由于精餾塔熔池安全設計存在缺陷，過熱的液體鋅積聚在陶瓷精餾塔內，終造成超壓爆炸，導致2名工人死亡，1名工人重傷，整個馬頭公司Monaca冶煉廠永久關閉。

2010年7月22日，馬頭控股公司位于美國賓夕法尼亞州的Monaca鋅冶煉廠發(fā)生爆炸和火災事故。事故造成2名工人死亡，1名工人嚴重受傷，無法返崗工作。2014年4月，馬頭公司宣布Monaca冶煉廠永久關閉。

事故經過

調查組從事故發(fā)生時起，追溯了之前的一些作業(yè)記錄：

2010年7月2日，精餾塔底部熔池燃燒器引燃，記錄顯示熔池溫度遠低于目標溫度，熔池需要徹底加熱。

7月6日，記錄溫度為380?C。

7月10日，向精餾塔內加料。

7月12日，第一次鎘鋅合金冷凝，狀態(tài)正常。

7月14日，熔池泄漏修復。修復過程使用了空氣吹塵槍。

7月15日，熔池再次發(fā)生泄漏，但未進行修復。

7月19日，熔池泄漏再次修復。

很明顯，熔池存在問題。

根據現場記錄查看，精餾塔填料率這一時期處于增加狀態(tài)，填料越多意味著需要排出熔池的流量越大。

7月22日12時10分，回流溫度（冷凝點）顯示正常。

15時10分，在燃燒室底部出現不正常現象，廢氣入口處與燃燒室底部溫度，從低于精餾塔底部、頂部以及中部的平均溫度到逐漸高于三者平均溫度。Monaca冶煉廠1993年12月精餾塔爆炸前3個小時也曾出現過廢氣和燃燒室底部溫度緩慢上升的情況。

隨著溫度的升高，燃燒室內產生了振動，可能由于吸力器未能奏效，阻尼器啟動了。

16時，控制室內警報響起，指示精餾塔內底部的廢氣變化急速，操作工人立即切斷了輸氣流。

隨后，精餾塔中部的警報也響了，操作工人切斷了向上的輸氣流。

16時10分，精餾塔發(fā)生爆炸。

類似事故

調查人員發(fā)現，世界其他地方也發(fā)生過類似事故10多起。

澳大利亞一家鋅冶煉廠在1973年精餾塔發(fā)生爆炸，造成1名工人死亡。

1993年印度冶煉廠發(fā)生了一場爆炸，燒毀了燃燒室并造成1名操作工死亡。

1993年與1994年在法國努瓦耶爾戈多分別發(fā)生過精餾塔爆炸，共導致11名工人死亡和許多工人嚴重燒傷。

馬其頓一家冶煉廠1994年同樣發(fā)生精餾塔爆炸事故，1名工人死亡。

Monaca冶煉廠本身也經歷了多次重大事件。1993年12月，發(fā)生過鉛精餾塔爆炸；1994年7月，有一處精餾塔遭遇過嚴重泄漏事件后被及時關閉、摧毀；還有五次記錄的鋅精餾塔爆炸事件，其中1997年和2007年發(fā)生的爆炸事件與熔池堵塞有關； 2010年7月22日，再次發(fā)生爆炸和火災事故，終造成2人死亡，1人嚴重受傷。

事故原因

美國化學安全委員會（CSB）技術分析指出，事故可能是由于過熱液體鋅積聚在陶瓷精餾塔內，造成高溫、超壓，導致“超壓爆炸”。

當時，精餾塔破裂釋放出大量的鋅蒸氣，在空氣的作用下發(fā)生高溫燃燒。事故發(fā)生時，2名工人正在從事另一個精餾塔的維修工作。第三個操作工是嚴重受傷，無法返回工作崗位。

精餾塔采用專用砂漿堆砌，由48個碳化硅塔盤與頂部的回流塔組成。精餾塔的底部被一個磚砌的燃燒室圍住，天然氣和一氧化碳廢氣作為燃料。這座精餾塔是在舊的精餾塔銷毀之后重新建造的，Monaca冶煉廠僅使用了500天。

