超壓爆炸

由于精餾塔熔池安全設(shè)計(jì)存在缺陷，過(guò)熱的液體鋅積聚在陶瓷精餾塔內(nèi)，終造成超壓爆炸，導(dǎo)致2名工人死亡，1名工人重傷，整個(gè)馬頭公司Monaca冶煉廠永久關(guān)閉。

2010年7月22日，馬頭控股公司位于美國(guó)賓夕法尼亞州的Monaca鋅冶煉廠發(fā)生爆炸和火災(zāi)事故。事故造成2名工人死亡，1名工人嚴(yán)重受傷，無(wú)法返崗工作。2014年4月，馬頭公司宣布Monaca冶煉廠永久關(guān)閉。

事故經(jīng)過(guò)

調(diào)查組從事故發(fā)生時(shí)起，追溯了之前的一些作業(yè)記錄：

2010年7月2日，精餾塔底部熔池燃燒器引燃，記錄顯示熔池溫度遠(yuǎn)低于目標(biāo)溫度，熔池需要徹底加熱。

7月6日，記錄溫度為380?C。

7月10日，向精餾塔內(nèi)加料。

7月12日，第一次鎘鋅合金冷凝，狀態(tài)正常。

7月14日，熔池泄漏修復(fù)。修復(fù)過(guò)程使用了空氣吹塵槍。

7月15日，熔池再次發(fā)生泄漏，但未進(jìn)行修復(fù)。

7月19日，熔池泄漏再次修復(fù)。

很明顯，熔池存在問(wèn)題。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄查看，精餾塔填料率這一時(shí)期處于增加狀態(tài)，填料越多意味著需要排出熔池的流量越大。

7月22日12時(shí)10分，回流溫度（冷凝點(diǎn)）顯示正常。

15時(shí)10分，在燃燒室底部出現(xiàn)不正常現(xiàn)象，廢氣入口處與燃燒室底部溫度，從低于精餾塔底部、頂部以及中部的平均溫度到逐漸高于三者平均溫度。Monaca冶煉廠1993年12月精餾塔爆炸前3個(gè)小時(shí)也曾出現(xiàn)過(guò)廢氣和燃燒室底部溫度緩慢上升的情況。

隨著溫度的升高，燃燒室內(nèi)產(chǎn)生了振動(dòng)，可能由于吸力器未能奏效，阻尼器啟動(dòng)了。

16時(shí)，控制室內(nèi)警報(bào)響起，指示精餾塔內(nèi)底部的廢氣變化急速，操作工人立即切斷了輸氣流。

隨后，精餾塔中部的警報(bào)也響了，操作工人切斷了向上的輸氣流。

16時(shí)10分，精餾塔發(fā)生爆炸。

類似事故

調(diào)查人員發(fā)現(xiàn)，世界其他地方也發(fā)生過(guò)類似事故10多起。

澳大利亞一家鋅冶煉廠在1973年精餾塔發(fā)生爆炸，造成1名工人死亡。

1993年印度冶煉廠發(fā)生了一場(chǎng)爆炸，燒毀了燃燒室并造成1名操作工死亡。

1993年與1994年在法國(guó)努瓦耶爾戈多分別發(fā)生過(guò)精餾塔爆炸，共導(dǎo)致11名工人死亡和許多工人嚴(yán)重?zé)齻?/p>

馬其頓一家冶煉廠1994年同樣發(fā)生精餾塔爆炸事故，1名工人死亡。

Monaca冶煉廠本身也經(jīng)歷了多次重大事件。1993年12月，發(fā)生過(guò)鉛精餾塔爆炸；1994年7月，有一處精餾塔遭遇過(guò)嚴(yán)重泄漏事件后被及時(shí)關(guān)閉、摧毀；還有五次記錄的鋅精餾塔爆炸事件，其中1997年和2007年發(fā)生的爆炸事件與熔池堵塞有關(guān)； 2010年7月22日，再次發(fā)生爆炸和火災(zāi)事故，終造成2人死亡，1人嚴(yán)重受傷。

事故原因

美國(guó)化學(xué)安全委員會(huì)（CSB）技術(shù)分析指出，事故可能是由于過(guò)熱液體鋅積聚在陶瓷精餾塔內(nèi)，造成高溫、超壓，導(dǎo)致“超壓爆炸”。

當(dāng)時(shí)，精餾塔破裂釋放出大量的鋅蒸氣，在空氣的作用下發(fā)生高溫燃燒。事故發(fā)生時(shí)，2名工人正在從事另一個(gè)精餾塔的維修工作。第三個(gè)操作工是嚴(yán)重受傷，無(wú)法返回工作崗位。

精餾塔采用專用砂漿堆砌，由48個(gè)碳化硅塔盤與頂部的回流塔組成。精餾塔的底部被一個(gè)磚砌的燃燒室圍住，天然氣和一氧化碳廢氣作為燃料。這座精餾塔是在舊的精餾塔銷毀之后重新建造的，Monaca冶煉廠僅使用了500天。

調(diào)查人員指出，精餾塔用于從塔底液體混合物中提取純鋅。一些沸點(diǎn)較低的雜質(zhì)如鎘，達(dá)到沸點(diǎn)之后就會(huì)以氣體的形式排出，留下純鋅液體。精餾塔溫度通常會(huì)升到高于871.1℃，這種情況下只有少量的液體金屬會(huì)出現(xiàn)在不同的塔盤上，但精餾塔的流態(tài)化焙燒卻導(dǎo)致了一種非常危險(xiǎn)的情況。這也就導(dǎo)致了2010年7月22日的爆炸和火災(zāi)事故。

