菲爾·胡克 約翰·霍奇斯｜文 郁振山｜編譯

2010年1月7日14時30分，英國某溶解乙炔裝瓶工廠中，員工在充氣設(shè)備前作業(yè)時1個氣瓶發(fā)生爆炸。爆炸引發(fā)了乙炔泄漏，將火引至充氣設(shè)備，燃燒了8天才熄滅。事故導(dǎo)致1名員工燒傷和嚴(yán)重外部創(chuàng)傷，另外2名員工出現(xiàn)暫時性聽力損失。

該工廠建于上世紀(jì)20年代，當(dāng)時屬于偏遠(yuǎn)地帶。之后該地的商業(yè)快速發(fā)展，人員逐漸聚集?？紤]到其他氣瓶的潛在爆炸風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)急人員劃定了嚴(yán)格的疏散區(qū)，維持了數(shù)天后才解除疏散區(qū)限制。事后，當(dāng)?shù)厣虡I(yè)貿(mào)易遭遇嚴(yán)重影響，附近1條鐵路干線的重要站點(diǎn)也被關(guān)停。

氣瓶爆炸后，消防人員在工廠內(nèi)放置了視頻攝像機(jī)，拍攝到了工廠的火勢（圖1），并通過火苗的長度計(jì)算了乙炔的泄漏情況。再考慮到建筑的通風(fēng)，應(yīng)急人員由此做出了安全的決策，讓乙炔排放到大氣中并關(guān)閉了所有閥門，防止更多的氣體泄漏。

事故只對工廠造成了直接影響，具體來說就是乙炔壓縮機(jī)和充氣設(shè)備所在區(qū)域。事發(fā)時，現(xiàn)場有800多個裝滿的氣瓶，有的直接與充氣設(shè)備相連，有的排列在周圍，此外還有600多個空瓶。當(dāng)時，整個工廠至少有4 000多個不同大小溶解乙炔氣瓶，其中3 000多個是充滿的。

爆炸的氣瓶撕裂成3塊，殘片飛到不同的地方（見圖2和圖3）。最大的一塊是氣瓶的上半部。由于爆炸的沖擊，該部分被噴射到8 m外的2個充氣排之間。氣瓶的中間部分飛到附近的充氣排上，擊中并損壞了3個氣瓶。底部則越過最近的充氣排，擊中了其他充氣排上的氣瓶。

圖1 事故氣瓶爆炸瞬間引發(fā)的火苗

事故調(diào)查

事故調(diào)查由英國職業(yè)健康安全執(zhí)行局（HSE）負(fù)責(zé)，22名專家參與其中，收集到44份目擊報(bào)告和2 000余項(xiàng)證據(jù)。

氣罐缺陷

調(diào)查人員對殘片測量后發(fā)現(xiàn)，氣瓶殘片最薄處為4.1 mm，低于規(guī)定最低厚度的4.76 mm。當(dāng)氣瓶的工作壓力為1 700 kPa時會產(chǎn)生42 MPa的環(huán)向應(yīng)力?？紤]到材料的拉伸性，當(dāng)工作壓力達(dá)到2.6萬 kPa時，氣瓶就會出現(xiàn)破裂；而氣罐內(nèi)乙炔分解時就能夠產(chǎn)生這樣的壓力。

閥門故障

閥門生產(chǎn)于2005年，屬于主軸設(shè)計(jì)，閥口朝上。主軸在螺紋的作用下轉(zhuǎn)動，并通過軟墊與閥口形成密封。對閥門進(jìn)行射線拍照后發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部主軸出現(xiàn)顆粒狀的破損，破損痕跡與應(yīng)力腐蝕開裂相同，并非由老化導(dǎo)致。內(nèi)部主軸的故障來自于軟墊，閥門關(guān)閉后該區(qū)域可能產(chǎn)生了非常大的力，或許因?yàn)檐泬|吸水后膨脹導(dǎo)致。最終，壓力超過了應(yīng)力腐蝕開裂的極限。

