海格纳士公司铁粉着火爆炸事故

英国海格纳士公司金属粉尘着火爆炸事故高前进赵建民1.0事故背景1.1公司简介海格纳士公司是GKN的子公司，GKN是一家跨国工程公司，其总部所在地为英国。海格纳士加拉廷工厂，距离纳英国什维尔市约30英里，雇有约180名工人，生产金属粉末产品，年产量为30万吨，主要产品是纯度99%以上的铁粉。主要用于汽车制造业。1.2生产过程简介海格纳士公司从外界购入废钢材，把这些废钢材加入到熔化炉熔化，并按客户要求的规格添加各种其它元素，熔化的铁水通过一个长的退火炉逐渐被冷却，然后磨成粗铁粉。这个退火炉被称为“带式炉”，有一个超过100英尺高的螺杆传输带穿过，退火炉中要通入氢气去除氧元素，同时避免被氧化。氢气是通过管道送入到退火炉中的，这根氢气管道铺设在地沟中，地沟上面用盖板覆盖。在带式退火炉的工艺过程中，粗铁粉逐渐变成厚铁片，然后送入破碎机中切割成细小的金属粉末产品（如图片1所示）。图片1：金属粉末产品（铁粉）2.0事故背景在2011年，海格纳士公司共发生三起金属粉尘着火爆炸事故，分别发生在2011年1月31日、2011年3月29日、和2011年5月27日，共造成5人死亡，3人严重烧伤。2.12011年1月31日事故（两人死亡）在海格纳士工厂，铁粉在工厂内经由螺杆输送机和斗式提升机组成的机械系统进行输送，斗式提升机上的皮带轮和皮带经常出现不对中故障，导致提升机电机超载停止运转。2011年1月31日约5：00故障再次出现，一名维修技工和一名电工被操作人员叫去检查，看是否是皮带偏了。维修工检查认为皮带对中良好，于是用对讲机通知控制室操作员重新启动电机。一周前工厂的粉尘收集系统故障不能正常运行，导致大量的铁粉微粒散落在电机区域及电机表面（如图片2所示）。图片2：设备及电机表面的铁粉随着电机重启带来的震动，易燃铁粉尘突然散布到空气中，两名工人陷入密集的粉尘云中。可能是电机启动时明线产生的电弧，点燃了散布在空气中铁粉尘，火焰突然爆发，吞没了两名工人（如图片3所示），两人都被严重烧伤。一名工人在事故发生的两天后，因伤势过重死亡，另一名坚持了近4个月，于2011年5月死亡。图片3：铁粉瞬间点燃着火模拟图2.22011年3月29日事故（一人严重受伤）2011年3月29号，海格纳士公司的一名维修工程师和一名承包商工人在更换带式炉的点火器，更换完后他们试图将一根燃料气管道重新连接到加热炉上，但是因站的梯子上空间有限很难连接上，那名工程师试着用锤子将管道敲入预定的位置，随着锤子敲击，积聚在加热炉侧面的铁粉尘腾空而起，铁粉尘被点燃了，烧向这名工程师（如图片4所示）。他急忙跳开从梯子上滚下来，由于穿着阻燃服，他的上半身没有被烧伤，但是他的两条大腿受到重一度和二度的烧伤。那名承包商一看到粉尘着火，立即逃离现场，他没有受伤。图片4：事故现场模拟图2.32011年5月27日事故（三人死亡，两人严重受伤）2011年5月27号早晨6点左右，在工厂的一个加热炉附近的操作员们听见嘶嘶声，他们认为可能是气体泄漏了，他们认为泄漏是来自于加热炉区域地沟盖板下的某处的管道，这里有氮气管道、氢气管道、冷却水管道、和加热炉燃气放空管道。维修部6名机械师被叫去查找漏点并修理，一名操作员在旁边配合。他们猜测这次泄漏和最近一起无气味不可燃的氮气泄漏类似，然而事实上他们并不知道，这次泄漏是另一种无色无味的气体--高度易燃的氢气。维修人员用一辆叉车配合将地沟上的盖板移开（如图片5所示）。