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丁二烯爆米花状聚合物的危险—CSB美国TPC化工厂爆炸事故调查报告回顾(附CSB事故视频)

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丁二烯爆米花状聚合物的危险—CSB美国TPC化工厂爆炸事故调查报告回顾(附CSB事故视频)

来源：世展网分类：化工行业资讯 2023-07-27 17:56 阅读：27783

2019年11月27日，位于得克萨斯州内奇斯港的TPC PNO工厂，由于工艺装置中高度易燃的丁二烯发生泄漏，导致一系列爆炸和火灾，震感30英里外都能感觉到。丁二烯装置及部分设施被摧毁，厂房大面积损坏，居住在工厂4英里范围内的居民被强制撤离，多名工人和市民受伤。火灾持续燃烧1个月。该设施被迫无限期停止丁二烯生产作业。这次事件造成了4.5亿美元的现场财产损失和1.53 亿美元的场外财产损失。TPC申请破产保护。▲CSB制作的事故还原视频

事故发生详情

2019年，TPC PNO出现过多次装置中出现爆米花状聚合物的问题。8月4日这一天，一名操作人员在丁二烯装置中执行一项常规作业，即根据操作规程临时运行最终分馏器A/B备用泵。

在备用泵运行过程中，工人关闭了最终分馏器A/B的主泵。当工人试图重新启动主泵时，该泵却无法运行。他提交了主泵维修服务申请后，TPC PNO将主泵送往第三方服务商进行维修。直到事件发生之日，该泵仍处于停用状态，时间长达114天。在此期间，最终分馏器A和主泵上游手动隔离阀之间的工艺管道形成了一段直径为16英寸（约0.4米），长约35英尺（约0.9米）的盲管段。美国化学品安全与危害调查委员会（CSB）发现在这114天期间TPC PNC工厂没有任何人意识到了主泵无法运行时可能产生爆米花聚合物以及盲管段会破裂的危险。

2019年11月26日夜班期间，该装置运行正常。监控视频显示27日00点54分，最终分馏器A和离线主泵上游手动隔离阀之间的盲管段突然破裂。由于管道破裂，最终分馏器A的液位从运行液面迅速下降，从而发生了LOC（泄漏）事故。据CSB计算，液位最初下降时最终分馏器A的液位显示约为6000 加仑（约23m3）。从工艺数据可以看到，在不到一分钟的时间内，以丁二烯为主的液体从最终分馏器A中完全排空。

液体释放后蒸发，形成蒸汽云。管道破裂时，有三名工人在场，其中两名刚好正对着最终分馏器A。这两名工人在事发后都告诉CSB，他们目睹了管道破裂过程。其中一名工人确认泄漏点位于最终分馏器A和主泵之间的吸气管道。

凌晨12点56分，丁二烯蒸汽云点燃，导致爆炸，产生的压力波导致设施严重损坏，并对现场外的建筑物，包括房屋造成破坏。TPC提供的热成像显示爆炸后发生了多次火灾。

在最初的爆炸发生之后，至少又发生了两次爆炸。凌晨2点40分，手机拍摄的视频由捕捉到另一次爆炸。当天下午13点48分，另一次爆炸将该设施的一个工艺塔炸飞随后坠落在装置内，另外四个工艺塔由于爆炸和/或火灾倒塌。

事故发生后，操作人员试图手动隔离事故区域。在最初的火灾被控制后，隔离区内的火灾至少燃烧了一个多月。2020年1月4日10:09，TPC PNO事故指挥确认所有火都扑灭。

事故相关的安全问题

CSB通过调查发现导致事故发生的4个关键安全问题：1. 盲管段的识别和控制TPC NPO工厂已经制定了一个名为《高纯度丁二烯工艺中的盲管段》的操作规程，目的是最大限度的减少爆米花状聚合物的形成，使物料能够流经与泵相连的管道进行循环。该操作规程中规定装置上的备用泵每月至少需要运行两次，否则工艺管道会失效从而形成盲管段。然而该规程上没有明确如果主泵长时间停止运行，也会形成盲管段的可能性。 这个规程中没有具体规定，在主泵未运行的情况下如何减轻爆米花状聚合物形成的危害。CSB调查发现，尽管当初TPC将主泵维修事宜列为优先紧急事项，但由于有备用泵，随后就将主泵维修定为常规事项了。因此导致这一段盲管段存在了至少114天，使得爆米花状聚合物的形成和聚集达到了危险水平。假如TPC的操作规程明确规定，当主泵未运行时可能会形成盲管段，那么出现这种情况，操作人员应采取措施防治爆米花状聚合物的积聚，如优先修复主泵，冲洗管道，或在盲管段内添加爆米花状聚合物抑制剂。但是恰恰相反，TPC似乎认为脱机主泵只是影响了装置的正常运行，却没想到会给工艺安全也带来巨大的威胁，最后导致整个装置被摧毁。2.过程安全分析（PHA）行动事项的执行

