CN114462893A - 一种化工园区化学品急性中毒风险评估方法及系统 - Google Patents

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苑成
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Tianjin Bohua Xinchuang Technology Co ltd
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Abstract

本发明提出一种化工园区化学品急性中毒风险评估方法及系统，包括S1、危害辨识：通过工程分析和现场调查，辨识事故环节和发生泄漏造成急性中毒的化学品；S2、暴露评估：采用计算流体动力学CFD软件进行暴露评估，预测空气中化学品的浓度及影响范围；并确定事故应急等级；S3、剂量‑反应关系评估：建立剂量‑反应关系模型，得到急性中毒致死概率的概率变量；S4、风险表征：利用计算出的概率变量计算对应的急性中毒致死概率，评价化工园区的风险可接受水平。本发明可以为化工园区合理的职业健康建设与规划布局、职业健康管理、应急救援等风险管理工作提供科学依据，提高风险预警和管理能力，预防控制职业病危害事故的发生。

Description

一种化工园区化学品急性中毒风险评估方法及系统
技术领域
本发明属于职业卫生与职业病控制领域，特别是涉及到一种化工园区化学品急性中毒风险评估方法及系统。
背景技术
化工园区是现代化学工业为适应资源或原料转换，顺应大型化、集约化、最优化、经营国际化和效益最大化发展趋势的产物。在化工园区，大量化学品作为工业生产的原料或产品出现在生产、加工处理、储存、运输、经营过程中，有些化学品其固有危险性给人类的生存带来了极大的威胁，存在发生急性化学中毒事故等重点职业病危害的风险特征。
现有技术中，对于化工园区的安全管理目前主要集中于安全领域的毒气扩散、爆炸等影响范围及安全应急管理，涉及到工艺设备及操作人员的安全管理。但是在职业卫生与职业病控制领域尚未系统全面地提出化工园区急性化学中毒的定量风险评估及风险管理技术；未制定化工园区急性化学中毒风险可接受水平；尚未系统制定急性化学中毒现场人员的救治及现场处置技术；未制定化工园区化学中毒事故风险区域的划分标准，定量风险分析未应用于化工园区职业健康规划布局及管理。
发明内容
本发明提出一种化工园区化学品急性中毒风险评估方法及系统，为化工园区进行合理的职业病防治规划、职业卫生管理、应急救援等风险管理工作提供科学依据，提高风险预警和管理能力，预防控制职业病危害的发生。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种化工园区化学品急性中毒风险评估方法，包括：
S1、危害辨识：通过工程分析和现场调查，辨识风险源，包括可能发生事故的环节和可能发生泄漏造成急性中毒的化学品；
S2、暴露评估：采用计算流体动力学CFD软件进行化学品急性中毒事故的暴露评估，预测空气中化学品的浓度及影响范围；并确定事故应急等级；
S3、剂量-反应关系评估：建立剂量-反应关系模型，得到急性中毒致死概率的概率变量与接触化学品浓度及接触时间的关系；所述接触化学品浓度由暴露评估得到；
S4、风险表征：利用计算出的概率变量计算对应的急性中毒致死概率，通过急性中毒致死概率进行风险表征；
S5、综合性风险分析：制定急性中毒事故风险可接受水平，以风险表征中的急性中毒致死概率与急性中毒事故风险可接受水平比较，对化工园区在风险源周围划分多个不同个人风险标准的风险区域，根据各风险区域的个人风险标准限定各风险区域的人数限制和土地利用类型限制。
进一步的，步骤S1中所述危害辨识的具体步骤包括：
S101、确定存在毒性化学品的急性中毒事故风险源；
S102、对选定的急性中毒事故风险源进行工程分析、场职业卫生学调查，搜集化学品特性的资料；
S103、搜集用于计算机模拟化学品泄漏扩散所需的参数和信息，包括位置和时间参数、气象和地形参数、事故参数。
进一步的，步骤S2所述暴露评估的具体步骤包括：
S201、事故场景的选择：在事故场景未知的情况下，预测可能发生的不同危害程度的事故场景；
S202、泄漏量的预测：如需根据泄漏量进行扩散后果模拟而泄漏量未知，按危害程度假定不同的泄漏量分别计算；
S203、泄漏时间的预测：在事故场景未知的情况下，按应急响应时间假定不同的泄漏时间；
S204、空气中化学品浓度的预测计算：预测计算时，根据泄漏化学品形成的气云类型选择合适的数学模型，依据数学模型进行扩散后果的预测计算；
