过程安全:关闭故障

20多年前，爱荷华州泰拉工业公司发生硝酸铵爆炸，造成4人死亡，18人受伤。该事件暴露了停堆期间过程安全管理(PSM)方案中的主要问题。虽然这一悲惨事件发生在20多年前，但至今仍能引起共鸣。

当谈到安全事故时，有一些巨大的事故永远存在，比如博帕尔，印度，或BP德克萨斯城等。但还有其他一些相对不太引人注意的事件，却被证明是值得学习的经验。

1994年12月13日，位于美国弗吉尼亚州尼尔港的Terra Industries化肥厂的硝酸铵部分发生了大规模爆炸。爆炸发生在该过程已经关闭，并在几个容器中留下了一种溶液。多重因素导致了爆炸，包括中和剂的强酸性条件，中和剂容器中使用了200psig蒸汽，以及当工艺容器中有材料关闭时缺乏对工厂的监控。工厂其他部分的严重损坏导致硝酸释放到地面，无水氨释放到空气中。

工厂生产

该工厂生产硝酸、氨、硝酸铵、尿素和尿素-硝酸铵。来自尿素厂废气或氨储罐的氨通过容器底部的喷雾器加入到中和剂中，55%的硝酸通过容器中部的喷雾环加入。产品，83%的AN，通过溢流线进入破旧的罐，转移到存储。位于溢流线上的pH值探头控制硝酸流向中和剂，以保持pH值在5.5-6.5。中和剂的温度为267华氏度。中和剂和废液罐被排放到洗涤器中，在那里蒸汽最终被55%至65%的硝酸和补充水吸收，产生50%的硝酸铵。50%的AN流循环回到中和剂。

大约在事件发生前两周，工人们发现溢流线上的pH值探头有缺陷，这时工厂切换到手动pH值采样。在事件发生的两天前，测量到pH值为1.5，直到12月12日凌晨1点左右才恢复到可接受的范围。

AN工厂于12月12日下午3点关闭，因为硝酸工厂停止了服务。下午3点30分，操作人员用空气清洗了硝酸管路到中和剂。晚上7点，操作人员将洗涤器溶液泵入中和器。然后200psig蒸汽(约387华氏度)通过硝酸进料线进入硝酸喷雾器，以防止AN回流到硝酸线。爆炸发生在12月13日早上6点。

发生了什么事

在低pH值、高温、低密度区域(例如，含有气泡的区域)、密闭空间以及氯化物等污染物存在的情况下，AN对分解、爆燃和爆轰会变得更加敏感。

计算结果显示，清除硝酸管线可以将关闭时的pH值降低到0.8左右。蒸汽喷雾保持了9小时，提供了足够的热量，使溶液在大约2小时内升至沸点。空气和蒸汽喷射在溶液中产生气泡。氯化物，从硝酸工厂，也存在于AN溶液中。

美国环境保护署(EPA)的调查得出结论，导致爆炸发生的条件是由于缺乏安全操作程序。没有在关闭时将船舶置于安全状态的程序，也没有在关闭过程中对船舶进行监控的程序。美国环保署发现，其他生产商要么在停产期间清空了工艺容器，要么将pH值维持在6.0以上。此外，其他生产商要么不允许使用蒸汽喷雾器，要么即使使用了蒸汽喷雾器，操作人员也没有直接监督。美国环保署还指出，没有对AN工厂进行危害分析，接受采访的人员“表示他们不知道硝酸铵的许多危害。”

经验教训

操作程序需要涵盖操作的所有阶段。在这种情况下，由于缺乏关闭和关闭期间设备监控的程序，导致操作人员执行了使AN溶液敏感的操作，并为启动分解反应提供了能量。由于没有危害识别研究，工作人员不知道使AN敏感分解的条件。

关闭步骤的危险评估将显示，如果没有溶液流经溢流线，则无法测量中和剂的pH值，并且如果罐内没有任何循环，则无法准确测量中和剂的温度。一个完整的危险识别研究将发现硝酸铵回流到硝酸线，并可以确定更好的设计解决方案。

PSM失败

Terra Industries事件是一个很好的例子，说明PSM系统的故障可能是致命的和代价高昂的。重大事故强调了化学和石化行业过程安全的必要性。例如，1984年印度博帕尔发生异氰酸甲酯泄漏事件，造成2000多人死亡，数万人受伤，工业部门因此成立了化学过程安全中心(CCPS)。同样是在1984年，墨西哥城的PEMEX液化石油气接收站发生火灾和爆炸，造成600多人死亡，约7000人受伤。

由于工艺安全事故，也造成了重大的环境破坏。1986年，山德士在瑞士巴塞尔的一个仓库发生火灾，由于救援人员未能控制水的流失，导致包括农药在内的不同化学物质的释放。此次释放对250英里外莱茵河上的水生生物造成了大规模破坏;捕鱼最终被禁止了六个月。1989年埃克森·瓦尔迪兹号(Exxon Valdez)漏油事故和2010年深水地平线(Deepwater Horizon)事故对环境造成的影响已被充分记录。

事故几乎总是有不止一个原因。多年来，安全专家一直使用瑞士奶酪模型来帮助过程工业的经理和工人了解可能导致灾难性事件或险些死亡的事件、故障和决策。根据这个模型，每一层保护层都被描绘成一片瑞士奶酪，奶酪上的洞代表保护层中潜在的故障，例如:

• 人为错误
• 管理决策
• 单点设备故障或故障
• 知识的不足
• 管理系统的不足，如未能进行危害分析，未能识别和管理变化，或对以前经历过的事件警告信号随访不足。

事故通常是由于多次未能有效解决危险的结果，表现为连续切片中的孔对准。管理体系可以包括保护和防范失败的物理安全装置或计划的活动。有效的PSM系统可以减少系统各层孔的数量和孔的大小，从而降低它们对齐的可能性。

本文节选自美国化学过程安全中心的阿尔伯特·内斯撰写的一份报告。他在Rohm and Haas, GE Plastics, the Dow Chemical Co.和ABS Consulting担任塑料，农用化学品和离子交换树脂的研发工程师，并于1989年开始担任工艺安全专家，拥有39年的工作经验。本文最初发表于ISSSource．ISSSource是CFE Media的内容合作伙伴。由CFE Media数字项目经理Joy Chang编辑，jchang@cfemedia.com．

控制工程有一个工艺安全页面．

原始内容可以在www.isssource.com．

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