2015年環(huán)境影響評價師《技術(shù)方法》章節(jié)講義2.3
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第三節(jié)事故風(fēng)險源項分析
源項分析是建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價的基礎(chǔ)工作之一,其準(zhǔn)確度直接關(guān)系環(huán)境風(fēng) 險評價的質(zhì)量。環(huán)境風(fēng)險評價的源項分析與安全評價的分析方法相同,但目的和側(cè)重點不同。安全評價通過源項分析,了解整個系統(tǒng)中潛在危險,找出事故原因和規(guī) 律、發(fā)生概率,從而對系統(tǒng)進行調(diào)整和改進,消除潛在危險,以達到系統(tǒng)的安全最 優(yōu)化。建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價中的源項分析是通過對建設(shè)項目的潛在危險識別及事故概率計算,篩選出最大可信事故,估算危險化學(xué)品泄漏量。在此基礎(chǔ)上進行后果分析,確定該項目風(fēng)險度,與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較,評價能否達到環(huán)境可接受風(fēng)險水平。
源項分析的目的是通過對建設(shè)項目進行危害分析,確定最大可信事故、發(fā)生概率和危險性物質(zhì)泄漏量。
一、源項分析步驟
源項分析是建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評價中最重要也是最困難的工作。源項分析的范 圍和對象是建設(shè)項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。這個過程既包含整個項目,又是其中一部分。通常將源項分析分為 兩個階段,前一階段以定性分析為主,后一階段以定量為主。一般認為源項分析包 括以下幾個步驟:
(1) 劃分各功能單元。
通常按功能劃分建設(shè)項目工程系統(tǒng),一般建設(shè)項目有生產(chǎn)運行系統(tǒng)、公用工程 系統(tǒng)、儲運系統(tǒng)、生產(chǎn)輔助系統(tǒng)、環(huán)境保護系統(tǒng)、安全消防系統(tǒng)等。將各功能系統(tǒng)劃分為功能單元,每一個功能單元至少應(yīng)包括一個危險性物質(zhì)的主要貯存容器或管 道。并且每個功能單元與所有其他單元有分隔開的地方,即有單一信號控制的緊急 自動切斷閥。
(2) 篩選危險物質(zhì),確定環(huán)境風(fēng)險評價因子。
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) 事故源項分析和最大可信事故篩選。
根據(jù)清單,?用事件樹或事故樹法,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分析的主要對象。泄漏必然涉及設(shè)備,在建設(shè)項目環(huán)境風(fēng)險評 價中只有少數(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、連接機構(gòu)損壞。
(3) 過濾器。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、保險、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,典型事故為機殼損壞、密封壓蓋泄漏。
(7) 壓縮機。包括離心式壓縮機、軸流式壓縮機、往復(fù)式/活塞式壓縮機,典 型事故為機殼損壞、密封套泄漏。
(8) 貯罐。包括貯罐連接管部分和周圍的設(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、運輸容器、冷凍運輸容器、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
對于環(huán)境風(fēng)險分析,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)險評價中特別重要,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):
、?
+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)裂口形狀為圓形時取1.00,
三角形時取0.95,長
\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.泄漏量計算 (1)液體泄漏速率。
液體泄漏速度用柏努利方程計算:
(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),對于臨界流7=1.0,對于次臨界流按下式計算:
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,K;
?液體的汽化熱,J/kg。
當(dāng)FV>1時,表明液體將全部蒸發(fā)成氣體,這時應(yīng)按氣體泄漏計算;如果Fv 很小,則可近似地按液體泄漏公式計算。
(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。
?、匍W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,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)速度搡按下式計算:
速度,kg/s;
_環(huán)境溫度,K;
-沸點溫度;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);
-表面熱擴散系數(shù)(表2-10), m2/s;
蒸發(fā)時間,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
?、圪|(zhì)量蒸發(fā)估算。
當(dāng)熱量蒸發(fā)結(jié)束,轉(zhuǎn)由液池表面氣流運動使液體蒸發(fā),稱之為質(zhì)量蒸發(fā)。
質(zhì)量蒸發(fā)速度搡按下式計算:
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),見表2-11;
p――液體表面蒸氣壓,Pa;
R――氣體常數(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附近的地域構(gòu)型、泄漏的連續(xù)性或瞬時性。有圍堰 時,以圍堰最大等效半徑為液池半徑;無圍堰時,設(shè)定液體瞬間擴散到最小厚度時, 推算液池等效半徑。
?、芤后w蒸發(fā)總量的計算。
『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)時間,s; h――熱量蒸發(fā)時間,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)測的概率不為零,不一定是 概率最大事故,但是危害最嚴重的事故概率,常用事件樹分析法確定事故概率。
事件樹分析法是一種邏輯演繹法,它在給定一個初因事件的情況下,分析該初因事件可能導(dǎo)致的各種事件序列的后果,從而定性與定量評價系統(tǒng)特性。事件樹可
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)污染事故評價技術(shù)手冊》把事件樹法推薦為事故泄漏后果分析方法?!督ㄔO(shè)項目環(huán)境風(fēng)險 影響評價技術(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形圖描述事故的各種后果,事件樹形圖每個分支點或每個節(jié)點,均展示出一個有關(guān)的泄漏問題。 例如有毒氣體事件樹形圖(圖2-5)。
圖2-5毒性氣體事件樹
事件樹的定量化是計算每條事件序列發(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,事件樹概率則由各條事件序列概率矩陣綜合計算分析求得。
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