二氧化碳捕集,利用与封存环境风险评估技术指南

二氧化碳捕集,利用与封存环境风险评估技术指南二氧化碳捕集、利用与封存环境风险评估技术指南1适用范围本指南规定了二氧化碳（CO₂）捕集、利用与封存（CarbonCapture,UtilizationandStorage，简称CCUS）项目全生命周期环境风险评估的工作流程、技术要求、风险防控与应急管理、评估报告编制等内容，适用于陆上燃烧后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧捕集类CCUS项目，以及地质利用（CO₂驱油、驱气、驱煤层气、矿化利用等）、地质封存（咸水层封存、枯竭油气藏封存等）类CCUS项目的环境风险识别、分析、评价及管控。海洋封存、化工利用类CCUS项目可参照本指南相关要求，结合行业特性补充评估内容。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB3095环境空气质量标准GB3838地表水环境质量标准GB/T14848地下水质量标准GB15618土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）GB36600土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）GB18218危险化学品重大危险源辨识GB/T27921风险管理风险评估技术HJ169建设项目环境风险评价技术导则HJ610环境影响评价技术导则地下水环境SY/T7445二氧化碳地质封存术语ISO27916Carbondioxidecapture,transportationandgeologicalstorage—Riskassessmentforcarbondioxidecapture,transportationandstorage3术语和定义下列术语和定义适用于本指南。3.1CCUS全生命周期指CCUS项目从工程设计、施工建设、运行维护、关停退役到退役后长期监测的完整阶段。3.2环境风险受体指可能受到CO₂及伴生污染物泄漏影响的人群、生态系统、环境介质（大气、地表水、地下水、土壤）、环境敏感目标等。3.3泄漏场景指CO₂及伴生污染物通过捕集系统故障、运输管线破裂、注入井完整性失效、盖层断裂、废弃井窜通等路径释放到环境中的特定情形。3.4风险可接受水平指根据国家生态环境质量标准、人群健康风险阈值、生态安全阈值等确定的，社会和环境可承受的最大风险程度。3.5井完整性指注入井、监测井、周边废弃井在设计寿命及后续监测期内，能够有效阻挡CO₂向上窜流、维持封闭性的能力。4评估工作程序CCUS环境风险评估分为准备阶段、风险识别、风险分析、风险评价、风险防控与应急管理、评估报告编制6个阶段，工作流程如下：准备阶段：收集项目基础资料、区域环境背景资料、相关法律法规与标准，确定评估范围、评估时段、保护目标，制定评估工作方案。风险识别：识别全生命周期各阶段的风险源、泄漏路径、环境风险受体，筛选典型风险场景。风险分析：分析典型风险场景的发生概率、泄漏强度、污染物迁移扩散规律、暴露途径，估算风险后果的影响范围与程度。风险评价：将分析得到的风险值与风险可接受水平对比，判定风险等级，确定不可接受风险。风险防控与应急管理：针对不可接受风险制定防控措施、监测方案、应急预案，提出风险减缓的技术与管理要求。评估报告编制：汇总评估过程与结果，形成可落地的风险评估报告。5准备阶段工作要求5.1资料收集5.1.1项目基础资料收集项目可行性研究报告、工程设计方案、环境影响评价文件，明确捕集工艺（燃烧后捕集的吸收剂类型、燃烧前捕集的气化工艺、富氧燃烧的空分系统参数）、CO₂捕集规模（单位：万吨/年）、捕集纯度（要求≥95%，伴生杂质组分及含量：硫化物≤200mg/m³、氮氧化物≤100mg/m³、颗粒物≤10mg/m³、重金属总量≤0.1mg/m³）、输送方式（管道/罐车/船舶、输送压力、温度、年输送量）、地质利用/封存目标层参数（层位、深度、孔隙度、渗透率、厚度、面积、埋存容量）、注入参数（注入压力、注入速率、年注入量、设计注入年限）、工程投资、运行维护方案、退役方案等。

