發(fā)表時(shí)間： 2024-01-10 09:09:29
作者： 石油化工設(shè)備維護(hù)與檢修網(wǎng)
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根據(jù)《遼寧盤(pán)錦浩業(yè)化工有限公司“1?15”重大爆炸著火事故調(diào)查報(bào)告》，從事故發(fā)生的深層次原因來(lái)看，或者說(shuō)引發(fā)事故的根本原因來(lái)看，是項(xiàng)目建設(shè)期間，在施工單位建議下，建設(shè)單位未經(jīng)設(shè)計(jì)變更擅自決定將事故管道用20#鋼代替316不銹鋼，而監(jiān)理、竣工驗(yàn)收及監(jiān)督檢驗(yàn)等過(guò)程均未發(fā)現(xiàn)事故管道材質(zhì)與設(shè)計(jì)不符問(wèn)題，降低了管道耐介質(zhì)腐蝕性能。
發(fā)生事故的管道流經(jīng)介質(zhì)為經(jīng)酸洗、堿洗后的反應(yīng)流出物，具有酸、堿腐蝕性。316不銹鋼(0Cr17Ni12Mo2)因其成分中添加了Mo元素，具有較強(qiáng)的抗腐蝕性，可在苛酷的條件下使用；而20#鋼不怕強(qiáng)硫酸怕稀硫酸，對(duì)于鹽酸、硝酸、磷酸等都不具備抗腐性能，且長(zhǎng)期在堿液浸泡情況下會(huì)發(fā)生堿脆裂。
事故的發(fā)生再次提醒，生產(chǎn)裝置材質(zhì)變更存在極高的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在酸堿環(huán)境下的壓力管道的材質(zhì)。按理說(shuō)，這樣的變更風(fēng)險(xiǎn)是不可接受的。那么疑問(wèn)就來(lái)了，事故管道更換為20#鋼是如何“過(guò)五關(guān)斬六將”，最后成功地“到達(dá)”裝置中的呢？為了更好地分析事故管道材質(zhì)變更出現(xiàn)的不規(guī)范，現(xiàn)根據(jù)事故調(diào)查報(bào)告梳理一下材質(zhì)發(fā)生變更的過(guò)程。
最初設(shè)計(jì)：事故管道為烷基化裝置水洗罐入口管道，涉及到濃酸、稀酸與堿性的環(huán)境，原管道設(shè)計(jì)規(guī)格為D168x7mm(D為管道外徑),設(shè)計(jì)壓力為2.19MPa,工作壓力為0.73MPa，設(shè)計(jì)溫度為80℃，工作溫度為48℃，設(shè)計(jì)材質(zhì)為316奧氏體不銹鋼（0Cr17Ni12Mo2）。
變更緣由：增加聚結(jié)器，水洗罐尺寸變更。根據(jù)生產(chǎn)工藝需要，要在流出物水洗罐中設(shè)置聚結(jié)器。為保證水洗罐烴相出口中殘留(游離態(tài))水量<50ppmv，聚結(jié)器專(zhuān)利商要求水洗罐殼體尺寸需由Φ1200mmx4000mm擴(kuò)大至Φ3000mmx12000mm。根據(jù)水洗罐廠家返回的資料，設(shè)計(jì)院對(duì)原設(shè)計(jì)中水洗罐尺寸進(jìn)行了變更，變更通知單中說(shuō)明“所改變的管道上的材料、閥門(mén)及法蘭墊片不變，彎頭及管道數(shù)量變化不大，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工核算為準(zhǔn)”。
事故管道變更。由于水洗罐尺寸發(fā)生變更，水洗罐口徑變粗(D273x7mm )，致使原先預(yù)制的316奧氏體不銹鋼管材 (D168x7mm)不能滿(mǎn)足安裝需要，但訂購(gòu)符合條件的管道需要較長(zhǎng)時(shí)間。為搶趕工期，在未經(jīng)設(shè)計(jì)變更的情況下，浩業(yè)化工現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人同意中化十四建施工負(fù)責(zé)人提出的更換管道材質(zhì)的建議，擅自決定將水洗混合器后手閥門(mén)和水洗混合器副線閥門(mén)至水洗罐段的管道(長(zhǎng)度約11.2米)材質(zhì)由316奧氏體不銹鋼更換為20#鋼。即下圖中所示深色管道部分。
