1.介紹

2004年12月3日下午5點50分，美國德克薩斯州休斯敦市西南方向的馬庫斯石油和化學公司聚乙烯蠟加工裝置發(fā)生了爆炸和火災事故，多名員工聽到了巨大的爆炸聲，約
45秒鐘后發(fā)生了一個更大的爆炸，消防隊在爆炸發(fā)生后大約 5分鐘到達達事故現(xiàn)場，在爆炸發(fā)生之后 7個小時（午夜）才將 3處大火撲滅。
3名消防隊員在滅火的過程中受到了輕傷，多名當?shù)鼐用癖槐ㄕ鹚榈牟Ａ潅ㄕ鹚榱私ㄖ蛙囕v的窗戶玻璃，并導致
400m范圍內的建筑結構損壞，附近的建筑、商業(yè)設施、教堂內教堂內的吊頂、燈具掉落。

 

直徑
3.7m、長 15m、重
23t的7#罐被爆炸沖擊波扔出了68m遠，最終撞上了附近另一家公司的倉庫（圖1展示了爆炸導致的7#罐的位置變化），其他一些較大的爆炸碎片飛到了附近的社區(qū)，如：在152米外的小區(qū)發(fā)現(xiàn)了一個
9kg的鋼板；在274m外的草地上發(fā)現(xiàn)了54kg的鋼板；在 400m外的小區(qū)里發(fā)現(xiàn)了1kg的鋼板。

2.馬庫斯石油和化學公司爆炸火災事故工藝描述及物理證據(jù)和檢測

馬庫斯石油和化學公司創(chuàng)建于1987年，主要生產(chǎn)高密度聚乙烯蠟，高密度聚乙烯蠟廣泛用于生產(chǎn)涂料、粘合劑、拋光劑、橡膠生產(chǎn)以及紡織品等，年產(chǎn)量超過11.3萬噸。

2.1工藝描述

馬庫斯石油和化學公司聚乙烯蠟生產(chǎn)工藝流程簡圖見圖2所示，通過泵把石蠟槽車中的石蠟輸送至洗滌罐中，原料在洗滌罐中進行沉降，雜質沉降至罐底，洗滌罐上部的石蠟提取出己烷和其他的烴類后凝固成聚乙烯蠟顆粒后包裝。提取出的烴類儲存在儲罐中進行銷售。在整個工藝生產(chǎn)過程中都會使用氮氣來保護，避免熔化的石蠟與空氣中的氧氣接觸。氧氣的氧化作用會導致明亮的石蠟變色，這種情況是不能接受的。

 

操作工定期清理洗滌罐底部含有較多雜質的殘液，清理出的殘液凝固后儲存在倉庫中進行后續(xù)的處理。

2.2殘液處理

操作人員通過人工將凝固的殘液裝進有高溫蒸汽盤管的4#罐中進行熔化，然后通過泵轉輸至6#和7#罐緩存，準備進行處理，罐內的盤管中通入蒸汽來維持液態(tài)石蠟溫度在149℃左右。

操作人員通過氮氣系統(tǒng)給6#和7#罐增壓，通過壓差使4#罐中液態(tài)殘液通過一段提升管進到泵入口，通過泵將殘液送至處理裝置進一步除去殘液中的烴類，精制后的殘液凝固成顆粒后包裝，精制后的殘液凝固

 

2.3氮氣系統(tǒng)

氮氣是在現(xiàn)場利用1臺小型制氮機生產(chǎn)的，并儲存在兩個大型的壓力容器中。氮氣系統(tǒng)的最大壓力是0.83Mpa（表壓）。氮氣減壓閥將壓力降到0.28-0.48Mpa（表壓）后供給6#和7#罐。因為小型制氮機負荷不能夠滿足從罐中轉移物料的需要，所以有時氮氣的壓力會降到從罐中轉移物料所需要的最低壓力。當操作人員等待制氮機給氮氣儲罐補壓時，石蠟的輸送將被延遲。

 

操作人員利用一個臨時軟管將壓縮空氣系統(tǒng)和制氮機的氮氣分配系統(tǒng)連接起來，因為大負荷的空氣壓縮機能夠迅速的的通過補充空氣提高氮氣系統(tǒng)的壓力，所以解決了上述生產(chǎn)延遲問題。最后操作人員用一個永久性的管線和閥門更換了這個臨時軟管，這樣的變更消除了每次當?shù)獨庀到y(tǒng)壓力太低時必須連接臨時軟管這個非常規(guī)作業(yè)，然而操作人員沒有意識到向氮氣系統(tǒng)直接補充空氣會導致氮氣儲罐內有了氧氣。