圖2 事故后氣瓶形成的3塊殘片

圖3 氣瓶殘片的軌跡（顏色與圖2對應(yīng)）

乙炔的特性

乙炔氣體極不穩(wěn)定，能劇烈分解。沒有氧氣源時也可被點(diǎn)燃。本次事故乙炔分解有幾個不同潛在機(jī)制，但都與氣瓶的閥門有關(guān)（本次事故中閥門處于關(guān)閉狀態(tài)）。比如摩擦、氣體壓力導(dǎo)致爆破片碎裂后形成的沖擊波、氣體從瓶口突然排出、機(jī)械力沖擊、靜電、乙炔亞銅的分解等。無論是單獨(dú)出現(xiàn)還是集體作用，都能形成熱點(diǎn)，引燃乙炔。

如同上文所述，乙炔的分解很可能與閥門缺陷有關(guān)。缺陷源于閥門的脫鋅腐蝕，形成了乙炔亞銅。1 μg的乙炔亞銅分解時就能在1 000 kPa的壓力下引燃乙炔。

由于乙炔不穩(wěn)定，通常以溶解乙炔的形式供給用戶。乙炔溶解在溶液中，本次事故中的溶液為丙酮，氣瓶內(nèi)還裝有疏松多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。它們構(gòu)成了一個穩(wěn)定系統(tǒng)，如果氣瓶的機(jī)械性能完善，就不會爆炸。穩(wěn)定系統(tǒng)的有效性取決于乙炔和丙酮溶液的比率，并保證多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)沒有任何損壞。

乙炔和丙酮的比例

乙炔和溶液的正確比率是避免乙炔在氣瓶內(nèi)分解的關(guān)鍵。事故氣瓶的安全操作區(qū)如圖4所示。安全操作區(qū)是“逆火線”和“f65=0線”所包圍的區(qū)域。逆火線代表的是氣瓶能夠應(yīng)對標(biāo)準(zhǔn)逆火檢測的極限。標(biāo)準(zhǔn)逆火檢測就是在氣瓶內(nèi)充入一定量丙酮溶液，再充入105%的乙炔（最高比例），經(jīng)過多次檢驗(yàn)測量出氣瓶不故障的極限。溶液和多孔物質(zhì)能夠抑制乙炔分解，因此“f65=0線”就代表著氣瓶能夠應(yīng)對乙炔和溶液混合物在15℃～65℃范內(nèi)氣體膨脹的極限。

從圖4中可看出隨著乙炔與丙酮增加的升高，最終會超過極限，導(dǎo)致逆火測試失敗。另外，丙酮和乙炔任何一個超出微小的劑量就會導(dǎo)致事故。

現(xiàn)場還發(fā)現(xiàn)2個故障溫度計(jì)。氣瓶內(nèi)乙炔含量的計(jì)算方法，適用于5℃的情況。溫度計(jì)的誤差太大導(dǎo)致乙炔含量計(jì)算錯誤。

多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)

另外一個重要問題是氣瓶內(nèi)多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)的管理。事發(fā)時，爆炸的氣瓶已經(jīng)使用了75年，并且多孔物曾被倒置過。這種物質(zhì)一般通過瓶口進(jìn)行目視檢查，每5年1次。很明顯，這種檢查只能看到物質(zhì)的上部，因此沒有發(fā)現(xiàn)多孔炭存在的完整性問題。事后，人們使用另一種方法對相似氣瓶進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)每6個氣瓶中就有1個存在多孔物質(zhì)老化問題。

圖4 事故氣瓶的安全操作區(qū)

人為失誤

此工廠事關(guān)生命安全的關(guān)鍵操作高度依賴員工的干預(yù)，但沒有進(jìn)行任何人為失誤識別和分析。工廠的內(nèi)部調(diào)查報(bào)告顯示，事故原因之一是人為因素的評估不足。

