基于HFACS-PE的典型危險化學品爆炸事故分析

2022-11-09 11:30:56李英輝陳萌萌

廣州化工 2022年19期

楊玲，李英輝，陳萌萌

(中國消防救援學院消防工程系，北京 102202)

危險化學品火災事故頻發，造成嚴重的人員傷亡與經濟損失，同時嚴重威脅社會的穩定。近年來國內危險化學品生產企業火災與爆炸事故時有發生，造成了極為嚴重的后果。例如，2006年7月28日，江蘇省鹽城市鹽城氟源化工有限公司臨海分公司發生爆炸，導致22人死亡；2015年8月12日，天津濱海新區瑞海公司危險品倉庫發生危險化學品爆炸事故，造成165人死亡；2017年6月5日山東臨沂金譽石化發生爆炸，最終使得10人失去寶貴的生命。人為因素是導致化工類火災爆炸事故發生的主要原因之一[1-2]。為找到化工類爆炸著火事故的原因，周愛桃[3]對“天津8·12著火爆炸事故”進行事故責任分析，并提出糾正措施；付凈等[4]建立適用于化工事故分析的FTA-24Model模型，并以一起重大爆炸事故為例進行了應用研究；裴甲坤等[5]改進傳統的事故致因尖點突變模型，將其用來研究化工事故致因過程和致因條件，并實例驗證其有效性。本文為修正了適用于危險化學品類事故分析的HFACS框架，并以四川宜賓恒大科技有限公司“7·12”重大爆炸著火事故為例，對該事故的起火原因進行分析，根據反應釜通常的操作流程及事故統計，使用Phast 8.2對該場景下，甲苯災難性破裂產生的爆炸及火災參數進行計算。

1 HFACS-PE模型分析

1.1 HFACS模型介紹

HFACS分析模型由Wiegmann和Shappell[6]提出，該模型是根據James Reason的事故奶酪模型提出來的。HFACS模型分為不安全動作、不安全動作前兆、不安全監督和組織影響四個層面[7]。其中，不安全動作分為差錯和違規，差錯包括：技能差錯、決策失誤、認知差錯，違規包括偶然性違規和習慣性違規；不安全動作前兆包含環境因素、操作者狀態和人員因素，環境因素被分為物理環境和技術環境，操作者狀態主要指操作人員的生理狀態、精神狀態、身體和智力的局限，人員因素指的是機組資源管理和個人準備狀態；不安全監督包含4個方面，分別是監督不充分、違規監督、運行計劃不恰當、沒有發現/糾正問題；組織影響包含管理過程漏洞、管理文化缺失和資源管理不到位。

1.2 HFACS框架修正

為使HFACS框架適用于分析化工企業爆炸著火事故，本文對初始的HFACS進行兩個方面的修改，如圖1所示。HFACS框架最初是用來分析航空事故，原框架中不安全動作的前兆層的“飛行人員資源管理”不適合分析化工類事故，因此，將該因素修改為“部門、員工交流協調不足”。此外，在原有4個層次的基礎上增加“危險源”，作為第5層，主要包含危險物質、危險操作、事故環境和其他等4個因素。其他因素主要包含風向、溫度等因素。

修正后的模型為HFACS-PE，其中各指標的解釋如圖1所示。

圖1 HFACS-PE框架圖Fig.1 HFACS-PE frame diagram

1.3 HFACS框架分析

根據HFACS-PE框架，宜賓恒達“7.12”爆炸著火事故中，危險源是此次爆炸事故發生的主要原因，其中危險物質是導致事故發生的主要因素。而技能差錯、認知差錯、習慣性違規、技術環境、身體/智力局限、部門/員工間交流協調不足、個人準備狀態是該次爆炸著火的次要因素。

2 案例應用分析

2.1 事故過程描述

據該起事故調查報告[8]可知，當日11時13分，該公司副總接到營業部送貨員電話，得知有一批貨物到達，該副總通知生產部部長；約11時30分，貨物送達至宜賓恒達公司倉庫，雖然貨物標注COD去除劑的原料，但實際上則為氯酸鈉，總重量約2噸。此后，三名工人按照要求完成卸貨。隨后，庫管員將貨物按照丁酰胺辦理入庫，并未對原料認真核實；14時左右，二車間副主任按程序開具領料單后，到庫房申請領取20袋丁酰胺；該庫管員收到領料單后，簽字確認后發給二車間副主任33袋實際上為氯酸鈉的“丁酰胺”；14時30分，二車間副主任將33袋“丁酰胺”交給叉車工，叉車工將其運送到二車間一樓；15時30分左右，通過升降機，“丁酰胺”被送到二車間三樓后，暫時儲存在2R302釜的北側欄桿；17時20分，2R301釜完成投料，此時釜內物質“丁酰胺”，實際為甲苯、丁酰胺和氯酸鈉；18時42分，交接班時，二車間三樓2R301釜突然發生火災爆炸事故。事故現場如圖2所示。

圖2 事故現場圖Fig.2 Accident scene map

2.2 事故后果

事故車間為地上三層鋼梁框架結構，頂為鋼梁和彩鋼板，四周無隔墻，總高13.85 m；車間東西為4跨，南北為2跨，共3層。事故發生前，車間二、三層各有9臺釜(原設計分別各為6臺)，按南北分列，北部5臺，南部4臺；每個釜安置在車間的工字型鋼梁上，但是釜上的4個支座未與鋼梁固定。釜體在樓板上下各約1/2，懸掛設置于三層，并貫穿樓板。