S205、预测计算的计算机模拟：预测计算时，采用计算流体动力学CFD软件进行模拟计算，预测空气中化学品的浓度及影响范围；
S206、确定事故应急等级：确定泄漏毒气影响区域，并根据急性毒性关注水平确定相应的应急等级。
进一步的，步骤S3所述剂量-反应关系评估具体包括：
剂量—反应关系模型以公式（1）中概率变量Y和急性中毒致死概率P的函数关系表示：
Figure 994503DEST_PATH_IMAGE001
(1)
式中：
P——急性中毒致死概率的数值；
Y——概率变量的数值，可按公式（2）计算；
u——积分变量；
其中概率变量Y与接触毒物浓度及接触时间的关系如下：
Figure 472496DEST_PATH_IMAGE002
(2)
式中：
Y——概率变量的数值；
A，B，n——取决于毒物性质的常数值，对不同的毒物有不同的取值，常见化学品的急性中毒致死概率计算参数可查询相关文献纪录；
c——接触毒物的体积浓度的数值，为气体体积分数与10-6的比值；由暴露评估中空气中化学品浓度的预测得到；
t——接触毒物的时间的数值，单位为分钟（min）。
进一步的，步骤S4所述急性中毒致死概率的计算方法为：
急性中毒致死概率P：
Figure 517812DEST_PATH_IMAGE003
(3)
式中：
P——急性中毒致死概率的数值；
erf——误差函数；
Y——概率变量的数值。
本发明另一方面还提供了一种化工园区化学品急性中毒风险评估系统，包括：
危害辨识模块：通过工程分析和现场调查，辨识风险源，包括可能发生事故的环节和可能发生泄漏造成急性中毒的化学品；
暴露评估模块：采用计算流体动力学CFD软件进行化学品急性中毒事故的暴露评估，预测空气中化学品的浓度及影响范围；并确定事故应急等级；
剂量-反应关系评估模块：建立剂量-反应关系模型，得到急性中毒致死概率的概率变量与接触化学品浓度及接触时间的关系；所述接触化学品浓度由暴露评估得到；
风险表征模块：利用计算出的概率变量计算对应的急性中毒致死概率，通过急性中毒致死概率进行风险表征；
综合性风险分析模块：制定急性中毒事故风险可接受水平，以风险表征中的急性中毒致死概率与急性中毒事故风险可接受水平比较，对化工园区在风险源周围划分多个不同个人风险标准的风险区域，根据各风险区域的个人风险标准限定各风险区域的人数限制和土地利用类型限制。
进一步的，所述危害辨识模块包括：
风险源单元，确定存在毒性化学品的急性中毒事故风险源；
调查单元，对选定的急性中毒事故风险源进行工程分析、场职业卫生学调查，搜集化学品特性的资料；
参数搜集单元，搜集用于计算机模拟化学品泄漏扩散所需的参数和信息，包括位置和时间参数、气象和地形参数、事故参数。
进一步的，所述暴露评估模块包括：
事故场景选择单元：在事故场景未知的情况下，预测可能发生的不同危害程度的事故场景；
泄漏量预测单元：如需根据泄漏量进行扩散后果模拟而泄漏量未知，按危害程度假定不同的泄漏量分别计算；
泄漏时间预测单元：在事故场景未知的情况下，按应急响应时间假定不同的泄漏时间；
化学品浓度预测单元：预测计算时，根据泄漏化学品形成的气云类型选择合适的数学模型，依据数学模型进行扩散后果的预测计算；
计算机模拟单元：预测计算时，采用计算流体动力学CFD软件进行模拟计算，预测空气中化学品的浓度及影响范围；
确定事故应急等级单元：确定泄漏毒气影响区域，并根据急性毒性关注水平确定相应的应急等级。
进一步的，所述剂量-反应关系评估模块包括：
剂量—反应关系模型以公式（1）中概率变量Y和急性中毒致死概率P的函数关系表示：
Figure 975338DEST_PATH_IMAGE001
(1)
式中：
P——急性中毒致死概率的数值；
Y——概率变量的数值，可按公式（2）计算；
u——积分变量；
其中概率变量Y与接触毒物浓度及接触时间的关系如下：
Figure 852027DEST_PATH_IMAGE002
(2)
式中：
Y——概率变量的数值；
A，B，n——取决于毒物性质的常数值，对不同的毒物有不同的取值，常见化学品的急性中毒致死概率计算参数参见附录E；
c——接触毒物的体积浓度的数值，为气体体积分数与10-6的比值；由暴露评估中空气中化学品浓度的预测得到；
t——接触毒物的时间的数值，单位为分钟（min）。
进一步的，所述风险表征模块中：
急性中毒致死概率P：
Figure 2386DEST_PATH_IMAGE003
(3)
式中：
P——急性中毒致死概率的数值；
erf——误差函数；