#5.1.2区域环境背景资料

收集项目所在区域的气象资料（近20年平均风速、主导风向、极端风速、温度、降水量、大气稳定度分级数据）、水文资料（地表水流域分布、流量、水位变化、水环境功能区划、饮用水源地分布及保护区范围）、水文地质资料（地下水含水层分布、埋深、径流方向、水力梯度、地下水开采情况、地下水功能区划）、地质资料（区域断层分布、活动断层探测结果、地震烈度、盖层岩性及突破压力、地层渗透率分布、周边废弃井位置及封井情况）、生态资料（生态保护红线范围、自然保护区、风景名胜区、基本农田分布、重点保护动植物栖息地）、人口分布资料（项目周边5km范围内的居民点数量、人口规模、敏感人群（老人、儿童、孕妇）占比、医疗机构分布）。5.1.3相关合规性文件收集国家及地方生态环境相关法律法规、CCUS产业政策、环境质量标准、污染物排放标准、风险管控相关要求，明确项目需满足的合规性条件。5.2评估范围与时段确定5.2.1评估范围捕集系统评估范围为装置边界外扩1km；输送管线评估范围为管线两侧各200m，穿越环境敏感区的段落到边界外扩1km；地质利用与封存评估范围为注入井为中心、CO₂注入后运移最大影响范围外扩3km，且包含所有可能的泄漏路径影响区域。若区域存在环境敏感目标，需将敏感目标全部纳入评估范围。5.2.2评估时段覆盖项目施工建设期、运行期（注入期一般为10~30年）、关停退役期、退役后长期监测期（地质封存项目监测期不少于100年，地质利用项目监测期不少于30年）。5.3保护目标确定明确评估范围内的所有环境敏感保护目标，包括：集中式饮用水源地、备用饮用水源地、居民区、学校、医院、生态保护红线、自然保护区、风景名胜区、基本农田、重要水产养殖区、地下水敏感开采区等，列表说明保护目标的名称、位置、与项目的距离、保护级别、受影响人口数量。6风险识别6.1风险源识别6.1.1捕集阶段风险源吸收塔、解吸塔、CO₂压缩机、输送管道等设备故障：法兰密封失效、阀门泄漏、设备腐蚀破裂等，导致CO₂及伴生杂质（胺类吸收剂、硫化物、氮氧化物、颗粒物、重金属）泄漏。工艺系统异常：吸收剂降解产生挥发性有机污染物（VOCs）、解吸压力控制不当导致超压泄漏、捕集系统停电导致CO₂排放浓度超标。火灾爆炸风险：捕集系统配套的化学品储存区（如胺类吸收剂储罐）发生火灾，释放有毒有害烟气。6.1.2输送阶段风险源管道泄漏：腐蚀（内腐蚀由CO₂伴生水分及酸性杂质导致、外腐蚀由土壤电化学腐蚀导致）、第三方施工破坏、地质灾害（地震、滑坡、地面沉降）导致管道破裂，焊缝缺陷、压力控制失效导致管道超压爆裂。罐车运输风险：交通事故导致罐体破裂、阀件损坏，CO₂低温液体快速汽化泄漏。6.1.3地质利用与封存阶段风险源注入井完整性失效：井管腐蚀、固井质量不合格、水泥环破裂、封隔器失效，导致CO₂沿井壁向上窜流。