劉興林 袁耿民

（江西省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測(cè)研究院)

0 前言

2009年的一天晚間時(shí)分，江西南昌某化工公司發(fā)生了一起反應(yīng)釜爆炸事故。筆者作為事故調(diào)查組成員，參加了對(duì)該起事故的調(diào)查、取證、分析以及對(duì)事故性質(zhì)、原因作出結(jié)論。為吸取事故教訓(xùn)，引以為戒，防止類似事故再次發(fā)生，現(xiàn)將該起反應(yīng)釜爆炸事故的調(diào)查分析情況介紹如下。

1 事故經(jīng)過及現(xiàn)場(chǎng)破壞情況

通過對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)勘察，開展對(duì)設(shè)備相關(guān)資料審查及詢問當(dāng)事人等工作，得知該事故是在公司進(jìn)行生產(chǎn)柴油潤(rùn)滑劑的模式放大試驗(yàn)時(shí)發(fā)生的。該試驗(yàn)的重要組分為雙聚蓖麻油酸和雙醚 （二乙二醇單甲醚），預(yù)計(jì)進(jìn)行兩步反應(yīng)。第一步反應(yīng)生成蓖麻油酸二乙二醇單甲醚脂；第二步進(jìn)行聚合，為放熱反應(yīng)，生成雙聚蓖麻油酸二乙二醇單甲醚脂。工藝規(guī)定反應(yīng)溫度一般控制在180～195℃，壓力控制在0.2～0.3 MPa。事故前兩天，先在一臺(tái)反應(yīng)釜上進(jìn)行了首次試驗(yàn)。兩天后的上午又在另一臺(tái)同類型的反應(yīng)釜 （即事故反應(yīng)釜）上進(jìn)行第二次試驗(yàn)。第二次試驗(yàn)從下午4：00開始，技術(shù)人員帶領(lǐng)共5名操作人員進(jìn)行試驗(yàn)。按照試驗(yàn)要求，首先向反應(yīng)釜內(nèi)加入500 kg雙醚，通入氮?dú)猓度虢饘兮c5 kg作為催化劑，反應(yīng)釜內(nèi)氮?dú)饧訅褐?.2～0.3 MPa，然后在反應(yīng)釜夾套內(nèi)通入導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱。由有機(jī)熱載體鍋爐出來的導(dǎo)熱油溫度一般控制在200℃以下。晚7：30左右反應(yīng)釜內(nèi)溫度升至180℃，此時(shí)停止了鍋爐運(yùn)行。晚7：40左右開始進(jìn)行2 t脫水蓖麻油酸甘油脂的滴加 （由計(jì)量泵控制數(shù)量）。根據(jù)當(dāng)時(shí)操作人員反映，在加料過程中，反應(yīng)釜內(nèi)溫度不斷上升，當(dāng)溫度升至190℃時(shí)，開啟了冷油循環(huán)系統(tǒng)，但是反應(yīng)釜內(nèi)溫度仍繼續(xù)上升。溫度升至195℃時(shí)少量開啟了排空管上的放空閥排空，然后反應(yīng)釜內(nèi)溫度上升速度仍然很快，于是立即將放空閥全開，但是反應(yīng)釜內(nèi)溫度仍然無法控制。溫度很快升至200℃，現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)的技術(shù)人員立即電話請(qǐng)示了不在現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)總負(fù)責(zé)人，此時(shí)溫度已經(jīng)升至230℃，技術(shù)總負(fù)責(zé)人指示立即啟動(dòng)應(yīng)急措施，迅速緊急撤離所有現(xiàn)場(chǎng)人員，避免人員傷害。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)人員撤至200 m遠(yuǎn)處時(shí)，反應(yīng)釜發(fā)生了爆炸，此時(shí)時(shí)間為晚8：20左右。

發(fā)生爆炸事故的反應(yīng)釜周圍一片狼籍，爆炸后燃起的大火將約1000 m2的廠房燒得只剩下框架，房頂部分鋼筋混凝土橫梁垮塌，前后周圍廠房門窗被沖擊波整排震碎，幾百米開外的房屋玻璃也被氣浪沖擊造成不同程度破損。

