（劳动卫生与环境卫生学专业论文）大型石油罐区泄漏火灾事故环境风险评价应用研究.pdf

内容提要 随着国民经济的迅猛发展，对石油产品的需求量与f | 俱增，石油罐区及储罐也向 着大型化方向发展，目前我国在建和拟建的油库，尤其是国家储备库，库容大都在 1 0 0 x1 0 4 m 3 的量级以上，有的甚至规划到20 0 0 1 0 4 m 3 o 现有最大的石油库已达1 0 0 0 0 0 0 1 3 33 。由于石油及其产品具有易燃、易爆、腐蚀毒害等特性，使得其在生产、使用、储 存、运输过程中存在潜在的风险，而对于大型石油库和大型装置一旦发生突发事故，其 后果就会更加严重，甚至可能是灾难性的。因此，对大型罐区进行环境风险评价就显得 尤为重要。 本论文应用环境风险评价理论，对大型石油储罐发生突发性泄漏、火灾、爆炸风 险事故的原因及危险性进行分析，并运用事故树和道( d o w ) 化学危险指数评价法分 析火灾爆炸危险性，提出发生泄漏、火灾爆炸事故的关键决定因素，为制定防范突发事 故措施提供参考。并以北京长辛店油库为例，进行相应事故后果计算，评价风险大小及 对环境的影响。提出了对大型石油库进行环境风险分析及环境风险管理工作的建议。 关键词：油罐区 环境风险评价火灾爆炸 后果模型 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m y ，t h en e e df o rp e t r u l e mp r o d u c t s i n c r e a s e d r a m a t i c a l l y ，o i ld e p o tc a p a c i t ya n do i lt a n ka r ed e v e l o p i n gi n t ol a r g e s c a l e a t p r e s e n t t h ec o n s t r u c t i n go rp l a nt oc o n s t r u c to i l d e p o t s ，e s p e c i a l yn a n t i o n a l r e s e r v eo i l t a n k s ，t h ev o l u m eo ft a n ki sa b o u t1 0 0 1 0 4 m 3 s o m ee v e nr e a c hi t ，sv o l u m eo f2 0 0 0 x 1 0 4 m 3 n o wt h ee x i s t a n c em a x i n a lo i lt a n ki s1 0 0 0 0 0 0 m 3 d u et ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f i n f l a m m a b i l i t y , e x p l o s i o nh a z a r d ，c o r r o s i o na n dt o x i c i t y o fp e t r o l e u mp r o d u c t s ，t h e r ea r e p o t e n t i a lr i s k si nt h e i rs t o r a g ea n dt r a n s p o r t a t i o n a sf o rl a r g ep e t r o l e u mf a c i l i t y ，a c c i d e n t a l d i s c l o s u r ea n df i r ew i l ll e a dt os e r i o u s c o n s e q u e n c e s ，m a y b ed i s a s t e r t h e r e f o r e ，i t i s n e c e s s a r yt oc a r r yo u tp o t e n t i a le n v i r o n m e n t a lr i s ka s s e s s m e n to nl a r g e - s c a l et a n kf a r ma n d p r o b e i n t ot h eu n c e r t a i n t yo fr i s ka s s e s s m e n t b a s e do ne n v i r o n m e n ta s s e s s m e n tt h e o r y ，i ta n a l y s i s t e dt h ec a u s ea n dd a n g e r o u s n e s so f l a r g e - s i z eo i ls t o r e g et a n k o f h a p p e n i n gl e a k a g e ，f i r e a n d e x p l o s i o na c c i d e n t s a p p l i e df a u t t r e ea n a l y s i st h e o r ya n dd o wc h e m i s t r yr i s