一起助爆药生产厂的爆炸事故分析

　　摘要：叙述了1998年1月7日发生在美国Sierra化学公司主管的助爆药生产的厂的爆炸事故。访事故造成4人死亡，6人受鹄。报告中涉及的安全问题有：过程安全管理、过程危险分析、培训、语言障碍、操作规程、建筑地点和雇员拳与。有关的安全建议已经提交给了Siera化学套司、其他爆炸物生产使用单位、内华迭州职业安全与健康实施部、国防部。

　　关键词助爆药；爆炸；Siera；过程危险分析；PETN

　　1 背景介绍

　　1．1 生产情况及地理位置

　　Sierra化学公司足一家私人的产品多样化的化学品制造商 其产品主要用于采矿、市政和废水处理等行业：该公司所属的Kean Canyon (以下简称KC)厂主要是为采矿业生产爆炸性助爆药，还定制采金矿用的炸药，及分装纯碱销售绐采矿行业。助爆药就是提供必需的附加能量使那些较不敏感的炸药或其它高爆炸性炸药产生剧烈爆炸。该厂生产的助爆药包古基础混合物(Pentolite，彭托利特炸药)和次爆炸性混合物，两者都被灌人厚硬纸板筒中。基础混合物中的主要成分是TNT、PETN (季戊四醇、四硝基甲烷)、复合物一B (组成为6]％的RDX和36％ 的 T)还有TNT和}tDX (旋风炸药)的馄合物。彭托利特炸药是TNT和PETN的混合物。KC厂位于内华达州sparks的公司总部 东11km左右。Siera还将KC厂内的部分土地租始了Frehner建筑公司。两厂锁着的大门隔开。KC广的爆炸原料和成品助爆药都储存在西部山边的炸药库内。KC厂的设施都建在一系列的梯田上。最高的梯田是用来存放设备和原材料的；次高的梯田包括工艺用水和纯碱的储存容器；助爆药的生产、助熔剂的混台、纯碱的重新包装操作都是在第三梯田的生产车间中进行的，该梯田大约在第～梯田 下3．1m；化学实验室、职员休息室和停车区域都位于第四梯田， 比前一梯田低5 5m；PETN建筑物和炸药库位于第五梯田，约在前一梯田 下1 6m，大约在助爆药二车间7 0m 下。

　　1 2 KC厂生产建筑物

　　助爆药生产、储存和纯碱的包装操作的建筑物都是为了扩大生产规模而附带的。制造炸药的建筑物是由加固的(0 2m)厚的混凝土块建造而成的，由木桩支撑，沥青焦油封顶。先前建造的金属建筑物存放纸产品和成品助熔剂。

　　1 2 1 助曝药=车间

　　助爆药二车间建于1974年．为了便于熔化／倾倒在1996年翻修过。该车间大约长12 2m、宽12．2m。爆炸前已连续生产4个月 沿助爆药二车问的北墙平台是由钢柱支撑的203mm厚的加固混凝土块。工人将原材料放于2台独立的熔化／倾倒生产线之间的平台上。沿着该车间北墙的1 2m高的平台有6个混合罐 这些罐分别从东到西由1到6编号。1 罐和6 罐还未正式启用，2 罐和5 罐用来对TNT、复合物一B、PETN进行混合。3 罐和4 罐较小，用来从PETN和TNT中制造彭托利特炸药。所有混合罐都装有测量仪器，用以显示蒸汽温度和爆炸混合物温度：每个罐都有一条排放管线，将灰尘或蒸汽排放出去。接规定1 、2 、5 、6 罐应作为备用罐。罐体材质为不锈钢，且有碳钢蒸汽外夹套 蒸汽通过蒸汽外央套、破碎棒和罐底的排放管线夹套绐罐和排放管线加热。3 、4 罐是从食品加 ．厂买来的，与其他4个罐子类似，只是较小～ 些。

　　2台倾倒操作台是在倾倒和冷却工艺期间用来放置助爆药柱体的。台上有新鲜空气供应罩，为倾倒的助爆药提供初步冷却。成品助爆药在位于倾倒台南面的箱子里进行冷却 工A将成品助爆药盒装好后放在输送带上或成品架上运到外面炸药库。

