1. 引言
SO2是重要的工业生产原料，也是主要的废气污染物之一。随着我国工业化进程的快速发展，SO2泄漏事故不断发生。一般SO2泄漏会发生在运输、存储、使用过程中，也经常发生在硫磺制酸过程中 [1]。在有色金属冶炼企业，涉SO2泄漏主要体现在金属冶炼过程中产生的高浓度SO2烟气制酸时发生的泄漏，同时也会伴生SO3泄漏。但冶炼企业还包括一些辅助生产工序，如贵金属提取工序，会存储高纯度的液态SO2，用作还原剂生产有价金属，为此，该工序也有发生SO2泄漏的风险 [2]。这些事故泄漏的SO2浓度高，且泄漏后会迅速扩散，造成大范围的危险区域，对当地的环境及附近人员造成伤害。为此，事先做好SO2的环境风险评价对于有色金属冶炼企业如何有效防范风险事故发生、确定安全范围以及风险事故发生后如何采取安全应急措施等，都是非常必要的。
目前，研究危险气体泄漏的风险模型有很多，如高斯模型、ALOHA、SLAB、DEGADIS模型等 [3]。有研究表明高斯扩散模型在研究物质泄漏后果分析中应用较多，但高斯模型主要适用于较轻气体的预测。另一个应用最多的是SLAB模型 [4] [5] [6]。SLAB模型适用于平坦地形下重质气体排放的扩散模拟，可以处理的排放类型包括地面水平挥发池、抬升水平喷射、烟囱或抬升垂直喷射以及瞬时体源，其可以模拟多组气象条件 [7]，但不适用于真实条件下监测的实时气象数据输入。SLAB不仅能模拟危险物泄漏初期的重气效应，还能模拟重气效应消失后的大气湍流扩散情景。崔萍等将SALB模型运用到液氨泄漏风险研究中 [8] [9] [10]，另外SLAB模型已被运用到我国化工行业的H2S、甲烷、液碱等气体泄漏事故的模拟预测中 [11] [12]。但国内对该模型预测液态二氧化硫泄漏后果研究较少，目前仅有针对管道SO2风险扩散的研究 [13]。为此本文以某有色金属铜冶炼厂为例，基于SLAB模型，对厂内制酸工艺的高浓度SO2泄漏和液态二氧化硫储罐泄漏事故进行环境风险评价，并划分风险区域范围，为企业和政府制定风险事故应急预案提供一定的借鉴意义。
2. 有色金属冶炼业涉SO2泄漏风险识别
通常在有色金属冶炼过程中，涉SO2泄漏通常发生在两种情景下。
情景一，在有色金属冶炼过程中，会产生高浓度的SO2烟气(一般体积浓度大于7%)，该烟气可用来制酸，在制酸工程中，由于存在着转化、吸收，会伴随SO3的产生，这期间存在着SO2、SO3泄漏风险，从而造成环境风险事故。例如2006年9月3目，某复合肥有限公司60万t/a硫磺制酸装置在试生产过程中发生SO2泄漏事故，致使附近部分居民出现不良反应，先后有184人被送往医院接受观察。2010年5月7日，某化工股份有限公司硫酸生产线干吸工段一吸液下泵发生腐蚀性破损故障，使SO3、SO2泄漏引起的群体性中毒事件，导致59名村民到医院就诊。
情景二，在有色金属冶炼配套贵金属车间中，SO2是重要生产材料，通常储存在液态储罐中，在储存和使用过程中都有发生事故的可能，如1988年8月10日某有机化学厂在向罐车内贮存SO2气体时，因空压机漏气，造成大量SO2外泄并顺风向附近居民区和厂区弥散，造成附近居民及57名夜班工人亦出现不同程度眼、上呼吸道粘膜刺激症状。1995年4月25日，某腈纶厂在露天14吨槽车上卸料过程中因阀门泄漏，致使纯度为99.9%的液态SO2外溢，造成操作人员及下风险车间和当地村民的急性SO2中毒等。由于有色金属冶炼工艺复杂，危险物质较多，为此情景二的液态SO2的环境风险也易被有色金属冶炼企业忽视，通常在企业的环境风险评估报告、应急预案中缺乏体现。为此，在有色金属冶炼行业，两种情况的SO2泄漏事故造成的环境风险应引起人们足够的重视。
3. 环境风险影响研究
3.1. 事故源项分析
某铜冶炼企业生产规模55万t/a阴极铜，副产硫酸196万t/a。企业周边5 km范围有9个村庄，环境风险保护目标敏感。
