张鑫　林鑫

关键词：液氨储罐;SLAB模型;大气扩散危害范围;安全选址

中图分类号：X51 文献标志码：A

0引言

氨作为一种重要的工业原料和制冷剂，随着相关行业的发展，用途与用量越来越多。但与此同时也成为了发生泄漏造成中毒死亡的主要化学物之一[1-2]。虽然我国在液氨罐区等危险品建设项目选址安全论证有相关法律上的约束，但是对具体选址问题并无操作性上的明确指向，这样对液氨罐区的选址缺乏实用性[3]。

如果液氨罐区安全布局不科学、规划选址不合理，将对罐区及周围公众、环境构成重大威胁[4]。因此，液氨罐区的选址至关重要。

目前，一些学者针对液氨等危化品存储设施的选址问题开展过相关研究。孙会军[5]从总成本和危害程度两方面考虑，建立了多目标模型来解决有害物质存贮地点的选址问题。多英全等[6]针对重大危险源选址中普遍采用的安全距离方法的一些缺点，提出采用基于个人风险和社会风险的规划选址方法。李杨等[7]综合安全、经济和环境多方面影响因素，提出一套危险化学品储存设施选址方法。但是，目前大多危化品存储设施的选址研究仅考虑了危化品静态存储时的潜在风险与安全性，对于危化品的运输风险对选址的影响几乎没有涉及。运输风险主要是发生事故后对周边公众造成的潜在危害，不同的危化品运输线路运输风险不同，如若液氨罐区选址位置没有安全适宜的线路承担液氨的运输任务，那么选址也是不合理的。因此运输风险危害范围可作为储罐区选址的验证指标。

本文将基于玉门某工业园区内液氨储罐区建设项目案例，针对液氨罐区这一特定研究对象，将液氨静态存储与动态运输时发生泄漏事故的大气扩散危害范围确定为液氨罐区选址时所考虑的主要因素，把对周围公众及环境潜在的危害放在首位，通过对液氨罐与运输槽罐车发生的泄漏事故分别进行大气扩散危害范围的预测，在以上工作基础上给出液氨罐区的选址意见。

1材料与方法

1.1研究对象

玉门东某化工工业园位于甘肃省玉门市玉门火车东站东南侧，规划面积50.8 km。园区空间被划分为五大功能区，包括光热光伏产业区、材料建材产业区、化工产业区、有色冶金产业区、仓储物流区。现拟在仓储物流区内建设一液氨储罐区，为相关产业提供液氨的仓储、运输服务，拟共设液氨储罐5个，容积均为650m，最大储存量为475t，园区内氨运输槽车容积统一为25m。目前园区内共设立了两条危化品运输路径由，两条路线①与②道路全长分别为6.54km、8.1km，宽度48m，从园区西北侧边界的玉门火车东站分别通往仓储物流区西南角与西北角。园区仓储物流区及危险品运输道路位置具体如图1所示。

1.2环境保护目标

项目周边5 km范围内只有一个居民区，位于園区内，仓储物流区的西侧，居民人数为1220人，区民区边界与仓储物流区区域的最近直线距离为850m，距危化品运输路线①与路线②的直线距离分别为50 m、720 m。

1.3研究方法

首先根据收集与准备的项目相关资料，对液氨储罐与运输槽罐车分别进行了调查分析，通过对液氨储罐与槽罐车的风险识别，参照同类型项目以及相关事故统计资料，分别设定液氨储罐与槽罐车泄漏的最大可信事故;然后利用重质气体扩散模型SLAB对最大可信事故进行大气扩散危害范围计算，得到不同情景下液氨泄漏的大气扩散危害范围;最后基于液氨储罐大气扩散危害范围初步确定液氨罐区的选址区域，再利用槽罐车泄漏的大气扩散危害范围验证选址是否合理，最终给出液氨罐区的选址意见。

