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環境風險事故廢水應急池、初期雨水收集池容積計算方法及對比

涉及危險化學品環境風險事故廢水排放的建設項目應急事故池、初期雨水收集池容積的計算方法

目前,有關涉及危險化學品環境風險事故廢水排放的建設項目應急事故池、初期雨水收集池容積的計算確定方法,有《化工建設項目環境保護工程設計標準》(GB/T50483-2019)和中國石油天然氣集團公司企業標準《事故狀態下水體污染的預防與控制技術要求》(Q/SY1190-2009)規定的應急事故水池容積的計算確定方法。通過對比分析,發現其計算方法和計算結果有所差異,其主要差異在于發生事故時的降雨量計算必須注意事故時進入事故水池的雨水量,與正常生產時初期雨水量的本質區別,而這個區別往往在安評、環評階段容易發生混淆。本著環境風險防范按最不利情境考量的原則,“宜大不宜小”;考慮經濟的合理性,有學者建議應急事故池容積的確定考慮單個項目和區域儲存設施的集約化。對化工園區或化工項目聚集區等有條件的工業園區,應設置區域集中事故廢水收集系統,其事故池有效容積取區域內事故廢水量最大者;各個廠區內不再單獨設事故池,僅設事故廢水收集導排系統管網。一、應急事故水池容積的計算方法

1、GB/T50483-2019規定的計算方法(簡稱“國標計算法”)《化工建設項目環境保護工程設計標準》(GB/T50483-2019)規定:化工建設項目應設置應急事故水池,以保證事故時能有效地接納裝置排水、消防廢水等污染水,避免事故污染水進入水體造成污染”。對一般的新建、擴建、改建和技術改造的建設項目,其應急事故水池容量應按下式計算:

V事故池=(V1+V2+V)max -V3          (1)
式中:
(V1+V2+V)max為應急事故廢水最大計算量,(m3)。V1為最大一個設備裝置的容量或貯罐的物料貯存量,(m3)。V2為裝置區或貯罐區一旦發生火災及泄漏時的最大消防用水量,包括撲滅火災所需用水量和保護鄰近設備或貯罐(最少3)的噴淋水量(m3),可根據GB50016GB50160GB50074等有關規定確定V為發生事故時可能進入該廢水收集系統的當地的最大降雨量(m3),應根據GB50014有關規定確定
V3為事故廢水浙江雨水收集系統的裝置或罐區圍堰、防火堤內凈空容量及事故廢水導排管道容量之和(m3)
2、中國石油天然氣集團公司企業標準Q/SY 1190-2009規定的計算方法(簡稱“企標計算法”)中國石油天然氣集團公司企業標準《事故狀態下水體污染的預防與控制技術要求》(Q/SY1190-2009),規定的應急事故水池容積計算確定方法:
V事故池=(V1+V2-V3)max+V4 +V        2
式中:(V1+V2-V3)max是指對收集系統范圍內不同罐組或裝置分別計算V1+V2-V3,取其中最大值(m3)。V1為收集系統范圍內發生事故的一個罐組或一套裝置的物料量(m3),儲存相同物料的罐組按一個最大儲罐計,裝置物料量按存留最大物料量的一臺反應器或中間儲罐計,事故緩沖設施按一個罐組或單套裝置計,末端事故緩沖設施按一個罐組加一套裝置計。
V2為發生事故的儲罐或裝置的消防水量(m3)。V2=∑Q×t),其中,Q為發生事故的儲罐或裝置的同時使用的消防設施給水流量(m3/h)t為消防設施對應的設計消防歷時(h),按610h計算V3為發生事故時可以轉輸到其他儲存或處理設施的物料量(m3)。例如,非可燃性對水體環境有危害物質的儲罐應設置圍堰或事故存液池、備用罐等,其有效容積均不宜小于罐組內1個最大儲罐的容積V4為發生事故時仍必須進入該杭州雨水收集系統的生產廢水量(m3)。V為發生事故時可能進入該浙江雨水收集系統的降雨量(m3)。V=10×q×Fq為降雨強度(mm),按平均日降雨量計算(q=qa/nqa為當地多年平均降雨量,n為年平均降雨日數)F為必須進入事故廢水收集系統的雨水匯水面積(hm2)

