1.事故簡介  

     2015年11月29日，周日，Delaware煉化公司的硫酸烷基化裝置處發生閃火，一名操作人員面部和頸部二級燒傷，手腕處三級燒傷。事故發生時，操作人員正在進行設備維護作業的準備工作，排除和倒空一個位于兩個隔離點之間的儲罐。一個單獨的切斷閥將已凈化的儲罐與帶壓、帶料的脫丙烷塔（內含烴類化合物）隔離開，操作人員不知道該切斷閥在關閉位置發生了泄漏，導致可燃物料從脫丙烷塔發生了回流。當操作人員打開儲罐排凝閥，試圖排空儲罐內的冷凝水（操作人員誤以為只是冷凝水）時，脫丙烷塔內的烴類化合物泄漏進入污水系統，并被點燃，發生閃火。

2. 烷基化裝置工藝流程簡介

       煉油廠烷基化裝置的工藝原理是，在酸性催化劑（磺酸或者氫氟酸）的作用下，低分子量的碳氫化合物（主要是丙烯和丁烯）與異丁烷反應，轉變成更大分子量的具有高辛烷值的側鏈烷烴。Delaware煉油廠烷基化裝置接收來自焦化裝置和催化裂解裝置的丁烯物料，包括2套烷基化反應器區域，每套均有2臺平行運行的反應器。運行溫度越低時，反應生成的烷基化物質量越高。丙烷和多余的異丁烷循環經過反應器，冷卻反應過程，然后冷凝，并被輸送回烷基化反應器。少量的丙烷和多余的異丁烷循環物料進入脫丙烷塔，脫丙烷塔通過除去多余的丙烷以維持裝置內最佳的丙烷濃度。在進入脫丙烷塔之前，烷基化反應器丙烷物料通過堿洗系統除去微量的二氧化硫，以降低對設備和管線造成的腐蝕風險。

      此次火災事故發生在烷基化裝置的堿洗部分。如圖1所示，堿沉降器中使用堿性氫氧化鈉清洗除掉烷基化反應器丙烷物料中的微量二氧化硫，然后溶液被送入一個聚結器，以確保烴類物料進入脫丙烷塔之前混雜的堿和水混合物被除掉。物料中的堿液通過堿沉降器的排凝閥除去，并再循環進入流程中。有時候，廢堿液從堿沉降器中提取出來后進入一個驟冷箱，再排入煉油廠火炬系統。

圖1：脫丙烷塔堿洗系統工藝流程示意圖

3.閃火事故發生過程

3.1 事故發生前

      事故發生的當天，烷基化裝置操作人員正在進行設備準備工作，維保部門將在第二天進行施工作業。在設備準備活動的整個過程中，包括事故發生時，烷基化裝置一直是由操作人員控制。設備維護活動涉及更換一段位于堿沉降器排凝管線和堿液循環泵之間的管線（如圖1所示），長度約6m，該段管線是在一個月之前的例行檢查過程中發現的，如圖2所示。

圖2：長約6m的更換管線

      維保部門為了更換該段管線，操作人員首先必須有效隔離管線，并排空。本周早些時候，操作人員計劃通過關閉堿液排凝閥（位于堿沉降器下游和需要更換的管線上游），如圖3所示，從而把堿沉降器與堿液循環泵隔離。然而，在事故發生的四天前，操作人員發現這個堿液排凝閥發生了內漏，所以不能進行有效隔離密封，可能導致閥門在關閉位置時物料泄漏。

圖3：最初的隔離方案（紅色標注）

      由于這個閥門不能實現有效隔離密封，操作人員不能隔離此段需要更換的管線，所以只能擴大隔離范圍，選擇位于堿沉降器和聚結器下游的另一個切斷閥，這樣的話，堿沉降器和聚結器就都包括在隔離范圍內。為了大范圍的隔離，相應的設備準備活動安排在2015年11月29日，周日。在烷基化裝置的周末操作指令里，裝置主管記錄了發生泄漏的隔離閥，并安排操作人員在周日把堿沉降器停用，以隔離計劃在11月30日（周一）更換的管線。除了堿沉降器之外，擴大的隔離方案還需要清空聚結器內的物料，確保需要更換的管線內不存在烴類物料，如圖4所示。一名操作人員查找關于如何停用這些設備的操作程序或工作輔助程序，但是不存在這樣的文件，所以白班操作人員制定了關于如何隔離和倒空設備的非正式的操作指令。

