河南義馬氣化廠爆炸思考——除了完善的管理體系，我們還缺少什么？
事故背景：
7月19日17時45分，河南省三門峽市河南能源化工集團義馬氣化廠空氣分離車間發(fā)生爆炸事故。當地官方通報稱，截至7月21日17時45分，爆炸已導致15人死亡，多人受傷。
工廠背景：
義馬氣化廠為河南能源化工集團煤氣化公司下屬的化工生產企業(yè)，總占地面積1300畝，員工總人數1220人，總投資55億元。目前企業(yè)擁有產品產能為年產2.3億Nm3天然氣、24萬噸甲醇、20萬噸二甲醚、12萬噸合成氨、20萬醋酸、20萬噸硝酸銨以及9萬噸副產品(雜環(huán)烴1#、雜環(huán)烴2#、粗酚、輕粗苯、液氧、液氬、硫磺、硫酸銨等。
原因探討：
在發(fā)生大的事故之后，我們往往會很直觀的首先就從工廠的管理現狀上去尋找原因，將事故發(fā)生的原因歸咎于人員不負責，管理混亂，不遵守法規(guī)，風險意識缺失等。于是便讓大家產生一種誤解，即只有管理混亂，人員不負責的企業(yè)才會發(fā)生事故，或者只要管理體系好了事故便不會發(fā)生了。但事故原因真的只有管理體系的缺陷嗎？如果管理體系完備的企業(yè)發(fā)生事故的原因又是什么呢？
首先我們來看義馬氣化廠的安全績效、管理體系和與之所得到的認可：
公司連續(xù)安全運行3400天，有70多名注冊安全工程師；
擁有自己的安全文化和管理體系，包括利用互聯網數據平臺、SIS系統、HAZOP分析等，企業(yè)可以在過程管理中按照要求進行執(zhí)行；
首批通過國家安監(jiān)總局安全一級標準化驗收工作；
事發(fā)前十天的7月9日，義馬氣化廠獲評河南省2019年首批“安全生產風險隱患雙重預防體系建設省級標桿企業(yè)(單位)”，成為省內72家企業(yè)(單位)之一。
7月2日，當地舉行過“模擬義馬氣化廠液氨罐區(qū)泄漏事故應急救援演練”。 三門峽市相關部門、企業(yè)負責人參與了演練全過程。
6月15日，義馬氣化廠圍繞“防風險、除隱患、遏事故”主題，組織開展了首場“安全生產大講堂”活動
2018年12月，該廠曾作為三門峽市安全風險隱患雙重預防體系建設的先進單位被觀摩學習。
此前，義馬氣化廠還先后被評為河南省十佳科技型最具競爭力企業(yè)、河南省節(jié)能減排示范企業(yè)，河南煤氣集團也曾被評為河南省2009年度安全生產先進工作單位。
義馬氣化廠負責人曾接受媒體采訪時表示，“我們將續(xù)深入貫徹上級決策部署，把雙重預防體系建設相關要求與“安全生產標準化一級企業(yè)”“全國安全文化示范企業(yè)”“全國安全管理標準化示范班組”等創(chuàng)建成果進行深度融合，與“星級分廠”“安全之星”“安全標兵”“身邊的榜樣”“隱患排查四最工作法”“有感領導”等日常安全活動載體有機結合，持續(xù)優(yōu)化安全生產工作責任體系和考核機制，不斷提升全員工作的主動性和積極性，推動安全生產工作深入開展。
由此可見，義馬氣化廠對政府的監(jiān)管要求是重視的，同時投入了大量的人力物力資源，雙體系建設程序較為完整，應急演練也盡到了相應責任，政府相關部門、業(yè)內專家此前對義馬氣化廠的管理也投入了大量的精力，并給予了認可，我們不能簡單的就得出管理不完善，安全意識缺失導致事故的發(fā)生的結論。要充分認識化工安全生產的長期性、復雜性，要真正理清安全管理與專業(yè)管理的關系，尤其在化工企業(yè)，面對復雜多變的工藝過程、設備維護、自動化控制等，更需要專業(yè)的管理，僅靠安全監(jiān)管部門的監(jiān)管和企業(yè)安全管理部門的單打獨斗，把安全管理與專業(yè)管理、人才管理割裂開來，是很難避免惡性事故的發(fā)生的，面對能量巨大的化工生產，更需要萬眾一心。
筆者認為，鑒于空分裝置的特殊性，我們可以從技術方面去探討，特別是過程安全分析技術。如果風險分析不到位，或對于特定化工過程缺少技術專家，導致對特定危險的知識不足，從而導致制定的措施不合理，最終依舊可能發(fā)生事故。
初步分析：
以下是筆者根據之前同類事故分析，結合自身經驗做的初步分析，以供借鑒。
截至7月24日下午，本文定稿之前，具體爆炸原因尚未公開，較多說法是液氧液氮溫度升高發(fā)生相變體積增大，壓力容器安全泄放失控導致超壓發(fā)生的爆炸。但從事故后果嚴重程度來看，事故原因可能不是簡單的物理爆炸，大概率是化學爆炸，或者是物理爆炸觸發(fā)的化學爆炸。
