英國Nypro公司爆炸事故
1974年3月27日傍晚,反應系統中的5號氧化反應槽的碳鋼外殼發(fā)現150cm長(cháng)的裂紋,造成環(huán)己烷外泄,其原因為硝酸類(lèi)物質(zhì)產(chǎn)生的應力腐蝕。值班人員向主管報告經(jīng)同意后,開(kāi)始降低反應系統的壓力和溫度,準備停車(chē)檢驗泄漏點(diǎn)。經(jīng)檢驗為氧化反應槽的內襯、外殼皆產(chǎn)生相當程度的破裂,不適合再參與反應過(guò)程,因此決定拆下5號氧化反應槽,以便檢修。
翌日早上,經(jīng)廠(chǎng)務(wù)會(huì )討論后,廠(chǎng)長(cháng)與相關(guān)技術(shù)人員認為停車(chē)檢修需要3—6個(gè)月,而當時(shí)英國國內對于己內酰胺的需求甚急,不適合停工降低工廠(chǎng)產(chǎn)能,為了讓該車(chē)間繼續運行,決定將第5號氧化反應槽搬離,并在4號和6號氧化反應槽間連接一管線(xiàn)暫時(shí)以5座氧化反應槽維持生產(chǎn)。
在拆下5號氧化反應槽后,即進(jìn)行修復工作。在裝4號和6號氧化反應槽間連接管線(xiàn)時(shí),施工人員僅在現場(chǎng)地面上以粉筆畫(huà)一簡(jiǎn)單的修復工程圖樣,并沒(méi)有預先規劃并繪制正規的設計工程圖及必要的工程應力詳細核算?,F場(chǎng)以鷹架支撐管子。兩氧化反應槽間因有高度差(約相差35.5cm),故以三曲旁通管作為兩氧化反應槽間的連接管,而原來(lái)氧化反應槽出口處的伸縮接頭管徑為72cm,但當時(shí)廠(chǎng)內只有管徑為51cm的管線(xiàn)可用。施工人員經(jīng)大概的計算后,認為51cM管線(xiàn)尚可提供反應時(shí)所需的流量,并以直管計算壓力后得知其反應亦可承受操作時(shí)的壓力,決定以此管取代之。三曲旁通管僅以分成四點(diǎn)的鷹架支撐著(zhù),結構上并不堅固。于3月30日2時(shí)完成全部修復作業(yè)。
修復后經(jīng)試漏檢測即恢復生產(chǎn)。但到5月29日又發(fā)現泄漏。其位置為下部液面計處。于是將整個(gè)反應系統的壓力降低至0.15MPa,并降低溫度使之冷卻,停工2天執行部分修復工作。于6月1日4時(shí)再度開(kāi)工。不久環(huán)己烷的循環(huán)部分又發(fā)生泄漏,因此停止加熱,再度進(jìn)行修補,至早上5時(shí)才開(kāi)工。在6月1日7時(shí)換班時(shí),值班主管對壓力情況未對下一班值班人員交代清楚,因此值班人員并未注意壓力變化情況。
到6月1日下午,開(kāi)始有可燃性氣體外泄,但并無(wú)人員警覺(jué)或注意到。將近16時(shí),空氣中彌漫著(zhù)大量的可燃性氣體,并向外擴散。2分鐘后,可能在氫氣2車(chē)間遇點(diǎn)火源著(zhù)火,隨即發(fā)生了爆炸。環(huán)己烷蒸氣云的爆炸造成2個(gè)替代的伸縮接頭受不當的外力引起破裂挫曲,而連接4號和6號氧化反應槽的三曲管因爆炸而扭曲成“<”形掉落在地面。由此可以推斷出2個(gè)替代的伸縮接頭受不了當時(shí)的外力引起破裂彎曲,造成容器內環(huán)己烷大量外泄。
臨時(shí)配管內的部分流體通過(guò)裂口噴到外面,管內的環(huán)己烷的壓力迅速減小而失去了平衡狀態(tài)(環(huán)己烷的沸點(diǎn)為80.8度),變成瞬間的過(guò)熱狀態(tài)(液溫比該時(shí)壓力下的沸點(diǎn)高的狀態(tài))。過(guò)熱狀態(tài)的液體極不穩定,在液體內產(chǎn)生無(wú)數沸騰中心,其氣泡迅速生長(cháng)時(shí),配管內的液體劇裂膨脹,兩次產(chǎn)生沖擊內壓,波紋管的裂口擴大,使配管的一端脫離反應槽,管內的液體邊沸騰邊噴出管口,因配管受到噴射的反作用,最后從反應槽上完全脫離下來(lái)。