一、事故簡(jiǎn)述

    2010年4月2日，在美國(guó)Tesoro煉油廠的一個(gè)換熱器E-6600E發(fā)生了災(zāi)難性的破裂，易燃的氫氣和約260℃的石腦油從破裂的換熱器泄漏出來(lái)，被引燃發(fā)生爆炸，并引起火災(zāi)，經(jīng)過(guò)3小時(shí)才撲滅。

    圖-1 換熱器突然破裂形成大火球

    換熱器破裂時(shí)，高溫物料泄漏后就被引燃，形成一個(gè)大火球。當(dāng)時(shí)有操作人員正在現(xiàn)場(chǎng)工作，1名班長(zhǎng)和6名操作工當(dāng)場(chǎng)死亡。

    圖-2 操作人員需要在現(xiàn)場(chǎng)頻繁開(kāi)關(guān)手閥（調(diào)節(jié)流量和溫度）

    工廠該單元共有6個(gè)換熱器（平行的兩組），用于反應(yīng)器的進(jìn)料預(yù)熱。發(fā)生事故時(shí)，換熱器D、E與-F在工作中，操作人員正在將換熱器A、B和C投入生產(chǎn)，此時(shí)換熱器E突然破裂了（碳鋼材質(zhì)）。

    圖-3 兩組并聯(lián)的換熱器

    二、調(diào)查發(fā)現(xiàn)的情況

    換熱器E是碳鋼材質(zhì)建造，遭受了高溫氫腐蝕。換熱器B和換熱器E的材質(zhì)及操作條件相同，它雖然沒(méi)有破裂，其實(shí)也遭受了嚴(yán)重的高溫氫腐蝕。

    高溫氫腐蝕會(huì)產(chǎn)生裂紋：當(dāng)碳鋼暴露在高溫的氫氣環(huán)境下，會(huì)發(fā)生高溫氫腐蝕。氫腐蝕容易發(fā)生在應(yīng)力大和沒(méi)有經(jīng)過(guò)焊后熱處理的區(qū)域。

    【機(jī)理】：氫原子滲透進(jìn)入金屬本體，氫原子與金屬結(jié)構(gòu)中的碳原子結(jié)合，形成甲烷氣體。甲烷留在金屬體內(nèi)并且膨脹，產(chǎn)生壓力，金屬本體因此產(chǎn)生裂紋。

    圖-4 氫原子和碳原子結(jié)合成甲烷分子

    圖-5 甲烷分子膨脹形成裂紋

    氫腐蝕非常難識(shí)別：它往往出現(xiàn)在很小的局部區(qū)域，需要在顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)，而且，只有當(dāng)設(shè)備已經(jīng)損壞后，才能發(fā)現(xiàn)它。對(duì)氫腐蝕的識(shí)別，對(duì)檢驗(yàn)人員的專業(yè)要求非常高，大部分的檢驗(yàn)人員都不具備這樣的專業(yè)能力。因此，依靠檢驗(yàn)很難解決問(wèn)題。設(shè)備的檢驗(yàn)和焊接后熱處理都依賴管理制度（屬于行政管理措施），不是可靠的安全措施。

    本質(zhì)安全的設(shè)計(jì)是防止氫腐蝕更好的途徑。API（美國(guó)石油協(xié)會(huì)）提出，高鉻鋼能顯著消除氫腐蝕的影響。本次事故中的換熱器B和E都是碳鋼建造，不是本質(zhì)上更加安全的材質(zhì)。

    工廠之前開(kāi)展過(guò)工藝危害分析，提到過(guò)氫腐蝕的問(wèn)題，但只是定性地對(duì)相關(guān)措施進(jìn)行了羅列，沒(méi)有對(duì)安全措施的有效性進(jìn)行確認(rèn)。后續(xù)的工藝危害分析復(fù)審，也沒(méi)有提出新的要求。

    這些換熱器的開(kāi)車(chē)操作是非常規(guī)作業(yè)，具有一定的危險(xiǎn)性。在以往開(kāi)車(chē)期間，經(jīng)常發(fā)生泄漏，工廠管理層之前的確想了一些辦法來(lái)阻止泄漏，都沒(méi)有奏效。在生產(chǎn)正常后，這些泄漏通常就會(huì)終止。逐漸地，工廠后來(lái)就沒(méi)有再采取新的措施，把開(kāi)車(chē)期間的泄漏視為可以接受的“正?，F(xiàn)象”，

    在1995年，對(duì)換熱器的操作進(jìn)行了改變（變更），增加了換熱器內(nèi)氫氣的分壓，這會(huì)加劇氫腐蝕。針對(duì)該變更的工藝危害分析并沒(méi)有對(duì)氫腐蝕的影響開(kāi)展評(píng)估。在2009年，為了阻止泄漏，工廠又在換熱器上增加了蒸汽注入點(diǎn)。

    盡管很容易監(jiān)控這些換熱器的操作條件，但是工廠并沒(méi)有這么做。腐蝕專家通過(guò)尼爾森曲線（Nelson curve）來(lái)判斷氫腐蝕的影響時(shí)，采用的是設(shè)計(jì)條件數(shù)據(jù)，而不是實(shí)際的操作參數(shù)，于是得出了錯(cuò)誤的結(jié)論（事實(shí)上，換熱器B和E的一些高溫區(qū)是在碳鋼尼爾森曲線以上操作，會(huì)存在氫腐蝕）。

    圖-6 換熱器第四段的操作部分位于曲線上方

    換熱器的操作程序要求只安排一名操作人員到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行開(kāi)車(chē)任務(wù)，在開(kāi)車(chē)這類危險(xiǎn)性較高的作業(yè)任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，該工廠缺乏有效的措施來(lái)限制現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)人數(shù)。事故發(fā)生時(shí)，班長(zhǎng)要求額外的5個(gè)人到現(xiàn)場(chǎng)，他們都不幸死亡（換熱器組在開(kāi)車(chē)期間總是存在泄漏的情形，工廠管理層沒(méi)有進(jìn)一步研究落實(shí)防止泄漏的措施，因此，在開(kāi)車(chē)期間需要較多人在現(xiàn)場(chǎng)，主要任務(wù)是準(zhǔn)備堵漏。此外，換熱器相連的管道上有尺寸很大的手閥，操作人員需要在開(kāi)車(chē)時(shí)就地頻繁開(kāi)關(guān)閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)溫度，這也是導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)需要更多人的原因之一。

    在2006年以前，工廠建立了腐蝕控制制度，根據(jù)該制度編制了詳細(xì)的機(jī)械完整性檢查清單，此后中斷了腐蝕相關(guān)的檢查，理由是“這些不是法規(guī)所明確要求的”任務(wù)。

    三、小結(jié)

    機(jī)械完整性是防止泄漏、實(shí)現(xiàn)工藝安全的物質(zhì)基礎(chǔ)。它貫穿設(shè)備的整個(gè)生命周期，包括設(shè)備的設(shè)計(jì)階段。設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)工藝條件選擇適當(dāng)?shù)慕ㄔ觳馁|(zhì)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)械完整性的重要前提條件。

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責(zé)任編輯：劉洋

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