化工火災成因及解決方案

曹宇軒，劉珂菁，王國丞，徐詩迪

(1.北京化工大學，北京 102200；2.北京石油化工學院，北京 102600)

1 概述

1.1 研究背景和選題意義

隨著構建人類命運共同體與“一帶一路”發展戰略的實施與開拓，我國的基礎建設與化工應用領域得到了飛速進步。但作為發展中國家，我國安全生產領域的配套系統還不完善，尤其是化工領域方面，常常由于安全系統的不完善而使人民的生命安全和財產安全受到嚴重威脅。2005年11月13日，中國石油吉林石化公司雙苯廠苯胺二車間發生爆炸火災事故，共造成6人遇難，20人受傷，經濟損失7 000萬余元。2008年6月20日，重慶市永川區朱沱港口工業園區內的重慶理文造紙有限公司，發生0#柴油儲罐失火爆炸，事故造成5人死亡[1]。2010年1月7日，中國石油天然氣有限公司蘭州石化分公司，316罐區由于出口管線彎頭處發生泄漏引起爆炸起火，造成6人死亡，6人受傷[2]。2015年8月12日的天津市濱海新區天津港發生特大化學品爆炸事故，爆炸總當量約為450噸TNT，造成165人遇難，798人受傷，304幢建筑物，12 428輛商品汽車，7 533集裝箱受損，造成近70億元的損失。

隨著我國安全行業不斷進步，我國的安全體系基本成型，但是還有許多應該完善的部分。本文以美國加州馬丁內斯雅芳煉油廠(Avon refinery)石腦油泄漏火災為例，對化工廠火災隱患與管理制度等方面，進行一定程度的剖析，并提出解決方案。針對分析化工廠火災特點及防治工作實踐中存在的問題，運用公共危機管理相關理論，做好新體制下的化工火災防治工作，抓好火災源頭治理，開展好火災預防，大力加強化工火災專業隊伍建設，落實化工防火規劃，加強火災防治基礎建設，全方位提升化工火災防治能力，更加有效地保護資源和人民群眾財產安全。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻分析法

本文所閱讀文獻資料除了圖書館獲得的理論著作資料之外，其他資料主要是從中國期刊數據庫獲得國內外關于化工火災方面的文獻資料，并為進一步的分析研究提供基礎。

1.2.2 統計調查法

基于國內從2000—2020年20年間的化工火災的火源情況，地理位置，火災種類，起火點等角度分別進行分析，有利于解決深層次的問題源頭，分析根本原因，并總結一定的對策與防火建議，提出解決方案。

1.3 國外研究現狀

1.3.1 方法及簡略流程

分析了美國、英國、澳大利亞、加拿大、新西蘭以及挪威這幾個國家可以看出，普遍流程為：通過對現場的物證等初步勘察從而進行最初的事故發生假想，研究或復原現場物體的燃燒痕跡以及遺留位置，獲得最終假設，找到最合理的起火點及原因。不同的是，幾個國家對于研究物體的燃燒和位置以及物證的看法略有不同。

關于燃燒痕跡，新西蘭采用初步分辨煙熏損傷和熱損傷的區別，確認火焰損傷及火焰蔓延的位置從而確定起火點。而挪威則對物品極為看重，在初步假設之前，要根據照片和繪圖記錄去確定現場的總體情況，再對現場進行勘察，挖掘及復原物品。初步假設之后，還會留意特殊的痕跡、現象及物體的遺留位置和燃燒痕跡，再根據證人和消防員在火災中的大致行動確定最合理的原因。

1.3.2 調查人員

通過比對英國、澳大利亞、加拿大和新西蘭這些國家對于判斷火災原因的相同及差異，不難發現，雖然都設立有火災調查專家以及消防工程師(新西蘭)，但由于現場事故發生原因有時是人為造成，觸犯法律，除了會讓警方介入調查以外，加拿大的一些省份，警局有專門的防火案單位，可進行獨立調查。

