美国彭泽尔公司炼化厂爆炸事故

郁振山｜编译

1995年10月16日，彭泽尔公司（Pennzoil Products Company）在宾夕法尼亚州劳斯维尔镇的炼化厂，因储罐内泄漏的可燃蒸气被引燃，发生连环爆炸。首次爆炸引发的大火，很快吞噬了炼化厂大部分区域，包括工人正在轮休的施工区。随后，火势蔓延至其他储罐，又有压缩气体瓶和密封容器发生爆炸。爆炸碎片四散，工厂附近浓烟密布。炼化厂被严重损毁，工厂、附近居民区及学校被迫疏散。

3名员工在大火中直接丧生，另有3人被烧伤，其中2名伤者因伤势过重随后死亡。

背景介绍

炼化厂

彭泽尔公司的炼化厂存在较久，约有100年的历史，美国第一口油井就在炼化厂附近开采。炼化厂紧靠宾夕法尼亚州劳斯维尔镇，坐落在油溪（Oil Creek）的东岸（见图1），主要是将原油精炼为各种烃类物质，经过多年的经营，几经扩张。事发时，该炼化厂还在建造新的制蜡车间爆炸发生在487和488号储罐附近。该区域还有20个其他大型储罐。紧挨487和488的是1个石脑油储罐，2个燃油储罐。储罐的西面和北面是水泥围墙，将炼厂与油溪隔开。沿水泥墙停着4辆拖车，其中3辆用于放置承包商的施工工具，1辆用于临时休息。

图1 彭泽尔公司炼化厂简图（方框为爆炸区域，详见图2）

图2 爆炸区详细地图

过程信息

487和488号储罐用于储存水、油与其他烃类化合物的混合物，部分烃类物质是从泄漏物料中回收的。储罐的主要目的是盛放污水，避免其通过排水系统进入水处理站。

长久之后，罐内的水和烃类化合物因密度不同自然分层。由此提取出的烃类物质可再次利用，水则会排至污水处理系统。487和488号储罐之间并无管道相连。

2个储罐的大小、设计相似，建于1937年，均由钢板铆接而成。各储罐周围没有筑坝，但整个罐区周围有隔离墙，可避免泄漏物流入油溪。

事发时，487号储罐的一侧挂着1条输送软管，软管一端通过罐顶的人孔进入罐中，另一端延伸至外面的地面，其作用是将罐车内的液体转移到储罐内。储罐内还有1条吊管，与储罐外底部的阀门相连，吊管可通过滑轮调整高度，以抽取罐内不同分层的物质（见图3）。

图3 储罐内外部简图

事发时，吊管位于液面之上。另外，储罐外面底部的排水阀和软管通往废水处理系统。

化学品信息

爆炸时，储罐内具体的化学物及其质量无法准确计算，这是因为罐内的烃类物质每天都会发生变化，罐内液体含量也是如此。1995年7月16日，储罐经过了事故前最后一次测量，当时罐内液体深度为5.8 m，水层和烃层的具体高度并不清楚。

事故前几天，据上报称，1辆储罐车向储罐内排放了不确定量的丁酮（MEK）溶液。丁酮为可燃物，部分溶于水，燃点较低，闪点为1.1℃。丁酮蒸气能与空气形成爆炸性混合物。

事故描述

1995年10月16日上午，约100人在炼化厂工作，其中半数为承包商员工，如水管工和焊工。

7时40分，彭泽尔公司的安全员发出动火作业许可，许可证的有效时间为7时40分至15时30分。2名彭泽尔公司雇员负责为487和488号储罐焊接爬梯扶手。焊接作业在最终批准前，安全技术人员检查了焊接的准备工作。根据动火作业许可证，罐顶所有人孔都要盖住，焊机必须接地且尽量靠近作业点，作业时必须指派1名消防观察员在地面全程监视。许可证还提到，罐顶附近区域一律不得进行焊接作业，另外必须测量作业区域的可燃蒸气浓度。

作业前，员工将焊机放在储罐附近，铺好焊接线和接地线，将爬梯放好，并在焊接作业点铺好焊接毯。焊接毯通常由帆布制成，用于收集火花、飞溅物，可减少火灾隐患。彭泽尔公司的安全技术员用检测仪测量了作业区周围的可燃蒸气。测量结果显示，区域内不存在可燃蒸气。

作业时，1名焊工负责在储罐上工作，另外1名在地面上担任消防观察员。焊工也被叮嘱不要在罐顶附近进行焊接。

9时30分，工作一段时间后，焊工和消防观察员进行短暂休息。10时再次开始作业，但无法启动焊机。10 min后，另外2名员工对焊机进行了搭电启动。10时15分，487号储罐发生爆炸，不到1 min，488号储罐也发生爆炸。搭电启动后至爆炸前，焊工是否开始了焊接作业还不清楚。有目击者称，就在事故前，看到了1名焊工在焊接平台上，1名在爬梯底部。

事故后果

爆炸将2个储罐完全摧毁，罐体与底座分离后，分别飞向两边。487号储罐最终落在西面6 m处，488号储罐落在了东面15 m处。储罐破裂后，泄漏出的物质不断燃烧，吞噬了整片罐区。

人们最后在油溪的岸边找到了当时在储罐上方作业的焊工，身体60%被烧伤，之后救治无效死亡。事故共导致3名员工（2名承包商员工和1名焊工）被严重烧伤，其中1名承包商员工也因烧伤救治无效而死亡。消防观察员则在大火中直接丧生。另有2名承包商员工在储罐附近的拖车上被发现，但也因大火死亡。