ka s s e s s m e n tm e t h o dt oa n a l y s i s f i r ea n d e x p l o s i o nd a n g e r o u s g i v e t h ec a u s e o f h a p p e n i n gl e a k a g e ，f i r e a n de x p l o s i o na c c i d e n t s i ti s ar e f e r e n c et om a k et h ep r e c a u t i o n so fa n t i - f i r e & e x p l o s i o na c c i d e n t s a sc h a n g x i n d i a no i l d e p o t f o re x a m p l e ，t h e c o r r e s p o n da c c i d e n ta f t e r e f f e c ti sa c c o u t e d ，a n d e s t i m t e dt h er i s k a n di n f l u e n s ef o re n v i r o n m e n t ，b r i n go u ts o m ea d v i c eo fl a r g e s i z e o i l d e p o t i n r i s k a s s e s s m e n ta n ds a f e t ym a n a g e m e n t k e y w o r d s ：t a n kf a r m r i s ka s s e s s m e n t f i r ea n d e x p l o s i o n i n j u r ym o d e l s 独创性声明 本人呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的研究 成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得首都经济贸易大学或其他教学机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献己在文中作了明确 的说明并表示谢意。 论文作者签名 1 么舨 日期：m ；7 关于论文使用授权的说明 本人完全了解首都经济贸易大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以采取影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名 锄互翩虢隅跚”三， 膨善 j 堕塑丝塑里盔兰塑主堡兰 查型至垫塑垦些塑坐壅皇垫曼堡垦堕矍塑壁旦塑塞 第1 章绪论 1 1 引言 在现代工业高速发展的同时，世界环境史上曾发生多起震惊世界的重大环境污染事 件，其中影响最大和后果最严重的当属1 9 8 4 年代发生的美国联合碳化公司在印度博柏 尔市的农药厂甲基异氰酸酯毒气泄漏中毒事故及1 9 8 4 年代发生的切尔诺贝利核电站事 故。其中印度博帕尔市毒气泄漏事故有2 5 0 0 多人中毒死亡，2 0 万人中毒受伤且其中大 多数人双目失明致残，6 7 万人受到残留毒气的影响；据专家估计，前苏联切尔诺贝利 核电站泄漏事故，对周边环境造成的破坏将是长久的；因此，人们逐渐认识并关心重大 突发性事故造成的环境危害的评价问题。 石油是工业的血液，是最重要的能源和化工原料，然而，由于石油及其产品具有 易燃、易爆、腐蚀毒害等特性，使得其在生产、使用、储存、运输过程中存在潜在的风 险，稍有不慎就会酿成事故，给国家和人们的生命财产造成破坏和损失。在过去的数十 年间，世界范围内发生了多其重特大环境事故。如，1 9 8 4 年墨西哥城液化石油气爆炸 事故，使6 5 0 人丧生，数千人受伤：我国建国以来，在石油化工行业各部门的储运环节 发生着火、爆炸、跑、冒、滴、漏和油品变质事故，登记在册的达3 0 0 0 多起。如1 9 8 9 年黄岛油库雷击起火及1 9 9 3 年南京某炼油厂储油罐冒顶溢油后，遇末戴防火罩的拖拉 机发生爆炸燃烧事故，还有1 9 9 7 年6 月北京东方化工厂爆炸事故，造成9 人死亡，3 9 人受伤，直接经济损失1 1 7 亿元。据世界石油化工企业近3 0 年的1 0 0 起特大事故( 损 失超过1 0 0 0 万美元) 统计分析，属于罐区事故为1 6 起，占1 6 。随着我国国民经济的 迅猛发展，对石油产品的需求量与日俱增，我国在1 9 9 3 年已成为石油纯进口国，其在 2 0 0 2 年的原油进口量已达到6 9 4 1 万吨。据2 0 0 4 年2 月2 3 日公布的最新官方统计数字 显示，我国在2 0 0 3 年总共进口了9 1 0 0 万吨原油，专家预计，今年我国原油进口将会达 1 亿吨，中国的石油需求量在2 0 2 0 年前可能增加到4 亿吨，即平均年增加1 2 。石油已 成为关系我国国计民生的重要战略物资。