大型LNG接收站环境风险评估体系构建

王瑾,蒋会春,许盛彬

(1.南方科技大学环境科学与工程学院,深圳 518055;2.南科大工程技术创新中心(北京),北京 100083;3.深圳市城市公共安全技术研究院有限公司,深圳 518033)

随着中国城镇化进程的快速推进,城市健康发展与环境承载力之间的关系愈发紧密[1-2],能否有效辨识伴随城镇化建设新产生的环境风险,量化评估区域风险等级是否超出环境承载力,如何采取环境风险消除、降低或控制措施[3-5],是目前各级党委政府、社会公众高度关注的重点,也是中外相关学者研究热点之一。液化天然气(liquefied natural gas,LNG)接收站作为国内天然气进口的“桥头堡”,在推进国家能源结构转型、城镇用气保障等方面发挥了至关重要的作用,截至2021年底已建成并投入运营LNG接收站22座[6-7]。根据《“十四五”现代能源体系规划》,到2025年天然气年产量达到2 300×108m3以上,这对LNG接收站、气化站等储气设施扩容建设提出了更高的要求[8-9]。尽管天然气属于清洁能源,LNG接收站建设、运营过程中仍不可避免地存在环境风险。LNG接收站按功能主要分为储罐区、装卸区、码头区、公用工程及辅助生产区、办公区等,其储存、输送、装卸等过程中的主要污染源为-162 ℃的LNG,90%以上成分为甲烷,具有易燃易爆、中毒窒息危险性。需对LNG接收站及周边环境进行风险辨识及评估,但目前鲜有相关研究。

韩心星[10]基于近30年中文核心期刊文献计量分析,风险评估在中国主要包含生态环境风险、健康风险、金融风险等9个研究主题,近几年的研究热点是生态环境风险与健康风险。在园区环境风险评估方面,常见的评估方法包括序关系分析(G1)法、层次分析法、模糊综合评价法等,中外相关学者开展了大量研究[11]。戎艳青等[12]研究了不同模型在焦化厂多环芳烃(PAHs)健康风险评估中的适用性,分析不同模型评估结果的差异和原因,推测不同模型适用的范围。吴优[13]采用层次分析法-模糊综合评价法对工业园区进行风险评价,构建了都江堰市经开区工业园区环境风险层次指标体系。杨敏慧等[14]运用层次分析法构建了包括行业类型、园区企业生产工艺、环境管理体系、环境风险管理体系、受纳水体环境等13个指标层的环境风险评估体系,并应用评估了宜宾市6家工业园区的环境风险综合值。白少云等[15]运用G1法、变权栅格理论构建了包括高程、坡度、人口密度、道路缓冲区、居民点缓冲区、水域缓冲区等的生态敏感性评价指标体系,并应用评价了杞麓湖流域生态敏感性。其中,G1法是一种主观赋权方法,通过定性分析将各项指标按重要性排序,并依次按标度赋值后,经过加权计算得到各项指标的权重系数,其优点在于无需构建判别矩阵和一致性检验[16-17]。为此,在上述研究方法、路径及成果的基础上,拟运用G1法开展LNG接收站环境风险评估体系研究,并选取某沿海城市LNG接收站进行实例分析。

1 LNG接收站环境风险评估体系

1.1 环境风险分析

通过风险辨识,LNG接收站的环境污染风险主要来源于常态运营和非常态事故,首先是常态运营过程中产生的含油污水、污泥、废气,其中含有多环芳烃、重金属甚至放射性物质,若处理不当会对LNG接收站周边的水体、土壤、大气造成严重污染,其次是非常态事故下的LNG泄漏,挥发扩散造成周边环境污染,与空气混合形成可燃气云,若遇火源造成火灾爆炸,将扩大事故后果。LNG接收站含油污水、污泥、废气主要在LNG储罐检维修、倒罐、清洗、排放等环节产生,可能发生LNG泄漏的装置主要为LNG码头装卸设施、厂区LNG输送管线、LNG储罐、LNG装卸台、BOG压缩机及其他附属设施。除LNG介质污染外,厂区主要还存在噪声污染、生活垃圾污染、建筑垃圾污染等其他污染类型。

1.2 评估指标筛选

基于风险辨识结果,笔者开展了相关案例研究,从LNG接收站规划建设、周边环境、功能分区、运营管理、应急处置5个维度,运用德尔菲法筛选提炼各维度的环境风险影响因子。

(1)在LNG接收站规划建设方面,着重考虑了厂区选址是否符合《液化天然气接收站工程设计规范》(GB 51156—2015)等相关规范有关规定,与重要水源保护地及居民区、学院、医院等环境敏感建筑的规划控制距离,是否采用先进工艺装置减轻附近生态环境的影响,是否采取有效施工管控措施处置施工生产、生活产生的污染物,是否严格执行环境保护“三同时”制度。

(2)在LNG接收站周边环境方面,着重考虑区域年平均湿度、降雨、风速风向等影响污染物大气扩散的气象条件,渗透系数、土质类型等影响污染物土壤迁移的地形地质条件,含水层类型、地下水埋深、海岸线等影响污染物水体迁移的水文条件。

(3)在LNG接收站功能分区方面,着重考虑了LNG储罐区、LNG码头区、LNG装卸区等3个极易产生LNG污染的功能区的风险控制措施,可能产生LNG污染、噪声污染的辅助生产区的风险控制措施,存在生活垃圾污染的办公区的风险控制措施。

(4)在LNG接收站运营管理方面,着重考虑了LNG接收站污染风险管理的人员安排是否合理、制度建设适合健全、监测监控是否完备、培训教育是否到位及废弃物处置全流程跟踪记录等情况。

