基于HFACS-PE的典型危险化学品爆炸事故分析

2022-11-09李英辉陈萌萌

广州化工 2022年19期

杨玲，李英辉，陈萌萌

(中国消防救援学院消防工程系，北京 102202)

危险化学品火灾事故频发，造成严重的人员伤亡与经济损失，同时严重威胁社会的稳定。近年来国内危险化学品生产企业火灾与爆炸事故时有发生，造成了极为严重的后果。例如，2006年7月28日，江苏省盐城市盐城氟源化工有限公司临海分公司发生爆炸，导致22人死亡；2015年8月12日，天津滨海新区瑞海公司危险品仓库发生危险化学品爆炸事故，造成165人死亡；2017年6月5日山东临沂金誉石化发生爆炸，最终使得10人失去宝贵的生命。人为因素是导致化工类火灾爆炸事故发生的主要原因之一[1-2]。为找到化工类爆炸着火事故的原因，周爱桃[3]对“天津8·12着火爆炸事故”进行事故责任分析，并提出纠正措施；付净等[4]建立适用于化工事故分析的FTA-24Model模型，并以一起重大爆炸事故为例进行了应用研究；裴甲坤等[5]改进传统的事故致因尖点突变模型，将其用来研究化工事故致因过程和致因条件，并实例验证其有效性。本文为修正了适用于危险化学品类事故分析的HFACS框架，并以四川宜宾恒大科技有限公司“7·12”重大爆炸着火事故为例，对该事故的起火原因进行分析，根据反应釜通常的操作流程及事故统计，使用Phast 8.2对该场景下，甲苯灾难性破裂产生的爆炸及火灾参数进行计算。

1 HFACS-PE模型分析

1.1 HFACS模型介绍

HFACS分析模型由Wiegmann和Shappell[6]提出，该模型是根据James Reason的事故奶酪模型提出来的。HFACS模型分为不安全动作、不安全动作前兆、不安全监督和组织影响四个层面[7]。其中，不安全动作分为差错和违规，差错包括：技能差错、决策失误、认知差错，违规包括偶然性违规和习惯性违规；不安全动作前兆包含环境因素、操作者状态和人员因素，环境因素被分为物理环境和技术环境，操作者状态主要指操作人员的生理状态、精神状态、身体和智力的局限，人员因素指的是机组资源管理和个人准备状态；不安全监督包含4个方面，分别是监督不充分、违规监督、运行计划不恰当、没有发现/纠正问题；组织影响包含管理过程漏洞、管理文化缺失和资源管理不到位。

1.2 HFACS框架修正

为使HFACS框架适用于分析化工企业爆炸着火事故，本文对初始的HFACS进行两个方面的修改，如图1所示。HFACS框架最初是用来分析航空事故，原框架中不安全动作的前兆层的“飞行人员资源管理”不适合分析化工类事故，因此，将该因素修改为“部门、员工交流协调不足”。此外，在原有4个层次的基础上增加“危险源”，作为第5层，主要包含危险物质、危险操作、事故环境和其他等4个因素。其他因素主要包含风向、温度等因素。

修正后的模型为HFACS-PE，其中各指标的解释如图1所示。

图1 HFACS-PE框架图Fig.1 HFACS-PE frame diagram

1.3 HFACS框架分析

根据HFACS-PE框架，宜宾恒达“7.12”爆炸着火事故中，危险源是此次爆炸事故发生的主要原因，其中危险物质是导致事故发生的主要因素。而技能差错、认知差错、习惯性违规、技术环境、身体/智力局限、部门/员工间交流协调不足、个人准备状态是该次爆炸着火的次要因素。

2 案例应用分析

2.1 事故过程描述

据该起事故调查报告[8]可知，当日11时13分，该公司副总接到营业部送货员电话，得知有一批货物到达，该副总通知生产部部长；约11时30分，货物送达至宜宾恒达公司仓库，虽然货物标注COD去除剂的原料，但实际上则为氯酸钠，总重量约2吨。此后，三名工人按照要求完成卸货。随后，库管员将货物按照丁酰胺办理入库，并未对原料认真核实；14时左右，二车间副主任按程序开具领料单后，到库房申请领取20袋丁酰胺；该库管员收到领料单后，签字确认后发给二车间副主任33袋实际上为氯酸钠的“丁酰胺”；14时30分，二车间副主任将33袋“丁酰胺”交给叉车工，叉车工将其运送到二车间一楼；15时30分左右，通过升降机，“丁酰胺”被送到二车间三楼后，暂时储存在2R302釜的北侧栏杆；17时20分，2R301釜完成投料，此时釜内物质“丁酰胺”，实际为甲苯、丁酰胺和氯酸钠；18时42分，交接班时，二车间三楼2R301釜突然发生火灾爆炸事故。事故现场如图2所示。

图2 事故现场图Fig.2 Accident scene map

2.2 事故后果

事故车间为地上三层钢梁框架结构，顶为钢梁和彩钢板，四周无隔墙，总高13.85 m；车间东西为4跨，南北为2跨，共3层。事故发生前，车间二、三层各有9台釜(原设计分别各为6台)，按南北分列，北部5台，南部4台；每个釜安置在车间的工字型钢梁上，但是釜上的4个支座未与钢梁固定。釜体在楼板上下各约1/2，悬挂设置于三层，并贯穿楼板。

