英國Nypro公司爆炸事故
事故經過:
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現150cm長的裂紋,造成環己烷外泄,其原因為硝酸類物質產生的應力腐蝕。值班人員向主管報告經同意后,開始降低反應系統的壓力和溫度,準備停車檢驗泄漏點。經檢驗為氧化反應槽的內襯、外殼皆產生相當程度的破裂,不適合再參與反應過程,因此決定拆下5號氧化反應槽,以便檢修。
翌日早上,經廠務會討論后,廠長與相關技術人員認為停車檢修需要3—6個月,而當時英國國內對于己內酰胺的需求甚急,不適合停工降低工廠產能,為了讓該車間繼續運行,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暫時以5座氧化反應槽維持生產。
在拆下5號氧化反應槽后,即進行修復工作。在裝4號和6號氧化反應槽間連接管線時,施工人員僅在現場地面上以粉筆畫一簡單的修復工程圖樣,并沒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。現場以鷹架支撐管子。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,而原來氧化反應槽出口處的伸縮接頭管徑為72cm,但當時廠內只有管徑為51cm的管線可用。施工人員經大概的計算后,認為51cM管線尚可提供反應時所需的流量,并以直管計算壓力后得知其反應亦可承受操作時的壓力,決定以此管取代之。三曲旁通管僅以分成四點的鷹架支撐著,結構上并不堅固。于3月30日2時完成全部修復作業。
修復后經試漏檢測即恢復生產。但到5月29日又發現泄漏。其位置為下部液面計處。于是將整個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時再度開工。不久環己烷的循環部分又發生泄漏,因此停止加熱,再度進行修補,至早上5時才開工。在6月1日7時換班時,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,開始有可燃性氣體外泄,但并無人員警覺或注意到。將近16時,空氣中彌漫著大量的可燃性氣體,并向外擴散。2分鐘后,可能在氫氣2車間遇點火源著火,隨即發生了爆炸。環己烷蒸氣云的爆炸造成2個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個替代的伸縮接頭受不了當時的外力引起破裂彎曲,造成容器內環己烷大量外泄。
社會影響:
臨時配管內的部分流體通過裂口噴到外面,管內的環己烷的壓力迅速減小而失去了平衡狀態(環己烷的沸點為80.8度),變成瞬間的過熱狀態(液溫比該時壓力下的沸點高的狀態)。過熱狀態的液體極不穩定,在液體內產生無數沸騰中心,其氣泡迅速生長時,配管內的液體劇裂膨脹,兩次產生沖擊內壓,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。側壁開口之后,不久發生了蒸氣爆炸,反應槽內的環己烷(50t)隨同其蒸氣一起從開口部呈液滴狀猛烈地噴出。根據計算,至少有全液量的42%的環己烷蒸發了(膨脹到原體積的113倍),同時大量的液滴變成噴霧狀向外噴出。根據計算,從臨時配管排放到大氣中的蒸氣,至少有43t以上。 專家根據爆炸的情況,推算出此次環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到異常的聲音,隨即發生爆炸,大火籠罩全廠。火柱和煙霧高達160m,50km外也能聽到爆炸聲。 當時正在廠內工作的人員,有28人死亡(其中18人死于非防爆的控制室內),36人受傷。廠區周圍6km范圍內亦有53人受傷,另有百余人受輕傷。廠內設備幾乎完全損毀,另有1821棟房屋和167家商店及工廠遭受不同程度的破壞,估計損失達2.544億美元。
間接(管理)原因:
1、維修過程無詳細的規劃 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的設計,并不是經由有經驗的工程師負責,整個設計圖是用粉筆簡略地畫在現場的地上。氧化反應槽出口部分的法蘭原應配裝72cm管線,卻以51cm管線代替,且對于此旁通管既未作強度計算,也未實施耐壓檢驗。由事故發生后旁通管彎曲成“<”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生的軸向移動,應在伸縮管附近對伸縮接頭加以固定。但是該廠并沒有按照標準正確地作業。 2、工廠的人事管理及生產工藝修改管理不良 根據調查,事故發生前公司內有一位總工程師離職,職務空缺后并沒有人員填補這一職位。在移除5號氧化反應槽后進行4號、6號氧化反應槽暫時性連接工程時,這一職位空缺情況已經影響工藝修改。在執行改善工程前,應先進行必要的風險評估,以確保基本過程整體設計沒有被改變或破壞。缺乏有經驗的資深專業技術人員的指導,這是事故發生的禍因之一。如果該廠沒有工藝修改管理制度的話,修改前專家評估小組必會先查看有關法規、標準、操作規程等相關資料,然后才會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,以免重大事故的發生。工藝修改管理制度的欠缺是此起事故的關鍵因素。 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、測漏時壓力設定不足 在修復后使用0.39MPa的氮氣進行試漏時發現有泄漏,進行部分焊接修補,再以0.88MPa的氮氣壓力試漏確定無泄漏,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倍以上的壓力進行水壓試驗。