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第三節(jié)事故風(fēng)險(xiǎn)源項(xiàng)分析
源項(xiàng)分析是建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)工作之一,其準(zhǔn)確度直接關(guān)系環(huán)境風(fēng) 險(xiǎn)評(píng)價(jià)的質(zhì)量。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的源項(xiàng)分析與安全評(píng)價(jià)的分析方法相同,但目的和側(cè)重點(diǎn)不同。安全評(píng)價(jià)通過(guò)源項(xiàng)分析,了解整個(gè)系統(tǒng)中潛在危險(xiǎn),找出事故原因和規(guī) 律、發(fā)生概率,從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn),消除潛在危險(xiǎn),以達(dá)到系統(tǒng)的安全最 優(yōu)化。建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的源項(xiàng)分析是通過(guò)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的潛在危險(xiǎn)識(shí)別及事故概率計(jì)算,篩選出最大可信事故,估算危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏量。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行后果分析,確定該項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)度,與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較,評(píng)價(jià)能否達(dá)到環(huán)境可接受風(fēng)險(xiǎn)水平。
源項(xiàng)分析的目的是通過(guò)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行危害分析,確定最大可信事故、發(fā)生概率和危險(xiǎn)性物質(zhì)泄漏量。
一、源項(xiàng)分析步驟
源項(xiàng)分析是建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中最重要也是最困難的工作。源項(xiàng)分析的范 圍和對(duì)象是建設(shè)項(xiàng)目所包含的所有工程系統(tǒng),從物質(zhì)、設(shè)備、裝置、工藝到與之相關(guān)的其他單元。這個(gè)過(guò)程既包含整個(gè)項(xiàng)目,又是其中一部分。通常將源項(xiàng)分析分為 兩個(gè)階段,前一階段以定性分析為主,后一階段以定量為主。一般認(rèn)為源項(xiàng)分析包 括以下幾個(gè)步驟:
(1) 劃分各功能單元。
通常按功能劃分建設(shè)項(xiàng)目工程系統(tǒng),一般建設(shè)項(xiàng)目有生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)、公用工程 系統(tǒng)、儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、生產(chǎn)輔助系統(tǒng)、環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)、安全消防系統(tǒng)等。將各功能系統(tǒng)劃分為功能單元,每一個(gè)功能單元至少應(yīng)包括一個(gè)危險(xiǎn)性物質(zhì)的主要貯存容器或管 道。并且每個(gè)功能單元與所有其他單元有分隔開(kāi)的地方,即有單一信號(hào)控制的緊急 自動(dòng)切斷閥。
(2) 篩選危險(xiǎn)物質(zhì),確定環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子。
分析各功能單元涉及的有毒有害、易燃易爆物質(zhì)的名稱和貯量,主要列出各單 元所有容器和管道中的危險(xiǎn)物質(zhì)清單,包括物料類型、相態(tài)、壓力、溫度、體積或
重量。
(3) 事故源項(xiàng)分析和最大可信事故篩選。
根據(jù)清單,釆用事件樹(shù)或事故樹(shù)法,或類比分析法,分析各功能單元可能發(fā)生 的事故,確定其最大可信事故和發(fā)生概率。
(4) 估算各功能單元最大可信事故泄漏量和泄漏率。
二、泄漏量計(jì)算
1. 泄漏設(shè)備分析