为了规避国际石油价格波动给我国经济带来的 高风险，我国将斥巨资建设国家石油储备油库，总储量将在数千万立方米以上，油品储 罐也向着大型化方向发展，目前我国在建和拟建的油库尤其是国家储备库，库容大都 在i 0 0 1 0 1m 的量级以上，有的甚至规划了20 0 0 1 0 1 m 3 。油罐结构基本采用浮顶油罐。 单罐容积小则5 x1 0 4 m 1 、大则1 5 1 0 ”m 。1 0 x1 0 4m 3 以上的储罐屡见不鲜。世界上最大 的原油储备库总容量已达7 0 0 0 0 0 0 m3 ，最大单罐容量是2 4 0 0 0 0 m 3 ；我国目前最大的石 油库已达1 0 0 0 0 0 0 m3 。如此巨大的石油库一旦发生火灾爆炸等突发事故，其后果实不 第l ! f ： 首都经济贸易大学硕士论文 大型石油罐区泄漏火灾事故环境风险评价应用研究 堪设想的。而且可能会对生态环境造成极大的破坏，因此，对大型罐区进行环境风险评 价就显得尤为重要。如何用理论的、系统的方法来对石油大型罐区可能存在的风险进行 分析成为石化企业环境和安全科学领域的一个重要课题；本论文对石油储罐区泄漏、火 灾、爆炸事故环境风险进行较深入的研究，这对大型石油库环境风险的防治及风险管理 工作的实施具有一定的理论和实践意义及参考价值。 1 2 环境风险评价国内外研究进展 环境风险评价是环境影响评价领域中的一个重要组成部分，伴随着环境影响评价工 作的深入展开，人们已经逐渐从正常事件转移到对偶然事件发生可能性的环境影晌进行 风险研究。环境影响评价作为项专业工作，最早见于莱斯特市空气污染研究”1 。而 最早的环境风险评价的代表作则是由美国原子能委员会提出的一份“大型核电站中重大 事故的理论可能性和后果”的研究报告。1 ，其目的在于减少核电工程事故的风险损失， 此后，1 9 7 4 年由加拿大安大略省唐斯维欧市大气环境服务公司r e m u n n ( 环境问题 科学委员会主席) 主笔，包括来自世界各地专家学者联合编写出版了一本关于环境影响 评价的书( s c o p e s ) ，这部书阐述了用概率方法探求“最佳方案”的准则。1 9 7 5 年在日 本东京召开了人类环境国际科学家大会，w a l t e r 提出环境影响评价应包括对政策的意 外失误的影响分析，并应阐述适宜的应急计划，h i l b o r n 把上述概念用到渔业发展中 的政策失败的后果分析中”3 ，这是环境分析评价的一大发展。特别是近年发生的一些灾 害事故，如1 9 8 4 年在印度博帕尔市发生的异氰酸甲酯外溢事件，1 9 9 3 年8 月在深圳清 水核危险品仓库发生的特大火灾等，更加促进了环境风险评价成为某些项目环境影响评 价的重要组成部分。 目前国际上对环境风险评价问题，主要集中在针对突发性灾难事故造成的环境危害 的评价方面，包括易燃易爆和有毒物质、放射性物质的泄漏，大型技术系统的故障。这 类风险评价常称为事故风险评价。关于事故风险评价，国际上是沿着三条线发展的5 1 。 其一，称为概率风险评价( p r a ，p r o b a b i l i t yr i s ka s s e s s m e n t ) ，它是在事故发生前 预测某设施( 或项目) 可能发生什么事故及可能造成的环境风险。其最好的范例是美国 核管委会( n r c ) 于1 9 7 5 年完成的对核电站所进行的极其系统的安全研究，其研究成果 就是著名的巨著w a s h 一1 4 0 0 报告。该报告系统地发展和建立所谓的概率风险评价( p r a ) 理论。其二，为实时( r e a l t i m e ) 后果评价，其主要研究对象是在事故发生期间给出 实时的有毒物质的迁移轨迹及实时浓度分布，以便作出正确的防护措施决策，减少事故 的危害。主要标志之一是国际原子能机构( i a e a ) 于1 9 8 8 年1 0 月于美国利物莫国力实 籀2 页 首都经济贸易大学硕士论文 大型石油罐区泄漏火灾事故环境风险评价应用研究 验所召开的第一届实时剂量评价国际研讨会。我国于1 9 8 9 1 9 9 2 年开发了我国第一套核 电厂事故应急实时剂量评价系统。其三，称为事故后后果( o v e r e v e n t 或p a s ta c c i d e n t ) 评价，主要研究事故停止后对环境的影响，其主要标志是1 9 8 8 1 9 9 4 年由i a e a 及欧盟 共同发起主持的由2 0 多个国家的大型长期国际协调研究项目“核素在陆地、水体、城 市诸环境中迁移模式有效性研究”( 简称“v a m p ”) ，主要研究前苏联切尔诺贝利核电 站泄漏事故停止后对中、西欧的影响后果。 目前国内外开展的主要环境风险评价可归为第一类，即预测某设施( 或项目) 建成 后可能造成的风险。尤其是美国联合碳化公司在印度博帕尔市的农药厂事故和切尔诺贝 利核电站事故大大刺激于推动了环境风险评价的研究与开展。1 9 8 7 年，联合国环境规 划署( u n e p ) 制定了阿佩尔计划，即“地区性紧急事故的意识和防备”，欧盟甚至立法， 规定对有可能发生化学事故危险的工厂必须进行环境风险评价。i a e a 、w h o ( 世界卫生 组织) 、u n e p 和u n i d o ( 联合国工业发展组织) 则与1 9 8 7 年联合国组织大型国际合作研 究计划“能源和其他复杂工业体系所引起的健康与环境风险评价与管理”。