新疆某焦化厂环境中氨与一氧化碳污染调查
王芬, 郝伟, 张重建, 尹丽, 郝建梅, 袁辉     
新疆维吾尔自治区疾病预防控制中心
摘要: 目的 对新疆某焦化厂内环境中氨和一氧化碳进行检测,对其结果进行分析和评价,从而提出合理的预防措施和建议。方法 根据国家职业卫生标准及相关规范进行检测和评价。结果 行政办公室氨和一氧化碳的合格率为100%;炼焦单位的炉顶的检测点空气中一氧化碳浓度在77次测定中有1次超标,其合格率为98.7%;除炉顶之外的其它四个监测点合格率为100%。结论 行政办公楼、测温区的氨与一氧化碳所带来的风险可以忽略不计;该厂的工艺技术较先进,炼焦单元工作场所符合国家要求,其产生的危害因素浓度的大小受其产量的影响较小,但是受该车间的通风量的大小较大,在工作中需要保证充足的通风量。
关键词: 焦化厂          一氧化碳     检测结果分析    
Investigation on Ammonia and Carbon Monoxide in the Environment of a Coking Plant in Xinjiang
WANG Fen, HAO Wei, ZHANG Chongjian, YIN Li, HAO Jianmei, YUAN Hui     
Abstract: Objective To detect, analyze and evaluate the concentrations of ammonia and carbon monoxide in the environment of a coking plant in Xinjiang, and put forward preventive measures and suggestions. Methods The analysis and evaluation were based on the national occupational health standards and relevant specifications. Results The concentration of carbon monoxide in only one of 77 monitoring samples collected from the top of coking units was found exceeding the standard limit and the qualification rates were 98.7%, while in other monitoring points the qualification rates were 100%. Conclusions Because of the advanced technology in this plant, the risk in administrative office building and temperature measuring zone caused by ammonia and carbon monoxide could be neglected; the environment in the workplace of coking units could meet the requirements of national standards, the concentrations of hazard factors affected by productive activity was low, but the concentrations of hazard factors could be affected by the ventilation rate in workshop, therefore, ensuring adequate ventilation rate in workplace was needed.
Key words: coking plant     ammonia     carbon monoxide     analysis of results    

氨(NH3)是一种具有刺激性气味的无色气体,是一种碱性物质。他对皮肤组织和上呼吸道均有腐蚀和刺激的作用[1-2]。短时间内吸入大量的NH3及其化合物可以产生急性中毒,长时间吸入低浓度的NH3及其化合物可以产生慢性中毒[3]。一氧化碳(CO)是一种无色无味的气体,人体吸入后可产生窒息症状,他不溶于水但与人体血红素的结合能力特别强,是氧与人体血红素结合速度的250~300倍[4-5],容易造成机体缺氧从而引起危害、窒息和血液中毒,严重时造成死亡[6-7]。新疆某焦化厂的建设按照《工业企业总平面设计规范》(GB 50187-2012)[8]的要求,同时学习了国内外的先进技术,高度重视职业人群的健康防护,引进了比较先进的焦炉自动加热系统控制,焦炉采用净化的焦炉煤气加热,燃烧废气采用高烟囱实行高空扩散,实现了无烟装煤。本文选取该焦化厂的办公地点、生活区以及炼焦评价单元作为监测对象,从2015年12月—2016年11月,参照空气污染(雾霾)人群健康影响监测工作手册选择每月10日—17日作为采样日,连续7天采样,根据《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》(GBZ 159-2004)[9]采集样品15 min。对煤焦化厂炼焦单位生产过程中产生CO和NH3有毒有害气体危害因素进行检测与分析。将检测数据结果与国家允许的职业卫生接触限值进行比较,结合当时的气候条件,进行分析与评价,并提出改进建议。

1 仪器与方法 1.1 仪器

大型气泡吸收管(天津市天玻玻璃仪器有限公司);Gilair PLUS Gilian Gilair空气采样泵(美国),流量0~5 L/min;10 mL具塞比色管;UV-2800紫外可见分光光度计(上海尤尼柯公司);铝塑采气袋,0.5 L~1 L;双联橡皮球;GXH-3011型不分光红外线分析仪(北京均方理化厂)。