簡(jiǎn)單歸納一下：在項(xiàng)目建設(shè)期間，因增加聚結(jié)器的工藝變更，導(dǎo)致水洗罐設(shè)備變更，而水洗罐尺寸變大，管道口徑相應(yīng)變粗，原預(yù)制的316不銹鋼管道不能滿(mǎn)足要求。在施工單位建議下，建設(shè)單位未經(jīng)設(shè)計(jì)變更擅自決定將事故管道用20#鋼代替316不銹鋼，降低了管道耐介質(zhì)腐蝕性能。而且，此后項(xiàng)目監(jiān)理、竣工驗(yàn)收及監(jiān)督檢驗(yàn)等過(guò)程均未發(fā)現(xiàn)事故管道材質(zhì)與設(shè)計(jì)不符問(wèn)題。這是導(dǎo)致這次事故發(fā)生的最根本的原因。
歷史上因?yàn)樵O(shè)備、管道材質(zhì)變更所引發(fā)的設(shè)備失效事故時(shí)有發(fā)生。
事故一：唐山市某煤焦化工有限公司“2?23”爆燃事故
2021年2月23日，唐山某煤焦化工有限公司10萬(wàn)噸/年甲醇裝置甲醇合成反應(yīng)器出口管道法蘭焊縫斷裂，合成產(chǎn)物（約80℃、5MPa壓力，氫氣占比約70%）泄漏發(fā)生燃爆，造成2人死亡。
根原因分析：
一是設(shè)備制造缺陷。甲醇水冷器入口管道連接法蘭設(shè)計(jì)材質(zhì)為304不銹鋼，但實(shí)際設(shè)備制造選用材質(zhì)為16錳鋼。在環(huán)境溫度小于100℃、合成氣中含有水蒸氣的條件下形成了弱酸性環(huán)境，對(duì)16錳鋼材質(zhì)法蘭造成腐蝕，法蘭壁厚由18mm減為3mm。在4.2MPa的工作壓力下，法蘭焊接處整體斷裂，泄漏的合成氣噴出后與空氣形成爆炸性混合物，與管道摩擦產(chǎn)生靜電火花引發(fā)爆燃。
二是未嚴(yán)格履行建設(shè)單位職責(zé)。設(shè)計(jì)院在提出水冷器的出入口管道兩個(gè)連接法蘭選用材質(zhì)應(yīng)采用304不銹鋼，并將設(shè)計(jì)圖紙交付該公司后，公司沒(méi)有將圖紙交給施工單位、監(jiān)理單位和設(shè)備供應(yīng)單位，致使甲醇水冷器法蘭仍按最初設(shè)計(jì)的16錳鋼的材質(zhì)安裝。
三是組織竣工驗(yàn)收時(shí)，未對(duì)是否符合設(shè)計(jì)要求進(jìn)行審核。
事故二：如皋市某化工有限公司“12?18”中毒事故
2018年12月18日，如皋市某化工有限公司17#廠房東半部分的氟胞嘧啶合成車(chē)間的氟化氫冷凝回收崗位R-05冷卻釜及外置循環(huán)冷卻器由于設(shè)備冷脆超壓爆裂，導(dǎo)致液氮和氟化氫泄漏，造成3人中毒死亡、1人受傷。
根原因分析：
一是氟化氫冷卻釜和冷卻器殼程材質(zhì)原設(shè)計(jì)為可滿(mǎn)足液氮深冷的使用要求的S30408不銹鋼（06Cr19Ni10），企業(yè)擅自變更為碳鋼Q235B（熱軋鋼板不屬于低溫用鋼），受液氮快速降溫驟冷作用變脆。
二是冷卻釜利舊使用原氟化氫蒸餾釜，冷卻釜原設(shè)計(jì)是采用S30408不銹鋼，而利舊的蒸餾釜材質(zhì)為碳鋼Q235B搪玻璃，由于氟化氫與搪玻璃反應(yīng)，冷卻釜內(nèi)筒受到腐蝕，引起其強(qiáng)度下降。