2 0 世纪8 0 年代，在美国的一些州环保局( s e p a ) ，风险评价正在成为环境影响评价的一部分。亚 洲开发银行于1 9 9 0 年出版了“环境风险管理”。在我国，2 0 世纪8 0 年代开始了对事故 风险事故的重视与研究工作。国家环保局于1 9 9 0 年下发第0 5 7 号文，要求对环境污染 事故隐患进行环境风险评价。2 0 世纪9 0 年代在我国的重大项目的环境影响报告中也普 遍开展了环境风险评价。环境风险评价研究属于多学科交叉的前沿性研究，涉及环境学、 资源学、地理学、生态学、社会学、经济学、数学、政策与法律科学等多学科领域，具 有较强的综合性。因此，环境风险评价研究应利用多学科协同和交叉的优势，采用系统 分析和高层次综合的理论和方法进行研究。 1 3 风险评价的基本概念 1 3 1 风险 风险就其字面意思可理解为可能发生的危险，相应的英文单词有r i s k 与h a z a d a r i s k 意为“p o s s i b i l i t y o rc h a n c eo fm e e t i n gd a n g e r ，s u f f e r i n gl o s so ri n j u r y ”， 即遭遇危难。蒙受损失与伤害等的可能性或机会。这里将风险定义为“风险是指遭受损 失、损害、毁害的可能性”“3 1 ，由于风险描述的是一种可能性因此又可将其定义为不 良结果发生的机率。同时，风险又都具有二重性。第一，风险具有发生或出现人们不期 望的后果( 称危害事件如死亡、受伤、失业、破产等) 的可能性；第二，风险的某些方面 具有不确定性或不肯定性( 危害事件是否会发生? 何时发生? 什么人受到影响? 影响范 第3 页 蔓塑丝至堕墨盔堂堡圭鲨奎 查型互垫堡堕! 些塑坐壅皇垫堡堡堕堕堡竺查旦竺塑 围多大? 影响程度如何等) 。风险通常可表示为危险发生的概率( p o s s i b i l i t y ) 与危险 后果( c o n s e q u e n c e s ) 的乘积： r i s k = p c ( 1 1 ) 式中尉，七一风险： 卜事故发生的概率； 卜风险产生事故的可能造成的危害性后果。 有些情况下，事故可能被认为是连续的作用，它的概率和影响都随时间而变化，则 这种风险是一种积分形式”，可以表示为： r = p ( t ) c 0 ( 1 2 ) 式中f 一定类型的事故： ，) r 事故发生的概率； f 圳风险产生事故可能造成的危害性后果。 风险是用事故的概率与事故所造成的经济损失的数量关系来定义的。根据造成事故 的概率和后果来计算每种事件的风险，把各种事件的结果相加，就能得到被评价对象的 风险水平。 风险的内涵很广，既有自然风险、经济风险、社会风险与政治风险，也有环境风险 与生态风险等，本文主要关注的是环境风险。 1 3 ，2 环境风险 环境风险是指由自然或人类活动引发的，孕育于人一机一环境系统中，并通过自然生 态环境的媒介作用，对人一机一环境系统构成潜在威胁的一种状态，包括危险爆发的可能 性与不确定性，以及危险可能导致的危险性后果两方面内容“3 。因此，环境风险是指在 自然环境中产生的或者通过自然环境传递的，对人类健康和幸福产生不利影响，同时又 具有某些不确定性的危害事件。 按照文献 8 可将风险分为四类：真实风险、统计风险、预测风险和感知风险。 真实风险：最终情况发生的实际风险。它的大小是由一系列已发生的事件所决定的， 也就是说，只有等引起风险的各事件发生后才能得准确的初期风险值，这是对过去发生 事件得出的计算值。 统计风险：在过去时间段内将影响各因子的所有信息资料用统计分析的方法计算 取其发生的概率，这是需要以币确的统计模型和大量的统计资料为前提的，它也是对过 去发生事件得出的计算值。 鸽4 堕塑丝堕墼墨奎兰堡圭笙苎； 查型至迪堕垦型塑坐壅皇垫! 堡垦堕堡竺堕旦竺塞 预测风险：从众多的信息资料中挑出一些最能反映实际情况的数据资料，选择一个 较好的模型和计算方法对未来风险做出一个合理的分析，从而估出它的风险值。 感知风险：也就是主观风险，它是风险评价的专家凭自己的经验及专业知识，从主 观感觉出发估计未来风险的大小，并综合众专家的估算结果所得一个相对较为可靠的风 险值。在以上四种风险中，常常因为环境的种种复杂的不确定因素以及统计资料的不足 而更多的采用预测风险和感知风险，这样有利于对未来时段风险进行更好的把握。 1 3 3 环境风险评价 环境风险评价是评估事件的发生概率以及在不同概率下事件后果的严重性，并决定 采取适宜的对策。主要是关心与项目联在一起的突发性灾难事故造成的环境危害的评 价。它主要包括易燃易爆和有毒物质、放射性物质失控状态下的泄漏，大型技术系统( 如 桥梁、水坝等) 的故障。这类风险评价常称为事故风险评价。环境风险评价的主要特点 是评价环境中的不确定性和突发性问题，关心的是事件发生的可能性及其发生后的影 响。 环境风险评价从其评价范围而言又可分成三个等级 5 l ，即微观风险评价、系统风险 和全国( 或宏观) 风险评价。所谓微观风险评价是只对某一设施进行风险评价；所谓系 统风险是即对整个项目中所包含相关联的各个设施进行风险评价，它可以包含不同的风 险种类及不同的人群( 公众、职业人员) 。