胡曉寒，魏軍武，李華，薛亦峰

（1.北京市環(huán)境應(yīng)急與事故調(diào)查中心，北京100089；2.北京市環(huán)境保護科學(xué)研究院，國家城市環(huán)境污染控制工程技術(shù)研究中心，北京100037）

前言

液氨用途廣泛，在制冷、熱處理、水處理等方面得到了較好的應(yīng)用[1]。但是，其具有毒性且易燃、易爆，一旦發(fā)生泄漏極易引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故，從而次生突發(fā)環(huán)境污染事件[2?6]。近年來，國內(nèi)外因氨泄漏導(dǎo)致的各類重特大事故時有發(fā)生，對液氨使用的管理也進一步受到了重視。2013年，北京市、河南省分別發(fā)布了地方標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了液氨使用與貯存單位的相關(guān)安全要求[7]。但是由此可能引發(fā)的環(huán)境風(fēng)險的防范和控制卻鮮有關(guān)注，已有的研究也大多集中在液氨泄漏的數(shù)值模擬和擴散模型上[8?13]，對液氨環(huán)境風(fēng)險的定量評估方面研究較少[14]，無法為液氨的環(huán)境風(fēng)險防控提供有力支撐。因此，進行液氨單位環(huán)境風(fēng)險特征分析，開展環(huán)境風(fēng)險等級的計算和預(yù)測評估，有針對性提出環(huán)境風(fēng)險防控對策十分必要。

本研究以某市為例，以其現(xiàn)有的液氨使用和儲存單位（以下稱涉氨單位）作為研究對象，梳理和分析液氨在生產(chǎn)、運輸、貯存和使用過程中的環(huán)境風(fēng)險節(jié)點，掌握涉氨單位的環(huán)境風(fēng)險特征及可能存在的問題；按照《企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險分級方法》[15]的相關(guān)規(guī)定，同時結(jié)合該市實際狀況，對該市涉氨單位突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險等級進行評估；利用RiskSystem軟件對涉氨單位進行環(huán)境風(fēng)險預(yù)測；基于風(fēng)險評估合和預(yù)測的結(jié)果，提出相應(yīng)的環(huán)境風(fēng)險防控對策。

1 材料與方法

1.1 研究對象

該市現(xiàn)有涉氨單位82家，分布在13個行政區(qū)，液氨貯存和使用量為896t。其中，制冷企業(yè)占單位總數(shù)的71%，貯存和使用量約占全部的90%。

自2006年以來，該市已發(fā)生10起氨泄漏事故，大多數(shù)事故是由于人為操作不當(dāng)和液氨容易腐蝕的一些零部件損壞引起的，由于環(huán)境和安全防控不到位，對周邊大氣、水和土壤環(huán)境造成了一定的影響。

1.2 環(huán)境風(fēng)險等級確定方法

本文在《企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險分級方法》中提出的方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域特點，將涉氨單位周邊人口密集程度、疏散條件以及周邊是否涉及政治敏感區(qū)等納入考量范圍。首先計算所涉及環(huán)境風(fēng)險物質(zhì)數(shù)量與其臨界量比值（Q），再采用評分法逐項計算工藝過程與環(huán)境風(fēng)險控制水平值（M），確定工藝過程與環(huán)境風(fēng)險控制水平，最后確定環(huán)境風(fēng)險受體類型（E）。根據(jù)上述計算和評估結(jié)果，按照風(fēng)險矩陣確定涉氨單位突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險的等級。

1.3 氨泄漏事故環(huán)境風(fēng)險預(yù)測方法

RiskSystem模型可對不同風(fēng)向、風(fēng)速及大氣穩(wěn)定度情況下的點源、面源及體源造成的泄漏事故進行后果預(yù)測，預(yù)測結(jié)果可給出不同時刻下風(fēng)向不同距離及多個關(guān)心點處的濃度值[16]。本研究使用該模型對82家涉氨單位的氨泄漏事故進行逐一預(yù)測，重點預(yù)測突發(fā)液氨泄漏事件時，半致死濃度范圍(下稱LC50范圍)和短時間接觸容許濃度范圍（下稱MAC范圍）。

將82家涉氨單位作為點源，設(shè)置預(yù)測液氨泄漏持續(xù)時間為60 min，預(yù)測時間間隔為5 min，并將泄漏高度、廢氣溫度、裂口面積、容器壓力等數(shù)據(jù)輸入到RiskSystem模型中。結(jié)合氣象部門近年來氣象資料（全年平均風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度等），計算各涉氨單位發(fā)生液氨泄漏時對周邊環(huán)境的影響范圍。

