炼油厂爆炸事故分析(1993)

1  事故经过
    1993年10月21日下午3点钟，江苏某石化公司炼油厂油品分厂半成品车间无铅汽油罐区操作工在开启310号汽油罐出口阀作循环调合时，误开了311号汽油罐出口阀，造成了311号罐内汽油打人已经满罐但人口阀处于开启状态的310号罐，下午近6：00，310号罐浮顶被顶破，汽油大量外冒、气化、扩散、流淌后，油蒸气遇罐区公路上行驶的手扶拖拉机排气管火星爆炸燃烧，万吨油罐冒起了冲天大火，罐顶、罐区、阀门、沟管、山林同时多火点烧成一片，燃烧面积达23437．5m²。市消防支队“119"调度室闻警后，集中调动全市99辆消防车前往火场，江苏省和上海、安徽等兄弟省市又相继调出88辆车增援，三省、市共12个城市的187辆消防车，军警民6000余人联合作战，同心协力搏火龙。到场消防力量实施统一指挥，先冷却控制，15个小时发起总攻，经过17h的扑救，大火于次日上午11时15分被扑灭，加上扑救地面复燃火势和持续冷却。22个小时后结束战斗。现场2人死亡(其中1名是农民工)，直接经济损失38．96万元。
2  事故原因的分析
    火灾扑灭后，消防监督部门经过调查勘察，基本得出了一个结论性的意见。然而，对于这样一起大火。有很多问题需要出示明确的科学依据，如310和311号油罐内的油品发生了怎么样的移位变化，爆炸燃烧共损耗多少汽油，油料的燃烧量怎样分布，引爆原因究竟是手扶拖拉机排气管还是人体静电等。这些问题，都由南京市安委会组织的专家组通过勘查论证，科学的计算分析找到准确的
答案。
2．1  爆炸耗油量和TNT当量
    310号油罐冒顶溢油后，油蒸气扩散与空气混合遇火源引起爆炸，在爆炸空间范围与燃烧部位都明显留下痕迹。经测量，可燃混合气体的爆炸发生面积为23437．5m2；尽管现场地势不平，烧痕高度不一，但根据树上枝叶烧焦和山坡、建筑物等的烧痕高度，可估算爆炸混合气体扩散的平均高度为5m；爆炸的空间体积为117187．5m³。
(1)汽油蒸气浓度的确定
    由于汽油爆炸浓度下限为1．3％，因此现场浓度一定大于1．3％。
    经现场测定，空间爆炸时汽油蒸气平均浓度取值2．2％，因为一位操作工发现情况从操作室出来，没走几步就忍受不住油气异味而晕倒在地，据查能致人昏迷的油气浓度为2．2％，当然各扩散点扩散浓度不尽相同。
    (2)爆炸损耗汽油量的计算
    C=S·H·C·M／22．4 × 10^-3
式中  C——燃爆损耗汽油量，t；
      S——燃爆面积，m，取S二23437．5m²；
      H——燃爆平均高度，m，取H=5m；
      C——平均油蒸气浓度，％，取C=2．2％；
      M——油气平均分子量，取M=96。
根据上述公式计算，空间爆炸损耗汽油为11．15t。
    (3)空间爆炸当量的计算
    汽油爆炸能量为10300keaL／kg，换算成TNT当量相当于％．737t。可见，此次爆炸的总能量是非常大的，但它不是“点源”或有效的封闭空间，而是20000m2的完全敞开空间，因此没有形成超压和冲击波，对波及到的建筑物仅有轻微的损坏。
2．2  溢流油料分布量
    罐区的空间爆炸和大面积燃烧，310号油罐在罐区爆炸后的罐顶溢油状态下的燃烧，以及311号油罐火灾后油位下降的事实说明：罐区310号和311号油罐在爆炸前罐内油位都发生了非正常变化。310号油罐在爆炸前处于自循环状态，油位既不应该增加，也不应该减少；311号油罐在爆炸前处于静止状态，液位不应变化，也不应和任何罐有油量关系。但火灾后测定，310号罐油量已增加至满罐燃烧并外溢，311号罐油平面降低了1．822m。因此310、311号两罐油量的平衡、变化的过程及变化的原因是揭开事故之谜的关键。经查，310号罐循环泵的输送能力为351m³／h，311号罐油的减少量，恰是泵在启动后到爆炸这段时间内打人310号罐的量。310号罐在泵运转前的液面为14．26m，爆炸后浮顶外露，油量已经增加。说明310号罐人口阀事故前已经处于开启状态，进入310号罐的油量应该是311号罐的减少量。总的物料平衡与分布为：
(1)总烧损量
