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32炼油厂火灾和爆炸
CaseStudy
U.S.CHEMICALSAFETYANDHAZARDINVESTIGATIONBOARD
OILREFINERYFIREANDEXPLOSION
NO.2004-08-I-NM
October2005
案例研究
炼油厂火灾和爆炸
编号:
2004-08-I-NM
2005年10月
1Pre-IncidentEvents
Thedaybeforetheincident,alkylationunitoperatorsattemptedaregularlyscheduledswitchofthealkylaterecirculationpumpsintheIso-Stripperunit.Theprimaryelectricpumpwouldbetakenoutofserviceandthesparesteam-drivenpumpstartedup.Theswitchwasscheduledbecauseofrecurringproblemswiththesparepump’smechanicalsealleaking.Thiswasdonetofreethesparepump’smechanicalsealofanymaterialthatmightcauseittofunctionimproperly.Whileattemptingtoputthesparepumpinservice,operatorsfounditwouldnotrotate.
1、突发事件前的事件
事发前一天,烷化工艺单元操作员试图对分动式汽提塔单元的烷基化循环泵进行定期安排的切换。
主要的电动泵将要停止服务,启动了备用汽动泵。
因为备用泵的机械密封件反复出现泄漏,所以才安排了这次切换。
这样做是为了取出可能导致备用泵机械密封件无法正常工作的材料。
操作员试图启动备用泵时,发现它不会转动。
2IncidentDescription
Thenextmorning,themaintenancesupervisorassignedamechanicspecialistandamechanictorepairthesealonthesparepump.Anoperatorpreparedaworkpermitthatoutlinedtheworktobedoneandthesafeguardsrequiredforasaferepair.Thevalveusedtoisolatethepumpformaintenancewasa¼turnplugvalve.Aplugvalveisusedprimarilyforon/off,andsomethrottlingservices.Itcontrolsflowbymeansofacylindricalortaperedplugwithaholeinthecenterthatlinesupwiththeflowpathofthevalvetopermitflow.Thevalveisopenedorclosedwiththeuseofavalvewrench.Aquarterturnofthevalveblockstheflowpath.
2、突发事件描述
第二天早上,维修主管安排一名机械专家和机修工修理备用泵的密封件。
一名操作员制备了工作许可证,写明了要完成的工作和安全维修的保障措施。
用于维护隔离的阀门是一个¼圈旋塞阀。
旋塞阀主要用于开/关和一些限制服务。
它通过阀门中心的圆锥形孔洞来控制流速。
阀门的开闭由扳手控制。
旋转四分之一圈就可以阻塞流道。
Inpreparingthepumpformaintenance,theoperatorreliedonthevalvewrenchtodeterminethatthesuctionvalvewasopen.Hemovedthewrenchtowhathebelievedwastheclosedpositionwiththewrenchperpendiculartotheflowofproduct.Interviewswithseveraloperatorsrevealedthatsomeoperatorsusedthevalvewrench’spositionrelativetotheflowtodeterminewhetherthevalvewasopenorclosed,whileothersreferredtothepositionindicatoronthevalvestem.Thevalvewasactuallyopen.
在维修准备时,操作员根据阀门扳手来确定吸入阀是开着的。
他将阀门扳手旋转到与产品流向垂直的方向,以为这样阀门就关闭了。
采访了很多操作员后发现,一些操作员使用的阀门扳手与流向的相对位置来确定阀门是打开或关闭的,而另一些则根据阀杆位置指示器来判断。
Thepumpneededtobedisassembledandtherearpumphousingassemblyandimpellermovedtotheshopforrepair.Beforeleavingtheareatoobtainmaterialsneededtoremovethepump,themechanicnoticedthatthevalvepositionindicatoronthesuctionvalvebodyshowedthatthevalvewasopen(SeeFigure1).Hedidnotrelatethisinformationtohisco-workers.
需要拆开泵和外壳组件并将叶轮送到店里维修。
在离开该区域去取拆卸输送泵所需的工具时,机修工发现阀杆上的阀杆位置指示器显示阀门是开启的(见图1)。
他没有将这一发现告知同事。
Figure1.SuctionValveandPositionIndicatorasFoundAfterIncident
图1事故发生后吸入阀和位置显示器的位置
Theplantoperatorplacedtagsandlocksonthesuctionanddischargevalvestopreventinadvertentopeningandtoindicatethatthevalveshadbeenclosed.Themechanicspecialistthenplacedtagsandlocksonthesuctionanddischargevalves.Whenthemechanicreturned,themechanicspecialisttoldhimthatthevalveshadbeenclosed,secured,tagged,andlockedperthefacility’sLOTOprocedureandthattheycouldremovethepump.