1.2 检测点的设置

针对劳动者接触有害物质时间长,工作地点有害物质浓度比较大的地方设点进行现场采样。参照《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》(GBZ 159-2004)[9]进行布点设置。在新疆某焦化厂的炼焦单元炉顶、三管操作架、焦测、机测、测温室等5个点分别设置NH3、CO的检测点。行政办公室分别设置NH3、CO的检测点作为对照点。

1.3 样品的采集

参照《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》(GBZ 159-2004)[9]进行样品的采集,采样方法选择短时间采样,采样时将空气收集器的进气口安装在劳动者呼吸带。对空气中有毒有害物质不同的浓度,选择分时段采样;记录不同时段劳动者的工作时间;一般情况下一个时段每次采样时间为15 min,每个工作日采集4次。采集完毕后放在洁净的器皿中,尽快运到实验室进行分析。

1.4 分析方法

依据《工作场所空气有毒物质测定—无机含碳化合物》(GBZ/T 160.28-2004)[10]、《工作场所空气中无机含氮化合物的测定方法》(GBZ/T 160.29-2004)[11]、《工作场所有害物质采样规范》(GBZ 159-2004)[9]、《工作场所有害因素职业接触限值第1部分:化学有害因素》(GBZ 2.1-2007)[12]、《工作场所职业病危害警示标识》(GBZ 158-2003)[13]进行检测和评价。

1.5 统计分析

利用SPSS PASW Statistics v18.0软件对NH3、CO浓度数据进行统计分析,数据均已均数±标准差(x±s)表示,分别对不同月份的各监测点NH3、CO含量和每个月的不同监测点NH3、CO含量进行方差分析。通过t检验,P>0.05.表明新疆某焦化厂NH3、CO(除去突发事件)均没有超标,符合国家规定的职业卫生工作场所的要求。

1.6 质量控制

样品采集人员均经过安监职业卫生技术服务机构统一培训,并取得上岗证之后再进行样品的采集工作;所使用的仪器均经法定计量院检定机构检定校准;严格按照相关国标方法进行现场采样与实验室分析;所有的检测方法均通过本实验室的方法确认,其准确度、精密度、检出限、加标回收率均满足的方法的要求之后,才开始进行样品的采集与分析的。

1.7 暴露等级及风险等级

有害物质暴露量(E)与长时间接触容许浓度(PEL)进行比较,根据表 1确定暴露等级及风险等级。

表 1 暴露等级与风险等级
E/PEL 暴露等级 风险等级 分级
<0.1 1 1 可忽略风险
0.1~0.5 2 2 低风险
0.5~1.0 3 3 中等风险
1.0~2.0 4 4 高风险
≥2.0 5 5 极高风险

2 结果 2.1 炼焦厂基本情况

一期建设一座15万吨TJL43500型30孔焦炉及配套焦油回收和粗苯回收装置,形成年产30万吨焦炭能力,包括备煤车间、筛焦车间、煤气净化车间、地面除尘站和公用辅助设施等。炼焦单元由备煤车间送来的精洗煤经煤塔、捣固站后装入焦炉炭化室内,煤料在炭化室内经过一个结焦周期的高温干馏炼制成焦炭和荒煤气。焦炉出焦时产生的烟尘,由拦焦机集尘罩将其收集,并通过集尘干管导至地面站,经除尘净化后排入大气。进行监测时该炼焦单元为满负荷生产。

2.2 NH3的测定

表 2图 1为在2015年12月—2016年11月期间(因二月份为春节放假期间,故未进行监测),焦化厂6个NH3监测点NH3浓度变化曲线,结果显示全年度的NH3含量均小于我国职业卫生规定的8 h时间加权最高允许浓度(20 mg/m3),合格率100%。6个监测点每个点均测定77次,其中三管操作架监测点的NH3含最高,且成V字型,最高点出现在12月份与来年的9月份,主要是此处有约800 ℃左右的荒煤气在桥管内需被氨水喷洒冷却至82 ℃左右。检测值最高点出现在2016年的9月份与12月份。所有监测点的NH3浓度测量值均小于工作场所长时间接触允许浓度的50%,表明这些监测点周围NH3带来的危害风险较低,其中行政办公室、测温室的NH3含量最低,因此NH3对其周围带来的危害风险可以忽略不计。总之,该焦化厂的生产区不同作业场所和厂内办公区的环境NH3浓度均符合我国职业卫生法规定的容许接触限值。

