河南義馬氣化廠(chǎng)爆炸思考——除了完善的管理體系，我們還缺少什么？
事故背景：
7月19日17時(shí)45分，河南省三門(mén)峽市河南能源化工集團義馬氣化廠(chǎng)空氣分離車(chē)間發(fā)生爆炸事故。當地官方通報稱(chēng)，截至7月21日17時(shí)45分，爆炸已導致15人死亡，多人受傷。
工廠(chǎng)背景：
義馬氣化廠(chǎng)為河南能源化工集團煤氣化公司下屬的化工生產(chǎn)企業(yè)，總占地面積1300畝，員工總人數1220人，總投資55億元。目前企業(yè)擁有產(chǎn)品產(chǎn)能為年產(chǎn)2.3億Nm3天然氣、24萬(wàn)噸甲醇、20萬(wàn)噸二甲醚、12萬(wàn)噸合成氨、20萬(wàn)醋酸、20萬(wàn)噸硝酸銨以及9萬(wàn)噸副產(chǎn)品(雜環(huán)烴1#、雜環(huán)烴2#、粗酚、輕粗苯、液氧、液氬、硫磺、硫酸銨等。
原因探討：
在發(fā)生大的事故之后，我們往往會(huì )很直觀(guān)的首先就從工廠(chǎng)的管理現狀上去尋找原因，將事故發(fā)生的原因歸咎于人員不負責，管理混亂，不遵守法規，風(fēng)險意識缺失等。于是便讓大家產(chǎn)生一種誤解，即只有管理混亂，人員不負責的企業(yè)才會(huì )發(fā)生事故，或者只要管理體系好了事故便不會(huì )發(fā)生了。但事故原因真的只有管理體系的缺陷嗎？如果管理體系完備的企業(yè)發(fā)生事故的原因又是什么呢？
首先我們來(lái)看義馬氣化廠(chǎng)的安全績(jì)效、管理體系和與之所得到的認可：
公司連續安全運行3400天，有70多名注冊安全工程師；
擁有自己的安全文化和管理體系，包括利用互聯(lián)網(wǎng)數據平臺、SIS系統、HAZOP分析等，企業(yè)可以在過(guò)程管理中按照要求進(jìn)行執行；
首批通過(guò)國家安監總局安全一級標準化驗收工作；
事發(fā)前十天的7月9日，義馬氣化廠(chǎng)獲評河南省2019年首批“安全生產(chǎn)風(fēng)險隱患雙重預防體系建設省級標桿企業(yè)(單位)”，成為省內72家企業(yè)(單位)之一。
7月2日，當地舉行過(guò)“模擬義馬氣化廠(chǎng)液氨罐區泄漏事故應急救援演練”。 三門(mén)峽市相關(guān)部門(mén)、企業(yè)負責人參與了演練全過(guò)程。
6月15日，義馬氣化廠(chǎng)圍繞“防風(fēng)險、除隱患、遏事故”主題，組織開(kāi)展了首場(chǎng)“安全生產(chǎn)大講堂”活動(dòng)
2018年12月，該廠(chǎng)曾作為三門(mén)峽市安全風(fēng)險隱患雙重預防體系建設的先進(jìn)單位被觀(guān)摩學(xué)習。
此前，義馬氣化廠(chǎng)還先后被評為河南省十佳科技型最具競爭力企業(yè)、河南省節能減排示范企業(yè)，河南煤氣集團也曾被評為河南省2009年度安全生產(chǎn)先進(jìn)工作單位。
義馬氣化廠(chǎng)負責人曾接受媒體采訪(fǎng)時(shí)表示，“我們將續深入貫徹上級決策部署，把雙重預防體系建設相關(guān)要求與“安全生產(chǎn)標準化一級企業(yè)”“全國安全文化示范企業(yè)”“全國安全管理標準化示范班組”等創(chuàng )建成果進(jìn)行深度融合，與“星級分廠(chǎng)”“安全之星”“安全標兵”“身邊的榜樣”“隱患排查四最工作法”“有感領(lǐng)導”等日常安全活動(dòng)載體有機結合，持續優(yōu)化安全生產(chǎn)工作責任體系和考核機制，不斷提升全員工作的主動(dòng)性和積極性，推動(dòng)安全生產(chǎn)工作深入開(kāi)展。
