国内外典型事故案例
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国外典型事故案例
国外典型事故案例——化工
英国Flixborough镇己内酰胺装置爆炸事故
2013-01-18
 
    1974年6月1日16时许,英国Nypro公司发生爆炸事故,造成厂内28人死亡,36人受伤,厂外53人受伤,经济损失达2.544亿美元。
1 事故经过
    英国Nypro公司是一家以生产己内酰胺和硫酸铵肥料为主的工厂,该公司环己烷车间有6座串联式的氧化反应槽,以环己烷为原料制成己内酰胺。1974327日傍晚,反应系统中的5号氧化反应槽的碳钢外壳发现150 cm长的裂纹,造成环己烷外泄,其原因为硝酸类物质产生的应力腐蚀。值班人员向主管报告,经同意后,开始降低反应系统的压力和温度,准备停车检查泄漏点。经检查发现5#氧化反应槽的内衬、外壳皆产生相当程度的破裂,因此,决定拆下5号氧化反应槽检修。
    翌日早上,经厂务会讨论后,厂长与相关技术人员认为停车检修需要36个月,而当时英国国内对于己内酰胺的需求甚急,不宜停工降低产量,决定将5号氧化反应槽搬离,并在4号和6号氧化反应槽间连接一根管线,暂时以5座氧化反应槽维持生产。
在拆下5号氧化反应槽后,随即进行修复工作。在安装4号和6号氧化反应槽间的连接管线时,施工人员没有进行预先规划设计,没有绘制正规的设计工程图,也没有进行必要的工程应力详细核算,仅在现场地面上以粉笔画了一张简单的修复工程图,现场以鹰架支撑管子。由于两个氧化反应槽间有高度差(约相差   35.5 cm),故采用三曲旁通管作为两氧化反应槽间的连接管。原来氧化反应槽出口处的伸缩接头管径为720 mm,但当时厂内只有管径为510 mm的管线。施工人员经粗略的计算,认为直径510 mm的管线可以提供反应所需的流量,并按直管计算,认为其可以承受操作时的压力,故决定以510 mm的管道取代720 mm的管道。三曲旁通管仅靠分成四点的鹰架支撑,结构上并不坚固(见图1)。3302完成全部修复工作。
1 连接4#6#氧化反应槽的510mm连接管和鹰架
41下午,现场进行打压试漏,第一次测试以0.39 MPa氮气测漏,发现有漏气现象,工作人员降低压力、查找漏点,未能查出确切的泄漏点,再度升高压力,才找到漏点,拆下焊补后装回原位。当日下午4时,进行第二次测试,以    0.88 MPa的氮气试漏,无泄漏现象发生,便降低压力将氮气排出,恢复生产。
529,反应系统再次出现泄漏,泄漏点位置在下部液面计处,将整个反应系统的压力降低至0.15 MPa,并降低温度使之冷却,停工2天,进行局部修复工作。614,再度开工。不久,环己烷的循环部分又发生泄漏,因此停止加热,再度进行修补,至5时才开工。在617换班时,值班主管未将泄漏修补情况向下一班值班人员交代清楚,因此下一班值班人员也未能引起足够重视。
    6月1日下午,开始有可燃性气体外泄,但无人发现。将近16时,空气中弥漫着大量的可燃气体,并向外扩散。2分钟后,可能在氢气二车间遇点火源着火,随即发生了爆炸。环己烷蒸气云的爆炸导致2个替代的伸缩接头因承受不当的外力引起破裂挫曲,连接4号和6号氧化反应槽的三曲管因爆炸而扭曲成“<”形掉落在地面。由此可以推断出2个替代的伸缩接头因承受不住当时的外力引起破裂弯曲,造成容器内环己烷大量外泄。
    根据计算,至少有42%的环己烷蒸发(体积膨胀到原体积的113倍),大量的液滴就成喷雾状向外喷出。从临时配管排放到大气中的环己烷蒸气,至少有 43以上。
    专家根据爆炸的情况,推算出此次环己烷蒸气云爆炸的威力相当于约 20TNT炸药爆炸当量。环己烷泄漏在空气中后燃烧,估计蒸气云扩散笼罩范围为一直径600 m,高300 m1600℃高温气体半圆球。爆炸前有目击者曾听到异常的声音,随即发生爆炸,大火笼罩全厂。火柱和烟雾高达160 m50 km外也能听到其爆炸声。
    在厂内工作的人员有28人死亡(其中18人死于非防爆的控制室内),36人受伤。厂区周围6 km范围内亦有53人受伤,另有100余人受轻伤。厂内设备几乎完全损毁,另有1821栋房屋和167家商店及工厂遭受不同程度的破坏,估计损失达2.544亿美元。
爆炸后的现场
 
