建设项目职业病危害预评价中应用数学模型方法的探讨

    当前，危险化学品危害事故时有发生。大量危险化学物质泄漏将会导致火灾、爆炸、中毒等重大事故，造成严重的人员伤亡和环境污染，并可引起突发中毒等公共卫生事件。因此，在建设项目职业病危害预评价工作中需要有一个科学、简明、可行、规范的定量评价方法，对突发中毒事故的影响范围及危害程度进行定量分析，使职业病危害预评价报告的内容对工程项目建设单位起到具体的指导作用。但目前在建设项目职业病危害预评价规范和实际工作中还缺乏这样的评价方法。为此，我们借鉴建设项目环境影响评价和安全预评价方法、评价工作经验及事故案例等加以综合分析，探讨在建设项目职业病危害预评价中应用数学模型方法对职业病危害事故影响范围及危害程度进行定量评价。
    一、数学模型的选择
    工业生产中由于设备或管道损坏或操作失误引起有毒化学物质大量泄漏，或有的化学物质在火灾、爆炸等重大事故时，生成的有毒蒸气云在空气中漂移、扩散。为了较为精确地计算毒害区域的大小，国内外开发了一些计算机软件，根据不同的有毒化学物质泄漏的事故类型、扩散模型和物质毒性大小等计算可能致人死亡或中毒的范围。我们在建设项目职业病危害预评价工作实践中，分析有毒化学物质大量泄漏所致的突发中毒事故后果时尝试运用了以下两个数学模型。
    （一）有毒气体半球扩散模型
    这是一种有毒气体泄漏危害区域的估算方法，闪蒸液体或加压气体瞬时泄漏后有一段快速扩散时间，泄漏气体（或液体闪蒸形成蒸气）的气团呈半球形向外扩散。有毒气体泄漏半球扩散半径计算公式：
    式中，R：有毒气体的扩散半径，m；Vg：有毒介质的蒸气体积，m3；C：有毒介质在空气中危险浓度值，％。
    （二）气体外逸扩散浓度计算公式
    当发生有毒气体大量泄漏时，在一定距离内任一地点空气中有毒气体浓度按气体外逸扩散浓度计算公式进行估算。气体外逸扩散浓度计算公式：C=100M/vx2(e-20h/x)
    式中，C：有害气体浓度，mg/L；M：泄漏气体数量，t/d；v；风速，m/s；x：由泄漏处到测定浓度处距离，m；h：地面高度，m。当泄漏气体离地面高度1～2m，而距离大于1 000 m时e-20h/x≈1。
    二、数学模型实际应用举例
    （一）某企业油改煤工程生产中可能发生的突发一氧化碳中毒事故影响范围定量分析
    某企业为大型化工企业，主要生产化肥及纯碱，油改煤工程项目可能存在的主要事故风险有煤气爆炸和粗煤气的大量泄漏事故，尤其是气化炉、粗煤气柜、煤气压缩及关输送管道等如发生粗煤气的大量泄漏，可造成突发一氧化碳中毒事故。在建设项目职业病危害预评价报告中，根据有毒气体泄漏半球扩散模型和物质毒性大小等，估算煤气柜、气化、煤气压缩等工作场所一氧化碳大量泄漏可能致人死亡、中毒的范围。对企业油改煤工程建成投产后可能发生的突发一氧化碳中毒故影响范围和危害程度做出了定量评价。
    1.一氧化碳危害区域浓度划分：按照一氧化碳在空气中达到职业触限值（短时间接触容许浓度）、人持续吸入0.5～1.0 h急性中毒有死亡危害浓度划分为两个危害区域；C1＝0.0024％，即职业接触限值PC-STEL为30 mg/m3，经换算为0.0024％；C2＝0.15％，即一氧化碳在空气中达到人持续吸入0.5～1.0 h急性中毒有死亡危害的浓度。
    2.泄漏量确定及危害半径估算：该工程项目煤气柜为缓冲储存装置，如发生大量煤气泄漏后，往往会对一定的范围造成危害，甚至造成人员中毒、死亡。煤气柜的储存量为5 000m3，其中一氧化碳占41.9％，约为2 095 m3，假设发生事故，全部泄漏，这些有毒空气以半球形向地面扩散，可估算出一氧化碳气体的扩散半径为：取C1＝0.0024％，；取C2=0.15%，。煤气柜发生大量泄漏后，急性一氧化碳中毒区域边长为19 m的60°扇形区域是最危险的区域；边长为75 m的60°扇形区域将超过我国卫生标准规定的短时间接触容许浓度。该工程项目气化生产的煤气经洗涤后在电除尘、脱硫脱碳以及连接煤气柜、煤气压缩的管道阶段发生的粗煤气泄漏。从泄漏发生到得到有效控制设定为10 min，一氧化碳泄漏量根据各工段粗煤气中一氧化碳的体积百分比进行估算。经计算，脱碳后至煤气压缩工段发生大量泄漏后，急性一氧化碳中毒区域边长为18 m的60°扇形区域，是最危险的区域；边长为71m的60°的扇形区域将超过我国卫生标准规定的短时间接触容许浓度。气化、电除尘及脱硫等工段发生大量泄漏量，急性一氧化碳中毒区域边长为16 m的60°扇形区域，是最危险的区域；边长为65 m的60°扇形区域将超过我国卫生标准规定的短时间接触容许浓度。
    3.估算结果分析：以上述计算结果可以得知，油改煤工程项目主要生产装置区如发生一氧化碳大量泄漏后，急性一氧化碳中毒区域边长16～19 m的60°扇形区域是最危险的区域；边长为65～75 m的60°扇形区域将超过我国卫生标准规定的短时间接触容许浓度。作业工人现场操作或巡检时均处在上述泄漏量的中毒危害半径内，如遇有泄漏等事故，巡检区域及厂区将可能造成人员急性一氧化碳中毒甚至死亡。