2 結(jié)果與討論

2.1 涉氨單位環(huán)境風(fēng)險節(jié)點和特征分析

對液氨生產(chǎn)到使用全過程的環(huán)境風(fēng)險節(jié)點進行梳理和分析（圖1），可以看出液氨泄漏次生突發(fā)環(huán)境事件的風(fēng)險貫穿于生產(chǎn)、運輸、貯存和使用的各個環(huán)節(jié)，重點集中在液氨的貯存和輸送環(huán)節(jié)。液氨的生產(chǎn)是通過氮氣和氫氣加壓催化合成[17]，合成的液氨儲存在儲罐罐體中，若日常維護不足，有一定的泄漏風(fēng)險。液氨的運輸主要通過液氨罐車來完成。裝車主要通過儲罐與槽車之間的液位差裝車[18]，在運輸過程中，液氨槽車內(nèi)的壓力保持在0.7～0.9 MPa[19]。卸車時將需要灌注的儲罐中的氨氣抽出，加壓送到槽車中，使槽車中的氨氣蒸氣壓力升高，儲罐中的氨氣蒸氣壓力降低，通過槽車和儲罐之間形成的壓力差將液氨送到需要灌注的儲罐中去[20]。如果操作不當(dāng)、設(shè)備損壞、充裝過量、超溫超壓等，均可引起液氨的泄漏。液氨通常貯存在儲罐內(nèi)，其使用和日常維護格外重要。由于液氨本身具有腐蝕性，儲罐在長期露天使用和存儲的過程中，極易造成儲罐的容器、管道、閥門等一些連帶的零部件受到液氨的侵蝕，從而變得薄脆易破，增大液氨的泄漏風(fēng)險[21]。此外，液氨在貯存過程中人為的超溫超壓、操作失誤也可能引起液氨的泄漏。液氨的使用主要為氨制冷、用作原輔料、熱處理和水處理，在使用過程中主要的環(huán)境風(fēng)險集中在液氨貯存區(qū)域和液氨輸送管道，氨泄漏點主要集中在液氨容易腐蝕的閥門、法蘭、接口等連接部位。

圖1 液氨生產(chǎn)到使用過程中的環(huán)境風(fēng)險環(huán)節(jié)

液氨從生產(chǎn)到使用，每個環(huán)節(jié)均存在泄漏的風(fēng)險，特別是在液氨的貯存和輸送環(huán)節(jié)，人員操作不當(dāng)也是液氨泄漏的重要原因，應(yīng)該給予重點關(guān)注。因此，在各個環(huán)節(jié)上進行氨泄漏的預(yù)防，或者建立氨回收系統(tǒng)是環(huán)境風(fēng)險預(yù)防和控制的關(guān)鍵。

2.2 環(huán)境風(fēng)險評估

2.2.1 環(huán)境風(fēng)險等級

對82家涉氨單位的環(huán)境風(fēng)險狀況進行評估的結(jié)果顯示，一般環(huán)境風(fēng)險等級42家，較大環(huán)境風(fēng)險等級28家，重大環(huán)境風(fēng)險等級12家，分別占涉氨單位總數(shù)的51%、34%和15%。

從用途分布來看（圖2），12家重大環(huán)境風(fēng)險的企業(yè)中有9家為氨制冷企業(yè)，占比達(dá)到75%，較大環(huán)境風(fēng)險的企業(yè)中也有超過半數(shù)為氨制冷企業(yè)，充分凸顯氨制冷企業(yè)環(huán)境高風(fēng)險的特點，因此有必要開發(fā)安全環(huán)保的液氨替代品，代替液氨制冷，降低環(huán)境風(fēng)險。相反，用作熱處理的單位中約有77%屬于一般環(huán)境風(fēng)險。

圖2 涉氨單位環(huán)境風(fēng)險等級用途分布

綜合來看，該市接近一半涉氨單位屬于較大和重大環(huán)境風(fēng)險，重大環(huán)境風(fēng)險單位主要用于氨制冷。由于城市化進程的加快，最初建設(shè)在郊區(qū)的部分企業(yè)，現(xiàn)在被居民區(qū)、商場和超市包圍，一旦發(fā)生突發(fā)環(huán)境事故，涉及疏散人員數(shù)量眾多，必須加強環(huán)境風(fēng)險的管控。

2.2.2 氨泄漏事故風(fēng)險預(yù)測

根據(jù)RiskSystem模型的預(yù)測，影響范圍大的企業(yè)多以氨制冷企業(yè)為主。從LC50范圍來看（圖3），用作原料和熱處理的涉氨單位影響范圍較小，大多數(shù)LC50范圍為0；而絕大多數(shù)氨制冷企業(yè)的LC50范圍均在100 m以上，影響范圍較大，人員疏散條件較差，事故發(fā)生后可能會出現(xiàn)疏散困難。若有人員在氨泄漏事故發(fā)生后停留在LC50范圍內(nèi)，可能會引發(fā)中毒，甚至?xí)?dǎo)致死亡。從MAC范圍來看（圖3），氨制冷企業(yè)的MAC范圍均在500 m以上，MAC范圍越大，氨制冷企業(yè)越多；用作原料、熱處理、水處理的涉氨單位影響范圍相對較小，均在1.5km以內(nèi)。在該市核心區(qū)內(nèi)，個別區(qū)域的涉氨單位影響范圍相對較大，需要重點關(guān)注。若有人員長時間在MAC范圍內(nèi)停留，可能會發(fā)生中毒頭暈等癥狀，危害身體健康。