安裝反應(yīng)釜的操作平臺(tái)整體垮塌，在跨塌處底部堆積物下可觀察到反應(yīng)釜爆炸后殘留的兩大塊內(nèi)筒金屬筒片，殘片已扭曲，變形嚴(yán)重。其中靠外面的一塊內(nèi)筒片縱向長(zhǎng)約2.5 m，斷面金屬壁厚最薄處由原34 mm減薄至28 mm；另一塊周向長(zhǎng)2 m多，斷面金屬壁厚38 mm（筒體和封頭基層材料為16MnR，厚度34 mm，復(fù)層材料為 304，厚度 4 mm），無明顯減薄，裂口斷面與金屬材料表面普遍呈45°斜角。從損壞情況看，釜體屬于韌性斷裂。

2 事故原因分析及結(jié)論

2.1 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)設(shè)備的出廠資料得知，發(fā)生爆炸事故的反應(yīng)釜是由山東威?；C(jī)械有限公司設(shè)計(jì)制造的磁力驅(qū)動(dòng)反應(yīng)釜，屬于三類壓力容器，制造出廠日期為2008年11月。該反應(yīng)釜內(nèi)筒設(shè)計(jì)壓力為6.0 MPa，設(shè)計(jì)溫度為160℃；工作壓力為5.0 MPa，工作溫度為150℃；設(shè)計(jì)工作介質(zhì)為乙醇、異丙醇、哌啶酮、哌啶醇、氫氣、氨氣、氮?dú)?；筒體內(nèi)直徑1600 mm，容積為5 m3；筒體和封頭基層材料為16MnR，厚度34 mm，復(fù)層材料為304，厚度4 mm。夾套設(shè)計(jì)壓力0.55 MPa，設(shè)計(jì)溫度161℃，工作壓力為0.5 MPa，工作溫度158℃，設(shè)計(jì)介質(zhì)為飽和蒸汽；夾套內(nèi)直徑1750 mm，夾套筒體和封頭材料為Q235B，厚度為10 mm。釜體內(nèi)布置有12 m2的冷卻盤管，設(shè)計(jì)壓力0.55 MPa，設(shè)計(jì)溫度161℃，工作壓力0.5 MPa，工作溫度158℃，設(shè)計(jì)介質(zhì)為冷卻水，盤管材料1Cr18Ni9Ti，管直徑覫57 mm×3.5 mm。反應(yīng)釜釜底內(nèi)表面到釜頂法蘭面高度為3302 mm，設(shè)備質(zhì)量為8832 kg。

反應(yīng)釜配置的安全閥型號(hào)為A42Y-64P，數(shù)量為2個(gè)，設(shè)計(jì)開啟壓力5.5 MPa,公稱壓力PN6.4 MPa，工作壓力等級(jí)5.0～6.4 MPa，公稱直徑DN50 mm，接管為57 mm×5 mm，由同一接管經(jīng)三通分為兩個(gè)安全閥接口。

爆破片型號(hào)為L(zhǎng)C125-6.0-150，設(shè)計(jì)爆破壓力6.0 MPa，設(shè)計(jì)爆破溫度150℃，公稱直徑DN125 mm，材料為316L，爆破片接管規(guī)格為覫133 mm×7.5 mm。

2.2 事故前設(shè)備狀況

該反應(yīng)釜是從該公司集團(tuán)內(nèi)部關(guān)聯(lián)企業(yè)轉(zhuǎn)入的，轉(zhuǎn)入前閑置了近一年時(shí)間，從未使用過。轉(zhuǎn)入后，在2009年9月由江西省某安裝工程有限公司安裝。該安裝公司無壓力容器安裝資質(zhì)，安裝前未向當(dāng)?shù)靥胤N設(shè)備監(jiān)察部門辦理安裝告知手續(xù)，安裝時(shí)也未經(jīng)當(dāng)?shù)貦z驗(yàn)檢測(cè)部門進(jìn)行安裝監(jiān)督，且安全附件未經(jīng)校驗(yàn)。當(dāng)?shù)刭|(zhì)監(jiān)部門在例行檢查中發(fā)現(xiàn)特種設(shè)備違規(guī)安裝情況后予以制止，并向建設(shè)、安裝單位下達(dá)了整改指令書，責(zé)令停止安裝，設(shè)備不得投入使用。該特種設(shè)備使用前也未按規(guī)定向管轄當(dāng)?shù)氐奶胤N設(shè)備安全監(jiān)察部門辦理注冊(cè)登記手續(xù)。該設(shè)備安裝完畢后，廠方擅自將原設(shè)計(jì)的反應(yīng)釜夾套中的蒸汽介質(zhì)改為導(dǎo)熱油介質(zhì)，由一臺(tái)型號(hào)為YYL-930Y有機(jī)熱載體鍋爐加熱導(dǎo)熱油，內(nèi)盤管中也改用常溫導(dǎo)熱油進(jìn)行冷卻循環(huán)。安裝時(shí)通過釜頂?shù)囊粋€(gè)原設(shè)計(jì)為真空接口的DN50 mm接口連接了一根DN38 mm的排放管，排放管經(jīng)過二級(jí)冷凝器后接至房頂放空。