表 2 不同时间与地点NH3月平均检测结果
mg/m3
时间 炉顶 三管操作架 焦测 机测 测温室 行政办公室
2015年12月 3.94±0.86 9.19±2.13 1.76±0.35 1.28±0.26 0.40±0.10 <0.13
2016年1月 5.13±0.79 6.66±0.84 3.53±0.65 1.21±0.41 <0.13 <0.13
2016年3月 4.02±0.96 4.72±1.22 3.08±0.83 1.46±0.24 <0.13 <0.13
2016年4月 2.63±0.32 2.80±0.42 2.21±0.23 <0.13 <0.13 <0.13
2016年5月 1.31±0.29 0.68±0.18 <0.13 <0.13 <0.13 <0.13
2016年6月 0.92±0.31 0.74±0.26 <0.13 <0.13 <0.13 <0.13
2016年7月 2.17±0.67 1.92±0.28 2.13±0.22 <0.13 <0.13 <0.13
2016年8月 1.14±0.26 0.76±0.19 <0.13 <0.13 <0.13 <0.13
2016年9月 1.08±0.21 10.10±4.13 <0.13 <0.13 <0.13 <0.13
2016年10月 2.95±0.46 2.12±0.38 1.07±0.27 0.94±0.23 <0.13 <0.13
2016年11月 2.49±0.46 1.06±0.22 1.19±0.24 0.97±0.18 <0.13 <0.13

图 1 不同地点不同月份NH3含量的变化情况

2.3 CO的测定

表 3图 2为6个不同监测点在11个月内CO浓度变化曲线,每个点每月在满负荷工作的情况下进行检测,每月检测7次共检测77次。与我国职业卫生接触限值进行比较,2015年12月份第一天一期焦炉炉顶检测点的检测值为121.3 mg/m3,远远超过了职业允许的接触限。立即查找原因并采取相应的措施,在加强CO罐的密闭性,增设了通风设施的同时,加强作业人员对CO个体防护。第二天该检测点的CO浓度已降低到5.31 mg/m3。在以后近一年的检测中,CO的测定值均在我国职业允许接触值范围之内。除焦炉炉顶处CO有一次不合格外,其近一年76次的检测均为合格,其合格率为98.7%外。其余三管操作架、焦测、机测、测温室和行政办公室等各点77次检测结果均为合格,其合格率均为100%。由图 2可知在正常生产情况下,每月CO的检测值没有显著的变化。炉顶检测点的CO的排放量全年都高于其他检测点,行政办公室监测点CO的含量最低,其含量由大到小为炉顶>三管操作架>焦测>机测>测温室>行政办公室。除去突发事件之外,在正常生产情况下所有检测点均未超过工作场所长时间接触允许浓度,而且均小于长时间允许接触浓度的50%,其风险等级为2级,CO所带来的风险为低风险。行政办公楼所处的风险等级为1级,其风险可以忽略不计。

表 3 不同时间与地点一氧化碳月平均检测结果
mg/m3
时间 炉顶 三管操作架 焦测 机测 测温室 行政办公室
2015年12月 21.8±43.9 5.0±7.8 4.6±7.0 2.9±5.6 0.3±0.8 <0.1
2016年1月 3.6±1.1 2.2±0.2 0.79±0.2 0.25±0.1 <0.1 <0.1
2016年3月 3.3±0.9 2.3±0.3 0.8±0.3 0.4±0.1 <0.1 <0.1
2016年4月 4.3±0.7 2.2±0.2 0.5±0.1 0.3±0.1 <0.1 <0.1
2016年5月 3.0±0.8 2.0±0.4 1.1±0.3 0.5±0.1 <0.1 <0.1
2016年6月 2.1±0.3 1.4±0.2 1.0±0.2 0.4±0.1 <0.1 <0.1
2016年7月 2.1±0.2 1.5±0.3 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1
2016年8月 3.0±0.4 2.0±0.3 1.0±0.1 0.5±0.1 <0.1 <0.1
2016年9月 2.0±0.3 1.9±0.3 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1
2016年10月 3.8±0.5 3.1±0.6 2.1±0.3 1.6±0.2 <0.1 <0.1
2016年11月 2.1±0.3 1.0±0.1 0.4±0.1 0.3±0.1 <0.1 <0.1
注:菌落总数计数单位为CFU/cm2

