一起水解釜爆炸事故原因分析及對(duì)策研究

王海泉，卓祖亮

（1.河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450016；2.河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院濮陽(yáng)分院，河南 濮陽(yáng) 457000）

水解釜作為一種間歇作業(yè)壓力容器，因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，傳質(zhì)、傳熱效率高，被廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品，用來完成硫化、硝化、氫化、烴化、聚合、縮合等工藝過程。對(duì)于這樣的壓力容器，如果設(shè)計(jì)不合理、維護(hù)不到位、操作不當(dāng)，一旦發(fā)生事故，造成的后果相當(dāng)嚴(yán)重。筆者就一起水解釜爆炸事故的原因進(jìn)行了分析，以期引起有關(guān)部門和人員的重視，研究探索解決此類問題的方法和措施，也給使用該類設(shè)備的企業(yè)敲響安全生產(chǎn)的警鐘。

1 基本情況

1.1 事故經(jīng)過

2020年4月，某化工廠糠醛車間B01號(hào)水解釜發(fā)生爆炸。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解到，水解釜的生化水解工序從裝釜到排渣周期為3h。凌晨2時(shí)53分至3時(shí)12分操作工對(duì)B01號(hào)水解釜第一次裝料，3時(shí)29分至3時(shí)30分第二次裝料；3時(shí)30分開始升壓；3時(shí)45分產(chǎn)生醛氣。4時(shí)03分，B01號(hào)水解釜突然發(fā)生爆炸，導(dǎo)致B01水解釜解體（見圖1所示），B02號(hào)水解釜撞出車間，A01、A02、A03號(hào)水解釜下部移位，廠房西南角梁、柱受損，連接管線及管架破壞（見圖2所示）。致使1人死亡，1人受傷。化工廠生產(chǎn)全部停工，給該廠造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

1.2 生產(chǎn)工藝及設(shè)備情況

將玉米芯粉碎后，按固液比（質(zhì)量/體積）1:8與0.5%的稀硫酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）混合裝入水解釜，無攪拌，通入蒸汽加熱至沸騰（90℃左右）。玉米芯混合物停留在水解釜內(nèi)金屬隔板上，稀硫酸流入水解釜下部空間。溫度達(dá)到100℃時(shí)，排出空氣；溫度達(dá)到140℃時(shí)，開始產(chǎn)生少量醛氣；溫度達(dá)到設(shè)定溫度值180℃，保持恒溫，直到30min內(nèi)糠醛收率增加小于1%時(shí)，停止反應(yīng)，醛氣經(jīng)冷凝流出，送入初餾塔。待降溫降壓后，將廢渣從排料口排出。從裝釜到排渣周期一般為3h。（如圖3所示）

該水解釜主體結(jié)構(gòu)為單腔圓筒形，安裝型式為立式，材質(zhì)Q345R，釜筒體直徑1600mm，高度8450mm，筒體壁厚12mm，封頭壁厚12mm，內(nèi)襯為耐酸磚,厚度100mm,容積15m3。設(shè)計(jì)壓力1.5MPa，設(shè)計(jì)溫度200℃，工作壓力0.9MPa，工作溫度180℃，工作介質(zhì)為玉米芯、水蒸汽、稀硫酸（0.5%）及水解反應(yīng)后生成的糠醛。設(shè)備類別為Ⅱ類壓力容器，2010年4月投用。

1.3 事故現(xiàn)場(chǎng)勘查取樣

發(fā)生爆炸的B01水解釜布置于生產(chǎn)廠房的西南角，水解釜從中間解體為上、下2個(gè)主要部分。從現(xiàn)場(chǎng)勘查的情況看，釜體上下部均存在嚴(yán)重的腐蝕痕跡，呈不規(guī)則的坑點(diǎn)腐蝕、帶狀腐蝕、穿孔腐蝕現(xiàn)象（如圖4、圖5所示）。因水解釜本體腐蝕造成屈服強(qiáng)度降低，在應(yīng)力集中作用下產(chǎn)生開裂，從而導(dǎo)致水解釜爆炸。

2 原因分析

經(jīng)過對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查取證，從事故的直接原因、間接原因及企業(yè)管理和定期檢驗(yàn)4個(gè)方面進(jìn)行分析：

2.1 直接原因

2.1.1 稀硫酸腐蝕

該水解釜使用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10年之久，且受正常操作壓力、溫度交替變化，耐酸襯層受影響產(chǎn)生裂紋、破損，導(dǎo)致酸性氣體滲透過耐酸磚，與水解釜本體接觸，導(dǎo)致水解釜本體局部產(chǎn)生坑點(diǎn)腐蝕、帶狀腐蝕、穿孔腐蝕，造成釜體金屬內(nèi)壁迅速減薄，甚至穿孔、裂縫。此外，一些物理因素如介質(zhì)流速、固體顆粒、結(jié)垢等也會(huì)增加對(duì)水解釜筒體的腐蝕性。