側壁開(kāi)口之后,不久發(fā)生了蒸氣爆炸,反應槽內的環(huán)己烷(50t)隨同其蒸氣一起從開(kāi)口部呈液滴狀猛烈地噴出。根據計算,至少有全液量的42%的環(huán)己烷蒸發(fā)了(膨脹到原體積的113倍),同時(shí)大量的液滴變成噴霧狀向外噴出。根據計算,從臨時(shí)配管排放到大氣中的蒸氣,至少有43t以上。 專(zhuān)家根據爆炸的情況,推算出此次環(huán)己烷的蒸氣云爆炸的威力相當于約20噸TNT炸藥爆炸當量。環(huán)己烷泄漏在空氣中后燃燒,估計蒸氣云擴散籠罩范圍為一直徑600m,高300m的1600度高溫氣體半圓球。爆炸前有目擊者曾聽(tīng)到異常的聲音,隨即發(fā)生爆炸,大火籠罩全廠(chǎng)?;鹬蜔熿F高達160m,50km外也能聽(tīng)到爆炸聲。 當時(shí)正在廠(chǎng)內工作的人員,有28人死亡(其中18人死于非防爆的控制室內),36人受傷。廠(chǎng)區周?chē)?km范圍內亦有53人受傷,另有百余人受輕傷。廠(chǎng)內設備幾乎完全損毀,另有1821棟房屋和167家商店及工廠(chǎng)遭受不同程度的破壞,估計損失達2.544億美元。
1、維修過(guò)程無(wú)詳細的規劃 查出5號氧化反應槽破裂需維修后,連接4號和6號氧化反應槽的管線(xiàn)的設計,并不是經(jīng)由有經(jīng)驗的工程師負責,整個(gè)設計圖是用粉筆簡(jiǎn)略地畫(huà)在現場(chǎng)的地上。氧化反應槽出口部分的法蘭原應配裝72cm管線(xiàn),卻以51cm管線(xiàn)代替,且對于此旁通管既未作強度計算,也未實(shí)施耐壓檢驗。由事故發(fā)生后旁通管彎曲成“<”狀掉落,究其原因是旁通管的安裝不夠完好。依英國國家標準規定,為了使伸縮管能在管軸方向伸縮,應安裝飾縮接頭;為防止因內部流體壓力所產(chǎn)生的軸向移動(dòng),應在伸縮管附近對伸縮接頭加以固定。但是該廠(chǎng)并沒(méi)有按照標準正確地作業(yè)。 2、工廠(chǎng)的人事管理及生產(chǎn)工藝修改管理不良 根據調查,事故發(fā)生前公司內有一位總工程師離職,職務(wù)空缺后并沒(méi)有人員填補這一職位。在移除5號氧化反應槽后進(jìn)行4號、6號氧化反應槽暫時(shí)性連接工程時(shí),這一職位空缺情況已經(jīng)影響工藝修改。在執行改善工程前,應先進(jìn)行必要的風(fēng)險評估,以確?;具^(guò)程整體設計沒(méi)有被改變或破壞。缺乏有經(jīng)驗的資深專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的指導,這是事故發(fā)生的禍因之一。如果該廠(chǎng)沒(méi)有工藝修改管理制度的話(huà),修改前專(zhuān)家評估小組必會(huì )先查看有關(guān)法規、標準、操作規程等相關(guān)資料,然后才會(huì )訂立安全的具體方案,不至于因總工程師的離職而有考慮不周之憾,以免重大事故的發(fā)生。工藝修改管理制度的欠缺是此起事故的關(guān)鍵因素。 3、值班人員交代不清 爆炸前,6月1日上午曾有—次換班,但上班值班主管并沒(méi)對下一值班人員交代凌晨泄漏修補情況,以至于值班人員不了解情況,而造成疏于查巡修補后的設備。 4、測漏時(shí)壓力設定不足 在修復后使用0.39MPa的氮氣進(jìn)行試漏時(shí)發(fā)現有泄漏,進(jìn)行部分焊接修補,再以0.88MPa的氮氣壓力試漏確定無(wú)泄漏,于4月1日再度運轉。但是,依據英國標準規定,泄漏試驗應以設計壓力的1.3倍以上的壓力進(jìn)行水壓試驗。如果該廠(chǎng)當時(shí)使用1.18MPa以上的壓力試驗,必然會(huì )立即發(fā)現缺陷處,這場(chǎng)事故或許能防患于末然。