3、“國標計算法”與“企標計算法”的對比分析

(1) 事故廢水最大產生量計算方法不同。“國標計算法”按物料最大貯存量、消防最大用水量、最大降雨量三部分之和的最大值確定,未考慮發生事故時仍必須進入該杭州雨水收集系統的生產廢水量,建議工程設計、安全風險評價時予以保守考慮,GB/T50483修訂時也應增加該項。“企標計算法”則按物料最大貯存量、消防最大用水量、平均降雨量、生產廢水量四部分之和確定。

(2) 消防最大用水量計算方案略有差異。“國標計算法”按裝置區和罐區的滅火、噴淋用水量分別明確規定,并規定考慮鄰近至少3個貯罐的噴淋水量。滅火和噴淋給水強度、滅火冷卻面積、滅火冷卻消防時間等的取值應滿足GB50016、GB50160、GB50074、GB50151、GB50196、GB50338的規定和最低值要求。“企標計算法”則按綜合消防給水量和設計消防歷時給出了計算公式,但未明確滅火和噴淋水量各自的確定方案。且其規定的設計消防歷時為6~10h,大大高于“國標計算法”規定取值(一般為2~6h)。

(3) 物料轉移和儲存容積確定內容不同。“國標計算法”的“V3”包括圍堰或防火堤內凈空容量、事故廢水導排管道容量,但未明確物料轉輸而只考慮儲存容積。“企標計算法”的“V3”則為事故時可轉輸到其他儲存或處理設施的物料量。“結合現有設施條件,事故時如能夠通過轉移物料達到避免事故擴大的,應首先進行物料轉移”;考慮物料轉輸可有效避免純物料流失,減少事故排放廢水的同時也減少損失。(4) 降雨量的確定方法不同。“國標計算法”考慮的是最大降雨量;“企標計算法”考慮的是平均降雨量,按當地多年平均的日降雨強度計算。

二、應急事故水池容積計算確定的基本原則

環境風險事故廢水的來源包括物料泄漏量、消防水量、雨水量、生產廢水量等,而能夠儲存事故廢水的儲存設施可包括事故水池、事故罐、防火堤內或圍堰內有效容積、導排水管有效容積等等。為確保環境風險事故廢水不排入外環境,必須基于事故廢水最大產生量和事故排水系統儲存設施最大有效容積來綜合確定應急事故水池的容積,有學者認為應遵循以下原則:

(1) 事故池容積確定應執行的標準或規范主要有:GB/T50483、Q/SY1190-2009和中國石化安環[2006]10號等。GB/T50483規定的應急事故水池容積確定方法,對所有涉及危險化學品環境風險事故排水的項目均應適用執行。其中:消防用水量確定、圍堰或防火堤有效容積確定時應按《建筑設計防火規范》(GB50016)、《石油化工企業設計防火規范》(GB50160)、《石油庫設計規范》(GB50074)、《儲罐區防火堤設計規范》(GB50351)等有關規定執行;按《室外排水設計規范》(GB50014)、《石油化工企業給水排水系統設計規范》(SH3015)等計算確定最大降雨量。

(2) 應急事故水池容量應根據發生事故的設備容量、事故時消防用水量及可能進入應急事故水池的降水量等因素綜合確定。罐區防火堤內容積、排至事故池的排水管道在自流進水的事故池最高液位以下的容積、現有儲存事故排水設施的容積均可作為事故排水儲存有效容積。計算應急事故廢水量時,裝置區或貯罐區事故不作同時發生考慮,取其中的最大值。應按事故排水最大流量對事故排水收集系統的排水能力進行校核,明確導排系統的防火、防爆、防滲、防腐、防凍、防洪、抗浮、抗震等措施。

(3) 應當結合建設項目的總平面布置圖,給出事故風險源分布、生產區及裝置區圍堰和防火堤范圍、浙江雨水收集匯集范圍,及事故廢水導排系統走向等關鍵的信息、路線和標識,明確杭州雨水收集導排系統服務范圍,明確受污染排水和不受污染排水的去向及排水切換設施的設置。

(4) 必須注意事故時進入事故水池的雨水量,與正常生產時初期雨水量(即前期雨水)的本質區別,不可混淆。一是降雨歷時不同。正常生產運營過程中初期杭州雨水收集是指剛下的雨水,一次降雨過程中的前10~20min最大降水量,其設計參數計算必須按GB50014規定的短歷時暴雨強度公式確定;而事故時降水量應根據事故消防時間(參照GB50016、GB50160規定一般為2~6h,Q/SY 1190規定為6~10h)確定。二是匯水面積不同。初期浙江雨水收集的匯水面積必須考慮生產區和儲存區總的匯水面積;事故時只考慮裝置區或罐區單獨的能進入事故排水系統的最大降雨量,不作同時匯水考慮,且應采取措施盡量減少進入事故排水收集系統的雨水匯集面積。

