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石油化工企業(yè)污水收集系統設計探討論文
[摘要]從保護環(huán)境和防止水體污染出發(fā)，說(shuō)明了設置事故污水收集系統的必要性；對照現行規范和相關(guān)文件對事故污水系統設計的規定，對事故污水的收集、事故緩存設施的設計以及影響事故污水收集的各種因素進(jìn)行分析，指出了現行規范中存在的問(wèn)題,并對事故污水收集系統提出了一些合理化建議。
[關(guān)鍵詞]石化企業(yè)；事故污水；事故池；消防
近年來(lái)，石油化工行業(yè)物料泄露及火災事故時(shí)有發(fā)生，由于沒(méi)有有效完善的事故污水收集系統及事故污水緩存設施，造成生產(chǎn)事故泄露物料和污染消防水污染周邊水體，引起多起水環(huán)境污染事件。為了防范和控制石油化工企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生事故時(shí)或事故處理過(guò)程中因物料泄露產(chǎn)生的污染物對周邊水環(huán)境的污染，有效降低環(huán)境風(fēng)險，確保環(huán)境安全。環(huán)保部門(mén)要求石油化工企業(yè)建立水環(huán)境風(fēng)險應急設施。水環(huán)境環(huán)境風(fēng)險應急設施主要包括裝置區圍堰和罐區防火堤、事故污水收集系統、事故污水緩存設施等。本文主要對水環(huán)境風(fēng)險應急設施在石化企業(yè)內的實(shí)施應用進(jìn)行探討。對照現行規范和相關(guān)文件對水環(huán)境風(fēng)險應急設施的相關(guān)規定，對事故污水的收集、事故緩存設施的設計以及影響事故污水收集的各種因素進(jìn)行分析。
1事故污水成分
現行規范對事故污水的成分有統一的認識。事故污水的組成應為事故時(shí)泄露的物料量與火災時(shí)所需要消防用水量及受污染的雨水量之和。
1.1事故物料
發(fā)生火災或爆炸事故時(shí)，儲罐或設備往往會(huì )破裂，液體會(huì )泄漏出儲罐或設備外。一旦設備或儲罐泄漏，物料會(huì )流淌至裝置區或防火堤內地面，順著(zhù)地勢進(jìn)入廠(chǎng)區或庫區污水或雨水系統。為防范罐體或設備在特殊情況下破裂，造成滿(mǎn)罐或全設備液體全部流出這種極端事故，出于對環(huán)境保護的考慮，事故物料按照系統范圍內發(fā)生事故的最大一座儲罐或設備的物料量。如果是罐組，則按照最大一臺儲罐計算。如果為裝置，按照存留最大物料量的一臺反應器或中間儲罐計算。
1.2消防水量
由于發(fā)生火災時(shí)，消防用水流淌至地面，與因火災泄漏的物料等混在一起；且消防時(shí)使用的泡沫液中含有無(wú)機鹽、碳氫、氟碳表面活性劑及有機溶劑等對環(huán)境有害的物質(zhì)。因此，消防用水及使用后的泡沫混合液也應進(jìn)行收集和處理。事故時(shí)收集消防水量為發(fā)生火災事故的罐組或裝置的同時(shí)使用的消防設施用水量，包括撲滅火災所需用水量和保護鄰近設備或儲罐的噴淋用水量。
1.3受污染的雨水
內由于事故發(fā)生的偶然性及不可預見(jiàn)性，事故時(shí)可能處于降雨階段，則事故期間的地面雨水中會(huì )混雜消防水及設備或儲罐物料，應該收集進(jìn)事故緩沖設施，以免污染環(huán)境。即使發(fā)生事故時(shí)沒(méi)有降雨，設備或儲罐泄漏時(shí)或發(fā)生事故時(shí)，由于石化企業(yè)內物料粘性較大，在事故污水管道系統及地面會(huì )有殘留污染物，降雨時(shí)，雨水會(huì )將這些殘留污染物沖刷至雨水管道系統，這時(shí)受污染的雨水量要比初期雨水量大的多。因此，受污染的雨水也應進(jìn)行收集�！痘そㄔO項目環(huán)境保護設計規范》規定受污染的雨水量為當地的最大降雨量，然而對降雨強度的取值并未明確說(shuō)明，必須進(jìn)入事故污水收集系統的雨水匯水面積也未明確。