甲醇储罐环境风险事故类型及预测评价方法

甲醇储罐环境风险事故类型及预测评价方法

企业储罐区甲醇储罐可能发生的环境风险事故类型及预测评价方法进行了探讨。

关键词：甲醇；环境风险；事故类型；预测评价

作者简介：杨 媚（1983—），女，沈阳人，工程师，主要从事环境影响评价、环境风险、清洁生产及循环经济方面的研究工作。1 引言

甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料，在有机合成、医药、农药、涂料、染料、汽车和国防等工业中均有广泛应用，是制造甲醛、对苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多种有机产品的基础原料之一。同时，甲醇作为结构最为简单的饱和一元醇，可由煤、天然气及其他生物质制取，其物理和化学性质与汽油相近，可作为汽油的代用燃料[1]，故甲醇作为潜在的新能源，其生产与应用也越来越受到国家重视。

但甲醇在生产、储运过程中产生环境风险问题也引起了社会的广泛关注。20__年7月1日天津中维药业有限公司4号甲醇储罐连续发生3次爆炸；20__年6 月6 日广东云浮市郁南县大湾工业园精细化工基地1座甲醇储罐爆炸起火；20__年8月19日广东惠州市惠阳区淡水山子顶一个临时储存甲醇的仓库起火并爆燃。可见，政府管理部门及企业均应重视甲醇的环境风险评价工作，加强甲醇在生产、储运过程中的环境风险管理，将风险事故防范于未然。

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环境风险评价是预防环境污染事故并提供有效应急措施的必要工作[2]。建设项目环境风险评价是对建设项目建设和运行期间发生的可预测突发性事件或事故（一般不包括人为破坏及自然灾害）引起有毒有害、易燃易爆等物质泄漏，或突发事件产生的新的有毒有害物质，所造成的对人身安全与环境的影响和损害，进行评估，提出防范、应急与减缓措施[3]。

其目的是分析和预测建设项目存在的潜在危险、有害因素，建设项目建设和运行期间可能发生的突发性事件或事故（一般不包括人为破坏及自然灾害），引起有毒有害和易燃易爆等物质泄漏，所造成的人身安全与环境影响和损害程度，提出合理可行的防范、应急与减缓措施，以使建设项目事故率、损失和环境影响达到可接受水平[3]。

本文主要针对企业储罐区的甲醇储罐泄漏及由泄漏引发的火灾爆炸事故的环境风险事故类型及预测评价方法进行分析探讨。

2 甲醇的性质

甲醇的理化性质见表1。

由表1可见，甲醇的危害性主要体现在毒性、易燃液体、易挥发且挥发蒸汽与空气混合后达爆炸极限可形成爆炸性蒸气云。

3 甲醇储罐环境风险事故类型及预测评价方法

3.1 甲醇泄漏中毒事故及预测评价方法

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由于甲醇属于中等毒性物质，且具有挥发性。假设甲醇储罐发生泄漏，外泄液体将在罐体围堰内形成液池，液池内的部分液体发生热量蒸发和质量蒸发。

液体泄漏速率：QL=CdAρ2（P-P0）ρ+2gh（1）

QL：液体泄漏速率，kg/s；Cd：液体泄漏系数，取0.62；A：裂口面积，m2；ρ：介质密度，kg/m3；P：容器内介质压力，Pa；P0：环境压力，Pa；g：重力加速度；h：裂口之上液位高度，m。

热量蒸发的蒸发速度Q2按下式计算：

Q2=λS×（T0-Tb）Hπαt（2）

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：液体气化热，J/kg；λ：表面热导系数，W/m·k；α：表面热扩散系数，m2/s；t：蒸发时间，s。

质量蒸发速度Q3按下式计算：

Q3=α×p×M/（R×T0）×u（2-n）/（2+n）×r（4+n）/（2+n）（3）

Q3：质量蒸发速度，kg/s；a，n：大气稳定度系数；p：液体表面蒸气压，Pa；M：摩尔质量，kg/mol；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。

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T时间内甲醇的泄漏量为Q=QL·T（4）

T时间内甲醇的蒸发量为Q1=（Q2+Q3）·T（5）

采用《建设项目境风险评价技术导则》（HJ/T169-20__）中的烟团模式分别对不同气象条件下甲醇泄漏T时间内的地面浓度分布进行预测，计算公式为：

C（X，Y，O）=2Q2π3/2σXσYσZexp-（X-X0）22σX2exp-（Y-Y0）22σY2exp-Z202σZ2（6）

C（X，Y，O）：下风向地面（x，y）坐标处的空气中污染物浓度，（mg/m3）；X0、Y0、Z0：烟团中心坐标；Q：事故期间烟团排放量；σx、σy、σz：为X、Y、Z方向的扩散参数（m）。

根据预测结果即可分别得到地面浓度大于半致死浓度、短时间允许接触浓度和居住区大气中有害物质的最高容许浓度的范围，由此判断影响范围内敏感点的分布情况及应采取的风险防范措施。