圖4：擴大范圍的隔離方案（紅色標注）

      開始作業時，白班操作人員首先關閉了為堿沉降器供料的丙烷泵，切斷來自烷基化反應器的丙烷物料，然后向堿沉降器內充滿工藝冷凝水（來自0.28MPa的蒸汽系統，一般用于沖洗設備和儲罐），向脫丙烷塔方向置換堿沉降器和聚結器內的物料，冷凝水進入下游聚結器。操作人員監控著聚結器下游管線的溫度，當溫度升高時，表示工藝冷凝水已達到預熱器閥門，并置換了堿沉降器和聚結器內的物料。白班操作人員還在堿沉降器上連接了一根氮氣軟管，輔助置換容器內的烴類物料和其他物料。當白班操作人員確認堿沉降器和聚結器內充滿了工藝冷凝水，且容器內物料已被置換到脫丙烷塔中，該操作人員就關閉了脫丙烷塔的入口閥和出口閥，把脫丙烷塔停用。根據Delaware煉油廠稱，脫丙烷塔對于烷基化工藝不是關鍵設備，可以在裝置運行過程中停用。作為變更的隔離方案的一部分，脫丙烷塔內存有物料，且處于帶壓狀態。處于關閉狀態的聚結器出口閥門的作用是，在整個維護作業的準備過程中將聚結器、堿沉降器與帶壓、存有物料的脫丙烷塔隔離開。

      當把堿沉降器、聚結器與脫丙烷塔隔離完成之后，白班操作人員將聚結器和堿沉降器內充斥的一部分冷凝水排到驟冷箱中，把任何殘留的烴類物料排放到煉油廠火炬系統中。然后，白班操作人員把容器內剩余的物料直接排入了堿沉降器下面的含油污水系統，并開始進行第二次和最終的冷凝水充裝，直到換班。

3.2 事故發生

      2015年11月29日，剛過換班時間，夜班操作人員與白班操作人員關于維護準備工作情況進行了溝通，并檢查了白班操作人員手寫的作業過程列表，同時還確認了哪個設備已經被隔離。夜班操作人員獨自進行設備準備任務的下一步工作，把第二次充裝的冷凝水從容器內排空。下午6:00左右，夜班操作人員打開排凝閥，繼續排空設備，把攜帶的冷凝水排入含油污水系統。就在他剛打開去含油污水系統的76mm排凝閥時（如圖3所示），突然看到一團火焰向他撲來，閃火造成夜班操作人員的面部和頸部二級燒傷，手腕處三級燒傷。他立即離開該區域，并啟動了固定式消防設備。

      事故過程中，在位于堿沉降器下部含油污水排凝點與鍋爐之間的泵站的多個100mm含油污水排凝處均出現了火焰，運行中的鍋爐位于堿沉降器東面約37m。另外一個操作人員正在烷基化裝置區域巡檢，發現火災后與控制室的其他人員一起展開滅火。煉油廠現場應急小組通過隔離燃料源，控制了火災，燃燒了約1小時。

      一名烷基化裝置操作人員回憶稱，主要的火焰源頭是堿沉降器（靠近去含油污水系統的排凝處）下面的76mm排凝管線。他關閉了去含油污水系統的排凝閥，隔離了烴類物料，并用滅火器撲滅了堿沉降器引出的13mm排凝管線處的小面積火焰，如圖5所示。該操作人員關閉了位于脫丙烷塔上游的預熱器閥門，切斷了來自脫丙烷塔的烴類物料供應。

圖5：事故中涉及的排凝管線

4. 閃火事故分析

4.1 閃火的起源

     CSB調查組認為，在維護作業準備活動過程中脫丙烷塔內的烴類物料很可能通過發生泄漏的聚結器100mm出口閥進入了聚結器和堿沉降器中。當晚班操作人員開始將容器內物料排放至含油污水系統時，一個位于堿沉降器東側約37m的鍋爐很可能是引燃烴類物料的點火源，如圖6所示。當烷基化裝置操作人員擴大隔離范圍（包括聚結器和堿沉降器），只關閉了位于脫丙烷塔和計劃隔離設備之間的一個閥門。

