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建设项目应急事故水池容积确定技术方法研究及应用 王栋成 1 王静 1 林国栋 2 1. 山东省气候中心， 济南250031; 2. 山东省化工规划设计院， 济南 250013 摘要 基于对 GB 504832009 化工建设项目环境保护设计规范 和 Q/SY 11902009事故状态下水体污染的预防 与控制技术要求 规定的应急事故水池容积确定方法的对比研究， 系统地提出了应急事故水池容积确定的技术要点 和原则， 结合案例探讨了应急事故水池和前期雨水池容积确定技术方案， 对工程设计、 安全与风险评价等工作具有重 要的指导意义。 关键词 应急事故水池; 前期雨水; 容积; 导排系统 THE RESEARCH ON S TO DETERMINE VOLUME OF THE EMERGENCY INCIDENT POOL OF CONSTRUCTION PROJECTS Wang Dongcheng1Wang Jing1Lin Guodong2 1. Shandong Climate Center，Jinan 250031， China; 2. Shandong Chemical Planning ＆ Design Institute，Jinan 250013， China AbstractBased on“Chemical Construction Project Environmental Design Code” GB 504832009 and “Technical Requirements for Prevention and Control of Water Pollution in Accident” Q/SY 11902009 ， this paper studies contrastively on the s to determine the volume of the emergency incident pool，and raises systematically the techniques and principles to determine the volume of the emergency incident and pre-rainwater pools. Combined with cases，technical solutions are discussed on how to determine the volume of the emergency incident and pre-rainwater pools，which has important guiding significance for engineering design，safety and risk uation work. Keywordsemergency incident pool;pre-rainwater;volume;exhaust system 0引言 2005 年 11 月发生的松花江污染事件， 主要原因 之一是企业没有完善的事故废水导排系统和足够容 量的应急事故水池， 导致爆炸事故发生后含有大量 苯、 硝基苯等有毒有害物料的消防废水进入松花江。 而 2006 年 1 月浙江某化工厂六氯车间反应釜爆炸事 故， 该公司则利用已有的雨水回收系统和废水预处理 池收集了事故污水， 经预处理后送入污水处理厂， 没 有造成环境次生污染。可见， 完善的事故废水导排系 统和足够容量的应急事故水池， 对所有涉及危险化学 品环境风险事故废水排放的建设项目至关重要。GB 504832009化工建设项目环境保护设计规范 ［ 1］ 规定 “化工建设项目应设置应急事故水池” ， 以保证 事故时能有效地接纳装置排水、 消防废水等污染水， 避免事故污染水进入水体造成污染。目前， 事故废水 导排系统的设计虽已作为强制性措施， 但是有关事故 应急水池容积确定的国家标准或规范还很少， 规定条 文相对简略、 不够明确， 并存在一些争议。有关的文 献［ 2- 4］ 也仅以中石化 “水体污染防控紧急措施设计 导则 试行 ” 为研究对象， 不具有普遍指导性。本文 对比 分 析 了 GB 504832009 和 Q/SY 11902009 事故状态下水体污染的预防与控制要求 ［ 5］等规定 的应急事故水池容积确定方法， 研究其差异和各自存 在的问题， 提出了应急事故水池容积确定的技术要点 和原则， 结合案例探讨了事故池和前期雨水池容积确 定技术方案。 