据事故发生时的目击者称，事故发生时，2R301釜发生了严重爆炸。从釜内冲出的高温蒸气，迅速与周围空气形成爆炸性混合物，并产生了二次爆炸。爆炸产生的大量冲击波，把存放在车间内的氯酸钠、甲苯与甲醇等物料也发生了猛烈的爆炸和燃烧，导致二车间和三车间的迅速着火燃烧。

从物理爆炸的损失情况来看，除了被炸毁的2R301 釜以外，事故还造成了车间西北角三层主体结构遭到不可逆的破坏，并导致二、三车间发生严重的火灾，过火面积约1800 m2。二车间二层与三层之间的钢结构楼面，西北角损毁最为严重，周边金属变形严重；经现场比对，二车间地面的罐体以及一层与二层之间的釜均在原位置未移动；二层与三层之间西北角搪瓷釜消失不见，北侧由西向东第二个釜掉落至二层结构楼面上，其余釜均在原位置未移动。

此外，爆炸产生的冲击波造成二车间周边建筑受到不同程度破坏。一车间屋顶南面彩钢板受爆炸冲击波影响，向北凹陷；三车间屋顶北面彩钢板受爆炸冲击波影响，向南凹陷；办公楼南侧立面受爆炸冲击波损毁严重，窗户玻璃基本破碎，窗框严重变形，大多向内凹陷或倾倒；库房一和库房二建筑西侧立面钢质墙面受爆炸冲击严重，向东凹陷；制冷机房北侧立面受爆炸冲击波影响，向南凹陷；变配电室东侧立面受爆炸冲击波影响，木质门损毁，部分门框向西凹陷；分析室西侧立面窗户玻璃破碎严重，窗框变形，空调百叶窗受爆炸冲击严重，向东凹陷。经勘验，在事故现场爆炸部位周围发现14块较大的设备残留物，分别为2R301釜的内外夹套、电机、线圈以及搅拌叶片等；在厂区内及厂区西侧的沙石厂发现了多处爆炸抛出的碎片，尤其是在距爆炸中心现场距离363 m处，发现了釜顶盖(上封头)碎片，其净重达520 kg，这也是最远的碎片。

2.3 事故原因分析

导致釜体解体的重要原因有五个：一是在搅拌状态下，丁酰胺和氯酸钠形成的爆炸混合物，具有超级爆燃能力；二是开启蒸汽加热后，丁酰胺和氯酸钠形成的爆炸性混合物，在受热状态下，与釜内附件和内壁发生剧烈的相互撞击和摩擦，进而引起化学爆炸；三是随釜体解体过程冲出的高温甲苯蒸气，迅速与外部空气形成爆炸性混合物并产生二次爆炸；四是车间存放的氯酸钠、甲苯与甲醇等物质本身具有极大的火灾爆炸危险性，并直接导致二车间、三车间着火燃烧。

3 事故模拟

评估所有已发生事件的伤害、损害和其他物理后果是可靠和准确地调查事故的基本步骤。由于丁酰胺-氯酸钠混合物的爆炸反应机理受成分、温度、压力等众多因素影响，难以获得一次爆炸的准确参数。因此，我们对甲苯蒸气与空气混合形成的二次爆炸后果进行模拟，并与现场结果进行验证，有助于帮助识别每个事故过程中的主要参数。

3.1 甲苯的火灾危险性分析

常温下，甲苯呈无色澄清状，是有苯样气味的液体。它能溶于酒精、乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸等常见有机溶剂，极微溶于水。甲苯比水轻，其相对密度为0.866。其沸点为110.6 ℃。常温下做闪点(闭杯)实验，其闪点为4.4 ℃，因此其在常温下具有很好的挥发性能，具有易燃易爆性。根据GB50016-2014《建筑设计防火规范》，甲苯液体属于甲类火灾危险性的液体。

此外，甲苯蒸气能与空气形成爆炸性混合物，发生爆炸的极限范围为1.2%～7.0%(体积)。根据《建筑设计防火规范》，因其爆炸下限小于10%，所以，甲苯蒸汽的火灾危险性也属于甲类。常温常压下，甲苯一旦泄露极易形成爆炸性混合气体，发生严重的爆炸事故。且甲苯具有低毒性，其半数致死量为5000 mg/kg。而高浓度的甲苯气体还具有一定的麻醉性，也有一定的刺激性。所以一旦发生甲苯的泄漏事故，可能会造成大量人员伤亡，也极易发生火灾爆炸事故，产生二次危害。所以甲苯属于重大危险源。当储量超过规定值，根据国家标准《重大危险源辨识》，应当将该场所列为重大危险源进行监管。同时，还要根据《危险化学品安全管理条例》、《易制毒化学品管理条例》受公安部门管制。事故中，反应釜中的主要物料为甲苯。因此，甲苯为该起事故发生最重要的危险源。