建设项目职业病危害预评价中应用数学模型方法的探讨.pdf

建设项目职业病危害预评价中应用数学模型方 法的探讨 建设项目职业病危害预评价中应用数学模型方 法的探讨 作者 孙金艳 黄德寅 当前 危险化学品危害事故时有发生 大量危险化学物质泄 漏将会导致火灾 爆炸 中毒等重大事故 造成严重的人员伤亡 和环境污染 并可引起突发中毒等公共卫生事件 因此 在建设 项目职业病危害预评价工作中需要有一个科学 简明 可行 规 范的定量评价方法 对突发中毒事故的影响范围及危害程度进行 定量分析 使职业病危害预评价报告的内容对工程项目建设单位 起到具体的指导作用 但目前在建设项目职业病危害预评价规范 和实际工作中还缺乏这样的评价方法 为此 我们借鉴建设项目 环境影响评价和安全预评价方法 评价工作经验及事故案例等加 以综合分析 探讨在建设项目职业病危害预评价中应用数学模型 方法对职业病危害事故影响范围及危害程度进行定量评价 一 数学模型的选择 工业生产中由于设备或管道损坏或操作失误引起有毒化学物 质大量泄漏 或有的化学物质在火灾 爆炸等重大事故时 生成 的有毒蒸气云在空气中漂移 扩散 为了较为精确地计算毒害区 域的大小 国内外开发了一些计算机软件 根据不同的有毒化学 物质泄漏的事故类型 扩散模型和物质毒性大小等计算可能致人 死亡或中毒的范围 我们在建设项目职业病危害预评价工作实践 中 分析有毒化学物质大量泄漏所致的突发中毒事故后果时尝试 运用了以下两个数学模型 一 有毒气体半球扩散模型 这是一种有毒气体泄漏危害区域的估算方法 闪蒸液体或加 压气体瞬时泄漏后有一段快速扩散时间 泄漏气体 或液体闪蒸 形成蒸气 的气团呈半球形向外扩散 有毒气体泄漏半球扩散半 径计算公式 式中 R 有毒气体的扩散半径 m Vg 有毒介质的蒸气体积 m 3 C 有毒介质在空气中危险浓度值 二 气体外逸扩散浓度计算公式 当发生有毒气体大量泄漏时 在一定距离内任一地点空气中 有毒气体浓度按气体外逸扩散浓度计算公式进行估算 气体外逸 扩散浓度计算公式 C 100M vx 2 e 20h x 式中 C 有害气体浓度 mg L M 泄漏气体数量 t d v 风速 m s x 由泄漏处到测定浓度处距离 m h 地面高度 m 当泄漏气体离地面高度 1 2m 而距离大于 1 000 m 时 e 20h x 1 二 数学模型实际应用举例 一 某企业油改煤工程生产中可能发生的突发一氧化碳中 毒事故影响范围定量分析 某企业为大型化工企业 主要生产化肥及纯碱 油改煤工程 项目可能存在的主要事故风险有煤气爆炸和粗煤气的大量泄漏事 故 尤其是气化炉 粗煤气柜 煤气压缩及关输送管道等如发生 粗煤气的大量泄漏 可造成突发一氧化碳中毒事故 在建设项目 职业病危害预评价报告中 根据有毒气体泄漏半球扩散模型和物 质毒性大小等 估算煤气柜 气化 煤气压缩等工作场所一氧化 碳大量泄漏可能致人死亡 中毒的范围 对企业油改煤工程建成 投产后可能发生的突发一氧化碳中毒故影响范围和危害程度做出 了定量评价 1 一氧化碳危害区域浓度划分 按照一氧化碳在空气中达到 职业触限值 短时间接触容许浓度 人持续吸入 0 5 1 0 h 急 性中毒有死亡危害浓度划分为两个危害区域 C1 0 0024 即 职业接触限值 PC STEL 为 30 mg m 3 经换算为 0 0024 C2 0 15 即一氧化碳在空气中达到人持续吸入 0 5 1 0 h 急性中毒 有死亡危害的浓度 2 泄漏量确定及危害半径估算 该工程项目煤气柜为缓冲储 存装置 如发生大量煤气泄漏后 往往会对一定的范围造成危害 甚至造成人员中毒 死亡 煤气柜的储存量为 5 000m 3 其中一氧 化碳占 41 9 约为 2 095 m 3 假设发生事故 全部泄漏 这些 有毒空气以半球形向地面扩散 可估算出一氧化碳气体的扩散半 径为 取 C1 0 0024 取 C2 0 15 煤气柜发生大量泄漏后 急性一氧化碳 中毒区域边长为 19 m 的 60 扇形区域是最危险的区域 边长为 7 5 m 的 60 扇形区域将超过我国卫生标准规定的短时间接触容许 浓度 该工程项目气化生产的煤气经洗涤后在电除尘 脱硫脱碳 以及连接煤气柜 煤气压缩的管道阶段发生的粗煤气泄漏 从泄 漏发生到得到有效控制设定为 10 min 一氧化碳泄漏量根据各工 段粗煤气中一氧化碳的体积百分比进行估算 经计算 脱碳后至 煤气压缩工段发生大量泄漏后 急性一氧化碳中毒区域边长为 18 m 的 60 扇形区域 是最危险的区域 边长为 71m 的 60 的扇形 区域将超过我国卫生标准规定的短时间接触容许浓度 气化 电 除尘及脱硫等工段发生大量泄漏量 急性一氧化碳中毒区域边长 为 16 m 的 60 扇形区域 是最危险的区域 边长为 65 m 的 60 扇形区域将超过我国卫生标准规定的短时间接触容许浓度 3 估算结果分析 以上述计算结果可以得知 油改煤工程项目 主要生产装置区如发生一氧化碳大量泄漏后 急性一氧化碳中毒 区域边长 16 19 m 的 60 