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应急事故水池和初期雨水池容积确定方法对比研究
应急事故水池和初期雨水池容积确定方法对比研究
段学华1王栋成2林国栋3
（1 德州市环境保护科学研究所 山东 德州 253034；)
(2 山东省气候中心 济南 250031；3山东省化工规划设计院 济南 250013）
摘要：基于应急事故水池和初期雨水池容积确定方法的对比研究，系统地分析了两者的差异和各自的环境评价技术要求，结合案例进一步探讨了两者的异同及应用，可供建设项目的工程设计、安全与风险评价、环境影响评价等工作参考。
关键词：应急事故水池；初期雨水池；容积；环境评价
2005年11月发生的松花江水体污染事件，其主要原因之一是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（以下简称“事故池”），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，造成松花江水体严重污染。《化工建设项目环境保护设计规范》（GB50483-2009）规定[1]：“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，避免事故废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进行贯彻和实施，但是有关事故池容积确定的国家标准或规范还很少，且规定条文相对简略、不够明确，并存在一些争议。有关的文献[2].[3].[4]也仅以中石化“水体污染防控紧急措施设计导则”（以下简称“设计导则”）或企业标准“事故状态下水体污染的预防与控制技术要求”（Q/SY 1190-2009）[5]为研究对象，不具有普遍指导性。相比之下，初期雨水池（调节池或储存池）容积的确定方法相对简明，正常生产过程中化工项目的初期雨水往往会带有少量化工物料，致使初期雨水的CODcr、pH值、油类及特征污染物的环保排放指标不达标，因此，环保部门一般要求将初期受污染雨水纳入到污水管网中，以便与正常的清洁排水进行清污分流、雨污分流。由于事故池容积计算时也需考虑一定时段的降雨量，许多环评工作者很容易混淆其与初期雨水量的计算差异，导致事故池或初期雨水池相关评价内容和结果不科学、不客观。本文对比分析两者的确定方法，深入研究两者的差异和各自的环境评价技术要求，结合案例探讨了两者的异同及应用。
1 事故池容积确定方法探讨
1.1 GB50483-2009的原则性规定
GB50483-2009条文说明6.6规定：应急事故废水池容量=应急事故废水最大计算量－装置或罐区围堤内净空容量－事故废水管道容量。其中，应急事故废水的最大量包括3部分：最大一个容量的设备或贮罐物料量；在装置区或贮罐区一旦发生火灾爆炸时的消防用水量，包括扑灭火灾所需用水量和保护邻近设备或贮罐（最少3个）的喷淋水量；当地的最大降雨量。可用下式表示：
V总=（V1+V2- V3）max+ V4+ V5 （1）
式中：（V1+V2+V雨）max为应急事故废水最大计算量（m3）；V1为最大一个容量的设备（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，包括扑灭火灾所需用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的最大降雨量，应根据GB50014-2006[9]有关规定按暴雨强度公式确定；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（m3），与事故废水导排管道容量（m3）之和。
该标准属国家标准，具有普遍指导意义。但其标准原文仅“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]，就事故池容积确定方法而言，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。对当地的最大降雨量，该标准未明确是按实际最大降雨量或按设计暴雨强度计算？我们认为，现阶段应根据GB50014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GB50016、GB50160等规定取2～6h）、事故发生区域的实际汇水面积的暴雨强度公式计算。
1.2 “设计导则”和Q/SY 1190-2009规定的计算方法
对石油化工项目，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事故池容量的计算方法。中国石油天然气集团公司企业标准《事故状态下水体污染的预防与控制技术要求》（Q/SY 1190-2009），则进一步以企业标准的方式明确规定了事故池容积的确定方法。其计算方法一致。