1应急事故水池容积确定方法对比 1. 1GB 504832009 规定的计算方法 此方法简称“国家标准法” 。对一般的新建、 扩 建、 改建和技术改造的建设项目， 其应急事故水池容 量应按式 1 计算。 V事故池 V1 V2 V雨 max － V3 1 211 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 式中 V1 V2 V雨 max为应急事故废水最大计 算量， m3。V1为一个最大容量的设备 装置 或贮罐 的物料贮存量， m3; V2为在装置区或贮罐区一旦发生 火灾爆炸及泄漏时的最大消防用水量， 包括扑灭火灾 所需水量和保护邻近设备或贮罐 最少 3 个 的喷淋 水量， m3 可 根 据 GB 500162006［ 6］、 GB 50160 2008［ 7］、 GB 500742002［ 8］等有关规定确定 ; V雨为 发生事故时可能进入该废水收集系统的当地最大降 雨量， 应根据 GB 500142006［ 9］有关规定确定; V3为 事故废水收集系统的装置或罐区围堰、 防火堤内净空 容量与事故废水导排管道容量之和， m3。 1. 2Q/SY 11902009 规定的计算方法 中国石化安环［ 2006］ 10 号“关于印发水体环 境风险防控要点 试行 的通知” 及“水体污染防控 紧急措施设计导则” ， 以企业文件的方式规定了应急 事故水池容量计算方法。中国石油天然气集团公司 企业标准 Q/SY 11902009， 以企业标准的方式明确 规定了应急事故水池容积的确定方法， 二者计算方法 一致， 简称企业标准法， 见式 2 。 V事故池 V1 V2－ V3 max V雨 V4 2 式中 V1 V2－ V3 max是指对收集系统范围内不同罐 组或装置分别计算 V1 V2－ V3， 取其中最大值， m3。V1 为收集系统范围内发生事故的一个罐组或一套装置的 物料量， 储存相同物料的罐组按一个最大储罐计， 装置 物料量按存留最大物料量的一台反应器或中间储罐 计， 事故缓冲设施按一个罐组或单套装置计， 末端事故 缓冲设施按一个罐组加一套装置计， m3; V2为发生事 故的储罐或装置的消防水量， V2 ∑ Q消 t消 ， 其中， Q消为发生事故的储罐或装置同时使用的消防设施给 水流量， m3/h，t消为消防设施设计消防历时， 按 6 ～ 10 h 计算; V3为发生事故时可以转输到其他储存或处理 设施的物料量， m3;V4为发生事故时仍必须进入该收 集系统的生产废水量， m3; V雨为发生事故时可能进入 该收集系统的降雨量， m3。 1. 3“国家标准法” 与“企业标准法” 的对比和各自 存在的问题 1 适用范围不同 。“国家标准法” 具有普遍指导 意义 ， “适用于新建、 扩建、 改建和技术改造的化工建设 项目的环境保护设计” ［ 1］， 建议对所有涉及危险化学品 环境风险事故排水的项目均必须强制执行 。“企业标 准法 ” “适用于中国石油天然气集团公司所属石油化工 企业和销售企业石油库的水体污染预防与控制” ［ 5］。 2 事故废水最大产生量计算方法不同 。“国家 标准法” 未考虑发生事故时仍必须进入该收集系统 的生产废水量， 建议工程设计、 安全风险评价时予以 保守考虑， GB 504832009 修订时也应增加该项。 “企业标准法” 则按物料最大贮存量、 消防最大用水 量、 平均降雨量、 生产废水量四部分之和确定。 3 消防最大用水量计算方案略有差异 。“国家 标准法” 按装置区和罐区的灭火、 喷淋用水量分别明 确规定， 并规定考虑邻近至少 3 个贮罐的喷淋水量; 但应进一步明确灭火和喷淋给水强度、 灭火冷却面 积、 灭火冷却消防时间等的设计取值必须执行的标准 规范 如文献［ 6 － 8］ ， GB 5015192低倍数泡沫灭 火系统设计规范 、 GB 5019693高中倍数泡沫灭 火系统设计规范 、 GB 503382003固定消防炮设 计规范 等 和最低值， GB 504832009 修订时也应 完善该项规定， 建议补充计算方法 。“企业标准法” 则按综合消防给水量和设计消防历时给出了计算公 式， 但未明确灭火和喷淋水量各自的确定方案。且其 规定的设计消防历时为 6 ～ 10 h， 大大高于“国家标 准法” 规定取值 一般为 2 ～ 6 h 。 4 物料转移和储存容积确定内容不同 。