    311号油罐原有油位13．972m，爆炸后检查为12．15m，减少1．822m，合计减量为855．588t，这部分油全部进入了310号罐。在310号罐火被扑灭后，为抢修罐底阀门，曾同时向罐内垫水和向304号罐压油78．984t，火灾后滞留在310号罐内的净增油量为594．207t，由此可得事故中燃烧、跑损的总量为182．394t。   
(2)310罐燃烧量   
    310号罐爆炸后燃烧时浮顶凸突，罐顶环形密封处液面完全暴露在空气中，在17．78m的环形面积形成熊熊大火。按下列公式计算：   
G₁=W·S₁·h
式中  G₁——罐顶燃油量，t ；
W——为汽油燃烧重量速度，取80．85kg／m²·h；
S₁——罐顶环隙面积，m，取17．78m²；   
h——燃烧时间，h=17h。   
计算得G₁=24．439t。   
    在当时风速3m／s，高度为16m的环状面积内外环供氧充足，燃烧速度会加快，加上罐顶溢冒流淌火帘，烧掉的油比理论计算要多，考虑增加一倍，大约烧掉油量为48．874t。罐底阀门泄漏量每小时按1474kg考虑，烧掉油量为25．064t；则油罐燃烧损失总量为73．938t。
(3)罐区地面渗透与防洪明沟燃烧量
    310罐在冒罐的状态下，汽油部分雾化扩散，部分流淌到地面，被地面吸附、渗透，顺地势流向防洪沟，流经距离约为480m，面积为1160m2，爆炸之后，罐区一片大火，明沟持续燃烧，大约在半小时之后，明沟火才熄灭；罐区内地面呈蜡烛状燃烧，由于地面本身的阻火作用，地面火很快熄灭。地面吸附及明沟燃烧损失油量为：
    G=损失汽油总量—(罐顶及罐底阀门燃油量+空间爆燃油量)
       =182．394—(48．874+25．064+11．15)
       =97．306(t)
       排水明沟烧损油量为：
        80．85×1160×0．5=46893kg(46．893t)。
       地吸附及燃烧油量为：
        97．306—46．893=50．412t。
       所以，310号油罐火灾中汽油总损失量为182．394t。
2．3 确定爆炸着火源
       310号罐汽油冒顶扩散后，是什么能量(着火源)引燃了可燃混合气体，也是专家组要论证确定的难题之一。当时，对着火源有两种存在的可能，一种是驾驶通过罐区公路的手扶拖拉机排气管冒出的火花，还有一种认为是静电所致。专家组通过认真分析论证，同意了消防部门确定的“手扶拖拉机排气管引爆”的结论。
(1)静电引爆的可能性
    当汽油溢冒扩散后，静电产生的条件分析：
    ①人体静电产生静电火花的可能。因为操作工发现油罐冒顶后跑去关阀门，行走约300m，有可能产生静电并达到放电的程度；风速对拖拉机手的磨擦也可能产生静电，人处于绝缘状态，产生的静电不易从四个轮胎导走。
    ②其他因素产生静电的可能。如汽油漫罐时喷油气雾带电，地面汽油蒸发带电等。但经专家组论证，静电引爆给予排除。这是因为：当时的空气湿度为70％-75％，在这种气象条件下产生静电的可能性极小；汽油大量从罐顶漫溢飘散，油罐中心区浓度非常之大，操作工跑动关闭阀门之处浓度会超过爆炸上限；爆炸发生后，同伴找到他时，己严重烧伤，身上衣服烧光，头发烧焦，但还在慢慢行动，嘴中不停地讲话，后虽在送往医院途中死亡，但显然他没有处于爆炸中心。
(2)手扶拖拉机排气管火星引爆的认定
    ①经鉴定，吕国生驾驶的手扶拖拉机虽有阻火器，但排气管堵塞积炭，已失去阻火作用，在起动初速时就有火星冒出。
    ②用同样型号的拖拉机进行试验，空载拖拉机(爆炸区内拖拉机为重载)阻火器除去积炭(爆炸区内拖拉机积炭严重)条件下，驱动8min，阻火器部位明显出现火星。
    ③驾驶拖拉机经过的道路，恰好是汽油蒸气扩散挥发的边缘偏内一点，蒸气浓度处在最佳状态。
    ④经对拖拉机手与操作工的尸体解剖，操作工烧伤面积80％，其中Ⅱ度烧伤45％，Ⅲ度烧伤30％；驾驶员烧伤面积达95％，其中Ⅱ度烧伤55％，Ⅲ度烧伤45％，且烧伤部位明显不同，左侧面部及脖颈部烧伤严重，前胸有几处开创性伤口，而背部伤势明显较轻，这是由于位于前方的拖拉机排气管火星引爆可燃气体的初始状态及传播方向造成的结果。
3  事故原因的认定
