英国某公司爆炸事故分析

    1974年6月1日16时许，英国某公司发生爆炸事故，造成厂内28人死亡，36人受伤，厂外53人受伤。损失达2.544亿美元。
1 工厂及生产过程简介
    该公司位于英格兰中东部，以生产己内酰胺和硫酸铵肥料为主，且为英国仅有的一家“尼龙6”原料制造厂。1967年完成第一套以酚为原料的己内酰胺生产装置，生产能力为2万t/a。该装置生产后不久即开始筹建第二套年产量为5万t己内酰胺生产装置，并以环己烷为原料，采用磷酸羟胺法，于1972年另建新车间开始该套装置的生产。
    该公司主要生产车间有合成氨、发烟硫酸制造、空分、胺制造、氢制造。环己烷车间包含了串联式的6座氧化反应槽，以环己烷为原料制成己内酰胺。其制造过程中，首先将环己烷在6个串联的氧化反应槽中，以辛酸盐(caprylic acid)为催化剂，经空气氧化成环己酮和环己醇，再转变成己内酰胺。反应后液体的成分是：94％(mol)的环己烷；6％(mol)的含有环己酮和环己醇及其他一些副产物。正常情况下，此为液相反应。温度为155℃，压力为0．86MPa。6座氧化反应槽以串联形式排列，氧化反应槽外壳为1．27cm厚的碳钢，以0．32cm厚的不锈钢为内衬。为使前一氧化反应槽内氧化不完全的环己烷在下一氧化反应槽内继续氧化，两座氧化反应槽之间装设有72cm的溢流管，并用伸缩接头相连接，以防胀缩所产生的问题。前后两座氧化槽之间有18cm的高度差，以使氧化反应槽内的液体可以凭自身重力流向下一氧化反应槽。

2 事故经过
    1974年3月27日傍晚，反应系统中的5号氧化反应槽的碳钢外壳发现150cm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，准备停车检验泄漏点。经检验为氧化反应槽的内衬、外壳皆产生相当程度的破裂，不适合再参与反应过程，因此决定拆下5号氧化反应槽，以便检修。
    28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3—6个月，而当时英国国内对于己内酰胺的需求甚急，不适合停工降低工厂产能，为了让该车间继续运行，决定将第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，即进行修复工作。在装4号和6号氧化反应槽间连接管线时，施工人员仅在现场地面上以粉笔画一简单的修复工程图样，并没有预先规划并绘制正规的设计工程图及必要的工程应力详细核算。现场以鹰架支撑管子。两氧化反应槽间因有高度差(约相差35.5cm)，故以三曲旁通管作为两氧化反应槽间的连接管，而原来氧化反应槽出口处的伸缩接头管径为72cm，但当时厂内只有管径为51cm的管线可用。施工人员经大概的计算后，认为51 cm管线尚可提供反应时所需的流量，并以直管计算压力后得出亦可承受操作时的压力，决定以此管取代之。三曲旁通管仅以分成四点的鹰架支撑着，结构上并不坚固。于3月30日2时完成全部修复作业。
    修复后经试漏检测即恢复生产。到5月29日又发现泄漏，其位置为下部液面计处。于是将整个反应系统的压力降低至0.15MPa，并降低温度使之冷却，停工2天执行部分修复工作。于6月1日4时再度开工。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，至早上5时才开工。在6月1日7时换班时，值班主管对压力情况未对下一班值班人员交代清楚，因此接班后值班人员并未注意压力变化情况。
    到6月1日下午，开始有可燃性气体外泄，但并无人员注意到。将近16时，空气中弥漫着大量的可燃性气体，并向外扩散。可能在氢气2车间遇点火源着火，随即发生了爆炸。环己烷蒸气云的爆炸造成2个替代的伸缩接头受外力发生破裂挫曲，而连接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个替代的伸缩接头受不了当时的外力引起破裂弯曲，造成容器内环己烷大量外泄。
3  事故造成的影响
    临时配管内的部分流体通过裂口喷到外面，管内环己烷的压力迅速减小而失去了平衡状态(环己烷的沸点为80.8℃)，变成瞬间的过热状态(液温比该时压力下的沸点高的状态)。过热状态的液体极不稳定，在液体内产生无数沸腾中心，其气泡迅速生长时，配管内的液体剧烈膨胀，两次产生冲击内压，波纹管的裂口扩大，使配管的一端脱离反应槽，管内的液体边沸腾边喷出管口，因配管受到喷射的反作用，最后从反应槽上完全脱离下来。侧壁开口之后，不久发生了蒸气爆炸，反应槽内的环己烷(50t)随同其蒸气一起从开口部呈液滴状猛烈地喷出。根据计算，至少有全液量的42％的环己烷蒸发了(膨胀到原体积的113倍)，同时大量的液滴变成喷雾状向外喷出。从临时配管排放到大气中的蒸气，至少有43t以上。
    专家根据爆炸的情况，推算出此次环己烷的蒸气云爆炸的威力相当于约20t TNT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600m，高300m的1600℃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160m，50km外也能听到爆炸声。
    当时正在厂内工作的人员，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6km范围内亦有53人受伤，另有百余人受轻伤。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。
4  事故原因探讨
    工厂管理不良、人员操作失误及设备安置错误，都直接或间接地导致了这次灾难的发生。该起事故原因归纳如下：
    (1)维修过程无详细的规划
    查出5号氧化反应槽破裂需维修后，连接4号和6号氧化反应槽的管线的设计，并不是经由有经验的工程师负责，整个设计图是用粉笔简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72cm管线，却以51cm管线代替，且对于此旁通管既未作强度计算，也未实施耐压检验。事故发生后旁通管弯曲成“＜”状掉落，究其原因是旁通管的安装不够完好。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；为防止因内部流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修改管理不良