根據實(shí)際設計經(jīng)驗，受污染的雨水量應該依據事故污水收集方式來(lái)確定。如果能夠將事故污水控制在裝置區或者罐區范圍內，且事故污水收集系統與廠(chǎng)區或庫區雨水收集系統分開(kāi)獨立設置，則事故時(shí)受污染的雨水僅為裝置區或罐區的雨水。如果事故污水收集系統與清凈雨水系統合并使用，則事故時(shí)整個(gè)系統內的雨水都會(huì )被污染，受污染的雨水都應收集。另外，筆者認為受污染的雨水降雨強度應該參考中石化“水體污染防控緊急措施設計導則”中取當地日平均降雨量。其計算方式見(jiàn)式(1)及式(2)：V5=10qF(1)式中：F—必須進(jìn)入事故污水收集系統的雨水匯水面積，haq—按平均日降雨量，mmq=qa/n(2)式中：qa—年平均降雨量，mmn—年平均降雨天數；
2事故污水收集
由于事故污水應通過(guò)重力流管道收集，且要求在短時(shí)間內將事故污水很快輸送至事故污水緩存設施，根據計算得出的事故污水收集管道管徑較大。如單獨設置事故污水收集管道，企業(yè)建設成本較高。目前事故污水收集方式主要有兩種，通過(guò)生產(chǎn)污水管道系統進(jìn)行收集和通過(guò)清凈雨水管道系統進(jìn)行收集。
2.1通過(guò)生產(chǎn)污水管道系統收集
如圖1所示，應急事故池內設有隔墻及聯(lián)通閥門(mén)，一部分作為生產(chǎn)污水池，另外一部分作為事故池。非事故狀態(tài)下，閥1與閥2為雨污切換閥門(mén)，初期雨水通過(guò)閥2所在管道進(jìn)入生產(chǎn)污水管道系統，清凈雨水通過(guò)閥1所在管道進(jìn)入雨水暗管或雨水溝。事故狀態(tài)時(shí)，閥1關(guān)閉，事故水通過(guò)閥2所在管道進(jìn)入應急事故池。
2.2通過(guò)清凈雨水管道系統收集
圖2通過(guò)清凈雨水管道系統收集流程Fig.2Theprocessofcollectionthroughtherainwaterpipesystem如圖2所示，非事故狀態(tài)時(shí)，閥3常開(kāi)，閥4常閉，閥1與閥2作為雨污切換閥門(mén)操作。如發(fā)生小型管道泄漏或正常檢修造成地面有油污存在時(shí)，關(guān)閉閥1，開(kāi)啟閥2，將泄漏物料及受污染的地面沖洗水收集至生產(chǎn)污水系統，由企業(yè)或園區污水處理站進(jìn)行處理后外排。事故時(shí)，雨水總排出口處的閥門(mén)(閥3)關(guān)閉，應急事故池進(jìn)口處的閥門(mén)(閥4)打開(kāi)，事故污水通過(guò)雨水管道輸送至應急事故池暫存。圍堰或防火堤外的事故污水則通過(guò)路邊雨水口或雨水溝收集，重力輸送至應急事故池。
2.3對比及建議
通過(guò)生產(chǎn)污水管道收集事故污水的做法可以減小事故污水中的受污染雨水量，從而減小事故緩存設施的容積。然而，由于需要考慮事故污水的流量，生產(chǎn)污水管道管徑比不考慮事故污水的管道管徑要大很多，而非事故狀態(tài)下的生產(chǎn)污水管道內流量較小，易造成管道淤積。事故時(shí)需要工作人員現場(chǎng)手動(dòng)操作控制閥門(mén)，危險性極大。如發(fā)生大型泄漏或火災爆炸事故，事故污水極易溢出圍堰或防火堤，污染雨水管道系統，從而污染企業(yè)周邊水環(huán)境。相比較，通過(guò)雨水管道系統收集事故污水的做法更加安全可靠，如圖(2)所示，事故污水收集中切斷閥門(mén)(閥3、閥4)采用遠程遙控操作，可以保證操作人員安全，還可以及時(shí)有效的將事故污水阻截在企業(yè)范圍內；雖然事故時(shí)受污染的雨水量比采用第一種方式略大，但是與事故污水總量相比，受污染的雨水量所占比例很��；同時(shí)，通過(guò)第二種方式收集事故污水時(shí)，其雨污切換閥門(mén)(圖2中的閥1、閥2)及生產(chǎn)污水管道要比通過(guò)第一種方式收集事故污水時(shí)的閥門(mén)(圖1中的閥1、閥2)和管道管徑小，可以減小收集系統建設成本及日常維護費用。