1.4模型选取

在大气扩散模型选取前，应首先判定泻放物质为重质气体还是轻质气体，判断依据采用理查森数，理查森数是一个无量纲常数，是烟气云团的势能和环境的湍流动能之比，跟气体密度、环境条件、泄漏初始条件等因素有关。液氨的存储状态一般为低温高压[8]，释放时会形成密度比空气大的气液混合烟云扩散，属于重质气体扩散。目前应用较广泛的重质气体泄放扩散模拟模型包括高斯模型，SLAB模型以及ALOHA模型等[9]。大连理工大学的孙召宾等[10]对三个模型进行了数值模拟，结果表明SLAB模型预测值最接近实测值，模拟结果可靠性最高。因此本文采用SLAB模型进行液氨泄漏事故大气扩散危害范围预测。

SLAB模型是由美国劳伦斯国家实验室（LLNL）在美国能源局（DOE）资助下开发的扩散模型，它可通过求解一维或准三维的动量方程，质量、能量、物质守恒方程和状态方程来模拟重气体扩散，计算流程如图2所示。为了简化求解过程，方程通过将烟云作为稳态烟羽或瞬时烟团在空间上进行平均。连续排放（持续时间非常长的排放源）作为稳态烟羽。有限时间的排放采用稳态烟羽模式描述最初烟云的扩散，而且在该排放源持续泄漏的时间段内，可以一直使用稳态烟羽模式。烟羽模式方程为：

1.5最不利气象条件选取

最不利气象条件下发生事故时对周边环境的影响范围和影响程度比最常见气象条件下要更严重[11]，为评估泄漏事故可能造成最严重的危害范围，因此本文选取最不利气象条件进行液氨大气扩散危害范围预测。我国目前关于最不利气象条件的诸多研究表明[12-13]，事故危害范围预测时，以最大落地浓度及最远影响距离筛选，最不利气象条件的选取标准基本可以概括为高稳定度、低风速。对园区当地气候条件及2018年玉门镇气象观测资料进行统计分析，并结合HJ/T169—2018《建设项目环境风险评价导则》中对于最不利气象条件的推荐，最终选取预测时气象条件为F类稳定度，风速1.5m/s，温度25 ℃，相对湿度50%。

2研究过程

2.1物料风险识别

液氨具有腐蚀性，极易挥发，所以很容易发生泄露事故。液氨一旦发生泄漏事故，泄漏的液氨变为气态的氨气，体积迅速扩大，并在空气中持续扩散，扩大影响范围。液氨的主要理化特性见表1所列。

2.2最大可信事故

本次研究的风险预测是在对液氨理化特性识别与泄漏危害识别的基础上，参照同类型建设项目以及相关事故统计资料，设定最大可信事故，对有重大危害及影响的源项进行事故设定。

拟建项目以液氨泄漏为重点，由事故统计资料分析，结合事故发生概率、事故后果严重性等因素，确定本项目最大可信事故为：液氨储罐阀门连接管破裂泄漏事故和槽罐车罐体焊接管破裂泄漏事故。

2.3源强计算

液氨泄漏速率使用流体力学柏努利方程计算：

综合以上情况，运用上述公式进行计算，可知液氨储罐泄漏速率为Q=1.652kg/s，槽罐车储罐泄漏速率为Q=0.563kg/s。

2.4液氨泄漏扩散参

数根据最大可信事故的特征，汇总SLAB模型运行时所需要的相关参数，详见表2所列，液氨泄漏大气扩散计算选取的气象参数见表3所列。

2.5预测评价标准与伤害范围划分

HJ/T169—2018《建设项目环境风险评价导则》推荐大气毒性终点浓度值作为评价标准，分为1、2级。其中1级为当大气中危险物质浓度低于此限值时，绝大多数人员暴露1h不会对生命造成威胁，当超过该限值时，有可能对人群造成生命威胁;2级为当大气中危险物质浓度低于该限值时，暴露1 h一般不会对人体造成不可逆的危害，或出现的症状一般不会损伤该个体采取有效防护措施的能力。

本文在参考大气毒性终点浓度值基础上，增加了半致死浓度标准LC，确定了本选址案例的危害后果阈值，并根据阈值高低将发生事故状况后的危害范围划分为致死区、不可逆损伤区、损伤出现区。具体划分方法见表4所列。