3.2 甲醇泄漏形成液池遇明火引发池火灾事故及预测评价方法

甲醇发生泄漏事故后，外泄液体将在罐体围堰内形成液池，此时如遇明火，则可能引发池火灾。美国学者R.Merrifield和T.A.Roberts提出，可燃液体引起的池火灾，其主要危害是热辐射[4]。热辐射对人体的伤害主要通过不同热辐射通量对人体产生的不同伤害程度来表示[5]。池火火灾模型主要通过池火燃烧速度、火焰高度、热辐射通量、辐射强

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度4个参数来表述[6]，具体计算公式如下：

r=s（7）

r：液池半径，m；s：液池面积，m2。

燃烧速度mf=（0.001Hc）Cp（Tb-T0）+H）（8）

Hc：液体燃烧热，J/kg；Cp：液体定压比热容，J/kg·K；Tb：液体沸点，K；T0：环境温度，K；H：液体汽化热，J/kg。

池火焰高度h=84rmfρ0（2gr）1/20.61（9）

h：池火焰高度，m；mf：液体的燃烧速度，kg/m2·s；r：液池半径，m；ρ0：空气密度，kg/m3；g：重力加速度，m/s2。

火焰表面热辐射通量Qf=（πr2+2πrh） mfη·HC/（72×mf0.6+1）（10）

Qf：热辐射通量，w；η：热辐射系数；HC：甲醇燃烧热；J/kg。

目标入射热辐射强度（点源模型）：I=Qtc4πx2（11）

I：热辐射强度，W/m2；Q：总热辐射通量，W；tc：热传导系数；

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x：目标点到液池中心距离，m。

将目标热辐射强度与损失等级相对照，估算池火灾危害程度，不同的辐射强度造成伤害或损失的情况见表2[7]。

3.3 甲醇泄露进围堰，挥发的甲醇蒸汽达到爆炸极限遇明火发生蒸汽云爆炸

首先根据公式（1）～（5）计算甲醇储罐的泄漏蒸发量，然后采用《建设项目境风险评价技术导则》（HJ/T169-20__）中的烟团模式（见公式（6））分别对不同气象条件下甲醇泄漏T时间内的地面浓度分布进行预测。根据预测结果判断地面浓度处于甲醇爆炸极限内的范围。采用蒸汽云爆炸伤害模型预测蒸汽云爆炸效应，采用的计算公式如下：

爆炸发生时的TNT当量：WTNT=1.8αWfQf/QTNT（12）

WTNT：蒸气云的TNT当量，kg；α：蒸气云的TNT当量系数；Wf：蒸气云中燃料的总质量，kg；Qf：燃料的燃烧热，MJ/kg；QTNT：TNT的爆炸热，MJ/kg；

死亡半径：R0.5=13.6（WTNT/1000）0.37（13）

重伤半径和轻伤半径：

X=0.3967WTNT1/3exp[3.5031-0.7241ln（△P/6900）+0.0398（ln△P/6900）2]（14）

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X：距离，m；△P：超压，重伤半径以44kPa计，轻伤半径以17kPa计。

财产损失半径：R损=4.6WTNT1/3/（1+（3175/WTNT）2）1/6（15）

3.4 甲醇储罐BLEVE爆炸

当甲醇储罐收到外来热辐射作用使得容器内的压力超过对应温度下材料的承压极限，导致容器发生灾难性失效，容器内的甲醇超温发生爆炸性汽化，快速泄放，发生BLEVE爆炸。BLEVE爆炸属于火灾模型，其主要危害是火球产生的强烈热辐射，故采用沸腾液体扩展蒸汽爆炸模型进行预测，计算公式如下：

火球当量半径R=2.9W1/3（16）

火球持续时间t=0.45W1/3（17）

R：火球半径，m；火球中消耗的可燃物质量，kg。对于单罐储存，W取罐容的50%；对于双罐储存，W取罐容的70%；对于多罐储存，W取罐容的90%。

死亡热辐射通量：Pr=-37.23+2.56ln（tq4/31）（18）

二度烧伤（重伤）热辐射通量：Pr=-43.14+3.019ln（tq4/32）（19）

一度烧伤（轻伤）热辐射通量：Pr=-39.83+3.019ln（tq4/33）（20）

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财产损失热辐射通量：q4=6730t-4/5+25400（21）

Pr：伤害几率，伤害百分数为50%时Pr=5；

q1、q2、q3、q4死亡、重伤、轻伤、财产损失热辐射通量，W/m2。

伤害半径：q（r）=（q0 R2 r（1-0.058l））/（R2+r2）（3/2）（22）

由公式（22）即可计算出甲醇储罐BLEVE爆炸时的死亡半径、重伤半径、轻伤半径和财产损失半径。

20__年1月 绿 色 科 技 第1期4 结语

甲醇是一种普遍使用的化工基础原料，具有毒性、可燃性。甲醇储罐可能发生的环境风险事故类型很多。本文就甲醇储罐环境风险评价中可能遇到几种主要的环境风险事故类型及预测分析方法进行了简要介绍。在实际工作中，应根据不同项目的具体情况进行分析，确定项目的最大可信事故属于哪种环境风险类型，采用相应的预测分析方法进行评价。

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