2 相關概念和理論基礎

2.1 相關概念

2.1.1 火源

火源是導致化工火災的主要因素，可分為自然火源與人為火源兩類。自然火源是自然現象，比如雷擊、氣溫過高、隕石墜落等。人為火源一般是由于操作失誤或是未按照安全條例進行相關工作等造成的火災現象。一般來說，自然火源所引起的化工火災的數量較少，但是危害性較大；人為火源所引起的化工火災數量較多，危害性略小。

2.1.2 公共危機

所謂公共危機，我國有學者認為，是指那些突然發生的、攸關公共利益的、對于組織的生存與發展具有重大影響的急需管理者快速應對的事件。公共危機是一種情境，其演進過程可能是逐漸的，但影響出人意料，具有公共威脅性、不確定性、緊急性、跨界性、政治化、媒體化的特征 ，要求決策者和管理者必須在高度不確定性和極其緊急的情況下采取補救性的行動[3]。

2.2 理論基礎

危機管理4R理論。危機管理的4R理論是由美國危機管理專家和危機管理大師RobrtHeath于2001年在《危機管理》一書中首次提出的，即縮減力(Reduction)、預備力(Readiness)、反應力(Response)、恢復力(Recovery)四個階段組成[4]。

縮減力：減少危機是危機管理的核心內容。對于任何有效的危機管理，減少危機都是其核心內容。因為降低風險避免浪費時間，有效稀釋不佳的管理資源，可以極大地減少危機的發生和影響在減少危機管理策略方面，我們主要從環境，結構，系統和人員等方面著手。

反應力：也就是說當危機來臨時，應該采取什么樣的對策來從戰略上解決危機。危機應對管理的范圍非常廣泛，例如危機溝通，媒體管理，決策和利益相關者溝通等，都屬于危機反應管理的范疇。

預備力：預警和監控系統是危機管理中的一個整體。它們監視特定的環境，以便對每個細節的不良更改做出反應，并將信號發送給其他系統或負責人員。

恢復力：第一類是指危機發生并得到控制后的后續形象恢復和改進：第二類是指危機管理結束后的總結階段為以后的危機管理提供經驗和支持，并避免重蹈歷史覆轍。

StevenFink將危機管理活動進一步地分為四種：減緩或預防、準備、響應、恢復，它們分別代表危機管理的四種活動。公共危機管理是以政府為主導，預防和應對各種公共危機，有效地結合政府，企業和第三部門的力量，開展減緩或預防，準備，響應或恢復活動。

3 雅芳煉油廠火災基本情況，后續工作及特點

3.1 基本情況

1999年2月23日，在加利福尼亞州的馬丁內斯的托斯科雅芳煉油廠(Tosco Avon)。工人們試圖在分餾塔運行時更換連接在35.05 m (150英尺)高的分餾塔上的管道工藝裝置。在拆卸在管道上，石腦油被釋放到熱分餾器上，隨即被點燃。這次大火吞噬了5名工人，他們分別位于塔樓的不同位置。4名工人死亡，1名受重傷。

在雅芳煉油廠，石腦油被從靠近頂部的托盤中取出，將34.14 m(112英尺)高的分餾塔接入直徑152 mm(6英寸)的鋼管。石腦油流經管道和液位控制閥，并且在之后進入石腦油汽提塔。石腦油汽提塔是泵送進行進一步處理的儲存和轉化裝置。

2月23日，主管、操作員和維護人員意識到管道中含有液體石腦油。許可證準備表和工作許可證都表明按當時的情況需要排水。一號操作員和維修工人檢查了工作現場，檢查了設備狀況，并簽署了許可證。在準備排放管線時，真空泵車被放置在距離分餾塔底部約6.10 m(20英尺)的位置。一種金屬半桶放在法蘭下面的石腦油汽提塔液位控制閥下游的排水閥處。一根軟管從卡車上伸出來，放在桶里。一名操作員從控制室逐漸打開閥門，以協助從閥門排出管道。在其主管的指示下，維修人員隨后試圖打開控制閥上游的一個法蘭。兩次排水都沒有成功。維修主管告訴在場的工人，應該用起重機切割并拆除一段管道。他輕敲了一下說，他認為石腦油水位低于建議的開采位置。他對操作人員說，聽每個分接點的聲音差異可以確定液位。操作員不同意，并回答說在切割管道之前應清除石腦油。