扇形区域是最危险的区域 边长为 65 75 m的60 扇形区域将超过我国卫生标准规定的短时间接触容许 浓度 作业工人现场操作或巡检时均处在上述泄漏量的中毒危害 半径内 如遇有泄漏等事故 巡检区域及厂区将可能造成人员急 性一氧化碳中毒甚至死亡 二 某氯碱企业生产中可能发生的突发氯气中毒危害事故影 响范围宣分析 我们在对某大型氯碱化工企业离子膜烧碱技术改造项目进行 职业病危害预评价工作中 尝试应用了数学模型 对项目建成投 产后可能发生的突发急性氯气中毒事故影响区域及危害程度进行 分析与评价 并结合 2004 年 4 月 16 日重庆天原化工总厂氯气泄 漏爆炸事故进行分析加以验证 1 大型氯气泄漏事故 根据气体外逸扩散浓度数学计算公式 对氯气泄漏形成不同浓度可能影响的范围进行估算 按照居民区 大气中氯气一最高容许浓度 职业接触限值 工作场所空气中氯 气最高容许浓度 急性氯气中毒浓度划分为 3 个危害区域 居 民区大气中氯气一次最高容许浓度为 C1 0 1 mg m 3 职业接触限 值 C2 1 mg m 3 工作场所空气中氯气最高容许浓度 人员急性 氯气中毒浓度 C3 200 mg m 3 持续 0 5 1 0 h 有死亡危险 考虑发生氯气大量泄漏有一个发生 发现 处理的过程 取 1 0 min 生产氯气泄漏量进行计算 氯气泄漏量 M 8 万 t 8 000 6 10 min 1 667 t 10 min 取地面高度 h 2 m 风速 v 3 5 m s 企业所处地区年平均风 速 2 5 m s 全年主导风向为西南 C 100 M vx 2 e 20h x 100 1 667 6 24 3 5x 2 e 40 x 6 858 5 x2 e 40 x 取 C1 0 1 mg m3 0 000 1 mg L x1 6 858 5 0 00 1 1 2 8 281 m 取 e 40 x 1 取 C2 1 mg m 3 0 001 mg L x2 6 858 5 0 001 1 2 2 619 m 取 e 40 x 1 取 C3 200 mg m3 0 2 mg L C3 6 858 5 x2 e 40 x 0 2 用 试差法求得 x3 150 m 此时 e 40 x 1 以上述计算结果可以得知 10 min 估算泄漏量造成急性氯气中 毒区域边长为 150 m 的 60 扇形区域 是最危险的区域 边长为 2 619 m 的 60 扇形区域将超过我国卫生标准规定的工作场所空 气中氯气最高容许浓度 边长 8 281 m 的扇形区域将超过居民区 大气中氯气一次最高容许浓度 上述氯气泄漏量厂区将可能造成 人员急性氯气中毒甚至死亡 并可波及附近民众遭受氯气危害 2 典型事故安全分析 2004 月 16 日重庆天原化工厂发生氯 气泄漏爆炸事故 爆炸造成 9 人死亡 3 人重伤 由于爆炸 使数 个装有共计 13 号液氯的气罐损坏 导致氯气大量外泄 泄漏氯气 波及化工厂周围居民区及化工厂隔江相对的居民区 方圆 5 公里 1 5 万人被紧急疏散 当时风向西北风 风速取 2 m s 吨液氯气化在 30 min 内外泄 经计算达到我国职业接触最高容许浓度 1 mg m3 其距离为下风向的 5 585 7 m C 100M vx2 e 20h x x 5 858 7 m 使用本式进行计算与实际受害面积基本相符 事故现场指挥 部做出应急救援方案 将天原化工厂方圆 5 公里 15 万人进行紧急 疏散 其疏散距离与公式估算结果基本相符 3 讨论 我们在应用数学模型进行泄漏所致中毒事故后果分 析中 以一定时间内设计的生产能力估算最大泄漏量 主要考虑 工厂泄漏内的现场情况 计算毒气气团在空气中漂移 扩散的范 围 浓度 接触毒物的人数等 对工程项目建成投产后可能发生 的突发中毒事故影响范围和危害程度做出了定量评价 并通过国 内典型事故案例加以验证 但影响泄漏所致中毒事故危害程度的 因素很多 诸如毒物的性质 毒物的浓度和人员与接触时间 有 毒气体的泄漏量和泄漏速度 蒸气压 中毒途径等因素 事故区 的气象条件 地形地物 居住情况以及应急救援反应等 这样一 个受多种因素影响的复杂的问题或现象用数学模型来描述 往往 是在一个系列的假设前提下按理想的情况建立的 有些模型经过 小型试验的验证 有的则可能与实际情况有较大出入 但对分析 职业病危害的危险性来说是可以参考的 在评价报告中定量地描述一个可能发生的突发中毒事故对作 业工人和企业内职工 对社区民众甚至对环境造成危害的严重程 度 可有助于事故危害分区的准确划定和现场人员采取正确的个 人防护 指导群众撤离 也可用于预案制定 从而预测危害纵深 危害宽度 伤害面积和无防护人员的伤害概率等 泄漏所致中毒是常见的重大事故 经常造成严重的人员伤亡 和巨大的财产损失 对于可能发生的职业病危害事故 只有知道 其后果时 对其危害性分析才算是完整的 分析结果为企业或企 业主管部门提供关于重大事故后果的信息 为企业决策者和建设 项目 工程 设计者提供关于采取何种防护措施决策的信息 因 此 在建设项目职