發行號：TS041 2015-11-04

概括

本文結合美國化學安全與危害調查委員會（CSB）對美國德克薩斯州休斯頓西南部馬庫斯石油化工公司聚乙烯蠟加工裝置爆炸和火災事故的分析，從更換管理層。事故原因及建議改善措施。

1.簡介

2004 年 12 月 3 日下午 5 點 50 分，馬庫斯石油和化學公司位于美國德克薩斯州休斯頓西南的聚乙烯蠟加工設施發生爆炸和火災，多名員工聽到巨大的爆炸聲。大約 45 秒后發生了更大的爆炸。消防隊在爆炸發生后約5分鐘到達事故現場，爆炸后用了7小時（午夜）將三處大火撲滅。3名消防員在滅火過程中受輕傷，數名當地居民被爆炸震碎的玻璃劃傷。爆炸震碎了建筑物和車輛的窗戶，對400m范圍內的建筑物造成破壞。建筑物、商業設施、教堂中的教堂的吊頂和燈具。

直徑3.7m、長15m、重23t的7#罐被沖擊波甩出68m，最終擊中附近另一家公司的倉庫（圖1為爆炸造成的7#罐。），其他較大的爆炸碎片飛到附近社區，例如：在152m外的一個社區發現了一塊9kg的鋼板；在274m外的草地上發現一塊54kg的鋼板；一個400m外的社區發現了1kg的鋼板。

圖1：爆炸導致7#罐位置移動45m

2.馬庫斯石油化工公司爆炸火災事故過程描述及物證檢測

馬庫斯石油化工公司成立于1987年，主要生產高密度聚乙烯蠟，廣泛用于涂料、膠粘劑、拋光劑、橡膠生產和紡織品的生產，年產1個以上1. 3萬噸。

2.1流程說明

馬庫斯石油化工公司聚乙烯蠟生產工藝示意圖如圖2所示。石蠟罐車中的石蠟通過泵輸送到洗滌槽，原料沉降在洗滌槽中，雜質沉降到罐底。洗滌槽上部的石蠟提取己烷等碳氫化合物，固化成聚乙烯蠟顆粒進行包裝。提取的碳氫化合物儲存在儲罐中以供出售。在整個過程中使用氮氣來保護熔融石蠟不與空氣中的氧氣接觸。氧氣的氧化會導致光亮石蠟變色，這是不可接受的。

圖2：聚乙烯蠟生產工藝示意圖

操作人員定期對洗滌槽底部含有較多雜質的殘液進行清洗，清洗后的殘液固化后存放在倉庫中，以備后續處理。

2.2 殘液處理

操作人員手動將凝固后的殘液注入帶有高溫蒸汽盤管的4#罐中進行熔化，然后通過泵將其輸送到6#和7#罐進行緩沖，準備好進行處理，盤管在坦克通過。蒸汽保持液體石蠟溫度在 149°C 左右。

操作人員通過氮氣系統對6#和7#罐加壓，使4#罐中的液體殘液通過壓力差通過立管進入泵入口，并通過壓力差將殘液送至處理裝置。泵進一步去除殘液中的殘液。對于碳氫化合物，將精制殘液固化成顆粒，然后進行包裝。精制殘液固化如圖3所示。

圖 3：殘液處理后的石蠟球形顆粒

2.3氮氣系統

使用小型氮氣發生器在現場生產氮氣并儲存在兩個大型壓力容器中。氮氣系統的最高壓力為0.83Mpa（表壓）。氮氣減壓閥將壓力降低到0.28-0.48Mpa（表壓）并供給6#和7#罐。由于小型制氮機負荷不能滿足從罐中輸送物料的需要，有時氮氣壓力會下降到從罐中輸送物料所需的最低壓力。在操作員等待制氮機對儲氮罐重新加壓期間，石蠟輸送將延遲。

操作員使用臨時軟管將壓縮空氣系統連接到制氮機的氮氣分配系統。由于重型空壓機可以用補充空氣快速提高氮氣系統的壓力，解決了上述生產延遲問題。最終，操作員用永久性管線和閥門替換了臨時軟管。這種變化消除了每次氮氣系統壓力過低時必須連接臨時軟管的非常規操作，但是操作員不知道直接補充空氣進入系統會導致氮氣罐中出現氧氣。