圖6：脫丙烷塔堿洗系統和相關設備位置示意圖

      根據后期檢測發現，100mm的聚結器出口閘閥上在閥座位置出現了緩慢的泄漏，在設備準備活動過程中可能造成了脫丙烷塔內的烴類物料回流至堿沉降器和聚結器中。根據事故后對控制系統數據分析，也驗證了脫丙烷塔出現了回流；通過工藝數據的審查分析，發現在白班操作人員開始向聚結器和堿沉降器內第二次通冷凝水清洗之前，堿沉降器液位計記錄顯示容器內物料體積出現稍微增長，這說明脫丙烷塔內的物料通過了泄漏的閥門。另外，控制系統數據顯示，在第二次冷凝水沖洗前，脫丙烷塔的壓力表和液位計讀數立刻出現了降低，這說明脫丙烷塔正在把蒸汽壓力釋放到聚結器和堿沉降器。

      當夜班操作人員開始從容器內排放冷凝水時，他期望把容器內物料完全排空。然而，從脫丙烷塔回流回來的烴類液體和蒸汽，還有冷凝水，都流進了含油污水排放系統。烴類蒸汽（大部分是極易燃燒的異丁烷和丙烷），遇到鍋爐位置的點火源，形成閃火。

4.2非常規作業

      在進行設備或管線維護作業之前，操作人員通常會采取泄壓、排空、清洗和排凝等措施進行設備或管線的準備工作。這些活動經常涉及工藝設備和管線的開口作業，會導致危險能量的釋放。雖然設備維護準備活動在工藝裝置中發生的相當頻繁，但是根據不同設備、管線或多個設備組合等實際情況，涉及的詳細作業任務會有所不同，這樣的話可能屬于非常規作業，沒有包含在現有的作業程序中。由于設備準備活動的非常規性質，工藝裝置應建立一套完善的系統，確保仔細地制定設備準備活動計劃，包括選擇正確的隔離方法和通過風險評估識別危險源等。

      維護作業是非常關鍵的事故源頭，原因并不在于維護作業本身，更多是因為設備維護準備活動。在煉油廠，常規作業包括日常的操作人員活動，例如對工藝設備進行微調，對產品采樣確保產品質量等。非常規作業通常會涉及到更高的風險，因此需要特別的重視。

      Delaware煉油廠操作人員向CSB調查員表述，設備維護準備工作對于操作人員來說很普通。但是，CSB調查組認為，隔離和倒空聚結器和堿沉降器這樣的特定工作并不常見。一名操作人員稱，最初的隔離方案是比較常見的，因為操作程序和清除堿沉降器內的廢堿液的程序相似。擴大范圍的隔離方案不是常規作業，而且白班操作人員也不記得事故當天之前是否停用了聚結器和堿沉降器。通過對Delaware煉油廠相關操作程序的審查，CSB調查組認為，Delaware煉油廠缺少如何將運行中的堿沉降器和聚結器停用的特定操作程序，還缺少如何確保設備維護準備工作安全進行的通用操作程序。

4.3設備隔離

      維護準備活動（例如設備排凝）經常會涉及到把停用的設備與帶壓、存有物料的設備和管線進行有效隔離。通過關閉閥門、增加盲板或物理隔斷能量源等措施，能夠將管線、設備與工藝流程隔離。關閉閥門是效果最不好的一種措施，因為閥門可能發生內漏，允許有害能量源通過。相比而言，增加盲板阻斷管線物料是一種更為安全有效的隔離措施。最有效的措施則是與危險的能量源物理隔斷。

      Delaware煉油廠依靠一個單獨的隔離閥作為脫丙烷塔內烴類物料和計劃排空的設備之間的安全隔離，事后發現該隔離閥出現了緩慢內漏情況。Delaware煉油廠稱事故發生時這個閥門才安裝使用3個月。盡管這個閥門相對較新，單一的隔離閥不足以保證實現脫丙烷塔與聚結器、堿沉降器的有效隔離，阻止脫丙烷塔內烴類物料回流至容器，從而導致在夜班操作人員開始向污油水系統排空容器時形成了可燃環境。

      Delaware煉油廠在事故發生后對與隔離設備相關的5個切斷閥進行了測試，發現在關閉狀態時全部出現了泄漏情況。堿沉降器下游的3個排凝閥均存在緩慢的和嚴重的泄漏現象。泄漏測試結果顯示，堿沉降器排凝閥的閥座出現破損或者缺失，聚結器出口較新的100mm閥門在0.83MPa空氣壓力下閥座都出現了緩慢泄漏。當隔離范圍擴大至聚結器和堿沉降器時，Delaware煉油廠單獨依靠一個聚結器出口閥門阻止來自脫丙烷塔的烴類物料回流。