CSB审查了TPC针对丁二烯工艺所做的两项工艺危害分析（PHA），其中一个是在2016年开展的，识别出了爆米花聚合物堆积会造成管道内低流量或者无流量的危害，PHA小组当时提出建议：确保当设备停止运行进行维保时，仍然需要每个月冲洗管线，TPC管理层采纳了这一建议，并将实施日期定为2016年12月，差不多是时间发生的3年前。但是CSB调查后发现，这一建议从未得到实施。

如果TPC执行了2016年的建议，要求作业人员定期冲洗与停用设备相连的管道，那么导致这一事故的爆米花状聚合物的危险积聚是可以避免的。

3. 爆米花状聚合物的预防和控制

尽管TPC工厂曾出现过爆米花状聚合物的积聚的情况，但并未采取有效的措施控制和防止此类情况再次发生。在2019年4月发生的一次事故前，TPC开始做了一系列的试验，包括从工艺流程中移除了一台被认为有问题的设备，同时，TPC减少了注入生产线上的爆米花状聚合物抑制剂的量，并使用了新的注入设备。

试验开始不久后，工艺流程中就出现了爆米花状聚合物不断形成的情况，而早在5月和6月，TPC有些员工就注意到爆米花状聚合物形成的迹象，但在此期间，TPC继续运行其丁二烯装置，并没有停止可能导致危险的试验，丁二烯生产过程中不断产生爆米花状聚合物，将设备堵塞，导致丁二烯装置出现严重的运行问题。

在出现爆米花状聚合物大面积堵塞后，TPC员工考虑关闭装置进行一次计划外的小型停车，以清理聚合物并进行必要的改造和维修是装置达到最佳实践标准。在清除了一些聚合物的堵塞后，TPC最终决定将此次小停车延迟到2020年，但为时已晚。

聚合物激增非常危险，如果存在任何的工艺漏动，可能导致管道破裂，从而引发爆炸和火灾。生产丁二烯的企业应制定强有力的政策来预防和控制爆米花状聚合物，还应规定一旦发现聚合物，工厂应关停相关装置并调查形成的原因。如果TPC制定了这样的政策，本可以避免此次事故的发生。

CSB还发现ACC制定的《丁二烯产品管理指导手册》中存在漏洞，手册中没有具体说明何种情况下应该关闭和清洗丁二烯装置。

4. 远程紧急隔离

TPC没有为丁二烯装置配备足够的远程紧急隔离阀，以便当发生突发情况时可以从安全位置远程停止工艺泄漏。

如果丁二烯装置配备了远程紧急隔离阀，就有可能在盲管段发生泄漏不久之后，停止上游工艺的快速泄漏。从而最大限度的减少初期的蒸汽云和爆炸的规模。此外，第一次爆炸引发的次生泄漏，在事故初期都不会发生。

如果TPC安装了远程隔离阀就可以防止随后发生的一系列爆炸和火灾；将事故造成的损失降到最低。

相反，发生事故的装置仅配备了手动和本地控制的紧急闭塞阀，事故期间，操作人员无法安全进入装置关停阀门，这就意味着设备无法安全隔离。结果几次剧烈的爆炸导致一个工艺塔被炸飞后坠落到设施内，另外几个工艺塔则掉落在装置单元，大火燃烧了一个多月，最终摧毁了这个装置。

事故原因总结

-CSB 认定，事故的主要原因是TPC PNO未能发现丁二烯装置内的停用泵导致形成了危险的临时盲管段，从而使爆米花状聚合物在管道中形成并呈指数膨胀，直至管道破裂。管道破裂导致高度易燃的丁二烯释放到装置中，丁二烯被点燃并引发爆炸，随后又发生了多次爆炸。-导致此次事件间接原因是TPC PNO在其工艺装置中对爆米花状聚合物的预防和控制不足，且未充分执行2016年PHA 行动措施。-丁二烯工艺装置内未安装远程操作紧急隔离阀是造成事故严重性的原因。