爆炸發生后，美國化學安全與危害調查委員會（CSB）檢查了氮氣發生器、氮氣減壓閥、氮氣儲罐中的氣體、石蠟、加工設備中的殘留液體以及7#罐中的金屬樣品。通過檢測未損壞的制氮機出口氣體，判斷制氮機是否按設計工況運行。測試結果證實，氣樣中含氮92%-96%，含氧4%-8%，滿足裝置設計條件。

對來自氮氣儲罐的氣體樣本進行了測試，以確定供應給 6# 和 7# 罐的氮氣純度。該樣品含有 82% 的氮氣和 18% 的氧氣。CSB 由此得出結論，馬庫斯石油和化學公司安裝的用于加壓氮氣系統的壓縮空氣連接管線已將氮氣儲罐中的氮氣污染了氧氣。CSB 進一步得出結論，氮氣中的氧含量足以支持燃燒。

CSB通過各種入口壓力和流量值對氮氣減壓閥進行測試，以確定事故發生時7#罐可能的工作壓力。原設定壓力為0.46Mpa（表壓）。進一步測試證實泄壓閥功能正常，泄壓閥上的壓力表精度小于0.。

2.4 物證與測試

CSB對7#罐體和回收罐體及罐頭進行目視檢查，未發現設備銘牌，馬庫斯石油化工公司無法提供7#罐體或其他（5#、6#、8#）罐體信息. 設計、制造和安全操作壓力的文件。

CSB根據美國機械工程師協會（ASME）的鍋爐和壓力容器規范計算出7#罐的安全工作壓力為0.55Mpa（表壓）。CSB 發現 & 對 5#、6#、7# 和 8# 儲罐進行了改裝。為保證罐內石蠟溫度高于熔點溫度，在每個罐體頭部開一個直徑為609mm的孔，在開孔上安裝蒸汽加熱盤管，然后焊接密封。焊接補片如圖 4 所示。

圖 4：8#罐的焊補

盡管 7 號油箱上的補丁沒有恢復，但 CSB 調查人員得出的結論是，它與其他三輛坦克上的補丁相似。由于焊縫不符合壓力容器制造的通用行業質量標準，因此補片板的焊縫在事故中失效。 & 沒有使用合格的焊工或合適的焊接方法重新焊接容器頭上的補片，并在罐上安裝了蒸汽管線噴嘴。公司人員還承認，在焊接操作完成后，沒有進行水壓測試來檢查容器。

CSB 檢查了廢石蠟樣品的可燃性和反應性。石蠟的閃點為 110°C。類似石蠟的樣品沒有放熱，因此 CSB 得出結論，失控的化學反應不是事故的一個因素。

3.馬庫斯石油化工公司爆炸火災事故原因分析

CSB對馬庫斯石油和化學公司的爆炸和火災事故進行了調查。根據相應的物證和測試結果，CSB確認最可能發生的事故現場情況如下：

1)操作人員用含氧18%的氮氣代替原設計氧氣濃度不超過8%的氮氣給6#、7#罐加壓；

2）7#罐的內部壓力（0.46Mpa（表壓））可能超過罐體焊縫的強度。該焊縫完全失效，貼片飛離水箱；

3）油箱內的壓力通過直徑609mm的開口迅速釋放。烴蒸氣、壓縮空氣和熱液體石蠟從開口噴出；

4）貼片撞擊混凝土底座時產生火花，可能點燃石蠟和碳氫化合物蒸氣；

5）7#罐內氧氣濃度可使火焰回到罐內，內部閃爆使7#罐頭爆成數個碎片；

6）的坦克被炸毀，撞到附近的閑置設備，最后停在137m外的一個倉庫；

7）燃燒的聚乙烯石蠟濺到倉庫和其他設備上，點燃可燃材料。由此產生的大火燃燒了近7個小時。

其中，CSB指出，馬庫斯石油化工公司的3項變動導致了本次事故的發生：

變化一：7#罐體的開口在罐內增加了蒸汽加熱盤管。修補板的焊縫厚度不足整個修補板厚度的20%，并含有大量裂紋。焊縫不合理的影響是雙重的：一方面降低了油箱這部分的強度75%；同時，焊肉不足盤管加工廠家，焊縫質量差，可能會導致疲勞開裂的發展，進一步降低焊縫的強度；

