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液氨球罐液氨压力管道泄漏事故案例分析

时间:2010年07月17日 11:18  来源:互联网  已被浏览2998次  评论0
  一、事故概况

  2007年5月4日0时02分,阜阳市昊源化工集团有限公司液氨球罐区,向2号液氨球罐输送液氨的进口管道中安全阀装置的下部截止阀发生破裂,管道内液氨向外泄漏,造成33人因呼入氨气出现中毒和不适,住院治疗和观察。事故发生后,该公司进行紧急处置,用9.5分钟时间,制止了泄漏。

  事故发生时,截止阀底部发生破裂,底部一块直径100mm的圆形阀体外壳破裂飞出,液氨大量泄漏。

  事故截止阀的破裂口直对正北方向,而西北方向的30-35米处,由阜阳市水利建筑安装工程公司负责建设的凉水塔工地正在施工,造成33名人员中毒和不适 ,中毒人员中,阜阳市水利建筑安装工程公司人员29人(主要为农民工,其中有2名妇女和1名8岁男童),江苏江都市桥台工业设备安装公司人员2人,颍东区陈油坊行政村(承包锅炉出渣人员)1人,此外,还有昊源化工集团公司保安1人。

  5月7日上午11时,受伤人员中,8人重度中毒(其中3人切开喉管治疗),14人中度中毒,4人住院观察。[最专业的安全生产管理-风险世界网]

  截止5月14日,28名中毒者9人处于重症状态,9人处于中症状态,10人留院观察。

  事故发生后,阜阳市政府组成了安监、质监等部门参加的调查组,对事故进行调查,事故阀门委托合肥通用机械研究院进行鉴定。省安监、质监、环保、卫生等部门派人赶赴现场指导事故调查和伤员抢救工作。

  二、事故调查

  (一)工厂情况

  安徽昊源化工集团有限公司始建于1970年,由原阜阳化工总厂改制而成,是股权结构多元化的大型化工企业。公司下设塑业、制气、机械制造等四个子公司,占地面积52万平方米,员工1400余人,拥有总资产6.83亿元,主要产品有尿素、碳酸氢铵、甲醇、吗啉以及余热发电30MW和塑料编织袋等。是一个典型的危险化学品生产经营企业。

  该公司原生产能力为:尿素合成氨系统(18万吨/年液氨联产7万吨/年甲醇,含1台400米3液氨球罐)。已取得危险化学品生产许可。

  (二)新建、扩建项目情况

  2005年来该公司进行生产新建与扩建,其中40万吨/年尿素生产装置(含20万吨/年尿素生产装置一套、2台6M50压缩机、650米3液氨球罐2台、φ1800氨合成系统一套,在建的φ1600甲醇合成系统一套、变压吸附脱碳装置和脱硫装置各1套)。该建设项目已完成20万吨/年的尿素的投产,项目已签订安全预评价合同,未进行安全设施设计、竣工安全验收、试生产方案未进行备案。

  液氨球罐群属于40万吨/年尿素生产装置技术改造项目内容。包括:2台650米3液氨球罐和附属液氨管线。

  (三)设计、制造、安装、使用情况

  该套液氨管道系统是安徽昊源化工集团有限公司设计室设计(有管道设计许可,证号:SPG皖007-08),江苏江都市侨台工业设备安装公司安装(安装许可证号:GAZ苏—005—07)。

  该管线系统2005年8月安装,管道安装未进行安全性能监督检验。

  该管线系统2006年8月方投入运行,使用未办理使用登记手续。截止事故发生共运行近9个月时间。

  该岗位作业人员业经考试发证,持证上岗。

  球罐设计压力2.6Mpa,设计温度-15-50℃;液氨管道设计,取液氨管道工作压力2.3Mpa,实际运行压力(查生产记录)2.2-2.3Mpa。

  液氨管线直径为133mm,在管线上配有安全阀,安全阀与管道之间设有截止阀。

  选用上海宏祥空调设备厂(原名:朱行阀门厂)制造的J41B-2.5-80 截止阀(Dg80,Pg25,材质为灰口铁)。同时购置的同规格型号的阀门有4只,并于2005年8月13日进行了试漏试验,2005年8月安装到系统上,安装后,系统分别进行了水压试验(试验压力3.75MPa)和气密性试验(试验压力2.875MPa),2006年8月与系统同时投入使用。