2.1.2 電化學(xué)腐蝕

該水解釜材質(zhì)為Q345R，是普通低合金鋼。在稀硫酸環(huán)境中，普通低合金鋼會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕,其反應(yīng)式為：Fe+H2SO4→H2+FeS04。金屬材料的本質(zhì)、表面狀態(tài)及金屬陰極相雜質(zhì)硫酸濃度（PH值）、溫度會(huì)影響到金屬的氫去極化腐蝕，使水解釜筒體局部壁厚減薄或變脆。從爆炸現(xiàn)場(chǎng)取樣的情況看，該水解釜腐蝕形態(tài)為全面腐蝕或點(diǎn)蝕，在低合金鋼熱影響區(qū)快速腐蝕形成的溝槽深而銳利，這與現(xiàn)場(chǎng)取樣的形貌相吻合。

2.1.3 疲勞腐蝕

由于水解釜長(zhǎng)期受操作壓力和溫度的交替變化產(chǎn)生疲勞，超出材料屈服強(qiáng)度，致使設(shè)備帶病運(yùn)行。由于水解釜內(nèi)介質(zhì)在較高壓力和較高溫度的作用下，使水解釜本體強(qiáng)度不夠，發(fā)生了物理性爆炸。該水解釜的容積達(dá)15m3，爆炸后釋放出的能量具有較大的破壞力。

2.2 間接原因

2.2.1 工藝設(shè)計(jì)不合理

設(shè)計(jì)單位對(duì)水解釜設(shè)計(jì)時(shí)，就水解釜襯里受外界因素的影響產(chǎn)生裂紋、破損，介質(zhì)滲漏可能對(duì)水解釜內(nèi)壁產(chǎn)生腐蝕考慮不周。由于耐酸磚與釜體內(nèi)壁是通過耐酸泥粘合在一體的，雖然有一定的穩(wěn)固性，但生產(chǎn)過程是間歇式作業(yè)，由于反復(fù)裝料和卸渣，操作溫度和壓力交替變化，在外力的作用下容易產(chǎn)生裂紋、破損，一旦含有酸性介質(zhì)通過裂紋、破損滲透到釜體內(nèi)壁，會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)造成壁厚迅速減薄。

2.2.2 耐腐蝕襯里無相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)

容器內(nèi)襯的耐酸磚對(duì)防止金屬器壁被酸腐蝕起著決定性作用。經(jīng)查閱有關(guān)資料，目前耐酸磚有相應(yīng)的國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，但作為施工重要環(huán)節(jié)的現(xiàn)場(chǎng)砌筑，并沒有施工和驗(yàn)收規(guī)范，給耐酸磚防酸腐蝕的可靠性帶來隱患。

2.2.3 未設(shè)置緊急切斷保護(hù)裝置

經(jīng)了解，近幾年投用的該類糠醛生產(chǎn)設(shè)備，均在進(jìn)入水解釜的蒸汽主管道上加裝了防止超壓的“緊急切斷裝置”，但早期投用的設(shè)備一般無此設(shè)計(jì)（如圖6所示）。

本次事故設(shè)備蒸汽主管道未設(shè)置該防止超壓裝置，但不能排除生產(chǎn)過程中超壓使用導(dǎo)致事故發(fā)生的可能。

2.3 管理原因

水解釜作為特種設(shè)備，使用單位對(duì)設(shè)備安全性能不重視，未按規(guī)定進(jìn)行年度檢驗(yàn)和日常檢查，對(duì)事故隱患整改不力，缺乏有效的安全管理，導(dǎo)致設(shè)備帶病運(yùn)行，為事故的發(fā)生埋下了隱患。

2.3.1 監(jiān)控措施不到位

裝置自動(dòng)化程度達(dá)不到安全要求，水解釜本體未安裝溫度、壓力、流量、液位等測(cè)量控制儀表。就地壓力表在頂層集中，無遠(yuǎn)程傳遞，巡查無法連續(xù)監(jiān)控，事故設(shè)備的壓力控制采用就地壓力表直讀方式，未設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程壓力采集裝置，多臺(tái)水解釜的壓力表集中在廠房頂層，靠人工巡查方式對(duì)工作壓力進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控的連續(xù)性和及時(shí)性均存在一定問題。

2.3.2 安全閥設(shè)定壓力不合理

根據(jù)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具的報(bào)告要求，允許使用（監(jiān)控）壓力為0.9MPa，而安全閥設(shè)定壓力卻是1.2MPa，水解釜壓力超過使用壓力時(shí)安全閥沒有啟動(dòng)，存在安全隱患。

2.3.3 安全管理制度不落實(shí)

經(jīng)事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該化工廠安全管理混亂，安全教育和技術(shù)培訓(xùn)不到位，管理人員頻繁更換，員工安全技能不高；設(shè)備安全自查巡查流于形式，安全管理人員對(duì)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)評(píng)估不準(zhǔn)確，將重大風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)確定為一般風(fēng)險(xiǎn)，未按照隱患清單進(jìn)行安全排查；技術(shù)管理不規(guī)范，操作規(guī)程嚴(yán)重缺失，設(shè)備運(yùn)行記錄不及時(shí)，部分重要參數(shù)缺失。