變化2：根據氮氣減壓閥的測試結果，7#罐的內部壓力很可能是0.46MPa（表壓）。操作人員表示，氮氣減壓閥通常設置在0.31MPa，但為了保持石蠟流入處理單元，人為提高了這個壓力。事故發生時，7#罐壓力較高，可能導致失效點焊縫變形。

變化 3： Oils & 將氮氣系統與壓縮空氣系統連接起來，使氮氣系統能夠快速加壓。廢石蠟處理過程中暴露于空氣中的產品脫色問題不值得關注。然而，管理層并未評估流程變更帶來的風險。氮氣系統由壓縮空氣增壓，使氮氣中含有高達 18% 的氮氣。這種氮濃度足以支持罐中石蠟和碳氫化合物蒸氣的燃燒。

4.馬庫斯石油化工公司爆炸火災事故的啟示

通過CSB的事故原因分析，我們可以清楚地看到，正是因為這三個變化導致事故的發生，化工生產總是在發生各種變化，以滿足市場需求、提高生產效率、優化運行條件、提高安全性。條件或達到其他目的。但這些變化是雙刃劍。它們帶來好處的同時，也會增加傷害。化工和石化行業中的許多災難性事故都是由工藝技術或設施的不當變更引起的。據統計，大約80%的過程安全事故可以追溯到“不當變更”，因此變更管理的本質是對潛在事故的預防和控制。

Oil & 事故的一個重要原因是工廠缺乏管理變更的系統，沒有對發生變更的工藝系統進行適當的安全審查，也沒有人監控和批準相關變更。缺乏變更管理系統允許未經審查的變更順利通過設計、安裝和生產。變更人員缺乏培訓和足夠的經驗來識別這種變更對過程系統的潛在嚴重后果。

4.1什么是變更管理

變更管理（of, MOC）是過程安全管理體系的重要組成部分。變更管理是指對化學品、工藝技術、設備、程序和操作程序等永久性或臨時性變更進行有計劃的控制，并確定變更。類型、級別、實施步驟等

化工廠和石油化工廠涉及工藝安全的變化一般可分為四類：

技術變革；

操作程序的變化；

改變工廠設施；

組織變革。

其中，工藝技術的變化、操作程序的變化和工廠設施的變化通常直接影響過程安全，而組織變化則間接影響過程安全。

但在中國，變更一般分為：類似更換、微小變更、工藝設備變更（技術變更）。

變更管理流程包括：變更分類；組建變更管理團隊、流程危害分析、申請審批、變更實施、跟蹤、驗證、項目結案報告、文件更新歸檔、變更內容培訓與溝通。大致步驟如圖 5 所示。

圖 5：變更管理流程圖

4.2 變革過程中的風險管理

變革管理的重點是控制變革過程中的風險。變更過程的風險控制分為提出變更計劃階段、實施變更階段、變更后重啟階段。

1）提出變更計劃階段的風險控制

變更人提出變更后，就會有變更的計劃。方案提出后，需要在上級領導確認變更前對方案進行相應的危害分析，如進行危害與可操作性分析（HAZOP）、保護層分析（LOPA）、What- If、檢查表、事件樹分析 (ETA)、事件樹分析 (FTA)、蝴蝶結模型 (Bow-tie))、定量分析 (QRA)、故障模式和影響分析 (FMEA)、可靠性、可用性、可維護性分析（RAM）等 由于原有的工藝和設備已經過計算和論證，在進行新的變更后，不能簡單地考慮變更計劃本身所涉及的工藝系統和設備的危害，但我們還需要考慮更改后對整個系統的影響。放眼全球。