Y——概率变量的数值。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明对于化学品急性中毒事故风险提出定量风险评估技术，聚焦点主要是针对引起急性中毒的化学品进行的定量风险评价，为化工园区进行合理的职业病防治规划、职业卫生管理、应急救援等风险管理工作提供科学依据，通过风险评价系统分析化工园区急性中毒事故风险的分布状态，预测园区化学品泄漏事故可能造成的急性中毒事故后果，评估急性中毒事故风险是否在容许范围内，围绕急性中毒事故的预防、控制、减损来全面开展化工园区重点职业病危害的各项工作，提高风险预警和管理能力，预防控制职业病危害的发生；
（2）本发明在注重定量化研究的基础上强调了基于现场计算机模拟。重气及中气气体扩散理论的应用；计算机模拟技术的应用；暴露剂量反应关系评价与应急管理技术的结合；提出急性化学中毒个人风险可接受水平等。实现了以化学品事故性扩散的动态过程为基础展开暴露评价，强调了基于现场计算机模拟的风险分析技术，为急性中毒事故风险分析事故规律和应急管理提供了科学的技术和方法。
附图说明
图1 为本发明实施例的化学品急性中毒事故定量风险评价流程示意图；
图2为本发明实施例的计算机模拟计算流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提出的一种化工园区化学品急性中毒风险评估方法及系统，具体如图1所示，包括：
一、危害辨识：
A、确定存在毒性化学品的急性中毒事故风险源（厂区范围内典型装置）；
具体确定过程包括：
1）、确定厂区范围内每个装置内介质特性及存在情况、装置的工艺条件、装置的相对位置等基本情况；分析装置的固有危险程度，用指数A表示；
2）、根据装置的相对位置及周边敏感目标情况，分析考虑装置位置下的危险性，将每个危险装置视为厂区的若干个点，掌握各个危险装置的固定危险程度和危险装置与其他目标点的距离。从而分析危险装置相对目标点的危险性，用装置选择数S表示；
3）、依照判别原则，确定能代表该厂区风险水平的典型装置。
其中所述装置选择数S，是表示在特定位置装置的危险性的参数，S值由指数A与相对目标点的距离参数相乘得到。对于存在毒性物质的装置来讲，装置选择数S由指数AT，乘以(100/L)2得到；对于存在易燃物或易爆物的装置，装置选择数S由指数AF或AE乘以(100/L)3得到。所以对于一个装置存在三种不同的选择数，即：
对于毒性物质：
Figure 36463DEST_PATH_IMAGE004
；
对于易燃物质：
Figure 766522DEST_PATH_IMAGE005
；
对于易爆物质：
Figure 763297DEST_PATH_IMAGE006
；
其中L是指装置到特定位置的距离，用m表示，其最小值为100m。
在确定装置选择数时，至少计算每个装置相对于厂区边界八个位置的选择数S。其中两个邻近位置间的距离必须大于50米；并且必须计算相对所有工厂边界点的选择数；如果工厂由地表水分割，那么必须计算相对于河对岸的选择数。除了对工厂边界的计算外，必须计算每个单元相对于现有的或规划的离单元最近的居住区位置的装置选择数S。
以上述计算结果为基础，根据各个装置的选择数S的值，对分析的各个装置进行选取。选取进行重大事故定量风险分析装置的原则是各装置的选择数S至少满足以下两点之一：
——相对于厂区边界同一位置上，装置选择数较大，并且大于其余最大选择数的50%。
——相对于离厂区最近的现有或规划的居民区位置上，具有最大选择数。
其中毒物释放的影响可能比可燃物质燃烧的影响范围更大。如果只选择存在可燃物质的装置，而且存在毒性物质装置的毒物选择数与其他最大选择数具有同样数量级，则还应选择该存在毒性物质的装置。
B、对选定的急性中毒事故风险源进行工程分析、场职业卫生学调查，搜集化学品特性的资料；
通过工程分析和现场调查，辨识可能发生事故的环节和可能发生泄漏造成急性中毒的化学品，收集如下资料：
现场调查搜集资料：生产工艺、包装运输方式、原辅料的使用量、产品贮存方式、暴露途径等。
化学品特性的资料：
1）毒理学信息：可能造成的急性健康影响，急性毒性数据（LD 50、LC 50等）；
2）理化性质：蒸气压、闪点、燃爆范围、挥发速率、挥发性、流动性和蒸气密度等；
3）急性毒性关注水平：急性暴露指导水平（AEGLs）、紧急响应计划指南（ERPGs）、直接致害浓度（IDLH）等。
C、搜集用于计算机模拟化学品泄漏扩散所需的参数和信息，包括位置和时间参数、气象和地形参数、事故参数。
模拟化学品泄漏扩散所需搜集的参数和信息：
