氨水罐泄漏事故大气环境风险评估.pdf
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1、第5期氨水罐泄漏事故大气环境风险评估陈明超1,肖波2(1.山东中再生环境科技有限公司,山东 济南251400;2.国能(山东)能源环境有限公司,山东 济南251400)摘要:风险物质泄漏的环境风险评估是各类企业编制环境风险评估报告的重点之一。氨水在燃煤电厂中的应用主要是作为烟气脱硝的还原剂,虽然其安全性高于液氨,但是存在的环境风险依然要引起足够的重视。以某燃煤电厂为例,分析氨水储罐泄漏产生的环境风险。采用AFTOX模型模拟了突发氨水泄漏引发液体蒸发的风险事故,以及不利气象条件下事故风险预测,提出氨水泄漏防范措施及事故应急处理措施。关键词:氨水泄漏;环境风险;AFTOX模型中图分类号:X928文
2、献标识码:B文章编号:2096-7691(2023)05-093-04作者简介:陈明超(1984),男,工程师,现任职于山东中再生环境科技有限公司,主要从事环保咨询、环保管家工作。Tel:15275116783,E-mail:引用格式:陈明超,肖波.氨水罐泄漏事故大气环境风险评估 J.能源科技,2023,21(5):93-96.0引言根据 建设项目环境风险评价技术导则(HJ1692018),环境风险类型包括危险物质泄漏,以及火灾、爆炸等引发的伴生/次生污染物排放。氨水已被广泛应用于工业、农业、医药、国防等各个领域,特别是在燃煤电厂、炼钢厂中烟气超低排放改造中,氨水应用越来越广泛。氨水别名氢氧化
3、铵、氨溶液(含氨10%35%),易分解释放出氨气,温度越高,分解速度越快,可形成爆炸性气氛。若遇高热,容器内压增大,有开裂和爆炸的危险。当其泄漏,会造成严重大气污染。为预防以上问题的出现,企业必须开展以环境风险评价与预警为基石的主动环境风险管理1。1企业概况与大气风险等级四川省内江市某燃煤电厂隶属于国家能源集团,分期建设有 1 台国产 300 MW 汽轮发电机组、1 台1 025 t/h的常压循环流化床锅炉和1 台600 MW汽轮发电机组、1台1 900 t/h的超临界循环流化床锅炉。2020年对1 900 t/h的超临界循环流化床锅炉超低排放改造时建设3.2 m3.8 m(28 m3)氨水储
4、罐两座,储存浓度为20%氨水。氨水易分解释放出氨气,温度越高,分解速度越快。氨气在常温常压下为无色气体,有强烈的刺激性气味,属于有毒、有害、强刺激性的气体2。一旦接触即会发生“急风暴雨”式的刺激症状,使身体受到严重的化学灼伤,尤其以呼吸道、口腔、眼等黏膜为甚,且会引起肺水肿、肝脏损害、痉挛以至死亡。大量泄漏到空气中的氨气遇明火易发生爆炸,氨气的爆炸下限为15%,上限为30.2%,默认报警点是15 mg/L(一级浓度)、30 mg/L(二级浓度)。若未遇火源,高浓度的氨气飘浮在空气中,短时间内吸入高浓度氨气,可引起人员急性中毒2,见表1。第21卷 第5期Vol.21No.52023年10月Oct
5、.2023名称20%氨水CAS号1336-21-6物态液态储存方式常压罐最大储存量/t41.2临界量/t10Q值4.12储存位置二期脱硫塔南侧表1大气环境风险物质根据 企业突发环境事件风险分级方法(HJ9412018),企业大气环境风险防控措施与突发大气环境事件发生情况评估得分为“0”,企业生产工艺过程与环境风险控制水平类型为M1;项目周边5 km内居住区、医疗卫生、文化教育、科研、行政办公等机构人口总数大于5 万,大气环境敏感程度为E1,因此得出企业突发大气环境事件风险等级为“较大”。第5期陈明超等:氨水罐泄漏事故大气环境风险评估2突发环境风险评估2.1风险识别氨通常采用液态形式贮存和运输,
6、一般用槽车运至电厂。厂内氨水贮存系统包括氨水卸料泵、氨水储罐、废水泵等。氨水运来后,利用卸料泵将氨水由槽车输入储罐内,储罐输出的20%氨水经计量分配系统精确计量后输送至炉前喷射区。氨水在运输、贮存和使用过程中存在的环境风险因素主要为:运输风险因素。运输过程中风险因素主要为运输罐车翻车导致储罐破裂氨水泄漏,氨水罐车自带卸车金属软管表面老化、磨损严重导致泄漏。储存时氨水泄漏。储罐破损、储罐的出口阀门密封不严泄漏、连接的软管破损泄漏、软管与接头的连接处密封不严泄漏、各接头及压力表的安全密封不严泄漏;使用过程中环境风险因素。使用过程中风险因素为氨水输送设备、还原剂制备系统等设备发生泄漏,员工生产操作技
