事件简述
美国化学安全委员会(CSB)发布了一段关于2017年4月3日发生在密苏里州圣路易斯Loy Lange Box公司发生的恶性爆炸事件。
事故发生时,一个严重腐蚀的压力容器发生了灾难性的破裂,导致发生了爆炸,强大的爆炸冲击波将压力容器推入邻近的建筑物。从而导致了一名工人和三名工厂附近的人员受重伤。
在调查过程中CSB发现,在多年的运行过程中,由于Loy Lange对已知的腐蚀机制管理不当,发生破裂的压力容器的部分元件早已经变薄。CSB发现,Loy Lange公司多次忽视了设备腐蚀导致其运行出现重大问题的严重警告。事实上,CSB发现,在发生事故之前,尽管Loy Lange已经知道该正常运行压力容器发生了泄漏。
在视频中,临时执行官欧文斯总结了CSB的调查结果:“Loy Lange的事故是由一系列悲惨的情况造成的——腐蚀管理不力、压力容器维修不足、缺乏检查以及缺乏健全的安全管理系统。这些因素的结果是,一个严重腐蚀的压力容器(存在严重的安全隐患)被允许运行,直到最终破裂,从而导致四个人的死亡。
设备存在腐蚀是Loy Lange的一个众所周知的问题。发生破裂的压力容器在正常运行期间,Loy Lange至少经历了三次腐蚀泄漏。为了应对2012年的泄漏事件,一家维修公司拆除了发生故障的压力容器的大部分元件。
该公司用新钢材修补,但保留了一些原有钢材。然而,原有钢材也因腐蚀而变薄,在2012年至2017年间,它继续老化。CSB发现,是维修过程中没有及时修复腐蚀减薄的材料,引发了事故。
CSB还了解到,Loy Lange从未申请过压力容器的安装或维修许可证,也从未在圣路易斯市注册过压力容器。因此,尽管该市要求对锅炉和压力容器进行年度检查,但CSB发现没有任何城市检查员检查过压力容器的记录。然而,CSB还发现,该市也没有按照该市法规的要求频次来检查Loy Lange蒸汽发生器,因此错过了识别Loy Lang蒸汽发生器附近未经许可的压力容器的机会。
临时执行官欧文斯在视频中总结道:“泄漏的压力容器存在潜在的风险,应进行彻底评估,以确保其正常运行。在压力容器发生故障之前,公司有很多方法来保障设备的损坏机理(包括腐蚀在内)得到提前管控。这样做可以提前防止灾难性事件的发生。”
事件回顾
Loy Lange制造瓦楞纸板,该材料用于制造其他产品,如纸箱和零售展示,制作瓦楞纸板的过程中,部分涉及到了加热纸。该环节使用到了蒸汽系统,该系统使用市政水作为水源,水被送入一个叫做补充罐的容器里,在容器内水被化学物质处理,并被加热到大约200华氏度以除去溶解的气体,包括氧气。这是很有必要的,因为含氧水对设备有腐蚀性。
然后水从补充罐流入一个更大的压力容器,称为半封闭式接收器或SCR。SCR由一个圆柱形中心和两个端部零件(称为头部)组成,SCR的三个部分均由钢制成易受氧气腐蚀。SCR保持在压力下,以便内部的水保留更多的热量。
在大气压下,水从SCR泵送到蒸汽发生器,最后再次返回至SCR,用于加热纸张。然后 蒸汽冷却冷凝成水,最后再次返回至SCR。
每天下班前,企业的操作员关闭了蒸汽发生系统,使SCR充满热水,在第二天的工作开始时,操作员将重新启动蒸汽产生系统。
在日常启动期间,操作员最初会阻止水从补充罐和从波纹工艺返回的冷凝蒸汽流入SCR。与此同时,前一个工作日SCR中剩余的水被泵送至蒸汽发生器,因此当SCR几乎为空时,其内部水位将从其正常高度约14英尺降至约2英尺,满足以上条件后 操作员将允许水从补充罐流入