(5)在LNG接收站应急处置方面,着重考虑了LNG接收站突发环境污染事件应急指挥架构的组织性、应急预案体系的针对性、应急专业队伍的专业性、应急装备配备的适用性、应急演练的实战性。

基于环境风险因子筛选结果,运用层次分析法,依据系统性、专业性、延续性原则构建了LNG接收站环境风险评估体系,如图1所示。其中,目标层为LNG接收站环境风险评估等级,准则层包括LNG接收站规划建设、LNG接收站周边环境、LNG接收站功能分区、LNG接收站运营管理、LNG接收站应急处置5项二级指标,指标层包括厂区选址规划、规划控制距离、先进工艺装置、建设施工管控、气象条件状况、地形地貌状况、地质条件状况、水文条件状况、LNG储罐区、LNG码头区、LNG装卸区、辅助生产区、办公区及其他、环境管理组织、环境管理制度、污染监测系统、废弃物处置管理、宣传培训教育、应急组织架构、应急预案编制、应急队伍建设、应急装备配备、应急演练实施23项三级指标。

图1 LNG接收站环境风险评估三级指标体系Fig.1 Three-level index system of environmental risk assessment of LNG terminal

1.3 评估指标确权

为量化上述LNG接收站环境风险评估体系的各级指标,引用了G1法评定各项指标权重。计算方法如下。

表1 相邻指标重要程度判断标准Table 1 Judgement criteria for the importance of adjacent indicators

(1)

(2)

(3)

将wn值代入式(4)中,可依次计算第k-1个指标的权重系数。

(4)

(4)综合权重计算。对于多层次指标体系,构建致因层次权重向量Wa和各层致因权重向量Wb,通过式(5)中计算多层指标综合权重向量[18]。

(5)

式(5)中:W为该指标体系的综合权重向量,则相应的综合权重系数记为W={W1,W2,…,Wn}。

1.4 风险等级计算

根据上述确立的LNG接收站环境风险评估指标体系及各项指标系数,建立了相应的环境风险综合指数计算模型,如式(6)所示。

(6)

专家通过判断指标层各项指标能否有效消除或控制环境风险进行评分:若该指标项得到有效落实,采取有效措施消除或控制环境风险,评0～3分;若该指标项得到基本落实,采取一定的措施消除或控制环境风险,评4～7分;若该指标项未得到落实,未采取相关措施消除或控制环境风险,评8～10分。

为定性评估LNG接收站环境风险等级,依据综合指数计算结果,将LNG接收站环境风险等级划分为低风险、一般风险、较大风险和重大风险,如表2所示。

表2 LNG接收站环境风险等级划分标准Table 2 Classification standards for environmental risks of LNG terminal

2 某LNG接收站实例分析

以广东省某正在运营的LNG接收站为例,运用上述评估体系及模型对该LNG接收站环境风险进行计算和评估。该接收站主要划分了LNG储罐区、LNG码头区、LNG装卸区、辅助生产区和办公区等功能区,包括了4座1.6×105m3全容式LNG储罐,周边环境敏感建筑主要包括社区、医院、公园等,所处地区的年平均气温22.9 ℃,相对湿度74%,平均风速2.2 m/s。

2.1 指标赋权

表3 某LNG接收站环境风险评估指标权重系数Table 3 Weight coefficient of environmental risk assessment index for an LNG terminal

2.2 风险分级

为客观评估该LNG接收站的环境风险等级,向相关行业专家、管理人员、一线工作人员发放调查问卷90余份,回收有效问卷83份,经汇总后取平均值,结合表3所列各项指标综合权重系数,代入式(6)中计算得到该LNG接收站环境风险综合指数Y=5.124。同时,计算了准则层各项指标的综合指数分别为Yc1=4.452,Yc2=4.550,Yc3=5.592,Yc4=5.054,Yc5=5.259。

2.3 结果分析

根据指标赋权结果,在准则层,功能分区对该LNG接收站的环境风险评估的重要程度最大,其后依次是运营管理、应急处置、规划建设和周边环境。在指标层,需重点关注LNG储罐区、LNG码头区、废弃物处置管理、LNG装卸区、应急预案编制、厂区规划选址、先进工艺装置、水文条件状况等指标,同时这些指标也对应着LNG接收站规划、建设、运营及应急等环节需要重点关注的因素。

根据综合指数Y=5.124∈[3,6)可知,该LNG接收站总体环境风险等级为一般风险,其中各准则层的风险值由高到低依次为LNG接收站功能分区、LNG接收站应急处置、LNG接收站应急管理、LNG接收站周边环境、LNG接收站规划建设。LNG接收站功能分区中,LNG储罐区的风险值最高达到0.625,即该单项指标风险等级达到较大风险,需采取一定的工程技术和管理措施消除、降低或控制LNG储罐区的环境风险。

3 结论

通过风险分析和指标筛选,从规划建设、周边环境、功能分区、运营管理、应急处置5个维度构建了LNG接收站环境风险评估体系,包含5项二级指标和23项三级指标,运用G1模型为各项指标赋权,建立LNG接收站环境风险综合指数计算模型和评估准则。以广东省某LNG接收站为实例,评估结果表明该LNG接收站总体环境风险可控,为一般等级,其中LNG储罐区的环境风险达到较大等级,需采取一定的消除、降低或控制环境风险的工程技术和管理措施。因此,本研究提出的LNG接收站环境风险评估体系及其计算模型具有较好的可操作性和有效性,为开展LNG接收站环境风险评估工作提供方法路径。