7、术不符合规范导致氨水泄漏,连接管阀门密封不严泄漏。2.2风险事故情形设定代表性事故为 20%浓度氨水储罐泄漏,设定为本次环境风险事故情形。根据 建设项目环境风险评价技术导则(HJ 1692018),附录E给出了10 种典型泄漏设备类型和各种典型的损坏类型。管道、泵、压缩机、储罐、装卸臂等都是典型的易泄漏部件。管道的典型损坏形状是管道裂孔、法兰泄漏和焊接不良;储罐的典型损坏形状是容器损坏、接头泄漏、气爆、焊接点断裂、罐体破裂。根据以上分析及风险识别,结合该企业特点,确定最大可信事故为氨水输送管线泄漏,最大可信事故见表2。表2最大可信事故确定事故位置氨水储罐区火灾、爆炸性、毒性易挥发,有毒气体最大
8、可信事故氨水输送管线泄漏,全管径泄露泄露概率110-6/a泄漏类型分为连续型泄漏、瞬时型泄漏。连续型泄漏(小量泄漏)是指容器或管道破裂及阀门损坏,或单个包装的单处泄漏,特点是连续释放,但流量流速不变,使连续少量泄漏形成有毒气体呈扇形向下风扩散;瞬间型泄漏(大量泄漏)是指储罐或容器爆炸解体的瞬间,使大量泄漏物形成一定高度的毒气云团呈扇形向下风扩散3。2.3泄漏风险物质源强企业设置一处氨水罐区,2 座28 m3氨水储罐,围堰面积为12 m7 m。选取氨水输送管道与氨水储罐连接处(接头)泄漏,根据 建设项目环境风险评价技术导则(HJ1692018)附录F,计算氨水泄漏速率。QL=CdA2()P-P0
9、+2gh式中:QL为液体泄漏速度,kg/s;Cd为液体泄漏系数,此值常用0.60.65,取0.65;A为裂口面积,取输送管道管径 100%断裂,氨水输送管道直径 DN32,面积为 8.304 8 cm2;为介质密度,920.4 kg/m3;P、P0为储罐内介质压力、环境压力,Pa;g 为重力加速度,9.81 m/s2;h 为裂口之上液位高度,m,取 h=3.8 m,见表3。P/Pa97 000P0/Pa97 000H/m3.8A/cm28.304 8密度/(kgm-3)920.4Cd0.65泄漏速率/(kgs-1)4.15泄漏持续时间/min10泄漏量/t2.49表3氨水储罐泄漏量计算参数由表
10、3可知,氨水泄漏速率为4.15 kg/s,10 min泄漏量为2.49 t。2.4环境风险预测2.4.1预测模式选取根据 建设项目环境风险评价技术导则(HJ1692018)附录 G 的要求,氨水储罐为常温常压储存,氨水泄漏后,在围堰中形成液池,并随着表面风的对流而蒸发扩散。采用SHELL蒸发模型计算液体的蒸发速率。液体的蒸气压为48.266 kPa,蒸气压小于环境气压,物质以质量蒸发气化,初始气团为空气和物质混合物。物质蒸发速率为0.079 084(kg/s)。烟团初始密度未大于空气密度,不计算理查德森数。扩散计算,建议采用AFTOX模式。2.4.2预测结果由上述可知,企业涉气风险为较大风险,
11、选取最不利气象条件预测,最不利气象条件取F类稳定度,风速1.5 m/s、温度25,相对湿度50%。氨气廓线的阈值参照 建设项目环境风险评价技术导则(HJ1692018)附录H,毒性终点一级浓度为770 mg/m3,毒性终点二级浓度为110 mg/m3。经AFTOX模式预测,在最不利气象条件下,氨气浓度达到大气毒性终点浓度的最大影响范围为100 m,94第5期向风距离/m101102103104105106107108109101010111012101310出现时间/min0.111.222.333.444.565.676.787.899.0010.1111.2212.3313.4414.56
12、浓度/(mgm-3)1.71E+047.08E+022.52E+021.33E+028.39E+015.84E+014.33E+013.36E+012.70E+012.22E+011.86E+011.59E+011.38E+011.21E+01向风距离/m1 4101 5101 6101 7101 8101 9102 0102 1102 2102 3102 4102 5102 6102 710出现时间/min15.6716.7817.8919.0020.1121.2222.3323.4424.5625.6726.7827.8929.0038.11浓度/(mgm-3)1.06E+019.67E+
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