位置和时间参数：厂区地理位置（经纬度、时区、海拔）、建筑物类型或通风换气率、是否有遮蔽物，事故发生的时间；
气象和地形参数：气象条件（风速、风向、大气稳定度、是否有逆温层、云层覆盖度、气温、湿度）和地表粗糙度；
事故参数：泄漏类型（持续泄漏、瞬时泄漏）、泄漏时间、泄漏量、泄漏源信息（形状、高度、孔径等）、泄漏物质信息（相态、温度、压力等）。对于一些阀门或管道的完全损坏，泄漏孔径可直接使用直径；而对于其它情况，应对泄漏孔的大小进行估算。
二、暴露评估：
1、事故场景的选择：在事故场景未知的情况下，预测可能发生的不同危害程度的事故场景；预测标准可按AQ/T 3046—2013文件中8规定的泄漏场景进行适当的选择。
2、泄漏量的预测：如需根据泄漏量进行扩散后果模拟而泄漏量未知，可按危害程度假定不同的泄漏量分别计算。
3、泄漏时间的预测：在事故场景未知的情况下，可按应急响应时间假定不同的泄漏时间。
4、空气中化学品浓度的预测计算：预测计算时，根据泄漏化学品形成的气云类型选择合适的数学模型，本发明推荐的化学品泄漏扩散数学模型进行扩散后果预测计算，模型选择原则如下：
根据泄漏化学品形成的气云类型选择合适的数学模型；对于非重气扩散，采用高斯模型计算化学毒物泄漏形成的非重气云扩散浓度，或计算重气云在重力作用消失后的远场扩散浓度；高斯模型适用于整个空间中风速均匀、稳定，风速大于1 m/s的情况。
常用的重气扩散模型分为工程应用模型和计算流体力学模型，其中常用的工程应用模型中盒子模型适用于瞬时泄漏，平板模型适用于连续扩散。
5、预测计算的计算机模拟：上述步骤4所述空气中化学品浓度的预测计算，可采用计算流体动力学（CFD）软件进行模拟计算，预测空气中化学品的浓度及影响范围。
模拟计算的过程如图2所示，其实现步骤如下：
a）数值模拟：所述数值模拟包括计算模型的建立、计算网格的生成，从而完成模拟对象集合结构的建模以及计算网格的生成与划分；包括：通过软件构建整个模拟区域和模拟对象的三维网格，采用非规则网格进行划分，得到计算网格；
b）将计算网格导入CFD软件中进行求解计算：包括：网格导入及修改、计算模型的选定（参照步骤4中的模型选择）、计算参数的选择、边界条件的确定以及设定、求解后的收敛性判断；
c）模拟结果分析：主要是对求解计算的结果进行分析，得到化学品浓度；
d）后处理：通过软件对得到的化学品浓度进行进行可视化输出。
6、确定事故应急等级：确定泄漏毒气影响区域，并根据急性毒性关注水平确定相应的应急等级。本发明采用AEGLs、ERPGs、IDLH作为急性毒性关注水平，根据急性毒性关注水平确定相应的应急等级：
a）、以AEGL-2或ERPG-2对应的阈值为基准，根据毒性关注水平划分疏散区域；
b）、以IDLH对应的阈值为基准，确定相应的呼吸防护区域范围；
c）、针对不同的毒性关注水平所划分的区域，分别制定相应的应急救援预案；
d）、依据可能发生的泄漏场景，制定不同紧急情况下的应急救援预案；
e）、完善化学品泄漏突发事件时化工园区、园区内企业及邻近企业周围人员疏散方案和紧急医疗救治方案；
f）、超过IDLH浓度的范围，为在此区域内的劳动者选择合适的辅助逃生型呼吸防护用品，为进入此区域的应急人员、抢修人员等配备合适的呼吸防护用品。
三、剂量—反应关系评估：
剂量—反应关系模型以公式（1）中概率变量Y和急性中毒致死概率P的函数关系表示：
Figure 22240DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式中：
P——急性中毒致死概率的数值；
Y——概率变量的数值，可按公式（2）计算；
u——积分变量。
概率变量Y与接触毒物浓度及接触时间的关系如下：
Figure 573307DEST_PATH_IMAGE007
（2）
式中：
Y——概率变量的数值；
A，B，n——取决于毒物性质的常数值，对不同的毒物有不同的取值，常见化学品的急性中毒致死概率计算参数参见附录E；
c——接触毒物的体积浓度的数值，为气体体积分数与10-6的比值；由暴露评估中空气中化学品浓度的预测得到；
t——接触毒物的时间的数值，单位为分钟（min）。
四、风险表征
利用公式（2）计算出的概率变量Y按公式（3）计算对应的急性中毒致死概率P：
Figure 841477DEST_PATH_IMAGE003
(3)
式中：
P——急性中毒致死概率的数值；
erf——误差函数；
Y——概率变量的数值，可按公式（2）计算。
五、急性中毒事故综合性风险分析及应对：
1）急性中毒事故风险可接受水平
