一起夾套反應釜爆炸事故的原因分析

劉興林 袁耿民

（江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院)

0 前言

2009年的一天晚間時分，江西南昌某化工公司發(fā)生了一起反應釜爆炸事故。筆者作為事故調(diào)查組成員，參加了對該起事故的調(diào)查、取證、分析以及對事故性質(zhì)、原因作出結(jié)論。為吸取事故教訓，引以為戒，防止類似事故再次發(fā)生，現(xiàn)將該起反應釜爆炸事故的調(diào)查分析情況介紹如下。

1 事故經(jīng)過及現(xiàn)場破壞情況

通過對事故現(xiàn)場勘察，開展對設備相關(guān)資料審查及詢問當事人等工作，得知該事故是在公司進行生產(chǎn)柴油潤滑劑的模式放大試驗時發(fā)生的。該試驗的重要組分為雙聚蓖麻油酸和雙醚 （二乙二醇單甲醚），預計進行兩步反應。第一步反應生成蓖麻油酸二乙二醇單甲醚脂；第二步進行聚合，為放熱反應，生成雙聚蓖麻油酸二乙二醇單甲醚脂。工藝規(guī)定反應溫度一般控制在180～195℃，壓力控制在0.2～0.3 MPa。事故前兩天，先在一臺反應釜上進行了首次試驗。兩天后的上午又在另一臺同類型的反應釜 （即事故反應釜）上進行第二次試驗。第二次試驗從下午4：00開始，技術(shù)人員帶領(lǐng)共5名操作人員進行試驗。按照試驗要求，首先向反應釜內(nèi)加入500 kg雙醚，通入氮氣，投入金屬鈉5 kg作為催化劑，反應釜內(nèi)氮氣加壓至0.2～0.3 MPa，然后在反應釜夾套內(nèi)通入導熱油進行加熱。由有機熱載體鍋爐出來的導熱油溫度一般控制在200℃以下。晚7：30左右反應釜內(nèi)溫度升至180℃，此時停止了鍋爐運行。晚7：40左右開始進行2 t脫水蓖麻油酸甘油脂的滴加 （由計量泵控制數(shù)量）。根據(jù)當時操作人員反映，在加料過程中，反應釜內(nèi)溫度不斷上升，當溫度升至190℃時，開啟了冷油循環(huán)系統(tǒng)，但是反應釜內(nèi)溫度仍繼續(xù)上升。溫度升至195℃時少量開啟了排空管上的放空閥排空，然后反應釜內(nèi)溫度上升速度仍然很快，于是立即將放空閥全開，但是反應釜內(nèi)溫度仍然無法控制。溫度很快升至200℃，現(xiàn)場負責的技術(shù)人員立即電話請示了不在現(xiàn)場的技術(shù)總負責人，此時溫度已經(jīng)升至230℃，技術(shù)總負責人指示立即啟動應急措施，迅速緊急撤離所有現(xiàn)場人員，避免人員傷害。當現(xiàn)場人員撤至200 m遠處時，反應釜發(fā)生了爆炸，此時時間為晚8：20左右。

發(fā)生爆炸事故的反應釜周圍一片狼籍，爆炸后燃起的大火將約1000 m2的廠房燒得只剩下框架，房頂部分鋼筋混凝土橫梁垮塌，前后周圍廠房門窗被沖擊波整排震碎，幾百米開外的房屋玻璃也被氣浪沖擊造成不同程度破損。

安裝反應釜的操作平臺整體垮塌，在跨塌處底部堆積物下可觀察到反應釜爆炸后殘留的兩大塊內(nèi)筒金屬筒片，殘片已扭曲，變形嚴重。其中靠外面的一塊內(nèi)筒片縱向長約2.5 m，斷面金屬壁厚最薄處由原34 mm減薄至28 mm；另一塊周向長2 m多，斷面金屬壁厚38 mm（筒體和封頭基層材料為16MnR，厚度34 mm，復層材料為 304，厚度 4 mm），無明顯減薄，裂口斷面與金屬材料表面普遍呈45°斜角。從損壞情況看，釜體屬于韌性斷裂。

