集裝箱碼頭危險(xiǎn)品事故模擬研究

1、<p>　　集裝箱碼頭危險(xiǎn)品事故模擬研究</p><p>　　摘要：指出了近年來隨著安全意識的提高，危險(xiǎn)品事故受到人們高度關(guān)注和重視，港口航運(yùn)業(yè)危險(xiǎn)品的運(yùn)輸方式以集裝箱為主，通過對集裝箱碼頭風(fēng)險(xiǎn)事故類型歸納總結(jié)，提出了污染物預(yù)測源強(qiáng)的篩選方式，對碼頭危險(xiǎn)品泄露事故進(jìn)行預(yù)測，給出了典型危險(xiǎn)品泄漏事故的污染范圍，以天津港東疆集裝箱碼頭二期為例，計(jì)算結(jié)果表明：集裝箱運(yùn)輸及裝卸過程中產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)事故影響范圍不大，

2、在采取相應(yīng)措施的前提下，其風(fēng)險(xiǎn)是可控的。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：危險(xiǎn)品；數(shù)值模擬；風(fēng)險(xiǎn) </p><p>　　中圖分類號：U698.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）2-0062-05 </p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　由于集裝箱具有較高的運(yùn)輸效率和便

3、利性， 世界約76.2%的化學(xué)危險(xiǎn)品通過海上集裝箱來運(yùn)輸[1]。由于危險(xiǎn)品本身的特殊潛在危險(xiǎn)性，一旦發(fā)生非正常突發(fā)事故，對環(huán)境會造成較大影響[2]。 </p><p>　　2015年8月12日，位于天津市濱海新區(qū)天津港的瑞海國際物流有限公司危險(xiǎn)品倉庫發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。事故現(xiàn)場的危險(xiǎn)化學(xué)品燃燒造成周邊區(qū)域環(huán)境空氣污染，對周邊居民安全造成威脅。天津港“812”爆炸事故發(fā)生后，各地安全、環(huán)保

4、管理部門對該問題高度重視，開展了針對危險(xiǎn)品堆存環(huán)節(jié)的清查，并帶動(dòng)了對于該工藝環(huán)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)控制的理論研究。 </p><p>　　筆者針對集裝箱碼頭的裝卸運(yùn)輸環(huán)節(jié)展開研究，對事故概率較高的典型風(fēng)險(xiǎn)事故進(jìn)行分析，給出污染物擴(kuò)散的范圍。為管理部門制定相應(yīng)類型項(xiàng)目的應(yīng)急預(yù)案及提供依據(jù)。 </p><p>　　2 集裝箱碼頭風(fēng)險(xiǎn)事故典型類型 </p><p>　　2.1 風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)

5、分析 </p><p>　　集裝箱碼頭（不考慮堆存）風(fēng)險(xiǎn)事故的主要發(fā)生環(huán)節(jié)包括水上運(yùn)輸、裝卸、陸上運(yùn)輸三個(gè)環(huán)節(jié)[3]。 </p><p>　　2.1.1 水上運(yùn)輸 </p><p>　　水上運(yùn)輸過程包括船舶航行過程、到港靠泊、錨地停泊等。水上污染事故主要分為兩類，分別是油污染事故和化學(xué)品泄漏事故，多為船舶交通事故引起。根據(jù)以往事故發(fā)生的規(guī)律，船舶事故主要發(fā)生在港區(qū)碼

6、頭和航道。根據(jù)多項(xiàng)事故類型和事故誘因的統(tǒng)計(jì)分析，事故多發(fā)生于港區(qū)或沿岸地區(qū)。統(tǒng)計(jì)歸納典型事故誘因參考表1。 </p><p><b>　　2.1.2 裝卸 </b></p><p>　　集裝箱運(yùn)輸本身就是比較安全的運(yùn)輸形式，發(fā)生在裝卸環(huán)節(jié)的大規(guī)模集裝箱污染事故很少發(fā)生。根據(jù)本項(xiàng)目危險(xiǎn)品裝卸的特點(diǎn)，該過程可能發(fā)生的污染事故及原因見表2。 </p><