據事故發生時的目擊者稱，事故發生時，2R301釜發生了嚴重爆炸。從釜內沖出的高溫蒸氣，迅速與周圍空氣形成爆炸性混合物，并產生了二次爆炸。爆炸產生的大量沖擊波，把存放在車間內的氯酸鈉、甲苯與甲醇等物料也發生了猛烈的爆炸和燃燒，導致二車間和三車間的迅速著火燃燒。

從物理爆炸的損失情況來看，除了被炸毀的2R301 釜以外，事故還造成了車間西北角三層主體結構遭到不可逆的破壞，并導致二、三車間發生嚴重的火災，過火面積約1800 m2。二車間二層與三層之間的鋼結構樓面，西北角損毀最為嚴重，周邊金屬變形嚴重；經現場比對，二車間地面的罐體以及一層與二層之間的釜均在原位置未移動；二層與三層之間西北角搪瓷釜消失不見，北側由西向東第二個釜掉落至二層結構樓面上，其余釜均在原位置未移動。

此外，爆炸產生的沖擊波造成二車間周邊建筑受到不同程度破壞。一車間屋頂南面彩鋼板受爆炸沖擊波影響，向北凹陷；三車間屋頂北面彩鋼板受爆炸沖擊波影響，向南凹陷；辦公樓南側立面受爆炸沖擊波損毀嚴重，窗戶玻璃基本破碎，窗框嚴重變形，大多向內凹陷或傾倒；庫房一和庫房二建筑西側立面鋼質墻面受爆炸沖擊嚴重，向東凹陷；制冷機房北側立面受爆炸沖擊波影響，向南凹陷；變配電室東側立面受爆炸沖擊波影響，木質門損毀，部分門框向西凹陷；分析室西側立面窗戶玻璃破碎嚴重，窗框變形，空調百葉窗受爆炸沖擊嚴重，向東凹陷。經勘驗，在事故現場爆炸部位周圍發現14塊較大的設備殘留物，分別為2R301釜的內外夾套、電機、線圈以及攪拌葉片等；在廠區內及廠區西側的沙石廠發現了多處爆炸拋出的碎片，尤其是在距爆炸中心現場距離363 m處，發現了釜頂蓋(上封頭)碎片，其凈重達520 kg，這也是最遠的碎片。

2.3 事故原因分析

導致釜體解體的重要原因有五個：一是在攪拌狀態下，丁酰胺和氯酸鈉形成的爆炸混合物，具有超級爆燃能力；二是開啟蒸汽加熱后，丁酰胺和氯酸鈉形成的爆炸性混合物，在受熱狀態下，與釜內附件和內壁發生劇烈的相互撞擊和摩擦，進而引起化學爆炸；三是隨釜體解體過程沖出的高溫甲苯蒸氣，迅速與外部空氣形成爆炸性混合物并產生二次爆炸；四是車間存放的氯酸鈉、甲苯與甲醇等物質本身具有極大的火災爆炸危險性，并直接導致二車間、三車間著火燃燒。

3 事故模擬

評估所有已發生事件的傷害、損害和其他物理后果是可靠和準確地調查事故的基本步驟。由于丁酰胺-氯酸鈉混合物的爆炸反應機理受成分、溫度、壓力等眾多因素影響，難以獲得一次爆炸的準確參數。因此，我們對甲苯蒸氣與空氣混合形成的二次爆炸后果進行模擬，并與現場結果進行驗證，有助于幫助識別每個事故過程中的主要參數。

3.1 甲苯的火災危險性分析

常溫下，甲苯呈無色澄清狀，是有苯樣氣味的液體。它能溶于酒精、乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸等常見有機溶劑，極微溶于水。甲苯比水輕，其相對密度為0.866。其沸點為110.6 ℃。常溫下做閃點(閉杯)實驗，其閃點為4.4 ℃，因此其在常溫下具有很好的揮發性能，具有易燃易爆性。根據GB50016-2014《建筑設計防火規范》，甲苯液體屬于甲類火災危險性的液體。

此外，甲苯蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，發生爆炸的極限范圍為1.2%～7.0%(體積)。根據《建筑設計防火規范》，因其爆炸下限小于10%，所以，甲苯蒸汽的火災危險性也屬于甲類。常溫常壓下，甲苯一旦泄露極易形成爆炸性混合氣體，發生嚴重的爆炸事故。且甲苯具有低毒性，其半數致死量為5000 mg/kg。而高濃度的甲苯氣體還具有一定的麻醉性，也有一定的刺激性。所以一旦發生甲苯的泄漏事故，可能會造成大量人員傷亡，也極易發生火災爆炸事故，產生二次危害。所以甲苯屬于重大危險源。當儲量超過規定值，根據國家標準《重大危險源辨識》，應當將該場所列為重大危險源進行監管。同時，還要根據《危險化學品安全管理條例》、《易制毒化學品管理條例》受公安部門管制。事故中，反應釜中的主要物料為甲苯。因此，甲苯為該起事故發生最重要的危險源。