      正確的設備隔離和凈化方案首先要進行有效的預計劃和危險辨識，必須確保在維護準備活動過程中不受有害能量的影響。選擇合適的隔離點，并驗證系統內部不存在任何可能造成人員傷害的有害物料或能量，從而達到這種要求的無能量狀態。盡管在倒空設備和管線之前經常采用關閉閥門的方式隔離設備，但是企業應避免使用單一切斷閥的方式，在設備維護準備時考慮采用更加有效的隔離方法。單一的切斷閥應該只能用于隔離低危害的流體，而不能用于隔離含有高壓烴類物料的管線。

4.4 變更管理

      變更管理（ManagementOf Change, MOC）是針對設備設施、操作運行、人員和活動等方面發生的變化可能帶來的風險進行評估和控制的過程，也可以用于針對修改操作程序、或者制定新的計劃或操作程序時可能帶來的意想不到的風險進行識別、評估和控制。MOC應在做出變更之前進行，要求評估、批準并保護設備和人員，防止不期望后果的發生。MOC是OSHA（美國職業安全和健康管理署）制定的工藝安全管理的要素之一，通常一旦需要進行變更，就需要開展MOC審查，評估變更的細節以及對健康和安全方面的影響。在得到批準之前，由具備相應能力的人員通過系統的危險評估方法（例如HAZOP）進行MOC審查。變更一旦得到批準，整個過程需要進行有效溝通和培訓，確保所有的變化得到完全的理解。

      Delaware煉油廠具備MOC程序，范圍涵蓋了所有的臨時的、長期的工藝設備、操作程序和信息方面的變更管理。Delaware煉油廠針對計劃更換的管線進行了MOC審查，因為更換的管線材質和原管線材質不一樣。Delaware煉油廠MOC審查是按照工藝危害分析（PHA）的要求，具體取決于變更的復雜程度，例如小型且易理解的變更需要進行簡單的評估問卷審查，而復雜的變更則需要進行全面的PHA。Delaware煉油廠稱，沒有針對維護準備活動和擴大范圍的隔離方案進行MOC審查，因為沒有可依照的現行程序和作業輔助。

      看似微小的變更也可能帶來危險，因此，MOC體系還應包括不屬于常規MOC類別的非傳統變更。如果此次事故發生前進行了MOC審查，風險評估就可能識別出來烴類物料回流的潛在可能性，并且發現聚結器和脫丙烷塔之間需要采用更加可靠的隔離方法。

5.事故啟示

（1）涉及設備維護準備工作的操作任務可能是不常見的、非常規的作業，應確保標準作業程序（StandardOperation Procedure, SOP）涵蓋所有工藝設備維護準備工作的詳細步驟，針對特定設備的程序或者覆蓋所有設備類型的通用準備程序。這些程序應包括倒空物料、凈化、清洗、蒸汽、吹掃和設備、儲罐排凝等任務。

（2）針對所有的設備準備活動，應建立相應的控制程序，要求在開始作業之前進行預計劃和危害辨識，包括隔離點的正確選擇、設備準備活動過程中潛在風險的評估以及控制風險的步驟。

（3）在設備維護作業開始前，為了倒空設備物料或凈化設備需要隔離相關設備，應避免依靠一個單獨的切斷閥來控制危險能量（例如毒性物料、可燃物料或者高壓物料）的意外釋放，即使該閥門是新安裝的，因為閥門可能失效，泄漏，意外關閉或者打開。必須考慮采用更加可靠的隔離方法，包括雙切斷閥、增加盲板或者危險能量源的完全隔斷。

（4）當已確定的設備準備任務或者隔離方案由于閥門泄漏或者條件變化需要更改時，應對變化可能帶來的風險進行評估，包括MOC審查進行的風險評估或者確保有效隔離、消除危險能量源的其他作業流程。

（5）在準備設備維護隔離作業時，應使用封閉系統（例如儲罐、火炬和洗滌器等）控制排凝液或者危險能量的釋放。避免將含有或者可能含有揮發性烴類或可燃物質的物料排入含油污水系統中，特別是在存在點火源的情況下。

6. 總結

      在過程工業領域，非常規作業和維護過程中發生了很多事故，在CSB已經調查的事故中，37%的事故發生在化工和生產設施的維護活動之前、維護活動過程中或緊接著維護活動，共導致86人死亡和410人受傷。因此，根據CSB調查組的調查結果和事故啟示，提醒操作人員、維保人員和裝置管理層應建立全面的維護準備程序，確保在非常規維護準備活動開始之前進行風險評估。