三是在生產(chǎn)調(diào)試運(yùn)行時(shí)，因液氮尾氣出口閥處于關(guān)閉狀態(tài)，造成設(shè)備的夾套、殼程壓力升高。在驟冷、內(nèi)筒腐蝕以及壓力共同作用下，冷卻釜夾套和冷卻器殼程發(fā)生粉碎性炸裂，冷卻釜內(nèi)筒底部破裂，冷卻釜內(nèi)和冷卻器管程內(nèi)的液態(tài)氟化氫和夾套、殼程內(nèi)液氮泄漏。
四是特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)未按規(guī)范進(jìn)行檢測(cè)檢驗(yàn)，在對(duì)搪玻璃釜檢測(cè)時(shí)，過(guò)程不嚴(yán)謹(jǐn)，審核把關(guān)不嚴(yán)。
事故三：連云港某生物科技有限公司“12?9”重大爆炸事故
2017年12月9日，連云港某生物科技有限公司間二氯苯裝置發(fā)生爆炸事故，造成10人死亡、1人輕傷，直接經(jīng)濟(jì)損失4875萬(wàn)元。
根原因分析：
一是尾氣處理系統(tǒng)改造擅自選用塑料管道。因脫水釜、保溫釜和高位槽的尾氣直排大氣，2017年4月至5月，企業(yè)對(duì)脫水釜、保溫釜、高位槽的直排尾氣進(jìn)行改造，用真空泵抽吸、經(jīng)活性碳吸附后排放。尾氣管道應(yīng)采用碳鋼管道，實(shí)際使用PP塑料管道。
二是擅自將改造后的尾氣處理系統(tǒng)與原有的氯化水洗尾氣處理系統(tǒng)在三級(jí)堿吸收前連通，中間僅設(shè)置了一個(gè)管道隔膜閥，在使用過(guò)程中，原本兩個(gè)獨(dú)立的尾氣處理系統(tǒng)實(shí)際串連成一個(gè)系統(tǒng)。
三是氯化水洗尾氣處理系統(tǒng)的氮氧化物（夾帶硫酸）竄入1#保溫釜，與釜內(nèi)物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在緊急卸壓放空時(shí)，與PP塑料管道摩擦發(fā)生靜電火花引發(fā)燃燒，物料大量噴出,遇燃燒火源發(fā)生爆炸。
這三起典型的因設(shè)備材質(zhì)變更引發(fā)的事故與盤(pán)錦浩業(yè)化工“1?15”事故的共同點(diǎn)是：企業(yè)相關(guān)人員缺少風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，當(dāng)設(shè)備制造發(fā)生變更，或利舊設(shè)備時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)單位提出的設(shè)計(jì)要求置之不理，而是幾個(gè)人“憑經(jīng)驗(yàn)”“拍腦袋”，便隨意變更了設(shè)備、管道的材質(zhì)，變更時(shí)未分析材質(zhì)更換后潛在的風(fēng)險(xiǎn)。
另外，筆者分析幾起典型事故的根原因發(fā)現(xiàn)，雖然有些材質(zhì)選用對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)不存在變更，但從整個(gè)行業(yè)來(lái)看卻是變更了材質(zhì)，增加了風(fēng)險(xiǎn)。
如：某多晶硅企業(yè)冷氫化合成系統(tǒng)靜態(tài)混合器至四氯化硅蒸發(fā)器的進(jìn)料壓力管道（管道材質(zhì)為20#鋼，管徑為DN300，設(shè)計(jì)壓力為3.3MPa）發(fā)生泄漏。此管道介質(zhì)為氫氣及四氯化硅，屬易燃、易爆、有腐蝕性的氣液兩相混合物，壓力高，存在氫氣，行業(yè)內(nèi)多采用耐氫腐蝕的不銹鋼材質(zhì)，而企業(yè)實(shí)際上采用了20#鋼。
再如：某煤化工企業(yè)合成車(chē)間甲醇回收裝置合成氣管線彎頭腐蝕減薄發(fā)生爆裂，就存在將行業(yè)內(nèi)應(yīng)該采用的耐氫腐蝕不銹鋼變更為碳鋼。
