有毒气体危害区域划分之临界浓度标准研究.pdf

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1、第 2 3卷第 3期 2 0 0 8年 9月 灾害学 J OURNAL OF CAT AS T RO PHOLOG Y Vo L 2 3 Nn 3 S e p 2 0 0 8 有毒气体危害区域划分 之临界浓度标准研究 崔 辉，徐志胜，宋文华，胡卫萱 (1 中南大学 防灾科学与安全技术研究所，湖南 长沙4 1 0 0 7 5；2 天津理工大学 环境科学与安全工程学院，天津3 0 0 1 9 1)摘要：通过研究毒物伤害准则进而界定有毒气体危害浓度，对有毒气体泄漏扩散后的危害区域进行分级划分，以采取相应的防护措施，最大限度的即时有效的减轻有毒气体对人员的伤害。最后，以氯为例，对比其在不同 伤害准则下

2、危害区域划分临界浓度标准值，数值差别较大，因此在使用时应根据实际情况加以判断，选择最适 当的标准来划分危害区域。关键词：有毒气体；毒物浓度伤害准则；毒物浓时积准则；毒负荷准则；危害区域；氯 中图分类号：X 5 1；R 1 3 6 3 6 文献标 识码：A 文章编号：1 0 0 0 8 1 1 X(2 0 0 8)0 3 0 0 8 0 0 5 随着世界经济和科学技术 的迅 速发展，各种 重大毒性灾 害接连发生，毒性灾 害具有 恶性 突发 与群发性、毒性 与次生性、社 会性与世界性等 特 点 j，不仅造成大批人员 的伤亡，环境 污染及 生 态破坏，有些毒性灾 害甚 至引起 国际争端，全 球 震惊

3、，社会 不安。因此，毒性灾害及其应 急处 置 成为当今世界各 国政府和国际社会关 注的热点问 题 之一 。有毒气体 泄漏 初期密集在泄漏源周 围，直 接 影响现场 人员，随后 由于环境温 度、地形、风 力 和湍流等影 响气云漂移、扩 散，浓度减小，扩 散 范围变大，形成不 同程度 的危 害区域。为 了预测 中毒事故后果的潜在危害 区域，必须界定恰 当的 危害边界值，即在什么浓度范 围内人员必须立 即 疏散并采取防护措施，什么浓度范 围内人员只需 要采取就地 防护措施 即可，以期最大 限度 的即时 有效的减轻有毒气体对人员的伤害。适 当的毒物伤害准则是界定有毒气体危害浓 度前提条件，目前毒物的伤

4、害准则主要有 2种，毒 物浓度伤害准则和毒物浓度 一 时问伤害准则。1 毒物浓度伤害准则 毒物浓度伤害准则规定了有毒物质 的-I临界 浓度值，只有毒 物浓 度高 于某 一临 界 浓度 值 时 才会造 成 人员伤 害，否 则，即使 长 期 接触 也不 会对人员造 成伤 害，这一 临界 浓度 值也 称为 浓 度阈值。在临界浓度值的判定指标方面各国法律法规 规定的容许浓度标准及参考容许浓度有很多，如：美 国政府工业卫生学家会议(A C G I H)制定 的阈限 值(儿)；美国职业安全与健康管理局(O S H A)制 定的允许暴露浓度(P E L s)，具有法律效力，其值 与 A C G I H的 T

5、 L V T WA s 很相似；美 国国家研究理 事会(N A S)总结 出多种化学物质的应 急暴露 防护 水 平(E E G L s)和 短 时 间 公 共 应 急 防 护 水 平(S P E G L s)；美 国职 业 安 全 与 健 康 国 立 研 究 所(N I O S H)制定 的立即威胁生命和健康浓度(I D L H)；我国也规定了职业接触限值(O E L)，化学因素的职 业接触 限值 可分 为时 间加权 平均容 许 浓度(P c T W A)、最高容许浓度(M A C)和短时间接触容许浓 度(P C S T E L)3类。以上各浓度 阈值主要适用于 职业性暴露 场所，注重 的是毒

6、物对 人体 的长期慢 性影 响，如 生产 车问等，而不 适用 毒物浓 度大、影响时间短的事故性泄漏，针对这种急性 中毒情 况，可使用简单 的方法建立 毒物浓度标准。目前 应用较多的是美国工业卫生协会(A I H A)制定 的应 急反应计划 指南(E R P G s)j，其 中规定 了 3种浓 度(E R P G 一 1、2、3)来表述暴露程度。当 E R P G s 不适当或数据不足时可参照 D o u g l a s K C r a i g等 提 出的备选临界浓度标准 的层次结 构(表 1)依次选用各种临界浓度值。收稿 13期：2 0 0 71 1 0 6 基金项目：国家“十五”科技攻关项目