在極限壓力下會(huì)沖破燃燒室，并向外界釋放大量的鋅蒸氣和過(guò)熱液體鋅。鋅在高溫下很容易被引燃。鋅在被引燃的情況下跟空氣中的氧氣接觸，極易發(fā)生爆炸和火災(zāi)。

檢查所有的數(shù)據(jù)之后，調(diào)查人員確定引起爆炸的原因可能是因?yàn)榫s塔熔池局部堵塞。熔池位于精餾塔的底部，一個(gè)排水管道樣式的磚砌結(jié)構(gòu)。2010年精餾塔重建時(shí)，熔池沒(méi)有檢修。分析發(fā)現(xiàn)，先前的精煉塔發(fā)生泄漏事件時(shí)及早關(guān)停，就是由于熔池排液存在問(wèn)題。在2010年7月重啟精餾塔時(shí)，就已經(jīng)注意到了熔池的各種問(wèn)題，但這些問(wèn)題從未得到糾正。在爆炸前至少一個(gè)小時(shí)，DCS（即分布式控制系統(tǒng)）數(shù)據(jù)顯示精餾塔底部逐漸升溫，底部混合物呈現(xiàn)液化，逐漸淹沒(méi)了較低的塔盤，而本應(yīng)向上面的冷凝器排出的蒸氣也無(wú)法排出了。

爆炸前10分鐘，控制室的警報(bào)響起是由于精餾塔里的廢氣出現(xiàn)了高速率的溫度變化，而此時(shí)鋅可能已從精餾塔泄漏處流進(jìn)了燃燒室，但已經(jīng)太晚了，爆炸已無(wú)法避免。

控制室操作員聽(tīng)到警報(bào)后，切斷了流向精餾塔的燃?xì)?，但無(wú)法控制鋅流入精餾塔。精餾塔的不安全狀態(tài)沒(méi)能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，控制室的操作員也沒(méi)有意識(shí)到迫在眉睫的危險(xiǎn)。

按照操作規(guī)程的規(guī)定：如果發(fā)現(xiàn)廢氣溫度迅速上升，氧化燃燒單元冒出蒸氣，此時(shí)要求操作人員需通過(guò)精餾塔燃燒器旁邊的窺視孔檢查精餾塔。

但是，當(dāng)時(shí)并沒(méi)有人遵循窺視孔檢查程序。相反，爆炸前工人報(bào)告說(shuō)一切正常。

技術(shù)分析確定，這種精餾塔的熔池結(jié)構(gòu)存在一個(gè)潛在的設(shè)計(jì)缺陷，也就是被稱為“下溢”的溢流口——類似U型存水管。該溢流口的排液口徑僅為65mm，極易被渣子或其他固體堵塞。正常情況下，溢流口沒(méi)有發(fā)生堵塞，過(guò)量的鋅液可以正常排出精餾塔熔池。一旦堵塞，鋅液不能順暢排出，就會(huì)逐漸積累在精餾塔內(nèi)。當(dāng)過(guò)量的鋅液和蒸氣積累到一定數(shù)量，就會(huì)導(dǎo)致精餾塔內(nèi)壓力上升，壓力上升到一定數(shù)值就會(huì)引發(fā)爆炸燃燒。而這也是世界上其他鋅精餾塔曾經(jīng)爆炸的直接原因。

分析本次事故發(fā)現(xiàn)，精餾塔內(nèi)過(guò)量的液體鋅因無(wú)法正常排出精餾塔熔池，在底部產(chǎn)生了一種危險(xiǎn)的壓力積聚，影響了蒸氣正常排出，并使燃燒室底部溫度過(guò)熱，過(guò)熱的燃燒室造成精餾塔內(nèi)壓力過(guò)大，造成精餾塔“爆炸減壓”。

報(bào)告也指出，這種精餾塔的熔池結(jié)構(gòu)也曾使用于其他不同類型的精餾塔，但通過(guò)熔池的液體流量低得多，而本次事故中的精餾塔熔池的液體流量增加了4～5倍，使得熔池排液口徑過(guò)于窄小的缺陷更加突出，導(dǎo)致堵塞、超壓、爆炸。

調(diào)查人員分析，世界上發(fā)生的這幾起類似事故，在提煉鋅工藝中都采用了美國(guó)新澤西鋅公司于20世紀(jì)20年代發(fā)明的連續(xù)豎罐蒸餾法，包括烘焙、蒸鋅和冷凝三個(gè)部分，采用豎罐的形式，實(shí)現(xiàn)了加排料的連續(xù)性和機(jī)械化操作。2000年以前，這一提煉鋅技術(shù)不僅在美國(guó)，很多海外公司也在采用，但目前美國(guó)已經(jīng)停止使用。

據(jù)了解，我國(guó)的一些煉鋅廠目前仍在使用該方法，盡管從工藝上有所改良，但仍然需要增加安全控制裝置，時(shí)刻警惕安全隱患。

（本文譯自http：//www.csb.gov/，圖片來(lái)源于《馬頭事故調(diào)查最終報(bào)告》）

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