1.事故簡介  

     2015年11月29日，周日，Delaware煉化公司的硫酸烷基化裝置處發(fā)生閃火，一名操作人員面部和頸部二級燒傷，手腕處三級燒傷。事故發(fā)生時，操作人員正在進行設(shè)備維護作業(yè)的準(zhǔn)備工作，排除和倒空一個位于兩個隔離點之間的儲罐。一個單獨的切斷閥將已凈化的儲罐與帶壓、帶料的脫丙烷塔（內(nèi)含烴類化合物）隔離開，操作人員不知道該切斷閥在關(guān)閉位置發(fā)生了泄漏，導(dǎo)致可燃物料從脫丙烷塔發(fā)生了回流。當(dāng)操作人員打開儲罐排凝閥，試圖排空儲罐內(nèi)的冷凝水（操作人員誤以為只是冷凝水）時，脫丙烷塔內(nèi)的烴類化合物泄漏進入污水系統(tǒng)，并被點燃，發(fā)生閃火。

2. 烷基化裝置工藝流程簡介

       煉油廠烷基化裝置的工藝原理是，在酸性催化劑（磺酸或者氫氟酸）的作用下，低分子量的碳?xì)浠衔铮ㄖ饕潜┖投∠┡c異丁烷反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成更大分子量的具有高辛烷值的側(cè)鏈烷烴。Delaware煉油廠烷基化裝置接收來自焦化裝置和催化裂解裝置的丁烯物料，包括2套烷基化反應(yīng)器區(qū)域，每套均有2臺平行運行的反應(yīng)器。運行溫度越低時，反應(yīng)生成的烷基化物質(zhì)量越高。丙烷和多余的異丁烷循環(huán)經(jīng)過反應(yīng)器，冷卻反應(yīng)過程，然后冷凝，并被輸送回烷基化反應(yīng)器。少量的丙烷和多余的異丁烷循環(huán)物料進入脫丙烷塔，脫丙烷塔通過除去多余的丙烷以維持裝置內(nèi)最佳的丙烷濃度。在進入脫丙烷塔之前，烷基化反應(yīng)器丙烷物料通過堿洗系統(tǒng)除去微量的二氧化硫，以降低對設(shè)備和管線造成的腐蝕風(fēng)險。

      此次火災(zāi)事故發(fā)生在烷基化裝置的堿洗部分。如圖1所示，堿沉降器中使用堿性氫氧化鈉清洗除掉烷基化反應(yīng)器丙烷物料中的微量二氧化硫，然后溶液被送入一個聚結(jié)器，以確保烴類物料進入脫丙烷塔之前混雜的堿和水混合物被除掉。物料中的堿液通過堿沉降器的排凝閥除去，并再循環(huán)進入流程中。有時候，廢堿液從堿沉降器中提取出來后進入一個驟冷箱，再排入煉油廠火炬系統(tǒng)。

圖1：脫丙烷塔堿洗系統(tǒng)工藝流程示意圖

3.閃火事故發(fā)生過程

3.1 事故發(fā)生前

      事故發(fā)生的當(dāng)天，烷基化裝置操作人員正在進行設(shè)備準(zhǔn)備工作，維保部門將在第二天進行施工作業(yè)。在設(shè)備準(zhǔn)備活動的整個過程中，包括事故發(fā)生時，烷基化裝置一直是由操作人員控制。設(shè)備維護活動涉及更換一段位于堿沉降器排凝管線和堿液循環(huán)泵之間的管線（如圖1所示），長度約6m，該段管線是在一個月之前的例行檢查過程中發(fā)現(xiàn)的，如圖2所示。

圖2：長約6m的更換管線

      維保部門為了更換該段管線，操作人員首先必須有效隔離管線，并排空。本周早些時候，操作人員計劃通過關(guān)閉堿液排凝閥（位于堿沉降器下游和需要更換的管線上游），如圖3所示，從而把堿沉降器與堿液循環(huán)泵隔離。然而，在事故發(fā)生的四天前，操作人員發(fā)現(xiàn)這個堿液排凝閥發(fā)生了內(nèi)漏，所以不能進行有效隔離密封，可能導(dǎo)致閥門在關(guān)閉位置時物料泄漏。