2.6预测结果

使用SLAB模型对液氨储罐与槽车泄露进行大气扩散危害范围预测，氨气浓度达到评价标准时的最大影响范围预测结果见表5所列和图3、图4所示。

通过结果可知，液氨储罐泄漏时，氨气的下风向浓度随着下风向距离的增加而减小;半致死浓度出现的最远距离为350.3m处，毒性终点浓度-1出现的最远距离为665.5m，毒性终点浓度-2出现的最远距离为1100.7 m。

槽罐车泄漏时，半致死濃度出现的最远距离为152.7m处，毒性终点浓度-1出现的最远距离为266.2 m，毒性终点浓度-2出现的最远距离为464.9m。

3研究结果的分析、讨论及应用

以液氨事故状况造成的最大伤害区域作为衡量事故后果造成影响程度的标准，并根据此标准划分三个不同的伤害区域，认定在每个划分区域内发生事故后，会造成相应程度的人员伤亡或人体损伤，而在此区域之外则不会出现相应伤害。

3.1液氨静态存储事故状况危害范围在选址时的应用

选址位置应位于液氨储罐泄漏造成伤害损伤区外，若伤害损伤区或不可逆伤害区范围覆盖园区规划选址区域，则应尝试调整园区布局，经调整后若可以做到，则规划选址可行;若经调整后仍无法做到，则应采取相关安全改进措施，降低风险。但若致死区覆盖园区规划选址区域，则规划选址不合理，应重新选址并重复上述工作。项目周边评价范围内只有一个居民区，液氨罐区应建设位置在应距离居民区边界1 100.7m之外的区域。

3.2液氨动态运输事故状况危害范围在选址时的应用

槽罐车泄漏事故造成的致死区、不可逆损伤区、损伤出现区的影响半径分别为152.7m，266.2m，464.9m。以此来分别考察园区内规划的两条危化品运输路线是否可以承担液氨的运输任务，从而确定液氨罐区的选址位置是否合理。危化品运输路线①与居民区的最近的直线距离为50m，当槽罐车在危化品运输路线①发生泄漏事故时，居民区将处在高致死区域内，风险是不可接受的。危化品运输路线②与居民区的最近的直线距离为720m，当槽罐车在危化品运输路线②发生泄漏事故时，不会对居民区造成相应的伤害。因此选择路线②承担液氨的运输任务。

3.3液氨罐区最终选址

根据对本次液氨事故状况危害范围预判的分析，结合园区发展建设规划，最终决策液氨罐区的选址应位于剔除掉以环境敏感点为圆心，1 100.7m为半径的圆形区域外的园区仓储物流区域内。并且应选择危化品运输路线②承担也液氨运输任务。

4结论

本文以我国玉门某工业园区内拟建的液氨罐区的安全选址为研究对象，对液氨理化特性与泄漏危害识别，设定液氨泄漏最大可信事故，利用SLAB模型对最大可信事故情景模式进行液氨大气扩散危害范围的计算，并根据预测结果综合园区建设规划，给出液氨罐区的选址意见。主要研究结论如下：

（1）根据对液氨理化特性与泄漏危害识别，参照同类型项目以及相关事故统计资料分析，设定本次液氨事故状况危害范围预测的最大可信事故为液氨储罐阀门连接管破裂泄漏事故和槽罐车罐体焊接管破裂泄漏事故。

（2）通过SLAB模型预测，选取最不利气象条件，对最大可信事故进行大气扩散危害范围预判，得到液氨储罐阀门连接管破裂泄漏事故的致死区、不可逆损伤区、损伤出现区的最大影响半径距离分别为350.3m，665.5m和1100.7m;运输槽罐车罐体焊接管破裂泄漏事故对应的运输道路两侧上述三个影响区宽度分别为152.7m，266.2m，464.9m。

（3）根据液氨静态存储与动态运输时的最大可信事故大气扩散危害范围的预测结果，结合园区建设规划，最终液氨储罐的选址区域应位于剔除掉以环境敏感点为圆心，1100.7m为半径的圆形区域外的园区仓储物流区域内，并且应选择危化品运输路线②承担液氨的运输任务。