統(tǒng)危險性識別

1.2.1硫酸裝置危險、有害因素

(1)熔硫和過濾工序、焚硫及轉(zhuǎn)化工序中，泄漏的液體硫磺遇明火、高溫、火星及雷擊、靜電火花、高熱、電氣火花時均可能會引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸。焚硫爐使用柴油點火升溫時發(fā)生燃爆、柴油箱內(nèi)柴油泄漏，遇明火、高溫，將引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸危險。液硫儲存罐上方空間溫度過低，硫磺蒸汽可能會腐蝕頂蓋，在有空氣的情況下腐蝕物可能會引發(fā)硫磺著火而導(dǎo)致火災(zāi)甚至爆炸事故。

(2)從焚硫爐出來的高溫爐氣在轉(zhuǎn)化器中被轉(zhuǎn)化為SO2和SO3，兩種氣體均有毒，若發(fā)生泄漏，可能會發(fā)生毒物危害。

(3)硫酸為酸性腐蝕品，生產(chǎn)設(shè)備及管道、成品硫酸貯罐選材不當(dāng)有可能會被酸腐蝕而產(chǎn)生氫氣，氫氣與空氣混合濃度達(dá)爆炸極限時，遇明火、火花、高溫將發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故。酸系統(tǒng)內(nèi)所有筑物、地面未進(jìn)行耐酸處理，可能會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕危害。設(shè)備和管道的腐蝕將導(dǎo)致硫酸泄露和噴灑，因操作失誤將水加入硫酸中會引發(fā)化學(xué)灼傷事故。

(4)硫磺燃燒及二氧化硫氧化所產(chǎn)生的熱量可用于生產(chǎn)中壓過熱蒸汽。蒸汽鍋爐選材不當(dāng)，設(shè)計、制造、安裝和使用不合理均能引發(fā)鍋爐爆炸。鍋爐工序?qū)儆诟邷貐^(qū)，操作人員自身原因以及不合理的操作及使用也可能會導(dǎo)致高溫燙傷等風(fēng)險事故。

1.2.2磷酸裝置危險、有害因素

磷酸是生產(chǎn)磷銨的主要原料，磷酸為酸性腐蝕品，通過分析整個生產(chǎn)工藝可以看出，磷酸生產(chǎn)裝置主要危險、有害因素為腐蝕危害和化學(xué)灼傷危害。整個磷酸系統(tǒng)各工序所有磷酸生產(chǎn)設(shè)備、含酸介質(zhì)輸送管道、尾氣風(fēng)機(jī)及磷酸貯槽，如果設(shè)計選材不當(dāng)或防腐措施的設(shè)計、施工質(zhì)量存在缺陷，將加劇裝置的腐蝕，從而導(dǎo)致磷酸反應(yīng)料漿、磷酸的泄露而造成腐蝕及化學(xué)灼傷事故。

整個磷酸工序除可能導(dǎo)致腐蝕及化學(xué)灼傷事故外，硫酸和磷礦漿反應(yīng)會產(chǎn)生復(fù)雜的含氟氣體[4]，而含氟氣體的泄露可能會導(dǎo)致氟中毒。

1.2.3磷銨裝置危險、有害因素

磷銨生產(chǎn)的主要原料為氨和磷酸，工藝技術(shù)核心主要體現(xiàn)在反應(yīng)部分。磷銨生產(chǎn)主要包括中和、濃縮、干燥、洗滌等階段。

氨和磷酸反應(yīng)為放熱反應(yīng)。若生產(chǎn)過程中違反操作規(guī)程，超溫、超壓遇安全保護(hù)設(shè)施失靈，整個反應(yīng)系統(tǒng)中反應(yīng)器、預(yù)中和槽、管道等密封失效，會導(dǎo)致液氨和氣氨的泄露，從而引發(fā)火災(zāi)、爆炸或者低溫灼傷等事故。若反應(yīng)器、預(yù)中和槽等設(shè)備選材不當(dāng)，受磷酸腐蝕后導(dǎo)致耐壓能力降低，運行工程中可能會導(dǎo)致容器爆炸。磷銨生產(chǎn)的洗滌工序存在著和生產(chǎn)、輸送過程相似的危險、有害因素。在干燥、造粒、篩分和冷卻包裝階段，也可能會引發(fā)火災(zāi)、爆炸、燒傷燙傷等事故。

