石油化工企业硫化氢泄漏事故环境风险分析.docx

石油化工企业硫化氢泄漏事故环境风险分析孟凡伟，肖 勇，朱元洪，黄 洁，王 涛，贾伟玲（青岛中油华东院安全环保有限公司，山东青岛 266071）摘 要：采用风险预测模型 SEVEX，在各种不利气象条件下，对硫磺回收装置酸性气管线泄漏的硫化氢的扩散 情况进行了模拟分析。 结果表明：风险影响区域不仅与 硫化氢泄漏的源强有关, 而且与事故状态下的气象条件密 切相关, 在风速大、不稳定的气象条件下, 硫化氢泄漏形 成的高浓度区多分布在事故源的近距离处; 而在静小风、 稳定的气象条件下, 高浓度区分布范围较大。据此，可以 制定应急计划和撤离方案，减轻事故带来的不良影响。关键词：石油化工 硫化氢 泄漏 环境风险业的安全生产具有重要的指导意义，同时也有助于制定泄漏事故应急撤离、救援方案，为政府及行业管理部门做出 对应决策提供科学依据。为此，文章结合某炼化企业的硫 磺回收装置具体实例，对硫化氢泄漏事故进行定量的环境 风险预测分析。1 硫化氢泄漏量计算采用 HJ/T 169- 2004 建设项目环境风险评价技术导 则附录 A.2 公式进行酸性气硫化氢泄漏估算1。酸性气管 线直径 0.1 m，操作温度为 40，操作压力为 0.17 MPa。根据上述情景设定，计算出硫化氢泄漏事故源强见表 1。石油化工企业生产过程中涉及的物质大多数是易燃、易爆和有毒物质，发生火灾爆炸和事故泄漏的危险性相对 较高。根据物料理化性质分析并借鉴同类项目火灾爆炸预 测结果，火灾爆炸影响范围主要集中于厂区及附近区域，而 硫化氢、氨等有毒物质泄漏后的环境影响范围和危害程度 较大。根据国内外石油化工风险事故的调查统计与分析，硫 磺回收装置酸性气管线是硫化氢泄漏事故多发部位，所释 放的硫化氢属强烈的神经毒素，经呼吸道侵入人体，对粘 膜有强烈刺激作用，当空气中硫化氢浓度达 70 mg/m3 时 出现眼及呼吸道刺激症状，吸入 215 min 即发生嗅觉疲 劳而不再嗅出臭味，浓度达 618 mg/m3 时嗅觉疲劳发生愈 快可能引起生命危险。近年来，国内外因硫化氢泄漏导致急性中毒的各类重 大事故时有发生。通过环境风险事故定量计算，科学、准 确、及时地评价硫化氢泄漏事故的危害半径，不仅对于企2 风险预测模型采用美国 EPA 和欧盟 EC 推荐 SEVEX View 模型进 行预测计算。SEVEX View 完整全面地集成了包括各种地 理地形和气象数据在复杂条件下发生紧急泄漏事故或爆 炸情景的风险计算评估模拟分析，可以用于高效率的紧急 风险情况应急计划的制定和预案编制准备，其模拟计算结 果完全符合 EC SEVESO 风险控制法规、EPA CAA112(r)风 险控制法规和中国环境风险评价导则要求2。2.1 模型简介40S AFETY HEALTH & ENVIRONMENT收稿日期：2012- 04- 01作者简介：孟凡伟，硕士，研究方向为水污染控制、环境 影响评价与规划，已发表学术论文 16 篇，参与申请国 家发明专利 3 项。图 1 酸性气管线硫化氢泄漏事故 LC50、IDLH 和 MAC最大浓度范围包络线风 险 评 价孟凡伟，等.石油化工企业硫化氢泄漏事故环境风险分析2012 年第 12 卷第 6 期表 1 硫化氢风险事故源强释放高度 /m事故工况1003130.155.952.64303SEVEX 模型中包括计算气体、流体和气体 - 流体双相的流动速度的模块；射流型扩散；化学品烟气或雾状蒸 腾扩散；开放池形成的蒸发扩散、高密度气体的扩散，自由 蒸气云爆炸事故扩散（UVCE）；火球状高温辐射事故扩散（BLEVE）。SEVEX 模型中的扩散计算算法是一种拉格朗日粒子 扩散模型，它可以模拟被动的无动力源的气体传输运动过 程，也可以模拟各类有毒物质或刺激性物质中的粒子在变 化或者稳态流场中的扩散运动，其核心的气象学计算模型 提供了扩散模拟过程中所需要的风场和湍流的运动特征 参数。2.2 浓度方程SEVEX 模型主要采用 Lagrangiran 烟团扩散方法，该 方法的核心就是通过顺序释放一系列烟团来模拟连续释 放，在每一个时间步长中，根据局地气象条件参数的变化 分析各个烟团的平流传输、扩散和沉积。单个烟团在某个受体点的浓度贡献的基本方程为：威胁生命和健康浓度（IDLH，430 mg/m3）、车间最高容许浓度（MAC，10 mg/m3）分布情况。各不利气象条件下酸性气管线泄漏硫化氢环境风险 计算结果见表 2。表 2 酸性气管线硫化氢泄漏风险事故影响预测结果根据计算结果绘制给出泄漏的硫化氢气体在综合气象条件下（不同风速和稳定度等）的半致死浓度（LC50）、立 即威胁生命和健康浓度（IDLH）、车间最高允许浓度（MAC） 最大包络线（图 1）。C= Q gexp - d2 /(22 )ax2xyexp - d2 /(22 )(1)cyQexp - (He+2nh)2/(22 )C=(2)z（2）1/2z n = 式中：C地面污染物浓度，g/m3；Q烟团中污染物的质量，g；xX 方向（水平风向）上污染物高斯分布的标准 差，m；yY 方向（垂直水平风向）上污染物高斯分布的标准差，m；zZ 方向（竖直方向）上污染物高斯分布的标准 差，m；daX 方向上烟团中心到受体点的距离，m；dcY 方向上烟团中心到受体点的距离，m；g高斯方程的垂直项，m；He烟团中心离地面的有效高度，m；n积分变量；h混合层高度，m。