7、(2 0 0 2 B A 8 0 3 8 0 4)作者简介：崔辉(1 9 7 7 一)，女，河北邯郸人，讲师，博士研究生，主要从事城市防灾减灾工程研究 E-m a i l；c u i h u i 2 0 0 0 1 2 6 c o m 维普资讯 http:/ 3 期 崔辉，等：有毒气体危害区域划分之临界浓度标准研究 8 l 2 毒物浓度 一时间伤害准则 该准则认为人员是否受 到伤害及 受到伤害 的 程度取决于毒物浓度 与接触 时间两个参数。目前 有 2种方法表示毒物浓度和接触时间的关系。2 1 毒物浓时积准则(H a b e r 准则)有毒气体经呼吸道吸入作用时，其毒性 大小 常用两个数据表示

8、：一是 引起 中毒的染 毒空气浓 度 C；二是人员未戴呼吸道防护器材在染毒空气 中 呼吸的时间，称为暴露时间 t。毒性大小可用这 2 个数据的乘积浓时积(Q值)表示。Q值是一 种 阈值，小于此值 时不 引起 中毒，只有等于或大 于此值 时才 引起 中毒，具 体地 说，某一物质在浓度 C时，人员暴露 t 时间以上能引起 中毒，或人员 在某一物质 的染毒 空气 中暴露 t 时 间，在染毒空气浓度 c以上时能引起 中毒。Q 值 可看作一常数，它取决 于毒剂 种类、个体差 异和 中毒条件。然 而这一 常数 只适用 于暴 露时间较短 的情况下。在 暴露 时 间较长或 毒剂 浓度很 低 时，测得的致死浓时

9、积往往偏高，特别是那些 易于排 出体外或体 内易于失去毒性 的毒物更是如此。浓 时积 Q值没有考虑到暴露时间内人员 的呼吸状况。众所周知，人员在运动时 的肺通气量 比在安静 时 大得多。因此，在 浓度 C的染 病空气中暴露 时间 t，活动时吸入的毒剂量 比静止时大得 多。换言之，达到同一伤 害程度 的毒 害剂量，在单位 时间内活 动状态 比在静止状态时小得多。按毒害程度 的不 同可分成若干等级，常用 的 分级有：致死浓时积，能使 5 0 左右人员 死亡 的浓时积称半致死浓时积，以 L C t 5 0表示；失能 浓时积，能使 5 0 左右人员丧失能力而未引起 死 亡的浓时积，以 I C t 5

10、0表示；中毒浓时积，能使 5 0 左右人员 中毒的浓时积，以 P C t 5 0表示。2 2 毒负荷准则 毒物对人员 的伤害程度还 可用毒负荷(T o x i c L o a d)衡量 ，它是毒物浓度和接触时间的函数，其表达式为：T L=k C t ，(1)式中：儿 为毒负荷(p p m s)；k为与靶剂量有关 的系数(k 1)；C为毒物浓 度(p p m)；t 为接触时 间(m in)；n为修正系数，反映毒物浓度在中毒效 应中的作用；m为修正系数，反映接触时间在中毒 效应 中的作用。毒负荷准则 与浓 时积准则 的区别 在于，对不 同的毒物，n和 m取不同值，修正了 c或 t 对人员 伤害的影

11、响，但并 没有改变量纲 的含 义，与浓时 积类似，人体对某一毒物 的致死毒负荷几乎也是 一个常数。2 3 暴露时间的确定 任意时刻有毒气 体的浓度可利用扩散模型等 计算得到，而接触时间则依据下述原则确定。(1)瞬时泄漏人在毒气云中的暴露时间等于 浓度大于人的最大忍受浓度的毒气云经过时间。(2)连续泄漏在泄漏源周围人员无任何准备 的情况下，人在毒气云 中的暴露时间等于毒气泄 漏持续时间。(3)连续泄漏如果泄漏源周 围人员经过化学 事故防护教育，接到报警后能采取 有效防护措 施 或转移到安全地带，可按事故发生到采取安全防 护措施或疏散进入安全区所需时间确定人在毒气 云中的暴露时间。接触时间取决 于