　　1 2．2 助爆药二车间

　　在设计和大小上，助爆药一车间和二车间类似，该车问有3个熔化罐，4个混台罐，其中的3个混合罐用在熔化／倾倒操作中，工人用第4个混合罐来维持复合物一B的液态供应。复合物一B是熔化／倾倒过程中加入的物料之一。3个熔化罐是用来维持液态TNT供应的，该车间西北角还有一个小炸药库，用来储存PETN

　　2 事故经过

　　1998年1月6日15时，助爆药二车间西边的１名操作工早早地离开了工厂，圈下22．7—45．4kg熔化了的爆炸性基础混合物在5 罐中，混合罐的叶片向混合物中伸人了约2英寸(5i r岫) 他特此情况口头告知另1名操作工。助爆药二车间西边的另1名操作工于1月7日7时30分到达了工厂(每组2名操作工)，观看了助爆药一车间，并问候了正在进行倾倒作业的工友，7时30分离开。监督员在大约7时4o分到达并在助爆药一车间停留了约5分钟，然后与另1名工人骑车到附近的碎石坑。

　　除了安排到助爆药二车同西边的二名操作工外，还有其他3名工人在助爆药二车间。这3人中有1位是外来工，他在变换室等人；1名包装工在助爆药二车间包装成品助爆药；剩下1位正在将材料从托车中移到助熔剂室。由于过丁1夜，5 罐中的基础混合物已经固化。7时54分3秒，当助爆药二车闻的操作工启动混合罐电动机，即发生了爆炸。爆炸冲击波弓f燃了车问内几千磅的爆炸物，继而摧毁了建筑物 重型设备爆炸形成带火的碎片落到了PETN厂房的屋顶，3．5秒后引发了第二次更加猛烈的爆炸(该爆炸间隔由内华达州里诺大学的地震实验室传感器网络测得，并精确到0．2秒。该实验室测得的空气波证实了助爆药二车问首先发生爆炸)。助爆药一车间的北墙、西墙和南墙仍然存在，但是别的场所，包括助爆药=车间已经被夷为平地。PETN厂房所在地和相连的炸药库留有18．3m长、12 2m宽、1．8m深的一个大坑。爆炸可在32kin外感觉到。炸飞的建筑材料、生产装置和其他一些碎片最远散落到9 1 km远。其中一大炸药库和位于PETN厂房西的小炸药库的门被负压脉冲弹开，里面储存的大量爆炸材料幸亏未被引爆。另外，泄露的丙烷、内燃机燃料和助熔剂混合室、纯碱包装室、实验室中泄漏的物质都对环境产生很大的污染：

　　共有11名职员在事故现场，助爆药二车间的4名工人当场被炸死，另有6人在事故中受伤。

　　当第一攻爆炸发生时，助爆药一车间的1名工人看到一巨大的火球吞没 停在助爆药二车间外的一辆卡车。该工人被抛向西墙 同时房间的天花板和东墙倒塌在他和其他几名工人的身E。

　　3 爆炸后的初始响应

　　7时58分Washoe县县长办公室和Truckee牧场消防管理处首先接到了关于里喏以东约161 km左右发生的爆炸报告，并迅速派出救援队。里喏消防部门也随即派出了救援人员。最初的应急救援者在8时10分左右到达了爆炸现场，但未能实施灭火工作，因为燃着的材料有进一步爆炸的可能 而且火势正在蔓延，储存在炸药库中的炸药随时可能爆炸。只能暂时迅速疏散附近的人员及装置 现场迅速成立了救援指挥部，该部由Washee县县长统一指挥，下设5个分机构：人员救援、消防、危险材料转移、法律实施和环境管辖。现场附近划定了警戒线。1小时后．助爆药一车间的南墙被烧塌。第二天11时大火终于自行熄灭了。警戒线一直持续到1月13日

