《美國(guó)馬庫(kù)斯石油化工公司聚乙烯蠟裝置爆炸火災(zāi)事故》

發(fā)行號(hào)：TS041 2015-11-04

概括

本文結(jié)合美國(guó)化學(xué)安全與危害調(diào)查委員會(huì)（CSB）對(duì)美國(guó)德克薩斯州休斯頓西南部馬庫(kù)斯石油化工公司聚乙烯蠟加工裝置爆炸和火災(zāi)事故的分析，從更換管理層。事故原因及建議改善措施。

1.簡(jiǎn)介

2004 年 12 月 3 日下午 5 點(diǎn) 50 分，馬庫(kù)斯石油和化學(xué)公司位于美國(guó)德克薩斯州休斯頓西南的聚乙烯蠟加工設(shè)施發(fā)生爆炸和火災(zāi)，多名員工聽(tīng)到巨大的爆炸聲。大約 45 秒后發(fā)生了更大的爆炸。消防隊(duì)在爆炸發(fā)生后約5分鐘到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)，爆炸后用了7小時(shí)（午夜）將三處大火撲滅。3名消防員在滅火過(guò)程中受輕傷，數(shù)名當(dāng)?shù)鼐用癖槐ㄕ鹚榈牟Ａ潅?。爆炸震碎了建筑物和車輛的窗戶，對(duì)400m范圍內(nèi)的建筑物造成破壞。建筑物、商業(yè)設(shè)施、教堂中的教堂的吊頂和燈具。

直徑3.7m、長(zhǎng)15m、重23t的7#罐被沖擊波甩出68m，最終擊中附近另一家公司的倉(cāng)庫(kù)（圖1為爆炸造成的7#罐。），其他較大的爆炸碎片飛到附近社區(qū)，例如：在152m外的一個(gè)社區(qū)發(fā)現(xiàn)了一塊9kg的鋼板；在274m外的草地上發(fā)現(xiàn)一塊54kg的鋼板；一個(gè)400m外的社區(qū)發(fā)現(xiàn)了1kg的鋼板。

圖1：爆炸導(dǎo)致7#罐位置移動(dòng)45m

2.馬庫(kù)斯石油化工公司爆炸火災(zāi)事故過(guò)程描述及物證檢測(cè)

馬庫(kù)斯石油化工公司成立于1987年，主要生產(chǎn)高密度聚乙烯蠟，廣泛用于涂料、膠粘劑、拋光劑、橡膠生產(chǎn)和紡織品的生產(chǎn)，年產(chǎn)1個(gè)以上1. 3萬(wàn)噸。

2.1流程說(shuō)明

馬庫(kù)斯石油化工公司聚乙烯蠟生產(chǎn)工藝示意圖如圖2所示。石蠟罐車中的石蠟通過(guò)泵輸送到洗滌槽，原料沉降在洗滌槽中，雜質(zhì)沉降到罐底。洗滌槽上部的石蠟提取己烷等碳?xì)浠衔?，固化成聚乙烯蠟顆粒進(jìn)行包裝。提取的碳?xì)浠衔飪?chǔ)存在儲(chǔ)罐中以供出售。在整個(gè)過(guò)程中使用氮?dú)鈦?lái)保護(hù)熔融石蠟不與空氣中的氧氣接觸。氧氣的氧化會(huì)導(dǎo)致光亮石蠟變色，這是不可接受的。

圖2：聚乙烯蠟生產(chǎn)工藝示意圖

操作人員定期對(duì)洗滌槽底部含有較多雜質(zhì)的殘液進(jìn)行清洗，清洗后的殘液固化后存放在倉(cāng)庫(kù)中，以備后續(xù)處理。

2.2 殘液處理

操作人員手動(dòng)將凝固后的殘液注入帶有高溫蒸汽盤(pán)管的4#罐中進(jìn)行熔化，然后通過(guò)泵將其輸送到6#和7#罐進(jìn)行緩沖，準(zhǔn)備好進(jìn)行處理，盤(pán)管在坦克通過(guò)。蒸汽保持液體石蠟溫度在 149°C 左右。

操作人員通過(guò)氮?dú)庀到y(tǒng)對(duì)6#和7#罐加壓，使4#罐中的液體殘液通過(guò)壓力差通過(guò)立管進(jìn)入泵入口，并通過(guò)壓力差將殘液送至處理裝置。泵進(jìn)一步去除殘液中的殘液。對(duì)于碳?xì)浠衔铮瑢⒕茪堃汗袒深w粒，然后進(jìn)行包裝。精制殘液固化如圖3所示。

