中美大气环境风险评价法规比较与建议

郭慧，吴成志

(三捷环境工程咨询(杭州)有限公司，浙江杭州 310012)

中美大气环境风险评价法规比较与建议

郭慧，吴成志

(三捷环境工程咨询(杭州)有限公司，浙江杭州 310012)

通过介绍美国联邦环保局(U.S. EPA)的环境风险管理计划(RMP)和事故风险评价方法，从风险评价和后果模拟的目的、可燃物质的模拟要求和技术导则细节等几个方面，对中美大气环境风险评价的法规进行了比较。此外，还对EPA推荐的5个常用大气风险扩散模型SLAB、DEGADIS、INPUFF、AFTOX和ALOHA的特点、适用条件以及各模型的优势和局限性进行了介绍，以期对我国大气环境风险评估法规和技术导则相关工作到一定的借鉴作用。

环境风险管理计划；大气风险扩散模型；比较；建议

近年来，化学品泄漏事故频发，其引发的环境风险也越来越受到关注。我国建设项目环境影响评价导则是分析和预测建设项目存在的潜在危害以及建设和运行期间可能发生的突发性环境事件的损害程度，提出合理可行的防范、应急和减缓措施，以使建设项目的环境风险达到可接受水平的重要指导性技术文件。本文在介绍美国国家环保局(U.S. EPA)环境风险管理计划(RMP)和事故风险评价方法的基础上，从风险评价和后果模拟的目的、可燃物质的模拟要求和技术导则细节等几个方面，对中美大气环境风险评价的法规和技术导则进行了比较。此外还对EPA推荐的5个常用大气风险扩散模型SLAB、DEGADIS、INPUFF、AFTOX和ALOHA的特点、适用条件以及各个模型的优势和局限性进行了介绍。

1 美国联邦环保局风险管理计划

根据美国清洁空气法案(Clean Air Act)，EPA出台了风险管理计划(RMP)法规，规范和指导生产和使用危险化学品的企业进行化学泄漏事故的防范和应急。 RMP法规主要包括3部分内容：化学品泄漏事故风险评价、风险防范计划和应急响应计划[1-2]。这3个部分紧密联系，互相影响。事故风险评价是制定风险防范计划的基础，风险防范计划等级反过来又决定了事故风险评价的最低模拟要求，企业根据风险防范计划中的详细分析和事故风险评价的结果，有针对性地制定应急响应计划。

无论新建企业还是现有企业，只要工艺单元内储存或使用RMP规定的化学物质，且用量超过规定上限，都需要提交风险管理计划。企业根据法规要求编制企业自己的RMP计划，并提交到EPA，RMP计划需要每5年更新一次。

1.1 物质种类和储存限值

EPA将受风险管理计划管理的物质分为有毒物质和可燃物质，并公布了77种有毒物质和63种可燃物质。这些规定物质之外的其他化学物质不纳入RMP的管理范围。另外，EPA为每一种规定的化学物质设定了存储限值，即当一个工艺单元内存储或使用的规定物质的量大于存储限值时，该固定源需受到RMP法规的制约。

1.2 风险防范计划等级

EPA要求根据事故风险评价的结果来确定风险防范计划的等级。风险防范计划按照计划的严格和复杂程度，从低到高分为一级到三级。对于事故风险评价最不利情景模拟的影响范围内没有敏感点，且过去五年内没有发生影响到厂界外的事故的企业仅需执行一级风险防范计划。对于事故风险评价最不利情景模拟的影响范围内涉及敏感点，且该企业需要执行美国职业安全与健康管理局(OSHA)的工艺安全管理(PSM)标准，或者该企业属于造纸、石油炼化、石油化工、基础无机化学品制造、基础有机化学品制造、塑料和树脂制造、氮肥生产、杀虫剂和其他农用化学品生产这10种行业，则需执行三级风险防范计划。一级和三级风险防范计划以外的企业执行二级风险防范计划。

1.3 事故风险评价

RMP场外事故风险评价导则把事故情景分为最不利情景和可能情景两种，并分别对这两种情景从泄漏源强和气象条件两个方面进行了定义。

最不利情景是判断RMP计划风险防范等级的重要依据，任何风险防范等级都必须模拟。可能情景的模拟要求由所执行的风险防范等级来确定。被确定为执行一级风险方法计划的危险单元，企业只需要提交一个最不利情景的模拟结果。被确定为执行二级和三级风险方法计划的危险单元，企业需要提交以下场外事故风险评价的模拟结果：对所有有毒污染物、可燃性污染物定义一个最不利情景；对每种有毒污染物、所有可燃性污染物各定义一个可能情景。