如果該廠當時使用1.18MPa以上的壓力試驗,必然會立即發現缺陷處,這場事故或許能防患于末然。再者,如果現場不能做水壓試驗時,亦可用氣壓試驗代替,但是對于可能發生的危險應有妥善的防范措施。 5、不銹鋼管產生鋅脆化現象 化工廠鋅的來源一般為鍍鋅鋼料(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,不用直接接觸,只要附近有含鋅物質就會導致鋅的脆化現象,使不銹鋼突然失效。因此,當不銹鋼材料受到相當高溫時,不銹鋼表面應仔細檢查或酸洗。該起事故發生后,在事故現場收集到不銹鋼管發現有鋅脆化表面龜裂現象,經研究,判斷為與分離器連接的21cm不銹鋼管線因鋅產生脆化而發生龜裂。 6、硝酸鹽腐蝕反應槽 對碳鋼最具侵蝕性的物質為硝酸鹽與堿性化合物。當碳鋼與上述可溶性鹽類接觸時,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50℃,可溶性鹽類會被結晶析出而導致應力腐蝕。經專家鑒定,5號氧化反應槽外殼的裂紋是由硝酸鹽產生的應力腐蝕所致。當發現5號氧化反應槽有裂紋時,未對其它氧化反應槽進行檢查,同時也未探究其裂紋原因并采取措施。 7、廠區建筑物、設備的配置不良 死亡28人中有18人死于控制室內,因為該廠控制室、實驗室、辦公室等皆位于爆炸中心點的附近,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、該廠儲存過多的危險性可燃物質 該廠事故當時儲存著1500m3環己烷、300m3石腦油、50m3甲苯、120m3苯、2046m3汽油。該廠經過許可的危險物質儲存量僅有32m3石腦油、6.8m3汽油,但該廠卻儲存著大量未獲批準儲存的危險物質,這些物質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 該廠某些生產過程安全的保障有賴于供給足夠的氮氣。但事故后調查資料顯示,環己烷氧化系統再次開車操作常受氮氣供應不足而停頓,其原因是該廠本身氮氣的產能不足,又無足夠的氮氣儲存設備,需要廠外的供應補充。因此,工廠本身具有足夠的氮氣生產設備,或有足夠的安全可靠的氮氣儲存設備,才可能維持廠區的安全。 10、缺乏緊急應變能力 事故發生時,廠內員工未馬上執行緊急應變處理程序,他們只能做一些簡單的修復工作,各相關人員缺乏緊急應變能力的訓練。
防范措施:
由英國博立克斯鎮爆炸事件,可明確地看出此災難的發生原因不外乎人為的操作失誤、廠區的配置不良、工藝設備故障及人事管理及工藝修改管理的缺失。如何由此事件學習對作業現場實施檢查,掌握作業現場潛在危害并加以改善,進而維護工廠的安全,以降低災難發生的概率,確保人民及生態環境的安全。由此事件提出下面幾點建議: 1、落實危險物及有害物的周知制度 存在于工廠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。為了確保這些危害物質能夠被工人正確地使用而不至于產生危害,必須建立工廠危險物及有害物周知制度,一方面有效地管理工廠中的各種危害物質,另一方面使工人能夠清楚地認識工廠中的各種危害物質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而發生意外。危險物及有害物的周知制度內容包括:1)危害物質周知計劃書;2)危害物質清單;3)危害物質的標示;4)化學品安全技術說明書(MSDS);5)工人的安全衛生與訓練。 2、使用防爆型的電器設備 在整個化工生產過程中會使用到大量的電器設備,這些電器設備如果沒有經過特殊的設計,很容易產生火花,成為點火源,再加上化工廠內爆炸性及可燃性的物質相當的多,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作業環境中采用特定等級防爆型的電器設備,降低爆炸發生概率。一般防爆型的電器設備可分為五大類: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 在此追求可持續發展的時代,只重視生產而忽視安全環保管理的經營理念是落伍的。由此事故可以看出Nypro公司經營理念的不正確性,趕時生產固然重要,但是亦不能忽略工業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。如果企業在經營時,能夠不累積小問題,不忽略小隱患的存在,往往能降低其生產過程中重大意外事故的風險。 4、安裝防漏和測漏裝置 在化學物質的工藝設備上,應裝有防漏與測漏裝置,以防泄漏的發生或在泄漏發生后發出警報,告知工作人員事先預防爆炸的發生。 5、設置自動火災監測警報裝置 自動火災監測警報裝置可及早發現火災的發生,以及火災初期的滅火,但需定期維修警報裝置。 6、實施量化風險評估 生產過程安全風險評估的目的在于分析工藝過程中潛在危險發生原因及應有的保護措施,并評估潛在危險發生后的后果嚴重性,及危害發生頻率,并評估其風險值是否可接受或需有改善措施以降低風險,保障工廠及社區的安全。 生產過程量化風險評估時需要考慮的事項及單元:化工生產過程風險評估定義、系統描述(生產工藝說明)、危害辯識、事故案例、選擇分析程度、建立化工生產過程量化風險分析模式、潛在危害后果估計、潛在危害頻率估計、風險評估及應用。 7、建立周密的緊急應變體系 對于工廠而言,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。通過有系統的規劃,使得緊急應變程序在各類化學災害中發揮其功能,其主要目的在于工廠發生化學災害時,利用鄰近的資源,在最短的時間內,有效地遏制災害范圍的擴大,以降低災害對人類及環境的沖擊,最終的目的就是保持一個安全無害的環境。