7、p>　　表2 裝卸過程事故類型及原因 </p><p>　　事故類型事故原因危害 </p><p>　　危險(xiǎn)品泄漏操作失誤、設(shè)備故障、技術(shù)缺陷導(dǎo)致箱體破損，引發(fā)泄漏事故泄漏危險(xiǎn)品隨雨水排口排入海洋引起水體污染 </p><p>　　危險(xiǎn)品爆炸操作失誤、設(shè)備故障、技術(shù)缺陷導(dǎo)致箱體破損，在極端條件下引發(fā)危險(xiǎn)品爆炸氣態(tài)危險(xiǎn)品擴(kuò)散至大氣至周圍人員中毒 </p&g

8、t;<p>　　2.1.3 陸上運(yùn)輸 </p><p>　　車輛運(yùn)輸事故，多數(shù)是車輛運(yùn)行時(shí)，由于司機(jī)、車況、氣候等原因而可能發(fā)生的相撞、追尾事故等。惡劣海況和天氣狀況、起火、疲勞駕駛、酒后開車等是主要原因（表3）。 </p><p>　　危險(xiǎn)品運(yùn)輸最不利影響在于所運(yùn)輸?shù)氖莿《炯拔廴拘暂^大的物質(zhì)，并灑落至地表水域，因?yàn)槲ｋU(xiǎn)物質(zhì)一旦發(fā)生泄漏進(jìn)入水域，會引起局部水域水質(zhì)污染，對環(huán)境

9、的影響及破壞極大。一旦發(fā)生此類事故，有關(guān)管理部門必須給予高度重視。但這類危險(xiǎn)品均系密封桶裝運(yùn)輸，故出現(xiàn)泄漏可能性不大。工程運(yùn)營期存在一定的運(yùn)輸事故風(fēng)險(xiǎn)，大型集裝箱車輛載有危險(xiǎn)品貨物時(shí)會構(gòu)成一定的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。 </p><p>　　2.2 危險(xiǎn)品類型分析 </p><p>　　危險(xiǎn)品種類按照“國際危規(guī)”中的分類標(biāo)準(zhǔn)要求，它們分別分9大類12小類幾千個(gè)品種[4]，其各自的理化性質(zhì)不一，多具有

10、易燃、易爆、有毒、腐蝕等危險(xiǎn)特性。概括的說，針對本項(xiàng)目的危險(xiǎn)品運(yùn)輸可能對水域產(chǎn)生的影響進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測分析，根據(jù)貨種的特性主要針對4類進(jìn)行分析： </p><p>　　①沉淀型。d>1，且不溶于水。 </p><p>　　②溶于水。溶于水前不易揮發(fā)，不易蒸發(fā)?？梢砸钥扇苄杂卸疚镔|(zhì)如丙烯酸入水中為代表進(jìn)行預(yù)測。 </p><p>　?、鄄蝗苡谒?。d<1，不易揮

11、發(fā)?？梢砸杂推纷鳛榇砦锓N進(jìn)行預(yù)測分析，同溢油事故相似。 </p><p>　?、軗]發(fā)型。d<1，易揮發(fā)，低閃電物質(zhì)在數(shù)分鐘內(nèi)揮發(fā)。此類物質(zhì)基本上屬于液體化工品，基本上均由專門的液體化工品碼頭輸運(yùn)。因此在此不針對此種物質(zhì)進(jìn)行入水后擴(kuò)散的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測。 </p><p>　　3 預(yù)測貨種及源強(qiáng)選取 </p><p><b>　　3.1 泄漏入海 <

12、;/b></p><p>　　3.1.1 貨種選取 </p><p>　　入?；瘜W(xué)品篩選的主要原則為：選取運(yùn)量最大的貨種及對海水水質(zhì)影響最嚴(yán)重的貨種進(jìn)行預(yù)測。其中運(yùn)量最大貨種主要參考該地區(qū)同類項(xiàng)目從運(yùn)行至今各類貨種的運(yùn)輸比例確定，對海水水質(zhì)影響最嚴(yán)重的貨種則是根據(jù)所有運(yùn)輸貨種中海水水質(zhì)指標(biāo)最為嚴(yán)格的貨種進(jìn)行確定。篩選的種類盡量選取具有相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的品種。 </p>&l