　　4 事故调查

　　美国化工安全和危险调查委员会(CSB)于1998年1月10曰到2月6日对该爆炸事故进行了一次现场调查。调查组的责任是检查和分析爆炸环境， 了，解事故的发生过程以判断事故原因。调查组评价了该厂的过程设计和安全管理系统，以决定控制此类爆炸事故的措施 此次调查的最终目的是为了研究防止此类事故的方法。

　　调查组采用以下调查方法： (1)与其他调查机构通力合作：(2)通过检查事故现场情况对资料进行整理； (3)采访相关人员；(4)收集、查询相关资料。

　　CSB调查组查知：第一次爆炸发生在助爆药二车间，第二次爆炸发生在PETN厂房内：爆炸中涉及了大量的爆炸材料，包括：PETN、复合物一B、TM 及其他通过国防部购买的炸药，诸如A一3和『lx一14(用来替代复合物一B) 调查组估计爆炸事故造成的爆炸材料损失情况列于表1。每种爆炸材料的损失总量都是基于管理部门的估计，与此1997年12月31日的材料

　　目录进行对照，与运输部门的记录数量相扔捕获得的 估计有l1 9t的炸药在爆炸中和接下来的火灾中损失掉。

表１各车间厂房内的爆炸物损失情况

　　表1中的每个助爆药车间的炸药数量是管理部门的估计，据工人估计助爆药二车间有3 2—3．6t的炸药，而非管理部门怙计为5 4t。

　　4 1 发现的问题

　　4 1．1 材料管理问题

　　在Sierra，复合物一B是作为废弃物通过国防部非军事化途径购买的。除了复合物一B还购买了很多别的废弃物，例如复合物A一3、复合物H一6、LX～14和Otto1。标以PBX4的材料盘被认为pBX一9404，也保存在主要炸药库里与其他爆炸物的盒子混淆了。标以HMX的盒子也在炸药库中被发现，它们被工人误认为原材料的替代物。

　　4 1 2 助爆药二车问的蝽化 颧倒工段发现的问题

　　在助爆药二车间有2条独立的生产线，没有 T熔化罐。工艺中使用的所有TNT都以薄片形式加到混合罐中。每条生产线用一个大的基础混合罐和一个较小的彭特利特炸药混合罐。该车间使用的新蒸汽系统给混合罐提供了高容量、低压蒸汽。该系统能快速加热和熔化物料。

　　助爆药二车间只制订了一天值班表。当天制造助爆药所需的PETN、薄片 T和复合物一B都已经在前一天下班前放置在混合罐附近的平台上。助爆药二车问每天早上7时到7时30分轮班 不像助爆药一车问每条生产线上有2名操作工=助爆药二车间每条生产线上只有1名操作工。

　　通过采访操作工，助爆药二车间熔44=／倾倒操作前的正常步骤包括：

　　(1)检查物料罐；

　　(2)打开基础混合罐和彭特利特炸药混合罐的蒸汽供应和凝固调节阀；

　　(3)启动搅拌电动机；

　　(4)若需要的话，破碎大块的复合物一B。

　　而被采访者声称，他们未检查罐子里留下的物料，因为一般轮班时基础混合罐和彭特利特炸药混合罐是空的。

　　4．1 3 助爆药一车间蝽化操作工段发现的问题

　　助爆药一车间已经生产了20多年了，它有3个1 熔化罐和4个混合罐。其中2个混合罐是为基础混合使用的；另1个馄合罐是为彭特利特炸药混合使用的；还有1个混合罐被称为复合物一B罐，因为它是用来熔化复合物一B的，这个附加罐的使用是因为助爆药一车间的热水系统加热速度慢。不像助爆药二车间职工只有1个轮班，该车间还有一个轮班在15时开始=该车间的两次轮班导致操作工使用不同的熔化／倾倒操作步骤。例如既然操作已经从早上的轮班开始了，就没有必要在第二次轮班生产操作前再检测混合物的含量 该车间的基础混台罐和彭特利特炸药混合罐在第二班末一般是空的。

　　调查组认为助爆药一车间和二车间不同的操作步骤是值得注意的。助爆药一车间在第二班期间培训过的操作工，后来却被分配到助爆药二车间工作．容易造成习惯性违章。例如在开始融化／f龋倒操作前不检查混合罐。