1.2.4其他配套設(shè)施的危險、有害因素

磷肥生產(chǎn)過程中其他配套設(shè)施主要包括：給排水系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、供熱與熱電站、空壓站、貯運設(shè)施、液氨罐區(qū)等。在上述配套設(shè)施中，危險、有害因素主要分為以下幾個方面：

(1)脫鹽水站若違反化學(xué)品存放、管理規(guī)定，導(dǎo)致的火災(zāi)事故及氰化物產(chǎn)生劇毒氰化氫氣體引起的毒物危害。

(2)空壓站由于眾多原因引發(fā)的一系列爆炸事故。

(3)貯運設(shè)施中，硫磺貯運引發(fā)的火災(zāi)、爆炸事故；液氨貯運過程中引發(fā)的火災(zāi)、爆炸、化學(xué)泄露、中毒、低溫灼傷等危害；氟硅酸運輸過程中可能發(fā)生的氟硅酸泄露事故以及皮膚直接接觸氟硅酸引起發(fā)紅、局部燒灼感以及潰瘍等。

(4)液氨罐區(qū)引發(fā)的一系列火災(zāi)、爆炸事故、容器爆炸事故以及吸入高濃度氨可發(fā)生的毒物危害，人體接觸外溢的液氨可發(fā)生低溫灼傷危害。

(5)磷肥生產(chǎn)廠區(qū)處于酸性腐蝕環(huán)境中，電氣設(shè)施、電纜及接線端子防酸蝕措施設(shè)計不當(dāng)或長期失修、電纜溝內(nèi)排水不暢，導(dǎo)致酸性腐蝕破壞，可能引發(fā)觸電傷害；其短路及所產(chǎn)生的電火花可能成為點火源而引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故。

1.3磷肥企業(yè)重大危險源識別方法

根據(jù)HJ/T169-2004《建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》，長期或臨時生產(chǎn)、加工、搬運、使用或儲存危險物質(zhì)，且危險物質(zhì)的數(shù)量等于或超過臨界量的單元均為重大危險源。重大危險源的辨識依據(jù)是物質(zhì)的危險性及數(shù)量。重大危險源分為生產(chǎn)場所重大危險源和儲存區(qū)重大危險源兩種。

磷肥生產(chǎn)企業(yè)，全廠生產(chǎn)裝置一般可分為硫酸裝置、磷酸裝置、磷銨裝置、液氨貯罐區(qū)、磷酸氟硅酸貯槽、稀磷酸硫酸貯槽6個單元。在環(huán)境風(fēng)險評價中可先分別計算6個單元的化學(xué)危險物質(zhì)的存量，再與《風(fēng)險評價技術(shù)導(dǎo)則》和GB18218-2009《重大危險源辨識》[5]中對危險品生產(chǎn)場所和貯存場所臨界量的要求進(jìn)行對比。當(dāng)單元內(nèi)所有危險品的貯存量大于臨界值時，則判定為重大危險源，相反則不構(gòu)成重大危險源。

通過對磷肥生產(chǎn)企業(yè)物質(zhì)危險性、工藝危險性及重大危險源進(jìn)行識別，可判定企業(yè)存在的可能對環(huán)境產(chǎn)生重大影響的風(fēng)險事故。

2風(fēng)險事故源項分析

2.1危險化學(xué)物質(zhì)泄露量計算

磷肥生產(chǎn)過程中危險化學(xué)物質(zhì)泄漏主要涉及液氨泄露、氟硅酸泄露、硫酸及磷酸泄露。

危險物質(zhì)的泄漏量采用公示計算法計算得到，泄露速度受空穴的有效開度面積、液體密度、容器壓力、外界壓力以及液體在排放點以上的高度等因素決定。

液態(tài)危險化學(xué)品泄漏后會發(fā)生一系列的蒸發(fā)作用(包括閃蒸蒸發(fā)、熱量蒸發(fā)、質(zhì)量蒸發(fā)等，三種蒸發(fā)方式各自蒸發(fā)量的大小與其相應(yīng)的參數(shù)有關(guān))，使液態(tài)危險品變成氣態(tài)而進(jìn)入到環(huán)境空氣中。氣態(tài)危險化學(xué)品總的蒸發(fā)量為總的閃蒸蒸發(fā)液體量、總熱量蒸發(fā)量及總質(zhì)量蒸發(fā)量之和?？傉舭l(fā)量的大小影響氣態(tài)危險品對周圍環(huán)境及人群健康造成的危害的大小。