13、t;p>　　3.1.2 源強(qiáng)選取 </p><p>　　隨著集裝箱碼頭裝卸作業(yè)日趨專業(yè)化、規(guī)范化，發(fā)生集裝箱整箱入海，以及箱內(nèi)各個(gè)小包裝單元同時(shí)發(fā)生泄漏產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)高源強(qiáng)的情況的發(fā)生概率極低，對于事故?釤?下的應(yīng)急沒有指導(dǎo)意義。筆者建議考慮小包裝泄漏作為風(fēng)險(xiǎn)事故預(yù)測源強(qiáng)。 </p><p>　　3.2 氣態(tài)污染物 </p><p>　　氣態(tài)物質(zhì)篩選時(shí)主要參考了

14、以下幾類參數(shù)。 </p><p>　?。?）IDLH：立即威脅生命和健康濃度（Immediately Dangerous to Life or Health concentration）。 </p><p>　　（2）MAC：最高容許濃度（Maximum Allowable Concentration）。 </p><p>　?。?）PC-STEL：短時(shí)間接觸容許濃

15、度（Permissible Concentration-Short Term Exposure Limit）。 </p><p>　?。?）PC-TWA：時(shí)間加權(quán)平均容許濃度（Permissible Concentration-Time Weighted Average）。 　　以上四類參數(shù)中IDLH、MAC、PC-STEL表征短時(shí)間對人體產(chǎn)生危害，更適用于本項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測條件。通過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)IDLH以立即威脅

16、生命為參考標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值偏高，筆者推薦采用化學(xué)品中MAC、PC-STEL最低值化學(xué)品作為預(yù)測因子。 </p><p>　　4 碼頭危險(xiǎn)品泄露預(yù)測分析 </p><p>　　天津港東疆集裝箱碼頭二期工程位于天津港東疆港區(qū)，占用岸線1441 m。根據(jù)規(guī)范計(jì)算布置4個(gè)泊位，可同時(shí)停靠3艘20萬t級集裝箱船，或者?？?艘15萬t級和1艘2萬t級集裝箱船。設(shè)計(jì)年吞吐量300萬TEU。 </p>

17、;<p>　　4.1 危險(xiǎn)品泄漏入海 </p><p>　　4.1.1 預(yù)測模式 </p><p>　　預(yù)測采用數(shù)值模擬法，計(jì)算域從南至北包含了南港、臨港、天津港、臨海新城、中心漁港所在海域，取為75 km×45 km的矩形區(qū)域，計(jì)算海域驗(yàn)證資料取用2012年的水文資料，通過Mike21的MT模塊進(jìn)行計(jì)算。 </p><p>　　4.1.2

18、預(yù)測源強(qiáng) </p><p>　　該工程為含危險(xiǎn)品的集裝箱碼頭，運(yùn)輸品包括多種可溶性化學(xué)品，根據(jù)運(yùn)量與毒性等特點(diǎn)，預(yù)測中選擇海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中最嚴(yán)格的兩種代表性貨種作為代表物質(zhì)進(jìn)行計(jì)算，分別為硫化鈉（海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，限值0.02 mg/L）和氰化鈉（海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，限值0.005 mg/L），其相應(yīng)的小包裝單元分別為0.1 t、0.05 t，預(yù)測中以小包裝單元作為瞬時(shí)源強(qiáng)進(jìn)行計(jì)算，預(yù)測代表點(diǎn)選取碼頭前沿。 </p&g

19、t;<p>　　4.1.3 碼頭前沿泄漏預(yù)測結(jié)果 </p><p>　　圖1和圖2為代表性可溶化學(xué)品在碼頭前沿泄漏后的預(yù)測結(jié)果。從圖1中可以看出，以氰化鈉為例，漲潮期發(fā)生泄漏事故時(shí)污染云團(tuán)隨流向西北方向漂移擴(kuò)散，大于0.005 mg/L濃度的污染物6 h的漂移距離約0.8 km，掃海面積約為11.5 hm2，污染范圍在港池疏浚范圍內(nèi)；落潮期發(fā)生泄漏事故時(shí)污染云團(tuán)隨流向西南方向漂移擴(kuò)散，6 h的漂移距

20、離為0.7 km，掃海面積約為11.7 hm2，預(yù)測結(jié)果表明漲落潮超0.005 mg/L濃度的污染物均不會影響周邊環(huán)境敏感目標(biāo)。 </p><p>　　4.2 氣態(tài)危險(xiǎn)品泄露 </p><p>　　針對揮發(fā)性強(qiáng)的危險(xiǎn)品貨種泄漏事故對陸域環(huán)境敏感目標(biāo)的影響問題，通過對化學(xué)品理化性質(zhì)及毒性進(jìn)行篩選，最終選取氯作為氣態(tài)物質(zhì)預(yù)測因子。 </p><p>　　4.2.1 源項(xiàng)