“国家 标准法” 的 “V3” 包括围堰或防火堤内净空容量、 事故 废水导排管道容量， 但未明确物料转输而只考虑储存 容积 。“企业标准法” 的 “V3” 则为事故时可转输到其 他储存或处理设施的物料量 ， “结合现有设施条件， 事故时如能够通过转移物料达到避免事故扩大的， 应 首先进行物料转移” ， 因为物料转输可有效避免纯物 料流失， 减少事故排放废水的同时也减少损失。 5 降雨量的确定方法不同 。“国家标准法” 考虑 的是最大降雨量， 但存在如下问题 一是未明确按实际 最大降雨量或按设计暴雨强度; 二是未明确按何规范 进行最大降雨量的确定; 三是未明确事故状态下的最 大降雨量是否能按正常运行状态的设计降雨量确定; 四是未明确暴雨强度的重现期取值; 五是未明确降雨 历时的取值; 六是未明确消防的同时降暴雨消防水量 消防、 降温等 的取值， 建议 GB 504832009 修订时 明确， 但现阶段应根据文献［ 9］ 有关规定按不同重现期 事故状态下建议至少应取为 3 年 、 不同降雨历时 参 照文献［ 6 －7］ 等规定取 2 ～6 h 的暴雨强度公式计算。 “企业标准法” 考虑的是平均降雨量， 按当地多年平均 的日降雨强度计算; 但这里也存在几个问题 一是降雨 311 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 时间按 1 d 与消防时间 6 ～ 10 h 不对应， 且导致短历 时降雨强度大大减小; 二是计算系数取 10 的物理意义 不太明确， 建议对事故状态下的降雨强度和最大降雨 量进行深入的研究和探讨。 2应急事故水池容积确定的技术要点和原则 由前述可见， 应急事故水池容积是事故废水导排 系统中的一个较为重要的环节。为确保风险事故废 水不排入外环境， 必须基于事故废水最大产生量和事 故排水系统储存设施最大有效容积来综合确定应急 事故水池的容积， 并应遵循以下技术要点和原则。 1 事故池容积确定应执行的标准或规范主要有 文 献［ 1， 5］ 和中国石化安环［ 2006］ 10 号等。文献［ 1］ 规定 的应急事故水池容积确定方法， 对所有涉及危险化学品 环境风险事故排水的项目均应适用执行。其中消防用 水量 确 定、 围 堰 或 防 火 堤 有 效 容 积 确 定 时 应 按 GB 500162006、GB501602008、GB 500742002、 GB 503512005［ 10］等有关规定执行; 最大降雨量确定按 GB 500142006、 SH 30152003 石油化工企业给水排 水系统设计规范 等执行。必须根据项目特点、 行业标 准或规范、 事故池容积确定的具体要求等， 注意区分各 标准规范的适用范围和具体规定条款的执行， 尤其是石 油化工企业和石油库。 2 应急事故水池容量应根据发生事故的设备容 量、 事故时消防用水量及可能进入应急事故水池的降 水量等因素综合确定 ［ 1］。罐区防火堤内容积、 排至 事故池的排水管道在自流进水的事故池最高液位以 下的容积、 现有储存事故排水设施的容积均可作为事 故排水储存有效容积。计算应急事故废水量时， 装置 区或贮罐区事故不作同时发生考虑， 取其中的最大 值 ［ 1］。应按事故排水最大流量对事故排水收集系统 的排水能力进行校核， 明确导排系统的防火、 防爆、 防 渗、 防腐、 防冻、 防洪、 抗浮、 抗震等措施。 3 应当结合建设项目的总平面布置图， 给出事 故风险源分布、 生产区及装置区围堰和防火堤范围、 雨水汇集范围， 及事故废水导排系统走向等关键的信 息、 路线和标识， 明确废水收集导排系统服务范围， 明 确受污染排水和不受污染排水的去向及排水切换设 施的设置。 4 必须注意事故时进入事故水池的雨水量， 与 正常生产时初期雨水量 即前期雨水 的本质区别。 一是降雨历时不同， 正常生产运营过程中， 前期雨水 是指一 次 降 雨 过 程 中 的 前 10 ～ 20 min 最 大 降 水 量 ［ 1］， 其设计参数计算必须按 GB 500142006 规定 的短历时暴雨强度公式确定; 而事故时降水量应根据 事故消防时间 参照 GB 500162006、 GB 50160 2008 规定一般为 2 ～ 6 h， Q/SY 11902009 规定为 6 ～ 10 h 确定。二是汇水面积不同， 初期雨水的汇水 面积必须考虑生产区和储存区总的汇水面积; 事故时 只考虑装置区或罐区能进入事故排水系统的最大降 雨量， 不作同时汇水考虑， 且应采取措施尽量减少进 入事故排水收集系统的雨水汇集面积。 