2 事故原因分析及結(jié)論

2.1 設備主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)設備的出廠資料得知，發(fā)生爆炸事故的反應釜是由山東威?；C械有限公司設計制造的磁力驅(qū)動反應釜，屬于三類壓力容器，制造出廠日期為2008年11月。該反應釜內(nèi)筒設計壓力為6.0 MPa，設計溫度為160℃；工作壓力為5.0 MPa，工作溫度為150℃；設計工作介質(zhì)為乙醇、異丙醇、哌啶酮、哌啶醇、氫氣、氨氣、氮氣；筒體內(nèi)直徑1600 mm，容積為5 m3；筒體和封頭基層材料為16MnR，厚度34 mm，復層材料為304，厚度4 mm。夾套設計壓力0.55 MPa，設計溫度161℃，工作壓力為0.5 MPa，工作溫度158℃，設計介質(zhì)為飽和蒸汽；夾套內(nèi)直徑1750 mm，夾套筒體和封頭材料為Q235B，厚度為10 mm。釜體內(nèi)布置有12 m2的冷卻盤管，設計壓力0.55 MPa，設計溫度161℃，工作壓力0.5 MPa，工作溫度158℃，設計介質(zhì)為冷卻水，盤管材料1Cr18Ni9Ti，管直徑覫57 mm×3.5 mm。反應釜釜底內(nèi)表面到釜頂法蘭面高度為3302 mm，設備質(zhì)量為8832 kg。

反應釜配置的安全閥型號為A42Y-64P，數(shù)量為2個，設計開啟壓力5.5 MPa,公稱壓力PN6.4 MPa，工作壓力等級5.0～6.4 MPa，公稱直徑DN50 mm，接管為57 mm×5 mm，由同一接管經(jīng)三通分為兩個安全閥接口。

爆破片型號為LC125-6.0-150，設計爆破壓力6.0 MPa，設計爆破溫度150℃，公稱直徑DN125 mm，材料為316L，爆破片接管規(guī)格為覫133 mm×7.5 mm。

2.2 事故前設備狀況

該反應釜是從該公司集團內(nèi)部關(guān)聯(lián)企業(yè)轉(zhuǎn)入的，轉(zhuǎn)入前閑置了近一年時間，從未使用過。轉(zhuǎn)入后，在2009年9月由江西省某安裝工程有限公司安裝。該安裝公司無壓力容器安裝資質(zhì)，安裝前未向當?shù)靥胤N設備監(jiān)察部門辦理安裝告知手續(xù)，安裝時也未經(jīng)當?shù)貦z驗檢測部門進行安裝監(jiān)督，且安全附件未經(jīng)校驗。當?shù)刭|(zhì)監(jiān)部門在例行檢查中發(fā)現(xiàn)特種設備違規(guī)安裝情況后予以制止，并向建設、安裝單位下達了整改指令書，責令停止安裝，設備不得投入使用。該特種設備使用前也未按規(guī)定向管轄當?shù)氐奶胤N設備安全監(jiān)察部門辦理注冊登記手續(xù)。該設備安裝完畢后，廠方擅自將原設計的反應釜夾套中的蒸汽介質(zhì)改為導熱油介質(zhì)，由一臺型號為YYL-930Y有機熱載體鍋爐加熱導熱油，內(nèi)盤管中也改用常溫導熱油進行冷卻循環(huán)。安裝時通過釜頂?shù)囊粋€原設計為真空接口的DN50 mm接口連接了一根DN38 mm的排放管，排放管經(jīng)過二級冷凝器后接至房頂放空。

2.3 事故原因和結(jié)論

事故的直接原因如下所述：該化工公司在進行生產(chǎn)柴油潤滑劑的模式放大試驗過程中，對反應劇烈程度估計不足，導致反應溫度上升過快，冷卻系統(tǒng)又無法迅速導出反應釋放的熱能，致使溫度快速升高，加劇了筒體內(nèi)部混合物介質(zhì)的化學反應進程并進一步促使溫度上升，使釜內(nèi)液體介質(zhì)急劇汽化，壓力溫度迅猛升高；生成蓖麻油酸二乙二醇單甲醚脂的反應為脂化反應，反應分解出的H2O與催化劑金屬鈉Na發(fā)生化學反應2H2O+2Na=2NaOH+H2，生成易燃易爆物H2；釜內(nèi)置換不徹底，可能殘留空氣，同時聚合反應放熱后雙酶發(fā)生裂解，形成混合爆炸物；由于上述這些原因，導致在高溫高壓下反應失控，發(fā)生爆炸，釀成事故。

事故的主要原因可以歸納為如下幾個方面。

2.3.1 試驗系統(tǒng)設計不合理

試驗選用的反應釜并不是針對該公司實際生產(chǎn)工藝專門設計的。由于參與反應的工作介質(zhì)、換熱介質(zhì)、工作壓力、溫度等與原設計不符，介質(zhì)、設計溫度、壓力難以滿足生產(chǎn)工藝的要求，導致反應釜安全閥和爆破片的泄放能力不能達到安全排放的要求。對冷卻系統(tǒng)冷卻效果沒有進行針對性的設計計算，也導致了反應溫度失控；反應釜選型不當，實際操作中工作壓力為0.2～0.3 MPa，卻選用了設計壓力為6.0 MPa的承壓設備，致使安全泄放裝置定壓過高，不能及時泄放壓力，積累了爆炸能量，增加了破壞力。