1.4 风险防范与应急计划

不同等级风险防范计划相应的风险评估要求、风险防范计划需要包含的内容，以及风险应急计划的要求如表1所示。

表1 EPA RMP风险防范计划和相应的风险评估要求及风险应急计划

2 风险评价技术导则与法规比较

我国与美国在大气风险评价法规的不同之处主要体现在以下4个方面：

(1)风险评价和后果模拟的目的不同。美国 RMP的目的在于通过计算事故的影响范围来确定风险防范要求的等级、内容，并有针对性地制定应急计划，不计算事故/风险概率和可接受程度，至少每5年更新一次。我国目前的风险导则[3]目的在于通过计算事故影响范围和风险概率，来判断新建和改扩建项目存在的风险是否能够接受。

(2)风险评价工作等级确定的依据不同。美国 RMP的风险评价的等级由风险防范等级来决定。我国风险导则的风险评价工作等级根据储存物质的危险性决定。

(3)对可燃物质的模拟要求不同。美国RMP中要求模拟可燃物质的最低燃烧/爆炸下限(浓度)的影响范围，以及火灾造成的热辐射和爆炸造成的超压影响范围。我国风险导则对模拟火灾和爆炸的热辐射和超压影响未作要求，而是要求模拟未完全燃烧的化学品以及燃烧生成的二次污染物的毒性影响范围。

(4)后果模拟的技术方法不同。表2 给出了美国 RMP后果模拟导则与我国建设项目环境风险评价技术导则技术方法在细节方面的比较。

表2 美国RMP导则与我国建设项目风险评价技术导则细节比较

3 大气风险扩散模型比较

3.1 美国EPA扩散模型概述

美国 RMP大气风险事故评价导则中明确规定，可以采用大气风险扩散模型进行模拟。在EPA推荐的模型中，有3个风险扩散模型可供选择：DEGADIS、SLAB和AFTOX。此外，INPUFF是EPA大气科学研究实验室开发的用于风险扩散模拟的多烟团模式。ALOHA(AREAL LOCATIONS OF HAZARDOUS ATMOSPHE-RES)是由EPA与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)联合开发的一款大气事故风险危害模型。ALOHA是CEMOS软件包的重要组成部分。CEMOS软件包是EPA和NOAA联合开发的广泛用于化学品泄漏应急响应的系统。这5种大气风险扩散模型各具特点，也各有一定的局限性，表3对5种模型进行了介绍和比较。

表3 5种EPA大气风险扩散模型比较

3.2 事故案例相关分析

大气风险扩散模型的输入参数较少，模型运行速度快。是否能够得到合理的结果，关键在于模型的正确选择和确定正确的输入参数值。下面以国内某煤制天然气项目中液氨储罐破裂为例，对模型的选取、参数确定和扩散模型模拟给出一个简单的示例，模拟结果见表4。

事故情景：球形液氨罐直径为12.3 m；储存温度为25℃；储存压力为4.7个大气压；储量为567 t；泄漏高度为2 m；泄漏孔径为5 cm，泄漏时间为10 min；泄漏方式为水平喷射。要求计算NH3扩散地面浓度达到IDLH(1390 mg/m3)和LC50(360 mg/m3)时的最大影响范围。

表4 液氨泄漏事故案例模拟结果

气象条件：选取EPA中定义的最不利气象条件，其中，F稳定度，风速为1.5 m/s，环境温度为25℃，地表粗糙度为0.01 m。

源强计算：本案例为两相泄漏，根据理查德森数[9]判断为典型的重气体扩散，泄漏速率为29.09 kg/s， 源面积为0.255 56 m2，泄漏温度为-33.35℃，液相比例为0.817 23。

模型选择：选择SLAB模型进行模拟，重气体模型可以模拟水平喷射。

SLAB模型输入参数： 泄漏速率、源面积、泄漏温度、泄漏高度、泄漏时间、液相比例，模拟的平均时间为10 min。需要注意扩散模型输入参数中的泄漏温度和储存温度不同，源面积和裂口面积也不同，需要通过源强计算才能得到。

4 结语

综上所述，美国RMP法规中大气环境风险评价的方法和思路对于我国大气环境风险评估法规和技术导则相关工作具有一定的借鉴意义。

一方面，通过对比中美大气环境风险评价的法规可以发现，美国RMP的三部分内容构成一个有机的整体，紧密联系，互相影响。事故风险评价是制定风险防范计划的基础，风险防范计划等级反过来又决定了事故风险评价的最低模拟要求，企业根据风险防范计划中的详细分析和事故风险评价的结果有针对性地制定应急响应计划。相比较而言，我国企业突发环境事件风险评估对企业在风险防范计划内容方面的要求无论从覆盖面还是详尽程度上都有所欠缺，因此导致企业风险应急预案往往大同小异，针对性差。

另一方面，通过对比中美大气环境风险的技术导则发现，我国技术导则中对最大可信事故的定义可操作性不强，往往出现较大的争议。美国的技术导则对于需要模拟的事故情景(包括源强和相应的气象数据要求)定义则非常明确，值得借鉴。

[1] U.S. EPA. General RMP Guidance-Chapter 2: Applicability of Program Levels[EB/OL]. (2004) [2016-10-31]. https://www.epa.gov/rmp/general-rmp-guidance-chapter-2-applicability-program-levels.

