建設(shè)項(xiàng)目職業(yè)病危害預(yù)評價(jià)中應(yīng)用數(shù)學(xué)模型方法的探討

1、建設(shè)項(xiàng)目職業(yè)病危害預(yù)評價(jià)中應(yīng)用數(shù)學(xué)模型方法的探討        ? 當(dāng)前，危險(xiǎn)化學(xué)品危害事故時(shí)有發(fā)生。大量危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)泄漏將會導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒等重大事故，造成嚴(yán)重的人員傷亡和環(huán)境污染，并可引起突發(fā)中毒等公共衛(wèi)生事件。因此，在建設(shè)項(xiàng)目職業(yè)病危害預(yù)評價(jià)工作中需要有一個(gè)科學(xué)、簡明、可行、規(guī)范的定量評價(jià)方法，對突發(fā)中毒事故的影響范圍及危害程度進(jìn)行定量分析，使職業(yè)病危害預(yù)評價(jià)報(bào)告的內(nèi)容對工程項(xiàng)目建設(shè)單位起到具體的指導(dǎo)作用。但目前在建設(shè)項(xiàng)目職業(yè)病危害預(yù)評價(jià)規(guī)范和實(shí)際工作中還缺乏這樣的評價(jià)方法。為此，我們借鑒建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響

2、評價(jià)和安全預(yù)評價(jià)方法、評價(jià)工作經(jīng)驗(yàn)及事故案例等加以綜合分析，探討在建設(shè)項(xiàng)目職業(yè)病危害預(yù)評價(jià)中應(yīng)用數(shù)學(xué)模型方法對職業(yè)病危害事故影響范圍及危害程度進(jìn)行定量評價(jià)。? 一、數(shù)學(xué)模型的選擇? 工業(yè)生產(chǎn)中由于設(shè)備或管道損壞或操作失誤引起有毒化學(xué)物質(zhì)大量泄漏，或有的化學(xué)物質(zhì)在火災(zāi)、爆炸等重大事故時(shí)，生成的有毒蒸氣云在空氣中漂移、擴(kuò)散。為了較為精確地計(jì)算毒害區(qū)域的大小，國內(nèi)外開發(fā)了一些計(jì)算機(jī)軟件，根據(jù)不同的有毒化學(xué)物質(zhì)泄漏的事故類型、擴(kuò)散模型和物質(zhì)毒性大小等計(jì)算可能致人死亡或中毒的范圍。我們在建設(shè)項(xiàng)目職業(yè)病危害預(yù)評價(jià)工作實(shí)踐中，分析有毒化學(xué)物質(zhì)大量泄漏所致的突發(fā)中毒事故后果時(shí)嘗試運(yùn)用了以下兩個(gè)數(shù)學(xué)模型。? （

3、一）有毒氣體半球擴(kuò)散模型? 這是一種有毒氣體泄漏危害區(qū)域的估算方法，閃蒸液體或加壓氣體瞬時(shí)泄漏后有一段快速擴(kuò)散時(shí)間，泄漏氣體（或液體閃蒸形成蒸氣）的氣團(tuán)呈半球形向外擴(kuò)散。有毒氣體泄漏半球擴(kuò)散半徑計(jì)算公式：? 式中，R：有毒氣體的擴(kuò)散半徑，m；Vg：有毒介質(zhì)的蒸氣體積，m3；C：有毒介質(zhì)在空氣中危險(xiǎn)濃度值，。? （二）氣體外逸擴(kuò)散濃度計(jì)算公式? 當(dāng)發(fā)生有毒氣體大量泄漏時(shí)，在一定距離內(nèi)任一地點(diǎn)空氣中有毒氣體濃度按氣體外逸擴(kuò)散濃度計(jì)算公式進(jìn)行估算。氣體外逸擴(kuò)散濃度計(jì)算公式：C=100M/vx2(e-20h/x)? 式中，C：有害氣體濃度，mg/L；M：泄漏氣體數(shù)量，t/d；v；風(fēng)速，m/s；x：由泄

