基于AFTOX模型预测甲醛泄漏造成的大气影响和风险防控

亓国梁

摘 要

本文选用AFTOX模型，研究分析了甲醛储罐在发生泄漏的情况下，对周边大气环境的影响，通过对可能的气象条件和最不利气象条件下扩散毒性终点浓度和最远距离的预测，对泄漏后果进行了分析，并为应急管理提供依据。

关键词

AFTOX模型;大气影响;应急管理

中图分类号： X51                        文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 91

Abstract

In this paper， aftox model is selected to study and analyze the impact of formaldehyde storage tank on the surrounding atmospheric environment in case of leakage. Through the prediction of the terminal concentration and the farthest distance of diffusion toxicity under the possible meteorological conditions and the most unfavorable meteorological conditions， the leakage consequences are analyzed， and the basis for emergency management is provided.

Key words

AFTOX Model; Impact on the atmosphere;Contingency management

0 引言

本文以甲醛储罐泄漏事故为情景源，根据《建设项目环境风险评价技术导则》（HJ169-2018）中推荐的AFTOX模型，利用EIApro2018软件，对泄漏事故进行大气环境影响预测，并对预测结果进行分析，提出有效的风险防控和应急管理措施，为甲醛生产、使用企业进行风险管控和制定突发环境事件应急预案提供参考。

1 背景

1.1 甲醛的特性

甲醛（化学式CHO）作为一种基础化学品原料，广泛应用于建材加工、木材加工、造纸、纺织、皮革加工、涂料制造，以及医药等行业。据统计，国内甲醛行业生产企业有400多家，生产装置多达600多套，2013年至2019年，国内甲醛产量维持在2400万吨/年，居全球第一，占全球总产能的48%。因此甲醛存储的安全性备受关注，如何对泄漏事故进行有效的风险防控是甲醛生产、存储企业必须重视的问题。

甲醛是一种无色，具有刺激性和窒息性的气体，商品为水溶液，甲醛的安全技术说明书如表1所示。甲醛对环境具有危害性，可对大气、水体造成污染，并引发其他安全事故。甲醛易燃，蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇到明火或高温易发生燃烧爆炸，遇到氧化剂可发生剧烈反应。同时具有强腐蚀性、强刺激性，对人眼、鼻等有刺激作用，可导致人体灼伤，并被列入世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中。在环境影响方面，甲醛对环境具有危害性，可对大气、水体造成污染。

1.2 AFTOX模型

AFTOX模型是由美国空军开发的一种高斯扩散模型，可以处理点或面源连续或瞬时的液体或气体升高或表面释放[1]。同时，作为《建设项目环境风险评价技术导则》（HJ169-2018）中大气风险预测推荐的模型之一，适用于平坦地形下中性气体和轻质气体排放以及液池蒸发气体的扩散模拟。该模型可模拟连续排放或瞬时排放，液体或气体，地面源或高架源，点源或面源的指定位置浓度、下风向最大浓度以及其位置等[2]。

2 甲醛泄漏风险评估

2.1 情景假设

本文以上海某甲醛生产企业储罐罐体发生泄漏，造成環境影响为例。该企业共有2套甲醛生产装置，年产37%的甲醛15万吨，储罐区内设有4座500t的甲醛储罐（常压，Φ10m×8m），罐区面积为900m2，罐区距离厂界最近距离为30m。根据HJ169-2018附录E泄漏频率推荐值，本文选取频率最高的泄漏情景，即储罐底部出现孔径10mm的圆形裂缝，导致甲醛泄漏至防火围堰内，形成液池并蒸发，环境温度为25℃。

2.1.1 泄漏量估算

通过计算可得，甲醛的泄漏速率（QL）为0.595kg/s，30min的泄漏量为1071kg。

2.1.2 蒸发量估算

泄漏液体的蒸发方式主要有三种：闪蒸蒸发（Q1）、热量蒸发（Q2）和质量蒸发（Q3）。液体的蒸发总量为三者之和。由于37%的甲醛溶液储罐的储存方式为常温常压，当地年最高温度为40℃，37%的甲醛溶液的沸点为98℃，高于年最高温度，因此，37%甲醛溶液泄漏后不会发生闪蒸蒸发和热量蒸发，只需计算质量蒸发。

根据HJ169-2018，当热量蒸发结束后，转由液池表面气流运动使液体蒸发，称之为质量蒸发。其蒸发速率按下式计算：

Q3：质量蒸发速率，kg/s;p：液体表面蒸气压，Pa;R：气体常数，J/（mol·K）;T0：环境温度，K;M：物质的摩尔质量，kg/mol;r：液池半径，m;u：风速，m/s，取值见表2;α，n——大气稳定度系数，取值见表2。

根据EIAProA2018软件中风险模型-风险源强计算，各气象条件下甲醛的质量蒸发速率如表2所示。

2.1.3 预测模型筛选

根据HJ169-2018，在筛选大气风险预测模型前应该先判定评价物质为重质气体还是轻质气体，判定依据采用HJ169-2018附录G中推荐的理查德森数（Richardon）进行判定。Richardon数是一个无量纲常数，表示气云势能和环境湍流动能之比，跟气体密度、环境条件、泄漏初始条件等。对于连续排放，Ri≥1/6为重质气体，Ri<1/6为轻质气体。轻质气体应选用AFTOX模型，重质气体应选用SLAB模型计算。