物理爆炸即物質因體積狀態(tài)或壓力發(fā)生突變而形成的爆炸，非化學反應導致，起因是因過度熱量輸入或者冷量輸入過少，物質發(fā)生單相體積膨脹或者相變體積膨脹（液態(tài)變氣態(tài)），或者外部輸入的壓力過大，導致系統內壓力超過設備的抗壓極限，設備瞬間破裂，損傷主要是設備破裂碎塊和高壓氣體沖擊。
化學爆炸即由化學變化瞬間產生高溫、高壓而引起的爆炸，其爆炸能量主要來自于化學反應熱，爆炸的強度主要來自于反應的快速性，化學爆炸損害往往數倍于物理爆炸。
很多人印象中，空分裝置沒有反應工段，多是物理分離過程，且壓力容器上設置有壓力控制調節(jié)及報警（BPCS）, 緊急放空聯鎖（SIS）, 安全閥泄壓（PSV）等多道保護措施，即使保冷設施大面積破損導致液空，液氧，液氮受熱汽化膨脹，系統都能應對，除非多道保護措施同時失效，才會導致物理爆炸，一般認為空分裝置總體上是比較安全的。
其實不然，空分裝置同樣存在化學爆炸危害場景。由于化學爆炸速度非?？?，針對物理超壓爆炸事故場景設計的保護措施在應對化學爆炸事故場景時往往無效。
空分裝置的原料是空氣，主要成分除了氮氣（78%，v/v）和氧氣（21%，v/v）之外，還有其它微量（ppm級）雜質組分，如H2O,CO,CO2,CH4,NO,CH4,C2H2,C2H4,C2H6,C3H8,C4H10,C5H12等（特別是在化工裝置密集的工業(yè)區(qū)，大氣的有機物含量可能更高），也許你會有疑問如此低含量的有機物，即使進入系統，也難以達到產生爆炸的范圍，況且進入空分冷箱前還有三氧化鋁和分子篩的前端純化系統（FEP，Front end purification），可以除去這些雜質。但是，FEP不能去除所有的有機物。
不同物質氣液平衡系數（K）不同，這也是混合物通過精餾分離的基礎。不幸的是絕大部分的有機物通過空分塔分離，最終大部分富集在富氧側，并且可能在液氧測以固態(tài)的形式積聚下來，當大量烴類尤其是含有不飽和鍵的烴類在液氧中富集，由于微小擾動發(fā)生反應時，很可能發(fā)生爆轟級別的爆炸，導致物理爆炸防護層失效。更為可怕的是，當烴類反應發(fā)生，將有可能成為富氧環(huán)境下金屬燃燒爆炸的引燃物！由于主換熱器存在大量鋁材料，可能導致的爆炸當量將非常驚人。
類似的爆炸發(fā)生過多次，例如：
1997年撫順乙烯化工有限公司“6000”空分塔爆炸，
1997年馬來西亞殼牌石油公司“80000”空分塔爆炸，
2000年 萍鄉(xiāng)鋼鐵公司制氧廠“1500”空分車間 爆炸
我們可以從1997年撫順的空分爆炸事故報告獲得一些參考，具體的直接原因還有待物證的理化分析結果。需要注意的是首先要確認爆炸中心點的位置。
1997年5月16日，撫順某化工廠6000m3/h空分塔發(fā)生了爆炸，導致27米高、2m直徑的空分上塔被炸毀；主冷被撕裂成碎片并燃燒、爆炸，其形成的碎片散落在半徑為500m范圍內；上塔頂部的純氮塔飛離30m外；爆炸形成的沖擊波使周圍建（構）筑物及設備均以空分塔為中心呈放射狀傾斜、倒塌，并造成周圍（最遠處達1500m）建筑物的門窗玻璃被擊碎。
該空分裝置系1988年引進，由法國TECNIP承包建設安裝的生產氧氣、氮氣各6000m3/h的制氧設備。流程中具有常溫分子篩吸附器，分子篩后設有CO2在線分析儀，卻無碳氫化合物在線分析儀，也未開展該項分析。
事故后，法國SNPE國家級爆炸研究所的專家到現場勘察、計算，得出以下結論:
(1) 原料空氣中，危險雜質的含量嚴重超限，是該次爆炸事故的根源。由于周圍環(huán)氧乙烷裝置停車排放含有大量乙烯氣C2H4，使空分塔吸入的空氣中的危險雜質C2H4，顯著超過了極限允許含量，進入了空分塔。此外，由于處于低負荷運行，該空分塔浸潤式冷凝再沸器（BAHX）內液氧液位過低，導致了在狹窄通道中的“干蒸發(fā)”（進入BAHX的C2H4在液氧中難揮發(fā)，無法隨氧氣蒸發(fā)帶走，因而在液氧中積聚、濃縮）。幾百克的乙烯足以引燃在液氧中1噸的鋁制設備（如換熱器翅片、塔填料等），爆炸能量放大了一千多倍。
(2)對液氧中危險雜質未進行在線、離線監(jiān)測，不能及時發(fā)現有害雜質含量超標是這次爆炸的又一重要原因。
(3) 未連續(xù)排放液氧，導致C2H2和CmHn在液氧中積聚、濃縮，析出固體，是這次爆炸的直接原因。