  (四)事故过程

  5月3日11:45左右,安徽昊源化工集团联合车间合成工段四班班长和一班班长进行交接班倒罐操作,操作结束离开现场后,行至11万变电所时(5月4日0:02分,听到氨库方向一声异常响声,2#氨罐进口管一安全阀下部截止阀阀体突然开裂,液氨泄漏。

  两人发现氨泄漏后,一班班长跑到Φ1800mm合成岗位关闭放氨阀,四班班长跑到合成岗位迅速佩戴空气呼吸器到氨库关闭2#氨罐进口阀,岗位操作人员佩戴防氨毒面具关闭补充气阀,进行紧急停车处理。从泄漏发生至关闭阀门处理结束,历时约9分半钟左右,泄漏氨量约5.5米3左右,事故发生时安全阀未启跳。

  事故现场位于昊源化工集团厂区西北角氨储罐区,罐区四周分别是:北部是冷却塔施工现场,西部是厂区围墙,南部是脱碳装置安装施工工地,东部是厂区空地,西北角距罐区约60米处是阜阳市水利建筑安装工程公司冷却塔施工临时工棚,冷却塔北部、南部各有一条安全疏散通道,其中南部通道被冷却塔施工土方堆积堵塞。事故当天风向为西南风,事故发生时冷却塔施工现场和工棚内共有29人。

  经计算,这次泄漏液氨量达5.5米3,若按标准状态下液氨比重0.771计,泄漏液氨达4.24吨(当时球罐介质温度为16℃)。与我省2007年4月8日铜陵发生的液氨罐车安全阀撞断事故比,铜陵事故罐车安全阀撞断,导致安全阀接口气相泄漏时间达4小时36分钟,泄漏液氨1.85吨。而本次事故泄漏时间仅有9分30秒,足可见液相泄漏的危害性更大。

  事故发生后,安徽昊源化工集团立即启动了“氨泄漏应急救援预案”,并向市政府和有关部门进行了报告,在进行紧急停车处理的同时,对事故现场周围人员进行紧急疏散,并与赶到的公安、消防、医疗人员一起对现场及周围进行搜寻和救护,将中毒人员立即送有关医疗机构观察救治。由于当班工人处置熟练迅速果断,没有造成更大危害。

  (五)现场调查

  查该公司生产操作记录,该管道实际运行压力为2.2-2.3Mpa ,没有发现有超压情况的证据。

  发生事故的液氨工艺管线总长267米,规格为Φ133×7,安装安全阀的支管规格为Φ89×4.5。

  安全阀型号为:A41H-40(微启式安全阀).DN80 PN40,事故发生时安全阀没有起跳.对事故截止阀上部的安全阀进行试验,安全阀开启压力为2.5Mpa,符合要求。

  现场检查发现该事故阀门底部脆断飞出,断口呈园型,直径100mm,现场搜寻,未找到阀体底部爆炸碎片。对断口表面目视检查发现有一处原始陈旧裂纹,深度超过阀门壁厚的2/3。

  从事故截止阀的外形看,全启状态下的阀杆有一段呈金属本色,说明事故状态下,截止阀处于半关闭或全关闭状态,否则该段阀杆会有锈蚀痕迹。由此,有疑似关闭的嫌疑。

  三、事故分析

  (一)事故阀门鉴定分析

  委托合肥通用机械研究院进行技术鉴定。经该院鉴定分析,存在以下问题;