全国或宏观风险评价是指全国范围内的例如 某一行业的风险评价。本论对大型石油罐区的突发事故风险评价属于微观风险评价范 畴。 1 4 石油罐区环境风险评价的内容和程序 sc o n t i n i 等认为一个完整的风险定量分析或评价程序由四个阶段组成”1 ，按此，可 将石油罐区环境风险评价内容和程序分为以下四个阶段( 见图1 - 1 ) 罐区的危害识 别，事故频率和后果估算，风险计算，风险减缓。单纯的环境风险评价( 不包括 风险管理) 大体上可分为三个阶段或包含三个组成部分，广义的环境风险评价( 包含风 险管理，或称为环境风险评价与管理) 则除了下述三个阶段外还需增加第四个阶段( 风 险管理) ，其内容则包含四个组成部分。第一阶段为源项分析，它包括对石油罐区危害 识别和危害分析及事故频率估算。这一阶段的任务主要是通过对罐区的危害进行识别， 以确定是火灾、爆炸、还是油蒸气的蒸发释放等，其中油蒸气的蒸发释放包括释放方式、 释放量、释放时间等数据。第二阶段为环境后果分析，以油蒸气风险评价为例，此阶段 主要任务是分析滴蒸气的蒸发形式，估算其在环境中的迁移、扩散、浓度分布及引起人 捎5 碰 堕塑鳖塑塑墨茎兰堡圭兰苎 查型互塑堕垦堂塑丝壅皇垫堑垫墨堕堡堡查里竺窒 员中毒和火灾爆炸的情况。第三阶段为风险表征或风险评价，主要是给出风险评价的计 算结果及评价范围内给定群体的致死率或有害效应的发生率及对环境的影响。 图卜1 罐区风险定量分析通用程序 阶段 阶段二 阶段三 阶段四 1 5 环境风险评价与环境影响评价的主要区别 在这里，有必要对环境影响评价与环境风险评价的区别进行阐述，环境影响评价是 指对拟议中的人类的重要决策和开发建议活动，可能对环境产生的物理性、化学性或生 物性的作用及其造成的环境变化和对人类健康和福利的可能影响，进行系统性的分析和 评估，并提出减少这些影响的对策措施，环境风险评价和环境影响主要区别见表l l 所 示。 1 6 大型罐区环境风险研究的应用及其意义 环境风险研究在大型油罐区突发性环境事故分析中具有实际的应用价值，主要是在 油罐区环境系统评价的中风险模拟、预测及规划应用，为罐区系统评价和管理工作的开 展及相应政策的制定提供一定的理论依据和可行的方法。 在风险评价中，人们最关心的是风险一旦发生，会给自然界和人类的财产造成多少 损失，或是给人们的生命安全带来多大的威胁。而所有的这些损失或威胁往往与一定的 镐6 页 皇! 堕塑望型堑璧塑堕兰垫一 查型互垫堡垦丝塑盔壅里垫堡望垦堕堡堕壁旦堑窒 经济损失联系起来。因此，对大型石油罐区来说，要降低风险就必须对易燃、易爆物质 泄漏，对有毒有害蒸气的排放加大控制，这就需要花费一定的代价。而另一个事实是， 无论花多大的代价也几乎不可能将风险降到零。加大降低风险的投资虽然能很大的降低 风险水平，使人们的期望损失减少，但同时却增大了相应的技术处理和管理费用。那么， 花多大的代价能将风险降至人们可以接受的水平，且花费的代价又是合理的呢? 为而， 有必要综合期望损失和投资费用，寻求最优办法使二者达到总费用最小。这就是风险管 理中需要解决的问题。 针对大型石油罐区突发性事故环境风险评价的分析研究，其理论意义在于能够系 统、深入的提出相关火灾爆炸、泄漏风险的计算理论和方法，以及相关的控制管理理论 和方法，有助于发展一套比较完整的针对石油罐区突发性事故环境风险评价的理论和方 法。而实际意义则是把对风险研究的理论和方法有效的应用到实际的风险评价工作中 去，能够预测和防止有关火灾、爆炸、泄漏灾害的发生、发展，模拟其影响范围与过程， 采取措施减轻相关影响，评估有关环境风险事故所造成的损失等。 表卜l 环境风险评价与环境影响评价的主要不同点” 次序项目环境风险评价环境影h 自评价 l分析重点突发事故正常运行工矿 2 持续时间很短很长 3 鹿计算的物理效应火灾、爆炸、向空气和地面水向空气、地面水、地f 水释放污染 释放污染物物、噪声、热污染等 4 释放类型顺时或短时间连续释放跃时间连续释放 5 应考虑的影响类型突发性的激烈的效应连续的、累积的效应 以及事故后期的长远效应 6 主要危害受体人和建筑、生态人和生态 7 危害性质急性受毒；灾难性的慢性受毒 8大气扩散模式烟团模式、分段烟羽模式连续烟羽模式 9照射时间很短很长 】o源项确定较大的不确定性不确定性很小 l l 评价方法概率方法确定论方法 1 2 防范措施与应急计划 需要不需要 第7 负 首都经济贸易大学硕士论文 大型石油罐区泄漏火灾事故环境风险评价应用研究 第2 章石油储罐区风险分析 2 1 石油及其产品的特性 通过油井直接从地下开采上来的石油称为原油，原油经过炼油厂提炼，可得到一系 列性质各异、用途不同的石油产品，如汽油、煤油、润滑油等。石油和石油产品具有不 同的化学性质和物理性质，其原因是化学组成的不同。为此，要研究石油及其产品的各 种性质，分析石油罐区的环境风险必须从研究石油及其产品化学组成入手。 2 1 1 石油的化学组成 石油的化学组成十分复杂，既不是由单一元素组成的单质，也不是有两种以上元素 的单一化合物，石油各种元素组成的多种化合物的复杂混合物。 石油主要由碳、氢、硫、氮、氧五种元素组成。