V总= （V1+ V2+V雨）max –V3 （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（m3），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；V2为发生事故的储罐或装置的消防水量（m3），V2=∑（Q消×t消），其中，Q消为发生事故的储罐或装置的同时使用的消防设施给水流量（m3/h），t消为消防设施对应的设计消防历时（h），按GB50160-2008、GB50074-2002、GB50351-2005[10]等有关规定确定；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），例如，非可燃性对水体环境有危害物质的储罐应设置围堰或事故存液池、备用罐等，其有效容积均不宜小于罐组内1个最大储罐的容积；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），V雨=10×q×F，q为降雨强度（mm/d），按平均日降雨量计算（q=qa/n，qa为当地多年平均降雨量mm，n为年平均降雨日数d），F为必须进入事故废水收集系统的雨水汇水面积（hm2）。
2 初期雨水池容积确定方法
对于正常生产和运营状态下的建设项目，尤其是化工项目的初期雨水，因多含有污染物质，必须进行相应的收集、储存和处理，防止污染环境。GB50483-2009之2.0.11规定：“初期雨水，指刚下的雨水，一次降雨过程的前10～20min的降水量”。SH3015-2003条文说明之5.3.4定义：“工厂污染雨水也称初期雨水，是指工厂污染区域内的降雨初期的雨水”。
对受污染的初期雨水的计算包括两个内容：设计最大总雨水量和设计最大流量，前者是为确定初期雨水池（调节池或储存池）容积用，后者是为计算排水管管径用。
2.1 按GB50014-2006的暴雨强度计算方法进行计算
对需要收集受污染雨水的建设项目，其初期雨水池的容积应依据雨水设计流量确定，按下式计算。
V雨水池=q×ψ×F×t×60÷1000 （3）
式中：V雨水池为初期雨水池的计算最大容积（m3）；t为降雨历时（min）；ψ为径流系数，可根据GB50014-2006的推荐值选取，如各种屋面、混凝土或沥青路面可取0.85～0.95；F为汇水面积(hm2)；q为设计暴雨强度(L/S·hm2)，按下式计算[8]：
q=（167A1（1+ClgP））/(t+b)n （4）
式中：A1，C，b，n为参数，根据建设项目所在地的短历时暴雨量用统计方法进行计算确定。P为设计重现期（a）。
雨水设计流量QS＝qψF(L/s)，当有生产废水排入雨水管道时，还应将其水量计算在内。
2.2 SH3015-2003规定的计算方法
对石油化工项目，《石油化工企业给水排水系统设计规范》（SH3015-2003）之5.3.4规定[11]：“一次降雨污染雨水总量宜按污染区面积与其15mm～30mm降水深度的乘积计算”。该规范经对全国几十个城市的暴雨强度公式的分析，绝大部分城市的5min降水量都在15mm～30mm之间，只有极个别城市稍有出入，因此设计可按15mm～30mm降水深度或5min的降雨量计算。
污染雨水设计流量应根据一次降雨污染雨水总量和调节设施的调节能力确定。
可见GB50014方法是基于当地短历时暴雨量用拟合经验公式进行计算，能够体现不同地域、不同降雨强度的差异。SH3015方法则是直接依据统计数据取经验值，按15mm～30mm降水深度过于强调统一性，但对各地降水强度和深度差异未能充分考虑。GB50483将一次降雨过程的前10～20min的降水量作为需要考虑的初期雨水量，而SH3015则是按5min的降雨量考虑，建议应与GB50483-2009的规定相一致。
3 事故池和初期雨水池确定方法与环境评价要求对比
（1）运行工况和功能不同。事故池应当是所有涉及危险化学品的建设项目均必须考虑的设施，是环境风险事故状态下的应急事故排水的储存设施之一，其功能是保证事故状态下废水不排入外环境。初期雨水池则是正常生产运营状态下的受污染雨水的收集储存与调节设施，一般仅针对化工建设项目，其功能是保证正常生产时厂区内受污染雨水不排入外环境。
（2）确定标准不同。事故池容积应根据GB50483-2009或Q/SY 1190-2009等的有关规定确定，所有涉及危险化学品环境风险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执行《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）、《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）、《石油库设计规范》（GB50074-2002）、《储罐区防火堤设计规范》（GB50351-2005）等有关规定。初期雨水池容积主要依据GB50014-2006、GB50483-2009和SH3015-2003等的有关规定确定。
（3）确定方法不同。事故废水的来源可包括物料泄漏量、消防水量、雨水量、生产废水量等，而能够储存事故废水的储存设施可包括事故水池、事故罐、防火堤内或围堰内有效容积、导排水管有效容积等，因此，事故池容积是事故废水导排系统中的一个较为重要的关键环节，为确保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事故池的容积；罐区防火堤内容积应以防火堤内可资利用的有效容积计算。计算事故废水量时，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]。初期雨水，只指每次降雨过程的前10～20min降水，因受污染而必须收集处理；能够储存初期雨水的设施包括初期雨水池、污水处理设施等，在非事故状态下可利用事故池储存（例如，初期雨水池共用，但占用容积不得超过事故池容积的1/3，并应设有在事故时可以紧急排空的技术措施）。