由此可見(jiàn)，義馬氣化廠(chǎng)對政府的監管要求是重視的，同時(shí)投入了大量的人力物力資源，雙體系建設程序較為完整，應急演練也盡到了相應責任，政府相關(guān)部門(mén)、業(yè)內專(zhuān)家此前對義馬氣化廠(chǎng)的管理也投入了大量的精力，并給予了認可，我們不能簡(jiǎn)單的就得出管理不完善，安全意識缺失導致事故的發(fā)生的結論。要充分認識化工安全生產(chǎn)的長(cháng)期性、復雜性，要真正理清安全管理與專(zhuān)業(yè)管理的關(guān)系，尤其在化工企業(yè)，面對復雜多變的工藝過(guò)程、設備維護、自動(dòng)化控制等，更需要專(zhuān)業(yè)的管理，僅靠安全監管部門(mén)的監管和企業(yè)安全管理部門(mén)的單打獨斗，把安全管理與專(zhuān)業(yè)管理、人才管理割裂開(kāi)來(lái)，是很難避免惡性事故的發(fā)生的，面對能量巨大的化工生產(chǎn)，更需要萬(wàn)眾一心。
筆者認為，鑒于空分裝置的特殊性，我們可以從技術(shù)方面去探討，特別是過(guò)程安全分析技術(shù)。如果風(fēng)險分析不到位，或對于特定化工過(guò)程缺少技術(shù)專(zhuān)家，導致對特定危險的知識不足，從而導致制定的措施不合理，最終依舊可能發(fā)生事故。
初步分析：
以下是筆者根據之前同類(lèi)事故分析，結合自身經(jīng)驗做的初步分析，以供借鑒。
截至7月24日下午，本文定稿之前，具體爆炸原因尚未公開(kāi)，較多說(shuō)法是液氧液氮溫度升高發(fā)生相變體積增大，壓力容器安全泄放失控導致超壓發(fā)生的爆炸。但從事故后果嚴重程度來(lái)看，事故原因可能不是簡(jiǎn)單的物理爆炸，大概率是化學(xué)爆炸，或者是物理爆炸觸發(fā)的化學(xué)爆炸。
物理爆炸即物質(zhì)因體積狀態(tài)或壓力發(fā)生突變而形成的爆炸，非化學(xué)反應導致，起因是因過(guò)度熱量輸入或者冷量輸入過(guò)少，物質(zhì)發(fā)生單相體積膨脹或者相變體積膨脹（液態(tài)變氣態(tài)），或者外部輸入的壓力過(guò)大，導致系統內壓力超過(guò)設備的抗壓極限，設備瞬間破裂，損傷主要是設備破裂碎塊和高壓氣體沖擊。
化學(xué)爆炸即由化學(xué)變化瞬間產(chǎn)生高溫、高壓而引起的爆炸，其爆炸能量主要來(lái)自于化學(xué)反應熱，爆炸的強度主要來(lái)自于反應的快速性，化學(xué)爆炸損害往往數倍于物理爆炸。
很多人印象中，空分裝置沒(méi)有反應工段，多是物理分離過(guò)程，且壓力容器上設置有壓力控制調節及報警（BPCS）, 緊急放空聯(lián)鎖（SIS）, 安全閥泄壓（PSV）等多道保護措施，即使保冷設施大面積破損導致液空，液氧，液氮受熱汽化膨脹，系統都能應對，除非多道保護措施同時(shí)失效，才會(huì )導致物理爆炸，一般認為空分裝置總體上是比較安全的。
其實(shí)不然，空分裝置同樣存在化學(xué)爆炸危害場(chǎng)景。由于化學(xué)爆炸速度非?？?，針對物理超壓爆炸事故場(chǎng)景設計的保護措施在應對化學(xué)爆炸事故場(chǎng)景時(shí)往往無(wú)效。
空分裝置的原料是空氣，主要成分除了氮氣（78%，v/v）和氧氣（21%，v/v）之外，還有其它微量（ppm級）雜質(zhì)組分，如H2O,CO,CO2,CH4,NO,CH4,C2H2,C2H4,C2H6,C3H8,C4H10,C5H12等（特別是在化工裝置密集的工業(yè)區，大氣的有機物含量可能更高），也許你會(huì )有疑問(wèn)如此低含量的有機物，即使進(jìn)入系統，也難以達到產(chǎn)生爆炸的范圍，況且進(jìn)入空分冷箱前還有三氧化鋁和分子篩的前端純化系統（FEP，Front end purification），可以除去這些雜質(zhì)。但是，FEP不能去除所有的有機物。