 

爆炸事故發(fā)生后美國化學安全與危害調查委員會（CSB）檢測了制氮機、氮氣減壓閥、氮氣儲罐中的氣體、石蠟、加工設備中的殘液和7#罐的金屬樣品。通過對沒有損壞的制氮機的出口氣體進行檢測來確定制氮機是否按設計條件運行。檢測結果證實了氣體樣品含有
92%-96%的氮氣和4%-8%的氧氣，符合裝置的設計條件。

 

對來自氮氣儲罐中的氣體樣品進行檢測，來確定提供給
6#和7#罐的氮氣純度。這個樣品含有82%的氮氣和18%氧氣。由此CSB的結論是：馬庫斯石油和化學公司為了給氮氣系統(tǒng)充壓而安裝的壓縮空氣連接管線使氮氣儲罐中的氮氣受到了氧氣的污染。CSB的進一步結論是：氮氣中的的氧氣含量足以支持燃燒的發(fā)生。

 

CSB以各種不同的進口壓力和流量數(shù)值對氮氣減壓閥進行檢測，確定事故發(fā)生時7#罐可能的操作壓力。原先設定的壓力是0.46Mpa（表壓）。進一步的測試確認了減壓閥功能完好，減壓閥上壓力表的精確度小于0.007Mpa。

2.4 物理證據(jù)和檢測

CSB目測了7#罐和找回的罐體及封頭，沒有發(fā)現(xiàn)設備銘牌，而且馬庫斯石油和化學公司不能提供有關7#罐體或者其它（5#、6#和
8#）罐的設計、制造以及安全操作壓力的文件。

 

CSB按照美國機械工程師協(xié)會（ASME）的鍋爐和壓力容器規(guī)范計算出了7#罐的安全操作壓力為
0.55Mpa（表壓）。CSB發(fā)現(xiàn)馬庫斯石油和化學公司已經(jīng)對5#、6#、7#和8#罐進行了改造。為了保證罐內的石蠟溫度高于熔點溫度，在每一臺罐體的封頭上都開了一個609mm直徑的孔，在開孔上安裝蒸汽加熱盤管后焊接封死。

 

雖然7#罐上的補板沒能找回，但是CSB調查人員的結論是：它與其它3個罐上的補板類似。因為補板的焊縫不能夠滿足通用的壓力容器制造的工業(yè)質量標準，所以在事故期間，這個焊縫發(fā)生了失效。
馬庫斯石油和化學公司沒有使用合格的焊工或者合適的焊接方法來重新焊接容器封頭上的補板，并在罐體上安裝了一個蒸汽管路的管嘴。公司人員也承認在焊接作業(yè)完成之后沒有進行水壓試驗來檢驗這個容器。

 

CSB檢測了廢石蠟樣品的可燃性和反應性。石蠟的閃點是110℃。石蠟樣樣品沒有顯示出放熱性，因此CSB結論是：失控的化學反應不包括在這次事故的因素之中。

3.馬庫斯石油和化學公司爆炸火災事故原因分析

CSB對馬庫斯石油和化學公司爆炸火災事故進行了調查，根據(jù)相應的物理證據(jù)和檢測結果，CSB確認最可能的事故場場景如下：

 

1) 操作人員使用了含有18%氧氣的氮氣取代原設計氧氣濃度不大于8%的氮氣充壓6#和7#罐；

 

2）7#罐的內部壓力（0.46Mpa（表壓））可能超出罐體上補板焊縫的強度。這個焊縫完全失效，補板飛離了罐體；

 

3）罐內壓力通過609mm直徑開孔快速泄壓。烴類蒸汽、壓縮空氣和熾熱液態(tài)石蠟一同從開孔噴出；

 

4）當補板擊中混凝土基座時產(chǎn)生了火花，可能點燃了石蠟和烴類蒸氣；

 

5）7#罐內氧濃度能夠使火焰竄回罐內部，內部閃爆使7#罐封頭炸為幾塊；

 

6）2268kg的罐體被炸飛撞上了一臺附近的閑置設備后最終停在137m外一座倉庫處；

 

