美國(guó)彭澤爾公司煉化廠爆炸事故

郁振山｜編譯

1995年10月16日，彭澤爾公司（Pennzoil Products Company）在賓夕法尼亞州勞斯維爾鎮(zhèn)的煉化廠，因儲(chǔ)罐內(nèi)泄漏的可燃蒸氣被引燃，發(fā)生連環(huán)爆炸。首次爆炸引發(fā)的大火，很快吞噬了煉化廠大部分區(qū)域，包括工人正在輪休的施工區(qū)。隨后，火勢(shì)蔓延至其他儲(chǔ)罐，又有壓縮氣體瓶和密封容器發(fā)生爆炸。爆炸碎片四散，工廠附近濃煙密布。煉化廠被嚴(yán)重?fù)p毀，工廠、附近居民區(qū)及學(xué)校被迫疏散。

3名員工在大火中直接喪生，另有3人被燒傷，其中2名傷者因傷勢(shì)過(guò)重隨后死亡。

背景介紹

煉化廠

彭澤爾公司的煉化廠存在較久，約有100年的歷史，美國(guó)第一口油井就在煉化廠附近開(kāi)采。煉化廠緊靠賓夕法尼亞州勞斯維爾鎮(zhèn)，坐落在油溪（Oil Creek）的東岸（見(jiàn)圖1），主要是將原油精煉為各種烴類物質(zhì)，經(jīng)過(guò)多年的經(jīng)營(yíng)，幾經(jīng)擴(kuò)張。事發(fā)時(shí)，該煉化廠還在建造新的制蠟車間爆炸發(fā)生在487和488號(hào)儲(chǔ)罐附近。該區(qū)域還有20個(gè)其他大型儲(chǔ)罐。緊挨487和488的是1個(gè)石腦油儲(chǔ)罐，2個(gè)燃油儲(chǔ)罐。儲(chǔ)罐的西面和北面是水泥圍墻，將煉廠與油溪隔開(kāi)。沿水泥墻停著4輛拖車，其中3輛用于放置承包商的施工工具，1輛用于臨時(shí)休息。

圖1 彭澤爾公司煉化廠簡(jiǎn)圖（方框?yàn)楸▍^(qū)域，詳見(jiàn)圖2）

圖2 爆炸區(qū)詳細(xì)地圖

過(guò)程信息

487和488號(hào)儲(chǔ)罐用于儲(chǔ)存水、油與其他烴類化合物的混合物，部分烴類物質(zhì)是從泄漏物料中回收的。儲(chǔ)罐的主要目的是盛放污水，避免其通過(guò)排水系統(tǒng)進(jìn)入水處理站。

長(zhǎng)久之后，罐內(nèi)的水和烴類化合物因密度不同自然分層。由此提取出的烴類物質(zhì)可再次利用，水則會(huì)排至污水處理系統(tǒng)。487和488號(hào)儲(chǔ)罐之間并無(wú)管道相連。

2個(gè)儲(chǔ)罐的大小、設(shè)計(jì)相似，建于1937年，均由鋼板鉚接而成。各儲(chǔ)罐周圍沒(méi)有筑壩，但整個(gè)罐區(qū)周圍有隔離墻，可避免泄漏物流入油溪。

事發(fā)時(shí)，487號(hào)儲(chǔ)罐的一側(cè)掛著1條輸送軟管，軟管一端通過(guò)罐頂?shù)娜丝走M(jìn)入罐中，另一端延伸至外面的地面，其作用是將罐車內(nèi)的液體轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)罐內(nèi)。儲(chǔ)罐內(nèi)還有1條吊管，與儲(chǔ)罐外底部的閥門相連，吊管可通過(guò)滑輪調(diào)整高度，以抽取罐內(nèi)不同分層的物質(zhì)（見(jiàn)圖3）。

圖3 儲(chǔ)罐內(nèi)外部簡(jiǎn)圖

事發(fā)時(shí)，吊管位于液面之上。另外，儲(chǔ)罐外面底部的排水閥和軟管通往廢水處理系統(tǒng)。

化學(xué)品信息

爆炸時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)具體的化學(xué)物及其質(zhì)量無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算，這是因?yàn)楣迌?nèi)的烴類物質(zhì)每天都會(huì)發(fā)生變化，罐內(nèi)液體含量也是如此。1995年7月16日，儲(chǔ)罐經(jīng)過(guò)了事故前最后一次測(cè)量，當(dāng)時(shí)罐內(nèi)液體深度為5.8 m，水層和烴層的具體高度并不清楚。