工厂操作员在吸入阀和排出阀上放置了标签和锁具,指示该阀被关闭了,并防止意外打开。
机械专家随后在吸入阀和排出阀上放置了标签和锁具。
当机修工返回时,机械专家告诉他已经按照公司的操作程序对阀门进行了关闭、防护、贴标签和闭锁,他们可以拆掉输送泵了。
Neithermechanicobservedtheoperatorclosingthevalve.Bothmechanicsbelievedthetaskhadbeencompletedbecausethewrenchusedtoopenandclosethevalvewaspositionedperpendiculartotheflow,andtheoperatorhadaffixedhistags.(SeeFigure1)
机修工都没有看到操作员关闭阀门。
由于阀门扳手处于与流向垂直的位置,并且操作员放上了他的标签,所以机修工和机械专家都相信准备工作已完成。
(见图1)
Figure2DepressurizingHose
图2泄压孔
Theoperatorthendisconnectedthepump’sventhosetoverifythatnopressurewasinthepumpcase.Thelowpointdrainplugwasnotusedbecauseitwasnotequippedwithavalvetoisolateitfromthelineusedfordepressuringthepump.(SeeFigure2)Giantlockout/tagoutproceduresoutliningoperatorresponsibilitiesstate:
Onmechanical,pneumatic,steamandhydraulicequipmentsuchassteamturbines,airpumpsetc.thiswillincludelockingoutoftheenergyisolatingdevices(i.e.valves)andverifyingtotalreleaseofanystoredorresidualenergybyopeningbleedersandverifyingcompletedepressurization.
随后操作员断开了输送泵的排气孔,以判断泵体内有无压力。
没有使用最低点排放塞,因为没有在泄压管线上配备隔离阀门。
(见图2)该公司的上锁/挂牌程序概括了操作员的职责:
在机械、气动、蒸汽和液压设备,如汽轮机、风机水泵等,都会包括能量隔离锁定装置(比如阀门),需要打开泄放口来验证能量是否释放完毕或压力降至常压。
Afteruncouplingthehoseattheconnectiontotheflareline,astreamofalkylateflowedfromthepumphousingthroughthehoseandsubsidedafterafewseconds.Theoperatorandthemaintenancemechanicsbelievedthepumphadbeende-pressuredandwasreadyforremoval.Actually,theventlinewasplugged,andthepumpwasnotdepressured.
将连接到喇叭形管线的软管解耦联后,烷基化物从泵壳体流经软管,几秒钟后消退。
操作员和维修机修工都认为输送泵已经泄压完毕,可以开始拆除了。
事实上,排气管线被堵塞,泵体压力未降至常压。
Figure3.DamagetoAreaofPump
图3输送泵的损坏位置
Thepumpshaftcouplingandtheflangeconnectingthepumptothepumpcasewereunbolted.(SeeFigure3)Asthepumpcaseflangewasseparated,alkylatewassuddenlyreleasedatabout150poundspersquareinchgauge(psig)and350degreesFahrenheit.Thereleaseproducedaloudroaringsoundthatcouldbeheardthroughouttherefinery.
泵的联轴器与连接泵到泵壳的法兰门闩被拔去。
(见图3)由于泵体法兰分离,烷基化物突发泄漏,表压达到150磅每平方英寸(psig),温度高达350华氏度。
泄漏产生的声音响彻了整个炼油厂。
Themechanicwasblownoveranadjacentpumpandsufferedbrokenribs.Materialwasblownintothemechanicspecialist’seyessohemadehiswaytoaneyewashstation,clearedhiseyes,andthenquicklyexitedtheunit.Alkylate,whichcoveredtheplantoperator’sclothing,quicklyignited,seriouslyburningtheoperatorintheensuingfire.About30to45secondsaftertheinitialrelease,thefirstofseveralexplosionsoccurred.
机修工肋骨骨折。
物料进入了机械专家的眼睛,他来到洗眼站清洗了双眼后迅速离开了工艺单元。
操作员身上的烷基化物迅速被点燃,随后的大火严重烧伤了操作员。
初始泄漏后的30-45秒内,发生了第一次爆炸。
Therefinery’ssafetyofficerwasabout150yardsawaywhenthereleaseoccurred.Inanattempttoturnonafiremonitortosuppressescapingvapors,theofficeradvancedtowardstherelease.Hewascaughtinthefireandinjured.Twootherworkerssufferedslightinjuriesescapingthearea.
泄漏发生时,炼油厂的安全官在150码以外。
为了试图启动火灾报警器,安全官靠近了泄漏点。
他也被火灾烧伤。
另外两名工人在逃出火灾区域时受了轻伤。
3AnalysisofIncident
3.1MechanicalIntegrity
Areviewofrepairworkpriortotheincidentrevealedahistoryofrepeatedpumpfailures.Theprimary,electric,andsteam-drivenspareiso-stripperrecirculationpumpshadworkorderssubmittedforrepairofseal-relatedproblemsorpumpseizuresintheone-yearperiodpriortotheincident.