不論建設(shè)期,還是施工期,由于設(shè)備損壞或操作失誤引起有毒有害、易燃易爆 物質(zhì)泄漏,將會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒,繼而污染環(huán)境,傷害廠外區(qū)域人群和生態(tài)。因此泄漏分析是源項(xiàng)分析的主要對(duì)象。泄漏必然涉及設(shè)備,在建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng) 價(jià)中只有少數(shù)幾種類型生產(chǎn)設(shè)備是泄漏的重要源。可概括為以下10種設(shè)備類型:
(1) 管道。包括管道、法蘭、接頭、彎管,典型泄漏事故為法蘭泄漏、管道泄漏、接頭損壞。
(2) 撓性連接器。包括軟管、波紋管、鉸接臂,典型泄漏事故為破裂泄漏、接頭泄漏、連接機(jī)構(gòu)損壞。
(3) 過(guò)濾器。包括濾器、濾網(wǎng),典型事故為濾體泄漏和管道泄漏。
(4) 閥。包括球閥、栓、阻氣門(mén)、保險(xiǎn)、蝶型閥,典型事故為殼泄漏、蓋孔 泄漏,桿損壞泄漏。
(5) 壓力容器、反應(yīng)槽。包括分離器、氣體洗滌器、反應(yīng)器、熱交換器、火焰加熱器、接受器、再沸器,典型事故為容器破裂泄漏、進(jìn)入孔蓋泄漏、噴嘴斷裂、 儀表管路破裂、內(nèi)部爆炸。
(6) 泵。包括離心泵、往復(fù)泵,典型事故為機(jī)殼損壞、密封壓蓋泄漏。
(7) 壓縮機(jī)。包括離心式壓縮機(jī)、軸流式壓縮機(jī)、往復(fù)式/活塞式壓縮機(jī),典 型事故為機(jī)殼損壞、密封套泄漏。
(8) 貯罐。包括貯罐連接管部分和周?chē)脑O(shè)施,典型事故為容器損壞,接頭
泄漏。
(9) 貯存器。包括壓力容器、運(yùn)輸容器、冷凍運(yùn)輸容器、埋設(shè)的或露天貯存器,典型事故為氣爆、破裂、焊接點(diǎn)斷裂。
(10) 放空燃燒裝置/放空管。包括多岐接頭、氣體洗滌器、分離罐,典型事故為多岐接頭泄漏,或超標(biāo)排氣。
2. 泄漏物質(zhì)性質(zhì)分析
對(duì)于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析,應(yīng)確定每種泄漏事故中泄漏的物質(zhì)性質(zhì),與環(huán)境污染有關(guān) 的性質(zhì)有相(液體、氣體或兩相)、壓力、溫度、易燃性、毒性。由上述性質(zhì)結(jié)合 的幾種泄漏物在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中特別重要,即:在常壓下的液體、受壓下的液化氣
?CdApJ2(P_P°) + 2gh
a
式中:
-液體泄漏速度,kg/s;
-液體泄漏系數(shù),此值常用0.6?0.64。 -裂口面積,m2;
容器內(nèi)介質(zhì)壓力,Pa;
-環(huán)境莊力,Pa;
重力加速度,9.81 m/s2;
裂口之上液位高度,m。
本法的限制條件:液體在噴口內(nèi)不應(yīng)有急劇蒸發(fā)。 (2)氣體泄漏速率。
當(dāng)氣體流速在音速范圍(臨界流):
、丄
+U
式中:一氣體泄漏速度,
P一容器壓力,Pa;
cd一氣體泄漏系數(shù),
方形時(shí)取0.90;
A——裂口面積,m2;
M—一分子量;
kg/s;
當(dāng)裂口形狀為圓形時(shí)取1.00,
三角形時(shí)取0.95,長(zhǎng)
\Mk(
YCdAp
\RTr, I ^*+1
式中:
容器內(nèi)介質(zhì)壓力,Pa;
-環(huán)境壓力,Pa;
氣體的絕熱指數(shù)(熱容比),即定壓熱容C/7與定容熱容CV之比。
Po~
K~
假定氣體的特性是理想氣體,氣體泄漏速度Go按下式計(jì)算:
體、低溫下的液化氣體、加壓下氣體、沸液膨脹蒸氣爆炸物、有毒有害物的混合體。 3.泄漏量計(jì)算 (1)液體泄漏速率。
液體泄漏速度用柏努利方程計(jì)算:
(2-1)
(2-2)
當(dāng)氣體流速在亞音速范圍(次臨界流):
Po ,
(2-3)
(2-4)
-氣體常數(shù),J/(mobK);
R-
tg-
-氣體溫度,K;
(2-5)
流出系數(shù),對(duì)于臨界流7=1.0,對(duì)于次臨界流按下式計(jì)算:
Po1
K
X<1-Po(*-01
K2
> '2 "X'K+\(叫
(r-i)
-P - .P . _K-\_ _ 2 _
(3)兩相流泄漏。
假定液相和氣相是均勻的,且互相平衡,兩相流泄漏計(jì)算按下式:
(2-6)
?CdAyl2Pm(P-Pc)
式中:
0LG——兩相流泄漏速度,kg/S;
Cd——兩相流泄漏系數(shù),可取0.8;
A——裂□面積,m2; p——操作壓力或容器壓力,Pa;
pc----- 臨界壓力,Pa,可取;?c=0.55/7;
pm——兩相混合物的平均密度,kg/m3,
液體蒸發(fā)的蒸氣密度,kg/m3;
液體密度,kg/m3;
-蒸發(fā)的液體占液體總量的比例,由下式計(jì)算:
-兩相混合物的定壓比熱,J/(kg.K);
-兩相混合物的溫度,K;