盖层突破：注入压力超过盖层突破压力，导致CO₂通过盖层微裂隙向上泄漏；区域活动断层激活，形成CO₂运移通道。废弃井窜通：周边未封堵或封堵质量不合格的废弃油气井、水井、地热井，成为CO₂垂直泄漏通道。浅层地下水污染：CO₂泄漏进入浅层地下水后，降低地下水pH值，溶解岩土中的重金属（砷、镉、铅、铬）、有机物等污染物，导致地下水水质恶化。地表泄漏：CO₂通过地层裂隙、溶洞、井管等路径到达地表，导致局部大气CO₂浓度升高。6.2泄漏路径识别按泄漏垂直方向分为三类路径：垂直泄漏路径：井壁窜流、盖层断裂、废弃井窜通，CO₂从目标层向上运移至浅层含水层、土壤、大气。水平泄漏路径：CO₂在目标层内沿高渗透带运移，超出评估范围，或通过侧向连通的含水层进入周边地下水开采区。突发泄漏路径：捕集装置破裂、输送管道爆炸等突发事故，CO₂直接释放到大气中。6.3环境风险受体识别大气受体：评估范围内的人群、陆生植物、大气环境质量。地表水受体：河流、湖泊、水库等地表水体及水生生态系统、饮用水源地取水口。地下水受体：浅层、中层地下水含水层及地下水用户、地下水生态系统。土壤受体：农用地土壤、建设用地土壤、土壤生态系统。人群受体：评估范围内的常住居民、施工人员、运维人员，重点关注敏感人群。6.4典型风险场景筛选结合项目工艺特性、区域地质环境条件，筛选发生概率≥1×10⁻⁶次/年、泄漏量≥1t/次的典型场景，至少包括：捕集装置吸收塔法兰泄漏（孔径10mm，泄漏时长30min）；输送管道DN300焊缝破裂（孔径50mm，泄漏时长1h）；注入井水泥环破裂，CO₂窜入浅层地下水含水层；盖层微裂隙激活，CO₂缓慢泄漏至地表；周边废弃井封堵失效，CO₂沿井壁泄漏至大气。对筛选出的场景逐一开展后续风险分析。7风险分析7.1泄漏频率分析采用故障树分析（FTA）、事件树分析（ETA）、历史数据统计法确定典型场景的发生频率：捕集装置小型泄漏（孔径<50mm）频率参考值：1×10⁻³1×10⁻²次/（单元·年）；大型破裂泄漏（孔径≥50mm）频率参考值：1×10⁻⁵1×10⁻⁴次/（单元·年）。输送管道泄漏频率参考值：小泄漏（孔径<20%管径）1×10⁻⁴次/(km·年)，中泄漏（孔径20%~80%管径）1×10⁻⁵次/(km·年)，破裂（孔径≥80%管径）1×10⁻⁶次/(km·年)；穿跨越敏感区段管道泄漏频率按上述值的1.5倍取值。注入井完整性失效频率参考值：1×10⁻⁴~1×10⁻³次/（井·年），运行超过10年的注入井频率提高至2倍。盖层突破频率参考值：区域无活动断层时≤1×10⁻⁶次/年，存在活动断层时根据断层活动周期评估，最高不超过1×10⁻⁴次/年。7.2泄漏量估算7.2.1气相泄漏量采用伯努利方程计算：