12、泄漏量、泄 漏速度、泄漏 持 续时间和人 的行 为。历次毒 物泄漏 事故证 明_ 8，造成严重伤害的人群接触高浓度的时间一般不超 过 3 0 mi n，因为在这段时间里人员可以逃离现场或 维普资讯 http:/ 灾害学 2 3卷 采取保护措施。事故的全部影响时间大多在 6 0 m i n 之内。愈 近泄漏源浓度越 高、伤亡越严重。为便 于比较，“致死区”和“重伤区”的最长接触时间假 定为 3 0 mi n；“轻伤区”由于覆 盖面积大，疏散 困 难，最长接触时间假定为 6 0 mi n；“吸入反应区”由 于浓度较低，人们 尚能忍受，接触时间不限。3 危害区域划分 3 1 依据毒物浓度伤害准则划分

13、危害区域 根据毒物浓度伤害准则的 E R P G s的规定及备 选层次结构，可得到如下的危害区域的划分方法：(1)E R P G 一 1 人员暴露于有毒气体环境中约 1 h，除了短暂的不良健康效应或不当的气味之外，不 会有其它不 良影响的最大容许浓度。在此范围之内应 视为冷区，监测或估算数值低于毒性化学物质浓度 E R f I 或未达危害浓度时，不进行疏散动作。(2)E R P G-2 人员暴露于有毒气体环境中约 1 h，而不致使身体造成不可恢复的伤害的最大容许 浓度。在此范 围之 内应视 为暖 区，监测 或估算 数 值超过毒性化学物质浓度 E R P G-2，则发布警戒管 制区及疏散警报，或

14、 做适 当的就地避 难；当监测 或估算数值介于毒性化学物质浓度 E R P G 1与 E R P G _ 2之间时则 发布警戒管制 区及 就地避 难警报。管制区范围，严格 限制、禁止 民众进 入并进行居 家避难或疏散撤离。(3)E R P G 一 3 人员暴露于有毒气体环境中约 1 h，而不致对生命造成威胁的最大容许浓度。在此 范围之内应视为热 区、禁 区，监测或估算 数值超 过毒性化学物质浓度 E R P G 一 3，则发布疏 散警报，并执行必要 的强制疏散，并执行出入管 制。依据 E R P G s 进行的区域划分如图 1：图 1 有毒气体危害 区域划分示意图 预报及警报的解 除也 是依据

15、 E R P G s值，应急 救援指挥 中心依据环保单 位于现场 以监测设备监 测值低于 E R P G 1、且持续 1 0 m i n后或经评估没有 危害时，适时解除疏散管制区。3 2 依据毒物浓度一 时间伤害准则划分危害区域 危害区域可划分为致死区、重伤区和轻伤区。(1)致死 区位于该区内的人员无防护并未及 时撤离，中毒死亡 的概 率在半数 以上，应 该优先 采取避难措施。(2)重伤 区位于该区内的人员将蒙受重度或 中度中毒，须住院治疗，个别中毒死亡。(3)轻伤 区本区内大多数人员有 中度、轻度 中毒或吸入反应症状，经门诊治疗即可康复。3 2 1 毒物浓时积 各危害区域 的边 界线 可根据

16、各种有毒气体 的 毒害浓时积大小 通过计算 确定，致死 区可根据半 致死剂量 L C t S 0确定，重伤 区可根据半 伤害剂量 I C t S 0确定，轻伤区可根据半中毒剂量 P C t S 0确定。3 2 2 毒物负荷 王樟龄等 在致死 区选择使 5 实验动物死亡 的毒负荷，由 L C 5推导，而 L C 5可以在求半数致死 浓度的“浓度一 死亡率”曲线 中查出。重伤 区选择使 1 实验动物死亡 的毒负荷，由 L C 1推导，它同样 从浓度一 死亡率曲线 中查到 L C t l值，进而按毒负荷 表达式求 出 1 动物致死的毒负荷；轻伤区边界浓 度根据可引起人类轻度中毒的浓度推算。我们结合

17、王樟龄 划分 方法并利用利用概率 函 数形式确定各危 害区域 的边 界毒负荷，通过 限定 了各 区人员的最长接触时间，则可根据 表达式 确定 出各危害区域的边界浓度。中毒事故的概率函数一般式为 ：P r=K1+l n T L，(2)式 中：P r 为概率值；K 、为取决 于毒物性质 的 常数。致死区可选择使 5 0 实验动物死亡 的毒负荷确 定，重伤区可选择使5 实验动物死亡的毒负荷确定，轻伤区可选择使 1 实验动物死亡的毒负荷确定。4氯 的危 害 区域 划分 临界 浓 度 标 准 实例 比较 国内外关于氯泄漏后果预测所采用 的危 胡帅经毒性化学物质灾害疏 散避难作业原则 J 简讯，2 0 0