4、漏處到測定濃度處距離，m；h：地面高度，m。當(dāng)泄漏氣體離地面高度12m，而距離大于1 000 m時(shí)e-20h/x1。? 二、數(shù)學(xué)模型實(shí)際應(yīng)用舉例? （一）某企業(yè)油改煤工程生產(chǎn)中可能發(fā)生的突發(fā)一氧化碳中毒事故影響范圍定量分析? 某企業(yè)為大型化工企業(yè)，主要生產(chǎn)化肥及純堿，油改煤工程項(xiàng)目可能存在的主要事故風(fēng)險(xiǎn)有煤氣爆炸和粗煤氣的大量泄漏事故，尤其是氣化爐、粗煤氣柜、煤氣壓縮及關(guān)輸送管道等如發(fā)生粗煤氣的大量泄漏，可造成突發(fā)一氧化碳中毒事故。在建設(shè)項(xiàng)目職業(yè)病危害預(yù)評價(jià)報(bào)告中，根據(jù)有毒氣體泄漏半球擴(kuò)散模型和物質(zhì)毒性大小等，估算煤氣柜、氣化、煤氣壓縮等工作場所一氧化碳大量泄漏可能致人死亡、中毒的范圍。對企業(yè)

5、油改煤工程建成投產(chǎn)后可能發(fā)生的突發(fā)一氧化碳中毒故影響范圍和危害程度做出了定量評價(jià)。? 1.一氧化碳危害區(qū)域濃度劃分：按照一氧化碳在空氣中達(dá)到職業(yè)觸限值（短時(shí)間接觸容許濃度）、人持續(xù)吸入0.51.0 h急性中毒有死亡危害濃度劃分為兩個(gè)危害區(qū)域；C10.0024，即職業(yè)接觸限值PC-STEL為30 mg/m3，經(jīng)換算為0.0024；C20.15，即一氧化碳在空氣中達(dá)到人持續(xù)吸入0.51.0 h急性中毒有死亡危害的濃度。? 2.泄漏量確定及危害半徑估算：該工程項(xiàng)目煤氣柜為緩沖儲存裝置，如發(fā)生大量煤氣泄漏后，往往會對一定的范圍造成危害，甚至造成人員中毒、死亡。煤氣柜的儲存量為5 000m3，其中一氧化

6、碳占41.9，約為2 095 m3，假設(shè)發(fā)生事故，全部泄漏，這些有毒空氣以半球形向地面擴(kuò)散，可估算出一氧化碳?xì)怏w的擴(kuò)散半徑為：取C10.0024，；取C2=0.15%，。煤氣柜發(fā)生大量泄漏后，急性一氧化碳中毒區(qū)域邊長為19 m的60°扇形區(qū)域是最危險(xiǎn)的區(qū)域；邊長為75 m的60°扇形區(qū)域?qū)⒊^我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的短時(shí)間接觸容許濃度。該工程項(xiàng)目氣化生產(chǎn)的煤氣經(jīng)洗滌后在電除塵、脫硫脫碳以及連接煤氣柜、煤氣壓縮的管道階段發(fā)生的粗煤氣泄漏。從泄漏發(fā)生到得到有效控制設(shè)定為10 min，一氧化碳泄漏量根據(jù)各工段粗煤氣中一氧化碳的體積百分比進(jìn)行估算。經(jīng)計(jì)算，脫碳后至煤氣壓縮工段發(fā)生大量泄漏