圖 3：殘液處理后的石蠟球形顆粒

2.3氮?dú)庀到y(tǒng)

使用小型氮?dú)獍l(fā)生器在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)氮?dú)獠?chǔ)存在兩個(gè)大型壓力容器中。氮?dú)庀到y(tǒng)的最高壓力為0.83Mpa（表壓）。氮?dú)鉁p壓閥將壓力降低到0.28-0.48Mpa（表壓）并供給6#和7#罐。由于小型制氮機(jī)負(fù)荷不能滿足從罐中輸送物料的需要，有時(shí)氮?dú)鈮毫?huì)下降到從罐中輸送物料所需的最低壓力。在操作員等待制氮機(jī)對(duì)儲(chǔ)氮罐重新加壓期間，石蠟輸送將延遲。

操作員使用臨時(shí)軟管將壓縮空氣系統(tǒng)連接到制氮機(jī)的氮?dú)夥峙湎到y(tǒng)。由于重型空壓機(jī)可以用補(bǔ)充空氣快速提高氮?dú)庀到y(tǒng)的壓力，解決了上述生產(chǎn)延遲問(wèn)題。最終，操作員用永久性管線和閥門替換了臨時(shí)軟管。這種變化消除了每次氮?dú)庀到y(tǒng)壓力過(guò)低時(shí)必須連接臨時(shí)軟管的非常規(guī)操作，但是操作員不知道直接補(bǔ)充空氣進(jìn)入系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致氮?dú)夤拗谐霈F(xiàn)氧氣。

爆炸發(fā)生后，美國(guó)化學(xué)安全與危害調(diào)查委員會(huì)（CSB）檢查了氮?dú)獍l(fā)生器、氮?dú)鉁p壓閥、氮?dú)鈨?chǔ)罐中的氣體、石蠟、加工設(shè)備中的殘留液體以及7#罐中的金屬樣品。通過(guò)檢測(cè)未損壞的制氮機(jī)出口氣體，判斷制氮機(jī)是否按設(shè)計(jì)工況運(yùn)行。測(cè)試結(jié)果證實(shí)，氣樣中含氮92%-96%，含氧4%-8%，滿足裝置設(shè)計(jì)條件。

對(duì)來(lái)自氮?dú)鈨?chǔ)罐的氣體樣本進(jìn)行了測(cè)試，以確定供應(yīng)給 6# 和 7# 罐的氮?dú)饧兌?。該樣品含?82% 的氮?dú)夂?18% 的氧氣。CSB 由此得出結(jié)論，馬庫(kù)斯石油和化學(xué)公司安裝的用于加壓氮?dú)庀到y(tǒng)的壓縮空氣連接管線已將氮?dú)鈨?chǔ)罐中的氮?dú)馕廴玖搜鯕?。CSB 進(jìn)一步得出結(jié)論，氮?dú)庵械难鹾孔阋灾С秩紵?/p>

CSB通過(guò)各種入口壓力和流量值對(duì)氮?dú)鉁p壓閥進(jìn)行測(cè)試，以確定事故發(fā)生時(shí)7#罐可能的工作壓力。原設(shè)定壓力為0.46Mpa（表壓）。進(jìn)一步測(cè)試證實(shí)泄壓閥功能正常，泄壓閥上的壓力表精度小于0.。

2.4 物證與測(cè)試

CSB對(duì)7#罐體和回收罐體及罐頭進(jìn)行目視檢查，未發(fā)現(xiàn)設(shè)備銘牌，馬庫(kù)斯石油化工公司無(wú)法提供7#罐體或其他（5#、6#、8#）罐體信息. 設(shè)計(jì)、制造和安全操作壓力的文件。

CSB根據(jù)美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）的鍋爐和壓力容器規(guī)范計(jì)算出7#罐的安全工作壓力為0.55Mpa（表壓）。CSB 發(fā)現(xiàn) & 對(duì) 5#、6#、7# 和 8# 儲(chǔ)罐進(jìn)行了改裝。為保證罐內(nèi)石蠟溫度高于熔點(diǎn)溫度，在每個(gè)罐體頭部開(kāi)一個(gè)直徑為609mm的孔，在開(kāi)孔上安裝蒸汽加熱盤(pán)管，然后焊接密封。焊接補(bǔ)片如圖 4 所示。

圖 4：8#罐的焊補(bǔ)

