超压爆炸

由于精馏塔熔池安全设计存在缺陷，过热的液体锌积聚在陶瓷精馏塔内，终造成超压爆炸，导致2名工人死亡，1名工人重伤，整个马头公司Monaca冶炼厂永久关闭。

2010年7月22日，马头控股公司位于美国宾夕法尼亚州的Monaca锌冶炼厂发生爆炸和火灾事故。事故造成2名工人死亡，1名工人严重受伤，无法返岗工作。2014年4月，马头公司宣布Monaca冶炼厂永久关闭。

事故经过

调查组从事故发生时起，追溯了之前的一些作业记录：

2010年7月2日，精馏塔底部熔池燃烧器引燃，记录显示熔池温度远低于目标温度，熔池需要彻底加热。

7月6日，记录温度为380?C。

7月10日，向精馏塔内加料。

7月12日，第一次镉锌合金冷凝，状态正常。

7月14日，熔池泄漏修复。修复过程使用了空气吹尘枪。

7月15日，熔池再次发生泄漏，但未进行修复。

7月19日，熔池泄漏再次修复。

很明显，熔池存在问题。

根据现场记录查看，精馏塔填料率这一时期处于增加状态，填料越多意味着需要排出熔池的流量越大。

7月22日12时10分，回流温度（冷凝点）显示正常。

15时10分，在燃烧室底部出现不正常现象，废气入口处与燃烧室底部温度，从低于精馏塔底部、顶部以及中部的平均温度到逐渐高于三者平均温度。Monaca冶炼厂1993年12月精馏塔爆炸前3个小时也曾出现过废气和燃烧室底部温度缓慢上升的情况。

随着温度的升高，燃烧室内产生了振动，可能由于吸力器未能奏效，阻尼器启动了。

16时，控制室内警报响起，指示精馏塔内底部的废气变化急速，操作工人立即切断了输气流。

随后，精馏塔中部的警报也响了，操作工人切断了向上的输气流。

16时10分，精馏塔发生爆炸。

类似事故

调查人员发现，世界其他地方也发生过类似事故10多起。

澳大利亚一家锌冶炼厂在1973年精馏塔发生爆炸，造成1名工人死亡。

1993年印度冶炼厂发生了一场爆炸，烧毁了燃烧室并造成1名操作工死亡。

1993年与1994年在法国努瓦耶尔戈多分别发生过精馏塔爆炸，共导致11名工人死亡和许多工人严重烧伤。

马其顿一家冶炼厂1994年同样发生精馏塔爆炸事故，1名工人死亡。

Monaca冶炼厂本身也经历了多次重大事件。1993年12月，发生过铅精馏塔爆炸；1994年7月，有一处精馏塔遭遇过严重泄漏事件后被及时关闭、摧毁；还有五次记录的锌精馏塔爆炸事件，其中1997年和2007年发生的爆炸事件与熔池堵塞有关； 2010年7月22日，再次发生爆炸和火灾事故，终造成2人死亡，1人严重受伤。

事故原因

美国化学安全委员会（CSB）技术分析指出，事故可能是由于过热液体锌积聚在陶瓷精馏塔内，造成高温、超压，导致“超压爆炸”。

当时，精馏塔破裂释放出大量的锌蒸气，在空气的作用下发生高温燃烧。事故发生时，2名工人正在从事另一个精馏塔的维修工作。第三个操作工是严重受伤，无法返回工作岗位。

精馏塔采用专用砂浆堆砌，由48个碳化硅塔盘与顶部的回流塔组成。精馏塔的底部被一个砖砌的燃烧室围住，天然气和一氧化碳废气作为燃料。这座精馏塔是在旧的精馏塔销毁之后重新建造的，Monaca冶炼厂仅使用了500天。