　　5 事故原因

　　5．1 助爆药二车间轮班时罐子里的凝固物料

　　爆炸前夜，助爆药二车间的1名操作工在罐5中留下了22．7—45．4kg的炸药。每天的最后，都要求操作工将每只罐的蒸汽阀部分打开，以保持锅炉的循环，防止生产线上冷凝物凝固。如果环境温度低于爆炸混合物的凝固点，要想保持它们在冰点以上．这些蒸汽量是不够的。OSIL~t的调查人员查知，爆炸前夜，温度下降了11—14℃。

　　由于密度不同，在无搅拌的条件下，不同的炸药和混合物馄舍倾向于分层。这种分层会增加留在罐里爆炸物料的敏感度。开动搅拌器，将分层的炸药浸没到固化堆的51man处，就会因冲击而产生剧烈的爆炸危险。若叶片不能击碎炸药．助爆药二车间电动机上的过流保护装置将停止发动机的运行，但不是在叶片对炸药产生扭矩之前。由于罐底的炸药排放管线上存在固化物质，如果炸药在罐内没有产生摩擦、没有在排放线上受到切割，炸药对罐子是不可能有单纯的能量释放的。

　　所以在这样的固化物料中转动搅拌器是很危险的，很可能引起剧烈爆炸。

　　5．2 彭特利特炸药混合罐中PETN的干混合

　　在两助爆药车间的操作中一个明显的不同是：在助爆药二车间，PETN是在先前没有 T的情况下将彭特利特炸药加入混合罐的 这样做是为了减轻PETN的残留湿气。该厂监督人员表明，助爆药二车间的PETN有更高的湿气含量．是因为该车间的馄台器有一个更高的热容。

　　在没有TM 作为溶剂和润滑剂的情况下．将PETN加进热罐中的行为就给罐中产生静电或高摩擦创造了理想的条件。操作工不知道工艺中的4种爆炸物中PETN对电冲击和摩擦是最敏感的。因为监督人员没有观察助爆药二车间的启动过程，而且在该车间没有相关的台帐记录，所以监督人员是不可能意识到操作工在未先加 T的情况下干混合PETN的。

　　5 3 大块的爆炸性原料

　　操作工一般用锤子击碎大块爆炸性原料。打击大块炸药所使用的任何类型的锤子都可能引起爆炸。即使使用铜锤这种不产生火花的锤子仍可能由于工具的冲击而产生爆炸。而且，最近制造的助爆药过程中引A 了Lx一14，它有更大而硬的大块原料需要更大的力来破碎。

　　另外，与大块爆炸物料有关的爆炸危险是混合叶片和罐壁或破碎棒之间的撞击。助爆药二车间的基础混合物大混合罐的内壁是由9．5mm的不锈钢制成的。这种钢材的硬度就增加了摩擦、切割和冲击，这就增加了爆炸的可能性。

　　5 4 混合器中的杂质

　　据工人所说，听到过助爆药一车问的混合器中有由杂质产生的撕裂的噪声。夹有金属杂质的作药就会有由于杂质的摩擦或火花而产生爆炸的可能。如果在助爆药二车间的基础混合罐中加A更多复合物一B材料之前就有物料部分熔化，郡么材料中的杂质在罐内破碎导致摩擦，从而弓l爆混合物的可能性就很大。

　　助爆药一车间的操作工~兑，在复台物一B罐和基础棍台罐里发现杂质是常见的。大多数杂质都源于复合物一B。操作工用塑料桶的金属柄挑出杂质。这些杂质主要是：螺栓、螺丝、锥形铜和助爆药模具上的铝片。这些杂质以前曾经破坏过助爆药一车间的大混台物一B罐的内壳。