在大氣條件正常時，連續(xù)排放折合1%氣氧產量的液氧，即可防止C2H2及CmHn在液氧中積聚、濃縮。當大氣被有害雜質污染時，排放的液氧量應作相應增加，可防止它們在液氧中的積聚、濃縮。而該化工廠不但未增加液氧排放量，而且連正常的液氧排放也未進行，這就使C2H2和CmHn在液氧中積聚、濃縮，進而析出固體C2H2和CmHn，導致空分塔爆炸。
義馬空分爆炸事故，目前還不能對事故原因輕易下結論，還有其他可能的原因，如氧氣管道內油污導致的爆炸等技術原因。
化工行業(yè)由于技術原因所造成的事故并不少見，諸如：2017年8月17日18時40分許，中石油大連石化公司重油催化裂化車間原料泵密封失效引發(fā)火災的事故，原因為泵的選型不對；2018年12月18日10時35分許，如皋市眾昌化工有限公司發(fā)生一起氟化氫中毒事故，造成3人死亡。經初步調查，該事故是由于液氮深冷導致化工裝置材質冷脆，加之超壓造成設備爆裂，設備內的氮氣以及氟化氫泄漏，氟化氫造成現場作業(yè)人員3人中毒死亡。
在HAZOP的提出人Kleze提出的著名的風險控制三角形中，一條邊是“分析和理解風險”，一條邊是“運營管理體系”，最后一條是“從經驗中學習”。這三條邊缺一不可，共同作用才能提升風險管理系統。細化到過程安全管理中：分析和理解風險更多的依靠專業(yè)的工具，方法和人員；運營管理體系靠系統化的管理；從經驗中學習依靠專業(yè)的事故調查，分享；有效的審核和檢查。
過程安全事故的發(fā)生，總是有其相應的直接原因與根本原因。除了管理完善之外，我們可以從以下幾個方向進行探討，從本質安全上消除事故源頭，或者采取措施降低事故發(fā)生的后果及頻率。
（1） 本質安全。我們在設計之初就應該從安全容量上進行考慮，是否可以選擇更為安全的原料，設備及材料的選型是否符合規(guī)范，工藝路線是否最優(yōu)化，是否可以盡量減少人員現場參與等方向進行考慮；
（2） 后果模擬技術的應用。隨著城鎮(zhèn)的不斷擴張，原本處于城市邊緣的工廠逐漸被社區(qū)、學校等靠近，相互之間的距離不斷被壓縮，因此有必要進行定期的后果模擬，計算嚴重事故（有毒有害氣體泄漏，火災、爆炸等）發(fā)生時產生影響的范圍并提出相應措施。歐美已有相應的法律法規(guī)強制要求，對此我們可以進行借鑒。
（3） 特定過程危害技術的分析。每種工藝都有自身獨特的危害，尤其對于精細化工行業(yè)及特種化學品行業(yè)，我們可以通過反應危害、爆炸后果計算等分析手段掌握相應數據，借鑒類似工藝最佳實踐，邀請第三方專業(yè)機構參與等方式進行分析，此次發(fā)生事故的空分裝置，就是典型的需要特定技術知識和經驗的一套工藝。
（4） 人員可靠性技術的提升。除了我們需要考慮怎么去減少人員操作的參與頻率，同樣也需要考慮如何提升人員的可靠性。目前國內外對于人腦可靠性有了較多的研究，認為伴隨著人類不斷的進化，人腦會自動在“快腦模式”、“慢腦模式”、“社交模式”、“自動模式”等進行切換，以減少能量的消耗。因此，我們可以采取相應的技術手段，讓人員在進行操作時大腦處于思考狀態(tài)即“慢腦模式”下，減少人員犯錯的概率，提高其可靠性。
（5） 對職業(yè)安全管理體系與工藝安全管理體系進行區(qū)別管理。二者雖相輔相成，但管理體系與方法均不同。職業(yè)安全關注的更多是人員日常的作業(yè)安全，強調的是對個人安全的防。通常采用程序對人的行為進行監(jiān)管，更多需要管理上的資源；而工藝安全關注的是重大災害性事故，強調對大范圍人員安全的防護。通常采用技術手段來降低事故的后果或發(fā)生頻率，更依賴于技術資源。
除此之外，政府監(jiān)管也要從風險發(fā)生的不同方向不同角度進行管理。當前我們的相關部門在管理體系上已經做了大量的工作并取得相應成效，但對于災難性的事故的預防，僅有管理體系這是遠遠不夠的。除了完善的安全管理體系，還要在本質安全設計，重大危害源分析，專業(yè)技術力量等方面進行攻關。總之，事故的教訓是要從技術力量、專業(yè)人員、檢測手段、規(guī)章制度、運行操作、檢查督促等諸方面健全安全保證體系，切實加強對空分設備安全運行的管理，
參考：Investigationof the Fushun ASU explosion in 1997, Journal ofLoss Prevention in the Process Industries 16 (2003) 209–221