其中碳含氧量约为8 3 - 8 7 ，氢含 氧量为1 1 - 1 4 ，两者合计约为9 6 一9 9 ，硫、氮、氧三种元素总量约为1 一4 。此外， 石油中还有微量铁、镍、铜、钒、砷、氯、：磷、硅等元素。元素组成具体如下： ( 1 ) 烃类组成 碳和氧的化合物简称烃。组成石油成分的烃，由于各种烃分之中所含的碳和氢的量 不同，所生成的碳氢化合物在性质上也有很大的差别，主要有烷烃、环烷烃、芳香烃等。 烷烃 烷烃是石油的主要成分，烷烃的分子通式为c 。h * 。，它的分子结构特点是碳原子间 以单键为氢原子所饱和。碳数大于3 的烷烃，带侧链得称为异构烷烃。 常温常压下，碳原子数为1 4 的低分子烷烃是气体；碳原子数为5 1 6 的中分子烷 烃是液体；碳原子数为1 7 以上的高分子烷烃是固体。一般来说，烷烃的密度、沸点和 熔点都随着相对分子的质量的增加而提高。而带侧链的分子比同碳数的直链分子沸点 低，因此异构烷烃的沸点较f 构烷烃的沸点低。在常温下，烷烃的性质较稳定在一定 的高温条件下，烷烃易于发生氧化、热分解等反应。 环烷烃 环烷烃的分子通式是c 。b 。它的性质和烷烃相识，但它的分子结构不呈链状，而是 呈封闭的环状结构，按环数的多少，环烷烃分为单环、双环和多环三类，大多带有1 各 到2 个侧链。是由中的环烷烃主要是环戊烷和环己烷的化合物。 常温常压下，碳原子数为4 个及以下环烷烃是气体；4 个以上的为液体：固体环烷 烃多为双环和多环。环烷烃是一种环状饱和烃，随着碳原子数的增加而提高。其沸点也 增加，它的化学性质与烷烃比较接近稍显活泼，在一定条件下也可发生氧化、热分解等 第8 页 童塑堑墼墨盔兰堡主堕塞 查型互垫堡堡丝塑查壅皇垫墅毽垦堕堡垒窒旦堡壅 反应。 芳香烃 芳香烃中最简单的化合物是苯。芳香烃都具有苯环，因此，具有苯环结构的烃类便 称为芳香烃，其分子式是e 。h 。根据苯环的多少和结构形式的差别，芳香烃分子为单 环、多环和稠环芳香烃三类。 一般多环芳香烃都集中在石油高沸点馏分中，具有非常高的稳定性。单侧链的增加， 芳香烃的氧化能力增强。 不饱和烃 在烃类各碳原子问，有一个双键或叁键组成的开链烃或脂肪烃叫不饱和烃，其分子 通式c 。h 。他们的结构与烷烃相似，但是由于氢少，不能满足碳的4 价需要，所以碳和 碳间有双键相连。 石油中一般不包含不饱和烃，只是在石油加工过程中，由于大分子烷烃和环烷烃受 热分解，生成少量烯烃存在与石油产品中。在高温裂解过程中，由于饱和烃发生剧烈的 分解反应，生成大量烯烃，因此在石油的裂化产品中不饱和烃含量较多。 由于不饱和烃( 尤其是二烯烃) 化学性质不稳定，很易氧化生成胶质，所以在生产 油品时应尽量可能将他们除去。 常温常压下，碳原子数小于5 以上是液体，碳原子数更多的是固体。与烷烃相似， 随分子中碳数的增多，烯烃的沸点和密度增大。 ( 2 ) 石油中的非烃类 石油中除烃类化合物外，还有含硫、氮、氧等非烃类化合物存在，含量高的达 1 0 一2 0 ，大部分集中在重组分、特别是渣油中。 含硫化合物 硫在石油中以游离状态或溶解状态的化合物形式存在。石油中的有机化合物有硫 醇、硫醚、二氧化硫、噻吩以及它们的衍生物。 石油中的硫化物对储油设备、加工装置等有严重的腐蚀作用。含硫油品燃烧后都会 生成s o ? 或s 0 。遇水生成具有强烈腐蚀性的心s o ：和心s o 。石油加工中生成的硫化氢和 低分子硫醇的恶臭以及含硫油品燃烧生成的含s 0 ：和s o ，废气，严重污染大气，硫还是 某些金属催化剂的毒物，所以在石油精制过程中必须尽可能地把硫化物除去。 含氧化合物 石油中的含氧化合物可分成中性氧化物两类。中性氧化物有醛、酮类、它们在石油 第9 页 萱塑丝! ! ! 塑奎堂堡主笙塞 查型型些矍垦堂塑盔壅皇竺墅垫垦堕堡竺生里翌茎 中总含量极少，并不重要。酸性氧化物有环烷酸、脂肪酸和酚类，总称石油酸。环烷酸 在有水分存在及在高温时，能直接与金属其反应发生腐蚀。 含氮化合物 含氮化合物在石油中的含量不大，一般千分之几到万分之几。在石油硫份中得分部 随硫份沸点的升高而增加，大部分含硫化合物以胶状、沥青状物质存在于油渣中。 含氮化合物在石油产品储运过程中，由于受热和光的作用，容易氧化缩聚而生成有 色的胶质溶于油品中，这些生成物即使是极少量也能加深油品的色度和臭味。含氮化合 物还会是石油加工中的催化剂中毒，所以必须从油品中除去。 胶质、沥青质 石油中的非烃类化合物有很大一类是胶质、沥青质，是石油中结构最复杂、相对分 子质量最大的一部分物质。胶质受热或氧化时可以转化为沥青质，甚至生成不溶于油的 焦炭状物质油胶质。胶质存在于油品中，会使油品应用时生成炭渣，导致机件磨损 和堵塞，因而必须将它们除去。 2 , 1 2 石油产品的理化特性 石油产品具有易燃、易爆、蒸发性、易积聚静电等特性，从事石油产品与运输、储 存、经营管理工作具有一定的危险性。在此有必要了解石油产品的理化性质和影响的有 关因素。 ( 1 ) 易燃性 石油产品是碳氢化合物，遇火或受热很容易发生燃烧反应。油品的燃烧危险性大小 可以用闪点、燃点、和自燃点进行判断。闪点、燃点、自燃点三者都是有条件的，与油 品的化学组成和馏分组成有关。对同一种油品来说，自燃点 燃点 闪点。对于不同的油 品来说，闪点越高的油品，燃点也越高，但自燃点反而低：反之，闪点越低则燃点也越 低，自燃点越高。