18、 6，(2 6)：2 4 维普资讯 http:/ 3 期 崔辉，等：有毒气体危害区域划分之临界浓度标准研究 8 3 害区域划分 的方法，结合本 文 的理论知识，进行 比较研究。氯的 E R P G s 数据来 自文献 3 ，毒物浓 时积数据来 自文献 1 1 。氯的中毒 概率 函数表 达式【l。为 P r=8 2 9+0 9 21 nC2 一t，由概率与死亡百分率 的换算表查 出相 应的概率 P r 值，并计算出相应的毒负荷及浓度值：致死毒 负荷 C 一t：e 百P r+8 2 9：271 8 2 8百5+8 2 9：1 8 78 51 1：轻伤毒负荷 C 。t=2 7 1 8 2 8 r=1

19、 4 9 1 9 2。另外，在王樟龄，等【l 的 有毒气体和蒸气泄 漏事故的危险度预测 一文中直接给出了氯 的致死 区浓度 1 0 0 p p m 和重伤 区浓 度 4 5 p p m。徐 志胜，等【l 在液氯钢瓶泄漏 中毒事故危 险性定量分析 中 通过 比较死亡百分率为 5 0 时浓度 与半数致死浓 度 L C 5 0，选定氯的致死区浓度为 5 2 3 p p m。氯在各伤害准则下 的危害 区域划分临界浓度 重伤毒负荷 C 2 0 t：2 7 1 8 2 8 ：3 1 4 8 9 4；标准 2。表 2 各伤害准则下的氯的危害区域划分临界浓度标准 5 讨论 对 比氯的各种危害 区域划分实例值可

20、 知，各 个危害区域划分在不同伤害准则下 的临界浓度数 值差别较大，主要 因为不 同的标 准是基 于不同的 原理和方法，这些标准在某些地方会 出现不一致 的情况，在使用时应根据 实际情况加 以判 断，选 择最适当的标准来判定危害 区域。目前 国际上 较 为公认的划分依据是毒物浓度伤 害准则 下的 E R P G s 数据，当该数据不适 当或数据不足时参照备选 浓度标准 的层次 结构依次选 用其他 临界浓 度值，该方法简单、易行，可基本满足在 中毒事故预测、风险评价及应急策划等要求；而毒物浓度 一时问 准则 由于参 数较多，影响 因素 复杂，各临界值缺 乏的可靠 的实验数据，因而也带来 了更多

21、的不确 定性，使划分依 据数值偏差。当然 随着该准则 的 进一步研究，以及更多可靠实验数据 的支持，适 用性及准确性会逐渐加强。参考文献：1 史志诚2 O 世纪全球重大毒性灾害及其历史教训 J 灾害 学，2 0 0 2，1 7(1)：7 77 8 2 史 志诚 当代世 界 5 O起 重大 毒性 灾害 初析 J 灾害 学，1 9 9 5，1 0(2)：7 3 3 刘铁民，陈江，张 兴凯，等安 全生 产管 理 知识 M 北 京：中国大百科全书出版社，2 0 0 6：2 1 6 4 A m e ri c a n I n d u s t r i a l Hy g i e n e A s s o c i

22、 a t i o n T h e A I HA 2 0 0 1 E m e r-g e n c y R e s p o n s e P l an n i n g Gu i d e l i n e s an d W o r k p l a c e En v i r o n me n t a l E x p o s u r e L e v e l G u i d e s Hand b o o k M A I H A P r e s s，F a i r f a x，VA，2 0 0 1 5 D o u g l a s K C r a i g，J a n e t S D a vis，D o a n J

23、 H ansen D e ri v a t i o n o f t e mpor a r y e me r g e n c y e x pos u re l i mi t s(T E E L s)J J o u r n al o f A p p l i e d T o x i c o l o g y，2 0 0 0，(2 0)：l 1 2 O 6 F r e d e r i c k J M i ll e r，P a u l MS c h lo s s e r，D e rek B J ans z e n Ha b e r s r u l e：a s p e c i al c a s ei n a