事故前幾天，據(jù)上報(bào)稱，1輛儲(chǔ)罐車向儲(chǔ)罐內(nèi)排放了不確定量的丁酮（MEK）溶液。丁酮為可燃物，部分溶于水，燃點(diǎn)較低，閃點(diǎn)為1.1℃。丁酮蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物。

事故描述

1995年10月16日上午，約100人在煉化廠工作，其中半數(shù)為承包商員工，如水管工和焊工。

7時(shí)40分，彭澤爾公司的安全員發(fā)出動(dòng)火作業(yè)許可，許可證的有效時(shí)間為7時(shí)40分至15時(shí)30分。2名彭澤爾公司雇員負(fù)責(zé)為487和488號(hào)儲(chǔ)罐焊接爬梯扶手。焊接作業(yè)在最終批準(zhǔn)前，安全技術(shù)人員檢查了焊接的準(zhǔn)備工作。根據(jù)動(dòng)火作業(yè)許可證，罐頂所有人孔都要蓋住，焊機(jī)必須接地且盡量靠近作業(yè)點(diǎn)，作業(yè)時(shí)必須指派1名消防觀察員在地面全程監(jiān)視。許可證還提到，罐頂附近區(qū)域一律不得進(jìn)行焊接作業(yè)，另外必須測(cè)量作業(yè)區(qū)域的可燃蒸氣濃度。

作業(yè)前，員工將焊機(jī)放在儲(chǔ)罐附近，鋪好焊接線和接地線，將爬梯放好，并在焊接作業(yè)點(diǎn)鋪好焊接毯。焊接毯通常由帆布制成，用于收集火花、飛濺物，可減少火災(zāi)隱患。彭澤爾公司的安全技術(shù)員用檢測(cè)儀測(cè)量了作業(yè)區(qū)周圍的可燃蒸氣。測(cè)量結(jié)果顯示，區(qū)域內(nèi)不存在可燃蒸氣。

作業(yè)時(shí)，1名焊工負(fù)責(zé)在儲(chǔ)罐上工作，另外1名在地面上擔(dān)任消防觀察員。焊工也被叮囑不要在罐頂附近進(jìn)行焊接。

9時(shí)30分，工作一段時(shí)間后，焊工和消防觀察員進(jìn)行短暫休息。10時(shí)再次開(kāi)始作業(yè)，但無(wú)法啟動(dòng)焊機(jī)。10 min后，另外2名員工對(duì)焊機(jī)進(jìn)行了搭電啟動(dòng)。10時(shí)15分，487號(hào)儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸，不到1 min，488號(hào)儲(chǔ)罐也發(fā)生爆炸。搭電啟動(dòng)后至爆炸前，焊工是否開(kāi)始了焊接作業(yè)還不清楚。有目擊者稱，就在事故前，看到了1名焊工在焊接平臺(tái)上，1名在爬梯底部。

事故后果

爆炸將2個(gè)儲(chǔ)罐完全摧毀，罐體與底座分離后，分別飛向兩邊。487號(hào)儲(chǔ)罐最終落在西面6 m處，488號(hào)儲(chǔ)罐落在了東面15 m處。儲(chǔ)罐破裂后，泄漏出的物質(zhì)不斷燃燒，吞噬了整片罐區(qū)。

人們最后在油溪的岸邊找到了當(dāng)時(shí)在儲(chǔ)罐上方作業(yè)的焊工，身體60%被燒傷，之后救治無(wú)效死亡。事故共導(dǎo)致3名員工（2名承包商員工和1名焊工）被嚴(yán)重?zé)齻?，其?名承包商員工也因燒傷救治無(wú)效而死亡。消防觀察員則在大火中直接喪生。另有2名承包商員工在儲(chǔ)罐附近的拖車上被發(fā)現(xiàn)，但也因大火死亡。