盡管 7 號(hào)油箱上的補(bǔ)丁沒(méi)有恢復(fù)，但 CSB 調(diào)查人員得出的結(jié)論是，它與其他三輛坦克上的補(bǔ)丁相似。由于焊縫不符合壓力容器制造的通用行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，因此補(bǔ)片板的焊縫在事故中失效。 & 沒(méi)有使用合格的焊工或合適的焊接方法重新焊接容器頭上的補(bǔ)片，并在罐上安裝了蒸汽管線噴嘴。公司人員還承認(rèn)，在焊接操作完成后，沒(méi)有進(jìn)行水壓測(cè)試來(lái)檢查容器。

CSB 檢查了廢石蠟樣品的可燃性和反應(yīng)性。石蠟的閃點(diǎn)為 110°C。類似石蠟的樣品沒(méi)有放熱，因此 CSB 得出結(jié)論，失控的化學(xué)反應(yīng)不是事故的一個(gè)因素。

3.馬庫(kù)斯石油化工公司爆炸火災(zāi)事故原因分析

CSB對(duì)馬庫(kù)斯石油和化學(xué)公司的爆炸和火災(zāi)事故進(jìn)行了調(diào)查。根據(jù)相應(yīng)的物證和測(cè)試結(jié)果，CSB確認(rèn)最可能發(fā)生的事故現(xiàn)場(chǎng)情況如下：

1)操作人員用含氧18%的氮?dú)獯嬖O(shè)計(jì)氧氣濃度不超過(guò)8%的氮?dú)饨o6#、7#罐加壓；

2）7#罐的內(nèi)部壓力（0.46Mpa（表壓））可能超過(guò)罐體焊縫的強(qiáng)度。該焊縫完全失效，貼片飛離水箱；

3）油箱內(nèi)的壓力通過(guò)直徑609mm的開(kāi)口迅速釋放。烴蒸氣、壓縮空氣和熱液體石蠟從開(kāi)口噴出；

4）貼片撞擊混凝土底座時(shí)產(chǎn)生火花，可能點(diǎn)燃石蠟和碳?xì)浠衔镎魵猓?/p>

5）7#罐內(nèi)氧氣濃度可使火焰回到罐內(nèi)，內(nèi)部閃爆使7#罐頭爆成數(shù)個(gè)碎片；

6）的坦克被炸毀，撞到附近的閑置設(shè)備，最后停在137m外的一個(gè)倉(cāng)庫(kù)；

7）燃燒的聚乙烯石蠟濺到倉(cāng)庫(kù)和其他設(shè)備上，點(diǎn)燃可燃材料。由此產(chǎn)生的大火燃燒了近7個(gè)小時(shí)。

其中，CSB指出，馬庫(kù)斯石油化工公司的3項(xiàng)變動(dòng)導(dǎo)致了本次事故的發(fā)生：

變化一：7#罐體的開(kāi)口在罐內(nèi)增加了蒸汽加熱盤(pán)管。修補(bǔ)板的焊縫厚度不足整個(gè)修補(bǔ)板厚度的20%，并含有大量裂紋。焊縫不合理的影響是雙重的：一方面降低了油箱這部分的強(qiáng)度75%；同時(shí)，焊肉不足盤(pán)管加工廠家，焊縫質(zhì)量差，可能會(huì)導(dǎo)致疲勞開(kāi)裂的發(fā)展，進(jìn)一步降低焊縫的強(qiáng)度；

變化2：根據(jù)氮?dú)鉁p壓閥的測(cè)試結(jié)果，7#罐的內(nèi)部壓力很可能是0.46MPa（表壓）。操作人員表示，氮?dú)鉁p壓閥通常設(shè)置在0.31MPa，但為了保持石蠟流入處理單元，人為提高了這個(gè)壓力。事故發(fā)生時(shí)，7#罐壓力較高，可能導(dǎo)致失效點(diǎn)焊縫變形。

變化 3： Oils & 將氮?dú)庀到y(tǒng)與壓縮空氣系統(tǒng)連接起來(lái)，使氮?dú)庀到y(tǒng)能夠快速加壓。廢石蠟處理過(guò)程中暴露于空氣中的產(chǎn)品脫色問(wèn)題不值得關(guān)注。然而，管理層并未評(píng)估流程變更帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。氮?dú)庀到y(tǒng)由壓縮空氣增壓，使氮?dú)庵泻懈哌_(dá) 18% 的氮?dú)?。這種氮濃度足以支持罐中石蠟和碳?xì)浠衔镎魵獾娜紵?/p>