圖3：最初的隔離方案（紅色標(biāo)注）

      由于這個閥門不能實現(xiàn)有效隔離密封，操作人員不能隔離此段需要更換的管線，所以只能擴大隔離范圍，選擇位于堿沉降器和聚結(jié)器下游的另一個切斷閥，這樣的話，堿沉降器和聚結(jié)器就都包括在隔離范圍內(nèi)。為了大范圍的隔離，相應(yīng)的設(shè)備準(zhǔn)備活動安排在2015年11月29日，周日。在烷基化裝置的周末操作指令里，裝置主管記錄了發(fā)生泄漏的隔離閥，并安排操作人員在周日把堿沉降器停用，以隔離計劃在11月30日（周一）更換的管線。除了堿沉降器之外，擴大的隔離方案還需要清空聚結(jié)器內(nèi)的物料，確保需要更換的管線內(nèi)不存在烴類物料，如圖4所示。一名操作人員查找關(guān)于如何停用這些設(shè)備的操作程序或工作輔助程序，但是不存在這樣的文件，所以白班操作人員制定了關(guān)于如何隔離和倒空設(shè)備的非正式的操作指令。

圖4：擴大范圍的隔離方案（紅色標(biāo)注）

      開始作業(yè)時，白班操作人員首先關(guān)閉了為堿沉降器供料的丙烷泵，切斷來自烷基化反應(yīng)器的丙烷物料，然后向堿沉降器內(nèi)充滿工藝?yán)淠▉碜?.28MPa的蒸汽系統(tǒng)，一般用于沖洗設(shè)備和儲罐），向脫丙烷塔方向置換堿沉降器和聚結(jié)器內(nèi)的物料，冷凝水進入下游聚結(jié)器。操作人員監(jiān)控著聚結(jié)器下游管線的溫度，當(dāng)溫度升高時，表示工藝?yán)淠堰_到預(yù)熱器閥門，并置換了堿沉降器和聚結(jié)器內(nèi)的物料。白班操作人員還在堿沉降器上連接了一根氮氣軟管，輔助置換容器內(nèi)的烴類物料和其他物料。當(dāng)白班操作人員確認(rèn)堿沉降器和聚結(jié)器內(nèi)充滿了工藝?yán)淠?，且容器?nèi)物料已被置換到脫丙烷塔中，該操作人員就關(guān)閉了脫丙烷塔的入口閥和出口閥，把脫丙烷塔停用。根據(jù)Delaware煉油廠稱，脫丙烷塔對于烷基化工藝不是關(guān)鍵設(shè)備，可以在裝置運行過程中停用。作為變更的隔離方案的一部分，脫丙烷塔內(nèi)存有物料，且處于帶壓狀態(tài)。處于關(guān)閉狀態(tài)的聚結(jié)器出口閥門的作用是，在整個維護作業(yè)的準(zhǔn)備過程中將聚結(jié)器、堿沉降器與帶壓、存有物料的脫丙烷塔隔離開。

      當(dāng)把堿沉降器、聚結(jié)器與脫丙烷塔隔離完成之后，白班操作人員將聚結(jié)器和堿沉降器內(nèi)充斥的一部分冷凝水排到驟冷箱中，把任何殘留的烴類物料排放到煉油廠火炬系統(tǒng)中。然后，白班操作人員把容器內(nèi)剩余的物料直接排入了堿沉降器下面的含油污水系統(tǒng)，并開始進行第二次和最終的冷凝水充裝，直到換班。

3.2 事故發(fā)生

      2015年11月29日，剛過換班時間，夜班操作人員與白班操作人員關(guān)于維護準(zhǔn)備工作情況進行了溝通，并檢查了白班操作人員手寫的作業(yè)過程列表，同時還確認(rèn)了哪個設(shè)備已經(jīng)被隔離。夜班操作人員獨自進行設(shè)備準(zhǔn)備任務(wù)的下一步工作，把第二次充裝的冷凝水從容器內(nèi)排空。下午6:00左右，夜班操作人員打開排凝閥，繼續(xù)排空設(shè)備，把攜帶的冷凝水排入含油污水系統(tǒng)。就在他剛打開去含油污水系統(tǒng)的76mm排凝閥時（如圖3所示），突然看到一團火焰向他撲來，閃火造成夜班操作人員的面部和頸部二級燒傷，手腕處三級燒傷。他立即離開該區(qū)域，并啟動了固定式消防設(shè)備。

      事故過程中，在位于堿沉降器下部含油污水排凝點與鍋爐之間的泵站的多個100mm含油污水排凝處均出現(xiàn)了火焰，運行中的鍋爐位于堿沉降器東面約37m。另外一個操作人員正在烷基化裝置區(qū)域巡檢，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后與控制室的其他人員一起展開滅火。煉油廠現(xiàn)場應(yīng)急小組通過隔離燃料源，控制了火災(zāi)，燃燒了約1小時。

