一起硫化氫應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致的爆炸事故

中國化學(xué)品安全協(xié)會(huì)

吉林省松原石油化工股份有限公司（簡稱“松原石化”）始建于1970年。40多年來幾經(jīng)擴(kuò)能和技術(shù)改造，將原來2萬t/a簡單再生產(chǎn)的燃料型企業(yè)建成原油加工能力50萬t/a的化工燃料型企業(yè)。

2011年11月6日23時(shí)55分許，松原石化位于氣體分餾裝置冷換框架一層平臺(tái)最北側(cè)的脫乙烷塔頂回流罐，突然發(fā)生爆炸，罐體西側(cè)封頭母材在焊縫附近不規(guī)則斷裂，導(dǎo)致封頭85%的部分從安裝地點(diǎn)沿西北方向飛出190 m，落至成品油泵房磚砌圍墻處，圍墻被砸倒約4 m2，碰撞產(chǎn)生的沖擊波將泵房所有玻璃擊碎。其余罐體連同鞍座支架在巨大的反作用力作用下，掙斷與平臺(tái)的焊接，向東飛行80 m，從二套催化裂化裝置操作室及循環(huán)水泵房房頂掠過，將操作室頂棚和部分墻體刮塌，將循環(huán)水泵房東側(cè)管帶處房頂砸塌5 m2左右。罐體爆炸后，罐內(nèi)介質(zhì)（乙烷與丙烷的液態(tài)混合物）四處噴濺、氣化，并在空氣中擴(kuò)散、彌漫，與空氣中的氧氣充分混合達(dá)到爆炸極限，間隔12s后，遇明火發(fā)生閃爆。

經(jīng)過事故損失情況統(tǒng)計(jì)，此次爆炸事故造成4人死亡，1人重傷，6人輕傷，直接經(jīng)濟(jì)損失869萬元。

事故直接原因

事故發(fā)生后，調(diào)查組在原始記錄、現(xiàn)場勘查資料、調(diào)查問詢情況的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一系列理論計(jì)算、分析論證。通過分布式控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，排除了此次事故是由操作因素導(dǎo)致爆炸的可能性;通過現(xiàn)場監(jiān)控錄像等，排除了因介質(zhì)大量泄漏發(fā)生火災(zāi)引發(fā)爆炸的可能性;該罐未從焊縫處開裂，排除了焊接質(zhì)量問題導(dǎo)致爆炸的可能性;通過強(qiáng)度核算，排除了罐體封頭厚度不夠原因造成爆炸的可能性;通過鋼材質(zhì)量報(bào)告單，排除了母材原始成份超標(biāo)導(dǎo)致爆炸的可能性;從色譜分析臺(tái)賬看出，介質(zhì)中硫化氫含量時(shí)有超標(biāo)，從斷口上觀察，裂紋擴(kuò)展區(qū)斷口平齊，是典型的應(yīng)力開裂裂紋，另外，裂口與主應(yīng)力方向垂直。

綜合上述分析得出結(jié)論，事故的直接原因是因硫化氫應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致回流罐破裂引起。具體講，是由于硫化氫應(yīng)力腐蝕造成回流罐筒體封頭產(chǎn)生微裂紋，微裂紋不斷擴(kuò)展，致使罐體封頭在焊縫附近熱影響區(qū)發(fā)生微小破裂，導(dǎo)致介質(zhì)小量泄漏，10 min內(nèi)罐內(nèi)壓力下降了0.037 MPa，隨著微小裂口的發(fā)展增大，使罐體封頭強(qiáng)度急劇減弱，在23時(shí)55分，罐體封頭突然整體斷裂，首先發(fā)生物理爆炸，罐內(nèi)3t介質(zhì)全部外泄，迅速揮發(fā)，變成氣體與空氣混合達(dá)到爆炸極限，12s后遇明火發(fā)生閃爆（物理爆炸）。

硫化氫應(yīng)力腐蝕理論分析

該公司氣體分餾裝置在2004年11月建成投產(chǎn)后，沒有有效的脫硫手段，一套催化裂化裝置與二套催化裂化裝置所產(chǎn)生的液態(tài)烴只配套有堿洗系統(tǒng)，脫硫效果一直不佳，直至2009年末，20萬t/a脫硫醇裝置才建成投入使用。從化驗(yàn)分析報(bào)告單看出，2009年末之前，硫化氫含量時(shí)有超標(biāo)現(xiàn)象（經(jīng)常超過10ppm[ppm為1×10-6]以上，甚至達(dá)到1 500ppm）。

從理論上分析，液態(tài)烴在含有微量水的情況下，可溶解于水，形成濕環(huán)境，發(fā)生電離反應(yīng)，使水呈弱酸性。硫化氫在水中電離出氫離子，在0℃～65℃溫度范圍內(nèi)，生成氫氣。原子半徑極小的氫原子在壓力作用下滲入鋼的晶格內(nèi)部，并融入晶界間，融入晶格中的氫有很強(qiáng)的游離性，在一定條件下將導(dǎo)致材料的脆化（氫脆）和氫致開裂（管材在含硫化氫等酸性環(huán)境中，因腐蝕產(chǎn)生的氫侵入鋼內(nèi)而產(chǎn)生的裂紋稱為為氫致開裂），在晶格等處形成很大的應(yīng)力集中，超過晶界處強(qiáng)度后生成微裂紋，并隨運(yùn)行時(shí)間的延長，逐步擴(kuò)展。