2.2火災(zāi)和爆炸

2.2.1液氨罐爆炸及硫酸貯槽爆炸

液氨儲罐制造質(zhì)量低劣、壓力容器使用管理混亂、充裝違反規(guī)定及違反危險品運輸規(guī)定以及氨氣泄漏到空氣中，與空氣混合遇到火源等可引發(fā)液氨貯罐、運輸槽車和鋼瓶爆炸。

由于液氨極易蒸發(fā)，液氨罐爆炸后罐內(nèi)液氨全部泄漏，并迅速擴(kuò)散進(jìn)入大氣，對周圍環(huán)境和居住人口將產(chǎn)生重大影響。

硫酸槽爆炸一般是因為裝過硫酸的貯槽空置，槽壁的余酸腐蝕金屬槽體，或者有水加入硫酸槽稀釋濃硫酸，稀硫酸與金屬槽壁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氫氣，與空氣混合后點燃有可能發(fā)生爆炸。

液氨罐及硫酸貯槽爆炸的同時均有可能波及鄰近的其它化學(xué)品貯存區(qū)域，造成連鎖反應(yīng)，又進(jìn)一步導(dǎo)致泄漏、火災(zāi)及爆炸事故的發(fā)生。

2.2.2硫磺倉庫火災(zāi)及柴油貯槽火災(zāi)或爆炸

硫磺倉庫內(nèi)堆存的硫磺受熱、遇明火或火花可引起燃燒；其粉末、粉塵可發(fā)生爆炸或爆炸性燃燒。燃燒產(chǎn)生的刺激性有毒氣體SO2進(jìn)入空氣后擴(kuò)散至居民區(qū)，對皮膚和眼睛可引起嚴(yán)重的灼傷。焚硫爐點火升溫時所用柴油貯存于油槽中，若油氣泄漏且遭遇明火可引發(fā)火災(zāi)爆炸事故。爆炸事故也可能會波及附近的其它化學(xué)品貯罐、貯槽，從而造成泄漏、火災(zāi)或者爆炸事故。

3大型磷肥企業(yè)的風(fēng)險管理

3.1風(fēng)險防范措施

風(fēng)險防范措施是指在生產(chǎn)過程中采取的一系列措施，以防止生產(chǎn)過程中風(fēng)險事故的發(fā)生。根據(jù)各類風(fēng)險源的特點，制定相應(yīng)的有效的風(fēng)險防范措施，可將生產(chǎn)過程中風(fēng)險事故發(fā)生的概率降到最低。

磷肥生產(chǎn)企業(yè)風(fēng)險事故主要是危險化學(xué)品的泄漏及引發(fā)的火災(zāi)、爆炸及一系列伴生的危險事故。根據(jù)風(fēng)險源的不同，可將風(fēng)險防范措施分為以下幾類：

(1)建設(shè)足夠體積的初期雨水收集池及相應(yīng)的初期雨水收集系統(tǒng)。在廠區(qū)內(nèi)各污染區(qū)域按需修建初期雨水收集和排放系統(tǒng)，防止受污染的雨水直接排入廠區(qū)外。對有泄漏、火災(zāi)、爆炸事故的區(qū)域按需修建防火圍堤，圍堤既能防止火災(zāi)的蔓延也能收集消防廢水。各污染區(qū)域收集到的初期雨水及消防廢水排入污水處理站進(jìn)行處理。

(2)硫酸罐、氟硅酸罐、液氨管及其輸送管道設(shè)置工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，布置攝像頭；在所有地下槽(坑)設(shè)置液位報警，送DCS系統(tǒng)；在上述介質(zhì)泵送出界區(qū)管線上可設(shè)置低壓報警系統(tǒng)。