3 风险事故后果计算分析综合考虑项目所在地气象条件及出现频率，确定在静 风、1 m/s、1.5 m/s 和 2.5 m/s 等风速，D、F 稳定度条件下， 预测泄漏后的硫化氢半致死浓度（LC50，618 mg/m3）、立即由图 1 可知，综合气象条件下（不同风速和稳定度等）酸性气管线硫化氢泄漏的风险事故半致死浓度的最大范 围为 679.8 m，立即威胁生命和健康浓度最大范围为 886.541S AFETY HEALTH & ENVIRONMENT88气象条件影响范围 /mLC50IDLH MAC稳定度风速 （/ ms- 1）D静风1902931 8871294367.42 384.11.5262304.12 565.92.5198.9253.31 884.6F静风4905931 9001679.8886.52 018.41.5572.5734.73 049.62.5469.1587.65 240.6事故发生管道直径 /操作条件在线量或流泄漏速率/释放时 部位mm温度 /K 压力 /MPa 通量 /t （kgs- 1）间 /min酸性气管径 管线100%断裂安全、健康和环境风 险 评 价2012 年第 12 卷第 6 期m，车间容许浓度最大范围可达 5 240.6 m，危害较为严重。因此，事故应急处理中须将距事故点 886.5 m 范围内的人 群撤离至安全地带。本项目硫化氢泄漏的半致死浓度、立即伤害浓度最大 影响范围均出现在风速 1 m/s 及 F 类稳定度下。一般情况 下：当风速大，大气不稳定时，有利于污染物的扩散，其危 害的距离和范围都很小，且持续时间短，一般仅局限于泄 漏源附近及厂区内；当风速小、大气较为稳定时，不利于污 染物的扩散，其危害的较大，会对周边环境造成一定危害。169- 2004) M.北京：中国环境科学出版社，20042 SEVEX View Users Guide (ATM- PRO & Lakes EnvironmentalSoftwareEnvironmental Risk Analysis of Hydrogen Sulfide LeakageAccident for Petrochemical EnterprisesMeng Fanwei, Xiao Yong, Zhu Yuanhong, Huang Jie, WangTao, Jia Weiling(Qingdao CNPC East China Institute Safety and EnvironmentalProtection Co., Ltd., Shandong, Qingdao, 266071)Abstract: With the risk prediction model of SEVEX, the spread of hydrogen sulfide from sour gas pipeline leakage of sulfur re- covery unit were simulated and analyzed under a variety of ad- verse weather conditions. Results showed that the risk area was affected not only by source strength of hydrogen sulfide leak- age, but also the meteorological conditions under accident con- ditions. High concentration area was distributed near to acci- dent resource under high wind speed and unstable weather conditions; otherwise high concentration area was widely under low wind speed and stable weather conditions. Therefore, e- mergency plans and evacuation plans could be made to mitigate the adverse effects of accidents.Key words: petrochemical; hydrogen sulfide; leakage; environ-mental risk H S E4 结语研究结果表明，硫化氢泄漏事故产生的不良影响不仅 与泄漏的量有关, 而且, 气象条件是有毒气体在大气中质 量浓度分布的关键因素。在风速大、不稳定气象条件下, 由 于有毒气体随着风力的输送、大气湍流的稀释扩散作用, 高质量浓度的烟云主要分布在距离事故源比较近的区域 范围内；而在风速小、稳定气象条件下, 高浓度的烟云会 随着风力的输送作用，影响到下风向很远的区域。 本文 中, 硫化氢泄漏速度为 2.64 kg/s 情况下，当风速为 1 m/s , 稳定度为 F 类时,事故半致死浓度的最大范围为 679.8 m， 立即威胁生命和健康浓度最大范围为 886.5 m。据此,可以 制定应急计划和撤离方案, 减少人员伤亡与减轻事故带来 的不良影响。5 参考文献1 国家环境保护总局.建设项目环境风险评价技术导则(HJ/T2012 年“安全、健康和环境经验技术交流会”论文征集通知为更好地交流安全、健康和环保技术、管理等方面的经验，以及企业推行“七想七不干”、开展“我要安全”活动的典型做法，根据集团公司安全环保局的指示精神，安全、健康和环境编辑部拟于 2012 年 7 月下旬组织召开“安全、健康和环 境经验技术交流会”。现征集会议论文，主要内容包括：1.企业 HSE 管理体系运行经验3.企业清洁生产、环境治理经验与技术5.事故案例分析及应急响应技术7“. 七想七不干”落实情况及经验2.国内外安全生产新技术介绍4.职业病危害因素评价与治理技术6.隐患治理与控制技术8“. 我要安全”典型做法各企业可围绕上述主题，组织撰写论文，通过 E- m