基于AFTOX模型预测盐酸泄漏的环境风险预测与评价

边长龙

作者简介：边长龙，男，陕西榆林人，工程师，硕士，主要从事环保工程设计及环境影响评价等工作。

摘要：盐酸在工业企业中广泛应用，盐酸易挥发有毒有害的HCl气体，在企业储存过程中一旦发生泄漏会对环境造成较大的影响。本文以某企业盐酸储罐泄漏引发环境事件为研究对象，采取AFTOX模型对该企业盐酸储罐的环境风险进行预测评价，提出了切实可行的环境风险防范措施，以降低环境风险影响程度。

关键词：AFTOX模型；盐酸泄漏；环境风险；预测评价

引言

盐酸在医药合成、工业生产及水的消毒等行业中作为重要的工业原料而得到广泛应用于。由于盐酸的用途广泛，近年来发生盐酸泄漏的事故也越来越多。盐酸泄漏后挥发的HCl气体不仅对环境有产生危害，还可能会造成人员中毒、伤亡事件，因此降低盐酸储罐的泄漏风险是企业必须重视的问题。本文以某企业盐酸储罐发生泄漏事故为源项，依据《建设项目环境风险评价技术导则》（HJ 169-2018），对盐酸储罐发生泄漏事故产生的环境风险进行预测，科学的预测盐酸泄漏事故产生HCl气体的影响范围和程度，并提出可行的环境风险防范措施和应急管理要求，以降低企业盐酸储罐发生泄漏事故对外环境的影响程度，不仅对企业的安全生产提供指导，同时也为应急管理部门的应急指挥提供科学的依据[1-4]。

1、风险识别

盐酸具有强烈的刺激性气味，同时具有很强的腐蚀性，因此盐酸储罐泄漏后都会伴随发生质量蒸发而产生HCl气体。HCl为无色有毒气体，有强烈的刺激性，扩散后会对环境造成污染甚至对人体造成危害。HCl的大气毒性终点浓度-1的意义为人员短期暴露在HCl中发生死亡的浓度，大气毒性终点浓度-2的意义为人员短期暴露在HCl中影响人体健康的浓度[5]。

2、源项分析

环境风险的关注重点是企业产生的环境事故对厂区外环境造成的影响，最大可信事故是在所有概率不为零的环境事件中对环境造成危害最严重的事故。因此最大可信事故为储罐破裂导致盐酸泄漏，泄漏的盐酸挥发产生HCl随大气扩散造成污染环境并影响周围人群健康。

2.1盐酸储罐泄漏源强

盐酸常温常压下为液态，其泄漏量采用HJ 169-2018中附录F所列的方法进行计算，泄漏速度（QL）计算公式见式（1）：

式中：QL—液体泄漏速率，kg/s；Cd—液体泄漏系数；此值一般介于0.40～0.65之间，本文以最不利情形计，取0.65；A—裂口面积，m2；裂口直径取30mm，则裂口面积为0.00031m2；ρ—泄漏液体密度，kg/m3；取1170kg/m3（以37%盐酸计）；P—容器内介质的压力，Pa；盐酸储罐为常压罐，取101000Pa；P0—环境压力，Pa；取101000Pa；g—重力加速度，9.81m/s2；h—裂口之上液位高度，m；取5m（Φ3000*5000mm立式罐）。

经过计算，该企业盐酸储罐发生泄漏时泄漏速率为2.335kg/s，企业应急响应时间以10分钟计，则储罐泄漏盐酸的量约为1.4t。

2.2盐酸储罐泄漏后蒸发量源强

泄漏物料蒸发总量为闪蒸蒸发、热量蒸发和质量蒸发的总和。根据调查，企业盐酸一般为常温常压储罐，发生泄漏后几乎不发生闪蒸蒸发；盐酸的储存温度低于其沸点，因此亦不会发生热量蒸发，故蒸发总量约等于质量蒸发量。质量蒸发速率（Q）的计算采用HJ 169-2018附录F中计算公式，见式（2）：

式中：Q—质量蒸发速率，kg/s；p—液体表面蒸气压，Pa；以37%盐酸计，25℃下表面蒸气压为30660pa；R—气体常数，J/（mol·K）；取8.134；T0—环境温度，K；取298.15；M—物质的摩尔质量，kg/mol；取0.0365kg/mol；U—风速，m/s；企业所在地常年平均风速为1.7m/s；r—池液半径，m；有围堰时，以围堰最大等效半径为液池半径。本文所述企业的盐酸储罐区围堰尺寸为28*13.5m，等效池液半径为10.97m；α，n—大气稳定度系数，采用HJ 169-2018附录表F.3中进行选取，分别为0.005285和0.3。