不同物質(zhì)氣液平衡系數（K）不同，這也是混合物通過(guò)精餾分離的基礎。不幸的是絕大部分的有機物通過(guò)空分塔分離，最終大部分富集在富氧側，并且可能在液氧測以固態(tài)的形式積聚下來(lái)，當大量烴類(lèi)尤其是含有不飽和鍵的烴類(lèi)在液氧中富集，由于微小擾動(dòng)發(fā)生反應時(shí)，很可能發(fā)生爆轟級別的爆炸，導致物理爆炸防護層失效。更為可怕的是，當烴類(lèi)反應發(fā)生，將有可能成為富氧環(huán)境下金屬燃燒爆炸的引燃物！由于主換熱器存在大量鋁材料，可能導致的爆炸當量將非常驚人。
類(lèi)似的爆炸發(fā)生過(guò)多次，例如：
1997年撫順乙烯化工有限公司“6000”空分塔爆炸，
1997年馬來(lái)西亞殼牌石油公司“80000”空分塔爆炸，
2000年 萍鄉鋼鐵公司制氧廠(chǎng)“1500”空分車(chē)間 爆炸
我們可以從1997年撫順的空分爆炸事故報告獲得一些參考，具體的直接原因還有待物證的理化分析結果。需要注意的是首先要確認爆炸中心點(diǎn)的位置。
1997年5月16日，撫順某化工廠(chǎng)6000m3/h空分塔發(fā)生了爆炸，導致27米高、2m直徑的空分上塔被炸毀；主冷被撕裂成碎片并燃燒、爆炸，其形成的碎片散落在半徑為500m范圍內；上塔頂部的純氮塔飛離30m外；爆炸形成的沖擊波使周?chē)ǎ嫞┲锛霸O備均以空分塔為中心呈放射狀傾斜、倒塌，并造成周?chē)ㄗ钸h處達1500m）建筑物的門(mén)窗玻璃被擊碎。
該空分裝置系1988年引進(jìn)，由法國TECNIP承包建設安裝的生產(chǎn)氧氣、氮氣各6000m3/h的制氧設備。流程中具有常溫分子篩吸附器，分子篩后設有CO2在線(xiàn)分析儀，卻無(wú)碳氫化合物在線(xiàn)分析儀，也未開(kāi)展該項分析。
事故后，法國SNPE國家級爆炸研究所的專(zhuān)家到現場(chǎng)勘察、計算，得出以下結論:
(1) 原料空氣中，危險雜質(zhì)的含量嚴重超限，是該次爆炸事故的根源。由于周?chē)h(huán)氧乙烷裝置停車(chē)排放含有大量乙烯氣C2H4，使空分塔吸入的空氣中的危險雜質(zhì)C2H4，顯著(zhù)超過(guò)了極限允許含量，進(jìn)入了空分塔。此外，由于處于低負荷運行，該空分塔浸潤式冷凝再沸器（BAHX）內液氧液位過(guò)低，導致了在狹窄通道中的“干蒸發(fā)”（進(jìn)入BAHX的C2H4在液氧中難揮發(fā)，無(wú)法隨氧氣蒸發(fā)帶走，因而在液氧中積聚、濃縮）。幾百克的乙烯足以引燃在液氧中1噸的鋁制設備（如換熱器翅片、塔填料等），爆炸能量放大了一千多倍。
(2)對液氧中危險雜質(zhì)未進(jìn)行在線(xiàn)、離線(xiàn)監測，不能及時(shí)發(fā)現有害雜質(zhì)含量超標是這次爆炸的又一重要原因。
(3) 未連續排放液氧，導致C2H2和CmHn在液氧中積聚、濃縮，析出固體，是這次爆炸的直接原因。
在大氣條件正常時(shí)，連續排放折合1%氣氧產(chǎn)量的液氧，即可防止C2H2及CmHn在液氧中積聚、濃縮。當大氣被有害雜質(zhì)污染時(shí)，排放的液氧量應作相應增加，可防止它們在液氧中的積聚、濃縮。而該化工廠(chǎng)不但未增加液氧排放量，而且連正常的液氧排放也未進(jìn)行，這就使C2H2和CmHn在液氧中積聚、濃縮，進(jìn)而析出固體C2H2和CmHn，導致空分塔爆炸。
義馬空分爆炸事故，目前還不能對事故原因輕易下結論，還有其他可能的原因，如氧氣管道內油污導致的爆炸等技術(shù)原因。
化工行業(yè)由于技術(shù)原因所造成的事故并不少見(jiàn)，諸如：2017年8月17日18時(shí)40分許，中石油大連石化公司重油催化裂化車(chē)間原料泵密封失效引發(fā)火災的事故，原因為泵的選型不對；2018年12月18日10時(shí)35分許，如皋市眾昌化工有限公司發(fā)生一起氟化氫中毒事故，造成3人死亡。經(jīng)初步調查，該事故是由于液氮深冷導致化工裝置材質(zhì)冷脆，加之超壓造成設備爆裂，設備內的氮氣以及氟化氫泄漏，氟化氫造成現場(chǎng)作業(yè)人員3人中毒死亡。