大火燒毀了13個(gè)液體儲(chǔ)罐，另有管道、電氣線路和部分新建制蠟車間也被摧毀。大火還將液體儲(chǔ)罐的泄漏物點(diǎn)燃，燒光了1個(gè)儲(chǔ)罐的石腦油、2個(gè)儲(chǔ)罐的干洗油、2個(gè)儲(chǔ)罐的6號(hào)燃油。由于儲(chǔ)罐被原地?zé)猓虼瞬⑽窗l(fā)生爆裂或泄漏。

爆炸碎片遍布煉化廠各處，其中部分小的燃油儲(chǔ)存容器飛到了附近的居民區(qū)。隔離油溪和煉化廠的水泥圍墻防止了泄漏物外流。

約有140名消防員參與了事故應(yīng)急。12時(shí)30分，大火被撲滅。事故前一天，工廠進(jìn)行了消防演練，當(dāng)?shù)叵啦块T、工廠內(nèi)部的消防員、?；穼＜?、當(dāng)?shù)鼐臁①e夕法尼亞州應(yīng)急管理局均有參與。此次事故的響應(yīng)非常迅速，應(yīng)急人員無(wú)一人出現(xiàn)嚴(yán)重傷害，這很大程度上歸功于之前的演練。

事故分析及事故原因

潛在蒸氣源

487號(hào)儲(chǔ)罐上掛著軟管，導(dǎo)致罐頂?shù)娜丝撞荒鼙煌耆芊狻ｋm然上面覆蓋了焊接毯，但蒸氣還是泄漏到了周圍區(qū)域。加之當(dāng)天中午氣溫升高，加大了可燃蒸氣的風(fēng)險(xiǎn)。

儲(chǔ)罐內(nèi)的丁酮為蒸氣源。雖然丁酮部分溶于水，但儲(chǔ)罐內(nèi)水的含量未知，加上烴類物質(zhì)的作用，會(huì)影響丁酮的可溶性和丁酮蒸氣的壓力。丁酮蒸氣的密度比空氣大，但若蒸氣壓力增大一定程度，也能從人孔擴(kuò)散出去。

蒸氣也可能通過(guò)儲(chǔ)罐內(nèi)的吊管泄出。事故后，調(diào)查人員發(fā)現(xiàn)，與吊管相連的儲(chǔ)罐外底部的閥門處于開(kāi)啟狀態(tài)。如果可燃蒸氣的氣壓達(dá)到一定程度，比空氣重的可燃蒸氣也能通過(guò)吊管從閥門泄漏出去。若沒(méi)有風(fēng)，泄漏的蒸氣會(huì)在周圍地表聚集，被點(diǎn)燃后，火苗便回燃至罐內(nèi)。

蒸氣也可能從輸送軟管泄出。液體從罐車上輸送完后，軟管還在掛在儲(chǔ)罐上。軟管既能泄漏蒸氣，也能為火焰回燃提供路線，但調(diào)查員并未在軟管內(nèi)發(fā)現(xiàn)燃燒的痕跡。

最后，調(diào)查人員還在罐體上部發(fā)現(xiàn)了許多小孔（見(jiàn)圖4），初步推測(cè)為腐蝕所致。若蒸氣是從小孔內(nèi)泄漏，不僅泄漏量有限，點(diǎn)火源必須足夠靠近小孔才能將蒸氣點(diǎn)燃，因此最后一種情況的可能性較小。

圖4 事故的潛在蒸氣源和潛在點(diǎn)火源

潛在點(diǎn)火源

潛在點(diǎn)火源包括焊接過(guò)程、焊機(jī)內(nèi)部點(diǎn)火裝置、電弧閃和接地線。

如果爆炸前焊工已經(jīng)開(kāi)始了焊接作業(yè)，那熔屑很可能會(huì)點(diǎn)燃周圍的可燃蒸氣。焊接過(guò)程中，外部的焊劑和內(nèi)部的焊芯會(huì)熔化。但事后，人們找到了焊工所用焊條，發(fā)現(xiàn)頂端的焊劑并未熔化。

事發(fā)時(shí)，焊機(jī)位于儲(chǔ)罐附近，但沒(méi)有配備火花熄滅器，因此也可能是焊機(jī)內(nèi)部的點(diǎn)火裝置引燃了蒸氣。此外，接地線和電弧閃也會(huì)導(dǎo)致放電，點(diǎn)燃蒸氣。比如接地線磨損或短路，導(dǎo)致接地不當(dāng)，線路與地面之間會(huì)形成電弧。事后的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查也證實(shí)，接地線與被焊接的物體非?？拷?，似乎是連在一起了。