4.馬庫(kù)斯石油化工公司爆炸火災(zāi)事故的啟示

通過(guò)CSB的事故原因分析，我們可以清楚地看到，正是因?yàn)檫@三個(gè)變化導(dǎo)致事故的發(fā)生，化工生產(chǎn)總是在發(fā)生各種變化，以滿足市場(chǎng)需求、提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化運(yùn)行條件、提高安全性。條件或達(dá)到其他目的。但這些變化是雙刃劍。它們帶來(lái)好處的同時(shí)，也會(huì)增加傷害?；ず褪袠I(yè)中的許多災(zāi)難性事故都是由工藝技術(shù)或設(shè)施的不當(dāng)變更引起的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約80%的過(guò)程安全事故可以追溯到“不當(dāng)變更”，因此變更管理的本質(zhì)是對(duì)潛在事故的預(yù)防和控制。

Oil & 事故的一個(gè)重要原因是工廠缺乏管理變更的系統(tǒng)，沒(méi)有對(duì)發(fā)生變更的工藝系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌踩珜彶?，也沒(méi)有人監(jiān)控和批準(zhǔn)相關(guān)變更。缺乏變更管理系統(tǒng)允許未經(jīng)審查的變更順利通過(guò)設(shè)計(jì)、安裝和生產(chǎn)。變更人員缺乏培訓(xùn)和足夠的經(jīng)驗(yàn)來(lái)識(shí)別這種變更對(duì)過(guò)程系統(tǒng)的潛在嚴(yán)重后果。

4.1什么是變更管理

變更管理（of, MOC）是過(guò)程安全管理體系的重要組成部分。變更管理是指對(duì)化學(xué)品、工藝技術(shù)、設(shè)備、程序和操作程序等永久性或臨時(shí)性變更進(jìn)行有計(jì)劃的控制，并確定變更。類型、級(jí)別、實(shí)施步驟等

化工廠和石油化工廠涉及工藝安全的變化一般可分為四類：

技術(shù)變革；

操作程序的變化；

改變工廠設(shè)施；

組織變革。

其中，工藝技術(shù)的變化、操作程序的變化和工廠設(shè)施的變化通常直接影響過(guò)程安全，而組織變化則間接影響過(guò)程安全。

但在中國(guó)，變更一般分為：類似更換、微小變更、工藝設(shè)備變更（技術(shù)變更）。

變更管理流程包括：變更分類；組建變更管理團(tuán)隊(duì)、流程危害分析、申請(qǐng)審批、變更實(shí)施、跟蹤、驗(yàn)證、項(xiàng)目結(jié)案報(bào)告、文件更新歸檔、變更內(nèi)容培訓(xùn)與溝通。大致步驟如圖 5 所示。

圖 5：變更管理流程圖

4.2 變革過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)管理

變革管理的重點(diǎn)是控制變革過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。變更過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)控制分為提出變更計(jì)劃階段、實(shí)施變更階段、變更后重啟階段。

1）提出變更計(jì)劃階段的風(fēng)險(xiǎn)控制

變更人提出變更后，就會(huì)有變更的計(jì)劃。方案提出后，需要在上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)確認(rèn)變更前對(duì)方案進(jìn)行相應(yīng)的危害分析，如進(jìn)行危害與可操作性分析（HAZOP）、保護(hù)層分析（LOPA）、What- If、檢查表、事件樹(shù)分析 (ETA)、事件樹(shù)分析 (FTA)、蝴蝶結(jié)模型 (Bow-tie))、定量分析 (QRA)、故障模式和影響分析 (FMEA)、可靠性、可用性、可維護(hù)性分析（RAM）等 由于原有的工藝和設(shè)備已經(jīng)過(guò)計(jì)算和論證，在進(jìn)行新的變更后，不能簡(jiǎn)單地考慮變更計(jì)劃本身所涉及的工藝系統(tǒng)和設(shè)備的危害，但我們還需要考慮更改后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。放眼全球。

2）變更實(shí)施期間的風(fēng)險(xiǎn)控制

風(fēng)險(xiǎn)分析確定后實(shí)施變更方案時(shí)，將涉及動(dòng)火作業(yè)、密閉空間作業(yè)、高空作業(yè)、隔離加鎖等作業(yè)。此時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)要求我們使用工作安全分析（JSA）、任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)分析（TRA）和預(yù)危險(xiǎn)分析（PHA）等方法來(lái)識(shí)別施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。

3）變更后啟動(dòng)階段的風(fēng)險(xiǎn)控制

變更實(shí)施后盤(pán)管加工廠家，需要在啟動(dòng)車輛前進(jìn)行啟動(dòng)前安全檢查（PSSR）。需要對(duì)變更后的施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，確認(rèn)變更后的工程安裝已經(jīng)完成，并且施工安裝和設(shè)備規(guī)范與之前批準(zhǔn)的變更文件和圖紙，以及與安全、操作、操作相關(guān)的程序文件一致。維護(hù)和應(yīng)急響應(yīng)已經(jīng)準(zhǔn)備好或修訂。變更項(xiàng)目投產(chǎn)前的核對(duì)表可根據(jù)生產(chǎn)前核對(duì)表所列項(xiàng)目一一編制和核對(duì)。當(dāng)所有項(xiàng)目按要求完成并具備開(kāi)工條件后，即可投入生產(chǎn)。