    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填补这一职位。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工艺修改。在执行改善工程前，应先进行必要的风险评估，以确保基本过程整体设计没有被改变或破坏。缺乏有经验的资深专业技术人员的指导，这是事故发生的祸因之一。如果该厂没有工艺修改管理制度的话，修改前专家评估小组必会先查看有关法规、标准、操作规程等相关资料，然后才会订立安全的具体方案，不至于因总工程师的离职而有考虑不周之憾。工艺修改管理制度的欠缺是此起事故的关键因素。
    (3)值班人员交代不清
    爆炸前，6月1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代凌晨泄漏修补情况，以至于值班人员不了解情况，而造成疏于查巡修补后的设备。
    (4)测漏时压力设定不足
    在修复后使用0．39MPa的氮气进行试漏时发现有泄漏，进行部分焊接修补，再以0．88MPa的氮气压力试漏，确定无泄漏。但是，依据英国标准规定，泄漏试验应以设计压力的1.3倍以上的压力进行水压试验。如果该厂当时使用1.18MPa以上的压力试验，必然会立即发现缺陷处，这场事故或许能避免。再者，如果现场不能做水压试验时，亦可用气压试验代替，但是对于可能发生的危险应有妥善的防范措施。
    (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(0.57MPa)和高温时，不用直接接触，只要附近有含锌物质就会导致锌的脆化现象，使不锈钢突然失效。因此，当不锈钢材料受到相当高温时，不锈钢表面应仔细检查或酸洗。该起事故发生后，在事故现场收集到不锈钢管发现有锌脆化表面龟裂现象，经研究，判断为与分离器连接的21cm不锈钢管线因锌产生脆化而发生龟裂。
    (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100ppm以下，否则当金属表面温度超过50℃，可溶性盐类会被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。当发现5号氧化反应槽有裂纹时，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)厂区建筑物、设备的配置不良
    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的附近，且控制室是小木屋构造，而并非耐爆结构，造成爆炸区附近被完全摧毁，人员死伤严重。
    (8)该厂储存过多的危险性可燃物质
    该厂事故当时储存着1500m3环己烷、300 m3石脑油、50m3甲苯、120m3苯、2046 m3汽油。该厂经过许可的危险物质储存量仅有32m3石脑油、6.8 m3汽油，但该厂却储存着大量未获批准储存的危险物质，这些物质也是爆炸后造成连续10天大火的主要原因。
    (9)氮气的供应不足
    该厂某些生产过程的安全保障有赖于供给足够的氮气。但事故后调查资料显示，环己烷氧化系统再次开车操作常受氮气供应不足而停顿，其原因是该厂本身氮气的产能不足，又无足够的氮气储存设备，需要厂外的供应补充。
    (10)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。
5  建议措施
    (1)落实危险物及有害物的周知制度
    存在于工厂中的危险物及有害物有多种，如爆炸性、可燃性、腐蚀性、毒性、放射性等物质。为了确保这些危害物质能够被工人正确地使用而不至于产生危害，必须建立工厂危险物及有害物周知制度，一方面有效地管理工厂中的各种危害物质；另一方面使工人能够清楚地认识工厂中的各种危害物质的特性及正确的使用方法，以避免工人因不正确地使用这些危害物质而发生意外。危险物及有害物的周知制度内容包括：①危害物质周知计划书；②危害物质清单；③危害物质的标示；④化学品安全技术说明书(MSDS)；⑤工人的安全卫生与训练。
    (2)使用防爆型的电器设备
    在整个化工生产过程中会使用到大量的电器设备，这些电器设备如果没有经过特殊的设计，很容易产生火花，成为点火源，再加上化工厂内爆炸性及可燃性的物质相当的多，因此引起火灾爆炸的危险性相当的高，所以应尽可能在此类作业环境中采用特定等级防爆型的电器设备，降低爆炸发生概率。一般防爆型的电器设备可分为五大类：①耐压型的防爆设备；②内压型的防爆设备；③安全防爆设备；④绝缘油防爆设备；⑤本质安全化防爆设备。
    (3)建立、健全安全管理制度
    现代社会是追求可持续发展的时代，只重视生产而忽视安全环保管理的经营理念是落伍的。由此事故可以看出该公司经营理念的不正确，赶时生产固然重要，但是亦不能忽略工厂安全而降低工程标准，省去必要的安全步骤往往欲速则不达。
    (4)安装防漏和测漏装置
    处理化学物质的设备应装有防漏与测漏装置，以防泄漏发生，或在泄漏发生后发出警报。
    (5)设置自动火灾监测警报装置
    自动火灾监测警报装置可及早发现火灾的发生，以及火灾初期的灭火，但需定期维修警报装置。
    (6)实施量化风险评估
    实施生产过程安全风险评估可以分析工艺过程中潜在危险发生原因、应有的保护措施、潜在危险发生后的后果严重性、危害发生频率，并评估其风险值是否可接受或需有改善措施以降低风险，保障工厂及社区的安全。
    (7)建立周密的紧急应变体系
    对于工厂而言，建立一套完整的紧急应变体系是不可或缺的。通过有系统的规划，使得紧急应变程序在各类化学灾害中发挥其功能，在最短的时间内，有效地遏制灾害范围的扩大，以降低灾害对人类及环境的冲击，最终的目的就是保持一个安全无害的环境。