(一)事故概况
2004年5月12日12时31分,甘肃省西和县民福锌业有限责任公司发生一起浸出槽(压力容器)爆炸重大事故,造成1人死亡,1人受伤,直接经济损失455.5万元,间接经济损失1800.8万元。
事故设备为锌精矿复合催化氧化直接浸出工艺的关键设备─浸出槽,设计压力0.25MPa,设计温度125℃;设计介质为无毒性、非易燃、强酸性的硫酸锌,硫酸9%、硝酸1%;工作压力0.2MPa,工作温度90~120℃;筒体¢3600×12,封头DN3600×12,容器高5390mm,筒体与封头材质Q235B,容积47m?,壳体自重1.08t。容器内壁衬里为聚四氟乙烯,外壁保温层为岩棉/50;容器内设有换热面积为11.6m?的蒸汽加热(或自来水冷却)换热盘管,设有YCK三叶斜浆式、可拆涡轮式搅拌器;容器筒体腰部采用法兰(称为设备法兰,16Mn锻钢)连接,上下法兰连接螺栓设计为M30×380-T双头螺栓,共72个,材质为35钢。
2004年4月30日曾进行过试验,但未成功。2004年5月12日,进行第二次试验。12时30分时,液相温度为77℃,压力为0.04MPa,开始通入氧气。氧气流量为50m?/h,后调至170m?/h,又调至150~130m?/h。12时31分,1号浸出槽发生爆炸事故。
事故造成1号浸出槽设备法兰连接的72个双头螺栓全部断裂。浸出槽上半部被抛起,撞毁厂房屋顶横梁、撞透楼顶,撞碎搅拌器电机壳体,容器壳体倾斜落下,电机转子被甩出落在10多米远的楼顶上;容器壳体(位于设备下半部设备法兰与耳座之间)裂缝1处;壳体上封头凸缘周围因撞击反作用力产生严重内凹变形,设备法兰裂缝6道(上法兰2道,下法兰4道);搅拌器、换热(冷却)盘管、管道、阀门损坏,衬里及保温层局部损坏;容器支座钢筋混凝土墩台顶端100mm段开裂;车间一层、二层窗户及其玻璃全被摧毁;车间环形单梁吊车轨道报废。值班人员、车间副主任张某跌入浸出槽内死亡;试车总指挥卢某被气浪冲到,皮肤局部受擦伤。
(二)事故原因分析
1.直接原因
在1号浸出槽的试车过程中,精矿粉中的硫化锌、硫化铁在浸出槽内受热的条件下,与稀硫酸起化学反应,有硫化氢气体生成。由于供给氧气的控制与截断装置简陋,使送入浸出槽内的氧气的量达到了发生化学反应的条件。由于容器衬里─聚四氟乙烯的静电特性决定了非导体会产生静电,而该容器又没有装置导体防静电和非导体防静电设施,于是静电积聚直至放电产生火花,又具备了化学反应所需的点燃这一条件。化学反应H2S+3/2O2=SO2↑+H2O+519kg/mol发生后,有二氧化硫气体生成和大量的热量产生。这些化学反应释放的热量只能使二氧化硫气体体积膨胀以释放能量,结果使容器内部压力瞬间陡然上升,仅靠一只公称通径为DN150的安全阀根本来不及泄压,在容器结构的最薄弱部位发生破坏。
2.主要原因
合同约定设备制造单位无压力容器制造资格,未经技术提供方及原始设计方同意,擅自委托他人,在对工艺过程可能出现的反应过程和危险性物质不清楚的情况下,将设备法兰位置及搅拌机位置、个数、转速改变,导致螺栓应力集中;实际提供的容器竣工图与原设计中设计介质要求不符,与实际情况不符;容器类别与实际需要不符,未设计导体和非导体防静电装置的缺陷没有改正;对安全阀的排放能力没有计算;同时容器出厂前违规点焊伤螺栓,安装时未按规定进行报装,擅自指挥不具备压力容器焊接资工现场施焊,错误连接耳座筋板,导致容器壳体出现裂纹。
设计参数提供者对主要化学反应过程要求出现的危险性物质未说明清楚,同时对存在设计缺陷的设备图样盲目确认,导致压力容器设计介质与实际使用情况不符。
3.间接原因
操作人员岗前培训不到位。氧气控制装置不能保证合理控制。
(三)预防同类事故的措施
1.严禁将尚未成熟或未经专家鉴定的工艺应用于规模工业生产。
2.加强对压力容器设计制造单位的监管,设计制造应满足设计条件的实现。
3.进一步加强《特种设备安全监察条例》宣传和执行力度,杜绝特种设备的非法安装和非法使用。
4.要充分论证锌精矿复合催化氧化直接浸出工艺的可行性。如该工艺的确可行,应当通过形式试验或论证,改进和完善该工艺的关键设备─压力容器(浸出槽):
(1)按Ⅲ类压力容器的要求设计制造压力容器。
(2)确定适当的容积、结构尺寸、设计压力等参数。
(3)安全附件应优先采用安全阀与爆破片的组合。
(4)对容器及管道的导体或非导体装设防静电设施。
(5)通过自动化控制,对供给氧气的量(以mol计)做到总量控制,过量自动切断。控制适宜的温度、流量,防止超温超压和混合气体处于爆炸极限。
(6)气相介质的冷却降温应优先采用喷淋降温法。