（4）计算参数取值不同。进入事故水池的雨水量，与正常生产时初期雨水量有本质区别，不可混淆计算。一是降雨历时不同，正常生产运营过程中初期雨水是指刚下的雨水，一次降雨过程中的前10～20min最大降水量[1]；而事故时降水量应根据事故设计消防时间（GB50016-2006、GB50160-2008规定一般为2～6h，Q/SY 1190-2009规定为6～10h）确定。二是汇水面积不同，初期雨水是污染区域（即可能受污染的装置区和罐区）总的汇水面积；事故池只考虑装置区或罐区单独的能进入事故排水系统的降雨量，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）导排系统不同。事故池仅是废水导排系统中的一个环节，发生事故时可以根据事故废液或废水的具体情况首先采用转输到其他地方储存或处理设施措施，例如，非可燃性对水体环境有危害物质的储罐可采用设置围堰或事故存液池、备用罐等方式收集；事故废水收集系统的设施或罐区围堰、防火堤内净空容量，事故废水导排管道容量均可作为收集储存设施的一部分，即事故池的最大容积≤事故排放废水总量。应按事故排水最大流量对事故排水收集系统的能力进行校核，明确导排系统的防火、防爆、防渗、防腐等措施。初期雨水池的导排系统则不考虑其它储存设施，按全部初期雨水量均汇集到池中的最大量考虑。
（6）贮存方式不同。应急事故水池宜采取地下式[1]，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。当事故废水需用泵加压外排到其它储存设施时，用电设备的电源应满足现行国家标准《供配电系统设计规范》所规定的一级负荷供电要求。初期雨水池则一般采用自流地下式，也可采用储罐方式节约用地。
（7）总图合理性评价要求不同。应当根据建设项目的总平面布置图，给出事故风险源分布、装置区和储罐区围堰、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，据此分析事故池位置、导排系统、防火防爆等在总图中的合理性。初期雨水池一般仅分析其汇水面积、位置等合理性。
（8）评价内容和要求不同。事故池容积确定是环境风险评价的重点之一，也是风险防范措施落实、风险应急预案以及三级防控体系的重点之一。环境风险评价中，必须给出逐项确定依据、参数，并明确结论，给出投资预算，确保事故废水不排入外环境。事故池的最终有效容积，应由设计单位、建设单位、安全部门、环境保护部门从技术、生产、投资、安全、风险、环保等因素综合确定。初期雨水则是工程设计范围，一般也应明确给出其确定依据、水量、水质及废水处理处置措施。
（9）废水后处理措施要求不同。对事故废水应进行必要的监测并视其水质情况区别对待，以免造成不必要的处理消耗或白白浪费水资源，应综合考虑采取下列处理处置措施[1]：能够回用的应回用；对不符合回用要求，但符合排放标准的废水，可直接排放；对不符合排放标准，但符合污水处理站进水要求的废水，应限流进入污水处理站进行处理；对不符合污水处理站进水要求的废水，应采取处理措施或外送处理，外送时必须按照环保部门的有关规定执行，不得出现乱倒现象。对初期雨水则应与生产废水一起进入污水处理站进行处理。
（10）设置要求不同。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设置事故池，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，宜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。初期雨水池的设置则相对灵活，在有些情况下可不单独设置，如与事故池共用等。
4 事故池和初期雨水池容积确定案例分析
分别采用GB50483-2009和Q/SY 1190-2009规定的方法，计算某建设项目的事故池容积，采用设计暴雨强度公式和SH3015-2003方法计算正常生产运营状态下该项目的初期雨水池容积，各计算参数和结果见表1。
（1）事故状态下事故池容积计算结果对比
按GB50483-2009规定方法计算的该项目事故池容积最大为6290m3（罐区），按Q/SY 1190-2009规定方法计算的结果则为5816m3（罐区），结果相差474m3，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。在进行事故池容积设计时，必须按最大容积确定，并留有一定的裕度，因此建议石油化工企业事故池容积的确定应统一按GB50483-2009规定核算。
（2）正常生产状态下初期雨水池容积计算结果
初期雨水的汇水面积较大，按GB50014-2006规定方法计算单次雨水汇集量最大值可达到583m3，按SH3015-2003规定方法计算单次雨水量为345m3～690m3。两个方法计算确定的初期雨水量差别较大，建议石油化工企业初期雨水量的确定应统一按GB50483-2009规定核算。