油品的着火危险性越大。一些油品的闪点、自燃点见表2 一l 。石油库 储存区油品的火灾危险性分类，就是按油品闪点不同分为甲、乙a 类、乙b 类、丙a 类、丙b 类的，见表2 2 。 ( 2 ) 易爆性 爆炸是物质发生非常迅速的物理和化学变化的一种形式。这种形式在瞬间放出大量 能量，使其周围压力突变，同时产生巨大的声日向。爆炸也可视为气体或蒸气在瞬问剧烈 膨胀的现象。由于爆炸威力巨大，它造成的破坏往往是灾难性的。 油品蒸气的爆炸危险性常用爆炸极限表示。爆炸极限包括爆炸下限和爆炸上限，通 笫i o 页 首都经济贸易大学硕士论文 大型石油罐区泄漏火灾事故环境风险评价应用研究 常用体积百分数来表示。其中油蒸气与空气的混合气体遇火源能发生爆炸的最低浓度称 为爆炸下限，而能够发生爆炸的最高浓度称为爆炸上限。 油蒸气与空气所形成的可燃性混合物，从爆炸下限到爆炸上限的所有中间浓度，在 遇有引火源时都有爆炸危险；而且油蒸气爆炸下限越低，爆炸范围越宽，爆炸危险眭就 越大。混合物浓度低于爆炸下限，既不会爆炸也不会燃烧。混合物浓度高于爆炸上限时， 不会爆炸，但可能燃烧。 由于油品的蒸气浓度是在一定的温度下形成的，所以石油产品除了有爆炸浓度极限 外，还有一个爆炸温度极限。油品在一定温度下由于蒸发而形成等于爆炸浓度极限的蒸 气浓度，这时的温度称为“爆炸温度极限”。所以对应于爆炸浓度的上、下限，相应有 爆炸温度的上、下限。一些油品的爆炸浓度极限核爆炸温度极限见表2 - 3 。 用爆炸温度极限来判断油品的爆炸危险性有时比用爆炸浓度极限更直观。实际上石油产 品的爆炸与燃烧往往相联系，爆炸可能转化为燃烧，燃烧可转化为爆炸。当空气中油蒸 气达到爆炸极限范围时，一旦接触到火源，混合气体先爆炸后燃烧；空气中油蒸气超过 爆炸上限时，接触火源就先燃烧，待油蒸气下降到爆炸上限以内时，随即会爆炸。 ( 3 ) 蒸发性 蒸发性是石油产品特别是石油最重要的特性之一，它对燃料的储存、运输和在发动 机使用都有密切的关系。蒸发性大的燃料蒸发耗损越大，着火危险性也越大。 液体蒸发有静蒸发和动蒸发。各种液体燃料在容器中储存时的蒸发现象均属静蒸发。 静蒸发的蒸发速度一般比较缓慢。液体燃料在流动的气体中分散为细小颗粒的蒸发 称为动蒸发，象液体燃料在发动机汽化器、柴油机或锅炉燃烧时，都有在强烈的气流中 被喷散或雾状进行蒸发( 燃烧) 形象，这类蒸发现象均属动蒸发。另外，石油库油罐等 容器在装油时会有大量的油蒸气逸出，卸油时有大量的新鲜空气进入，这种大呼吸现象 也属于动蒸发。液体动蒸发的蒸发速度远远超过其静蒸发时的速度。 影响蒸发损耗的因素很多，总起来可以分为两方面。一是油品本身性质方面的因素， 如沸点、蒸气压、蒸发潜热、粘度和表面张力等：二是外界条件的因素，主要有：油温 变化；油罐顶壁同液面间体积大小；油罐罐顶严密性；油罐大小呼吸等。大呼吸是指油 罐进发油时的呼吸。油罐在没有收发油作业的情况下，随着外界气温、压力在一天内的 升降周期变化，罐内气体空间温度、油品蒸发速度、油气浓度和蒸汽压力也随之变化。 这种排出石油蒸气和吸入空气的过程，叫小呼吸。 旦塑丝鳖型墨查兰堡主堡墨 盔型互垄堡垦丝塑丝壅篁墼至堡垦堕堡丛生旦竺塞 表2 - i油品的闪点、自燃点和燃烧速度” 燃烧速度 油品名称闪点4c自燃点。c 传播速度( m l s )燃尽速度( m m m i n ) 原油2 7 - 4 53 8 0 5 3 0 15 - 3 喷气燃料 6 0 - 1 03 9 0 5 3 01 2 62 1 车用汽油5 0 - 1 04 2 61 0 5 1 7 5 煤油 2 8 - 4 53 8 0 - 4 2 56 51 1 0 轻柴油 4 5 - 1 2 03 5 0 3 8 0 润滑油 1 8 0 - 2 1 03 0 0 3 5 0 表2 - 2 石油产品的火灾危险性分类“3 火灾危险性分类产品名称 特征 田 可燃气体 可燃气体与空气混合物的下限 0 1 m p a 的烃类液体及其它类似的液体 田 b甲a 类以外，闪点 2 8 。c 至4 5 。c 乙 燃 闪点 4 5 。c 至6 0 6 c b a 液 闪点6 0 。c 至1 2 0 。c 丙 体 b 闪点 1 2 0 。c 表2 - 3几种油品的爆炸极限浓度和爆炸温度极限“o 爆炸浓度极限( 体积) 爆炸温度极限。c 油品名称 下限上限下限 上限 汽油 1 47 6 喷气燃料 1 ，47 5 3 44 煤油 1 47 5 4 08 6 车用汽油 1 7 7 23 8- 8 柴油 o 66 5 溶剂油 1 46 0 石脑油 085 0 甲烷 50 1 5 o 乙烷 3 1 2 1 5 o 液化石油气 21 0 天然气 1 1 1 6 率。 ( 4 ) 静电荷集聚特性 石油产品的电阻率很高，一般1 0 7 1 0 ”3 q m 之间。表2 4 ：列出几种石油产品的电阻 表2 4石油产品等的电阻率“。 品名 电导率( s m ) 电阻率( n m ) 高纯度烃 1 1 0 ” 1 1 0 ” 汽油 3 1 0 “。1 1 0 3 1 0 ”l 1 0 1 煤油 2 1 0 “2 1 0 ” 5 x 1 0 ”。5 1 0 “。 柴油 6 1 0 ”。