7、后，急性一氧化碳中毒區(qū)域邊長為18 m的60°扇形區(qū)域，是最危險(xiǎn)的區(qū)域；邊長為71m的60°的扇形區(qū)域?qū)⒊^我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的短時(shí)間接觸容許濃度。氣化、電除塵及脫硫等工段發(fā)生大量泄漏量，急性一氧化碳中毒區(qū)域邊長為16 m的60°扇形區(qū)域，是最危險(xiǎn)的區(qū)域；邊長為65 m的60°扇形區(qū)域?qū)⒊^我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的短時(shí)間接觸容許濃度。? 3.估算結(jié)果分析：以上述計(jì)算結(jié)果可以得知，油改煤工程項(xiàng)目主要生產(chǎn)裝置區(qū)如發(fā)生一氧化碳大量泄漏后，急性一氧化碳中毒區(qū)域邊長1619 m的60°扇形區(qū)域是最危險(xiǎn)的區(qū)域；邊長為6575 m的60°扇形區(qū)域?qū)⒊^我國

8、衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的短時(shí)間接觸容許濃度。作業(yè)工人現(xiàn)場操作或巡檢時(shí)均處在上述泄漏量的中毒危害半徑內(nèi)，如遇有泄漏等事故，巡檢區(qū)域及廠區(qū)將可能造成人員急性一氧化碳中毒甚至死亡。                    ? （二）某氯堿企業(yè)生產(chǎn)中可能發(fā)生的突發(fā)氯氣中毒危害事故影響范圍宣分析? 我們在對某大型氯堿化工企業(yè)離子膜燒堿技術(shù)改造項(xiàng)目進(jìn)行職業(yè)病危害預(yù)評價(jià)工作中，嘗試應(yīng)用了數(shù)學(xué)模型，對項(xiàng)目建成投產(chǎn)后可能發(fā)生的

9、突發(fā)急性氯氣中毒事故影響區(qū)域及危害程度進(jìn)行分析與評價(jià)，并結(jié)合2004年4月16日重慶天原化工總廠氯氣泄漏爆炸事故進(jìn)行分析加以驗(yàn)證。? 1.大型氯氣泄漏事故：根據(jù)氣體外逸擴(kuò)散濃度數(shù)學(xué)計(jì)算公式，對氯氣泄漏形成不同濃度可能影響的范圍進(jìn)行估算。按照居民區(qū)大氣中氯氣一最高容許濃度、職業(yè)接觸限值（工作場所空氣中氯氣最高容許濃度）、急性氯氣中毒濃度劃分為3個(gè)危害區(qū)域：居民區(qū)大氣中氯氣一次最高容許濃度為C10.1 mg/m3；職業(yè)接觸限值C21 mg/m3（工作場所空氣中氯氣最高容許濃度）；人員急性氯氣中毒濃度C3200 mg/m3（持續(xù)0.51.0 h有死亡危險(xiǎn)）。? 考慮發(fā)生氯氣大量泄漏有一個(gè)發(fā)生、發(fā)現(xiàn)、

10、處理的過程，取10 min生產(chǎn)氯氣泄漏量進(jìn)行計(jì)算：氯氣泄漏量M=8萬t/8 000×6（10 min）1.667 t/10 min。? 取地面高度h=2 m，風(fēng)速v=3.5 m/s（企業(yè)所處地區(qū)年平均風(fēng)速25 m/s，全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂希?。C=100 M/vx2(e-20h/x)=100×1.667×6×24/3.5x2(e-40/x)=6 858.5/x2(e-40/x)，取C10.1 mg/m3=0.000 1 mg/L，x1=(6 858.5/0.00 1)1/2=8 281 m（取e-40/x1），取C21 mg/m3=0.001 mg/L，x2

11、=(6 858.5/0.001)1/2=2 619 m，（取e-40/x1）取C3=200 mg/m3=0.2 mg/L，C3=6 858.5/x2(e-40/x)=0.2用試差法求得x3=150 m（此時(shí)e-40/x1）。? 以上述計(jì)算結(jié)果可以得知，10 min估算泄漏量造成急性氯氣中毒區(qū)域邊長為150 m的60°扇形區(qū)域，是最危險(xiǎn)的區(qū)域；邊長為2 619 m的60°扇形區(qū)域?qū)⒊^我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工作場所空氣中氯氣最高容許濃度；邊長8 281 m的扇形區(qū)域?qū)⒊^居民區(qū)大氣中氯氣一次最高容許濃度。上述氯氣泄漏量廠區(qū)將可能造成人員急性氯氣中毒甚至死亡，并可波及附近民眾遭受氯

