孫 峰

(中國石化青島安全工程研究院化學(xué)品安全控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266104)

0 前言

化學(xué)工業(yè)涉及化學(xué)品生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸、經(jīng)營、使用與廢棄處置等環(huán)節(jié)，是安全工作的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。2017年，我國化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值達(dá)到1.5萬億美元，占全球總規(guī)模的40%，從業(yè)人口6 000萬。歐洲、北美的化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值分別為1.3萬億美元與0.866萬億美元，分別為中國的86.7%與57.7%，從業(yè)人口約為中國的1/3與1/10。

化學(xué)工業(yè)中，多種類型的活性化學(xué)品發(fā)生自反應(yīng)或與其他物質(zhì)反應(yīng)，放出熱量和/或氣體，導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸與中毒等事故，嚴(yán)重危害人民的生命財產(chǎn)安全。對化工反應(yīng)事故進(jìn)行統(tǒng)計與分析，有助于提高對反應(yīng)危害的認(rèn)識，從而提出反應(yīng)危害的防控方法，并為標(biāo)準(zhǔn)與法律法規(guī)的制定提供重要參考。本文對美國、英國、法國、歐盟與中國等地區(qū)的反應(yīng)事故進(jìn)行統(tǒng)計與分析，得到反應(yīng)事故的共性，并提出建議措施。

1 國外反應(yīng)事故統(tǒng)計與分析

1.1 不同地區(qū)反應(yīng)事故總體分析

美國化學(xué)品安全調(diào)查局(CSB)曾經(jīng)對美國從1980年到2001年發(fā)生的167起化學(xué)反應(yīng)事故進(jìn)行調(diào)查分析。Barton等調(diào)查英國1962年至1987年發(fā)生在間歇反應(yīng)器的189起反應(yīng)事故，對其中134起反應(yīng)事故進(jìn)行分類。Saada等分析了英國1988年至2013年25年間的30起事故，主要目的是確定反應(yīng)失控事故發(fā)生的原因。Dakkoune等統(tǒng)計了法國的化工熱失控事故，發(fā)現(xiàn)1974年至2014年間化工事故中25%是由熱失控引起的，與美國26%的比例相近，并詳細(xì)分析了1988年至2013年間的43起熱失控事故。Sales等分析了收錄在歐洲重大事故報告系統(tǒng)(MARS)截止到2007年的132起反應(yīng)事故。調(diào)查總體情況見表1。

表1 國外反應(yīng)事故調(diào)查情況

表2 CSB調(diào)查中化學(xué)反應(yīng)事故的主要后果 %

美國從1980—2001年平均每年發(fā)生8起事故，造成6人受傷，5人死亡，巨額經(jīng)濟(jì)損失；造成3人或3人以上死亡的事故為12起。英國1988—2013年相比1962—1987年，雖然事故起數(shù)在下降，但是事故嚴(yán)重度顯著增加，由反應(yīng)失控事故導(dǎo)致的死亡與受傷人數(shù)，分別增加了325%和279%。

1.2 事故類別分析

CSB統(tǒng)計了美國化學(xué)反應(yīng)事故的主要后果與發(fā)生比例，結(jié)果見表2。

反應(yīng)事故主要導(dǎo)致的后果為火災(zāi)/爆炸與有毒氣體釋放。

事故涉及工業(yè)類型方面，美國、英國與法國統(tǒng)計有所差別。在CSB統(tǒng)計中，主要分為化工生產(chǎn)、散裝儲存/搬運(yùn)、廢物處理、煉油與儲存等，其中化工生產(chǎn)占總事故起數(shù)的66%，其次為散裝儲存/搬運(yùn)，占27%，兩者占比之和達(dá)93%。英國Barton調(diào)查與Saada調(diào)查中事故涉及工業(yè)類型見表3。

表3 英國調(diào)查中反應(yīng)事故在不同行業(yè)的起數(shù)占比 %

在英國，精細(xì)、中間體與重質(zhì)有機(jī)物行業(yè)的事故起數(shù)最多，其次為塑料、橡膠與樹脂行業(yè)。在法國，反應(yīng)事故起數(shù)排名前六的行業(yè)依次為涂料和粘合劑、有機(jī)品、塑料和橡膠、藥品、無機(jī)品以及煉油行業(yè)，分別占比23.3%，20.9%，18.6%，16.3%，13.9%與2.3%。