化工园区用人单位急性化学中毒事故致死的可容许风险水平设为1.0×10-3。
2）风险区域划分
以风险表征中的急性中毒致死概率与急性中毒事故风险可接受水平比较，根据个人风险标准对分析区域进行风险区域划分，用风险等值线将危险设施周围定义三个区域Z1、Z2、Z3。规划中各区域的个人风险标准见下表1。
表1 化工园区土地利用健康规划中的个人风险标准
Figure 896021DEST_PATH_IMAGE008
化工园区风险区域划分后，根据三个风险区域的功能规定，分别对化工园区内各区域进行规划。当人群靠近危险源时，即使已满足个人风险标准，考虑仍有发生急性化学中毒事故的可能，应进一步对人数进行限制，各风险区域的土地利用类型及限制见下表2。
表2 各风险区域的土地利用类型及限制
Figure 89980DEST_PATH_IMAGE009
六、化工园区的急性化学中毒事故风险管理：
根据园区规划进程，应通过对化工园区内急性化学中毒事故风险源的选址和风险源的布局调整两方面,从风险预防角度对园区的急性中毒事故实现风险管理,控制园区的个人风险值。
a) 风险源的合理选址：在化工园区规划阶段，应对风险源的选址进行合理性评价，当风险超过可接受风险水平时，不允许建设，需要重新选址；
b) 风险源的布局调整：对选址周围的布局调整，应依据“风险分区制”，依据风险源影响下周围区域个人风险的大小，在选址周边划分若干风险区域，根据各区域的功能规定进行布局的安排与调整；
c) 根据园区规划进程进行风险管理：对化工园区进行职业健康规划时，应对已建成的项目，针对其不符合处提出合理的对策措施建议；对于近期规划确定要建设的项目，将对其选址是否符合职业健康规划作出结论，并对不符合处提出规划建议；对于中、远期规划区域,将对其功能区划分、相对布置是否合理做出结论，并对将来企业布置提出合理的规划原则。
实施例1：化学品泄漏急性中毒事故扩散模拟应用案例
根据技术资料已知：液氨储罐体积为2m3，储存量为80%，室外放置，工作压力16kg，设计压力20 kg。假设环境温度为20℃，发生容器破坏的瞬时泄漏，导致所有液体全部泄漏。
经计算，泄漏液体质量W=976.48kg。
扩散计算步骤：判定为重气-重气扩散计算-扩散转变点-高斯扩散计算；
1、泄漏时直接蒸发的液体所占百分数
Figure 862763DEST_PATH_IMAGE010
(G.1)
式中：
F——泄漏时直接蒸发的液体所占百分数；
Cp——液体的定压比热的数值，单位为焦每千克开（J/(kg·K)）；
T——泄漏前液体的热力学温度的数值，单位为开（K）；
T0——液体在常压下的沸点的数值，单位为开（K）；
H——液体的气化热的数值，单位为焦每千克（J/kg）。
当F>0.2时，一般不会形成液池；
当F<0.2时，F与气云带走的液体占直接蒸发后剩余液体的百分比之间有线性关系：
当F=0时，没有液体带出；
当F=0.1时，有50％的液体带走；
当F=0.2时，液体全部被带走。
当F=18.68%时，气云带走的液体占直接蒸发后剩余液体的百分数Y=93.41%。
2、形成的气云初始体积：
Figure 669045DEST_PATH_IMAGE011
(G.2)
式中：
V0——气体瞬时泄漏形成的云团的初始体积的数值，单位为立方米（m3）；
Vg——在沸点下蒸发出的蒸气体积的数值，单位为立方米（m3）；
Vl——气云带走的液体体积的数值，单位为立方米（m3）；
W——泄漏量的数值，单位为千克（kg）；
F——泄漏时直接蒸发的液体所占百分数；
t0——液体在常压下的沸点的数值，单位为开（K）；
M——物质的摩尔质量的数值，单位为克每摩尔（g/mol）；
Y——气云带走的液体占直接蒸发后剩余液体的百分数；
Figure 843675DEST_PATH_IMAGE012
——液体密度的数值，单位为千克每立方米（kg/m3）。
3、气云初始密度：
Figure 710000DEST_PATH_IMAGE013
(G.3)
式中：
Figure 970080DEST_PATH_IMAGE014
——气云的初始密度的数值，单位为千克每立方米（kg/m3）；
W——泄漏量的数值，单位为千克（kg）；
F——泄漏时直接蒸发的液体所占百分数；
Y ——气云带走的液体占直接蒸发后剩余液体的百分数；
V0——气体瞬时泄漏形成的云团的初始体积的数值，单位为立方米（m3）。
4、重气云向非重气云扩散的转变点：
Figure 376790DEST_PATH_IMAGE015
(G.4)
式中：