(5) 在非事故狀態下需占用事故池時(例如,初期雨水池共用),占用容積不得超過事故池容積,并應設有在事故時可以緊急排空的技術措施。污水處理事故池不可作為應急事故儲存設施,不能把環境風險進一步轉加到污水處理系統。

三、應急事故水池和初期雨水池容積計算確定案例

(本案例系引用的相關資料)分別采用“國標計算法”、“企標計算法”計算環境風險事故狀態下,某石化項目的應急事故池容積,采用設計暴雨強度公式計算正常生產運營狀態下該項目的初期雨水池容積。

“國標計算法”計算的該項目應急事故水池容積最大為6318m3(罐區)“企標計算法”計算的則為5816m3(罐區),結果相差502m3,主要是進入事故排水系統的降雨量的差別。
對裝置區,兩方法計算結果的差異還包括是否考慮生產廢水量。在進行應急事故水池容積設計時,必須按最大容積確定,并留有一定的裕度。“國標計算法”計算的該項目事故排水最大流量為293L/s,“企標計算法”計算的則為269L/s,結果相差24L/s。在進行事故廢水導排系統設計時,應注意這種差別對排水管道最大內徑的影響。2、初期雨水池容積計算結果正常生產運營狀態,初期杭州雨水收集的匯水面積較大,雖然降雨歷時只取15min,但其單次浙江雨水收集量最大值可達到583m3,計算雨水排水最大流量可達到615.71L/s。鑒于初期雨水量小于應急事故池容積的,可采用初期雨水池與應急事故池共用設計但兩者的導排系統應單獨設計或按合流最大流量值設計,并應確保初期雨水收集系統切換設施正常運行以避免未受污染雨水進入事故池。

注:對裝置區綜合考慮滅火噴淋消防給水量,取為150L/s,消防時間取3h。對罐區,滅火給水量取為6.0L/min•m,滅火面積取為1102m,消防時間取6h;噴淋冷卻給水量取為3.0L/min•m,噴淋冷卻面積按4個罐表面積計算取為4×1102m,消防時間取4h
“企標計算法”降雨強度按項目所在地的實際統計值計算,q=7.9mm;“國標計算法”暴雨強度按項目所在地的設計暴雨強度公式計算,降雨歷時t=6h,徑流系數Ψ=0.95,重現期P=3年,q=57.58L/(s·hm2)

表2 徑流系數查詢表

地面種類

Ψ

各種屋面、混凝土或瀝青路面

0.850.95

大塊石鋪砌路面或瀝青表面處理的碎石路面

0.550.65

級配碎石路面

0.400.50

干砌磚石或碎石路面

0.350.40

非鋪砌土路面

0.250.35

公園或綠地

0.100.20

雨水管渠的設計降雨歷時t,由地面集水時間t1和雨水在計算管段中流行的時間t2組成。

t=t1+mt2式中:t為設計降雨歷時,mint1地面集水時間,min,視距離、地形坡度和地面鋪蓋情況而定,一般采用5min~15mint2雨水在管渠流行的時間,minm為折減系數,暗管m=2;明渠m=1.2。在陡坡地區,暗管折減系數m=1.2~2,經濟條件較好、安全性要求較高地區的排水管渠m可取1

四、總結

1GB/T50483規定的應急事故水池容積確定方法,對所有涉及危險化學品環境風險事故排水的項目均應適用執行。

2、應急事故水池是事故廢水導排系統中的一個較為重要的關鍵環節,其容積必須根據事故廢水最大產生量和事故排水系統儲存設施最大有效容積計算,并考慮技術、生產、投資、安全、風險、環保等因素綜合確定,確保事故廢水不排入外環境。

3、對事故時的消防水量(滅火、噴淋)、生產廢水量、同期降雨量、初期雨水池共用等因素的不確定性,建議相關的規范應進一步明確規定其技術解決方案,必要時可制定單獨的應急事故排水系統設計規范,以利設計和評價統一標準、可操作和不過多地增加投資。




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