反應(yīng)事故在各部位中發(fā)生的比例見表4所示。

表4 CSB調(diào)查與Sales調(diào)查反應(yīng)事故發(fā)生的部位與起數(shù)比例 %

從表4可知，反應(yīng)事故在反應(yīng)器中發(fā)生的比例稍高，在其他工藝單元、儲存、處置與運(yùn)輸以及維護(hù)與清潔等部位，事故起數(shù)占比均超過15%。因此，僅對反應(yīng)器中的反應(yīng)危害進(jìn)行控制是不夠的。

表5列出了任意調(diào)查中事故起數(shù)比例超過9%的反應(yīng)類型。

表5 反應(yīng)事故涉及的反應(yīng)類型及比例 %

根據(jù)所有的調(diào)查，反應(yīng)事故涉及的反應(yīng)類型有聚合、硝化、分解、酸堿中和、氧化、磺化、與水反應(yīng)、水解、鹵化(氯化和溴化)、成鹽反應(yīng)、乙氧基化、烷基化、胺化、重氮化、酯化、裂解與加氫等。美國CSB調(diào)查中，分解、酸堿中和、與水反應(yīng)、聚合與氧化導(dǎo)致的事故起數(shù)最多；英國Barton等調(diào)查1962—1987年間，聚合反應(yīng)事故起數(shù)最多，其次為硝化、磺化與水解；英國Saada調(diào)查1988—2013年間聚合、分解事故起數(shù)最多。法國Dakkoune調(diào)查中，排名前三的反應(yīng)類型為聚合、分解與硝化反應(yīng)。美國、英國與法國反應(yīng)事故涉及的反應(yīng)類型有較大差別，與各自國家的化學(xué)工業(yè)結(jié)構(gòu)不一樣有關(guān)。總體而言，聚合、硝化與分解事故起數(shù)最多。

1.3 事故原因分析

CSB調(diào)查的167起事故中，有37起事故給出了事故原因，統(tǒng)計見表6。

表6 CSB調(diào)查中化學(xué)反應(yīng)事故的原因及占比

CSB沒有把操作錯誤作為一個事故原因。此外，根據(jù)CSB調(diào)查，36%的反應(yīng)事故來源于化學(xué)品不相容性，35%來源于失控反應(yīng)，10%來源于撞擊或熱敏感物質(zhì)。Barton等調(diào)查英國反應(yīng)事故，事故原因從高到低依次為反應(yīng)物或催化劑加料錯誤(占比21%)、事先缺少研究或開發(fā)(20%)、未能控制蒸汽壓力或蒸汽加熱持續(xù)時間(19%)、維護(hù)不當(dāng)(15%)、攪拌不充分(10%)、原料質(zhì)量問題(9%)與人為因素(6%)。

Saada調(diào)查、Dakkoune調(diào)查與Sales調(diào)查將反應(yīng)事故的原因分為技術(shù)和物理原因、人為和組織原因、自然因素，具體原因與占比見表7。

表7 不同事故原因占事故起數(shù)比例 %

根據(jù)Sale調(diào)查，歐洲22.9%的反應(yīng)事故由非預(yù)期反應(yīng)導(dǎo)致?？傮w而言，導(dǎo)致事故的技術(shù)和物理原因方面，攪拌不充分、原料質(zhì)量問題、加料錯誤、裝置設(shè)計、部件/機(jī)械故障、儀表/控制/監(jiān)測故障、失去工藝控制與緊急泄放系統(tǒng)等占比較高。人為和組織原因方面，操作錯誤、反應(yīng)/工藝分析不充分、管理失效、不適當(dāng)?shù)牟僮鞒绦?、培?xùn)不足、緊急響應(yīng)不足和設(shè)備管理不足等問題占比較高。人為和組織原因占事故起數(shù)的比例多于技術(shù)和物理原因。