  1、宏观检查结果表明,阀体底部在爆裂时整体脱落,断裂部位未见塑性变形,呈明显脆断特征。目视检查断口,有一长42mm,深8.5mm,陈旧性裂纹,延内壁向外壁扩展,该部位实测壁厚为11mm,裂纹深度为壁厚的77%。

  2、对事故阀门断裂处进行厚度测量,最小厚度为8.8mm。最大厚度为12.6mm。阀体厚度不均匀。

  3、对于公称压力为2.5Mpa,公称直径为80mm的球墨铸铁截止阀和铸钢截止阀, GB12233-89《通用阀门 铁制截止阀与升降式止回阀》规定阀体最小壁厚分别为10mm和9.9mm,而事故截止阀的阀体最小壁厚仅为8.8mm,明显偏薄。

  4、该事故截止阀公称直径80mm,公称压力2.5Mpa。GB12233-89《通用阀门 铁制截止阀与升降式止回阀》对于阀体材料为灰铸铁的截止阀推荐最高压力等级为1.6Mpa等级。对于公称直径80mm,公称压力2.5Mpa的铁制截止阀GB12233-89规定阀体材料应选用比灰铸铁性能更好的球墨铸铁或铸钢。

  5、化学成分分析:阀体材料碳含量为4.75%,超过GB9439中对灰铸铁碳含量≤3.8%的要求。

  6、拉伸试验结果:阀体铸件抗拉强度仅为71Mpa,低于GB9439对灰铸铁中最低牌号HT100的标准抗拉强度不低于100Mpa的要求。

  7、冲击试验结果:阀体铸件常温冲击功仅为2J左右,几乎没有韧性。

  8、硬度试验时,试件一压就裂。

  9、微观断口检查,目视检查发现的陈旧裂纹断口上具有陈旧性断口特征,该部位应为启裂处,断口上石墨断面占有很大比例。

  阀体断口呈现三个部位:启裂区、扩展区和交汇区。启裂在陈旧裂纹部位,交汇在断口突出的台阶处。

  启裂部位有致密的泥状腐蚀产物,其他部位为疏松的Fe2O3,为断口受污染后的新鲜腐蚀产物。

  断口内大量片状石墨。石墨与钢相比,其机械性能低,因而可以将其视为无数个微裂纹,这些微裂纹将金属基体割裂,当受到外力时,在裂纹尖端引起应力集中,容易产生破裂。在灰铸铁中石墨越多,片状石墨越大,分布越不均匀,则强度和塑性就越低。

  (二)液氨输送工艺分析

  阜阳昊源化工集团公司的液氨输送工艺是:从冷交换器出口排除的液氨,通过气动薄膜调节阀调节,由将高压转换为中压后,液氨从放氨管线进入液氨球罐。

  为了了解工艺情况,我们专去与昊源公司同生产工艺的安徽四方化工集团公司进行调研,与工艺、设备人员进行了座谈,并延液氨输送管线查看了液氨管线输送流程。

  安徽四方集团的液氨输送工艺是:

  1、氢氮气在合成塔(P设32Mpa)反应成为合成气(10-20%氨气,80-90%氢氮气),合成气经过分离后,进入冷交换器(P设32Mpa,壳程与管程压差为2.0Mpa),在冷交换器进一步冷却后,液氨从冷交换器低部流出。

  2、高压减压阀进口连接冷交换器底部出口管,出口连接放氨总管(直径133mm),经过高压减压阀减压,液氨压力由32Mpa减为2.2-2.6Mpa,减压后的液氨通过放氨总管,进入中继槽。生产过程中冷交换器出口阀门的开与关,采取GCS(中心仪表控制室)自动控制和操作人员手动控制(在仪表失灵时)。

  3、中继槽为16米3的卧式储罐(P设2.55Mpa),其起到缓冲、计量、保持液位,防止氢氮气窜入的作用。中继槽设安全阀、放空管、流量计、电磁气动阀、液位计,安全阀开启压力设定为2.75Mpa。