維護主管指示工人從閥門下游的法蘭上松開管道，并用氣動鋸切割一小段管道。管線的第一個切口位于閥門下方2.44 m (8英尺)處。盲板法蘭用螺栓固定在閥門上。剩余管道在切口處打開，面向分餾器。對于第二次切割，維護主管指示工人從第一次切割位置下方7.92 m(26英尺)處開始。當鋸子刺穿管壁內徑時，有少量液體開始從管道中泄漏出來。操作鋸子的工人停止切割，被派去弄一個管卡來堵住泄漏。

維修主管決定再次嘗試通過打開法蘭排放管線，法蘭位于石腦油汽提塔液位控制閥上游，分餾塔0.91 m(3英尺)范圍內。工人們松開了法蘭上的螺栓，使液體得以流動。塑料薄膜被懸掛起來，以使排出的液體從熱分餾器中轉移到一個打開的塑料托盤中，并從塑料托盤中真空吸入罐車。進行工作的人員沒有考慮到石腦油管道由于閥門嚴重腐蝕且運行中工藝裝置是加壓的，在“U”形石腦油管道配置中，液體垂直柱的頂部壓力起到密封作用，防止工藝壓力從切斷管的開口端釋放到大氣中。一旦工人從垂直管道的法蘭中排出足夠體積的石腦油，來自運行工藝裝置的壓力通過腐蝕的閥門泄漏[5]。石腦油通過降低了壓頭壓力的管路，這導致液體在中午12:18左右突然從開放管道中釋放出來。石腦油與熱分餾塔接觸著火，迅速吞噬塔架結構和人員。

3.2 后續工作

操作人員聽到石腦油著火的聲音，使用消防監控器用水流阻斷火源，并開始緊急關閉裝置。幾分鐘后，托斯科應急小組就趕到現場，開始滅火。康特拉科斯塔消防隊和聯合消防隊作出反應，并在接到請求時提供支援。大火燃燒了約20分鐘。因著火點以及塔上大部分受害者所在位置火災規模大、風險大，故救援工作遲緩。1名工人當場死亡，另外3名受害者在醫院死亡。第5名工人在高處跳出火源，受重傷。

3.3 危險與特點

在為期13天的石腦油管道維修過程中，早期存在的重大危險：(1)該項工作涉及拆除30.48 m(100英尺)的管道。這種管道中儲存輸送著高度易燃的液體，汽油。(2)在大約24.38 m (80英尺)的管道垂直敷設在分餾塔側面附近，分餾塔下半部分的表面溫度超過待排放石腦油的自燃溫度。(3)石腦油汽提塔液位控制閥上游的切斷閥的閥桿在完全擰緊時從閥輪上突出約12個螺紋，表明閥門部分打開，可能堵塞。閥門下游缺乏高點排氣口，將使石腦油管道難以清理。Tosco將石腦油管道維修歸類為低風險、常規維護。工廠管理層沒有認識到或評估在操作過程中無法隔離、無法排水或存在其他危險。(4)在發生火災之前，有三次石腦油管道在原來的位置持續泄漏，管道摸起來很暖和，表明有一個或多個隔離斷流閥失效，管道內部在泄漏。(5)另一個未確定的危險是石腦油中含有苯。由于苯是一種致癌物，Tosco程序要求將設備排放到遠離員工的封閉系統中。在存在苯的情況下進行維護工作需要使用經操作主管授權的特殊危險許可證。但是，管理層沒有將這些石腦油的危險控制措施視為TOS作業。不遵守這些程序并沒有直接導致火災，但表明了Tosco對其程序遵守的不一致性。盡管在事故發生前一周，主管和工人都知道這些嚴重危險，但沒有對工作的低風險分類進行重新評估，管理層也沒有制定控制危險的計劃。