許多行為都會導(dǎo)致乙炔與丙酮的比率錯誤，如讀數(shù)錯誤。另外，作業(yè)人員的工作負(fù)荷較高，也會導(dǎo)致其違反作業(yè)流程。由于大火銷毀了大量證據(jù)，無法證明在氣體測量和充氣過程中一定出現(xiàn)了哪些人為失誤。

總之，閥門設(shè)計(jì)引發(fā)了一系列的故障，導(dǎo)致了爆炸事故。氣瓶內(nèi)多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)的完整性評估存在缺陷，尤其是在氣瓶老化的情況下。另外，乙炔對丙酮的比率計(jì)算錯誤。作業(yè)過程過度依賴操作員的干預(yù)，但沒有考慮到人為失誤的因素。

事后，工廠替換了氣瓶的所有閥門；停止使用含炭的氣瓶；停止在事發(fā)區(qū)域開展任何作業(yè)；新建了1個溶解乙炔自動充氣工廠。

事故教訓(xùn)

設(shè)計(jì)

事故報(bào)告強(qiáng)調(diào)了高風(fēng)險(xiǎn)工廠需要具備設(shè)計(jì)審查過程。事發(fā)后，工廠閥門的設(shè)計(jì)得到了改進(jìn)，比如改變了閥門口的位置，閥門軟墊的形狀和閥門材料。

過程控制

工廠應(yīng)該全面考慮事關(guān)生命安全的關(guān)鍵操作及其潛在影響、控制措施的準(zhǔn)確性、潛在的連續(xù)失誤。除非送回的氣罐在充氣前已經(jīng)完全不存在乙炔，否則乙炔與溶液的比率計(jì)算會出現(xiàn)嚴(yán)重錯誤。開展對安全要求較高的作業(yè)時，要注意避免連續(xù)性失誤的問題。本次事故中，氣罐的測量和充氣存在許多錯誤，如設(shè)備測量不精準(zhǔn)。

老化工廠的管理

工廠或設(shè)備老化會導(dǎo)致失控風(fēng)險(xiǎn)升高，因此行業(yè)要了解乙炔氣罐的設(shè)計(jì)壽命、使用壽命到期時的參數(shù)、如何識別報(bào)廢的氣罐。

為了有效管理老化資產(chǎn)，包括可移動資產(chǎn)，經(jīng)營人員應(yīng)該確保工廠的安全文化支持老化設(shè)備和所有故障的上報(bào)和記錄；開展設(shè)備的“合格服務(wù)”評估，期間要考慮到設(shè)備的設(shè)計(jì)用途和正常使用情況；確定一套非破壞性檢驗(yàn)的方法，含有炭的乙炔氣瓶至少每5年檢查1次；使用定期檢驗(yàn)和部分樣品的破壞性檢驗(yàn)相結(jié)合的方法。

人為失誤

人為失誤是事故的常見原因。盡管人們已普遍意識到人為失誤的后果，但很少會主動識別潛在的人為失誤問題。因此，經(jīng)營者應(yīng)對關(guān)乎生命安全的作業(yè)任務(wù)開展“人為失誤識別與分析”（HEIA）。就本次事故而言，應(yīng)該經(jīng)過風(fēng)險(xiǎn)分析的作業(yè)任務(wù)包括氣罐回收和充氣。

事故調(diào)查的資料管理

本次事故調(diào)查有許多專家參與，收集到了大量材料。另外，調(diào)查材料的存放地點(diǎn)不一，不便于管理。本次事故后，HSE意識到他們需要一個全新的證據(jù)管理工具。2015年，HSE發(fā)布了“材料與證據(jù)管理工具”（HEMT），它是按照HSE的需要專門制作的。所有調(diào)查期間收集的材料和信息都能通過該平臺獲取。該工具還包含“證據(jù)矩陣圖”，能讓監(jiān)管人員直觀地看到違法信息，也有助于完善HSE法規(guī)。