其中：Q为质量泄漏速率（kg/s）；Cd为泄漏系数，圆形孔取0.65；A为泄漏孔面积（m²）；P为容器内压力（Pa）；P0为环境压力（Pa）；M为CO₂摩尔质量（0.044kg/mol）；Z为气体压缩系数；R为气体常数（8.314J/(mol·K)）；T为气体温度（K）；k为绝热指数，CO₂取1.3。

当P/P

#7.2.2地质泄漏量

采用数值模拟法，结合目标层渗透率、注入压力、运移通道参数，模拟100年内CO₂的泄漏速率与累计泄漏量，最小时间步长不低于1年。7.3迁移扩散模拟7.3.1大气扩散模拟采用AFTOX、SLAB等重气体扩散模型，模拟CO₂及伴生污染物的扩散范围：平坦地形下，10t/h的CO₂泄漏，在风速2m/s、大气稳定度F级时，CO₂浓度1.5%（人群暴露15min无有害影响阈值）的影响范围为下风向500m，浓度3%（暴露1h出现中毒症状阈值）的影响范围为下风向200m；山区、峡谷地形下，扩散范围按平坦地形的1.5~2倍估算。模拟结果需输出不同时段、不同气象条件下的污染物浓度分布等值线，明确各阈值对应的影响范围。7.3.2地下水迁移模拟采用TOUGH2、MODFLOW等数值模型，模拟CO₂泄漏进入地下水后的运移规律及水质变化：泄漏的CO₂溶解后会使地下水pH值降低13个单位，当pH值<6.5时，岩土中砷、镉的溶出率可提高510倍；模拟周期不小于100年，输出不同时间节点的CO₂羽状分布范围、pH值分布、污染物浓度分布，识别地下水敏感目标受影响的时间与程度。7.3.3土壤影响模拟当CO₂泄漏到土壤中时，若土壤CO₂浓度超过10%，会抑制植物根系呼吸，导致农作物减产30%以上；浓度超过20%时，可导致植物死亡。模拟需明确土壤中CO₂浓度的水平与垂直分布范围，评估对农用地土壤生产力的影响。

7.4后果分析

#7.4.1人群健康风险

-急性健康风险：CO₂浓度≥3%时，暴露人群会出现头痛、头晕、呼吸加快等症状；浓度≥10%时，暴露10min可导致意识丧失、甚至死亡。采用暴露评估模型计算不同场景下的人员急性中毒、伤亡人数。慢性健康风险：长期暴露于CO₂浓度≥0.15%（1500ppm）的环境中，会导致人员疲劳、注意力下降；伴生的硫化物、胺类污染物长期暴露可引发呼吸系统、神经系统疾病。采用非致癌风险评价模型计算危害商（HQ），HQ≥1时判定为存在不可接受慢性健康风险。7.4.2生态环境风险大气生态风险：CO₂浓度≥0.5%时，部分敏感植物的光合作用效率下降10%以上；伴生的硫化物、氮氧化物可导致植物叶片灼伤、植被覆盖率下降。地下水生态风险：地下水pH值<6.5且重金属浓度超过GB/T14848Ⅲ类标准限值时，判定为地下水污染风险不可接受，影响饮用水源地的需重点评估供水安全风险。土壤生态风险：土壤CO₂浓度长期≥10%，且土壤污染物浓度超过GB15618或GB36600标准限值时，判定为土壤风险不可接受。7.4.3经济损失评估估算风险场景导致的直接经济损失（人员伤亡救治费用、环境治理费用、财产损失、停产损失）与间接经济损失（生态修复费用、公众赔偿费用、应急处置费用），单位为万元。7.5风险值计算采用风险矩阵法计算风险值：R=P×C，其中R为风险值，P为泄漏发生频率（次/年），C为后果严重程度（按人员伤亡、经济损失、环境影响程度分为5级：1级可忽略、2级轻微、3级中等、4级严重、5级极严重）。