再者,如果現場(chǎng)不能做水壓試驗時(shí),亦可用氣壓試驗代替,但是對于可能發(fā)生的危險應有妥善的防范措施。 5、不銹鋼管產(chǎn)生鋅脆化現象 化工廠(chǎng)鋅的來(lái)源一般為鍍鋅鋼料(如欄桿、階梯、通道等),或是廣泛用于保溫材料的鍍鋅鐵絲。當不銹鋼管受到應力(0.57MPa)和高溫時(shí),不用直接接觸,只要附近有含鋅物質(zhì)就會(huì )導致鋅的脆化現象,使不銹鋼突然失效。因此,當不銹鋼材料受到相當高溫時(shí),不銹鋼表面應仔細檢查或酸洗。該起事故發(fā)生后,在事故現場(chǎng)收集到不銹鋼管發(fā)現有鋅脆化表面龜裂現象,經(jīng)研究,判斷為與分離器連接的21cm不銹鋼管線(xiàn)因鋅產(chǎn)生脆化而發(fā)生龜裂。 6、硝酸鹽腐蝕反應槽 對碳鋼最具侵蝕性的物質(zhì)為硝酸鹽與堿性化合物。當碳鋼與上述可溶性鹽類(lèi)接觸時(shí),其硝酸根離子應當保持在100ppm以下,否則當金屬表面溫度超過(guò)50℃,可溶性鹽類(lèi)會(huì )被結晶析出而導致應力腐蝕。經(jīng)專(zhuān)家鑒定,5號氧化反應槽外殼的裂紋是由硝酸鹽產(chǎn)生的應力腐蝕所致。當發(fā)現5號氧化反應槽有裂紋時(shí),未對其它氧化反應槽進(jìn)行檢查,同時(shí)也未探究其裂紋原因并采取措施。 7、廠(chǎng)區建筑物、設備的配置不良 死亡28人中有18人死于控制室內,因為該廠(chǎng)控制室、實(shí)驗室、辦公室等皆位于爆炸中心點(diǎn)的附近,且控制室是小木屋構造,而并非耐爆結構,造成爆炸區附近被完全摧毀,人員死傷嚴重。 8、該廠(chǎng)儲存過(guò)多的危險性可燃物質(zhì) 該廠(chǎng)事故當時(shí)儲存著(zhù)1500m3環(huán)己烷、300m3石腦油、50m3甲苯、120m3苯、2046m3汽油。該廠(chǎng)經(jīng)過(guò)許可的危險物質(zhì)儲存量?jì)H有32m3石腦油、6.8m3汽油,但該廠(chǎng)卻儲存著(zhù)大量未獲批準儲存的危險物質(zhì),這些物質(zhì)也是爆炸后造成連續10天大火的主要原因。 9、氮氣的供應不足 該廠(chǎng)某些生產(chǎn)過(guò)程安全的保障有賴(lài)于供給足夠的氮氣。但事故后調查資料顯示,環(huán)己烷氧化系統再次開(kāi)車(chē)操作常受氮氣供應不足而停頓,其原因是該廠(chǎng)本身氮氣的產(chǎn)能不足,又無(wú)足夠的氮氣儲存設備,需要廠(chǎng)外的供應補充。因此,工廠(chǎng)本身具有足夠的氮氣生產(chǎn)設備,或有足夠的安全可靠的氮氣儲存設備,才可能維持廠(chǎng)區的安全。 10、缺乏緊急應變能力 事故發(fā)生時(shí),廠(chǎng)內員工未馬上執行緊急應變處理程序,他們只能做一些簡(jiǎn)單的修復工作,各相關(guān)人員缺乏緊急應變能力的訓練。
由英國博立克斯鎮爆炸事件,可明確地看出此災難的發(fā)生原因不外乎人為的操作失誤、廠(chǎng)區的配置不良、工藝設備故障及人事管理及工藝修改管理的缺失。如何由此事件學(xué)習對作業(yè)現場(chǎng)實(shí)施檢查,掌握作業(yè)現場(chǎng)潛在危害并加以改善,進(jìn)而維護工廠(chǎng)的安全,以降低災難發(fā)生的概率,確保人民及生態(tài)環(huán)境的安全。由此事件提出下面幾點(diǎn)建議: 1、落實(shí)危險物及有害物的周知制度 存在于工廠(chǎng)中的危險物及有害物有多種,如爆炸性、可燃性、腐蝕性、毒性、放射性等物質(zhì)。為了確保這些危害物質(zhì)能夠被工人正確地使用而不至于產(chǎn)生危害,必須建立工廠(chǎng)危險物及有害物周知制度,一方面有效地管理工廠(chǎng)中的各種危害物質(zhì),另一方面使工人能夠清楚地認識工廠(chǎng)中的各種危害物質(zhì)的特性及正確的使用方法,以避免工人因不正確的使用這些危害物質(zhì)而發(fā)生意外。