圖3 涉氨單位LC50范圍和MAC范圍預(yù)測結(jié)果

2.3 環(huán)境風(fēng)險防控對策

結(jié)合對涉氨單位生產(chǎn)、運輸和使用環(huán)節(jié)的環(huán)境風(fēng)險特點分析，該市涉氨單位的環(huán)境風(fēng)險評估以及氨泄漏事故風(fēng)險預(yù)測結(jié)果，針對該市涉氨單位環(huán)境風(fēng)險狀況及管理現(xiàn)狀，為降低涉氨單位潛在的環(huán)境風(fēng)險，提出以下三方面對策建議：

2.3.1 完善管理標(biāo)準(zhǔn)

環(huán)境應(yīng)急管理堅持預(yù)防為主，預(yù)防與應(yīng)急相結(jié)合的原則。雖然目前突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急管理辦法等對環(huán)境應(yīng)急管理提出了相應(yīng)的要求，但與其配套的可操作層面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范仍屬空白，企業(yè)落實相關(guān)要求存在一定困難，可能會間接導(dǎo)致企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風(fēng)險的增加。因此，急需完善環(huán)境風(fēng)險管理和應(yīng)急處置管理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為規(guī)范和指導(dǎo)企業(yè)有效落實環(huán)境安全主體責(zé)任奠定基礎(chǔ)。

2.3.2 加強監(jiān)管協(xié)作

企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件多數(shù)是由安全生產(chǎn)事故引發(fā)的次生災(zāi)害，如果企業(yè)各項安全生產(chǎn)、消防等措施落實到位，突發(fā)環(huán)境事件發(fā)生概率就能有效降低。因此，應(yīng)急、消防、生態(tài)環(huán)境管理等相關(guān)部門要在各司其職的基礎(chǔ)上，分工協(xié)作開展監(jiān)督管理，將液氨單位次生突發(fā)環(huán)境事件發(fā)生概率和影響降至最低。

2.3.3 提升應(yīng)對能力

企業(yè)是防范環(huán)境風(fēng)險和妥善處置突發(fā)環(huán)境事件的第一道防線，因此，液氨使用相關(guān)單位要通過完善企業(yè)應(yīng)急管理制度、配備相應(yīng)的應(yīng)急物資和建立預(yù)警體系等提升環(huán)境應(yīng)急管理和突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)對能力。同時，面各級管理部門要進一步提高應(yīng)急監(jiān)測水平，完善突發(fā)環(huán)境事件處置協(xié)調(diào)機制，提高應(yīng)急處置能力。

3 結(jié)論

本研究通過對液氨生產(chǎn)、運輸和使用全生命周期評價，分析了各個環(huán)節(jié)的環(huán)境風(fēng)險，以某市為例，評估了涉氨單位的環(huán)境風(fēng)險等級，并開展了氨泄漏事故風(fēng)險預(yù)測。基于液氨單位的環(huán)境風(fēng)險特點，提出針對性的防控對策。

（1）涉氨單位在液氨貯存區(qū)域和液氨輸送管道存在較大的環(huán)境風(fēng)險，閥門、法蘭、接口等連接部位腐蝕和操作失誤是氨泄漏的主要原因，且氨泄漏事故多數(shù)發(fā)生在氨制冷企業(yè)，應(yīng)該予以重點關(guān)注。

（2）某市涉氨單位環(huán)境風(fēng)險總體較高，一般、較大和重大環(huán)境風(fēng)險等級的涉氨企業(yè)分別占總數(shù)的51%、34%和15%，需要加強環(huán)境風(fēng)險管理。重大環(huán)境風(fēng)險單位主要集中于氨制冷行業(yè)。

（3）根據(jù)對該市涉氨單位泄漏事故風(fēng)險預(yù)測，結(jié)果表明氨制冷企業(yè)影響范圍最大，其人員疏散工作最為困難。應(yīng)根據(jù)評估結(jié)果改進事故的應(yīng)急預(yù)案，對影響范圍內(nèi)人員提供液氨泄漏方面的培訓(xùn)，最大可能地減少事故造成的環(huán)境污染、人員傷亡及財產(chǎn)損失。

（4）涉氨單位環(huán)境防控應(yīng)以預(yù)防為主，要通過建立和完善環(huán)境應(yīng)急管理制度，加強環(huán)境風(fēng)險隱患排查，開展人員培訓(xùn)和應(yīng)急演練，嚴(yán)格落實環(huán)境安全主體責(zé)任，有效預(yù)防和降低突發(fā)環(huán)境事件發(fā)生的概率。