3、突发事件分析
3.1机械完整性
事故前的维修工作回顾显示了长期重复的输送泵故障。
在事发前的一年内有很多关于电动和蒸汽驱动泵的密封问题修复的工作指令。
Giant’smechanicalintegrityprogramdidnoteffectivelypreventtheserepeatedfailuresofthepumpseals.Aftertheincidentoccurred,pluggingmaterialwasfoundinthepumpdischargeline,thedepressurizingline,pumphousing,andtheimpeller.(SeeFigure4).Giant’sapproachtothesefrequentpumpsealproblemswasanexampleofbreakdownmaintenance.Inotherwords,pumpfailureswereaddressedwhentheequipmentfinallybrokedown,insteadofidentifyingcausesofbreakdownsandpreventingthembeforetheyoccurredagain.
该公司的机械完整性计划没能有效防止这些重复出现的泵体密封故障。
事故发生后,在泵体的排出管、减压管道、泵壳和叶轮处都发现了阻塞物。
(见图4)该公司对待这些频繁出现的密封问题的方法是故障维修的范例。
换句话说,泵体彻底失效时才对设备进行处理,而不是分析产生故障的原因并采取预防措施。
Figure4PluggingMaterialFoundinDischargeValve
图4排放阀处发现的阻塞物
3.2CorrosionandScaleFormation
AtGiant,theiso-stripperpumpsfrequentlyhadpluggingproblems.
Anumberoffactorscontributetotheformationofcorrosion,scale,anddeposits,whichinturncanleadtothefoulingorscoringofpumpseals.Thefailureofthesealsisnottypicallycausedbycorrosionofthesealfaces,butbythescoring/erosion(galling)ofthesealfacesfromasolidfoulingmaterial.
3.2腐蚀和结垢
该公司的分动式汽提塔频繁发生阻塞问题。
有许多因素有助于腐蚀、结垢和沉积的形成,这反过来又可以导致泵密封的结垢或划伤。
密封件的故障通常不会由密封面的腐蚀引起,而是由密封件的固体结垢材料面的腐蚀引起。
SomecorrosionandscaleproductsoccurbecauseofoperatingtemperaturesandpressuresatwhichanHFalkylationunitisrun.ManyHFalkylationunitsoperateat125psigorlower.Theiso-strippercolumnattheGiantrefineryisnormallyoperatedatabout150psig.Operationathigherpressuresrequiresmuchhighertemperatures,whichcanresultinacceleratedcorrosionofequipment.
烷基化装置运行的操作温度和压力可能会产生一些腐蚀和结垢物。
很多烷基工艺单元的运行压力在125psig或更低。
该公司的分动式汽提塔运行压力通常在150psig。
在高压下运行要求更高的温度,这也将加速设备的腐蚀。
Pluggingandfoulingmaterialcanalsooccurassoftironfluoridescaledevelopsandformsinthetoweroverheadanddomeswhenpreparingtoshutdowntheunitforcleanupactivities.Someofthissoft,water-ladenscalecomesoffwhentheunitisrunning.Therestcreatesasiteforextremelyfastandextensivecorrosion,resultinginalargeamountofscalebeingaddedintotheprocess.Scalemayaccumulateandsettleatlowpointsandorificesinequipmentsuchassparepumps.
准备关闭工艺单元进行清理活动时,由于塔顶的软铁氟结垢也会产生堵塞和结垢物。
工艺单元运行时,软的、水溶性结垢物就会脱落。
结垢物脱落后,又会快速形成更大面积的腐蚀,导致大量的结垢物混入工艺物中。
在设备的较低处和孔口处可能会积聚结垢物,比如备用泵。
Giantmanagementdidnotinvestigatewhyexcessiveironfluoridegenerationintheprocesscausedthemechanicalsealsonthealkylaterecirculationpumpstofailrepeatedly.
该公司的管理人员没有调查工艺过程中为何会出现导致机械密封件频繁发生故障的过量铁质氟乙烯。
3.3ValveDesign
Examinationofthe6-inch,¼turn,plugvalveaftertheincidentdeterminedthatitwasoriginallydesignedtobeopenedandclosedbyagear-operatedactuator.Thegear-driverhadbeenremovedandwasreplacedbyavalvewrench.Thewrenchwasatwo-foot-longbarinsertedintoacollar.Becauseithadasquareshape,thecollarcouldbeeasilyremovedandrepositionedonthevalvestemindifferentdirections.(SeeFigure5)
Figure5SparePumpValv
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