图片5：用叉车移开地沟盖板当东南方向上的第一块盖板被向上抬起时，金属摩擦产生了火花，点燃了泄漏的氢气，引起了剧烈的爆炸冲击。氢气持续从管道内泄漏加剧了火势形成喷射火（如图片6所示）。图片6：地沟内氢气管道泄漏燃烧情况模拟图爆炸的冲击波震落了大量累积在高处框架上和加热炉外表面上的铁粉尘，降落形成粉尘云，在接触到下面的火焰后立即点燃形成闪火。整个区域充满了火焰和弥散的铁粉尘，能见度非常低，使逃生变得很困难。站在地沟旁的操作员和4名机械师共5人全部烧伤，其中三人严重烧伤，这三人中的两人因伤势过重不到一周死亡，另一人6周后也死亡。3.0事故分析3.1.对积聚铁粉尘的危害认识不够建于1980年的海格纳士工厂，没有被设计成预防粉尘大量积累。直到2009年1月，海格纳士公司管理层收到保险公司的2008年度审查报告后，才开始对PM产品的粉尘可燃性做分析，但是分析结果没有触发全面检查工厂粉尘的积聚情况，也没有开发相应的清洁打扫程序。粉尘分析的结果的确引起管理层注意，他们只是加强对操作员关于粉尘的可燃性危害的培训，但是没有消除危害粉尘的行动。操作员也不得不容忍工厂的粉尘的状况，有操作人员反映，他们入职以来曾碰到多起粉尘闪燃情况，但他们没有接受关于积聚的粉尘扩散到空气中闪燃严重性的培训，也没有人汇报小的闪燃或未遂事件。时间一长，粉尘闪燃就变得正常了，因为在2011年1月31日之前并没有发生严重的伤亡事故。3.2工程控制措施不够根据风险控制层级理论，危害的控制措施的有效性从上到下依次是消除、工程控制、管理控制，最后才是个人防护装备（PPE）。控制铁粉泄漏弥散并积聚的最有效的控制措施是工程控制措施。螺杆输送和粉尘收集系统是很好的工程控制措施的例子。3.2.1设备的密封性差，铁粉易泄漏海格纳士工厂的设备的密封性不好，没有设计成密封良好的防止铁粉泄漏的设备，铁粉从设备中泄漏飘散到空气中，尤其是输送系统的泄漏，最终落下积聚在全厂设备设施的表面（如图片7所示）。图片7：积聚的铁粉国家火灾预防条例484（NFPA484）号规定的粉尘泄漏预防的特定的工程控制措施，同样适用于海格纳士生产和输送PM产品。它要求所有生产铁细粉颗粒的设备都要密闭并和粉尘收集系统相连，粉尘收集系统要有足够的风速来分离所有的粉尘。但是CSB的调查人员发现，海格纳士公司的一部分PM产品输送设备是敞开的。3.2.2粉尘收集系统安装位置错误，可靠性差NFPA（美果消防协会）标准484号规定粉尘收集系统要安装在室外，但在海格纳士公司，除尘的袋式过滤器却安装在室内，这是一个严重的着火和爆炸危险源。粉尘收集系统的可靠性太差，经常不工作，不能避免铁粉尘在空气中传播，最后落在高处设备的表面。2011年1月31日那次事故的7天前，袋式过滤器已经不能正常使用了，所以那个区域会有大量的可燃的铁粉尘积聚，启动提升斗电机时粉尘爆燃的事故就发生了。3.2.3电气设备没有按防爆级别设计因为海格纳士工厂有氢气存在，按（美果消防协会）标准497的规定，工厂应设计成一级防爆区，电气设备的设计和安装应符合此要求。但是在海格纳士公司，CSB调查人员发现电气的安装都不符合此要求，包括大的电气柜都是敞开的。2011年1月的事故的点火源—电机启动产生电弧与电气设备没有按规范设施安装有关（如图7所示）图片8：可能的点火源--电机接线3.3氢气泄漏铺设有氢气管道的地沟同时也用作冷却水回水的排放，热的冷却水回水直接排到氢气管道上，造成了腐蚀泄漏。由于地沟热水排放和固体沉积造成地沟内铺设的管道的长期缓慢腐蚀，地沟的设计和公司的维护方案没有解决这个长期缓慢腐蚀的问题。