  4、从中继槽出来的液氨,通过流量计,进入液氨管道输送至液氨球罐(P设2.45Mpa)。

  由于少量合成尾气(氢、氮气)也随液氨进入氨储存系统,由此,放氨管线、中继槽和液氨球罐的系统压力不单纯是液氨的饱和蒸汽压。而是饱和蒸汽压加上尾气的压力。因此对这类液氨系统的设计、制造、安装、使用、检验等,应与氨制冷系统的压力容器、压力管道有所区别。

  阜阳昊源化工集团公司的液氨输送管道中间没有设置缓冲装置。据了解,我省还有一些尿素生产企业使用此种工艺。此外昊源化工集团公司的安全阀设计配置不当。该管线介质为液氨,而安全阀选择为微启式安全阀,直接安装在管道上,一旦液氨介质超压,安全阀起跳,由于介质汽化吸热,容易造成安全阀冻结,失去安全泄放作用。

  在合成氨生产实际中,每班要进行产量指标考核,因此需要对生产液氨进行计量。安徽四方公司由于配置了中继槽,具有计量功能。而阜阳昊源公司没有计量装备,采取各班生产的液氨分别输送到不同球罐的方法计量。这样就产生了在交接班时需要切换球罐的液氨进口阀门,企业称为倒罐作业。在倒罐作业中,若操作不当,极易造成液氨管线系统超压。

  举一例说明:如甲班为小夜班,乙班为大夜班,甲班生产的液氨输送到1号球罐,乙班生产的液氨输送2号球罐,在甲班与乙班交接班倒罐作业时,正常操作是先打开2号球罐的进口阀,再关闭1号球罐的进口阀。如果操作程序颠倒,先关闭1号球罐的进口阀,再打开2号球罐的进口阀,则造成液氨管线急速超压(此时的超压是液态超压,由于液体的可压缩性小,会在较短的时间内液氨管道压力急剧升高,就像水压试验)。这种作业完全靠人工控制,在化肥企业,此类超压情况时有发生,通常的形态是安全阀起跳。

  对阜阳昊源公司5.事故调查中,没有发现有超压情况的证据,按照以事实为依据,以法律为准绳的事故调查原则,和无证据不判定的准则,排除超压原因。

  四、事故初步结论

  综上分析,这是一起典型的是一起危险化学品泄漏事故和特种设备重大事故,也是一起危险化学品安全责任事故和特种设备安全责任事故。

  (一)事故直接原因

  截止阀存在原始缺陷,在应力作用下,加之材料没有韧性,裂纹扩展,在达到临界尺寸时,裂纹贯穿,液氨泄漏,由于液氨汽化吸收热量,造成截止阀温度降低,导致阀体在低温下发生低应力脆性断裂,液氨大量泄漏。

  (二)事故主要原因

  在制造、安装、使用等环节上的违章违规(略涉及安全生产三同时部分)。

  1、管道元件设计选型错误,设计违标

  (1)该管道系将合成系统液氨输送至液氨球罐的工艺管道,液氨球罐的设计压力为2.6Mpa,液氨管道的设计应当与球罐设计压力同等级或略高,而该管道截止阀的选型为Pg2.5,降低了一个压力等级。

  (2)按照GB12233-1989《通用阀门铁制截止阀与升降式止回阀》规定,对阀体材料为灰铸铁的铁制截止阀的可用压力登记,标准推荐最高选用到1.6Mpa,而事故截止阀的公称压力却为2.5Mpa,公称通径为80mm。对于公称压力为2.5Mpa,公称通径为80mm的铁制截止阀,标准规定阀体材料应选用球墨铸铁或铸钢。