盤(pán)錦浩業(yè)化工“1?15”事故后，應(yīng)急管理部發(fā)布了《危險(xiǎn)化學(xué)品企業(yè)裝置設(shè)備帶“病”運(yùn)行安全專(zhuān)項(xiàng)整治工作方案》，將“設(shè)備、閥門(mén)、管線未按照設(shè)計(jì)選型和選用材質(zhì)，且未履行變更手續(xù)仍維持運(yùn)行”列為帶“病”運(yùn)行情景之一。筆者認(rèn)為，隨意變更設(shè)備材質(zhì)，已不是個(gè)別事故企業(yè)的偶然現(xiàn)象，尤其是尾氣處理系統(tǒng)的改造將碳鋼管線改為塑料管線的不規(guī)范變更更加普遍，引發(fā)的設(shè)備失效事故每年皆有發(fā)生。因此，為了有效防控隨意變更設(shè)備、閥門(mén)、管線材質(zhì)，更好地防控設(shè)備、閥門(mén)、管線帶“病”運(yùn)行，筆者認(rèn)為，如果企業(yè)不得已開(kāi)展設(shè)備、閥門(mén)、管線的設(shè)計(jì)選型和選用材質(zhì)變更，建議至少要履行好以下變更手續(xù)，并做好設(shè)備完好性管理。
一正確識(shí)別材質(zhì)變更范圍
按照《化工過(guò)程安全管理導(dǎo)則》（AQ/T 3034-2022）給出的定義，變更是指企業(yè)內(nèi)任何與化工過(guò)程相關(guān)的改造、停用、拆除或非同類(lèi)替換的改變，以及對(duì)經(jīng)過(guò)評(píng)審的管理方式和人員情況等進(jìn)行的調(diào)整。也就是說(shuō)，材質(zhì)的任何變化都應(yīng)納入變更的范疇，包括材質(zhì)制造、加工、熱處理的變化，設(shè)備的結(jié)構(gòu)、型式等變化。
一般來(lái)說(shuō)，企業(yè)比較容易識(shí)別的材質(zhì)變更，可能是從不銹鋼變更為碳鋼、從碳鋼變更為非金屬材料。但如果從耐低溫鋼變更為普通碳鋼、從耐氫鋼變更為普通碳鋼，或者是從增強(qiáng)聚丙烯變更為聚丙烯等，這類(lèi)變更由于從現(xiàn)場(chǎng)很難識(shí)別，也不一定會(huì)引起企業(yè)的重視。
另外，不同的材料供應(yīng)商或設(shè)備供應(yīng)商對(duì)材料的冶煉、加工，設(shè)備的制造、熱處理方式不同，會(huì)引起材質(zhì)的組分、雜質(zhì)、晶相等不同，對(duì)材質(zhì)的機(jī)械、耐腐蝕等性能影響較大，也應(yīng)納入變更。而設(shè)備的結(jié)構(gòu)、型式等變更，也會(huì)帶來(lái)不可預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)。還有相對(duì)應(yīng)的設(shè)備、管道所涉及的介質(zhì)、工藝條件的變更，對(duì)材質(zhì)的影響也是巨大的。
總的來(lái)說(shuō)，材質(zhì)變更的范圍沒(méi)有絕對(duì)的定義，企業(yè)應(yīng)該關(guān)注的是變更后是否可能帶來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn)。
二重視評(píng)估材質(zhì)變更的風(fēng)險(xiǎn)
要認(rèn)真分析和識(shí)別設(shè)備、閥門(mén)、管線設(shè)計(jì)選型和選用材質(zhì)變更所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是涉及腐蝕性介質(zhì)（如硫化氫、氯化氫、硫酸、氟化氫等）的壓力管道、涉有高毒劇毒介質(zhì)（如氯氣、氟氣等）的設(shè)備管道、涉及易燃易爆介質(zhì)的設(shè)備管道、涉及含氯離子的環(huán)境下的設(shè)備管道等材質(zhì)的變更，必須充分進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。