-液體在臨界壓力下的沸點(diǎn),K;
?液體的汽化熱,J/kg。
當(dāng)FV>1時(shí),表明液體將全部蒸發(fā)成氣體,這時(shí)應(yīng)按氣體泄漏計(jì)算;如果Fv 很小,則可近似地按液體泄漏公式計(jì)算。
(4)泄漏液體蒸發(fā)。
泄漏液體的蒸發(fā)分為閃蒸蒸發(fā)、熱量蒸發(fā)和質(zhì)量蒸發(fā)三種,其蒸發(fā)總量為這三種蒸發(fā)之和。
①閃蒸量的估算。
■蒸發(fā)的液體占液體總量的比例;
f 二a
式中:cp- Tl- Tb~ H~
-液體的定壓比熱,J/(kg_K);
?泄漏前液體的溫度,K;
?液體在常壓下的沸點(diǎn),K;
液體的汽化熱,J/kg。
②熱量蒸發(fā)估算。
當(dāng)液體閃蒸不完全,有一部分液體在地面形成液池,并吸收地面熱量而汽化稱為熱量蒸發(fā)。熱量蒸發(fā)的蒸發(fā)速度込按下式計(jì)算:
速度,kg/s;
_環(huán)境溫度,K;
-沸點(diǎn)溫度;K;
-液池面積,m2;
-液體汽化熱,J/kg;
-表面熱導(dǎo)系數(shù)(表2-10),W/(m-K);
-表面熱擴(kuò)散系數(shù)(表2-10), m2/s;
蒸發(fā)時(shí)間,So
表2-10某些地面的熱傳遞性質(zhì)
地面情況A/[W/(m*K)]a/ (m2/s)
水泥1.11.29 XI0-7
土地(含水8%)0.94.3X10-7
干闊土地0.32.3 XI O'7
濕地0.63.3X10-7
沙礫地2.5li.oxio-7
③質(zhì)量蒸發(fā)估算。
當(dāng)熱量蒸發(fā)結(jié)束,轉(zhuǎn)由液池表面氣流運(yùn)動(dòng)使液體蒸發(fā),稱之為質(zhì)量蒸發(fā)。
質(zhì)量蒸發(fā)速度込按下式計(jì)算:
Q3=a>
式中:a——質(zhì)量蒸發(fā)速度,kg/s;
a, n 大氣穩(wěn)定度系數(shù),見(jiàn)表2-11;
p——液體表面蒸氣壓,Pa;
R——?dú)怏w常數(shù),J/(mol.K);
T0 環(huán)境溫度,K;
u----- 風(fēng)速,m/s;
r——液池半徑,m。
表2-11大氣穩(wěn)定度系數(shù)
穩(wěn)定度條件na
不穩(wěn)定(A, B)0.23.846X10-3
中性(D)0.254.685X10—3
穩(wěn)定(E, F)0.35.285 X10~3
液池最大直徑取決于泄漏點(diǎn)附近的地域構(gòu)型、泄漏的連續(xù)性或瞬時(shí)性。有圍堰 時(shí),以圍堰最大等效半徑為液池半徑;無(wú)圍堰時(shí),設(shè)定液體瞬間擴(kuò)散到最小厚度時(shí), 推算液池等效半徑。
④液體蒸發(fā)總量的計(jì)算。
『p=2l 6+02,2 + 03,3 (2-13)
式中:灰p——液體蒸發(fā)總量,kg; e,——閃蒸蒸發(fā)速度,kg/s;
Q2---- 熱量蒸發(fā)速度,kg/s;
U——閃蒸蒸發(fā)時(shí)間,s; h——熱量蒸發(fā)時(shí)間,S;
03---- 質(zhì)量蒸發(fā)速度,kg/s;
h——從液體泄漏到液體全部處理完畢的時(shí)間,S。
三、最大可信事故概率確定
首先應(yīng)明確,最大可信事故概率的含義是所有可預(yù)測(cè)的概率不為零,不一定是 概率最大事故,但是危害最嚴(yán)重的事故概率,常用事件樹(shù)分析法確定事故概率。
事件樹(shù)分析法是一種邏輯演繹法,它在給定一個(gè)初因事件的情況下,分析該初因事件可能導(dǎo)致的各種事件序列的后果,從而定性與定量評(píng)價(jià)系統(tǒng)特性。事件樹(shù)可
以描述系統(tǒng)中可能發(fā)生的事件,是安全分析中的有效方法。世界銀行《工業(yè)污染事故評(píng)價(jià)技術(shù)手冊(cè)》把事件樹(shù)法推薦為事故泄漏后果分析方法。《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn) 影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》也推薦了這種方法。一般泄漏事故有四種:易燃易爆氣體泄漏、 毒性氣體泄漏、可燃液體泄漏和毒性液體泄漏。可以用四種典型事件樹(shù)形圖描述事故的各種后果,事件樹(shù)形圖每個(gè)分支點(diǎn)或每個(gè)節(jié)點(diǎn),均展示出一個(gè)有關(guān)的泄漏問(wèn)題。 例如有毒氣體事件樹(shù)形圖(圖2-5)。
圖2-5毒性氣體事件樹(shù)
事件樹(shù)的定量化是計(jì)算每條事件序列發(fā)生的概率。首先需確定初因事件發(fā)生頻率和各條事件概率,事件樹(shù)概率則由各條事件序列概率矩陣綜合計(jì)算分析求得。
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