图 2 不同地点不同月份CO含量的变化

3 讨论

职业场所NH3浓度的大小一般取决于通风量的大小、气温、焦炭产量等因素的影响。结合该厂的生产情况、生产工艺及当时天气情况,该炼焦单元年产30万吨焦炭,每月的焦炭产量在2.0万吨~2.8万吨,其中7月份产量最高达到2.8万吨,元月份产量最低为2万吨。从危害因素含量与月产量分析可知其产量对危害因素污染程度的影响没有明显差异。该炼焦单元采用国内较先进的生产工艺,无烟煤装置。焦炉出焦时产生的烟尘,有拦焦机集尘罩将其收集,并通过集尘干管导至地面站,经除尘净化后排入大气。在第一次检测的12月份,由于天气较冷,没有开窗,通风量小导致NH3的检测浓度稍微高于其他月份的检测值。在随后的几个月检测中由于通风较充分,其NH3的浓度大小无显著变化,但在九月份监测的过程中,其中有两天是阴天一天雨天。其中的检测值较高,致使NH3当月的浓度平均值高于其他月份,表明该炼焦单位NH3浓度的大小受通风量的影响较大。

CO气体在第一次检测值较高是由于气体的泄露而引起的突发事件,造成泄露的原因是由于工作人员操作不当引起CO灌漏气。通过及时的整改、堵漏避免了事故的发生。结合每月的月产量、天气分析,每月CO的检测值没有显著变化,可知产量、天气对CO的浓度影响不大。故各点的危害因素对职业人群健康危害风险较低的主要因素取决与该厂采用了比较先进的生产工艺。例如集气系统的桥管水封阀的连接采用水封结构,氨水可在内部形成水封,避免荒煤气的泄漏等措施实现了无烟装煤。全炉采用焦炉自动加热系统进行控制以及燃烧废气采用高烟囱实行高空扩散。对于煤气净化车间的各类设备,设计上考虑其密闭性:将冷凝鼓风机工段各贮槽的放散气体集中接至压力平衡煤气管道中,避免外排。从而减少了有毒有害气体的排放,保护了职业接触人群的健康。

4 结论

在2015年12月—2016年11月对新疆某焦化厂炼焦单元及周边环境空气进行了为期11个月的检测与分析。由检测数据可知:行政办公楼、测温区设定点NH3、CO浓度均低于我国职业卫生规定的长时间接触允许浓度的10%,合格率为100%。所处的风险等级为1,此工作区域的NH3与CO所带来的风险可以忽略不计,故此场所符合国家规定的工作场所的要求;炼焦评价单元检测(测量)点的NH3、CO未超过国家允许的长时间职业接触限值,其合格率为100%;而炼焦单元的焦炉炉顶的检测点空气中CO浓度有1次超标,其合格率为98.7%。一次CO的超标是由于工作人员操作不当而引起的突发事件。该焦化厂的工作场所符合国家规定的要求,其暴露风险也较小。由于该厂采用了较先进的炼焦工艺,该工艺再生产过程中产生的危害因素的浓度较小,焦炭的产量与危害因素浓度的大小也无显著性差异。但危害因素浓度的大小与通风量的多少有明显的变化。为了职业人员的健康,需要保证充足的通风量。炼焦评价单元一期焦炉的一氧化碳罐需要定期进行检查,以防再次发生泄露造成重大事故。同时对于作业人员的个体防护也需要加强。

5 对于炼焦单元的建议

① 由于焦化厂炼焦单元的检测点CO浓度超标,需查找原因,确定是否有CO泄漏,及时进行维修,杜绝工作中出现毒事故的发生。② 要为炼焦、煤气净化车间的工作人员配备必要的便携式CO检测报警仪器。③ 在炼焦单元、锅炉房等应增设事故通风设施。④ 在工作中要对工作场所职业病危害因素超标的地点,张贴或设置警示标识,如噪声强度超标、粉尘浓度、CO浓度超标等。⑤ 定期对作业人员进行职业卫生防护知识培训。

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DOI: 10.13421/j.cnki.hjwsxzz.2017.03.008
中国疾病预防控制中心主办。
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环境卫生学杂志, 2017, 7(3): 218-222
Journal of Environmental Hygiene, 2017, 7(3): 218-222
DOI: 10.13421/j.cnki.hjwsxzz.2017.03.008

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