该企业冶炼过程中产生的烟气二氧化硫为中间产物，产生后立即随生产流程进入烟气制酸工艺，不单独储存，仅有生产流程中的在线量。假设SO2泄漏发生在净化进口前，该冶炼系统管道及炉体的体积约为4000 m3，制酸净化进口前的烟气中，SO2体积比为15.34%，SO3体积比为10.74%。该企业贵金属车间液态二氧化硫最大存储量为40 t，存放在贵金属车间副跨专用库房内。液态二氧化硫泄漏根据两相流泄漏公式计算。发生泄漏的具体参数如表1所示。
Table 1. The calculation parameters of risk leakage
表1. 风险泄漏计算参数
注*：根据净化器烟气进口各物质含量计算得出；注**：根据转化工段烟气各物质含量计算得出。
3.2. SLAB模型参数
SLAB模型由美国能源部劳伦斯利弗莫尔(Lawrence Livermore)国家实验室开发，是用于重气释放源的大气扩散模型。SLAB模型主要参数包括：泄漏类型、泄漏物质属性、泄漏参数、气象数据等，参数选取可实现优化组合 [14]。根据当地气象条件，企业所在地春夏秋冬气象条件如下，另外，给出了最不利气象条件 [15]，以进行对比分析(表2)。
Table 2. The calculation parameters for SLAB model
表2. SLAB模型主要参数表
3.3. 预测结果及评价
在最不利条件下，根据模拟结果，当SO2管道泄漏发生10秒和30秒时，气体泄漏产生的环境影响范围将增大，铜厂周围达到大气毒性终点浓度1级的影响距离由0.86 km增加到1.42 km，已经超出厂界，可影响附近村庄敏感点。SO3管道泄漏也表现出同样的规律，但由于SO3大气毒性终点浓度1级比SO2小了近1倍，为此，影响范围较小，即使扩散30 s时也未超过500 m。
液态SO2储罐泄漏在最不利气象条件情景下，由于泄漏时间较长，泄漏量大，且先泄漏的液体立刻闪蒸为气体 [16]，为此达到大气毒性终点浓度1级的影响距离在几种涉SO2风险情景中最大，为2.23 km。(图1)在此种情景下，需要制定相应的应急预案，及时疏散群众。
Figure 1. The maximum distance at toxicity level 1
图1. 毒性1级时最大影响距离
在当地常见气象条件下，达到大气毒性终点浓度1级浓度的影响距离显著降低，其主要是由于当地常见风速较大导致的，当地常见风速可达2.74 m/s，有利于高浓度SO2的扩散，即使是液态SO2储罐泄漏，其最大影响距离也在580 m以内，主要影响厂内工作人员。
超过大气毒性终点浓度2级的影响范围，对于泄漏事故最严重的液态SO2储罐来说，最不利气象条件下可达13.76 km，即使在常见气象条件下，也可达到4.26 km。(图2)这可能导致下风向大范围内群众会对泄漏事件有感。
Figure 2. The maximum distance at toxicity level 2
图2. 毒性2级时最大影响距离
4. 风险管理措施
对含有大量SO2烟气的管道，应做到定期检修以及管道上各种阀门和仪表的检查，以降低发生管道泄漏的风险。输送主管道应设立应急切断阀并与各发生炉相联系，一旦发生管线泄漏，应急切断阀可在10秒内作出反应，以及时停止生产并切断烟气的输送，避免SO2发生更大面积的扩散，造成较严重的环境影响。
对于液态SO2储罐，有色金属冶炼企业要给予足够的重视，要设置明显的安全标志，对管线、泵、阀以及报警监测仪表定期检、保、修，每隔2~3年进行一次清理和大修，每天要进行一次巡回检查。另外，罐区还应考虑设在企业的下风向，离工序或离人员较集中的地方100 m以上。
5. 结论
本文以某铜冶炼厂贮存的涉SO2泄漏风险事故为研究对象，基于SLAB模型，模拟了最不利气象条件及当地常见气象条件下，高浓度管道SO2泄漏、管道SO3泄漏及液态SO2储罐泄漏产生的环境风险影响。在设计应急切断阀情况下，管道SO2泄漏仅发生10 s泄漏，其可能对人群造成生命威胁的影响范围可控制在860 m以内。在液态SO2储罐泄漏情况下，其可能对人群造成生命威胁的最不利影响范围可达2.23 km，有色金属冶炼企业需要重视此类环境风险问题，根据泄漏事故发生后的危险区域及范围，制定出应急预案，以保证人群生命安全。