      一名烷基化裝置操作人員回憶稱，主要的火焰源頭是堿沉降器（靠近去含油污水系統(tǒng)的排凝處）下面的76mm排凝管線。他關(guān)閉了去含油污水系統(tǒng)的排凝閥，隔離了烴類物料，并用滅火器撲滅了堿沉降器引出的13mm排凝管線處的小面積火焰，如圖5所示。該操作人員關(guān)閉了位于脫丙烷塔上游的預(yù)熱器閥門，切斷了來自脫丙烷塔的烴類物料供應(yīng)。

圖5：事故中涉及的排凝管線

4. 閃火事故分析

4.1 閃火的起源

     CSB調(diào)查組認(rèn)為，在維護作業(yè)準(zhǔn)備活動過程中脫丙烷塔內(nèi)的烴類物料很可能通過發(fā)生泄漏的聚結(jié)器100mm出口閥進入了聚結(jié)器和堿沉降器中。當(dāng)晚班操作人員開始將容器內(nèi)物料排放至含油污水系統(tǒng)時，一個位于堿沉降器東側(cè)約37m的鍋爐很可能是引燃烴類物料的點火源，如圖6所示。當(dāng)烷基化裝置操作人員擴大隔離范圍（包括聚結(jié)器和堿沉降器），只關(guān)閉了位于脫丙烷塔和計劃隔離設(shè)備之間的一個閥門。

圖6：脫丙烷塔堿洗系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備位置示意圖

      根據(jù)后期檢測發(fā)現(xiàn)，100mm的聚結(jié)器出口閘閥上在閥座位置出現(xiàn)了緩慢的泄漏，在設(shè)備準(zhǔn)備活動過程中可能造成了脫丙烷塔內(nèi)的烴類物料回流至堿沉降器和聚結(jié)器中。根據(jù)事故后對控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，也驗證了脫丙烷塔出現(xiàn)了回流；通過工藝數(shù)據(jù)的審查分析，發(fā)現(xiàn)在白班操作人員開始向聚結(jié)器和堿沉降器內(nèi)第二次通冷凝水清洗之前，堿沉降器液位計記錄顯示容器內(nèi)物料體積出現(xiàn)稍微增長，這說明脫丙烷塔內(nèi)的物料通過了泄漏的閥門。另外，控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，在第二次冷凝水沖洗前，脫丙烷塔的壓力表和液位計讀數(shù)立刻出現(xiàn)了降低，這說明脫丙烷塔正在把蒸汽壓力釋放到聚結(jié)器和堿沉降器。

      當(dāng)夜班操作人員開始從容器內(nèi)排放冷凝水時，他期望把容器內(nèi)物料完全排空。然而，從脫丙烷塔回流回來的烴類液體和蒸汽，還有冷凝水，都流進了含油污水排放系統(tǒng)。烴類蒸汽（大部分是極易燃燒的異丁烷和丙烷），遇到鍋爐位置的點火源，形成閃火。

4.2非常規(guī)作業(yè)

      在進行設(shè)備或管線維護作業(yè)之前，操作人員通常會采取泄壓、排空、清洗和排凝等措施進行設(shè)備或管線的準(zhǔn)備工作。這些活動經(jīng)常涉及工藝設(shè)備和管線的開口作業(yè)，會導(dǎo)致危險能量的釋放。雖然設(shè)備維護準(zhǔn)備活動在工藝裝置中發(fā)生的相當(dāng)頻繁，但是根據(jù)不同設(shè)備、管線或多個設(shè)備組合等實際情況，涉及的詳細(xì)作業(yè)任務(wù)會有所不同，這樣的話可能屬于非常規(guī)作業(yè)，沒有包含在現(xiàn)有的作業(yè)程序中。由于設(shè)備準(zhǔn)備活動的非常規(guī)性質(zhì)，工藝裝置應(yīng)建立一套完善的系統(tǒng)，確保仔細(xì)地制定設(shè)備準(zhǔn)備活動計劃，包括選擇正確的隔離方法和通過風(fēng)險評估識別危險源等。

      維護作業(yè)是非常關(guān)鍵的事故源頭，原因并不在于維護作業(yè)本身，更多是因為設(shè)備維護準(zhǔn)備活動。在煉油廠，常規(guī)作業(yè)包括日常的操作人員活動，例如對工藝設(shè)備進行微調(diào)，對產(chǎn)品采樣確保產(chǎn)品質(zhì)量等。非常規(guī)作業(yè)通常會涉及到更高的風(fēng)險，因此需要特別的重視。