2.3.2 設備安裝和使用不規(guī)范

該反應釜屬于特種設備，按照 《特種設備安全監(jiān)察條例》，應由取得相應安裝許可資質(zhì)的單位安裝。安裝前應告知當?shù)靥胤N設備安全監(jiān)察部門，并應經(jīng)當?shù)叵鄳獧z驗檢測機構(gòu)進行安裝監(jiān)督檢驗。設備操作、管理人員應經(jīng)培訓，取得質(zhì)監(jiān)部門頒發(fā)的特種設備管理人員證書或操作人員證書后方可上崗。設備應辦理注冊登記手續(xù)后才能合法使用。經(jīng)查，該設備系由無安裝資質(zhì)的安裝單位安裝，也未向當?shù)靥胤N設備安全監(jiān)察部門辦理告知手續(xù)，管理、操作人員未持有效證件上崗，設備未辦理使用注冊登記手續(xù)。由于上述不規(guī)范行為，該設備系統(tǒng)和試驗過程不排除存在諸多安全隱患。例如：設備的安全閥、壓力表、溫度計等安全附件使用前未經(jīng)校驗，可能存在計量誤差或失效；試驗沒有嚴格的操作規(guī)程，可能存在操作不當?shù)惹闆r。

2.3.3 反應溫度過高

從進行2 t脫水蓖麻油酸甘油脂滴加后釜內(nèi)溫度上升較快這一點來看，工藝或存在缺陷，可能存在加料量過大、加料速度過快和反應溫度偏高等問題。原設計夾套設計壓力0.55 MPa，設計溫度161℃，工作壓力0.5 MPa，工作溫度158℃，設計介質(zhì)為飽和蒸汽。改為型號為YYL-930Y有機熱載體鍋爐提供導熱油為熱傳導介質(zhì)后，其最高溫度可達到320～350℃。從現(xiàn)場的試驗情況看，要求導熱油溫度控制在200℃以下 （這實際上也已高于設備設計溫度）。事故發(fā)生現(xiàn)場操作人員撤離時溫度已升至230℃，而且還不清楚這是否是精確的溫度值，但顯然已經(jīng)遠遠超出了設計溫度161℃。導熱油的熱傳導性和流動性遠遠不如蒸汽和冷水，冷卻系統(tǒng)沒能快速帶走熱量，加速了聚合反應過程，也致使該反應釜超溫超壓運行，埋下了事故隱患。

2.3.4 反應釜氮氣置換效果無監(jiān)測

雖然操作人員表示試驗時反應釜進行了充氮氣和泄壓排空置換過程，但由于排放口設置在反應釜上部，分子量較大的氧氣有可能未充分排出釜外，且沒有對釜內(nèi)含氧量進行監(jiān)測，存在空氣置換不徹底的可能，這也增加了發(fā)生爆炸的可能性。

2.3.5 試驗缺乏必要的安全防范措施

試驗中，在冷卻系統(tǒng)無法迅速降低反應溫度、有可能使反應失控時，整個工藝系統(tǒng)沒有預設防范措施，既沒有設置投放抑制反應的阻聚物，也沒有設置緊急卸料裝置以降低反應規(guī)模。此外，反應釜安全閥泄放能力不足，以及過高的開啟壓力、爆破壓力的設定，都不利于介質(zhì)及時排放，增加了設備爆炸時積聚的爆炸能量。

3 預防措施及建議

（1）反應設備應選用由壓力容器設計單位針對實際工藝和特點進行專業(yè)設計的承壓設備，且應有可靠的防止聚合反應超溫超壓的冷卻、卸料、泄壓裝置。

（2）反應設備的氮氣置換效果應進行監(jiān)測，根據(jù)化學反應實際情況對設備內(nèi)含氧量進行分析，將其控制在規(guī)定安全范圍內(nèi)。

（3）溫度計等安全附件應按規(guī)定進行校驗，反應溫度應當控制在規(guī)定范圍內(nèi)，且應根據(jù)反應特點制定嚴格的操作規(guī)程和溫度、壓力異常情況的應急救援措施，嚴禁違規(guī)操作。

（4）特種設備安裝、使用應該按照國家法規(guī)、規(guī)范要求辦理相關(guān)手續(xù)，并應經(jīng)過檢驗檢測單位監(jiān)督檢驗，取得注冊登記使用證，作業(yè)人員應取得管理、操作許可證后才能上崗操作。

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