要評(píng)估材質(zhì)變更后，可能帶來(lái)不能滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)功能要求的風(fēng)險(xiǎn)，不能承受系統(tǒng)壓力、溫度的風(fēng)險(xiǎn)，不能滿(mǎn)足工藝運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，不能滿(mǎn)足介質(zhì)腐蝕、磨損的風(fēng)險(xiǎn)，不能滿(mǎn)足防火、防爆、防靜電的風(fēng)險(xiǎn)等。
尤其是對(duì)于管道的彎頭、法蘭、變徑等特殊的部位，要充分評(píng)估因沖刷造成的局部減薄、腐蝕加劇等風(fēng)險(xiǎn)。事故三中的尾氣改造的隨意變更設(shè)備、管道材質(zhì)已成為材質(zhì)變更的重災(zāi)區(qū)，筆者在很多企業(yè)都能發(fā)現(xiàn)，需要特別引起企業(yè)的重視。
以上可能的風(fēng)險(xiǎn)在檢查中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)。如：邵武市某化工企業(yè)精制釜乙酸乙酯輸送管線、尾氣管線設(shè)計(jì)采用碳鋼管，現(xiàn)場(chǎng)采用非金屬材質(zhì)管道，未考慮靜電的風(fēng)險(xiǎn)。湖北云夢(mèng)縣某化工企業(yè)甲基磺酰氯裝置中的氯氣、氮?dú)狻⒍谆蚬艿谰鶠镻P材質(zhì)，與設(shè)計(jì)要求的不銹鋼、碳鋼不符，未考慮PP管線在氯氣環(huán)境下加速老化失效的風(fēng)險(xiǎn)。
甲基磺酰氯裝置中的管道為PP材質(zhì)
三要評(píng)估材質(zhì)變更的適用性
對(duì)于材質(zhì)的變更不能一味地考慮投資成本，以低廉價(jià)格材質(zhì)代替性能好的高價(jià)格材質(zhì)。但實(shí)際上，除了特殊情況外，很多企業(yè)在材質(zhì)變更時(shí)更多的是考慮投資成本這個(gè)因素。但在某些特定環(huán)境下，材質(zhì)的選用也不能只考慮高價(jià)材質(zhì)，不銹鋼、鈦材是公認(rèn)的耐強(qiáng)腐蝕的材料，但并不是所有環(huán)境下都能使用，如果變更中不適當(dāng)?shù)倪x用也會(huì)造成風(fēng)險(xiǎn)。
如：一家企業(yè)物料精制泵原為氟塑料磁力泵，為提高運(yùn)行安全性，選型更換為屏蔽泵結(jié)構(gòu)。在設(shè)備選型中，隔離套材質(zhì)是哈氏合金，端面部件和葉輪是316L，但是因?yàn)楸弥械慕橘|(zhì)對(duì)50°C以上的316L材質(zhì)具有腐蝕性，投用7天后，就因設(shè)備內(nèi)部隔離套焊口腐蝕導(dǎo)致設(shè)備故障停機(jī)。
另一家企業(yè)新采購(gòu)液氯儲(chǔ)槽，引入部分干氯氣進(jìn)行氣密試驗(yàn)。在引入氯氣后，發(fā)現(xiàn)磁翻板液位計(jì)下部逐漸發(fā)紅，拆檢發(fā)現(xiàn)浮子為鈦材，而鈦材能與氯氣發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)。這是因?yàn)椴少?gòu)部門(mén)沒(méi)有落實(shí)該液位計(jì)使用場(chǎng)合和部件的材質(zhì)，且沒(méi)有給供應(yīng)商提供詳細(xì)使用數(shù)據(jù)，在后期的驗(yàn)收過(guò)程中把關(guān)不嚴(yán)。
四基于設(shè)備設(shè)施安全生產(chǎn)信息研判變更的風(fēng)險(xiǎn)