5 在非事故状态下需占用事故池时， 占用容积 不得超过事故池容积的 1 /3， 并应设置事故时可以紧 急排空的技术措施。污水处理事故池不可作为事故 储存设施， 不能把风险进一步转加到污水处理系统。 6 应急事故水池宜采取地下式 ［ 1］， 且宜加盖。 地下式水池有利于收集各类事故排水， 以防止应急用 水到处漫流。当自流进入的事故池容积不能满足事 故排水储存容量要求， 须加压外排到其它储存设施 时， 用电设备的电源应满足 GB 5005295供配电系 统设计规范 所规定的一级负荷供电要求。 7 事故池容积的确定， 应结合项目的三级防控 体系 ［ 5］ 污染源头、 过程处理和最终排放 建设进行， 做到 “预防为主、 防控结合” ， 以将事故状态下的废水 控制在厂内不排入外环境。一级防控体系必须建设 装置区围堰、 罐区防火堤及其配套设施 如备用罐、 储液池、 隔油池、 导流设施、 清污水切换设施等 ， 防 止污染雨水和轻微事故泄漏造成的环境污染; 二级防 控体系必须建设应急事故水池、 拦污坝及其配套设施 如事故导排系统 ， 防止单套生产装置 罐区 在较 大事故中泄漏物料和消防废水造成的环境污染; 三级 防控体系必须建设末端事故缓冲设施及其配套设施， 防控两套及以上生产装置 罐区 重大事故泄漏物料 和消防废水造成的环境污染。 8 事故池容积的确定， 应综合考虑事故废水的 处理处置措施。对排入应急事故水池的废水， 应进行 必要的监测， 并视其水质情况区别对待， 并应根据文 献［ 1］ 采取处置措施。 9 事故池的最终有效容积， 应经设计单位、 建设单 位、 安全部门、 环境保护部门等考虑技术、 生产、 投资、 安全、 风险、 环保等因素综合确定， 环境风险评价中应 给出逐项确定依据、 参数， 并明确结论， 给出投资预算。 10 事故池容积确定还应注意单个项目和区域 储存设施的集约化。GB 504832009 虽然仅规定了 411 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 涉及危险化学品环境风险事故排水的单个项目应急 事故水池容积的确定方法， 但每个建设项目都设一套 事故废水收集储存系统显然会造成投资和占地的极 大浪费。对化工园区或化工项目聚集区， 应设置区域 集中事故废水收集系统， 其事故池有效容积取区域内 事故废水量最大者; 各个厂区内不再单独设事故池， 仅设事故废水收集导排系统管网。 3应急事故水池和前期雨水池容积确定案例分析 分别采用 “国家标准法” 、 “企业标准法” 计算风 险事故状态下某石化项目的应急事故水池容积， 采用 设计暴雨强度公式计算正常生产运营状态下该项目 的前期雨水池容积， 各计算参数和结果见表 1。 表 1应急事故水池容积和前期雨水池容积计算案例 运行工况风险事故状态正常生产运营状态 计算项目应急事故水池容积前期雨水池容积 计算方法企业标准法国家标准法GB 500142006 设计暴雨强度公式 计算区域装置区罐区装置区罐区生产区、 储存区、 装卸区等 汇水面积 /hm21. 20. 8 1. 20. 8 汇水面积 F 2. 3 hm2 最大贮存量 V1/m3 1563 0001563 000 最大消防水量1V2/m31 6205 5531 6205 553 最大降雨量2V雨/m39563746565 转储物料量 V3/m3 1 2002 8001 2002 800 生产废水量 V4/m3 1600 计算事故池容积 V事故池/m3831 5 8161 3226 318 设计容积 /m36 000 6 500 降雨历时 t 15 min; 径流系数 ψ 0. 95; 重现期 P 3 年 设计暴雨强度 q 4 091. 17 1 0. 824 lgP t 16. 7 0. 87 281. 79 L/ s hm2 单次前期雨水量最大设计值 Qs qψFt 583 m3 计算排水最大流量 / L s － 1 269293615. 71 设计流量 / L s － 1 280300620 注 1 对装置区综合考虑灭火喷淋消防给水量， 取为 150 L/s， 消防时间取 3 h。对罐区， 灭火给水量取为 6. 0 L/ minm2 ， 灭火面积取为 1 102 m2， 消防时间取 6 h; 喷淋冷却给水量取为 3. 0 L/ min m2 ， 喷淋冷却面积按 4 个罐表面积计算取为 4 1 102 m2， 消防时间取 4 h。 