　　助爆药二车问的操作工也在基础混合罐中发现了杂质。怛这些杂质倾向于留在助爆药中，而非留在混音罐中，这是因为在新的助爆药二车间的设施的排放管线和阀门更大。

　　5 5 不安全的工作习惯和使用替代材料

　　通过采访工人，揭露了涉及爆炸材料的许多不安全行为。调查组还发现了在制造过程中使用替代物料的问题。

　　5 5．1 甩金属工具切下排放管线

　　调查组发现在助爆药一车间操作工一般用金属工具切下混合罐排放管线。其他公司在熔化／1匿倒操作期间发生的几起炸药生产事故也是由使用金属工具切下或强力敲击排放管线上的法兰而产生的。助爆药一车间的排放管线，尤其是复合物一B罐和大的基础混合罐上的排放管线经常堵塞。一般操作中有两种工具被用来清除堵塞的排放管线：一种是用塑料桶的金属柄；另一种工具是l2．7mm直径的钢棒，它有一环状柄，棒的工作末端被磨尖，这样就可以捅碎堵塞的物料。厂监督员曾发现过这种操作方法，井口头要求放弃这种操作方法。工人反映．有时很难清理排放管线，所以他们必须用更大的力气将金属棒反复塞进法兰，直到块状物料破碎。当消除了堵塞时，要快速抽出工具，否则热的熔化了的炸药混合物就会从开启的阀门喷出，从而灼伤清理的工人。虽然在助爆药一车间金属棒的使用是普遍的，但在助爆药二车间一般不使用。因为该车间的排放管线的设计进行了改善，而且蒸汽系统有更高的热量。当形成堵塞时．操作工可以给排放管线增加蒸汽量，在几分钟内就能融化堵塞的物料。

　　5．5．2 击碎抛弃的助爆药

　　当抛弃的助爆药积累了300kg左右，工人就要击碎抛弃的助爆药，这种情况大约每两三个月就要发生一次。外来工一般在PETN炸药库附近的助爆药一车间的西北角落击碎助爆药。击碎过程是将抛弃的助爆药放在地板上的大块木头上，然后用锤子敲击。锤子的使用就为冲击或撞击引爆创造了条件现场使用人工合成的毛发扫把、塑料簸箕和塑料桶来清洁助爆药碎片，这又会产生静电危害

　　5 5 3 替代材料的使用

　　LX一14是在政府拍卖时当作原材料和其他材料一起买回的，而且未做任何检查。外来工误认为所有物质都是复台物一B，但他们使用LX一14时未意识到它不易融化。工人对lJx－一14的物理化学特性没有充分的理解。所以，给罐内加入一种未知的爆炸材料是很危险的。

　　5 6 厂房建筑物间距和结构

　　sieⅡa的建筑物彼此没有足够的安全距离，该距离不能防止爆炸从一建筑物传播到另一建筑物 基于建筑物中的炸药特性．缺乏有效的屏障和厂间安全距离。助爆药二车间同助爆药一车间的间距应至少150m，而不是约24m的实际间距。此外，助爆药一、二车间本应离PETN厂房至少75m远，而不是现在的分别约为67m和56ha的实际间距。

　　与炸药生产无关的助溶操作和其他化学操作为在与助爆药二车间相临的车间内进行 这就导致助爆药二车间爆炸后事故损失的扩大=按规定这些操作应至少离炸药生产设施38lm。

　　PETN厂房东边的干燥室安有天窗。天窗可能由于助爆药二车间的爆炸产生过压而破裂，同时．也使来自助爆药2室爆炸落下的热碎片更易进人PETN厂房引燃爆炸物。梯田结构虽然可以阻挡水平喷射的高速碎片，但对高处坠下的爆炸碎片却无能为力。

　　建筑物结构也是不合理的，车间厂房由20×2o×41em的混凝土块堆砌而成。这种结构虽然能预防外来能量的冲击，f=日它在自身爆炸时却会产生许多的碎片，使爆炸破坏力和影响范围扩大 最好按照“抵抗事故爆炸后果的结构(DOD1990)的规定进行设计。

　　5 7 监督管理问题

　　OSHA的PsM标准要求，炸药生产商要对他们的生产进行PHA过程危险分析，PHA小组人员需包括公司总经理、副总经理 过程安全管理专家和工程管理者。操作工没有意识到PHA的存在。当栗访一些PHA的参与者时，他们也没有充分认识到过程中的危险。倒如尽管PHA陈述静电可能潜在地产生爆炸．仉一名参与者却说静电是不危险的。sieⅡa管理人员意识到r爆炸物制造行业的一些最近发生的事故，但他们没有系统地将其他单位的事故教训纳人PHA过程中 PHA也未意识到建筑物安全距离的不足