(3)所有液態(tài)化學(xué)品貯罐區(qū)或貯槽區(qū)設(shè)置在線監(jiān)測系統(tǒng)，在線監(jiān)測儀表與主裝置區(qū)的FCS系統(tǒng)相連，通過FCS系統(tǒng)可以實施監(jiān)測可能發(fā)生的險情并進(jìn)行聲、光報警及聯(lián)鎖。所有液態(tài)化學(xué)品貯罐區(qū)或貯槽區(qū)設(shè)置液態(tài)化學(xué)品泄漏監(jiān)測報警系統(tǒng)，實時監(jiān)測可能發(fā)生的泄漏險情。其他監(jiān)測設(shè)備可按需進(jìn)行設(shè)置。

(4)對于有火災(zāi)隱患的區(qū)域，應(yīng)考慮防火、防爆及其它各項措施。生產(chǎn)現(xiàn)場嚴(yán)禁煙火并須配備消防設(shè)施。當(dāng)遇到火災(zāi)事故時，應(yīng)采取正確的滅火方式。

(5)對于有貯存溫度要求的危險化學(xué)品，應(yīng)該嚴(yán)格控制貯存溫度。

(6)危險化學(xué)品應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行運輸及貯存，并定期進(jìn)行檢查。

(7)危險化學(xué)品貯存應(yīng)設(shè)置警示牌，所有生產(chǎn)設(shè)備、設(shè)施必須嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計、制造、檢測、管理等。加強(qiáng)對整個生產(chǎn)區(qū)域的巡檢工作，發(fā)現(xiàn)異常時及時進(jìn)行處理。

(8)加強(qiáng)員工的管理，教育員工增強(qiáng)個人防護(hù)意識，所有操作人員必須嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)范進(jìn)行生產(chǎn)、作業(yè)活動，不得違反。危險化學(xué)品貯存區(qū)域應(yīng)配置相應(yīng)的緊急醫(yī)療器械和救援物資。所有配套公用工程和輔助設(shè)施必須保證能正常運轉(zhuǎn)。

(9)處于衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)的居民應(yīng)該搬遷，以避免風(fēng)險事故發(fā)生后造成嚴(yán)重的人員傷亡。

3.2風(fēng)險發(fā)生后的措施

由于氨極易揮發(fā)，在發(fā)生液氨重大泄漏事故情況下，應(yīng)立即啟動風(fēng)險事故應(yīng)急預(yù)案。

在發(fā)生其他泄漏、火災(zāi)、爆炸或小型氨泄漏事故時，根據(jù)發(fā)生泄漏、引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故的化學(xué)物品的化學(xué)性質(zhì)，在做好防護(hù)措施的前提下及時進(jìn)行泄漏應(yīng)急處理，對受傷人員進(jìn)行緊急救治，并做好善后工作。

3.3應(yīng)急預(yù)案

磷肥生產(chǎn)過程中所用的原料氨具有強(qiáng)烈的揮發(fā)性，一旦發(fā)生泄漏事故，極易大范圍擴(kuò)散。因此，必須制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，在發(fā)生液氨貯罐和液氨槽車重大泄漏的情況下，立即啟動風(fēng)險事故應(yīng)急預(yù)案。

4結(jié)論

通過對大型磷肥企業(yè)風(fēng)險事故的分析發(fā)現(xiàn)，磷肥企業(yè)生產(chǎn)過程中存在眾多風(fēng)險事故隱患，各磷肥企業(yè)應(yīng)該根據(jù)自身實際情況認(rèn)真做好風(fēng)險防范措施及風(fēng)險發(fā)生后的相應(yīng)救援措施，以保障周邊環(huán)境和居民人身安全不受到危害。

參考文獻(xiàn)：

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[5]GB18218-2009,重大危險源辨識[S].

Environment Risk in Large-scale Phosphate Fertilizer Production Enterprises

NA Zhi-hui1,LI Fang2,YANG Cai-hua2

(1.Yunnan Yuntianhua International Chemical Co., Ltd, Kunming Yunnan 650228 China)

Abstract：The risks in large-scale phosphate fertilizer enterprises were identified. The risk sources were analyzed. The method of calculating the results of risk accidents was discussed. The measures of risk management were pointed out.

Key words： phosphate fertilizer;production;environmental risk;identify;study