馬庫(kù)斯石油化工公司幾處變動(dòng)沒(méi)有在各個(gè)階段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果采取相應(yīng)措施，導(dǎo)致事故的發(fā)生。

4.3 變更完成后數(shù)據(jù)更新

變更后的工藝系統(tǒng)投產(chǎn)后，變更工作尚未完成，所有受變更影響的圖紙和文件都需要更新保存。通常，可能需要更新的文件包括工廠平面圖、設(shè)備布局圖、管道和儀表流程圖、操作程序、維護(hù)程序、應(yīng)急計(jì)劃和培訓(xùn)材料等。工廠也需要自己保存變更文件如：變更單、圖紙、生產(chǎn)前安全檢查記錄、培訓(xùn)或通知相關(guān)人員的書(shū)面記錄等。根據(jù)OSHA對(duì)PSM的要求，工廠需要重新確認(rèn)過(guò)去完成的過(guò)程危害分析的有效性每五年一次。其中一項(xiàng)重要任務(wù)是回顧過(guò)去五年發(fā)生的變化。文檔。

目前，很多企業(yè)都面臨PID圖紙電子版與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不符、設(shè)備操作手冊(cè)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不符、其他很多資料與實(shí)際情況不符等問(wèn)題。在網(wǎng)站上。對(duì)于后續(xù)的生產(chǎn)管理，進(jìn)行HAZOP、安裝新員工的培訓(xùn)等都存在問(wèn)題。事實(shí)上，這種問(wèn)題是由于每次發(fā)生大小變化后沒(méi)有及時(shí)更新數(shù)據(jù)的惡性循環(huán)造成的。

4.4 更改后跟蹤

變更后，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為變更數(shù)據(jù)存檔后，變更就完全完成了，而是需要跟蹤變更的效果，驗(yàn)證變更實(shí)施后是否達(dá)到了變更的預(yù)期目的. 對(duì)過(guò)程系統(tǒng)是否有其他附帶影響？它是否影響了系統(tǒng)中的其他設(shè)備？經(jīng)跟蹤，確認(rèn)已達(dá)到變更目的，無(wú)附帶影響，變更的過(guò)程安全信息已更新，相關(guān)人員已培訓(xùn)，相關(guān)數(shù)據(jù)可在變更結(jié)束前存檔可以考慮。

4.5 臨時(shí)變更管理

臨時(shí)變化也可能導(dǎo)致災(zāi)難性事故。雖然臨時(shí)變更一般不需要像永久性變更那樣更新圖紙和文件，但仍應(yīng)按照正常變更的步驟進(jìn)行審核、批準(zhǔn)、產(chǎn)前安全檢查等。臨時(shí)變更如：臨時(shí)增加或移除工藝系統(tǒng)的設(shè)備，在工藝系統(tǒng)中使用臨時(shí)管道或閥門，臨時(shí)繞過(guò)關(guān)鍵警報(bào)或聯(lián)鎖裝置等。

臨時(shí)改動(dòng)需要一段時(shí)間后才能恢復(fù)原狀，所以有一定的時(shí)間限制。工廠可以設(shè)置臨時(shí)更改的時(shí)限。時(shí)間限制可以是幾天或幾周。如果超過(guò)期限，也可以延長(zhǎng)，但應(yīng)有書(shū)面批準(zhǔn)。即使延期，通常期限不應(yīng)超過(guò) 6 個(gè)月，否則，當(dāng)當(dāng)前批準(zhǔn)的臨時(shí)變更到期時(shí)，需要重新申請(qǐng)新的臨時(shí)變更。

5.結(jié)論

任何更改都可能導(dǎo)致流程系統(tǒng)偏離最初的設(shè)計(jì)意圖。如果管理不當(dāng)，即使看似很小的變化也可能導(dǎo)致災(zāi)難性后果。這就是為什么企業(yè)需要建立變革管理程序，規(guī)范變革管理流程。重要原因。企業(yè)需要指定專人負(fù)責(zé)變更管理，制定詳細(xì)的變更管理程序，明確劃分變更的分類，做好變更各個(gè)階段的風(fēng)險(xiǎn)管理，將變更過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)降到最低.

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