　　在KC厂没有通过台帐记录来确保熔化／倾倒操作的连贯性和安全 熔化／倾倒操作过程只为个别操作工所知。助爆药二车同缺乏正常的操作规程。

　　自从爆炸前4个月设备启动以来，管理者都未想起在助爆药二车间观察启动过程，管理者不能描述助爆药二车间生产线启动的具体步骤。这样使工人的操作具有很强的随意性

　　5 8 培训

　　在 e珊儿乎所有的人都是依靠在职培训。如果由于进行丁培训而减少了培训员在生产助爆药中的熟练，他们可能会失去部分薪水。而且，在毫无管理部门提供手写章程、检查表、标准或操作准则的情况下，培训的内容和决定什么是可行的行为就由培训员自由决定。这就造成受训I者缺乏对危险的理解和控制能力。熔化／倾倒培训过程是通过口头表达的=培洲效率依靠工作习惯、技巧、经验和操作工的记忆力。熔化／倾倒操作培训过程第一步是让受训者观看有经验的工人进行每步操作，看过后，受训者要在有经验工人的监督下进行操作。依靠受训I者的具体情况，当受训者对操作完全理解，能够令培训员满意r即被认为是合格了

　　如果培训I没有正确的规范化，那么在职培训会导致重要信息被忽略，不能交流正确信息会导致职员的不莲贯的工作行为。KC厂的在职培训也没有介绍来自大范围行业的经验。在助爆药二车间的该操作工，在进人该车间时未接受培训，因为此前他在助爆药一车间进行熔化／倾倒工作已经有1年的工作经验了，在1997年11月调人助爆药二车间时被认为是合格的，管理者也未向他交代两车间的不同。

　　5．9 语言障碍

　　在KC厂．被太部分操作员可理解的语言是西班牙语。一般的OSHA培训过程包括一些西班牙语录像带，但化学品的安全数据表却不是西班牙语的，培训过程用英语，然后由一名职员翻译成西班牙语，但翻译过程中会出现翻译质量及理解方面的差别 厂内也没有用西班牙语写的法规章程。

　　6 建议

　　Sierra化学公司及其他爆炸物制造企业要认真履行PSM标准要求，要对爆炸物的安全原则和安全行为有清晰的了解。以下建议是针对Sierra公司的KC厂发现的问题而提出来的。炸药制造厂应该对他们的生产过程进行有效的评价，可从以下几方面进行：

　　(1)工艺危险分析包括对距离大小的检测、建筑设计、人的因素的分析，通过事故报告由管理者得出经验教_I目l供借鉴、吸取

　　(2)对工艺控制进行具体的台帐记录，以记录下所有的操作过程。

　　(3)加强与制造或处理爆炸物的有关人士的化学伤害和过程安全信息的交流。

　　(4)对于在线管理者，要进行培训和考核，使其对爆炸物的安全原则和专业知识有基本的了解。

　　(5)工艺变化，诸如建筑物的建造和调整，爆炸物成分和生产装置的改变，过程工艺方法的变化，都需要进行分析，而且PSM要素也需要根据这些变化而更新。

　　(6)进行预先的安全评价，可确保发生变化时操作的可行性。

　　(7)OSHA的PSM表彰的所有要素都要经过周期性评估和安全程序的审核=

　　(8)雇员参与过程安全恬动，可以有救地解决安全问题

　　(9)提供爆炸物的安全规程，使相关人员对爆炸禚c的危险和控制有一定的了解。

　　(1o)在工厂设计或调整方案中要写下以下内容：爆炸物制造厂房要有足够的安全距离，以减轻能量传播危险；

　　b无关的化学或工业操作或设施要用距离指标与爆炸设备分开；

　　c．设备、建筑物的设计要减轻次级碎片的产生，这些碎片会导致爆炸物和额外能量的传播。

　　(11)严格执行内华达州州长在1998年6月10日发布的州长令，每年至少要全方位检查2次。