5起過程安全事故的教訓(xùn)（上）

阿爾伯特·奈斯｜文 王夢蓉｜譯

過程安全管理體系出現(xiàn)問題，可能引發(fā)致命且代價高昂的后果。從全球化工和石化行業(yè)的重特大事故中，可清楚看到過程安全的重要性。1984年，印度博帕爾發(fā)生異氰酸甲酯泄漏事故，2 000多人死亡，上萬人受傷。同年，位于墨西哥城的墨西哥國家石油公司（PEMEX）發(fā)生著火爆炸事故，600多人死亡，7 000多人受傷。

過程安全事故也會嚴重影響環(huán)境。1986年，瑞士巴塞爾的山德士公司的倉庫發(fā)生火災(zāi)，包括農(nóng)藥在內(nèi)的多種化學(xué)品泄漏。滅火過程中，未能控制住水徑流，致使化學(xué)品泄漏到萊茵河中，400 km以內(nèi)的大量水生物遭到破壞，該水域不得不禁漁半年。1989年的“?？松ね郀柕掀潯碧栍洼喡┯褪鹿?，2010年的深水平臺漏油事故，均對環(huán)境造成了極其惡劣的影響。

類似事故也表明，即使很小的失誤也會造成災(zāi)難性后果，所以要從以往事故中吸取教訓(xùn)，避免悲劇重演。

圖1 PEMEX公司墨西哥城爆炸現(xiàn)場

瑞士奶酪模型

事故原因往往不止一個。近年來，安全專家常用“瑞士奶酪模型”，為過程行業(yè)的管理者和工人分析可能引發(fā)重大事故或未遂事故的各種事件、問題及決策。圖2中，每個保護層都以瑞士奶酪來表示，奶酪上的孔則表示各保護層可能出現(xiàn)的問題，如人為失誤、管理決策問題、單個設(shè)備失效或故障、知識欠缺、管理體系缺陷（未實施危險分析、未能發(fā)現(xiàn)變化并對其進行管理、未從事故中吸取足夠的教訓(xùn)）。由于各種原因?qū)е聼o法有效應(yīng)對風(fēng)險，引發(fā)了事故，就像圖2中的奶酪片一樣，孔都穿在了一條線上。

有效的管理體系應(yīng)包括具體的安全設(shè)備，或為了防止失效而制訂的各種預(yù)案。它可以減少孔洞的數(shù)量和孔洞的大小，降低孔洞連成一條線的可能性。

圖2 不同保護層的弱點連成一條直線時，就可能發(fā)生事故

圖3 氮氣吹掃使氣相空間保持惰性，再用壓縮機抽出烴類氣體

阿科石油（ARCO）峽景化工廠爆炸事故

1990年7月5日，美國得克薩斯州峽景市ARCO化工廠在重啟壓縮機的過程中，廢水罐發(fā)生爆炸。壓縮機維修期間，氮氣吹掃量大幅減少，臨時氧氣分析儀未能檢測出儲罐中有易燃氣體。重啟時，易燃氣體被吸入壓縮機后發(fā)生著火?；鹧婊厝贾羶揄敳?，引發(fā)爆炸，造成17人死亡。事故損失約1億美元。

事故經(jīng)過

事故廢水罐容量為3 407 m3，儲存的是環(huán)氧丙烷和苯乙烯過程的工藝廢水。儲罐上游的管線長約數(shù)百米，過氧化物和堿液在管線中混合。氮氣吹掃可以使氣相空間保持惰性，尾氣壓縮機將烴類氣體抽出后，廢水被輸送到深井中處理。

為了維修氮封壓縮機，儲罐停止了作業(yè)。期間，儲罐吹掃用的氮氣流量降到最小。工人在罐頂?shù)膬傻罊M梁間安裝了臨時性的氧氣分析儀，目的是一旦發(fā)現(xiàn)氧氣含量過高，就增加氮氣流量。

在儲罐內(nèi)部，過氧化物分解產(chǎn)生的氧氣已達到危險的水平。但由于儲罐頂部的空氣凝滯不動，再加上氧氣分析儀安裝在死區(qū)，未能檢測到氧氣積聚的情況。偶爾進行的氮氣吹掃又無法防止儲罐頂部的易燃氣體和管道中氣體進入壓縮機。

