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)
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。GB50483—2009《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GB50483—2009和Q/SY1190—2009《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
1.1 GB50483—2009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)
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GB50016—2006［6］、GB50160—2008［7］、GB50074—2002［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GB50014—2006［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。
1.2 Q/SY1190—2009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/SY1190—2009，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=Σ(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6～10h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，GB50483—2009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］，GB50151—92《低倍数泡沫灭火系统设计规范》、GB50196—93《高中倍数泡沫灭火系统设计规范》、GB50338—2003《固定消防炮设计规范》等)和最低值，GB50483—2009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6～10h，大大高于“国家标准法”规定取值(一般为2～6h)。
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GB50483—2009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2～6h)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：一是降雨时间按1d与消防时间(6～10h)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GB50016—2006、GB50160—2008、GB50074—2002、GB50351—2005［10］等有关规定执行；最大降雨量确定按GB50014—2006、SH3015—2003《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10～20min最大降水量［1］，其设计参数计算必须按GB50014—2006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GB50016—2006、GB50160—2008规定一般为2～6h，Q/SY1190—2009规定为6～10h)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GB50052—95《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。GB50483—2009虽然仅规定了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
注：1) 对装置区综合考虑灭火喷淋消防给水量，取为150L/s，消防时间取3h。对罐区，灭火给水量取为6.0L/(min·m2)，灭火面积取为1102m2，消防时间取6h；喷淋冷却给水量取为3.0L/(min·m2)，喷淋冷却面积按4个罐表面积计算取为4×1102m2，消防时间取4h。
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=7.9mm；“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=6h，径流系数(ψ=0.95，重现期P=3年，q=57.58L/(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502m3，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24L/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15min，但其单次雨水汇集量最大值可达到583m3，计算雨水排水最大流量可达到615.71L/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) GB50483—2009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。