2 國內(nèi)化工事故統(tǒng)計與分析

國內(nèi)尚沒有文獻(xiàn)專門對反應(yīng)事故進(jìn)行統(tǒng)計與分析，一些文獻(xiàn)對化工事故進(jìn)行過統(tǒng)計。Duan等對2000—2006年危險化學(xué)品事故進(jìn)行了統(tǒng)計。Chen等分析了2004—2018年的化工事故。吳宗之等對2006—2010年我國危險化學(xué)品事故進(jìn)行了統(tǒng)計。胡馨升等統(tǒng)計了2011—2015年全國危險化學(xué)品事故。胡萬吉等統(tǒng)計了2009—2018年我國的較大以上化工事故起數(shù)與死亡人數(shù)。我國2006—2018年化工與危險化學(xué)品事故統(tǒng)計見表8，2004—2018年化工事故起數(shù)和死亡人數(shù)見圖1。

圖1 2004—2018年化工事故起數(shù)和死亡人數(shù)及二者比率

表8 我國化工與危險化學(xué)品事故(部分)

經(jīng)Duan等統(tǒng)計，2000—2006年，我國危險化學(xué)品事故每年事故起數(shù)為200～600起，死亡人數(shù)為220～1 100人；2006—2010年全國共發(fā)生危險化學(xué)品事故490起，造成879人死亡；2011—2015年全國共發(fā)生危險品化學(xué)品事故197起，總死亡人數(shù)為388人。可見，我國危險化學(xué)品事故有降低的趨勢。

從表8與圖1可知，我國化工事故自2004—2010年逐年下降，事故起數(shù)與死亡人數(shù)分別下降69.0%與53.6%。從2011—2015年，事故起數(shù)與死亡人數(shù)分別下降54.0%與48.2%。2018年相比與2016年，事故起數(shù)降低22.1%，死亡人數(shù)降低4.7%。2010—2011年間以及2015—2016年間事故有明顯增加，是因?yàn)樵瓏野脖O(jiān)總局2010年前僅統(tǒng)計與危險化學(xué)品有關(guān)的死亡事故，2011年后增加了與危險化學(xué)品無關(guān)死亡事故的統(tǒng)計，而2016年后統(tǒng)計所有事故(包括死亡和非死亡事故)。統(tǒng)計的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生變化導(dǎo)致事故數(shù)增加。從圖1可知，2004—2010年、2011—2015年、2016—2018年3個時間段間死亡人數(shù)與事故起數(shù)的比值呈升高趨勢，表明單起事故的危害后果增加。

國內(nèi)調(diào)查起數(shù)比例從高到低的事故后果依次為爆炸、中毒與火災(zāi)。在事故發(fā)生環(huán)節(jié)中，生產(chǎn)事故起數(shù)占大多數(shù)，比例占到80%以上。2015—2019年化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的重特大事故有5起，分別為：2015年8月12日，天津?yàn)I海新區(qū)瑞海國際危險品倉庫特大火災(zāi)爆炸事故，導(dǎo)致165人遇難，8人失蹤，798人受傷；2015年8月31日，山東東營濱源公司爆炸事故，導(dǎo)致13人死亡；2017年12月9日，江蘇連云港聚鑫生物科技有限公司重大爆炸事故，造成10死1傷；2018年7月12日，四川宜賓恒達(dá)科技有限公司重大爆炸著火事故，導(dǎo)致19人死亡，12人受傷；2019年3月12日，江蘇響水天嘉宜公司特別重大爆炸事故，導(dǎo)致78人死亡、76人重傷、640人住院治療。5起反應(yīng)事故共造成285人死亡，表明我國反應(yīng)事故形勢仍然嚴(yán)峻，相比歐美發(fā)達(dá)國家有一定差距，反應(yīng)危害控制仍然是化工從業(yè)者的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