4 雅芳煉油廠存在問題

在雅芳煉油廠事件中，準備性維修活動在泄漏似乎消退后，立即開始剝離絕緣層并檢查管道。煉油廠的工作計劃通常包括現場考察和維護、維護主管和操作主管之間的討論，以提前確定潛在問題。但是，石腦油修理工作沒有進行此規劃活動。就在泄漏被發現1小時后，簽發了一個從石腦油管道剝離絕緣層的許可證。按照Tosco程序的要求，在沒有鎖定或標記管線、卸壓或隔離管線的情況下啟動作業。如果線路無法隔離，程序規定：生產、H6S、檢驗和維護代表TETS必須滿足并同意拆除絕緣層的安全程序。如果在機組在線時無法安全地拆除絕緣層，則必須關閉線路或機組。雖然檢查、維護和兩名操作主管在場，但沒有召開會議討論危險控制。不遵守絕緣拆除程序并不會直接導致火災，但這表明了Tosco不一貫遵守既定維護程序的做法。在事故發生前13天進行的大多數準備性維護工作都沒有列入工作計劃文件，包括允許工人試圖排放管道的三項工作。沒有提到含有苯蒸汽的石腦油，是一種嚴重的健康危害，需要采取具體的預防措施，也沒有確定在管道拆除過程中使用起重機、真空罐車和氣動鋸。不特定工作為石腦油管道維修工作編制了說明，而作業計劃文件缺少必要的信息，如石腦油的MSDS、盲板清單或顯示盲板插入位置的管道和儀表圖。維護作業計劃的實踐指南，建議概述完成工作所需的步驟，識別每個步驟的潛在危險。充分的計劃對于有效隔離管道和設備也是必不可少的。實踐指南強調，在平靜氣氛的工作規劃過程中，而不是在工作執行的經常緊張的環境中，最能有效地識別和評估危險。例如，對于動火作業，一種危險的非常規維護API規定，應將潛在危險列入工作前的安全計劃。API建議，在進行帶壓操作之前準備一份書面計劃，說明潛在危險，并在仔細考慮之后執行程序。在規劃期間，Tosco管理層未能有效識別在操作工藝裝置中進行管道維修時存在的嚴重危險。盡管在火災發生前的一周內，有越來越多的證據表明無法對管道進行排除液體物料和隔離施工，但雅芳管理層還是將管道拆除安排在2月23日，當時機組正在運行，但沒有按計劃消除管道的控制危險。

5 雅芳煉油廠問題分析

5.1 管理原因

Tosco Avon管理層沒有對分餾塔和相關管道的潛在安全影響進行MOC審查，這可能是由于：(1)超出設計參數操作除鹽器。(2)增加原油進料中的液態物料。(3)關閉3號機組并對50號機組造成影響。

API推薦規程建議煉油廠審查因增加生產能力或適應不同原料的項目或操作條件變化而可能引入的危險。雅芳煉油廠的MOC計劃要求在原料發生變化時進行MOC審查。此外，Tosco的計劃和API 750規定，變更設計條件前應進行MOC審查。1998年12月1日，工作備忘錄指出，除鹽器的原油進料比設計規范進一步增加到55%至80%。未對原料變化進行MOC審查，導致石腦油管道腐蝕率過高。如果連續數月未對旁通閥在部分打開位置的操作進行MOC審查，則會導致控制閥管道和排物料管中積聚半固態材料，以及閥座和閥盤的腐蝕。