2.3 事故原因和結(jié)論

事故的直接原因如下所述：該化工公司在進(jìn)行生產(chǎn)柴油潤(rùn)滑劑的模式放大試驗(yàn)過程中，對(duì)反應(yīng)劇烈程度估計(jì)不足，導(dǎo)致反應(yīng)溫度上升過快，冷卻系統(tǒng)又無法迅速導(dǎo)出反應(yīng)釋放的熱能，致使溫度快速升高，加劇了筒體內(nèi)部混合物介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程并進(jìn)一步促使溫度上升，使釜內(nèi)液體介質(zhì)急劇汽化，壓力溫度迅猛升高；生成蓖麻油酸二乙二醇單甲醚脂的反應(yīng)為脂化反應(yīng)，反應(yīng)分解出的H2O與催化劑金屬鈉Na發(fā)生化學(xué)反應(yīng)2H2O+2Na=2NaOH+H2，生成易燃易爆物H2；釜內(nèi)置換不徹底，可能殘留空氣，同時(shí)聚合反應(yīng)放熱后雙酶發(fā)生裂解，形成混合爆炸物；由于上述這些原因，導(dǎo)致在高溫高壓下反應(yīng)失控，發(fā)生爆炸，釀成事故。

事故的主要原因可以歸納為如下幾個(gè)方面。

2.3.1 試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理

試驗(yàn)選用的反應(yīng)釜并不是針對(duì)該公司實(shí)際生產(chǎn)工藝專門設(shè)計(jì)的。由于參與反應(yīng)的工作介質(zhì)、換熱介質(zhì)、工作壓力、溫度等與原設(shè)計(jì)不符，介質(zhì)、設(shè)計(jì)溫度、壓力難以滿足生產(chǎn)工藝的要求，導(dǎo)致反應(yīng)釜安全閥和爆破片的泄放能力不能達(dá)到安全排放的要求。對(duì)冷卻系統(tǒng)冷卻效果沒有進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)計(jì)算，也導(dǎo)致了反應(yīng)溫度失控；反應(yīng)釜選型不當(dāng)，實(shí)際操作中工作壓力為0.2～0.3 MPa，卻選用了設(shè)計(jì)壓力為6.0 MPa的承壓設(shè)備，致使安全泄放裝置定壓過高，不能及時(shí)泄放壓力，積累了爆炸能量，增加了破壞力。

2.3.2 設(shè)備安裝和使用不規(guī)范

該反應(yīng)釜屬于特種設(shè)備，按照 《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》，應(yīng)由取得相應(yīng)安裝許可資質(zhì)的單位安裝。安裝前應(yīng)告知當(dāng)?shù)靥胤N設(shè)備安全監(jiān)察部門，并應(yīng)經(jīng)當(dāng)?shù)叵鄳?yīng)檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行安裝監(jiān)督檢驗(yàn)。設(shè)備操作、管理人員應(yīng)經(jīng)培訓(xùn)，取得質(zhì)監(jiān)部門頒發(fā)的特種設(shè)備管理人員證書或操作人員證書后方可上崗。設(shè)備應(yīng)辦理注冊(cè)登記手續(xù)后才能合法使用。經(jīng)查，該設(shè)備系由無安裝資質(zhì)的安裝單位安裝，也未向當(dāng)?shù)靥胤N設(shè)備安全監(jiān)察部門辦理告知手續(xù)，管理、操作人員未持有效證件上崗，設(shè)備未辦理使用注冊(cè)登記手續(xù)。由于上述不規(guī)范行為，該設(shè)備系統(tǒng)和試驗(yàn)過程不排除存在諸多安全隱患。例如：設(shè)備的安全閥、壓力表、溫度計(jì)等安全附件使用前未經(jīng)校驗(yàn)，可能存在計(jì)量誤差或失效；試驗(yàn)沒有嚴(yán)格的操作規(guī)程，可能存在操作不當(dāng)?shù)惹闆r。