Loy Lange蒸汽系统用于加热补充罐中的水,但此时在启动过程中,补充罐内的水可能尚未被加热至约200度,所以水中的溶解氧并没有被全部被去除。因此,在启动期间,含氧水进入SCR,而不是正常运行期间使用的加热无氧水,这在钢制容器内产生了严重的腐蚀危害,最终导致热冷凝蒸汽,可以从波纹加工返回,操作人员打开一个阀门使其流入SCR从而减少对补给水箱的用水需求。
但由于SCR的设计,水不容易流过底盖,操作员可以通过打开手动阀 让水从SCR中排出,从而实现底盖的流动,这一过程被称为排污。但在排污的过程中少量的含氧水仍会滞留在底部封头中,随着时间的推移 含氧的水会逐渐腐蚀钢材 。
此处的腐蚀工况之前应该已经被辨识到,在其运行期间,Loy Lange的SCR在2012年因腐蚀而至少发生了3次泄漏。一家检维修公司拆除了大部分底部封头,并用新钢材进行修补,将底部封头的其余部分留在原位。
但留在原位的底部封头的原有的钢材也因腐蚀而逐渐变薄,2012年至2017年间该设备持续减薄,最终于3月31日星期五开始泄漏。
Loy Lange操作员注意到SCR下方似乎发生了泄漏,联系了当地的焊接公司来评估SCR的状况。但直到4月3日星期一才提供了评估的结果。
星期五Loy Lange继续操作泄漏的压力容器,并且当晚正常关闭了蒸汽发生系统。周一晚上,Loy Lange的一名操作员开始了正常的启动过程,大约在早上7点20分,该设备发生了灾难性的破裂失效,当突然发生泄漏后介质暴露在大气压力下时,水和容器闪蒸成蒸汽,体积大大膨胀,结果是沸腾的液体膨胀蒸汽爆炸或BLEVE。
强大爆炸冲击波抛射了SCR使它从Loy Lange大楼飞出去520英尺,撞上了一个街区之外,第三栋大楼的一家企业的屋顶和一辆停着的汽车受到了不同程度的破坏。一名Loy Lange的操作员和附近企业的3名员工中受到致命伤害。
在调查期间,CSB发现造成该爆炸的4个安全问题是压力容器发生了腐蚀失效、压力容器检查、监管存在缺陷以及过程安全管理系统缺陷。
第一个安全问题是压力容器腐蚀氧化,蒸汽发生器内产生了腐蚀,但在Loy Lange企业产生过因蒸汽系统中的氧气腐蚀而导致设备故障的历史中,SCR设备中有3处记录在案的泄漏事件,包括2012年发生的泄漏导致部分底部封头需要进行修复。系统中还记录了发生在其它区域的5起腐蚀失效以及未记录补给罐曾发生的大量泄漏。以上事件如果得到重视,足以让公司用不锈钢罐替换碳钢罐来解决这些问题。
我们发现所有腐蚀故障都发生在Loy Lange蒸汽系统的设备部件上,在正常设计条件下运行时,应该受到最小或没有腐蚀。这表明蒸汽系统中的氧气的浓度没有得到适当的管理或控制,例如CSB发现Loy lange蒸汽系统的水通常缺乏足够浓度的化学物质(称为氧清除剂),这些化学物质可以用于去除水中的氧气,而Loy lange的操作每天都会将含氧水引入SCR,结果是随着时间的推移,不受控制的氧气会导致腐蚀,“SCR”设备的底部封头的部分变薄,导致该设备发生灾难性破裂。Loy Lange需要充分去除蒸汽系统水中的氧气,以防止腐蚀,但是公司没有及时的采取有效行动。
CSB发现的第二个安全问题是2012年的压力容器维修,对SCR底部封头进行的维修在容器中留下了腐蚀的钢环,钢环持续腐蚀了5年,直到它失效。在事故发生当天,CSB发现该维修不符合要求,存在违规行为。
Loy lange的监管单位位于圣路易斯,《圣路易斯市机械规范》要求压力容器的维修符合国家锅炉和压力容器检验委员会的规范要求,2012年SCR设备的检维修由国家委员会的会员单位-R Stamp Holding公司进行,这意味着该公司被授权依据《国家委员会检查规范》对压力容器进行维修。但CSB发现,维修没有遵守该规范。该规范通常要求更换所有缺陷的材料,因此2012年SCR泄漏维修是无效的不完整的且危险的。
