2018环评师《技术方法》教材：事故风险源项分析

第二章工程分析

工程分析是环境影响评价中分析项目建设影响环境内在因素的重要环节。由于建设项目对环境影响的表现不同，可以分为以污染影响为主的污染型建设项目的工程分析和以生态破坏为主的生态影响型建设项目的工程分析。

第三节事故风险源项分析

源项分析是建设项目环境风险评价的基础工作之一，源项分析在环境风险评价专题都是假定情形，是对可能的事故潜在源提出的假定。、由于事故情形触发因素具有不确定性，源项分析就具有较大的不确定性，因此事故情形的设定并不能包含全部可能的环境风险，但通过代表性的事故情形分析可为风险管理提供技术支持。事源项分析应在环境风险识别的基础上进行，同一种危险物质，可能有火灾、爆炸、泄漏等多种事故形态。风险事故情形应当包括有毒有害物质泄漏，以及火灾、爆炸等引发的伴生/次生事故。对不同环境要素产生影响的事故情形，应分别进行设定。设定的事故情形应具有危险物质、环境危害、危害途径等方面的代表性。环境风险评价的源项分析与安全评价的分析方法相似，但目的和侧重点不同。安全评价通过源项分析，了解整个系统中潜在危险，找出事故原因和规律、发生概率，从而对系统进行调整和改进，消除潜在危险，以达到系统的安全最优化。建设项目环境风险评价中的源项分析是通过对建设项目的潜在危险识别，估算危险化学品泄漏量或判断物质与能量意外释放的量。在此基础上进行后果分析，确定该项目对环境可能产生严重危害的途径和后果。

源项分析的目的是通过对建设项目进行危害分析，确定最大可信事故、发生概率和危险性物质泄漏量。

一、源项分析步骤

源项分析是建设项目环境风险评价中最重要也是最困难的工作。源项分析的范围和对象是建设项目所包含的所有工程系统，从物质、设备、装置、工艺到与之相关的其他单元。这个过程既包含整个项目，又是其中一部分。通常将源项分析分为两个阶段，前一阶段以定性分析为主，后一阶段以定量分析为主。一般认为源项分析包括以下几个步骤：

(1)划分各功能单元。通常按功能划分建设项目工程系统，一般建设项目有生产运行系统、公用工程系统、储运系统、生产辅助系统、环境保护系统、安全消防系统等。将各功能系统划分为功能单元，每一个功能单元至少应包括一个危险性物质的主要贮存容器或管道。并且每个功能单元与所有其他单元有分隔开的地方，即有单一信号控制的紧急自动切断阀。

(2)筛选危险物质，确定环境风险评价因子。分析各功能单元涉及的有毒有害、易燃易爆物质的名称和贮量，主要列出各单元所有容器和管道中的危险物质清单，包括物料类型、相态、压力、温度、体积或重量，

(3)事故源项分析和最大可信事故筛选。根据清单，采用事件树或事故树法，或类比分析法，分析各功能单元可能发生的事故，确定其最大可信事故和发生概率。

(4)估算各功能单元最大可信事故泄漏量和泄漏概率。

二、泄漏量计算

1.泄漏设备分析

不论建设期，还是施工期，由于设备损坏或操作失误引起有毒有害、易燃易爆物质泄漏，将会导致火灾、爆炸、中毒，继而污染环境，伤害厂外区域人群和生态。因此泄漏分析是源项分析的主要对象。泄漏必然涉及设备，在建设项目环境风险评价中只有少数几种类型生产设备是泄漏的重要源。可概括为以下10种设备类型：

(1)管道。包括管道、法兰、接头、弯管，典型泄漏事故为法兰泄漏、管道泄漏、接头损坏。

(2)挠性连接器。包括软管、波纹管、铰接臂，典型泄漏事故为破裂泄漏、接头泄漏、连接机构损坏。

(3)过滤器。包括滤器、滤网，典型事故为滤体泄漏和管道泄漏。

(4)阀。包括球阀、栓、阻气门、保险、蝶型阀，典型事故为壳泄漏、盖孔泄漏，杆损坏泄漏。

(5)压力容器、反应槽。包括分离器、气体洗涤器、反应器、热交换器、火焰加热器、接受器、再沸器，典型事故为容器破裂泄漏、进入孔盖泄漏、喷嘴断裂、仪表管路破裂、内部爆炸。

(6)泵。包括离心泵、往复泵，典型事故为机壳损坏、密封压盖泄漏。

(7)压缩机。包括离心式压缩机、轴流式压缩机、往复式/活塞式压缩机，典型事故为机壳损坏、密封套泄漏。

(8)贮罐。包括贮罐连接管部分和周围的设施，典型事故为容器损坏，接头泄漏。

(9)贮存器。包括压力容器、运输容器、冷冻运输容器、埋设的或露天贮存器，典型事故为气爆、破裂、焊接点断裂。

(10)放空燃烧装置/放空管。包括多岐接头、气体洗涤器、分离罐，典型事故为多岐接头泄漏，或超标排气。

2.泄漏物质性质分析

对于环境风险分析，应确定每种泄漏事故中泄漏的物质性质，与环境污染有关的性质有相(液体、气体或两相)、压力、温度、易燃性、毒性。由上述性质结合的几种泄漏物在环境风险评价中特别重要，即：在常压下的液体、受压下的液化气体、低温下的液化气体、加压下气体、沸液膨胀蒸气爆炸物、有毒有害物的混合体。