      Delaware煉油廠操作人員向CSB調(diào)查員表述，設(shè)備維護準(zhǔn)備工作對于操作人員來說很普通。但是，CSB調(diào)查組認(rèn)為，隔離和倒空聚結(jié)器和堿沉降器這樣的特定工作并不常見。一名操作人員稱，最初的隔離方案是比較常見的，因為操作程序和清除堿沉降器內(nèi)的廢堿液的程序相似。擴大范圍的隔離方案不是常規(guī)作業(yè)，而且白班操作人員也不記得事故當(dāng)天之前是否停用了聚結(jié)器和堿沉降器。通過對Delaware煉油廠相關(guān)操作程序的審查，CSB調(diào)查組認(rèn)為，Delaware煉油廠缺少如何將運行中的堿沉降器和聚結(jié)器停用的特定操作程序，還缺少如何確保設(shè)備維護準(zhǔn)備工作安全進行的通用操作程序。

4.3設(shè)備隔離

      維護準(zhǔn)備活動（例如設(shè)備排凝）經(jīng)常會涉及到把停用的設(shè)備與帶壓、存有物料的設(shè)備和管線進行有效隔離。通過關(guān)閉閥門、增加盲板或物理隔斷能量源等措施，能夠?qū)⒐芫€、設(shè)備與工藝流程隔離。關(guān)閉閥門是效果最不好的一種措施，因為閥門可能發(fā)生內(nèi)漏，允許有害能量源通過。相比而言，增加盲板阻斷管線物料是一種更為安全有效的隔離措施。最有效的措施則是與危險的能量源物理隔斷。

      Delaware煉油廠依靠一個單獨的隔離閥作為脫丙烷塔內(nèi)烴類物料和計劃排空的設(shè)備之間的安全隔離，事后發(fā)現(xiàn)該隔離閥出現(xiàn)了緩慢內(nèi)漏情況。Delaware煉油廠稱事故發(fā)生時這個閥門才安裝使用3個月。盡管這個閥門相對較新，單一的隔離閥不足以保證實現(xiàn)脫丙烷塔與聚結(jié)器、堿沉降器的有效隔離，阻止脫丙烷塔內(nèi)烴類物料回流至容器，從而導(dǎo)致在夜班操作人員開始向污油水系統(tǒng)排空容器時形成了可燃環(huán)境。

      Delaware煉油廠在事故發(fā)生后對與隔離設(shè)備相關(guān)的5個切斷閥進行了測試，發(fā)現(xiàn)在關(guān)閉狀態(tài)時全部出現(xiàn)了泄漏情況。堿沉降器下游的3個排凝閥均存在緩慢的和嚴(yán)重的泄漏現(xiàn)象。泄漏測試結(jié)果顯示，堿沉降器排凝閥的閥座出現(xiàn)破損或者缺失，聚結(jié)器出口較新的100mm閥門在0.83MPa空氣壓力下閥座都出現(xiàn)了緩慢泄漏。當(dāng)隔離范圍擴大至聚結(jié)器和堿沉降器時，Delaware煉油廠單獨依靠一個聚結(jié)器出口閥門阻止來自脫丙烷塔的烴類物料回流。

      正確的設(shè)備隔離和凈化方案首先要進行有效的預(yù)計劃和危險辨識，必須確保在維護準(zhǔn)備活動過程中不受有害能量的影響。選擇合適的隔離點，并驗證系統(tǒng)內(nèi)部不存在任何可能造成人員傷害的有害物料或能量，從而達到這種要求的無能量狀態(tài)。盡管在倒空設(shè)備和管線之前經(jīng)常采用關(guān)閉閥門的方式隔離設(shè)備，但是企業(yè)應(yīng)避免使用單一切斷閥的方式，在設(shè)備維護準(zhǔn)備時考慮采用更加有效的隔離方法。單一的切斷閥應(yīng)該只能用于隔離低危害的流體，而不能用于隔離含有高壓烴類物料的管線。

4.4 變更管理

      變更管理（ManagementOf Change, MOC）是針對設(shè)備設(shè)施、操作運行、人員和活動等方面發(fā)生的變化可能帶來的風(fēng)險進行評估和控制的過程，也可以用于針對修改操作程序、或者制定新的計劃或操作程序時可能帶來的意想不到的風(fēng)險進行識別、評估和控制。MOC應(yīng)在做出變更之前進行，要求評估、批準(zhǔn)并保護設(shè)備和人員，防止不期望后果的發(fā)生。MOC是OSHA（美國職業(yè)安全和健康管理署）制定的工藝安全管理的要素之一，通常一旦需要進行變更，就需要開展MOC審查，評估變更的細(xì)節(jié)以及對健康和安全方面的影響。在得到批準(zhǔn)之前，由具備相應(yīng)能力的人員通過系統(tǒng)的危險評估方法（例如HAZOP）進行MOC審查。變更一旦得到批準(zhǔn)，整個過程需要進行有效溝通和培訓(xùn)，確保所有的變化得到完全的理解。