1 2 l o ” 17 1 0 “8 1 0 喷气燃料a - 1 5 1 0 。3 1 0 “ 2 1 0 1 3 1 0 9 蹑池 1 x l o9 。1 1 0 7 l 1 0 9 l 1 0 7 第1 2 页 羔塑堕塑望堡苎i ! ! ! 壁堕l 盔型至些堡匡鲨塑坐壅皇垫至兰墨堕塑丛生旦婴窒 由表2 - 4 可知一汽油、煤油、柴油的电阻率都很高。电阻率越高，导电率越小集聚 电荷能力越强a 因此，石油产品特别是汽油、煤油、柴油在泵送、灌装、装卸、运输等 作业中，流动摩擦、喷射、冲击、过滤都会产生大量静电。静电积聚形成电压差，在一 定条件下会放电，如果静电放电发生的电火花能量达到或超过油品蒸气的最小点火能量 时，就会引起燃烧或爆炸。石油产品的静电集聚能力强，最小点火能量低( 例如汽油仅 为0 1 0 2 m j ) ，这是石油产品的另一特点。 ( 5 ) 流动性与膨胀性 油品是流体，具有流动性。当油罐爆炸破损以后，油品会从油罐内向外流出，并且 顺着地势高低，沿着地面流淌，使火灾范围扩大，扑救变得十分困难。因此在油罐区需 修筑一定高度的防火堤。油品密度比水小，流淌的油品会浮于水面上燃烧，油罐区排水 沟会成为火灾的传播途径，应采取阻隔措施。 油蒸气密度，除甲烷以外，均比空气重。扩散出的油蒸气会积聚在油罐区周围，如 果无风，会久聚不散，特别是低洼地区及排水沟内，这样增加了火灾的危险性。 油品像所有物质一样，具有热胀冷缩的特性。温度升高，油品体积膨胀，压力增高； 温度降低，体积收缩，压力下降，使油罐内交替出现正负压，引起管体变形甚至破坏。 为了维持罐内的正常压力，大型油罐需设置“呼吸阀”或“通气孔”。温度升高时，罐 内部分油蒸气排出罐体；温度下降时，部分空气吸入罐内，这固然保持了罐内压力平衡， 但消耗了油品大量的轻质组分，也增加了火灾的危险性。油晶的膨胀系数见表2 - 5 。 表2 - 5 几种油品的受热膨胀系数b “ 油品名称膨胀系数b 汽油o 0 0 1 2 煤油 0 0 0 1 0 柴油 0 0 0 0 9 ( 6 ) 毒性 石油产品及其油蒸气具有一定毒性，轻质油品毒性比重质油品毒性小些，但轻质油 品蒸发性大，往往使空气中的油蒸气浓度比重质油大，由于空气中油气存在使氧气的含 量降低，因此危险性较大。油蒸气经口、鼻进入呼吸系统，能使人体器官受害而产生急 性和慢性中毒。如空气中油蒸气含量为2 8 o 时，经过1 2 1 4 m i n ，人便会感到头晕；如 果含量达到1 1 3 一2 2 2 时便会发生急性中毒，使人难以支持；当油蒸气含量更高时， 会使人立即昏倒，失去知觉，甚至有生命危险。油蒸气的慢性中毒会使人产生头昏、疲 倦和嗜睡等症状，经常与油品接触的皮肤会产生脱脂、干燥、龟裂、皮炎和局部神经麻 木。油品对人体的毒性来自其烃类和非烃类物质，为改善油品性能而加入的某些添加剂 第1 3 页 堕望丝垦里墨茎兰翌主墼 查型互鎏堡垦鲨塑查壅皇垫至堡墨堡堡垒窒旦婴窒 也具有一定毒性，因此对油品在储运的各环节进行毒性泄漏风险分析，对采取防毒措施 具有重要意义。 2 2 储罐区环境风险特征及事故类型分析 2 2 1 储存及其风险特征 石油化工系统，在生产过程中，需将原有适量、持续地供给蒸馏装置，保证均恒地 向中间加工装置进料；生产出来的中间产品、成品油等产品，装运前需要储存在成品油 罐中，以调节市场需求。因此石化系统建有多种不同罐容的贮罐。石油库主要分为原油 库和成品库，前者有分为陆上油库和海上油库。石油化工产品库则形式更多。众多储罐 组成罐区。目前石油及油品油的储存主要采用以下形式的储罐： a 、浮顶罐。其中又分为外浮顶罐和内浮顶罐。 b 、固定顶罐。 c 、可变空间罐。 d 、压力罐等。 以炼油厂储存油品为例，表2 - 6 列出了主要贮罐类型及其所贮油品蒸气压。 表2 - 6 炼油厂贮罐及其贮存油品蒸气压 贮罐类型贮存油晶其蒸气压p a ( 1 5 。c ) 原油1 4 0 0 0 可变空间，固定顶和浮顶罐车用汽油2 7 6 0 0 4 1 4 0 0 航空石脑油7 0 0 0 航空煤油 7 0 0 煤油 7 0 0 【舌| 定顶罐 n o2 馏分油 i 中( 1 2 ) = i 垂( 1 3 ) = i 中( 2 0 ) = i 审( 2 1 ) = i 由( 2 2 ) i 审( 1 1 ) i 由 ( 3 ) = i 巾( 4 ) = i 巾( 5 ) = i 由( 8 ) ：i 巾( 9 ) i 中( 1 8 ) = i 巾( 1 9 ) i 中( 1 ) = i 巾( 2 ) = i 中 ( 6 ) 2 l 中( 7 ) = i 巾( 1 5 ) 2 i 巾( 1 6 ) = i 巾( 1 7 ) 由此事故树分析可知，基本事件x ( 达爆炸极限) ，其结构重要度系数最大，使石 油储罐火灾爆炸事故发生的最重要条件。其次是基本事件x ( 通风不良) ，由此可见油 库的选址和当地大气的因素对于防止油罐发生火灾爆炸事故具有重要地位。储罐区布置 在开阔地带，常年有流风砍过等对于储罐区的安全具有显著的影响。 第1 9 孤 首都经济贸易大学硕士论文 大型石油罐区泄漏火灾事故环境风险评价成用研究 第2 0 负 皇型鳖塑塑堡苎兰! ! ! 主丝l 一 查型至塑堡匡娑塑坐壅皇垫堑丝墨堕翌笙生旦翌塞 2 4 突发