通过计算，该企业盐酸泄漏后质量蒸发速率为0.311kg/s。本次评价以最不利情形计，蒸发时间取30min，则盐酸的蒸发量为559.8kg。

3、环境风险分析、预测与评价

企业发生大气扩散的情形设定为：盐酸泄漏后蒸发产生的HCl扩散对周边居民带来影响。

3.1连续排放和瞬时排放判定

大气扩散排放类型分为连续排放和瞬时排放两种，通过污染物排放时间（Td）和污染物到达最近敏感点的时间（T）来判定排放类型。

当Td＞T时，是连续排放；当Td≤T时，是瞬时排放。该企业距离最近敏感点A村为280m；风速以最不利气象条件计，即1.5m/s。采用HJ 169-2018附录G中所列公式计算，HCl到达最近敏感点的时间为373.3s，小于污染物排放时间1800s，因此该企业HCl扩散属于连续排放。

3.2是否为重质气体判定

根据HJ 169-2018，采用理查德森数（Ri）作为标准判定烟团/烟羽是否为重质气体。一般地，Ri的计算分为连续排放、瞬时排放。

本文以HJ 169-2018附录G中所列取连续排放的公式进行计算。当Ri≥1/6时，为重质气体；当Ri＜1/6时，为轻质气体；Ri处于1/6附近时，说明烟团/烟羽既不是典型的重质气体扩散，也不是典型的轻质气体扩散。

根据HJ 169-2018附录G，经过计算Ri为0.0192，属轻质气体，适用于AFTOX风险预测模型。本项目选取最不利气象条件：F类稳定度，风速为1.5m/s，环境温度为25℃，相对湿度为50％。在事故情形下，人群接触毒物的特点是高浓度、急性、时间短，采用大气毒性终点浓度作为泄漏事故造成影响的评价标准[5]。

采用AFTOX模型对HCl的扩散进行预测，根据预测结果，盐酸泄漏后发生液体蒸发产生HCl扩散事故情形，在最不利气象条件下，HCl达到大气毒性终点浓度-1（150mg/m3）的最远距离为60m，达到大气毒性终点浓度-2（33mg/m3）的最远距离为190m。本项目距离最近的环境敏感点为280m外的村庄，可以满足HCl的毒性终点浓度-1和-2的要求。本项目泄漏和扩散的持续时间较短，发生泄漏事故后，企业应立即启动应急预案，最大程度减缓事故对环境产生的影响，本评价认为该企业盐酸储罐泄漏对大气环境的影响是可接受的。

4.环境风险防范措施

为了降低或减缓盐酸泄漏事故产生HCl对敏感点造成的影响，应从源头控制和应急处置等方面制定应急预案。

4.1源头控制

（1）增强职工的环境风险防范意识，加强职工防范事故和自救能力。

（2）加强安全教育培训工作，建立健全安全生产责任制；对管道、阀门等易发生事故的点位制定检查计划，降低盐酸储罐发生泄漏事故的概率。

（3）加强对重大危险源的监督管理，对盐酸储罐安装液体泄漏监测报警装置；设置泄漏监测监控系统，实时进行监控，达到及时预警的目的。

（4）储罐、管道、阀门等选取高品质材质。

4.2应急处置

（1）在盐酸储罐区设围堤和大于储罐容积的事故应急池，防止泄漏物料流出厂外。

（2）储罐四周设置导流沟，顶部设置水雾喷淋装置，一旦发生泄漏，立即开启水雾喷淋装置对HCl进行吸收，降低HCl的扩散。

（3）在作业区设计洗眼器、淋洗器等安全防护措施；配备必要的个人防护用品，常备救护用具及药品。

（4）企业需制定突发环境事件应急预案，定期进行应急演练，提高职工应对突发事件的能力。

5.结语

本文以某企业盐酸储罐发生泄漏事故为源项，采用AFTOX模型对事故情形进行分析、预测与评价，在不利气象条件下给出事故可能影响的范围、程度，并提出了相应的环境风险事故的防范措施，以降低盐酸储罐泄漏事故造成的环境风险影响程度。

参考文献：

[1]丛培超.盐酸等四种液体危化品挥发过程中团簇结构的研究[D].天津科技大学,2013.

[2]吴润,卢茂骥.盐酸泄漏事故环境风险评价及管控措施[J].安徽化工,2020.

[3]范荣洋,高何凤.某火电厂盐酸储罐泄漏的环境风险预测评价[J].红水河,2020,2:61-64.

[4]臧艳茹.盐酸储罐泄漏事故环境风险评价探讨[J].山东化工,2017,46(6):159-160.

[5]《建设项目风险评价技术导则》（HJ 169-2018）[S].