21、確定 </p><p>　　根據(jù)液氯的包裝類型，根據(jù)《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)定》，液氯的包裝密度不能高于1.25 kg/L，其包裝為400 L（500 kg）鋼瓶包裝，儲罐內(nèi)徑為0.6 m，高為1.8 m。 </p><p>　　4.2.2 預(yù)測條件 </p><p>　　天津區(qū)域7月份平均氣溫27℃，一般認(rèn)為，儲罐液體溫度高于室溫2～3℃，本次計(jì)算按30℃考慮，在該溫度下

22、，液氯鋼瓶的壓力一般為35.6 MPa；根據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》中推薦的公式，液氯泄漏采用計(jì)算式為： </p><p>　　QLG=CdA2ρm（P-PC） </p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　QLG為兩相流泄漏速度，kg/s； </p><p>　　Cd為兩相流泄漏系數(shù)，可取

23、0.8； </p><p>　　A為裂口面積，m2； </p><p>　　P為操作壓力或容器壓力，Pa； </p><p>　　PC為臨界壓力，Pa，可取PC=0.55P； </p><p>　　ρm為兩相混合物的平均密度，kg/m3，由下式計(jì)算得，ρm =28.23 kg/m3： </p><p>　　ρm=1FV

24、ρ1+1-FVρ2 </p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　ρ1為液體蒸發(fā)的蒸氣密度，kg/m3，3.17 kg/m3； </p><p>　　ρ2為液體密度，kg/m3，為1250 kg/m3； </p><p>　　FV為蒸發(fā)的液體占液體總量的比例，由下式計(jì)算得到FV=0.11。 <

25、/p><p>　　FV=Cp（TLG-TC）H </p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　Cp為兩相混合物的定壓比熱，J/（kg?K），0.476 kJ/（kg?K）； </p><p>　　TLG為兩相混合物的溫度，303.15K； </p><p>　　TC為液體在臨界壓

26、力下的沸點(diǎn)，238.55K； </p><p>　　H為液體的氣化熱，J/kg，液氯為280kJ/kg。 </p><p>　　一般而言，液氯鋼瓶泄漏時(shí)泄漏孔的面積較小，一般情況下，僅為接口處發(fā)生裂縫，在該種情況下，泄漏孔徑一般小于1cm，本計(jì)算預(yù)測按1 cm考慮，泄漏源強(qiáng)列于表4中。 </p><p><b>　　表4 泄漏源強(qiáng) </b>&l

27、t;/p><p>　　事故類型泄漏速度/（g/s）持續(xù)時(shí)間/s </p><p>　　一般情況下小孔徑泄漏（泄漏孔徑1 cm）18.8926473 </p><p>　　為了考慮最高容許濃度（MAC）和IDLH（立即威脅生命和健康濃度）對保護(hù)目標(biāo)的影響，預(yù)測了0.5 h平均濃度的影響。為了考慮LC50對保護(hù)目標(biāo)的影響，預(yù)測了4 h平均濃度的影響。 </p>

28、<p>　　4.2.3 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) </p><p>　　分別采用氯的IDLH（立即威脅生命和健康濃度）為88 mg/m3；MAC（最高容許濃度）為1 mg/m3。氯的LC50值（大鼠吸入）為850 mg/m3。 </p><p>　　4.2.4 影響預(yù)測分析 </p><p>　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知（表5、圖3），在D類穩(wěn)定度年均風(fēng)速1 m/s氣象條件下，

29、如不采取及時(shí)有效的措施，軸線最大濃度為23.41 mg/m3。造成MAC值（1 mg/m3）最大超標(biāo)面積為4.04萬m2；由于該濃度低于IDLH值（88 mg/m3），因此?τΩ孟畈慰賈副昝揮諧?標(biāo)范圍。 </p><p>　　環(huán)境保護(hù)目標(biāo)處半小時(shí)最大濃度出現(xiàn)在東疆人工沙灘，濃度為0.0136 mg/m3，環(huán)境保護(hù)目標(biāo)處國際展銷中心、東疆灣賓館，濃度值為0.0118 mg/m3，環(huán)境保護(hù)目標(biāo)處瞰海軒、上東灣，濃度