調查人員指出，精餾塔用于從塔底液體混合物中提取純鋅。一些沸點較低的雜質如鎘，達到沸點之后就會以氣體的形式排出，留下純鋅液體。精餾塔溫度通常會升到高于871.1℃，這種情況下只有少量的液體金屬會出現在不同的塔盤上，但精餾塔的流態(tài)化焙燒卻導致了一種非常危險的情況。這也就導致了2010年7月22日的爆炸和火災事故。

在極限壓力下會沖破燃燒室，并向外界釋放大量的鋅蒸氣和過熱液體鋅。鋅在高溫下很容易被引燃。鋅在被引燃的情況下跟空氣中的氧氣接觸，極易發(fā)生爆炸和火災。

檢查所有的數據之后，調查人員確定引起爆炸的原因可能是因為精餾塔熔池局部堵塞。熔池位于精餾塔的底部，一個排水管道樣式的磚砌結構。2010年精餾塔重建時，熔池沒有檢修。分析發(fā)現，先前的精煉塔發(fā)生泄漏事件時及早關停，就是由于熔池排液存在問題。在2010年7月重啟精餾塔時，就已經注意到了熔池的各種問題，但這些問題從未得到糾正。在爆炸前至少一個小時，DCS（即分布式控制系統(tǒng)）數據顯示精餾塔底部逐漸升溫，底部混合物呈現液化，逐漸淹沒了較低的塔盤，而本應向上面的冷凝器排出的蒸氣也無法排出了。

爆炸前10分鐘，控制室的警報響起是由于精餾塔里的廢氣出現了高速率的溫度變化，而此時鋅可能已從精餾塔泄漏處流進了燃燒室，但已經太晚了，爆炸已無法避免。

控制室操作員聽到警報后，切斷了流向精餾塔的燃氣，但無法控制鋅流入精餾塔。精餾塔的不安全狀態(tài)沒能及時被發(fā)現，控制室的操作員也沒有意識到迫在眉睫的危險。

按照操作規(guī)程的規(guī)定：如果發(fā)現廢氣溫度迅速上升，氧化燃燒單元冒出蒸氣，此時要求操作人員需通過精餾塔燃燒器旁邊的窺視孔檢查精餾塔。

但是，當時并沒有人遵循窺視孔檢查程序。相反，爆炸前工人報告說一切正常。

技術分析確定，這種精餾塔的熔池結構存在一個潛在的設計缺陷，也就是被稱為“下溢”的溢流口——類似U型存水管。該溢流口的排液口徑僅為65mm，極易被渣子或其他固體堵塞。正常情況下，溢流口沒有發(fā)生堵塞，過量的鋅液可以正常排出精餾塔熔池。一旦堵塞，鋅液不能順暢排出，就會逐漸積累在精餾塔內。當過量的鋅液和蒸氣積累到一定數量，就會導致精餾塔內壓力上升，壓力上升到一定數值就會引發(fā)爆炸燃燒。而這也是世界上其他鋅精餾塔曾經爆炸的直接原因。

分析本次事故發(fā)現，精餾塔內過量的液體鋅因無法正常排出精餾塔熔池，在底部產生了一種危險的壓力積聚，影響了蒸氣正常排出，并使燃燒室底部溫度過熱，過熱的燃燒室造成精餾塔內壓力過大，造成精餾塔“爆炸減壓”。

報告也指出，這種精餾塔的熔池結構也曾使用于其他不同類型的精餾塔，但通過熔池的液體流量低得多，而本次事故中的精餾塔熔池的液體流量增加了4～5倍，使得熔池排液口徑過于窄小的缺陷更加突出，導致堵塞、超壓、爆炸。

調查人員分析，世界上發(fā)生的這幾起類似事故，在提煉鋅工藝中都采用了美國新澤西鋅公司于20世紀20年代發(fā)明的連續(xù)豎罐蒸餾法，包括烘焙、蒸鋅和冷凝三個部分，采用豎罐的形式，實現了加排料的連續(xù)性和機械化操作。2000年以前，這一提煉鋅技術不僅在美國，很多海外公司也在采用，但目前美國已經停止使用。

據了解，我國的一些煉鋅廠目前仍在使用該方法，盡管從工藝上有所改良，但仍然需要增加安全控制裝置，時刻警惕安全隱患。

（本文譯自http：//www.csb.gov/，圖片來源于《馬頭事故調查最終報告》）

實習編輯 秦運巧