      Delaware煉油廠具備MOC程序，范圍涵蓋了所有的臨時的、長期的工藝設(shè)備、操作程序和信息方面的變更管理。Delaware煉油廠針對計劃更換的管線進行了MOC審查，因為更換的管線材質(zhì)和原管線材質(zhì)不一樣。Delaware煉油廠MOC審查是按照工藝危害分析（PHA）的要求，具體取決于變更的復(fù)雜程度，例如小型且易理解的變更需要進行簡單的評估問卷審查，而復(fù)雜的變更則需要進行全面的PHA。Delaware煉油廠稱，沒有針對維護準(zhǔn)備活動和擴大范圍的隔離方案進行MOC審查，因為沒有可依照的現(xiàn)行程序和作業(yè)輔助。

      看似微小的變更也可能帶來危險，因此，MOC體系還應(yīng)包括不屬于常規(guī)MOC類別的非傳統(tǒng)變更。如果此次事故發(fā)生前進行了MOC審查，風(fēng)險評估就可能識別出來烴類物料回流的潛在可能性，并且發(fā)現(xiàn)聚結(jié)器和脫丙烷塔之間需要采用更加可靠的隔離方法。

5.事故啟示

（1）涉及設(shè)備維護準(zhǔn)備工作的操作任務(wù)可能是不常見的、非常規(guī)的作業(yè)，應(yīng)確保標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序（StandardOperation Procedure, SOP）涵蓋所有工藝設(shè)備維護準(zhǔn)備工作的詳細(xì)步驟，針對特定設(shè)備的程序或者覆蓋所有設(shè)備類型的通用準(zhǔn)備程序。這些程序應(yīng)包括倒空物料、凈化、清洗、蒸汽、吹掃和設(shè)備、儲罐排凝等任務(wù)。

（2）針對所有的設(shè)備準(zhǔn)備活動，應(yīng)建立相應(yīng)的控制程序，要求在開始作業(yè)之前進行預(yù)計劃和危害辨識，包括隔離點的正確選擇、設(shè)備準(zhǔn)備活動過程中潛在風(fēng)險的評估以及控制風(fēng)險的步驟。

（3）在設(shè)備維護作業(yè)開始前，為了倒空設(shè)備物料或凈化設(shè)備需要隔離相關(guān)設(shè)備，應(yīng)避免依靠一個單獨的切斷閥來控制危險能量（例如毒性物料、可燃物料或者高壓物料）的意外釋放，即使該閥門是新安裝的，因為閥門可能失效，泄漏，意外關(guān)閉或者打開。必須考慮采用更加可靠的隔離方法，包括雙切斷閥、增加盲板或者危險能量源的完全隔斷。

（4）當(dāng)已確定的設(shè)備準(zhǔn)備任務(wù)或者隔離方案由于閥門泄漏或者條件變化需要更改時，應(yīng)對變化可能帶來的風(fēng)險進行評估，包括MOC審查進行的風(fēng)險評估或者確保有效隔離、消除危險能量源的其他作業(yè)流程。

（5）在準(zhǔn)備設(shè)備維護隔離作業(yè)時，應(yīng)使用封閉系統(tǒng)（例如儲罐、火炬和洗滌器等）控制排凝液或者危險能量的釋放。避免將含有或者可能含有揮發(fā)性烴類或可燃物質(zhì)的物料排入含油污水系統(tǒng)中，特別是在存在點火源的情況下。

6. 總結(jié)

      在過程工業(yè)領(lǐng)域，非常規(guī)作業(yè)和維護過程中發(fā)生了很多事故，在CSB已經(jīng)調(diào)查的事故中，37%的事故發(fā)生在化工和生產(chǎn)設(shè)施的維護活動之前、維護活動過程中或緊接著維護活動，共導(dǎo)致86人死亡和410人受傷。因此，根據(jù)CSB調(diào)查組的調(diào)查結(jié)果和事故啟示，提醒操作人員、維保人員和裝置管理層應(yīng)建立全面的維護準(zhǔn)備程序，確保在非常規(guī)維護準(zhǔn)備活動開始之前進行風(fēng)險評估。