3 結(jié)論與建議

a) 根據(jù)對國外反應(yīng)事故的統(tǒng)計分析，可得到反應(yīng)事故的以下特點(diǎn)：①反應(yīng)事故為化工常見的事故形式，進(jìn)一步導(dǎo)致爆炸、火災(zāi)與有毒氣體釋放等后果，危及人民生命財產(chǎn)安全；②反應(yīng)事故涉及的行業(yè)眾多，其中精細(xì)、中間體和重質(zhì)有機(jī)物行業(yè)，塑料、橡膠和樹脂行業(yè)，涂料和粘合劑行業(yè)，有機(jī)品，無機(jī)品與藥品等行業(yè)反應(yīng)事故起數(shù)較多；③反應(yīng)事故在反應(yīng)器發(fā)生的比例不足1/3，其他工藝單元、儲存、處置與運(yùn)輸以及維護(hù)與清潔等過程均可能發(fā)生，且比例在15%以上；④反應(yīng)事故涉及的反應(yīng)類型眾多，包括：聚合、硝化、分解、中和、與水反應(yīng)、磺化、水解、成鹽反應(yīng)、鹵化、烷基化反應(yīng)、胺化、重氮化、氧化與酯化等，聚合、硝化與分解事故起數(shù)最多，這和聚合、硝化與分解的強(qiáng)放熱特性有關(guān)；⑤反應(yīng)事故的原因主要可分為技術(shù)和物理原因、人為和組織原因。技術(shù)和物理原因方面，攪拌不充分、原料質(zhì)量問題、加料錯誤、裝置設(shè)計、部件/機(jī)械故障、儀表/控制/監(jiān)測故障、失去工藝控制與緊急泄放系統(tǒng)等占比較高。人為和組織原因方面，操作錯誤、反應(yīng)/工藝分析不充分、管理失效、不適當(dāng)?shù)牟僮鞒绦?、培?xùn)不足、緊急響應(yīng)不足和設(shè)備管理不足等問題占比較高?？傮w而言，人為和組織原因占事故起數(shù)的比例多于技術(shù)和物理原因。

b) 根據(jù)對我國化工與危險化學(xué)品事故的統(tǒng)計分析，可得到以下結(jié)論：①我國化工與危險化學(xué)品事故有降低的趨勢，單起事故死亡率有上升的趨勢；②相比于歐洲與美國因反應(yīng)事故導(dǎo)致的死亡人數(shù)年均不超過10人，我國近年來接連發(fā)生重特大反應(yīng)事故，導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡，反映出我國反應(yīng)事故的整體形勢仍然較為嚴(yán)峻；③化工事故的后果，頻率從高到低依次為爆炸、中毒與火災(zāi)，生產(chǎn)環(huán)節(jié)的事故占比80%以上，處于絕對領(lǐng)先地位。

c) 針對國內(nèi)反應(yīng)事故形勢嚴(yán)峻的現(xiàn)狀，提出以下建議：①開展國內(nèi)反應(yīng)事故的專項(xiàng)調(diào)查與統(tǒng)計，為反應(yīng)事故防控與安全監(jiān)管提供支撐；②針對反應(yīng)危害的監(jiān)管，不應(yīng)僅限于反應(yīng)器中的合成反應(yīng)，還應(yīng)包括其他工序與環(huán)節(jié)的分解、氣相燃爆與其他不相容反應(yīng)等；③開展化工全流程與全生命周期的反應(yīng)危害識別與評估，確保反應(yīng)危害得到全面識別與評估；④對反應(yīng)危害可能導(dǎo)致的火災(zāi)、爆炸與中毒等最終后果進(jìn)行評估，對后果比較嚴(yán)重的裝置或部位進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)管；⑤針對聚合、硝化與分解等工藝進(jìn)行專項(xiàng)安全研究，形成完善的安全技術(shù)，并推廣至其他工藝，從而確保重點(diǎn)工藝的反應(yīng)危害得到控制；⑥加強(qiáng)反應(yīng)危害的控制技術(shù)開發(fā)，制定安全操作范圍，進(jìn)行防止人為錯誤的本質(zhì)安全化設(shè)計，開發(fā)完善的安全控制與緊急泄放系統(tǒng)，開展安全關(guān)鍵設(shè)備識別與監(jiān)控；⑦加強(qiáng)管理，包括完善安全管理措施，制定緊急響應(yīng)程序，編制合適的操作程序，加強(qiáng)培訓(xùn)，加強(qiáng)維護(hù)與清潔過程的管理等。