表1 事故池容积和初期雨水池容积计算案例
|
运行工况 |
风险事故状态 |
正常生产运营状态 |
||||
|
计算项目 |
事故池容积 |
初期雨水池容积 |
||||
|
计算方法 |
Q/SY1190-2009方法 |
GB50483-2009方法 |
GB50014设计暴雨强度公式 |
SH3015-2003方法 |
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|
计算区域 |
装置区 |
罐区 |
装置区 |
罐区 |
生产区、储存区、装卸区等 |
|
|
汇水面积F（hm2） |
1.2 |
0.8 |
1.2 |
0.8 |
汇水面积F=2.3hm2 |
|
|
最大贮存量V1（m3） |
156 |
3000 |
156 |
3000 |
降雨历时t=15min；径流系数y=0.95；重现期P=3年； 设计暴雨强度 =281.79L/(s·hm2) 单次初期雨水量最大设计值 Qs＝qψFt＝583m3 |
降雨历时t=5min；降水深度15mm～30mm 单次初期雨水量345m3～690m3 |
|
最大消防水量*V2（m3） |
1620 |
5553 |
1620 |
5553 |
||
|
最大降雨量**V雨（m3） |
95 |
63 |
805 |
537 |
||
|
转储物料量V3（m3） |
1200 |
2800 |
1200 |
2800 |
||
|
生产废水量V4（m3） |
160 |
0 |
-- |
-- |
||
|
计算事故池容积V事故池（m3） |
831 |
5816 |
1381 |
6290 |
||
|
设计容积（m3） |
6000 |
6500 |
||||
注：①*对装置区综合考虑灭火喷淋消防给水量，取为150L/s，设计消防时间取3h。对罐区，灭火给水量取为6.0L/min•m2，灭火面积取为1102m2，设计消防时间取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** Q/SY1190-2009规定方法的降雨强度按项目所在地的实际统计值计算，q=7.9mm；GB50483-2009规定方法的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y=0.95，重现期P=3年，q=32.71L/(s·hm2)。
4 结语
（1）初期雨水池虽可与应急事故水池共用，但两者的确定方法和环境评价要求有本质的区别，应单独进行评价。应急事故水池容积确定时考虑的最大降雨量，其计算原理与初期雨水量的一致，但在汇水面积、降雨历时、暴雨强度、计算结果等方面差异较大，不可混淆。
（2）在进行事故池容积设计时，必须按最大容积确定，并留有一定的裕度，建议石油化工企业事故池容积的确定应统一按GB50483-2009规定核算。建议正常生产状态下的石油化工企业初期雨水量的确定也应统一按GB50483-2009规定核算。
参考文献
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[10] GB 50351-2005，储罐区防火堤设计规范[S].
[11] SH 3015-2003，石油化工企业给水排水系统设计规范[S].
Research contrastively on techniquesto determine the
volume of the emergencyincident and pre-Rainwater pools
DuanXue-hua1Wang Dong-cheng2Lin Guo-dong3
(1. Dezhou Institute of EnvironmentalScience,Dezhou 253034;2. ShandongClimate Center,Jinan 250031;3.Shandong Chemical Planning & DesignInstitute, Jinan250013)
Abstract:Based on the contrastive study on the volume of the emergencyincident and pre-Rainwater pools,this paper analyzes systematically the difference and technical requirementsrespectively for EIA .Combined with cases, the difference between them andapplication are discussed furtherly. It has reference.for engineering design,safety , risk evaluation and environmental impact assessment.
Key words:Emergency incident pool; pre-Rainwater pool; Volume; Environmentalimpact assessment.
致谢：感谢王栋成老师提供本文word版本并同意转载。
本文在化工项目环评工作中极具参考意义。