针对事故调查提出的建议

CSB在其最终报告中建议TPC:

1. 针对TPC PNO 终端关于所有高纯度丁二烯（如丁二烯浓度大于80%）的使用操作，制定并实施一个程序，以识别、控制或消除盲管段。该计划至少必须要求：a) 利用管道和仪表流程图（P&ID）以及现场评估对高纯度丁二烯服务中的设备配置进行全面审查，以确定所有盲管段，确保至少每五年进行一次审查；b) 在可行的情况下，评估和实施设计方案，防止在易形成爆米花状聚合物的区域出现盲管段；c) 缓解、控制或预防高纯度丁二烯服务中所有已发现的盲管段的危险爆米花状聚合物积聚，例如通过加强监测、冲洗设备、使用抑制剂或计划维保等措施，以尽量减少盲管段存在的时间；d) 由TPC管理层定期进行审核（至少每年一次），以确保流程得到执行。2. 针对所有的TPC终端作业，按照行业良好操作指南，对高纯度丁二烯服务中的所有储存容器、固定设备和相关管道系统进行钝化处理。3. 在TPC设施，应将任何纸质工艺性能信息记录到现有的电子记录管理系统中，以便在发生灾难性事故时能够可靠地保留、检索和分析这些信息。这些记录至少应包括盲管段的检查核对表、备用泵轮换核对表和记录所有关键过程仪器（如氧气分析仪）性能的手写日志。

CSB在其最终报告中建议ACC（美国化学品理事会）:

1. 修订《丁二烯产品管理指导手册》，内容增加如何识别、控制和消除高纯度丁二烯流程中的盲管段。在手册中，还应就主泵或备用泵等设备暂时或永久停用时可能形成的盲管段的识别方法提供指导，包括建议采取哪些措施来缓解、控制和防止危险的爆米花状聚合物在这些工艺中或临时盲管段积聚，例如通过监测、使用抑制剂或定期维保来尽量减少盲管段的存在。2. 修订《丁二烯产品管理指导手册》，指导企业如何确定装置中存在过量或危险含量的爆米花状聚合物，当确定危险含量时，指导操作人员应采取的环节措施，以控制或消除危害。

事故经验教训

为防止未来发生化学品事故，并推动化学品安全变革以保护人员和环境安全，CSB 敦促各公司回顾这些重要的事故教训：1. 企业应建立一个计划以识别、控制或消除易形成爆米花聚合物的作业过程中的盲管段。该计划必须包括识别潜在的临时或生产过程中的盲管段，如设备（如主泵或备用泵）停用时可能形成的盲管段。该计划还应规定一个方案用于标记泵停止运行时可能产生盲管段的设备，并制定措施来防止这些盲管段出现危险的爆米花状聚合物的积聚，例如通过冲洗管道、确定维护活动的优先次序以快速恢复设备运行，或额外使用抑制剂。公司必须通过有效的安全管理体系来支持这一计划，该体系可以识别作业偏差（如设备长时间停机）可能导致的危险状况。2. 丁二烯设备中的爆米花状聚合物偏离是高度危险的事件。如果存在任何工艺漏洞，如未知的盲管段或爆米花状聚合物积聚，会导致管道或其他设备破裂，并可能导致物料泄漏、爆炸和火灾。丁二烯工厂应根据行业指导制定强有力的政策来预防和控制爆米花聚合物的发展和增长，如通过设备钝化、控制氧气水平、化学抑制剂和最佳实践方法。丁二烯工厂还应制定流程，要求在装置内观察到临界数量的爆米花聚合物后关闭装置并对爆米花聚合物事件进行调查。3. 处理大量储存易燃或有毒材料的公司应评估其在工艺安全壳失效时远程隔离的能力。手动和本地控制的紧急切断阀在灾难性事件中无法发挥可靠的作用，因为在这些事件中通常无法安全地接近阀门，从而无法隔离设备和阻止释放。

来源：CSB事故报告、岙山学苑

中国化学品安全协会

编辑：佑安

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