設(shè)備設(shè)施安全生產(chǎn)信息是設(shè)備、管道與閥門(mén)等所有設(shè)備設(shè)施變更的基礎(chǔ)，包括材料的冶煉、加工、熱處理等信息，材料的機(jī)械性能、腐蝕性能等相關(guān)信息，設(shè)備的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、型式等信息，設(shè)備的制造、安裝等信息，設(shè)備的所有安全附件等信息，設(shè)備使用中的維護(hù)、保養(yǎng)、檢測(cè)、檢驗(yàn)和測(cè)試等信息，材料供應(yīng)商或設(shè)備供應(yīng)商等信息，以及材料應(yīng)用場(chǎng)所下所涉及工藝條件、各類(lèi)化學(xué)品、操作指標(biāo)等相關(guān)信息。總之，與之相關(guān)的信息、技術(shù)資料，包括圖紙、試驗(yàn)記錄、檢維修記錄、缺陷及處理記錄、運(yùn)行規(guī)程、技術(shù)與安全狀況分析等，圖紙又包括設(shè)備裝配圖、備品備件圖、電氣及管路系統(tǒng)圖、儀表控制圖等，都是需要保存的重要設(shè)備設(shè)施安全生產(chǎn)信息。企業(yè)要建立完整的設(shè)備、管道與閥門(mén)等設(shè)備設(shè)施安全生產(chǎn)信息檔案，基于設(shè)備設(shè)施安全生產(chǎn)信息研判材質(zhì)更換或變更設(shè)計(jì)時(shí)，可能引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。
五加強(qiáng)設(shè)備完好性管理
設(shè)備完好性管理包括設(shè)備設(shè)計(jì)、采購(gòu)、制造、安裝質(zhì)量控制、運(yùn)行維護(hù)、檢驗(yàn)和測(cè)試、預(yù)防性維護(hù)、缺陷管理、泄漏管理等全生命周期的管理。
設(shè)計(jì)單位要做好本質(zhì)安全設(shè)計(jì)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果合理選擇設(shè)備和管道的材質(zhì)、設(shè)備規(guī)格,關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)留有足夠的安全裕量，為裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行提供基礎(chǔ)保障。
企業(yè)應(yīng)明確采購(gòu)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，選擇合格的供應(yīng)商，對(duì)于關(guān)鍵設(shè)備或有特殊質(zhì)量要求的設(shè)備，應(yīng)派代表現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督制造質(zhì)量；設(shè)備入庫(kù)驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)確保其符合采購(gòu)計(jì)劃和設(shè)計(jì)要求；特殊設(shè)備材料入庫(kù)后，儲(chǔ)存條件應(yīng)滿(mǎn)足要求。應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和制造商提供的安裝指南正確安裝設(shè)備，并進(jìn)行初始檢查、檢驗(yàn)和測(cè)試，形成報(bào)告并保存。設(shè)備安裝、檢查、檢驗(yàn)和測(cè)試過(guò)程及人員資質(zhì)應(yīng)符合法律法規(guī)要求。
來(lái)源：中國(guó)化學(xué)品安全協(xié)會(huì)