維修結(jié)束后，重啟壓縮機失敗，易燃氣體進入壓縮機的入口管線。重啟成功后，氣體被點燃，火焰回燃到儲罐中發(fā)生爆炸。

事故原因

廢水儲罐未被作為運行裝置加以管理，致使管理層和工人都不了解儲罐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)會生成氧氣。由于認知不足，致使后來作出了一系列的錯誤決策，例如不連續(xù)進行氮氣吹掃，臨時性氧氣探測儀的設(shè)計和放置位置不當(dāng)，未進行變更管理（MOC）檢查，未進行開工前安全審查等。

關(guān)鍵教訓(xùn)

必須要牢記，進入到廢水罐中的化學(xué)物質(zhì)仍可能發(fā)生反應(yīng)。不管進行任何維修作業(yè)，事先須履行正確的MOC程序。此次事故中，工人不知道儲罐中發(fā)生了可以生成氧氣的化學(xué)反應(yīng)，因此也意識不到進行持續(xù)有效氮氣吹掃的重要性。

圖4 大爆炸徹底摧毀了硝酸銨化肥廠

特瑞工業(yè)（Terra Industries）硝酸銨爆炸事故

1993年12月13日，美國愛荷華州尼爾港的特瑞工業(yè)化肥廠硝酸銨生產(chǎn)區(qū)發(fā)生一起特大爆炸事故，造成4人死亡，18人受傷。硝酸泄漏到地面，無水氨泄漏到大氣中，對廠區(qū)造成嚴重破壞。過程停車后，存留在幾個容器中的硝酸銨發(fā)生爆炸。爆炸原因有多種，包括中和塔里的強酸條件、向中和塔內(nèi)通入1 300 kPa的蒸汽，以及過程停車后，在容器中存有物料的情況下沒有對裝置進行監(jiān)測。

事故經(jīng)過

該化肥廠主要生產(chǎn)硝酸、氨氣、硝酸銨、尿素和尿素硝銨。尿素裝置排出的氨氣，或來自氨氣儲罐的氨氣，通過中和塔底部的分布器進入塔中，濃度為55%的硝酸則從容器中部的噴射環(huán)加入。該過程的產(chǎn)品為83%的硝酸銨，硝酸銨再由溢出線輸送到成品罐進行儲存。溢出線上安裝了pH探頭，通過觀察pH值對進入到中和塔的硝酸流量進行控制，使pH值保持始終在5.5～6.5。中和塔內(nèi)的溫度維持在130℃左右。中和塔及成品罐的排空氣均進入到洗滌塔，由55%～65%的硝酸和補充水進行吸收，生產(chǎn)出50%的硝酸銨。50%的硝酸銨物料再循環(huán)回中和塔。

事故前2周左右，溢出線上的pH探頭發(fā)生故障，于是改為手動pH值取樣。事發(fā)前2天測出的pH值為1.5，直到12月12日1時該測量值才恢復(fù)到可接受范圍。

12月12日15時，硝酸裝置停工，硝酸銨裝置也停了下來。15時30分左右，操作員用空氣對中和塔的硝酸進料線進行吹掃。19時左右，操作員把洗滌塔中的物料泵送到中和塔，為防止硝酸銨回流到硝酸管線，經(jīng)硝酸進料線向硝酸分布器通入了1 300 kPa的蒸汽（溫度大約為197℃）。12月13日6時爆炸發(fā)生。

在低密度區(qū)域（例如有氣泡存在的場所）、有限空間和有污染物存在的情況下（例如氯化物），若pH值較低、溫度較高，硝酸銨很容易分解、爆燃和爆炸。計算結(jié)果顯示，裝置停工時，吹掃后的硝酸管線中的pH值大約為0.8。蒸汽噴射時間約為9 h，產(chǎn)生的熱量足以使溶液在2 h內(nèi)達到沸點。噴射的空氣和蒸汽在溶液中形成氣泡，另外，從硝酸裝置中夾帶過來的氯化物也存在于硝酸銨溶液中。