7）燃燒的聚乙烯石蠟散落到倉庫和其他設備上，點燃了可燃物質。產(chǎn)生的大火燃燒了近7h。

其中CSB指出，馬庫斯石油和化學公司的3次變更導致了這此事故的發(fā)生：

變更1：7#罐體的開孔在罐內增加蒸汽加熱盤管，補板的焊縫厚度低于整個補板厚度的 20%，并含有大量的裂紋，不合理焊縫的影響是雙重的：一方面它減低了這部分罐體75%的強度；同時，焊肉的缺少和低劣的焊縫質量可能導致疲勞開裂的發(fā)展，進一步減低了焊縫的強度；

 

變更2：基于氮氣減壓閥的檢測結果，7#罐體的內部壓力最可能是0.46MPa（表壓）。操作人員陳述這個氮氣減壓閥正常設定在0.31MPa，但是為了保持石蠟能夠流進加工裝置，人為地提高了這個壓力。7#罐體的較高壓力在事故發(fā)生時可能導致故障點的焊縫發(fā)生了變形。

 

變更3：馬庫斯油品和化學品公司將氮氣系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)鏈接起來，使得氮氣系統(tǒng)快速充壓。在廢石蠟處理過程中，產(chǎn)品暴露于空氣而發(fā)生的脫色現(xiàn)象沒有引起關注。然而，管理人員沒有評估來自于工藝變化的危險。利用壓縮空氣為氮氣系統(tǒng)升壓使得氮氣中含有高達18%的氮氣。這個氮氣濃度足以支持罐內石蠟和烴類蒸汽的燃燒。

4.馬庫斯石油和化學公司爆炸火災事故給我們的啟示

通過CSB的事故原因分析，我們很明顯可以看出，正是由于三次變更導致了事故的發(fā)生，化工生產(chǎn)總在經(jīng)歷各種變更，以滿足市場需要、提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化操作條件、改善安全狀況或達到其他目的。但是這些改變是雙刃劍，它們帶來好處的同時也可能增加危害，化工和石化行業(yè)的不少災難性事故都是由于不恰當?shù)馗淖児に嚰夹g或設施而造成的。居統(tǒng)計大約80%的工藝安全事故都可以追溯到“不適當?shù)淖兏?rdquo;，因此對變更進行管理的實質是對潛在事故的預防和控制。

 

馬庫斯石油和化學公司的事故的一個重要原因是工廠缺乏管理變更的制度，沒有對發(fā)生變更的工藝系統(tǒng)進行適當?shù)陌踩珜彶椋矝]有人監(jiān)督和批準相關的變更。變更管理制度的缺失，使得未經(jīng)審查的變更順利地通過設計、安裝和投產(chǎn)。變更人員缺乏培訓和足夠的經(jīng)驗，他們沒有認識到這種對工藝系統(tǒng)的改變可能造成的嚴重后果。

4.1什么是變更管理

變更管理（Management
of
Change，MOC）是工藝安全管理系統(tǒng)的一個重要要素，變更管理是指對化學品、工藝技術、設備、程序以及操作過程等永久性或暫時性的變更進行有計劃的控制，確定變更的類型、等級、實施步驟等。

化工廠、石化廠涉及工藝安全的變更通常可以分為四類：

工藝技術變更；

作業(yè)程序變更；

工廠設施變更；

組織機構變更。

其中工藝技術的變更、作業(yè)程序的變更和工廠設施的變更通常直接影響工藝安全，而組織機構變更是間接地對工藝安全造成影響。

 

 

但是在國內一般把變更分為：同類替換、微小變更、工藝設備管更（技術變更）。

變更的管理流程有：變更分類；成立變更管理小組、工藝危害分析、申請與批準、變更實施、跟蹤，驗證、結項報告，文件更新歸檔，變更的內容的培訓溝通。

 

4.2變更過程中的風險管理

 

變更管理的重點是對變更過程中的風險進行控制，變更過程的風險控制分為變更方案提出階段、變更實施階段、變更后的再開車階段。

 

 

 

 

 

 

1）變更方案提出階段的風險控制

在變更人員提出變更后，隨之會有變更的方案，在方案提出后得到上級領導對變更進行確認前首先需要對方案進行相應的危害分析，如開展危險與可操作性分析（HAZOP）、保護層分析(LOPA)、如果 - 是(What-If)、檢檢查表(Check-List)、事件樹分析(ETA)、事故樹分析(FTA)、領結模型(Bow-tie analysis))、定量分析(QRA)、失效模式與影響分析(FMEA)、可靠性、可用性、可維護性分析(RAM)等。因為原有工藝及設備都是經(jīng)過計算和和論證的，進行新的變更后我們不能單純考慮變更方案本身涉及到的工藝系統(tǒng)、設備等的危害，我們還需要考慮變更后對整個系統(tǒng)的影響，進行全局考慮。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2）變更實施階段的風險控制