大火烧毁了13个液体储罐，另有管道、电气线路和部分新建制蜡车间也被摧毁。大火还将液体储罐的泄漏物点燃，烧光了1个储罐的石脑油、2个储罐的干洗油、2个储罐的6号燃油。由于储罐被原地烧光，因此并未发生爆裂或泄漏。

爆炸碎片遍布炼化厂各处，其中部分小的燃油储存容器飞到了附近的居民区。隔离油溪和炼化厂的水泥围墙防止了泄漏物外流。

约有140名消防员参与了事故应急。12时30分，大火被扑灭。事故前一天，工厂进行了消防演练，当地消防部门、工厂内部的消防员、危化品专家、当地警察、宾夕法尼亚州应急管理局均有参与。此次事故的响应非常迅速，应急人员无一人出现严重伤害，这很大程度上归功于之前的演练。

事故分析及事故原因

潜在蒸气源

487号储罐上挂着软管，导致罐顶的人孔不能被完全密封。虽然上面覆盖了焊接毯，但蒸气还是泄漏到了周围区域。加之当天中午气温升高，加大了可燃蒸气的风险。

储罐内的丁酮为蒸气源。虽然丁酮部分溶于水，但储罐内水的含量未知，加上烃类物质的作用，会影响丁酮的可溶性和丁酮蒸气的压力。丁酮蒸气的密度比空气大，但若蒸气压力增大一定程度，也能从人孔扩散出去。

蒸气也可能通过储罐内的吊管泄出。事故后，调查人员发现，与吊管相连的储罐外底部的阀门处于开启状态。如果可燃蒸气的气压达到一定程度，比空气重的可燃蒸气也能通过吊管从阀门泄漏出去。若没有风，泄漏的蒸气会在周围地表聚集，被点燃后，火苗便回燃至罐内。

蒸气也可能从输送软管泄出。液体从罐车上输送完后，软管还在挂在储罐上。软管既能泄漏蒸气，也能为火焰回燃提供路线，但调查员并未在软管内发现燃烧的痕迹。

最后，调查人员还在罐体上部发现了许多小孔（见图4），初步推测为腐蚀所致。若蒸气是从小孔内泄漏，不仅泄漏量有限，点火源必须足够靠近小孔才能将蒸气点燃，因此最后一种情况的可能性较小。

图4 事故的潜在蒸气源和潜在点火源

潜在点火源

潜在点火源包括焊接过程、焊机内部点火装置、电弧闪和接地线。

如果爆炸前焊工已经开始了焊接作业，那熔屑很可能会点燃周围的可燃蒸气。焊接过程中，外部的焊剂和内部的焊芯会熔化。但事后，人们找到了焊工所用焊条，发现顶端的焊剂并未熔化。

事发时，焊机位于储罐附近，但没有配备火花熄灭器，因此也可能是焊机内部的点火装置引燃了蒸气。此外，接地线和电弧闪也会导致放电，点燃蒸气。比如接地线磨损或短路，导致接地不当，线路与地面之间会形成电弧。事后的现场调查也证实，接地线与被焊接的物体非常靠近，似乎是连在一起了。

加剧事故后果的其他因素还包括中午气温升高，导致可燃气体浓度增加；可燃气体测量仪没有经过正确校准，导致读数不准确；可燃气体的抽样技术和员工培训都存在不足。

事故教训

根据上述原因，化学品事故调查小组提出了如下建议：设备设计与设备完整性

虽然一般认为，污水和泄漏油导致的化学风险或过程风险较小，但彭泽尔炼化厂一定要完全了解这些风险，并对其进行评估和记录，采取应对措施。风险评估要包括以往事故、设备设计和设备完整性。根据美国职业安全与健康管理局的过程安全管理标准和环保署的风险管理项目规定，炼化厂可使用过程风险分析（PHA）进行评估。化工过程安全中心（CCPS）也发布了过程风险分析指南。

以本次事故为例，过程风险分析有助于识别出水中存在大量挥发性烃类物质的风险，由此便能进一步确定风险预防措施（如消防、可燃蒸气控制、阻火器）。识别出的风险，可通过工程控制措施解决，比如安装应急通气阀或泄爆屋顶，还可通过持续的预防性维护（如腐蚀检查、腐蚀控制）来维持设备的完整性。所有工厂都应利用过程风险分析来控制风险。

动火作业准备

彭泽尔炼化厂应对其动火作业的批准流程进行检查，并完善安全管理体系，确保作业前对所有蒸气源和点火源进行识别和控制。比如，1张设备电路原理图和1张检查表就能提醒作业人员。所有工厂都要对以往事故进行回顾，对持续性动火作业进行定期审计，完善作业审批流程，确保所有焊接设备都已接地，保证电流不会传导至含有可燃物的机器内。

作业环境的变化

所有工厂都要意识到，作业环境是时刻变化的。以本次事故为例，焊工短暂休息后再次启动焊机之前，要重新测量空气中的可燃气体，或对气体进行持续监测。对于常规性的动火作业或其他高风险作业，工厂必须意识到再启动前进行检查的重要性。比如可以采取假设的方法，首先假设天气变化及其他非正常因素对安全作业产生了影响，经评估确认后，再采取应对措施。

作业地点

综上，过程风险分析能用于评估设备及作业环境相关的风险。彭泽尔工厂可利用上述方法，再参考行业标准、法规要求，在存放可燃物的环境中限制使用车辆，并对作业地点进行评估，避免因作业地点的选择不当引起事故。另外，要对以往的泄漏事故进行检查回顾，看是否需要在储罐外围增建围墙，以便储罐出现险情时，避免对其他区域产生影响。