24、f a mi l y o f c u l c e srel a t i n g c o n c e n t r a t i o n an d d u r a t i o n o f e x po s u re t o a fi x e d l e v e l o f res po n se f o r a gi v e n e n d poi n t J T o xi col o gy，2 0 0 0，(1 4 9)：2 1 3 4 7 K e n n e t h G B ro w n，G a r y L F o u r e manC o n c e n t r a ti o nti me r

25、es pon s e m o d e l i n g f o r a c u t e and s h o r t t e r m e x p o s u r e s J R e g u l a t o r y T o xi c o l o gy and P h a r m a c o l o gy，2 0 0 5，(4 3)：4 55 4 维普资讯 http:/ 灾害学 2 3卷 8 左哲危 险化 学 品 泄漏 事 故应 急救 援辅 助 决 策 支持 系 统 D 沈 阳：沈阳航空工业学院，2 0 0 5：l 1 9 王樟 龄，付贵生，夏龙君有毒 气体泄漏扩散伤害分 区的研 究 J 职业 卫生与

26、应急救援，1 9 9 6，1 4(3)：3 5 1 0刘茂事故风险分析理论与方法 R 南开大学 公共安全研 究中心，2 0 0 6：1 0 2 1 1 邢志祥有毒化学 品事故潜在危 险区的预测 J 劳动保护 科学技术，1 9 9 9，19(1)：5 9 6 1 1 2王樟龄，付贵生，夏龙君有毒气体和蒸气泄 漏事故的危险 度 预测 J 化工劳动保护：工业卫生与职业病分册，1 9 9 5，1 6(6)：2 6 3 1 3 X u Z h i s h e n g，C u i H u i，S o n g We n h u a Q R a n t i t a t i v e P o i s o n i

27、n g Ri s k An a l y s i s o n Ch l o r i n e Le a k a g e f r o m Liq u i d Ch l o rin e-c o n t a i n i n g S t e e l C y l i n d e r C H u a n g P i n g P e 8 8 i n S a f e t y S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y(v o L I V)P a r t B B e ij i n g：S c i e n c e P r e s s，2 0 0 6 】3】9一】3 2 3 S t

28、u d y o n Cr i t i c a l Co n c e n t r a t i o n Cr i t e r i a o f To x i c Ga s Ha z a r do u s Zo n e s Cu i Hu i ，Xu Zh i s h e n g ，S o n g-W e n h u a a n d Hu W e i x u a n (1 I n s t i t u t e o fD i s a s t e r P r e v e n t i o n S c i e n c e a n d S a f e t y T e c h n o l o g y，C e n t

29、 r a l S o ut h U n i v e r s i t y，C h a n g s h a 4 1 0 0 7 5，C h i n a；2 D e p a r t m e n t ofE n v i r o n m e nta l S c ie nce a n d S a f e t y E n g i n e e r i n g，T i a n j i n U n i ver s i t y of T e c h n o l o g y，T i a n j i n 3 0 0 1 9 1，C h i n a)Ab s t r a c t：Ac c o r d i n g t o

30、s t u d y o n t h e t o x i c a n t h a r m c rit e ri a，h a z a r d o u s c o n c e n t r a t i o n o f t o x i c g a s c a n b e c o n fir me d Und e r t h e s e c rit e ria，h az a r d o us z o n e s c a n a l s o be g r a d e d，S O a s t o t a k e the c o r r e s p o n d i n g p r o t e c t i v e

31、 m e a s u r e s，a n d ma x i m i z e t h e i n j u r y and h a r m t o h u man t i m e l y and e ff e c t i v e l y T h e c o m p a ri s o n o f t h e c ri t i c al c o n c e n tra t i o n o f c h l o rin e h az a r do u s z o n e s u n d e r d i ffe r e n t c rit e ria s h o ws tha t v alu e s a r

32、 e d i ffe r e n t S o t h e mo s t a p p r o p ri a t e c ri t e ri a t o d e t e r m i n e t h e h azard o u s z o n e s h o u l d b e j u d g e d i n a c c o r d anc e w i t h t h e p r a c t i c al s i t u a t i o n K e y WO r d s：t o x i c g a s；t o x i c c o n c e n tr a t i o n s c ri t e ri a；t o x i c c o n c e n tr a t i o n t i me c ri t e ri a；t o x i c d o s e g u i d e l i n e s；t o x i c l o a d gu i d e l i ne s；h aza r d o u s z o n e s；c h l o rin e 维普资讯 http:/