此外，海格纳士公司没有书面的程序规定如何消除气体泄漏，维修人员也允许在查找可疑的泄漏源时不需测试大气中的爆炸气浓度。3.4工艺安全管理（PSM）PSM适用于生产或使用137种高度危险化学品清单中任何一种、或储存量超过临界量的、或现场处理易燃液体或气体的量超过10,000英磅的场所。这项规定同样适用于海格纳士公司,PSM的要素要求的实践和制度应该可以避免或减轻2011年5月27日那场事故，但是海格纳士公司没有采用。海格纳士的氢气是由一个供应商供应，但供应商的生产和储存氢气的设施都在海格纳士工厂内，所以氢气管道的管理应采用PSM的要求。OSHA（美国职业安全健康管理局）关于海格纳斯工艺安全管理得出的结论是，海格纳斯关于氢气管道缺少合适的机械完整性管理的制度，没能开发一个氢气泄漏监测和应急响应的计划，没有对氢气工艺做危害性分析，如HAZOP（危险与可操作性）分析，等。3.5管理控制措施不到位3.5.1卫生清扫措施对消除铁粉尘积聚无效海格纳士公司的卫生清扫工作是无效的。在海格纳士CSB（化学品安全委员会）调查人员发现从设备中泄漏出来的铁粉在设备表面可达4英寸厚，空气中飘散的铁粉用肉眼就能看到。用于收集粉尘的袋式过滤器堵塞后，铁粉就会飘散到空气中，袋式过滤器堵塞非常频繁，每小时都会发生很多次。NFPA（美果消防协会）标准484号第13章中规定的卫生清扫的要求适用于海格纳士公司。它要求在任何建筑或机器表面的积聚的粉尘每天都要不定时清扫，以尽可能减少粉尘积聚。海格纳士公司通过真空吸尘来减少生产过程中泄漏的粉尘积聚，但是大量的粉尘从生产设备里泄漏，以及粉尘收集系统能力不够，使卫生清扫工作的成效微乎其微。3.5.2劳动保护装备:海格纳士公司的阻燃服（FRC）不能提供有效的防护海格纳士公司要求员工都要穿阻燃服（FRC），FRC用来降低烧伤的严重性，但是2011年1月和5月的两起事故中那5名烧伤严重的人员后来还是死亡了，这种阻燃服（FRC）在可燃性铁粉闪燃及氢气爆炸的事故中并没有提供明显的防护作用。4.0经验教训4.1金属粉尘的风险意识海格纳士公司自从经营运行以来，有好多次技术交流、外部审查、保险检查、以及政府机构合规性督查的机会，这些机会完全可以帮助海格纳士公司提高对金属粉尘风险的认识，以及解决金属粉尘泄漏积聚问题，但是海格纳士公司都没有有效利用这些机会.在法令和规范执行上的差距，缺乏检查、缺乏工艺危害性分析（PHA），这些对这三起事故都有直接的贡献。4.2没有吸取事故教训1992年5月13日同样在加热炉区域发生的一起氢气着火爆炸和铁粉闪燃事故，和2011年5月的事故非常相似，CSB调查人员在和当时的受伤人员面谈时得知，在加热炉区域发生的氢气爆炸震落并引燃了积聚的可燃铁粉，导致他全身90%的灼伤，他用了一年的时间治疗烧，目前他仍在恢复治疗中。但这起事故的教训没有被吸取，对加热炉区的氢气泄漏、铁粉尘积聚没有明显的改时措施。5.0参考1.CSBReport:HoeganaesCorporationCaseStudy，December2011CSB报告：海纳格斯公司事故案例研究，2011年12月2.OccupationalSafetyandHealthAdministration(OSHA)ProcessSafetyManagementStandard：OSHA29CFR1910.119,1992.职业安全与健康管理局（OSHA）工艺安全管理标准：OSHA29CFR1910.119,1992.