2.4 檢驗(yàn)原因

2019年4月，檢驗(yàn)人員對(duì)該化工廠水解釜進(jìn)行定期檢驗(yàn)，對(duì)編號(hào)C07的水解釜本體進(jìn)行壁厚測(cè)定，實(shí)測(cè)最小壁厚8.9mm，腐蝕深度超過了圖樣規(guī)定的1.0mm腐蝕裕量。依據(jù)TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》進(jìn)行了強(qiáng)度校核，確定允許使用（監(jiān)控）壓力為0.9MPa。對(duì)此，沒有引起檢驗(yàn)人員的高度重視，沒有采取金相檢驗(yàn)、光譜分析、硬度測(cè)定等手段對(duì)壁厚減薄的原因進(jìn)行深入分析，未提出整改意見和有效的防范措施。

3 處理意見及預(yù)防措施

3.1 處理意見

由于該化工廠的水解釜普遍存在釜體腐蝕現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)也不符合相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，建議淘汰落后或不科學(xué)的工藝設(shè)備，實(shí)行工藝全程自動(dòng)化，確保風(fēng)險(xiǎn)可防可控。同時(shí)吸取教訓(xùn)，避免類似事故再次發(fā)生。

3.2 預(yù)防措施

該化工廠水解釜爆炸問題涉及到設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用管理、檢驗(yàn)等多種因素，因此應(yīng)從以下幾個(gè)方面采取相應(yīng)對(duì)策。

3.2.1 材料選取

設(shè)計(jì)單位應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的使用性能和損傷模式全面了解，工藝結(jié)構(gòu)應(yīng)科學(xué)合理，選取材質(zhì)應(yīng)安全可靠，以保證設(shè)計(jì)結(jié)果符合實(shí)際使用狀況。根據(jù)設(shè)備使用間歇性特點(diǎn)及損傷模式和失效模式，水解釜罐體應(yīng)采用耐腐蝕性較強(qiáng)的不銹鋼或合金鋼，提高水解釜罐體的耐腐蝕性。

3.2.2 防護(hù)措施

筒體內(nèi)壁內(nèi)刷防腐涂料、根據(jù)具體濃度大小，選用不同的成膜物的防腐涂料涂刷碳鋼罐內(nèi)壁。常選用的防腐涂料有：環(huán)氧防腐涂料、乙烯基酯樹脂防腐涂料、聚氨酯防腐涂料、玻璃鱗片防腐涂料、丙烯酸樹脂工業(yè)防腐涂料、聚氯乙烯含氟螢丹防腐涂料、氯磺化聚乙烯防腐涂料等，或采用內(nèi)襯用玻璃鋼樹脂主要有環(huán)氧樹脂、耐腐蝕不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂。

3.2.3 安全管理

使用單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)特種設(shè)備的安全管理，加強(qiáng)操作人員技能培訓(xùn)，提高使員工具備與崗位相適應(yīng)的專業(yè)素質(zhì)，組織壓力容器的定期檢查和維護(hù)保養(yǎng)，不讓設(shè)備帶病上崗，消除事故隱患。建立健全各項(xiàng)管理制度和崗位操作規(guī)程，并嚴(yán)格貫徹執(zhí)行。抓好雙重預(yù)防體系建設(shè)，落實(shí)事故隱患清單化管理，及時(shí)排查治理各類隱患。

3.2.4 定期檢驗(yàn)

為保證設(shè)備的安全運(yùn)行，定期監(jiān)測(cè)金屬罐體的厚度，內(nèi)部檢修時(shí)檢查內(nèi)部襯里的完好情況，發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)要嚴(yán)格按照相關(guān)安全技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)人員應(yīng)認(rèn)真履行檢驗(yàn)職責(zé)，保證檢驗(yàn)質(zhì)量，對(duì)存在安全隱患的設(shè)備決不放過，堅(jiān)決要求企業(yè)立即進(jìn)行整改，及時(shí)消除事故隱患。

4 結(jié)語(yǔ)

水解釜作為一種常見壓力容器，發(fā)生爆炸事故往往是因?yàn)樵O(shè)備制造缺陷、使用管理不當(dāng)、違章作業(yè)等某個(gè)因素或多個(gè)因素綜合作用的結(jié)果，這與市場(chǎng)監(jiān)管總局關(guān)于2020年全國(guó)特種設(shè)備安全狀況通告的事故原因統(tǒng)計(jì)結(jié)果相吻合，即：使用管理不當(dāng)，維護(hù)缺失；設(shè)備制造、維修檢修、安裝拆卸以及運(yùn)行過程中產(chǎn)生的質(zhì)量安全缺陷。這就要求在水解釜生產(chǎn)（設(shè)計(jì)、制造、安裝、改造、修理）過程中嚴(yán)格質(zhì)量的控制，在使用管理中自覺落實(shí)各項(xiàng)制度，加強(qiáng)日常檢查、年度檢查和定期檢驗(yàn)，這樣才能防患于未然，減少事故的發(fā)生。