通过EIApro2018风险估算，泄漏蒸发的甲醛烟团初始密度未大于空气密度，不计算理查德森数，扩散计算应采用AFTOX模型。

2.2 预测参数

本文选取了最不利气象条件F稳定度，风速1.5m/s，温度25℃，相对湿度50%;常见气象条件（1）D稳定度，风速2m/s，温度25℃，相对湿度50%;常见气象条件（2）E-F稳定度，风速0.5m/s，温度25℃，相对湿度50%。

2.3 预测结果

采用EIApro2018软件，对甲醛泄漏后，不同气象条件下风向不同距离处的浓度进行预测，预测结果如表5所示，轴线最大浓度-距离曲线图如图1所示。

2.4 结果分析

根据AFTOX模型预测结果，甲醛泄漏后扩散气体距离下风向越远，浓度越低。

在最不利气象条件下，预测结果表明：（1）甲醛下风向最大浓度为457.22mg/m3，出现在0.08min，距离泄漏点10m处;（2）毒性终点浓度-1（69mg/m3）出现在距污染物质泄漏点40m处;毒性终点浓度-2（17mg/m3）出现时间在距污染物质泄漏点超过120m。

在常见气象条件（1）条件下，预测结果表明：（1）甲醛下风向最大浓度为175.49mg/m3，出现在0.08min，距离泄漏点10m处;（2）毒性终点浓度-1（69mg/m3）出现在距污染物质泄漏点10m处;毒性终点浓度-2（17mg/m3）出现时间在距污染物质泄漏点超过50m。

在常见气象条件（2）条件下，预测结果表明：（1）甲醛下风向最大浓度为142.13mg/m3，出现在0.18min，距离泄漏点10m处;（2）毒性终点浓度-1（69mg/m3）出现在距污染物质泄漏点10m处;毒性终点浓度-2（17mg/m3）出现时间在距污染物质泄漏点超过50m。

综上分析，当发生甲醛溶液泄漏时，泄漏的甲醛对周边大气环境会造成一定的影响，影响范围甚至会超出厂界。

3 风险管控及应急预案

根据预测结果，甲醛储罐发生泄漏后对周边大气环境造成一定影响，对周围人群造成一定威胁，因此，企业应加强风险管控和制定应急预案，预防为主，处置果断，从而降低甲醛泄漏造成的环境影响。

3.1 风险防控

风险防控分为制定风险管理制度和采取风险防控措施两部分。

3.1.1 风险管理制度

企业应制定完整的风险防控和应急措施制度，明确应急组织、报请程序、分级响应、应急处置、应急撤离、应急保障、应急培训计划等。建立完整的环境风险应急组织体系，明确风险防控责任人和应急组织成员。制定定期巡检和维护责任制度，每日进行巡检，对危险源场所进行远程24小时监控，并定期进行全面性安全检查。根据实际情况，建立突发事件信息报告制度，一旦发生事故，事故发现人可在最短事件内进行上报或请求支援。加强员工的教育培训，提高员工风险防范意识，增强自救能力。

3.1.2 风险防控措施

风险防范措施主要包括：（1）安装报警装置，在储罐、装置内部等危险源现场设置可燃气体探头和有毒气体探头、视频监控系统等;（2）进行储罐区雨污分流，避免事故废水造成次生污染;（3）值班室防止应急处置防护器具，当事故初期或泄漏点较小时，员工可穿戴防护器具后，进行现场处置。

3.2 应急预案

根据国家《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国安全生产法》、《中华人民共和国突发事件应对法》、《危險化学物品安全管理条例》和《国务院关于全面加强应急管理工作的意见》等有关法律、法规的要求，企业应建立健全环境污染事故应急机制，提高公司应对环境污染事故能力，能够确保迅速做出响应，制定的抢险救援工作方案，有条不紊地进行抢险救援工作，采取及时有效的措施，将事故影响降到最低限度，有效地预防和控制突发性环境污染事故的。

企业需针对甲醛罐区泄漏制定专项应急预案，并安排员工培训和定期应急演练，提高预案的可操作性。发生事故时，企业应按照预案要求，采取有效措施进行处置，必要时，应向当地行政主管部门提出建议，对受影响的居民进行疏散，避免人员伤亡。

4 结论

本文以某甲醛生产企业储罐泄漏事故为情景源，采用AFTOX模型对不同气象条件（可能气象条件、最不利气象条件）下甲醛泄漏后造成的大气环境影响进行了预测，并结合预测结果对企业在风险防控和应急预案方面提出建议，供同行企业参考。

参考文献

[1]Sklavounos S， Rigas F. Estimation of safety distances in the vicinity of fuel gas pipelines[J]. Journal of Loss Prevention in The Process Industries， 2006， 19（1）： 24-31.

[2]中华人民共和国生态环境部.建设项目环境风险评价技术导则：（HJ169-2018）[S].北京：中国环境出版社.