3.泄漏量计算

(1)液体泄漏速率

液体泄漏速度QL用柏努利方程计算：

式中：QL——液体泄漏速度，kg/s;

Cd——液体泄漏系数，此值常用0.6～0.64。

A——裂口面积，1112：

p——液体密度，kgrri3;

p——容器内介质压力，Pa:

p0——环境压力，Pa;

g——重力加速度，9.81m/s2;

h——裂口之上液位高度，m。

本法的限制条件：液体在喷口内不应有急剧蒸发。

(2)气体泄漏速率

当气体流速在音速范围(临界流)：

当气体流速在亚音速范围(次临界流)：

式中：p——容器内介质压力，Pa;

P0——环境压力，Pa;

K-气体的绝热指数(热容比)，即定压热容Cp与定容热容Cv之比。

假定气体的特性是理想气体，气体泄漏速度QG按下式计算：

式中;QG ——气体泄漏速度，kg/s:

p——容器压力，Pa;

Cd——气体泄漏系数，当裂口形状为圆形时取1.00，三角形时取0.95，长方形时取0.90:

A——裂口面积， m2;

M——分子量;

R——气体常数，J/(mol·K);

TG——气体温度，K;

Y——流出系数，对于临界流Y=1.0，对于次临界流按下式计算：

(3)两相流泄漏

假定液相和气相是均匀的，且互相平衡，两相流泄漏计算按下式：

式中：QLG——两相流泄漏速度，kg/s:

Cd——两相流泄漏系数，可取0.8;

A——裂口面积，m2;

p——操作压力或容器压力，Pa;

pc——临界压力，Pa，可取PC=0.55p:

Pm ——两相混合物的平均密度，kg/ m3，由下式计算：

式中;ρ1——液体蒸发的蒸气密度，kg/ m3:

ρ2——液体密度，kg/m3;

Fv ——蒸发的液体占液体总量的比例，由下式计算：

式中：cp——两相混合物的定压比热，J/(kg.K);

TLG——两相混合物的温度，K:

TC——液体在临界压力下的沸点，K;

H——液体的汽化热，J/kg。

当FV>1时，表明液体将全部蒸发成气体，这时应按气体泄漏计算：如果Fv很小，则可近似地按液体泄漏公式计算。

(4)泄漏液体蒸发

泄漏液体的蒸发分为闪蒸蒸发、热量蒸发和质量蒸发三种，其蒸发总量为这三种蒸发之和。

①闪蒸量的估算。

过热液体闪蒸量可按下式估算：

式中：Q1——闪蒸量，kg/s;

WT——液体泄漏总量，kg;

t1——闪蒸蒸发时间，s：

F——蒸发的液体占液体总量的比例;按下式计算：

式中：Cp——液体的定压比热，J/(kg·K);

TL——泄漏前液体的温度，K：

TP——液体在常压下的沸点，K;

H——液体的汽化热，J/kg，

当液体闪蒸不完全，有一部分液体在地面形成液池，并吸收地面热量而汽化称为热量蒸发。热量蒸发的蒸发速度Q2按下式计算：

式中：Q2——热量蒸发速度，kg/s;

T0——环境温度，K;

Tb——沸点温度;K;

S——液池面积，m2;

H——液体汽化热，J/kg;

λ——表面热导系数(表2-10).W/(m K);

α——表面热扩散系数(表2，10)， m2/S:

t——蒸发时间.s。

③质量蒸发估算。

当热量蒸发结束，转由液池表面气流运动使液体蒸发，称之为质量蒸发。质量蒸发速度Q3按下式计算：

式中：Q3 ——质量蒸发速度，kg/s;

a，n——大气稳定度系数，见表2-11;

p——液体表面蒸气压，Pa;

R——气体常数，J/(mol·K);

T0——环境温度，K;

u——风速，m/s;

r——液池半径，m。

液池最大直径取决于泄漏点附近的地域构型、泄漏的连续性或瞬时性。有围堰时，以围堰最大等效半径为液池半径;无围堰时，设定液体瞬间扩散到最小厚度时，推算液池等效半径。

④液体蒸发总量的计算。

式中：Wp——液体蒸发总量，kg;

Q1——闪蒸蒸发速度，kg/s;

Q2——热量蒸发速度，kg/s;

t1——闪蒸蒸发时间，s：

t2——热量蒸发时间，s：

Q3——质量蒸发速度，kg/s;

t3——从液体泄漏到液体全部处理完毕的时间，s。

三、最大可信事故概率确定

首先应明确，最大可信事故概率的含义是所有可预测的概率不为零，不一定是概率最大事故，但是危害最严重的事故概率，常用事件树分析法确定事故概率。

事件树分析法是一种逻辑演绎法，它在给定一个初因事件的情况下，分析该初因事件可能导致的各种事件序列的后果，从而定性与定量评价系统特性。事件树可以描述系统中可能发生的事件，是安全分析中的有效方法。世界银行《工业污染事故评价技术手册》把事件树法推荐为事故泄漏后果分析方法。《建设项目环境风险影响评价技术导则>也推荐了这种方法。一般泄漏事故有四种：易燃易爆气体泄漏、毒性气体泄漏、可燃液体泄漏和毒性液体泄漏。可以用四种典型事件树形图描述事故的各种后果，事件树形图每个分支点或每个节点，均展示出一个有关的泄漏问题。例如有毒气体事件树形图(图2-5)。

事件树的定量化是计算每条事件序列发生的概率。首先需确定初因事件发生频率和各条事件概率，事件树概率则由各条事件序列概率矩阵综合计算分析求得。