##8风险评价

8.1风险可接受水平

人群死亡风险：单个项目导致的个人年死亡风险≤1×10⁻⁶，社会风险满足F-N曲线可接受区域要求（累计频率1×10⁻⁴次/年对应的死亡人数≤1人，1×10⁻⁵次/年对应的死亡人数≤10人）。环境质量风险：泄漏导致的环境介质污染物浓度不超过相应环境质量标准限值，无持久性生态损害。地下水污染风险：CO₂及伴生污染物不得进入集中式饮用水源地含水层，浅层地下水污染物超标范围≤1000m²且可在10年内修复。8.2风险等级划分根据风险值R将风险分为4个等级：重大风险（R≥20）：发生频率高、后果极严重，可能导致群死群伤或重大环境污染事故，需立即采取风险减缓措施，直至风险降低至可接受水平。较大风险（10≤R<20）：发生频率较高、后果严重，或发生频率中等、后果极严重，需采取针对性防控措施，定期监测风险变化。一般风险（5≤R<10）：发生频率中等、后果中等，或发生频率低、后果严重，需加强日常管理，落实常规防控措施。低风险（R<5）：发生频率低、后果轻微，属于可接受风险，维持常规运行管理即可。8.3风险判定将典型场景的风险值与风险等级、可接受水平对比，明确不可接受风险项，列表说明风险项名称、风险等级、影响范围、涉及的保护目标，作为后续防控措施制定的依据。9风险防控技术要求9.1源头防控9.1.1捕集系统防控采用低挥发性、高稳定性的吸收剂，减少VOCs及降解产物产生；捕集系统设置双重压力监测、泄漏报警装置，报警阈值设置为CO₂浓度0.1%（1000ppm）；关键设备采用耐腐蚀材质，定期检测壁厚，检测周期不超过1年。吸收剂储罐设置围堰，围堰容积不小于最大储罐容积的1.1倍，配套泄漏收集与处理装置。9.1.2输送系统防控管道采用抗CO₂腐蚀的无缝钢管，设置阴极保护系统，定期开展管道内检测，检测周期不超过3年；管道沿线设置里程桩、警示标志，高后果区设置视频监控系统，24h值守。管道压力、温度实时在线监测，设置紧急截断阀，阀室间距不超过20km，敏感区段间距不超过10km，泄漏发生后15min内实现自动截断。9.1.3地质利用与封存系统防控注入井采用双完井管柱、抗腐蚀合金材质，固井水泥采用耐CO₂腐蚀的特种水泥，固井质量需满足声波变密度测井优质率≥90%；注入压力严格控制在盖层最小突破压力的80%以下，严禁超压注入。开展区域封存安全性评价，盖层突破压力≥10MPa、埋深≥800m的储层方可作为封存目标层；区域10km范围内无活动断层，5km范围内无未封堵的废弃井。对评估范围内的所有废弃井逐一排查，封堵质量不合格的需重新封堵，采用水泥全井段封固，封井后开展压力测试，确保承压能力不低于注入压力的1.2倍。9.2过程防控9.2.1大气环境监测捕集厂界、输送管线高后果区、注入井场、封存区地表设置CO₂浓度监测点，监测频率为每小时1次，报警阈值为0.15%（1500ppm）；每年开展1次伴生污染物（硫化物、氮氧化物、VOCs）的手工监测。封存区周边居民点设置CO₂连续监测点，数据实时上传至生态环境部门监控平台。9.2.2地下水环境监测分别在注入井上游1km、下游2km、侧向1km处设置地下水监测井，监测层位覆盖浅层、中层含水层及目标层，监测指标包括水位、水温、pH值、电导率、CO₂浓度、重金属、总有机碳等，监测频率为每季度1次，注入稳定后可调整为每半年1次。地下水异常报警阈值为pH值变化超过0.5个单位、CO₂浓度超过背景值2倍、污染物浓度超过标准限值。9.2.3地质监测注入井每年开展1次井完整性检测，包括井管腐蚀检测、水泥环胶结质量检测；封存区每年开展1次地震监测、微地震监测，识别地层裂隙活动情况；每5年开展1次地面形变监测，形变阈值为年沉降量超过10mm。9.3末端防控针对已发生的泄漏事件，分级采取处置措施：轻微泄漏（CO₂浓度低于0.5%、无污染物超标）：立即查找泄漏点，关闭相关阀门，开展设备维修或漏点封堵，疏散周边无关人员，持续监测浓度至恢复正常。中度泄漏（CO₂浓度0.5%~3%、局部污染物超标）：启动应急预案，划定警戒区，疏散下风向500m范围内人员，采用强制通风驱散CO₂云团，对受污染的地下水、土壤开展抽提处理，防止污染扩散。重大泄漏（CO₂浓度≥3%、大范围污染或人员中毒）：立即上报地方政府与生态环境部门，启动区域应急响应，疏散影响范围内所有人员，开展医疗救治，采用注浆封堵泄漏通道，对受污染环境开展长期修复，直至满足环境质量标准要求。

##10应急管理要求

10.1应急预案编制

项目单位需编制专项环境应急预案，与地方政府突发环境事件应急预案衔接，明确应急组织机构、职责分工、预警分级、应急响应流程、应