事故原因

安全操作程序缺失是引發(fā)爆炸的條件。該工廠沒有任何程序規(guī)定如何使裝置在停工期進入到安全狀態(tài)，也未說明停工期間如何對過程裝置進行監(jiān)測。此外，工廠也沒有對硝酸銨裝置進行危險分析，工人不太了解硝酸銨的危險性。

關(guān)鍵教訓(xùn)

操作程序應(yīng)覆蓋操作的方方面面。此次事故中，由于無停工程序和停工期間對設(shè)備進行監(jiān)測的程序，導(dǎo)致操作員在作業(yè)期間使硝酸銨溶液發(fā)生敏化，并且通入的蒸汽還為硝酸銨分解提供了能量。

由于未進行過危險識別，工人不了解什么情況容易導(dǎo)致硝酸銨分解。如果事先對裝置停工的步驟進行危險評價，工人就會明白，在溢出線中沒有任何溶液流過的情況下，無法測量中和塔的pH值。此外，如果儲罐中沒有循環(huán)，也無法精確測出中和塔的溫度。如果進行了全面的危險識別，就能發(fā)現(xiàn)硝酸銨回流到硝酸管線的問題，進而通過更好的設(shè)計方案進行解決。

圖5 事故儲罐結(jié)構(gòu)簡易圖

帕特里奇—羅利（Partridge-Raleigh）油田爆炸事故

2006年6月5日，美國密西西比州的帕特里奇—羅利油田發(fā)生一起嚴重爆炸著火事故，3名承包商死亡，1人受重傷。當(dāng)時，斯特林格油田服務(wù)公司的承包商員工正在2臺原油儲罐間進行管線安裝作業(yè)。焊接火花引燃了從作業(yè)區(qū)附近的一段開口管線中泄漏出來的易燃氣體。

事故經(jīng)過

承包商員工正在為剛剛搬遷的2個儲罐（圖5中的3號罐和4號罐）安裝管線。幾天前，4號罐在原油殘渣被清除后用水進行了清洗。但2號罐和3號罐的原油殘渣既未清洗也未吹掃。

焊接作業(yè)前，焊工將燃著的焊槍深入到4號罐，這種做法稱為閃蒸儲罐，本身就是不安全的。當(dāng)時，工長先上到4號罐罐頂，另外2名維修工來到3號罐罐頂，他們在3號罐罐頂將梯子平放，在相距大約為1.2 m遠的3、4號罐之間搭起走道，之后將其固定以便進行焊接作業(yè)。焊工將安全帶掛到4號罐罐頂，自己則站在梯子上。

焊接剛剛開始，從3號罐開口管線中泄漏出的烴類氣體就被點燃，之后火焰迅速閃燃回3號罐，通過3號罐與2號罐之間的溢流管線蔓延到2號罐，導(dǎo)致2號罐爆炸，所有儲罐的罐頂都被炸飛。爆炸產(chǎn)生的沖擊波迅速將站在罐頂?shù)墓と讼品降厣?。焊工也從梯子上墜下，幸好系著安全帶，未直接掉到地面上?/p>

事故原因

在含有易燃氣體的環(huán)境中進行動火作業(yè)未使用安全動火作業(yè)程序。工人本應(yīng)使用氣體檢測儀對可燃氣體進行檢測。另外，3號儲罐上的開口管線沒有加帽或隔離。所有的儲罐都是內(nèi)部連通的，并且有的儲罐還存有可燃渣油和原油。

關(guān)鍵教訓(xùn)

在有危險化學(xué)品（例如此次事故中的易燃氣體）存在的情況下，必須通過安全作業(yè)程序，如動火作業(yè)許可證，來確保作業(yè)環(huán)境的安全。此次事故中的承包商未要求使用安全作業(yè)程序，尤其是動火作業(yè)許可證。因此，必須對承包商進行管理，確保其了解并使用安全作業(yè)程序。

各公司應(yīng)了解并遵循最佳的行業(yè)慣例。美國消防協(xié)會（NFPA）和美國石油協(xié)會（API）都制定了相關(guān)指南。如果發(fā)生事故的公司和承包商采用了這些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，或許就能避免事故。