  2、制造违标,产品质量低劣

  (1)如1、(2)款所述,该截止阀制造单位违反标准,制造超过标准推荐范围之外的Pg25,Dg80的灰铸铁截止阀。

  (2)按照灰铸铁最低牌号HT100的要求,事故截止阀存在碳含量超标、抗拉强度低于标准规定值、阀体实际最小壁厚小于标准规定最小壁厚、阀体壁厚不均匀等质量问题。

  3、安装违规,压力管道安装未履行备案手续,安装未进行监督检验

  国家质检总局《压力管道安装安全质量监督检验规则》(国质检锅[2002]83号)规定:新建、改建、扩建的压力管道(含附属设施及安全保护装置,下同)应进行安装安全质量监督检验;压力管道安装开工前,建设单位应填写《压力管道安装安全质量监督检验申报书》向地方安全监察机构办理备案手续。而该压力管道于2005年8月开始安装,工程建设单位一直没有履行安装监督检验申报备案手续,安装未经安全质量监督检验就投入运行。

  4、违规使用

  国家质检总局《压力管道使用登记管理规则(试行)》(国质检锅[2003]213号)规定,压力管道均应进行使用登记;新建、扩建、改建压力管道在投入使用前或者使用后30个工作日内,使用单位应当填写压力管道使用登记申请书和压力管道使用注册登记汇总表,向安全监察机构申请办理使用登记。该压力管道2006年8月投用至今,没有办理压力管道使用登记手续。

  (三)事故次要原因

  昊源公司和阜阳水利建筑安装公司危险化学品生产场所和施工现场管理混乱,在危险化学品危险区域设置建筑工人工棚,无关人员进入生产、施工现场,疏散通道被人为堵塞等。

  五、防范对策

  (一)需要肯定的工作

  从另一个角度看,这起事故的应急处置是成功的。今年3月份,该企业就在事故发生地点,组织了液氨泄漏事故应急演练,演练时模拟的事故条件与这起事故形态相似,事故发生时,由于当班人员经过演练,应急处置得当,1名工人报警,1名工人关闭出口阀门,另1名工人穿上重装防化服关闭进口阀门,仅用9分半时间就制止了泄漏,否则,事故造成的伤害会更大。可以说,此是不幸中的万幸,如果应急处置时间再长一些,或应急不当,液氨会按每分钟0.4吨泄漏量向外扩散,现场33人可能无一生还。应急救援体系建设是今后特种设备安全生产工作的重要内容,真正做到防为上,救次之,戒为下。

  (二)工作措施

  针对这起事故暴露的问题,5月7日,省质监局与省安监局决定派出化工设计、化工工艺、化工生产、压力容器和管道检验等方面的专家组对该企业进行全面检查.省安监局对该公司做出指令,对老系统存在的隐患,采取边生产和边整改方式,5月完成管道在线检验,8月完成到期压力容器和压力管道全面检验.对新建项目立即停产和建设,补办设计、评价、验收手续和进行隐患整改。由企业拟订停产方案,阜阳市安监局监督实施。

  (三)安全技术措施

  此种液氨输送工艺的安全技术对策

  1、管线的设计压力要求控制在2.6Mpa以上,管线的压力管道元件禁止使用灰铸铁材料。

  2、管道装置应设置具有计量、缓冲、安全泄放功能的计量缓冲罐。

  3、高压减压阀、压力、液位等控制仪表和安全阀应严格定期检定和定期维修,并备有足够备件。

  六、行政措施

  (一)经省安监、质监两部门商议,5月14日省安监局向省政府提出专题报告,提出对昊源公司新建、扩建项目停产整顿的意见。

  (二)5月23日省安监局印发了事故通报。

  (三)5月31日省质监局发出事故通报,部署开展专项检查、隐患排查工作,并暂停了昊源公司压力管道设计资格。

  (四)国家质检总局发出文件,一是责成制造厂对同类产品召回处理,二是对同工艺的压力管线元件使用提出要求。

责任编辑:tingting

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