2 “企业标准法” 降雨强度按项目所在地的实际统计值计算， q 7. 9 mm ; “国家标准法” 暴雨强度按项目所在地的设计暴雨强度公式计 算， 降雨历时t 6 h， 径流系数 ψ 0. 95， 重现期 P 3 年， q 57. 58 L/ s hm2 。 3. 1“ 国家标准法 ” 、 “企业标准法” 计算结果对比 “国家标准法” 计算的该项目应急事故水池容积 与 “企业标准法” 计算结果相差 502 m3， 主要是进入 事故排水系统的降雨量的差别。对装置区， 两方法计 算结果的差异还包括是否考虑生产废水量。在进行 应急事故水池容积设计时， 必须按最大容积确定， 并 留有一定的裕度。 “国家标准法” 计算的该项目事故排水最大流量 与 “企业标准法” 计算结果相差 24 L/s。在进行事故 废水导排系统设计时， 应注意这种差别对排水管道最 大内径的影响。 3. 2前期雨水池容积计算结果分析 正常生产运营状态， 前期雨水的汇水面积较大， 虽然降雨历时只取 15 min， 但其单次雨水汇集量最大 值可达到 583 m3， 计算雨水排水最大流量 可 达到 615. 71 L/s。鉴于前期雨水量小于应急事故池容积 的 1 /3， 可采用前期雨水池与应急事故池共用设计， 但两者的导排系统应单独设计或按合流最大流量值 设计， 并应确保前期雨水收集系统切换设施正常运行 以避免未受污染雨水进入事故池。 4结语 1 GB 504832009 规定的应急事故水池容积确 定方法， 对所有涉及危险化学品环境风险事故排水的 项目均应适用执行。 2 应急事故水池是事故废水导排系统中的一个 较为重要的关键环节， 其容积必须根据事故废水最大 产生量和事故排水系统储存设施最大有效容积计算， 并考虑技术、 生产、 投资、 安全、 风险、 环保等因素综合 确定， 确保事故废水不排入外环境。 3 对事故时的消防水量 灭火、 喷淋 、 生产废水 量、 同期降雨量、 前期雨水池共用等因素的不确定性， 建议相关的规范应进一步明确规定其技术解决方案， 必要时可制定单独的应急事故排水系统设计规范， 使 得设计和评价标准统一、 可操作并节省投资。 下转第 131 页 511 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 40 ～ 70 Hz， 本计算采用 45 Hz， 计算与实测比较结果 如表 6。 表 6隧道振动衰减计算与实测比较 mm/s 项次 距离 /m 02634476686105 上行 f 45 Hz 实测1. 1000. 4100. 4870. 3260. 4150. 1260. 063 计算1. 1000. 4100. 3380. 2660. 2030. 1610. 134 项次 距离 /m 02631436281100 下行 f 45 Hz 实测1. 1000. 410. 5740. 3360. 2810. 1250. 063 计算1. 1000. 410. 3610. 2840. 2140. 1700. 140 5讨论与结论 1 公式 6 的根号内为几何衰减， 受土的影响较 小， 与特征距离 r0的关系较大， 这是因为近源土介质 中振动能量密度较大。根号外的指数项为土的能量 吸收衰减， 受不同土类的影响较大， 这是因为远源土 介质中振动能量密度小。其中特征距离 r0考虑了地 铁波源的埋深效应。 2 用金井清估算地震震源面波叠加的公式， 计 算地铁波源引起的地面面波叠加， 与空间有限元理论 计算结果及现场实测值一致性较好。 3 本文实用公式 6 ， 计算地铁引起的地面振 动， 不仅计算简单， 操作方便， 而且能与已对比的几个 地铁和隧道现场实测值较为接近， 能用于环境振动工 程评估。其中 GB/T 50452 － 2008古建筑防工业环 境振动技术规范 ［ 10］已有用于环境振动工程评估的 幅值。 参考文献 ［1 ］ 杨先健. 埋深波源的地面振动传播［C］ ∥第六届土力学及基础 工程学 术 会 议 论 文 集， 上 海 同 济 大 学 出 版 社， 1991 6 775- 778. ［2 ］ 刘维宁， 夏禾， 郭文军. 地铁列车振动的环境响应［J］ . 岩石力 学与工程学报， 1996， 15 586- 593. ［3 ］ 王贻荪. 地面波动分析若干问题［J］ . 建筑结构学报， 1982 2 56- 64. ［4 ］ Yang Xianjian. 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