x f ——转变点与泄漏点下风向距离的数值，单位为米（m）；
g 0 ’——约化重力的数值，单位为米每二次方秒（m/s2）；
g——重力加速度的数值，通常取值为9.8，单位为米每二次方秒（m/s2）；
Figure 907391DEST_PATH_IMAGE016
——临界ε值，在0.001－0.01之间；
V 0 ——气体瞬时泄漏形成的云团的初始体积的数值，单位为立方米（m3）。
其中，根据Britter和McQuaid提出的判断准则，对于瞬间泄漏，满足判定条件：
Figure 210196DEST_PATH_IMAGE017
(G.5)
式中：
g0’——约化重力的数值，单位为米每二次方秒（m/s2）；
V0——气体瞬时泄漏形成的云团的初始体积的数值，单位为立方米（m3）；
v——环境风速，单位为米每秒（m/s)；
因此扩散初期使用重气云扩散模型。
取
Figure 223152DEST_PATH_IMAGE016
＝0.01，计算得出转变点与泄漏源的距离为xf＝244.21 m。
利用软件的计算过程的输入信息参见表3。
表3 利用软件的液体泄漏下风向空气中化学品浓度计算过程的输入信息
Figure 636816DEST_PATH_IMAGE018
液氨储罐泄漏后，计算得出扩散至下风向不同距离x处的氨气浓度，参见表4。
表4 液氨泄漏扩散至下风向不同距离处的氨气浓度
Figure 520458DEST_PATH_IMAGE019
根据氨对人体的毒性，确定其毒性危害浓度：在空气中达到吸入可即时死亡浓度；人持续吸入5~10 min致死的浓度；人吸入30 min出现眼和呼吸道不适、恶心、头痛的浓度；人吸入45 min无刺激作用的浓度。氨对人体不同毒性危害的浓度及液氨泄漏扩散下风向达到上述浓度的范围参见表5。
表5 氨对人毒性危害浓度
Figure 728585DEST_PATH_IMAGE020
计算结果说明，如发生液氨储罐泄漏，在距离泄漏中心约292.46 m范围内，氨气浓度极高，人员有中毒致死的危险。作业劳动者现场操作或巡检时均处在上述两个中毒危害区域内，如遇有液氨泄漏等突发事故，将可能造成人员急性氨中毒甚至死亡。在约775.99 m区域内，人吸入30 min出现眼和呼吸道不适、恶心、头痛等症状；在距离泄漏中心约1772.86m以外区域，氨气扩散可达到人吸入45 min无刺激作用的浓度。
实施例2：
根据技术资料已知：液氯气化装置、氯气缓冲罐及输送管道露天布置；液氯钢瓶规格为1 t。
模拟泄漏事故发生时的气象条件：环境温度为20℃，风速为4.1 m/s，湿度63%，风速测量点高度10 m高处，云层覆盖度3，大气稳定度B，逆温层不存在。
模拟泄漏事故场景：液氯钢瓶完全破裂、阀门泄漏；氯气缓冲罐发生完全破裂、与管道连接口发生100%完全破裂及发生管道内径的20%不完全破裂；氯气输送管道内径100%破裂（破裂孔径为管道直径的100%）。
氯气泄漏后扩散影响区域利用计算机软件模拟结果汇总，参见表6。
表6 氯气泄漏扩散危害区域模拟结果
Figure 697678DEST_PATH_IMAGE021
实施例3：化学品泄漏急性中毒事故定量风险评估应用案例
某精细化工厂生产氯甲酸酯类产品。以该项目光气泄漏急性中毒事故定量风险评价为例。
生产工艺及原辅料
氯甲酸酯产品生产工艺使用的原辅料主要有焦炭、液氯、氢氧化钠及多种原料醇等。焦炭与氧气在一氧化碳发生炉内产生纯度99%的一氧化碳并贮存于气柜中。一氧化碳与氯气经计量后在光气合成器内经活性炭催化生成气态光气。气态光气冷凝为液态光气进入液态光气贮槽，液态光气用压缩氮气压入液化气化器进行气化后计量进入光气塔，在塔内与异辛醇进行反应，生成氯甲酸酯，同时产生氯化氢气体。将氯化氢气体脱出后即为产品，氯化氢气体经水吸收后制成盐酸。
工艺过程由自动控制系统控制，作业工人在隔离的操作室内操作。
A1、危害辨识
在一氧化碳造气、液氯气化、光气造气、氯甲酸酯生产单元中，一氧化碳、氯、光气等化学品在输送至下游工序等工艺过程中可能发生泄漏等事故，如发生泄漏事故可造成上述化学品大量扩散，在事故状态下，存在接触一氧化碳、氯、光气等化学品的可能，极易造成人员急性中毒，甚至死亡。
A2、暴露评估
项目技术资料：光气缓冲罐及部分输送管道露天布置；缓冲罐直径1.2m，高2.5m。
模拟泄漏事故发生时的气象条件：环境温度为20℃，风速为4.1m/s，湿度63%，风速测量点高度10 m，云层覆盖度3，大气稳定度A，逆温层不存在。
模拟泄漏事故场景：光气缓冲罐完全破裂；光气输送管道内径发生完全破裂及发生管道内径的20%不完全破裂泄漏。
