1.介绍

2004年12月3日下午5点50分，美国德克萨斯州休斯敦市西南方向的马库斯石油和化学公司聚乙烯蜡加工装置发生了爆炸和火灾事故，多名员工听到了巨大的爆炸声，约
45秒钟后发生了一个更大的爆炸，消防队在爆炸发生后大约 5分钟到达达事故现场，在爆炸发生之后 7个小时（午夜）才将 3处大火扑灭。
3名消防队员在灭火的过程中受到了轻伤，多名当地居民被爆炸震碎的玻璃划伤，爆炸震碎了建筑和车辆的窗户玻璃，并导致
400m范围内的建筑结构损坏，附近的建筑、商业设施、教堂内教堂内的吊顶、灯具掉落。

 

直径
3.7m、长 15m、重
23t的7#罐被爆炸冲击波扔出了68m远，最终撞上了附近另一家公司的仓库（图1展示了爆炸导致的7#罐的位置变化），其他一些较大的爆炸碎片飞到了附近的社区，如：在152米外的小区发现了一个
9kg的钢板；在274m外的草地上发现了54kg的钢板；在 400m外的小区里发现了1kg的钢板。

2.马库斯石油和化学公司爆炸火灾事故工艺描述及物理证据和检测

马库斯石油和化学公司创建于1987年，主要生产高密度聚乙烯蜡，高密度聚乙烯蜡广泛用于生产涂料、粘合剂、抛光剂、橡胶生产以及纺织品等，年产量超过11.3万吨。

2.1工艺描述

马库斯石油和化学公司聚乙烯蜡生产工艺流程简图见图2所示，通过泵把石蜡槽车中的石蜡输送至洗涤罐中，原料在洗涤罐中进行沉降，杂质沉降至罐底，洗涤罐上部的石蜡提取出己烷和其他的烃类后凝固成聚乙烯蜡颗粒后包装。提取出的烃类储存在储罐中进行销售。在整个工艺生产过程中都会使用氮气来保护，避免熔化的石蜡与空气中的氧气接触。氧气的氧化作用会导致明亮的石蜡变色，这种情况是不能接受的。

 

操作工定期清理洗涤罐底部含有较多杂质的残液，清理出的残液凝固后储存在仓库中进行后续的处理。

2.2残液处理

操作人员通过人工将凝固的残液装进有高温蒸汽盘管的4#罐中进行熔化，然后通过泵转输至6#和7#罐缓存，准备进行处理，罐内的盘管中通入蒸汽来维持液态石蜡温度在149℃左右。

操作人员通过氮气系统给6#和7#罐增压，通过压差使4#罐中液态残液通过一段提升管进到泵入口，通过泵将残液送至处理装置进一步除去残液中的烃类，精制后的残液凝固成颗粒后包装，精制后的残液凝固

 

2.3氮气系统

氮气是在现场利用1台小型制氮机生产的，并储存在两个大型的压力容器中。氮气系统的最大压力是0.83Mpa（表压）。氮气减压阀将压力降到0.28-0.48Mpa（表压）后供给6#和7#罐。因为小型制氮机负荷不能够满足从罐中转移物料的需要，所以有时氮气的压力会降到从罐中转移物料所需要的最低压力。当操作人员等待制氮机给氮气储罐补压时，石蜡的输送将被延迟。

 

操作人员利用一个临时软管将压缩空气系统和制氮机的氮气分配系统连接起来，因为大负荷的空气压缩机能够迅速的的通过补充空气提高氮气系统的压力，所以解决了上述生产延迟问题。最后操作人员用一个永久性的管线和阀门更换了这个临时软管，这样的变更消除了每次当氮气系统压力太低时必须连接临时软管这个非常规作业，然而操作人员没有意识到向氮气系统直接补充空气会导致氮气储罐内有了氧气。

 

爆炸事故发生后美国化学安全与危害调查委员会（CSB）检测了制氮机、氮气减压阀、氮气储罐中的气体、石蜡、加工设备中的残液和7#罐的金属样品。通过对没有损坏的制氮机的出口气体进行检测来确定制氮机是否按设计条件运行。检测结果证实了气体样品含有
92%-96%的氮气和4%-8%的氧气，符合装置的设计条件。

 

对来自氮气储罐中的气体样品进行检测，来确定提供给
6#和7#罐的氮气纯度。这个样品含有82%的氮气和18%氧气。由此CSB的结论是：马库斯石油和化学公司为了给氮气系统充压而安装的压缩空气连接管线使氮气储罐中的氮气受到了氧气的污染。CSB的进一步结论是：氮气中的的氧气含量足以支持燃烧的发生。

 

CSB以各种不同的进口压力和流量数值对氮气减压阀进行检测，确定事故发生时7#罐可能的操作压力。原先设定的压力是0.46Mpa（表压）。进一步的测试确认了减压阀功能完好，减压阀上压力表的精确度小于0.007Mpa。

2.4 物理证据和检测

CSB目测了7#罐和找回的罐体及封头，没有发现设备铭牌，而且马库斯石油和化学公司不能提供有关7#罐体或者其它（5#、6#和
8#）罐的设计、制造以及安全操作压力的文件。