现场全景照片
2 事故原因
1)维修过程无详细的规划
在发现5号氧化反应槽破裂需维修后,连接4号和6号氧化反应槽管线的设计,并不是由经验丰富的工程师负责,整个设计图是用粉笔粗略地画在现场的地上。氧化反应槽出口部分的法兰原应配装直径720mm管线,却以直径510mm的管线代替,且对于此旁通管既未做强度计算,也未实施耐压检验。事故发生后旁通管线弯曲成“<”状掉落,原因是旁通管的安装存在问题。依英国国家标准规定,为了使伸缩管能在管轴方向伸缩,应安装伸缩接头;为防止因内部液体压力所产生的轴向移动,应在伸缩管附近对伸缩接头加以固定。但是,该厂并没有按照标准正确地作业。
2)工厂的人事管理及生产工艺变更管理不良
根据调查,事故发生前,公司内有一位总工程师离职,职务空缺后并没有人员接替这一职位。在移除5号氧化反应槽后进行4号、6号氧化反应槽暂时性连接工程时,这一职位空缺情况已经影响了工艺动改。在改造前,应先进行必要的风险评估,以确保基本工艺和整体设计没有被改变或破坏。该厂没有工艺变更管理制度,工艺变更未进行风险评估,未制定详细的施工方案,这是导致事故发生的关键因素。
3)值班人员交代不清
    爆炸前,61日上午曾有一次换班,但上班值班主管并没对下一值班人员交待凌晨的泄漏修补情况,导致下一班值班人员不了解情况,对修补后的设备疏于巡检。
4)试漏时压力设定不足
    在修复后使用0.39 MPa的氮气进行试漏时发现有泄漏,进行部分焊接修补,再以0.88 MPa的氮气压力试漏确定无泄漏,于41再度运转。但是,依据英国标准规定,试漏应以设计压力的1.3倍以上的压力进行水压试验。如果该厂当时使用1.18 MPa以上的压力试验,必然会立即发现缺陷处,这场事故或许就能避免。
5)不锈钢管产生锌脆化现象
    化工厂锌的来源一般为镀锌钢材(如栏杆、阶梯、通道等),或是广泛用于保温材料的镀锌铁丝。当不锈钢管受到应力(0.57 MPa)和高温时,不用直接接触,只要附近有含锌物质就会导致锌脆化现象,使不锈钢突然失效。因此,当不锈钢材料承受高温时,不锈钢表面应仔细检查或酸洗。事故发生后,在事故现场收集到的不锈钢管有锌脆化表面龟裂现象,经研究,判断是与分离器连接的210mm不锈钢管线因含锌物质的存在产生脆化,发生龟裂。
6)硝酸盐腐蚀反应槽
    对碳钢最具侵蚀性的物质为硝酸盐与碱性化合物。当碳钢与上述可溶性盐类接触时,其硝酸根离子应当保持在100 ppm以下。否则,当金属表面温度超过50℃时,可溶性盐类会结晶析出而导致应力腐蚀。经专家鉴定,5号氧化反应槽外壳的裂纹是由硝酸盐产生的应力腐蚀所致。事故发生前,当发现5号氧化反应槽有裂纹时,该厂未对其它氧化反应槽进行检查,同时,也未探究其裂纹原因并采取措施。
7)厂内建筑物、设备的布局不合理
    死亡28人中有18人死于控制室内,因为该厂控制室、实验室、办公室等皆位于爆炸中心点附近,且控制室是小木屋构造,而并非耐爆结构,在爆炸时被完全摧毁,人员死伤惨重。
8)该厂储存过多的危险性可燃物质
    该厂事故当时储存着1500 m3环己烷、300 m3石脑油、50 m3甲苯、120 m3苯、2046 m3汽油。而该厂经过许可的危险物质储存量仅为32 m3石脑油、6.8 m3汽油。该厂储存着大量未获批准储存的危险物质是爆炸后造成连续10天大火的主要原因。
9)员工缺乏紧急应变能力

事故发生时,厂内员工未马上执行紧急应变处理程序,他们只能做一些简单的修复工作,各相关人员缺乏紧急应变能力的训练。



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