选择光气的急性中毒评价指标ERPG-3=1.5，ERPG-2=0.5，IDLH=2。
采用计算机软件对光气泄漏后扩散影响区域的模拟结果参见表7。
表7 光气泄漏扩散危害区域模拟结果
Figure 171427DEST_PATH_IMAGE022
经模拟，在缓冲罐完全破裂的事故场景下，下风向某作业工人接触光气浓度为123.44mg/m3，假设工人需要应急反应与逃生时间为10 min。
将空气中气体化学品的质量浓度（单位为毫克每立方米）转化为体积浓度（气体体积分数与10-6的比值）。气体体积分数与10-6的比值与以质量浓度（mg/m3）为单位的气体浓度之间的数值关系可按公式（H.1）换算。
Figure 175155DEST_PATH_IMAGE023
(H.1)
式中：
C ppm ——气体体积分数与10-6的比值；
C mg/m 3——气体质量浓度的数值，单位为毫克每立方米（mg/m3）；
M’——气体摩尔质量的数值，单位为克每摩尔（g/mol）；
T’——气体摄氏温度的数值，单位为开（K）；
P’——气压的数值，单位为帕（Pa）。
根据公式（H.1），计算该温度、气压下光气的气体体积浓度：
Figure 819763DEST_PATH_IMAGE024
(H.2)
A3、剂量—反应关系
选择光气的急性中毒致死概率计算参数：A=-19.27，B=3.686，n=1。
根据公式（2）计算概率变量Y：
Figure 276152DEST_PATH_IMAGE025
(H.3)
A4、风险表征
按照公式（3）计算急性中毒致死概率P（%），误差函数可利用电子表格计算。
Figure 31618DEST_PATH_IMAGE026
(H.4)
A5、风险评价
即该作业工人光气急性中毒事故致死的风险为5.85×10-4。不超过化学品急性中毒事故致死的可容许风险水平1.0×10-3，属于可接受的风险。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种化工园区化学品急性中毒风险评估方法，其特征在于，包括：
S1、危害辨识：通过工程分析和现场调查，辨识风险源，包括可能发生事故的环节和可能发生泄漏造成急性中毒的化学品；
S2、暴露评估：采用数学模型、计算流体动力学CFD软件进行化学品急性中毒事故的暴露评估，预测空气中化学品的浓度及影响范围；并确定事故应急等级；
S3、剂量-反应关系评估：建立剂量-反应关系模型，得到急性中毒致死概率的概率变量与接触化学品浓度及接触时间的关系；所述接触化学品浓度由暴露评估得到；
S4、风险表征：利用计算出的概率变量计算对应的急性中毒致死概率，通过急性中毒致死概率进行风险表征；
S5、综合性风险分析：制定急性中毒事故风险可接受水平，以风险表征中的急性中毒致死概率与急性中毒事故风险可接受水平比较，对化工园区在风险源周围划分多个不同个人风险标准的风险区域，根据各风险区域的个人风险标准限定各风险区域的人数限制和土地利用类型限制。
2.根据权利要求1所述的化工园区化学品急性中毒风险评估方法，其特征在于，步骤S1中所述危害辨识的具体步骤包括：
S101、确定存在毒性化学品的急性中毒事故风险源；
S102、对选定的急性中毒事故风险源进行工程分析、场职业卫生学调查，搜集化学品特性的资料；
S103、搜集用于计算机模拟化学品泄漏扩散所需的参数和信息，包括位置和时间参数、气象和地形参数、事故参数。
3.根据权利要求1所述的化工园区化学品急性中毒风险评估方法，其特征在于，步骤S2所述暴露评估的具体步骤包括：
S201、事故场景的选择：在事故场景未知的情况下，预测可能发生的不同危害程度的事故场景；
S202、泄漏量的预测：如需根据泄漏量进行扩散后果模拟而泄漏量未知，按危害程度假定不同的泄漏量分别计算；
S203、泄漏时间的预测：在事故场景未知的情况下，按应急响应时间假定不同的泄漏时间；
S204、空气中化学品浓度的预测计算：预测计算时，根据泄漏化学品形成的气云类型选择合适的数学模型，依据数学模型进行扩散后果的预测计算；
S205、预测计算的计算机模拟：预测计算时，采用计算流体动力学CFD软件进行模拟计算，预测空气中化学品的浓度及影响范围；
S206、确定事故应急等级：确定泄漏毒气影响区域，并根据急性毒性关注水平确定相应的应急等级。
4.根据权利要求1所述的化工园区化学品急性中毒风险评估方法，其特征在于，步骤S3所述剂量-反应关系评估具体包括：
剂量—反应关系模型以公式（1）中概率变量Y和急性中毒致死概率P的函数关系表示：