 

CSB按照美国机械工程师协会（ASME）的锅炉和压力容器规范计算出了7#罐的安全操作压力为
0.55Mpa（表压）。CSB发现马库斯石油和化学公司已经对5#、6#、7#和8#罐进行了改造。为了保证罐内的石蜡温度高于熔点温度，在每一台罐体的封头上都开了一个609mm直径的孔，在开孔上安装蒸汽加热盘管后焊接封死。

 

虽然7#罐上的补板没能找回，但是CSB调查人员的结论是：它与其它3个罐上的补板类似。因为补板的焊缝不能够满足通用的压力容器制造的工业质量标准，所以在事故期间，这个焊缝发生了失效。
马库斯石油和化学公司没有使用合格的焊工或者合适的焊接方法来重新焊接容器封头上的补板，并在罐体上安装了一个蒸汽管路的管嘴。公司人员也承认在焊接作业完成之后没有进行水压试验来检验这个容器。

 

CSB检测了废石蜡样品的可燃性和反应性。石蜡的闪点是110℃。石蜡样样品没有显示出放热性，因此CSB结论是：失控的化学反应不包括在这次事故的因素之中。

3.马库斯石油和化学公司爆炸火灾事故原因分析

CSB对马库斯石油和化学公司爆炸火灾事故进行了调查，根据相应的物理证据和检测结果，CSB确认最可能的事故场场景如下：

 

1) 操作人员使用了含有18%氧气的氮气取代原设计氧气浓度不大于8%的氮气充压6#和7#罐；

 

2）7#罐的内部压力（0.46Mpa（表压））可能超出罐体上补板焊缝的强度。这个焊缝完全失效，补板飞离了罐体；

 

3）罐内压力通过609mm直径开孔快速泄压。烃类蒸汽、压缩空气和炽热液态石蜡一同从开孔喷出；

 

4）当补板击中混凝土基座时产生了火花，可能点燃了石蜡和烃类蒸气；

 

5）7#罐内氧浓度能够使火焰窜回罐内部，内部闪爆使7#罐封头炸为几块；

 

6）2268kg的罐体被炸飞撞上了一台附近的闲置设备后最终停在137m外一座仓库处；

 

7）燃烧的聚乙烯石蜡散落到仓库和其他设备上，点燃了可燃物质。产生的大火燃烧了近7h。

其中CSB指出，马库斯石油和化学公司的3次变更导致了这此事故的发生：

变更1：7#罐体的开孔在罐内增加蒸汽加热盘管，补板的焊缝厚度低于整个补板厚度的 20%，并含有大量的裂纹，不合理焊缝的影响是双重的：一方面它减低了这部分罐体75%的强度；同时，焊肉的缺少和低劣的焊缝质量可能导致疲劳开裂的发展，进一步减低了焊缝的强度；

 

变更2：基于氮气减压阀的检测结果，7#罐体的内部压力最可能是0.46MPa（表压）。操作人员陈述这个氮气减压阀正常设定在0.31MPa，但是为了保持石蜡能够流进加工装置，人为地提高了这个压力。7#罐体的较高压力在事故发生时可能导致故障点的焊缝发生了变形。

 

变更3：马库斯油品和化学品公司将氮气系统和压缩空气系统链接起来，使得氮气系统快速充压。在废石蜡处理过程中，产品暴露于空气而发生的脱色现象没有引起关注。然而，管理人员没有评估来自于工艺变化的危险。利用压缩空气为氮气系统升压使得氮气中含有高达18%的氮气。这个氮气浓度足以支持罐内石蜡和烃类蒸汽的燃烧。

4.马库斯石油和化学公司爆炸火灾事故给我们的启示

通过CSB的事故原因分析，我们很明显可以看出，正是由于三次变更导致了事故的发生，化工生产总在经历各种变更，以满足市场需要、提高生产效率、优化操作条件、改善安全状况或达到其他目的。但是这些改变是双刃剑，它们带来好处的同时也可能增加危害，化工和石化行业的不少灾难性事故都是由于不恰当地改变工艺技术或设施而造成的。居统计大约80%的工艺安全事故都可以追溯到“不适当的变更”，因此对变更进行管理的实质是对潜在事故的预防和控制。

 

马库斯石油和化学公司的事故的一个重要原因是工厂缺乏管理变更的制度，没有对发生变更的工艺系统进行适当的安全审查，也没有人监督和批准相关的变更。变更管理制度的缺失，使得未经审查的变更顺利地通过设计、安装和投产。变更人员缺乏培训和足够的经验，他们没有认识到这种对工艺系统的改变可能造成的严重后果。

4.1什么是变更管理

变更管理（Management
of
Change，MOC）是工艺安全管理系统的一个重要要素，变更管理是指对化学品、工艺技术、设备、程序以及操作过程等永久性或暂时性的变更进行有计划的控制，确定变更的类型、等级、实施步骤等。

化工厂、石化厂涉及工艺安全的变更通常可以分为四类：

工艺技术变更；

作业程序变更；

工厂设施变更；

组织机构变更。

其中工艺技术的变更、作业程序的变更和工厂设施的变更通常直接影响工艺安全，而组织机构变更是间接地对工艺安全造成影响。

 