在變更方案經(jīng)過風險分析確定之后實施時，會涉及到動火作業(yè)、受限空間作業(yè)、高空作業(yè)、隔離鎖定等作業(yè)。這時的風險需要我們運用工作安全分析（JSA）、任務風險分分析（TRA）、預先危害分析（PHA）等方法識別施工過程的風險，作業(yè)安全依靠HSE體系中的規(guī)程進行管理。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3）變更后再開車階段的風險控制

變更實施完成后，再開車前需要做開車前安全檢查（PSSR），需要檢查變更的施工現(xiàn)場，確認變更項目的安裝已經(jīng)完成、施工安裝和設備規(guī)格等與早先批準的變更文件及圖紙一致，并且編制或修訂了安全、操作、維修和應急響應等相關的程序文件。可以編制變更項目投產(chǎn)前的檢查表，在投產(chǎn)之前根據(jù)檢查表中所列的條目逐個核對，當所有條目都按照要求完成后具備開車條件時，才可以投料生產(chǎn)。

 

 

 

 

 

 

馬庫斯石油和化學公司的幾次變更就沒有在各個階段對風險進行識別，并根據(jù)風險識別的結果采取相應的措施措施，進而導致了事故的發(fā)生。

4.3變更完成后的資料更新

 

變更的工藝系統(tǒng)投產(chǎn)后，變更工作還不算完成，還需要更新并保存所有受變更影響的圖紙和文件，通常，可能需要更新的文件有工廠平面布置圖、設備布置圖、管道儀表流程圖、操作程序、維修程序、應急預案和培訓資料等。工廠還需要保存變更本身的文件，如：變更單、圖紙、投產(chǎn)前安全檢查的記錄、培訓或通知相關人員的書面記錄等等。按照 OSHA對PSM的要求，工廠需要每隔五年重新確認以往完成的工藝危害分析的有效性，其中一項重要的工作就是審閱過去五年中發(fā)生的變更，審閱的時候需要用到變更相關的文件資料。

 

目前很多企業(yè)都面臨著電子版PID圖紙與現(xiàn)場的實際情況不匹配，設備的操作手冊與現(xiàn)場的設備不匹配等很多資料與現(xiàn)場的實際際情況不符的問題，對后續(xù)的生產(chǎn)管理，開展HAZOP，新到裝置的員工的培訓等帶來難題。其實這種問題就是每一次大大小小的變更實施后沒有及時對資料進行更新的惡性循環(huán)造成的。

4.4 變更后的跟蹤

變更后不能只是簡單的認為變更資料歸檔后，變更就徹底完成了，而是需要對變更的效果進行跟蹤，核實變更實施后預期的變更目的是否達到？是否給工藝系統(tǒng)帶來了其他的附帶影響？是否對系統(tǒng)中的其他設備造成了影響？在跟蹤后確認變更的目的達到，無附帶影響，且變更的工藝安全信息得到更新，相關人員得到培訓，相關資料歸檔后才能認為變更的結束。

4.5 臨時變更的管理

臨時變更也可能導致災難性的事故，盡管臨時變更一般不需要像永久變更那樣更新圖紙和文件，但是仍然應該按照正常變更的步驟進行審查、批準、投產(chǎn)前的安全檢查等等。臨時變更如：臨時對工藝系統(tǒng)增加或拆除設備，在工藝系統(tǒng)中使用臨時的管道或閥門，臨時旁通關鍵報警或者聯(lián)鎖等。

 

臨時變更需要在一段時間后恢復原貌，因此有一定的時間限制，工廠可以自己規(guī)定臨時變更的期限，期限可以是幾天或幾周，假如超出期限，也可以延期，但是在延期時應該有書面的批準。即使延期，通常期限也不應該超過6個月，否則，需要在當前批準的臨時變更到期時重新申請新的臨時變更。

5.結論

任何的變更都有可能使工藝系統(tǒng)偏離最初的設計意圖，即使看似很小的改變，如果不妥善管理，都有可能導致災難性的后果，這是企業(yè)需要建立變更管理程序、規(guī)范變更管理過程的重要原因。企業(yè)需要安排專人負責變更的管理，并制定詳盡的變更管理程序，對變更的分類進行明確劃分，做好變更各個階段的風險管理，把變更過程中風險降到最低。

 

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文章來源：青島賽諾      編輯：青島賽諾

 

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