12、氣危害。? 2.典型事故安全分析：2004年4月16日重慶天原化工廠發(fā)生氯氣泄漏爆炸事故，爆炸造成9人死亡，3人重傷；由于爆炸，使數(shù)個(gè)裝有共計(jì)13號液氯的氣罐損壞，導(dǎo)致氯氣大量外泄，泄漏氯氣波及化工廠周圍居民區(qū)及化工廠隔江相對的居民區(qū)，方圓5公里15萬人被緊急疏散。當(dāng)時(shí)風(fēng)向西北風(fēng)，風(fēng)速取2 m/s噸液氯氣化在30 min內(nèi)外泄，經(jīng)計(jì)算達(dá)到我國職業(yè)接觸最高容許濃度1 mg/m3，其距離為下風(fēng)向的5 585.7 m。C=100M/vx2(e-20h/x)x=5 858.7 m。? 使用本式進(jìn)行計(jì)算與實(shí)際受害面積基本相符；事故現(xiàn)場指揮部做出應(yīng)急救援方案，將天原化工廠方圓5公里15萬人進(jìn)行緊急疏散，其

13、疏散距離與公式估算結(jié)果基本相符。? 3.討論：我們在應(yīng)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行泄漏所致中毒事故后果分析中，以一定時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力估算最大泄漏量，主要考慮工廠泄漏內(nèi)的現(xiàn)場情況，計(jì)算毒氣氣團(tuán)在空氣中漂移、擴(kuò)散的范圍、濃度、接觸毒物的人數(shù)等，對工程項(xiàng)目建成投產(chǎn)后可能發(fā)生的突發(fā)中毒事故影響范圍和危害程度做出了定量評價(jià)，并通過國內(nèi)典型事故案例加以驗(yàn)證。但影響泄漏所致中毒事故危害程度的因素很多，諸如毒物的性質(zhì)、毒物的濃度和人員與接觸時(shí)間、有毒氣體的泄漏量和泄漏速度、蒸氣壓、中毒途徑等因素，事故區(qū)的氣象條件、地形地物、居住情況以及應(yīng)急救援反應(yīng)等。這樣一個(gè)受多種因素影響的復(fù)雜的問題或現(xiàn)象用數(shù)學(xué)模型來描述，往往是在一

14、個(gè)系列的假設(shè)前提下按理想的情況建立的，有些模型經(jīng)過小型試驗(yàn)的驗(yàn)證，有的則可能與實(shí)際情況有較大出入，但對分析職業(yè)病危害的危險(xiǎn)性來說是可以參考的。? 在評價(jià)報(bào)告中定量地描述一個(gè)可能發(fā)生的突發(fā)中毒事故對作業(yè)工人和企業(yè)內(nèi)職工、對社區(qū)民眾甚至對環(huán)境造成危害的嚴(yán)重程度，可有助于事故危害分區(qū)的準(zhǔn)確劃定和現(xiàn)場人員采取正確的個(gè)人防護(hù)，指導(dǎo)群眾撤離，也可用于預(yù)案制定，從而預(yù)測危害縱深、危害寬度、傷害面積和無防護(hù)人員的傷害概率等。? 泄漏所致中毒是常見的重大事故，經(jīng)常造成嚴(yán)重的人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失，對于可能發(fā)生的職業(yè)病危害事故，只有知道其后果時(shí)，對其危害性分析才算是完整的，分析結(jié)果為企業(yè)或企業(yè)主管部門提供關(guān)于重大事故后果的信息，為企業(yè)決策者和建設(shè)項(xiàng)目（工程）設(shè)計(jì)者提供關(guān)于采取何種防護(hù)措施決策的信息。因此，在建設(shè)項(xiàng)目職業(yè)病危害預(yù)評價(jià)報(bào)告中增加這一部分