Figure 815167DEST_PATH_IMAGE001
(1)
式中：
P——急性中毒致死概率的数值；
Y——概率变量的数值，按公式（2）计算；
u——积分变量；
其中概率变量Y与接触毒物浓度及接触时间的关系如下：
Figure 919258DEST_PATH_IMAGE002
（2）
式中：
Y——概率变量的数值；
A，B，n——取决于毒物性质的常数值，对不同的毒物有不同的取值，常见化学品的急性中毒致死概率计算参数参见附录E；
c——接触毒物的体积浓度的数值，为气体体积分数与10-6的比值；由暴露评估中空气中化学品浓度的预测得到；
t——接触毒物的时间的数值，单位为分钟min。
5.根据权利要求1所述的化工园区化学品急性中毒风险评估方法，其特征在于，步骤S4所述急性中毒致死概率的计算方法为：
急性中毒致死概率P：
Figure 167836DEST_PATH_IMAGE003
（3）
式中：
P——急性中毒致死概率的数值；
erf——误差函数；
Y——概率变量的数值。
6.一种化工园区化学品急性中毒风险评估系统，其特征在于，包括：
危害辨识模块：通过工程分析和现场调查，辨识风险源，包括可能发生事故的环节和可能发生泄漏造成急性中毒的化学品；
暴露评估模块：采用计算流体动力学CFD软件进行化学品急性中毒事故的暴露评估，预测空气中化学品的浓度及影响范围；并确定事故应急等级；
剂量-反应关系评估模块：建立剂量-反应关系模型，得到急性中毒致死概率的概率变量与接触化学品浓度及接触时间的关系；所述接触化学品浓度由暴露评估得到；
风险表征模块：利用计算出的概率变量计算对应的急性中毒致死概率，通过急性中毒致死概率进行风险表征；
综合性风险分析模块：制定急性中毒事故风险可接受水平，以风险表征中的急性中毒致死概率与急性中毒事故风险可接受水平比较，对化工园区在风险源周围划分多个不同个人风险标准的风险区域，根据各风险区域的个人风险标准限定各风险区域的人数限制和土地利用类型限制。
7.根据权利要求6所述的化工园区化学品急性中毒风险评估系统，其特征在于，所述危害辨识模块包括：
风险源单元，确定存在毒性化学品的急性中毒事故风险源；
调查单元，对选定的急性中毒事故风险源进行工程分析、场职业卫生学调查，搜集化学品特性的资料；
参数搜集单元，搜集用于计算机模拟化学品泄漏扩散所需的参数和信息，包括位置和时间参数、气象和地形参数、事故参数。
8.根据权利要求6所述的化工园区化学品急性中毒风险评估系统，其特征在于，所述暴露评估模块包括：
事故场景选择单元：在事故场景未知的情况下，预测可能发生的不同危害程度的事故场景；
泄漏量预测单元：如需根据泄漏量进行扩散后果模拟而泄漏量未知，按危害程度假定不同的泄漏量分别计算；
泄漏时间预测单元：在事故场景未知的情况下，按应急响应时间假定不同的泄漏时间；
化学品浓度预测单元：预测计算时，根据泄漏化学品形成的气云类型选择合适的数学模型，依据数学模型进行扩散后果的预测计算；
计算机模拟单元：预测计算时，采用计算流体动力学CFD软件进行模拟，预测空气中化学品的浓度及影响范围；
确定事故应急等级单元：确定泄漏毒气影响区域，并根据急性毒性关注水平确定相应的应急等级。
9.根据权利要求6所述的化工园区化学品急性中毒风险评估系统，其特征在于，所述剂量-反应关系评估模块包括：
剂量—反应关系模型以公式（1）中概率变量Y和急性中毒致死概率P的函数关系表示：
Figure 297467DEST_PATH_IMAGE001
(1)
式中：
P——急性中毒致死概率的数值；
Y——概率变量的数值，按公式（2）计算；
u——积分变量；
其中概率变量Y与接触毒物浓度及接触时间的关系如下：
Figure 331413DEST_PATH_IMAGE004
（2）
式中：
Y——概率变量的数值；
A，B，n——取决于毒物性质的常数值，对不同的毒物有不同的取值，常见化学品的急性中毒致死概率计算参数参见附录E；
c——接触毒物的体积浓度的数值，为气体体积分数与10-6的比值；由暴露评估中空气中化学品浓度的预测得到；
t——接触毒物的时间的数值，单位为分钟min。
10.根据权利要求6所述的化工园区化学品急性中毒风险评估系统，其特征在于，所述风险表征模块中：
急性中毒致死概率P：
Figure 825979DEST_PATH_IMAGE003
（3）
式中：
P——急性中毒致死概率的数值；
erf——误差函数；
Y——概率变量的数值。
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