加劇事故后果的其他因素還包括中午氣溫升高，導(dǎo)致可燃?xì)怏w濃度增加；可燃?xì)怏w測(cè)量?jī)x沒(méi)有經(jīng)過(guò)正確校準(zhǔn)，導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確；可燃?xì)怏w的抽樣技術(shù)和員工培訓(xùn)都存在不足。

事故教訓(xùn)

根據(jù)上述原因，化學(xué)品事故調(diào)查小組提出了如下建議：設(shè)備設(shè)計(jì)與設(shè)備完整性

雖然一般認(rèn)為，污水和泄漏油導(dǎo)致的化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)或過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)較小，但彭澤爾煉化廠一定要完全了解這些風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)估和記錄，采取應(yīng)對(duì)措施。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要包括以往事故、設(shè)備設(shè)計(jì)和設(shè)備完整性。根據(jù)美國(guó)職業(yè)安全與健康管理局的過(guò)程安全管理標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保署的風(fēng)險(xiǎn)管理項(xiàng)目規(guī)定，煉化廠可使用過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)分析（PHA）進(jìn)行評(píng)估?；み^(guò)程安全中心（CCPS）也發(fā)布了過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)分析指南。

以本次事故為例，過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)分析有助于識(shí)別出水中存在大量揮發(fā)性烴類物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)，由此便能進(jìn)一步確定風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施（如消防、可燃蒸氣控制、阻火器）。識(shí)別出的風(fēng)險(xiǎn)，可通過(guò)工程控制措施解決，比如安裝應(yīng)急通氣閥或泄爆屋頂，還可通過(guò)持續(xù)的預(yù)防性維護(hù)（如腐蝕檢查、腐蝕控制）來(lái)維持設(shè)備的完整性。所有工廠都應(yīng)利用過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)分析來(lái)控制風(fēng)險(xiǎn)。

動(dòng)火作業(yè)準(zhǔn)備

彭澤爾煉化廠應(yīng)對(duì)其動(dòng)火作業(yè)的批準(zhǔn)流程進(jìn)行檢查，并完善安全管理體系，確保作業(yè)前對(duì)所有蒸氣源和點(diǎn)火源進(jìn)行識(shí)別和控制。比如，1張?jiān)O(shè)備電路原理圖和1張檢查表就能提醒作業(yè)人員。所有工廠都要對(duì)以往事故進(jìn)行回顧，對(duì)持續(xù)性動(dòng)火作業(yè)進(jìn)行定期審計(jì)，完善作業(yè)審批流程，確保所有焊接設(shè)備都已接地，保證電流不會(huì)傳導(dǎo)至含有可燃物的機(jī)器內(nèi)。

作業(yè)環(huán)境的變化

所有工廠都要意識(shí)到，作業(yè)環(huán)境是時(shí)刻變化的。以本次事故為例，焊工短暫休息后再次啟動(dòng)焊機(jī)之前，要重新測(cè)量空氣中的可燃?xì)怏w，或?qū)怏w進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)。對(duì)于常規(guī)性的動(dòng)火作業(yè)或其他高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，工廠必須意識(shí)到再啟動(dòng)前進(jìn)行檢查的重要性。比如可以采取假設(shè)的方法，首先假設(shè)天氣變化及其他非正常因素對(duì)安全作業(yè)產(chǎn)生了影響，經(jīng)評(píng)估確認(rèn)后，再采取應(yīng)對(duì)措施。

作業(yè)地點(diǎn)

綜上，過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)分析能用于評(píng)估設(shè)備及作業(yè)環(huán)境相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。彭澤爾工廠可利用上述方法，再參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)要求，在存放可燃物的環(huán)境中限制使用車輛，并對(duì)作業(yè)地點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估，避免因作業(yè)地點(diǎn)的選擇不當(dāng)引起事故。另外，要對(duì)以往的泄漏事故進(jìn)行檢查回顧，看是否需要在儲(chǔ)罐外圍增建圍墻，以便儲(chǔ)罐出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，避免對(duì)其他區(qū)域產(chǎn)生影響。