2.3.3 反應(yīng)溫度過高

從進(jìn)行2 t脫水蓖麻油酸甘油脂滴加后釜內(nèi)溫度上升較快這一點(diǎn)來看，工藝或存在缺陷，可能存在加料量過大、加料速度過快和反應(yīng)溫度偏高等問題。原設(shè)計(jì)夾套設(shè)計(jì)壓力0.55 MPa，設(shè)計(jì)溫度161℃，工作壓力0.5 MPa，工作溫度158℃，設(shè)計(jì)介質(zhì)為飽和蒸汽。改為型號(hào)為YYL-930Y有機(jī)熱載體鍋爐提供導(dǎo)熱油為熱傳導(dǎo)介質(zhì)后，其最高溫度可達(dá)到320～350℃。從現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)情況看，要求導(dǎo)熱油溫度控制在200℃以下 （這實(shí)際上也已高于設(shè)備設(shè)計(jì)溫度）。事故發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)操作人員撤離時(shí)溫度已升至230℃，而且還不清楚這是否是精確的溫度值，但顯然已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了設(shè)計(jì)溫度161℃。導(dǎo)熱油的熱傳導(dǎo)性和流動(dòng)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如蒸汽和冷水，冷卻系統(tǒng)沒能快速帶走熱量，加速了聚合反應(yīng)過程，也致使該反應(yīng)釜超溫超壓運(yùn)行，埋下了事故隱患。

2.3.4 反應(yīng)釜氮?dú)庵脫Q效果無監(jiān)測(cè)

雖然操作人員表示試驗(yàn)時(shí)反應(yīng)釜進(jìn)行了充氮?dú)夂托箟号趴罩脫Q過程，但由于排放口設(shè)置在反應(yīng)釜上部，分子量較大的氧氣有可能未充分排出釜外，且沒有對(duì)釜內(nèi)含氧量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，存在空氣置換不徹底的可能，這也增加了發(fā)生爆炸的可能性。

2.3.5 試驗(yàn)缺乏必要的安全防范措施

試驗(yàn)中，在冷卻系統(tǒng)無法迅速降低反應(yīng)溫度、有可能使反應(yīng)失控時(shí)，整個(gè)工藝系統(tǒng)沒有預(yù)設(shè)防范措施，既沒有設(shè)置投放抑制反應(yīng)的阻聚物，也沒有設(shè)置緊急卸料裝置以降低反應(yīng)規(guī)模。此外，反應(yīng)釜安全閥泄放能力不足，以及過高的開啟壓力、爆破壓力的設(shè)定，都不利于介質(zhì)及時(shí)排放，增加了設(shè)備爆炸時(shí)積聚的爆炸能量。

3 預(yù)防措施及建議

（1）反應(yīng)設(shè)備應(yīng)選用由壓力容器設(shè)計(jì)單位針對(duì)實(shí)際工藝和特點(diǎn)進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)的承壓設(shè)備，且應(yīng)有可靠的防止聚合反應(yīng)超溫超壓的冷卻、卸料、泄壓裝置。

（2）反應(yīng)設(shè)備的氮?dú)庵脫Q效果應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)實(shí)際情況對(duì)設(shè)備內(nèi)含氧量進(jìn)行分析，將其控制在規(guī)定安全范圍內(nèi)。

（3）溫度計(jì)等安全附件應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行校驗(yàn)，反應(yīng)溫度應(yīng)當(dāng)控制在規(guī)定范圍內(nèi)，且應(yīng)根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)制定嚴(yán)格的操作規(guī)程和溫度、壓力異常情況的應(yīng)急救援措施，嚴(yán)禁違規(guī)操作。

（4）特種設(shè)備安裝、使用應(yīng)該按照國(guó)家法規(guī)、規(guī)范要求辦理相關(guān)手續(xù)，并應(yīng)經(jīng)過檢驗(yàn)檢測(cè)單位監(jiān)督檢驗(yàn)，取得注冊(cè)登記使用證，作業(yè)人員應(yīng)取得管理、操作許可證后才能上崗操作。

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