30、值為0.0105 mg/m3，環(huán)境保護(hù)目標(biāo)處國際郵輪母港商貿(mào)區(qū)最大濃度值為0.0033 mg/m3，均能夠滿足氯的MAC值、IDLH值的要求。4 h最大濃度未超過LC50值（850 mg/m3），敏感目標(biāo)處最大值出現(xiàn)在東疆人工沙灘，濃度為0.0092 mg/m3，低于LC50值的要求，氯泄漏對環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的影響較小。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，在D類穩(wěn)定度年均風(fēng)速4 m/s氣象條件下，如不采取及時(shí)有效的措施，軸線最大濃度為4.71 mg/m3，造

31、成MAC值最大超標(biāo)面積為7.23萬m2，由于該濃度低于IDLH值，因此，對應(yīng)該項(xiàng)參考指標(biāo)沒有超標(biāo)范圍。 　　?h境保護(hù)目標(biāo)處0.5 h最大濃度出現(xiàn)在瞰海軒、上東灣，濃度值為0.0682 mg/m3，環(huán)境保護(hù)目標(biāo)處東疆人工沙灘，濃度為0.0385 mg/m3，環(huán)境保護(hù)目標(biāo)處國際郵輪母港商貿(mào)區(qū)最大濃度值為0.0259 mg/m3，環(huán)境保護(hù)目標(biāo)處國際展銷中心、東疆灣賓館，濃</p><p>　　4 h最大濃度未超過L

32、C50值（850 mg/m3），敏感目標(biāo)處最大值出現(xiàn)在瞰海軒、上東灣，濃度為0.0455 mg/m3，低于LC50值的要求，氯泄漏對環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的影響較小。 </p><p>　　總體而言，當(dāng)發(fā)生陸域泄漏時(shí)，軸線最大濃度在小風(fēng)速時(shí)較大、大風(fēng)速時(shí)較小。這是由于大風(fēng)速時(shí)污染物容易擴(kuò)散，而對于環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的影響，由于距保護(hù)目標(biāo)較遠(yuǎn)，小風(fēng)速時(shí)污染物到達(dá)保護(hù)目標(biāo)的時(shí)間較長，而且泄漏源是暫時(shí)的，因此，對保護(hù)目標(biāo)的影響，大風(fēng)速

33、時(shí)影響反而比小風(fēng)時(shí)大，但這種影響對應(yīng)的污染物濃度值較低，造成的影響并不大。 </p><p>　　綜上所述，當(dāng)發(fā)生陸域泄漏時(shí)，氯氣泄漏對堆場內(nèi)的影響較大，因此，在有毒貨種作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員應(yīng)佩帶個(gè)體防護(hù)用品。并且應(yīng)嚴(yán)格控制本工程營運(yùn)階段的管理工作，杜絕此類事故的發(fā)生。 </p><p><b>　　5 結(jié)論 </b></p><p>　　研究針對

34、集裝箱碼頭在運(yùn)輸和裝卸環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)事故類型進(jìn)行了歸納總結(jié)，提出了污染物預(yù)測源強(qiáng)的篩選方式，將事故類型劃分為危險(xiǎn)品泄漏入海及氣態(tài)污染物泄露兩大類。針對具體項(xiàng)目給出了風(fēng)險(xiǎn)源篩選過程及污染物擴(kuò)散的預(yù)測結(jié)果。根據(jù)預(yù)測結(jié)果可知，集裝箱作業(yè)作為一種清潔的運(yùn)輸方式，在不考慮“違法違規(guī)經(jīng)營”等主觀人為因素的前提下，其造成的事故后果不大，在采取相應(yīng)措施后是可控的。與散裝運(yùn)輸相比，其運(yùn)輸更為安全便利。 </p><p><b&g

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37、ng Hua2， Shou Youping1 </p><p>　?。?.Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering， M.O.T， Tianjin 300456， China； </p><p>　　2.Tianjin Teda Water Supplying Company， Tianjin 300457， Ch

38、ina） </p><p>　　Abstract： In recent years， with the improvement of safety awareness， the accidents of hazardous materialget more attention， the mode of transportation of hazardous material in the port and shi

39、pping industry is mainly based on the container.This paper summarized the types of container terminal accident， put forward amethod to select source strength of pollutants forecastand provided pollution range of typical