2）變更實施期間的風險控制

風險分析確定后實施變更方案時，將涉及動火作業、密閉空間作業、高空作業、隔離加鎖等作業。此時的風險要求我們使用工作安全分析（JSA）、任務風險分析（TRA）和預危險分析（PHA）等方法來識別施工過程中的風險。

3）變更后啟動階段的風險控制

變更實施后盤管加工廠家，需要在啟動車輛前進行啟動前安全檢查（PSSR）。需要對變更后的施工現場進行檢查，確認變更后的工程安裝已經完成，并且施工安裝和設備規范與之前批準的變更文件和圖紙，以及與安全、操作、操作相關的程序文件一致。維護和應急響應已經準備好或修訂。變更項目投產前的核對表可根據生產前核對表所列項目一一編制和核對。當所有項目按要求完成并具備開工條件后，即可投入生產。

馬庫斯石油化工公司幾處變動沒有在各個階段進行風險識別，并根據風險識別結果采取相應措施，導致事故的發生。

4.3 變更完成后數據更新

變更后的工藝系統投產后，變更工作尚未完成，所有受變更影響的圖紙和文件都需要更新保存。通常，可能需要更新的文件包括工廠平面圖、設備布局圖、管道和儀表流程圖、操作程序、維護程序、應急計劃和培訓材料等。工廠也需要自己保存變更文件如：變更單、圖紙、生產前安全檢查記錄、培訓或通知相關人員的書面記錄等。根據OSHA對PSM的要求，工廠需要重新確認過去完成的過程危害分析的有效性每五年一次。其中一項重要任務是回顧過去五年發生的變化。文檔。

目前，很多企業都面臨PID圖紙電子版與現場實際情況不符、設備操作手冊與現場設備不符、其他很多資料與實際情況不符等問題。在網站上。對于后續的生產管理，進行HAZOP、安裝新員工的培訓等都存在問題。事實上，這種問題是由于每次發生大小變化后沒有及時更新數據的惡性循環造成的。

4.4 更改后跟蹤

變更后，不能簡單地認為變更數據存檔后，變更就完全完成了，而是需要跟蹤變更的效果，驗證變更實施后是否達到了變更的預期目的. 對過程系統是否有其他附帶影響？它是否影響了系統中的其他設備？經跟蹤，確認已達到變更目的，無附帶影響，變更的過程安全信息已更新，相關人員已培訓，相關數據可在變更結束前存檔可以考慮。

4.5 臨時變更管理

臨時變化也可能導致災難性事故。雖然臨時變更一般不需要像永久性變更那樣更新圖紙和文件，但仍應按照正常變更的步驟進行審核、批準、產前安全檢查等。臨時變更如：臨時增加或移除工藝系統的設備，在工藝系統中使用臨時管道或閥門，臨時繞過關鍵警報或聯鎖裝置等。

臨時改動需要一段時間后才能恢復原狀，所以有一定的時間限制。工廠可以設置臨時更改的時限。時間限制可以是幾天或幾周。如果超過期限，也可以延長，但應有書面批準。即使延期，通常期限不應超過 6 個月，否則，當當前批準的臨時變更到期時，需要重新申請新的臨時變更。

5.結論

任何更改都可能導致流程系統偏離最初的設計意圖。如果管理不當，即使看似很小的變化也可能導致災難性后果。這就是為什么企業需要建立變革管理程序，規范變革管理流程。重要原因。企業需要指定專人負責變更管理，制定詳細的變更管理程序，明確劃分變更的分類，做好變更各個階段的風險管理，將變更過程中的風險降到最低.

6. 參考資料

[1] for (CCPS), 1992. Plant for ( ), of , (AIChE);

[2] for / (CCPS), 1993. for for , (pp. 539) of , (AIChE);

[3] 用于 / (CCPS)、1993. 和 ;

[4] 案例研究《蠟與火》，2006 年 6 月，第 2005-02-I-TX 號；

[5] AQ-T3034-2010 化工企業過程安全管理實施導則；

[6]《化工企業過程安全管理實施指南》（AQ-T3034-2010）；

[7]《關于加強化工過程安全管理的指導意見》，安監辦[2013]88號。