危險物及有害物的周知制度內容包括:1)危害物質(zhì)周知計劃書(shū);2)危害物質(zhì)清單;3)危害物質(zhì)的標示;4)化學(xué)品安全技術(shù)說(shuō)明書(shū)(MSDS);5)工人的安全衛生與訓練。 2、使用防爆型的電器設備 在整個(gè)化工生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )使用到大量的電器設備,這些電器設備如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)特殊的設計,很容易產(chǎn)生火花,成為點(diǎn)火源,再加上化工廠(chǎng)內爆炸性及可燃性的物質(zhì)相當的多,因此引起火災爆炸的危險性相當的高,所以應盡可能在此類(lèi)作業(yè)環(huán)境中采用特定等級防爆型的電器設備,降低爆炸發(fā)生概率。一般防爆型的電器設備可分為五大類(lèi):1)耐壓型的防爆設備;2)內壓型的防爆設備;3)安全防爆設備;4)絕緣油防爆設備;5)本質(zhì)安全化防爆設備。 3、建立健全安全管理制度 在此追求可持續發(fā)展的時(shí)代,只重視生產(chǎn)而忽視安全環(huán)保管理的經(jīng)營(yíng)理念是落伍的。由此事故可以看出Nypro公司經(jīng)營(yíng)理念的不正確性,趕時(shí)生產(chǎn)固然重要,但是亦不能忽略工業(yè)安全而降低工程標準,省去必要的安全步驟往往欲速則不達。如果企業(yè)在經(jīng)營(yíng)時(shí),能夠不累積小問(wèn)題,不忽略小隱患的存在,往往能降低其生產(chǎn)過(guò)程中重大意外事故的風(fēng)險。 4、安裝防漏和測漏裝置 在化學(xué)物質(zhì)的工藝設備上,應裝有防漏與測漏裝置,以防泄漏的發(fā)生或在泄漏發(fā)生后發(fā)出警報,告知工作人員事先預防爆炸的發(fā)生。 5、設置自動(dòng)火災監測警報裝置 自動(dòng)火災監測警報裝置可及早發(fā)現火災的發(fā)生,以及火災初期的滅火,但需定期維修警報裝置。 6、實(shí)施量化風(fēng)險評估 生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險評估的目的在于分析工藝過(guò)程中潛在危險發(fā)生原因及應有的保護措施,并評估潛在危險發(fā)生后的后果嚴重性,及危害發(fā)生頻率,并評估其風(fēng)險值是否可接受或需有改善措施以降低風(fēng)險,保障工廠(chǎng)及社區的安全。 生產(chǎn)過(guò)程量化風(fēng)險評估時(shí)需要考慮的事項及單元:化工生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險評估定義、系統描述(生產(chǎn)工藝說(shuō)明)、危害辯識、事故案例、選擇分析程度、建立化工生產(chǎn)過(guò)程量化風(fēng)險分析模式、潛在危害后果估計、潛在危害頻率估計、風(fēng)險評估及應用。 7、建立周密的緊急應變體系 對于工廠(chǎng)而言,建立一套完整的緊急應變體系是不可或缺的,其應變程序主要包括:緊急狀況的通報、疏散計劃、救災、應變工作、災后復原、災后檢討。通過(guò)有系統的規劃,使得緊急應變程序在各類(lèi)化學(xué)災害中發(fā)揮其功能,其主要目的在于工廠(chǎng)發(fā)生化學(xué)災害時(shí),利用鄰近的資源,在最短的時(shí)間內,有效地遏制災害范圍的擴大,以降低災害對人類(lèi)及環(huán)境的沖擊,最終的目的就是保持一個(gè)安全無(wú)害的環(huán)境。