在HAZOP的提出人Kleze提出的著(zhù)名的風(fēng)險控制三角形中，一條邊是“分析和理解風(fēng)險”，一條邊是“運營(yíng)管理體系”，最后一條是“從經(jīng)驗中學(xué)習”。這三條邊缺一不可，共同作用才能提升風(fēng)險管理系統。細化到過(guò)程安全管理中：分析和理解風(fēng)險更多的依靠專(zhuān)業(yè)的工具，方法和人員；運營(yíng)管理體系靠系統化的管理；從經(jīng)驗中學(xué)習依靠專(zhuān)業(yè)的事故調查，分享；有效的審核和檢查。
過(guò)程安全事故的發(fā)生，總是有其相應的直接原因與根本原因。除了管理完善之外，我們可以從以下幾個(gè)方向進(jìn)行探討，從本質(zhì)安全上消除事故源頭，或者采取措施降低事故發(fā)生的后果及頻率。
（1） 本質(zhì)安全。我們在設計之初就應該從安全容量上進(jìn)行考慮，是否可以選擇更為安全的原料，設備及材料的選型是否符合規范，工藝路線(xiàn)是否最優(yōu)化，是否可以盡量減少人員現場(chǎng)參與等方向進(jìn)行考慮；
（2） 后果模擬技術(shù)的應用。隨著(zhù)城鎮的不斷擴張，原本處于城市邊緣的工廠(chǎng)逐漸被社區、學(xué)校等靠近，相互之間的距離不斷被壓縮，因此有必要進(jìn)行定期的后果模擬，計算嚴重事故（有毒有害氣體泄漏，火災、爆炸等）發(fā)生時(shí)產(chǎn)生影響的范圍并提出相應措施。歐美已有相應的法律法規強制要求，對此我們可以進(jìn)行借鑒。
（3） 特定過(guò)程危害技術(shù)的分析。每種工藝都有自身獨特的危害，尤其對于精細化工行業(yè)及特種化學(xué)品行業(yè)，我們可以通過(guò)反應危害、爆炸后果計算等分析手段掌握相應數據，借鑒類(lèi)似工藝最佳實(shí)踐，邀請第三方專(zhuān)業(yè)機構參與等方式進(jìn)行分析，此次發(fā)生事故的空分裝置，就是典型的需要特定技術(shù)知識和經(jīng)驗的一套工藝。
（4） 人員可靠性技術(shù)的提升。除了我們需要考慮怎么去減少人員操作的參與頻率，同樣也需要考慮如何提升人員的可靠性。目前國內外對于人腦可靠性有了較多的研究，認為伴隨著(zhù)人類(lèi)不斷的進(jìn)化，人腦會(huì )自動(dòng)在“快腦模式”、“慢腦模式”、“社交模式”、“自動(dòng)模式”等進(jìn)行切換，以減少能量的消耗。因此，我們可以采取相應的技術(shù)手段，讓人員在進(jìn)行操作時(shí)大腦處于思考狀態(tài)即“慢腦模式”下，減少人員犯錯的概率，提高其可靠性。
（5） 對職業(yè)安全管理體系與工藝安全管理體系進(jìn)行區別管理。二者雖相輔相成，但管理體系與方法均不同。職業(yè)安全關(guān)注的更多是人員日常的作業(yè)安全，強調的是對個(gè)人安全的防。通常采用程序對人的行為進(jìn)行監管，更多需要管理上的資源；而工藝安全關(guān)注的是重大災害性事故，強調對大范圍人員安全的防護。通常采用技術(shù)手段來(lái)降低事故的后果或發(fā)生頻率，更依賴(lài)于技術(shù)資源。
除此之外，政府監管也要從風(fēng)險發(fā)生的不同方向不同角度進(jìn)行管理。當前我們的相關(guān)部門(mén)在管理體系上已經(jīng)做了大量的工作并取得相應成效，但對于災難性的事故的預防，僅有管理體系這是遠遠不夠的。除了完善的安全管理體系，還要在本質(zhì)安全設計，重大危害源分析，專(zhuān)業(yè)技術(shù)力量等方面進(jìn)行攻關(guān)?？傊?，事故的教訓是要從技術(shù)力量、專(zhuān)業(yè)人員、檢測手段、規章制度、運行操作、檢查督促等諸方面健全安全保證體系，切實(shí)加強對空分設備安全運行的管理，
參考：Investigationof the Fushun ASU explosion in 1997, Journal ofLoss Prevention in the Process Industries 16 (2003) 209–221