5.2 根本原因

Tosco Avon煉油廠的維護管理系統沒有識別或控制在原油處理裝置仍在運行期間進行非常規維修工作所造成的嚴重危害。(1)Tosco Avon管理層沒有認識到點火源、閥門泄漏、管線堵塞以及石腦油管道無法排放所帶來的危害。在工作計劃階段，管理層沒有對管道維修進行危險評估。這使得在沒有適當控制危險的情況下執行工作。(2)管理層沒有計劃和授權流程來確保工作得到適當的管理。在工作規劃和執行方面建立一個多學科團隊，并由更高級別的管理層參與，一旦知道石腦油管道無法排放或隔離，本應確保工藝裝置關閉以安全進行維修。(3)在執行期間，Tosco沒有確保監督和安全人員在裝置內有足夠的人員數量安排。托斯科依靠單個工人來檢測和停止不安全的工作是管理方面的缺失和無效作業，缺少對危險作業活動的監督。(4)Tosco的程序和工作許可程序沒有要求在打開可能含有易燃物的設備之前控制火源，也沒有規定在無法達到安全要求(如排液態物料)時應采取的措施。(5)Tosco的安全管理監督系統沒有發現或糾正其雅芳煉油廠在維護和工藝變更審查方面的嚴重缺陷。母公司Tosco公司和雅芳設施管理層均未在事故發生前3年對煉油廠的管線破裂、上鎖/掛牌或盲板程序進行審計。定期審計可能會發現并糾正與安全工作實踐(管理維修工作和工藝裝置操作變更)嚴重偏差的模式：①打開含有易燃液體的管道排放物料。②將易燃液料轉移至開口容器。③盲板使用不一致。④缺乏對危險作業活動的監督。⑤對工藝變更使用MOC評審不一致。

6 方案建議

以雅芳煉油廠火災實踐為例，針對大部分化工廠運轉工作與基本維修可能存在的各類安全隱患，提出解決方案與工廠運轉建議。核心公司應審計評估以下內容：(1)危險非常規維護的安全進行。(2)安全管理監督與責任追究。(3)變更項目管理。(4)腐蝕控制程序。(5)審核記錄在書面報告中，該報告包含調查結果和建議，并告知工廠員工。(6)跟蹤并實施審計建議。

作為實際運行程序公司，在進行化工生產與設備基礎維修時，應做到：(1)實施計劃，確保危險非常規維護的安全進行，最低保障要求為99.91%。(2)書面危險評估由多個部門執行。紀律小組在可行的情況下，在工作執行前的工作規劃過程中隨行。(3)危險程度更高的工作授權將獲得更高級別的管理審查、批準和越權核準。(4)書面決策協議用于確定何時需要關閉工藝裝置，以安全地進行維修。(5)工作現場有管理和安全人員以足夠的頻度履職，確保工作的安全進行。(6)依據程序和許可證確定存在的具體危險，并規定在安全需要時采取的措施。例如控制火源，排放火焰。(7)定期審核計劃，生成書面調查結果和建議，并實施糾正措施。

作為協同公司與主要合作伙伴工廠，應當做到“兩個確保”：(1)確保對操作條件的變化進行MOC審查，(例如改變原料成分、增加工藝裝置產量)或通過手動旁通閥延長工藝流程分流。(2)確保腐蝕管理程序在工藝設備失去密封或堵塞之前有效控制腐蝕速率，避免對安全的可能影響。

7 結語

隨著經濟社會的高速發展，對我國基礎設施建設與完善體系的要求越來越高，并極大程度的增強了對安全管理制度的需求，也提高了對于安全體系的要求。盡管應急安保事業在我國飛速發展，但是依然無法滿足如今的社會生產水平與制度要求。安全生產制度體系是我國化工業乃至各個行業高質量發展的基礎與前提。現如今，我國化工火災隱患仍然嚴重存在，制約著我國工業生產發展，嚴重威脅了我國的環境資源安全和人民的生產生活安全。因此急需在完善我國化工火災防護制度體系的基礎上加強化工廠安全生產制度與相關人員的安全意識。更需要不斷完善和發展化工安全生產體系。通過安全行業的快速高質量發展，建立完善的安全生產制度，完善安全生產體系，共同促進我國的工業發展與生產。