调查人员指出，精馏塔用于从塔底液体混合物中提取纯锌。一些沸点较低的杂质如镉，达到沸点之后就会以气体的形式排出，留下纯锌液体。精馏塔温度通常会升到高于871.1℃，这种情况下只有少量的液体金属会出现在不同的塔盘上，但精馏塔的流态化焙烧却导致了一种非常危险的情况。这也就导致了2010年7月22日的爆炸和火灾事故。

在极限压力下会冲破燃烧室，并向外界释放大量的锌蒸气和过热液体锌。锌在高温下很容易被引燃。锌在被引燃的情况下跟空气中的氧气接触，极易发生爆炸和火灾。

检查所有的数据之后，调查人员确定引起爆炸的原因可能是因为精馏塔熔池局部堵塞。熔池位于精馏塔的底部，一个排水管道样式的砖砌结构。2010年精馏塔重建时，熔池没有检修。分析发现，先前的精炼塔发生泄漏事件时及早关停，就是由于熔池排液存在问题。在2010年7月重启精馏塔时，就已经注意到了熔池的各种问题，但这些问题从未得到纠正。在爆炸前至少一个小时，DCS（即分布式控制系统）数据显示精馏塔底部逐渐升温，底部混合物呈现液化，逐渐淹没了较低的塔盘，而本应向上面的冷凝器排出的蒸气也无法排出了。

爆炸前10分钟，控制室的警报响起是由于精馏塔里的废气出现了高速率的温度变化，而此时锌可能已从精馏塔泄漏处流进了燃烧室，但已经太晚了，爆炸已无法避免。

控制室操作员听到警报后，切断了流向精馏塔的燃气，但无法控制锌流入精馏塔。精馏塔的不安全状态没能及时被发现，控制室的操作员也没有意识到迫在眉睫的危险。

按照操作规程的规定：如果发现废气温度迅速上升，氧化燃烧单元冒出蒸气，此时要求操作人员需通过精馏塔燃烧器旁边的窥视孔检查精馏塔。

但是，当时并没有人遵循窥视孔检查程序。相反，爆炸前工人报告说一切正常。

技术分析确定，这种精馏塔的熔池结构存在一个潜在的设计缺陷，也就是被称为“下溢”的溢流口——类似U型存水管。该溢流口的排液口径仅为65mm，极易被渣子或其他固体堵塞。正常情况下，溢流口没有发生堵塞，过量的锌液可以正常排出精馏塔熔池。一旦堵塞，锌液不能顺畅排出，就会逐渐积累在精馏塔内。当过量的锌液和蒸气积累到一定数量，就会导致精馏塔内压力上升，压力上升到一定数值就会引发爆炸燃烧。而这也是世界上其他锌精馏塔曾经爆炸的直接原因。

分析本次事故发现，精馏塔内过量的液体锌因无法正常排出精馏塔熔池，在底部产生了一种危险的压力积聚，影响了蒸气正常排出，并使燃烧室底部温度过热，过热的燃烧室造成精馏塔内压力过大，造成精馏塔“爆炸减压”。

报告也指出，这种精馏塔的熔池结构也曾使用于其他不同类型的精馏塔，但通过熔池的液体流量低得多，而本次事故中的精馏塔熔池的液体流量增加了4～5倍，使得熔池排液口径过于窄小的缺陷更加突出，导致堵塞、超压、爆炸。

调查人员分析，世界上发生的这几起类似事故，在提炼锌工艺中都采用了美国新泽西锌公司于20世纪20年代发明的连续竖罐蒸馏法，包括烘焙、蒸锌和冷凝三个部分，采用竖罐的形式，实现了加排料的连续性和机械化操作。2000年以前，这一提炼锌技术不仅在美国，很多海外公司也在采用，但目前美国已经停止使用。

据了解，我国的一些炼锌厂目前仍在使用该方法，尽管从工艺上有所改良，但仍然需要增加安全控制装置，时刻警惕安全隐患。

（本文译自http：//www.csb.gov/，图片来源于《马头事故调查最终报告》）

实习编辑 秦运巧