    经上述分析，可以认定事故原因是：当日15时左右，白班操作人员进行310罐加剂后用泵循环操作时，本应打开循环线上该罐的出口阀，但却错误地将循环线上311罐出口阀打开，造成311罐抽出的油进入310罐之后，在计算机连续报警的情况下，始终没有引起操作人员的重视；交接班不严不细，没有发现在事故状态下运行，接班后事故状态延续，导致310罐冒罐外溢，汽油蒸气在罐区及罐区范围之外大面积扩散。18时15分左右，驶入爆燃区域的手扶拖拉机尾气排气火花点燃了大面积扩散的气油蒸汽与空气混合物，终于酿成这次重大火灾事故。事故的具体过程是：
    (1)311罐收满油后，理应关闭罐根阀封罐，但这个岗位不关闭油罐的罐根阀进行封罐已成惯例，致使在循环线上开错阀的误操作，将311罐中的油泵人310罐，造成满罐外溢。
    (2)操作人员工作责任心不强，严重违反操作纪律，对310罐的高液位报警无动于衷，既不报告也不认真查找原因，待闻到汽油味才去检查已为时过晚。
    (3)操作工交接班不到现场进行交接，也不认真核对运行流程，只是进行了口头交接，致使流程错误未能及时发现。
    (4)巡回检查挂牌制等岗位责任制流于形式，形同虚设(牌已锈蚀，长时间不挂牌)，也没有人对巡检制度的执行进行检查和督促。
    (5)罐区阀组各阀门上没有标记，几个罐的阀组并列在一条线上，容易在操作中造成失误。
    (6)该油罐区属一级防火防爆区，拖拉机等机动车辆理应禁入，但厂里对外单位机动车颁发通行证管理不严，手扶拖拉机手竟持过期的通行证将拖拉机从油罐区旁的马路上驶过，尾气的火花直接导致了"10．21"火灾事故的发生。
    (7)油罐的消防泡沫线未按正规设计，自1988年投用后没有认真检查完好的状况。油罐的半固定泡沫灭火线底阀没有安装(4个阀埋在土下，一个也没安上)，长期没有发现，在救火中泡沫短路跑掉，没有起到消防线应起的作用，延误了灭火的时机。
    (8)防火堤内的排水明沟出罐区没有按规定加装闸板或阀门，造成满罐溢出的汽油流出堤外。
    (9)该油罐区缺乏符合消防规范的总体设计，建成的汽油罐区一直没有形成环形消防通道，造成火灾时普通消防车不能接近火源进行有效的扑救，延长了大火扑灭的时间。
4  事故教训
4．1  预防事故必须加强法制
    本次事故，从根本上说，是由于管理人员和操作人员长期不重视安全法律、法规造成的，是这个厂对火险隐患整改不力所致。据消防部门调查，310号油罐所在的罐区建于1965年，1982年改建为汽油罐，工程实施过程中既没有按消防规范对消防安全设施、道路等进行改造，也未按规定要求办理防火审批手续，整个罐区没有消防通道，未按规定设置防火堤。此外，消防设施不足，已有的也多数损坏，不能发挥作用。特别严重的是库区对机动车辆管理不严，未装阻火器的机动车辆可以随意进出。这次大火的火种就是未装阻火器的拖拉机带入的。
对于这些问题，南京市消防部门曾多次发出重大火险隐患通知书，要求其尽快整改。1993年8月3日和9月17日也曾先后两次发出通报，并责成其将整改情况在9月30日前报市防火委员会，但该厂仍未重视。
    由于这个厂长期忽视防火安全，近几年不断发生火险火情。就在去年6月30  日，这个厂的铂重整车间就因违章作业，致使氢气罐燃烧爆炸，当场炸死3人。  但这个厂仍未吸取教训，致使轰动全国的"10．21"大火发生。
4．2  预防事故必须加强人的管理和教育
     这次火灾经历了一连串的环节，只要有一个环节不通，也不会酿成如此大的事故。然而，对石化工业的事故原因进行的统计结果表明，由于技术上没有解决的问题或由于意外不可抗拒的原因造成事故的，几乎没有碰到，而事故却经常出在管理上和纪律上。据了解，其他行业也存在类似的现象。这样，消除和减少生产事故，所表现的是必然从生产过程的各个环节人手，运用科学的方法，超前管理，系统防范，做好生产的本质安全基础工作。所强调的做法通常是企业安全管理必须加强领导，经常进行安全规章制度教育，落实安全经费，建设现场防护设施，强化安全检查和隐患整改。这些都曾是企业安全管理行之有效的办法和经验。然而，从根本上讲，这些成功都是外力作用的结果，没有正常发挥生产者即管理和纪律的施承者的潜能，没有创造出具有再生能力的“抗病”机体群。    消除和减少生产事故，必须从生产的支承主体——人着手，加强对人的教育和管理，变行政管理为契约整合和自然追求，以达到安全再生的目的，也是减少生产事故的根本途径。