[2] U.S. EPA. Risk Management Program Guidance for Offsite Consequence Analysis[EB/OL]. (2004) [2016-10-31]. https://www.epa.gov/rmp/general-rmp-guidance-chapter-4-offsite-consequence-analysis.

[3] 国家环境保护总局. HJ/T 169—2004 建设项目环境风险评价技术导则[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2004.

[4] Donald L Ermak. User’s Manual for SLAB: An Atmospheric Dispersion Model for Denser-Than-Air Releases[EB/OL]. (1990) [2016-10-31]. https://www3.epa.gov/ttn/scram/models/nonepa/SLAB.PDF.

[5] Tom Spicer, Jerry Havens. User’s Guide for The DEGADIS 2.1 Dense Gas Dispersion Model[EB/OL]. (1989) [2016-10-31]. https://www3.epa.gov/ttn/scram/userg/other/degadis2.pdf.

[6] Bruce Kunkel, Cliff Dungey. User’s Manual for USAF Toxic Chemical Dispersion Model-AFTOX Version 4.1[EB/OL]. (1993) [2016-10-31]. https://www3.epa.gov/ttn/scram/userg/nonepa/aftoxdoc.zip.

[7] William B Petersen. INPUFF 2.0-A Multiple Source Gaussian Puff Dispersion Algorithm User’s Guide[EB/OL]. (1986) [2016-10-31]. https://nepis.epa.gov/Exe/ZyNET.exe/2000TJ13.TXT?ZyActionD=ZyDocument&Client=EPA&Index=1986+Thru+1990&Docs=&Query=&Time=&EndTime=&SearchMethod=1&TocRestrict=n&Toc=&TocEntry=&QField=&QFieldYear=&QFieldMonth=&QFieldDay=&IntQFieldOp=0&ExtQFieldOp=0&XmlQuery=&File=D%3A%5Czyfiles%5CIndex%20Data%5C86thru90%5CTxt%5C00000009%5C2000TJ13.txt&User=ANONYMOUS&Password=anonymous&SortMethod=h%7C-&MaximumDocuments=1&FuzzyDegree=0&ImageQuality=r75g8/r75g8/x150y150g16/i425&Display=hpfr&DefSeekPage=x&SearchBack=ZyActionL&Back=ZyActionS&BackDesc=Results%20page&MaximumPages=1&ZyEntry=1&SeekPage=x&ZyPURL.

[8] Robert Jones, William Lehr, Debra Simecek-Beatty etc. ALOHA (Areal Locations Of Hazardous Atmospheres) 5.4.4. Technical Documentation [EB/OL]. (2013) [2016-10-31]. http://response.restoration.noaa.gov/sites/default/files/ALOHA_Tech_Doc.pdf.

[9] Center for Chemical Process Safety of the American Institute of Chemical Engineers. Guidelines for Use of Vapor Cloud Dispersion Models[M]. 2nd ed. New York: American Institute of Chemical Engineers, 1996: 49 52.

Comparison of Atmospheric Environmental Risk Assessment Regulations Between China and U.S.

GUO Hui, WU Cheng-zhi

(Trinity Consultants Inc., Hangzhou 310012, China)

This paper introduced U.S. EPA’s Environmental Risk Management Plan (RMP) and accident risk assessment methods, and then compared atmospheric environmental risk assessment regulations between China and U.S.from the following aspects: risk assessment and consequence simulation purposes, simulation requirements for flammable substances, and technical guidance details. In addition, the characteristics, applicable conditions, advantages and limitations of five atmospheric risk dispersion models (SLAB, DEGADIS, INPUFF, AFTOX and ALOHA) recommended by U.S. EPA were introduced as reference to formulation of atmospheric environmental risk assessment regulations and technical guidelines in China.

environmental risk management plan; atmospheric risk dispersion model; compare; suggestion

2016-10-11

郭慧(1978—)，女，山西太原人，高级工程师，博士，主要研究方向为环境风险模拟与评估，E-mail：hguo@trinityconsultants.com

吴成志(1980—)，男，浙江人，高级咨询师，硕士，主要研究方向为大气环境质量模拟与技术研究，E-mail：cwu@trinityconsultants.com

10.14068/j.ceia.2017.01.004

X820.4

A

2095-6444(2017)01-0014-05