2011年11月9日，吉林油田公司特種設(shè)備檢測中心對事故罐封頭進(jìn)行了超聲波測厚檢測，檢測發(fā)現(xiàn)大量分層現(xiàn)象;松原市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局對該罐封頭及筒體進(jìn)行了超聲波測厚檢測，也證實(shí)了這一點(diǎn)，并且測出分層傾角最大為10.2°，初步判定封頭測點(diǎn)處存在分層;同時(shí)，事故調(diào)查組從封頭上取樣0.04 m2進(jìn)行微觀金相試驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)存有大量分層現(xiàn)象，從金相分析看，不排除母材有原始分層現(xiàn)象，金屬分層現(xiàn)象是硫化氫應(yīng)力腐蝕的重要影響因素。

由于氫原子在應(yīng)力梯度的驅(qū)使下，向微裂紋尖端的三向拉應(yīng)力區(qū)集中，使晶體點(diǎn)陣中的位錯(cuò)被氫原子“釘扎”，鋼的塑性降低，當(dāng)內(nèi)壓所致的拉應(yīng)力和裂紋尖端的氫濃度達(dá)到某一臨界值時(shí)，微裂紋擴(kuò)展，擴(kuò)展后的裂紋尖端某處氫再次聚集，裂紋再擴(kuò)展，這樣最終導(dǎo)致破裂，這種現(xiàn)象稱之為硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂。

硫化氫應(yīng)力腐蝕屬于延遲破壞，可在幾小時(shí)、幾天、幾周、數(shù)月或幾年后發(fā)生，但無論破壞發(fā)生遲早，壓力容器表面無任何破損痕跡，往往事先均無明顯預(yù)兆。

事故間接原因

此外，事故調(diào)查組還查明了此次事故的間接原因。該公司2004年建成投產(chǎn)的4萬t/a氣體分餾裝置，屬抄襲沈陽新民蠟化廠同類裝置設(shè)計(jì)文件;該裝置2007年12萬t/a擴(kuò)容設(shè)計(jì)過程中，屬抄襲原前郭煉油廠12萬t/a氣體分餾裝置設(shè)計(jì)文件，部分主要設(shè)備委托清華大學(xué)北京澤華化學(xué)工程有限公司進(jìn)行核算，由于是非正規(guī)、整體設(shè)計(jì)，兩次設(shè)計(jì)均未考慮到硫化氫腐蝕因素，沒有設(shè)計(jì)配套的脫硫設(shè)施，致使2009年末之前所生產(chǎn)的液態(tài)烴長期無有效的、相應(yīng)的、可控的脫硫手段，導(dǎo)致催化液態(tài)烴H2S含量時(shí)有超標(biāo)現(xiàn)象。

該裝置2004年建設(shè)過程中，所有壓力容器均屬利用抄襲圖樣私自委托制造，產(chǎn)品出廠后無合格證、質(zhì)量證明書和銘牌等技術(shù)文件及資料，嚴(yán)重違反了GB150—1998《鋼制壓力容器》的規(guī)定。制造質(zhì)量問題，在焊接壓力容器中，常可能隱藏有缺陷，這些缺陷在適當(dāng)?shù)臈l件下，如硫化氫應(yīng)力腐蝕情況下，會(huì)使容器加劇破壞。

該裝置建設(shè)過程中，屬企業(yè)自行施工安裝，該企業(yè)無安裝資質(zhì)，發(fā)生爆炸的回流罐鞍座下鋼結(jié)構(gòu)支架與平臺(tái)焊接不牢固，致使支架掙脫與平臺(tái)的焊接隨同罐體飛出，刮塌操作室屋頂，砸塌循環(huán)水泵房屋頂。

反思與建議

松原石油化工股份有限公司“11·6”事故，突出暴露了企業(yè)安全生產(chǎn)主體責(zé)任落實(shí)不夠，安全基礎(chǔ)建設(shè)薄弱，安全生產(chǎn)法規(guī)、規(guī)程在企業(yè)中沒有得到很好落實(shí)等問題。企業(yè)自1970年建廠以來，基本保持了生產(chǎn)安全運(yùn)行，但是在2007年11月8日和2008年11月17日相繼發(fā)生生產(chǎn)安全事故，平穩(wěn)運(yùn)行3年后又發(fā)生傷亡事故，說明企業(yè)存在著“重發(fā)展，輕安全”的麻痹思想，急需提高安全管理水平。

企業(yè)應(yīng)修訂、完善安全生產(chǎn)責(zé)任制，明確職責(zé)，落實(shí)責(zé)任，真正建立起企業(yè)安全管理的有效機(jī)制，嚴(yán)格安全管理，規(guī)范安全操作規(guī)程，提高人員的安全技能。應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程及停工方案安全平穩(wěn)停車、退料、掃線，達(dá)到檢維修條件。

此外，企業(yè)還應(yīng)加強(qiáng)安全管理人員、特種作業(yè)人員和從業(yè)人員的安全教育和培訓(xùn)工作，特別是加強(qiáng)對要害崗位操作人員安全培訓(xùn)，提高員工的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和應(yīng)急處置能力，提升全員安全生產(chǎn)意識(shí)。加強(qiáng)工藝紀(jì)律，完善設(shè)備管理制度，按規(guī)定嚴(yán)格各種物料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢測檢驗(yàn)。重新修訂、完善事故應(yīng)急救援預(yù)案，并定期開展演練活動(dòng)，提高預(yù)案的科學(xué)性和可操作性。

編輯 ? 韓 穎endprint