3應急事故池
事故污水經(jīng)收集后若直接進(jìn)入污水處理站，會(huì )給運行中的污水處理設施帶來(lái)很高的沖擊負荷，有時(shí)會(huì )造成致命的破壞。為避免事故污水對污水處理系統帶來(lái)的影響，企業(yè)應設置應急事故池來(lái)暫存事故污水。
3.1應急事故池容積計算
石油化工企業(yè)應急事故池的容積主要應按照《化工建設項目設計規范》的相關(guān)規定設計。對于庫區來(lái)說(shuō)，還應參照《石油庫設計規范》。應急事故池容量應按應急事故污水最大計算量減去裝置或罐區圍堤內凈空容量和事故廢水管道容量來(lái)計算�！妒蛶煸O計規范》(GB50074-2014)規定“一、二、三、四級石油庫的應急事故池的容量，分別不應小于1000m3、750m3、500m3、300m3；五級石油庫可不設應急事故池�！痹撘幏哆�規定“防火堤、罐組周?chē)返淌较儡?chē)道與防火堤之間的低洼地帶、雨水收集系統、漏油及事故污水收集池都可以容納事故污水，應急事故池應設置隔油措施”。當漏油及含油污水量比較大時(shí)，收集池容納不下，需要排放部分事故污水，采取隔油措施即可防止油品流出應急事故池。由于《石油庫設計規范》(GB50074-2014)亦可應用于化工品庫區，而很多化工品是溶于水或微溶于水，僅僅采取隔油措施并不能夠去除事故污水中的污染物組分。因此，如果是包含化工品的庫區，仍應按照《化工建設項目環(huán)境保護設計規范》的規定來(lái)計算應急事故池的容積。即使是油品庫區，也應咨詢(xún)規范編制組或通過(guò)專(zhuān)家論證的方式來(lái)考慮應急事故池的容積。
3.2應急事故池與企業(yè)其他設施間距要求
石除《石油儲備庫設計規范》外，應急事故池與廠(chǎng)區、庫區其他設施的間距在其他現行的規范中并未提及。而《石油儲備庫設計規范》僅適用于地上儲存原油類(lèi)型的國家石油儲備庫以及總容量大于或等于120×104m3的企業(yè)石油庫�！妒蛢鋷煸O計規范》規定事故污水池與其他設施間距按照隔油池考慮。對于其他石油化工企業(yè)及化工品罐區，事故池與企業(yè)內部其他設施的間距及事故池與相鄰企業(yè)設施之間的間距如何考慮，現行規范沒(méi)有給出具體說(shuō)明。實(shí)際設計過(guò)程中，事故池與企業(yè)內部的其他設施的間距是隔油池設計。然而，事故池與隔油池并不一樣，其不同之處主要體現在存儲物料、功能等地方，詳見(jiàn)表1。由此可見(jiàn)，事故狀態(tài)下，事故池內不僅僅池存儲油品，還有化工品物料等等。因此，事故池內儲存的物料成分更為復雜，事故狀態(tài)下事故池內儲存介質(zhì)危險性要大于隔油池。而在非事故狀態(tài)下，事故池由于是空池，基本不具危險性。因此，事故池與其他設施的間距如何考慮，需要仔細斟酌。
4結語(yǔ)
事故污水應為泄漏物料、消防廢水及受污染雨水量的總和，其中受污染雨水量建議中石化“水體污染防控緊急措施設計導則”中相關(guān)規定進(jìn)行計算。事故污水應通過(guò)廠(chǎng)區或庫區內雨水管道系統進(jìn)行收集，在企業(yè)的雨水排放總出口及事故池進(jìn)水管處設置電動(dòng)閥門(mén)，通過(guò)遠程人工遙控操作，將事故污水及時(shí)有效的控制在企業(yè)內部，以免污染周邊水環(huán)境。因污水處理站的處理能力有限，收集后的事故污水應暫存在應急事故池內，事故后通過(guò)池內設置的提升泵將污水提升至污水處理站處理后外排。應急事故池的容積應考慮儲存事故物料的性質(zhì)，應防止達不到排放標準的事故污水流出應急事故池。應急事故池宜布置在企業(yè)雨排系統的總出口處，以減少事故污水收集系統的投資。因儲存介質(zhì)相似，建議應急事故池與企業(yè)污水處理站相鄰設置。
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