在2012年维修时该维修中剩余的材料太薄导致事故的发生,规范中要求维修检查员参与,但在维修过程中不要求特定的检查点以提供质量保证。相反,在这种情况下,在这个案件中,由个别检查员自行决定。维修检查员在没有进行前期评估SCR的情况下批准了维修计划,并且如果维修检查员监督维修,并发现SCR底盖的不当维修,并拒绝接受不适当的维修,这本可以阻止事故的发生。
自2012年修复以来,国家委员会对规范进行了重大修改,要求检查员在整个维修过程中指定检查点,但仍存在差距。例如,该法规没有规定维修检查员在审查和接受维修计划之前,是否必须亲自联系或查看工作,了解设备受损程度是维修检查员在确定公司维修计划是否可接受时要采取的关键步骤。我们相信,这一步骤应在国家委员会守则中明确规定,CSB向国家锅炉和压力容器检查员委员会提出了更新其规则的建议,以便在检查过程中纳入规定性的要求,这将阻止不合格维修或变更。
第三个安全问题是 CSB在事故发生时,Loy Lange从未申请过安装或维修许可证,即压力容器检查和监管,也从未在该市注册过该设备,因此 该市不了解SCR设备,也没有主动发起检查。
CSB发现尽管有监管要求SCR需接受年度检查,但没有发现检查员的检查过压力容器的记录。自2010年以来蒸汽发生器普遍存在,不幸的是,该市错过了防止这一事件发生的机会。因为该市对的蒸汽系统进行了更定期的检查,但它本可以在事故发生时发现未经注册的SCR,从而使其无法运行,并确保其检查能够在设备失效之前发现潜在的腐蚀危害。
在事件发生时,尽管这是需要城市检查员进行年度检查的,该城市的法规没有对年度频率以外的检查方法或任务提供具体指导,检查被指定为在条件允许的情况下尽可能彻底检查。此后,该市已经改变了检查的要求,要求锅炉和压力容器的检查必须由经批准的第三方机构,而不是检查员。然而,该市仍未采用任何超出年度频率的具体检查方法或任务。除某些锅炉外,城市检查人员和第三方检验员明确要求持有任何检验证书。
因此,CSB建议该市议会修订相关的机械规范以采用国家的标准。例如,国家委员会检验规范第2部分规定锅炉和压力容器使用检查的要求并修改了城市的机械规范,要求进行压力容器检查,由国家锅炉和压力容器检查员委员会委托检查员进行。
最后 CSB在Loy Lange发现的第四个安全问题是缺乏一个有效的安全管理体系,防止此事件发生。Loy Lange需要了解其运行的危害,实施和维护安全措施以防止其蒸汽系统中的腐蚀,并监控这些保障措施,以确保其功能正常运行。
CSB发现Loy Lange的管理层不了解其操作产生的危害,并没有将泄漏的压力容器视为安全紧急情况。公司未能防止SCR的腐蚀,没有检查程序,从未进行调查调查或解决其蒸汽系统腐蚀的根本原因并在SCR泄漏时反复操作,甚至在爆炸当天早上仍然在进行操作。
因此,CSB得出结论,Loy Lange没有采用健全的安全管理原则解决蒸汽系统腐蚀相关风险,Loy Lange是否制定了有效的安全管理体系要素,包括机械完整性、事故调查、有效的防腐计划,腐蚀的危险本可以减轻,这一事件本可以预防。
因此,CSB建议Loy Lange Box公司开发和实施一个全面的安全管理系统,其中包括行业良好实践指南出版物中推荐的要素,泄漏的压力容器存在安全隐患应进行彻底评估,以确保其稳定运行。但即使在压力容器受损之前,公司有许多方法来确保包括腐蚀在内的损坏机制得到正确理解和控制,这样做可以在灾难发生之前防止灾难性事件的发生。