 

但是在国内一般把变更分为：同类替换、微小变更、工艺设备管更（技术变更）。

变更的管理流程有：变更分类；成立变更管理小组、工艺危害分析、申请与批准、变更实施、跟踪，验证、结项报告，文件更新归档，变更的内容的培训沟通。

 

4.2变更过程中的风险管理

 

变更管理的重点是对变更过程中的风险进行控制，变更过程的风险控制分为变更方案提出阶段、变更实施阶段、变更后的再开车阶段。

 

 

 

 

 

 

1）变更方案提出阶段的风险控制

在变更人员提出变更后，随之会有变更的方案，在方案提出后得到上级领导对变更进行确认前首先需要对方案进行相应的危害分析，如开展危险与可操作性分析（HAZOP）、保护层分析(LOPA)、如果 - 是(What-If)、检检查表(Check-List)、事件树分析(ETA)、事故树分析(FTA)、领结模型(Bow-tie analysis))、定量分析(QRA)、失效模式与影响分析(FMEA)、可靠性、可用性、可维护性分析(RAM)等。因为原有工艺及设备都是经过计算和和论证的，进行新的变更后我们不能单纯考虑变更方案本身涉及到的工艺系统、设备等的危害，我们还需要考虑变更后对整个系统的影响，进行全局考虑。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2）变更实施阶段的风险控制

在变更方案经过风险分析确定之后实施时，会涉及到动火作业、受限空间作业、高空作业、隔离锁定等作业。这时的风险需要我们运用工作安全分析（JSA）、任务风险分分析（TRA）、预先危害分析（PHA）等方法识别施工过程的风险，作业安全依靠HSE体系中的规程进行管理。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3）变更后再开车阶段的风险控制

变更实施完成后，再开车前需要做开车前安全检查（PSSR），需要检查变更的施工现场，确认变更项目的安装已经完成、施工安装和设备规格等与早先批准的变更文件及图纸一致，并且编制或修订了安全、操作、维修和应急响应等相关的程序文件。可以编制变更项目投产前的检查表，在投产之前根据检查表中所列的条目逐个核对，当所有条目都按照要求完成后具备开车条件时，才可以投料生产。

 

 

 

 

 

 

马库斯石油和化学公司的几次变更就没有在各个阶段对风险进行识别，并根据风险识别的结果采取相应的措施措施，进而导致了事故的发生。

4.3变更完成后的资料更新

 

变更的工艺系统投产后，变更工作还不算完成，还需要更新并保存所有受变更影响的图纸和文件，通常，可能需要更新的文件有工厂平面布置图、设备布置图、管道仪表流程图、操作程序、维修程序、应急预案和培训资料等。工厂还需要保存变更本身的文件，如：变更单、图纸、投产前安全检查的记录、培训或通知相关人员的书面记录等等。按照 OSHA对PSM的要求，工厂需要每隔五年重新确认以往完成的工艺危害分析的有效性，其中一项重要的工作就是审阅过去五年中发生的变更，审阅的时候需要用到变更相关的文件资料。

 

目前很多企业都面临着电子版PID图纸与现场的实际情况不匹配，设备的操作手册与现场的设备不匹配等很多资料与现场的实际际情况不符的问题，对后续的生产管理，开展HAZOP，新到装置的员工的培训等带来难题。其实这种问题就是每一次大大小小的变更实施后没有及时对资料进行更新的恶性循环造成的。

4.4 变更后的跟踪

变更后不能只是简单的认为变更资料归档后，变更就彻底完成了，而是需要对变更的效果进行跟踪，核实变更实施后预期的变更目的是否达到？是否给工艺系统带来了其他的附带影响？是否对系统中的其他设备造成了影响？在跟踪后确认变更的目的达到，无附带影响，且变更的工艺安全信息得到更新，相关人员得到培训，相关资料归档后才能认为变更的结束。

4.5 临时变更的管理

临时变更也可能导致灾难性的事故，尽管临时变更一般不需要像永久变更那样更新图纸和文件，但是仍然应该按照正常变更的步骤进行审查、批准、投产前的安全检查等等。临时变更如：临时对工艺系统增加或拆除设备，在工艺系统中使用临时的管道或阀门，临时旁通关键报警或者联锁等。

 

临时变更需要在一段时间后恢复原貌，因此有一定的时间限制，工厂可以自己规定临时变更的期限，期限可以是几天或几周，假如超出期限，也可以延期，但是在延期时应该有书面的批准。即使延期，通常期限也不应该超过6个月，否则，需要在当前批准的临时变更到期时重新申请新的临时变更。

5.结论

任何的变更都有可能使工艺系统偏离最初的设计意图，即使看似很小的改变，如果不妥善管理，都有可能导致灾难性的后果，这是企业需要建立变更管理程序、规范变更管理过程的重要原因。企业需要安排专人负责变更的管理，并制定详尽的变更管理程序，对变更的分类进行明确划分，做好变更各个阶段的风险管理，把变更过程中风险降到最低。

 

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文章来源：青岛赛诺      编辑：青岛赛诺

 

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