CSB经典案例分析-MGPI工厂罐车卸载操作化学品意外混合事故

1CSB经典案例分析—MGPI工厂罐车卸载操作化学品意外混合事故唐彬天津市居安企业管理咨询有限公司中国石油和化学工业协会培训中心摘要本文结合美国化学品安全与危害调查委员会（CSB）对2016年MGPI工厂化学品罐车卸载过程中物料（硫酸和次氯酸钠）意外混合，反应生成有毒气云（氯气）并释放至大气环境的事故调查，详细介绍该起事故的发生背景、过程与后果，并从技术和管理角度综合分析、总结导致事故的各方面原因，分享CSB调查组根据事故调查结果总结的经验教训和改善措施。关键词:化学品卸载操作、硫酸、次氯酸钠、意外混合、美国化学品安全与危害调查委员会(CSB)1.事故简介2016年10月21日，在位于美国堪萨斯州的MGPI加工公司的罐区内，一辆Harcros化学品经销公司的硫酸罐车准备进行一次常规的向储罐输送硫酸的作业，由于罐车司机操作失误，将硫酸罐车卸载软管连接到了次氯酸钠（一种漂白剂）储罐的充装线上，导致这两种不相容的化学品意外混合并发生反应，生成大范围的含有氯气和其他成分的混合气云，有毒气云扩散至罐区及附近社区的公共区域（如图1所示），事故造成140多人（包括公众、MGPI员工和Harcros员工）需要接受医疗救助，1名MGPI员工和5名普通民众由于有毒气体暴露的影响需要住院治疗。2图1：有毒气云扩散2.事故背景2.1公司背景MGPI工厂位于美国堪萨斯州Atchison市的市区附近，该公司最初是个小型酿酒厂，成立于1941年。此次事故中涉及的Atchison加工设施主要包括粮食加工、蒸馏操作、仓储、实验室和办公楼等，共有140名员工。HARCROS公司主要业务是向美国境内（主要是中西部和东南部）各工业企业客户经销各种专用化学品。HARCROS公司拥有2套化学品生产设施，设置了29个经销点，拥有约50辆专门用于化学品运输的危险物料罐车。2016年，HARCROS公司向此次事故涉及的MGPI生产区域提供硫酸、氢氧化钠和环氧丙烷。2.2工艺描述此次事故发生在MGPI工厂的ModB区域，该区域主要是根据客户要求生产专用的小麦淀粉，需要使用不同的化学品以满足专用淀粉的各种特性要求，例如，使用硫酸调整PH值，使用次氯酸钠氧化淀粉等。如图2所示，ModB区域包括ModB厂房和邻近的室外储罐区域，ModB厂房内设有室内生产区域、衣帽间、实验室和控制室等。储罐区的边缘就是卸载区域，各公司的物料罐车输送大量的化学品，主要涉及5种化学品：次氯酸钠、硫酸、环氧丙烷、氢氧化钠和乙酸酐。3罐车司机通过把卸载软管连接至充装线上，将化学品输送至专用的大型储罐中。操作员然后再根据需要把一定量的化学品转送至日用罐或者生产用储罐中。图2：平面布置示意图MGPI在卸载区域接收罐车送来的12.5%次氯酸钠，通过管线输送至一个室外的25m3储罐，并常压储存，操作员再通过管线把次氯酸钠转移至厂房内的一个小型日用罐中，再根据需要转移至生产容器里。MGPI把接收的30%硫酸储存在一个室外的32m3日用罐，操作员从日用罐把硫酸直接送至生产区域。3.事故发生过程2016年10月21日早上7:35，Harcros公司的一辆装有30%硫酸的罐车抵达MGPI，按照计划输送硫酸。在控制室审阅签署提货单等文件后，早上7:44，MGPI的一名设备操作员陪同罐车司机来到一个锁着的卸载区。司机把签字后的文件放到罐车后面，并穿上他的PPE（个人防护用品）。MGPI操作员解锁打开硫酸充装线，除去防尘罩（如图3所示），并让司机将其与罐车卸载软管连接。操作员记得在他返回工作站之前，他向司机指明了正确的充装线，但是司机称他并不记得操作员告诉了他。然而，操作员并不知道旁边的次氯酸钠充装线也被解锁打开，而且两条充装线间隔仅46cm，看上去很相似，也没有明显的标记。结果，司机将罐车上的硫酸卸载软管错误地连接到次氯酸钠充装线上，硫酸开始在充装线里流动，随后司机返回罐车驾驶座上。在早上8点之前不久，一股黄绿色气体从次氯酸钠储罐中溢出，形成气云，开始向东北方向扩散。4图3：化学品充装线现场照片（黄色方框为硫酸充装线，黄色圆圈为打开的锁具）罐车司机从后视镜中最先看到溢出的气云，于是尝试返回连接区关掉硫酸卸载开关，但是气云已经包围了他，于是他跑去罐车的副驾驶那边，试图去关闭硫酸阀门，但是扩散的气云让他无法接近。在邻近的WWTP公司经理帮助下，司机逃到了WWTP公司的控制室。气云通过厂房的通风系统很快进入了设备控制室，在控制室内准备换班的3名MGPI操作员很快被气云笼罩，他们立即开始去拿应急撤离用的呼吸面罩。由于操作员在换班期间有上锁防毒面具的习惯，导致3名操作员在撤离厂房前无法带上防毒面具。除了手动关闭充装线或罐车上的阀门，或者触发罐车上的一个应急梭子，没有其他别的方法能够停止硫酸继续卸载。所以硫酸不停地注入次氯酸钠储罐中，持续时间约15分钟，直到应急响应人员关闭了阀门。事故中，估计大约有15m3硫酸和22m3次氯酸钠发生混合，反应产生大范围的含有氯气的密云，很快扩散到了厂外区域。4.事故分析4.1人为因素CSB调查组发现了几个影响操作工、司机与化工运输设备如何互动方面的人为因素问题。人为因素涉及工人、设备和工艺流程等工作环境影响下的相互作用，包括很多影响安全的因素，5例如工作区域的设计和物理特征、工人压力和疲劳、操作规程、培训和沟通等。由于操作员必须经常与设备配合完成生产任务，在辨识工艺危害和评估安全保护措施时，工厂管理层必须认真考虑人与过程设备之间的相互作用，即人为因素，以降低或消除人为操作失误的发生。在系统控制的各个等级（从系统设计到管理措施，再到PPE），都必须综合考虑人为因素问题，以便确保控制措施的有效性，并被理解。（1）化学运输设备的设计CSB调查组发现硫酸与次氯酸钠的充装线非常接近，距离只有约46cm（如图4所示），使操作员在卸载化学品时卸载软管与充装线连接错误的可能性增加。通过物理隔离或者一定的可辨别距离把充装线进行有效分离，能够降低错误连接发生的可能性。当接收不同级别和类型的化学品时，物理分离作为一个被动控制措施，非常重要。例如，将酸类化学品卸载区域远离碱类化学品卸载区域布置，可有效降低不期望反应发生的风险。图4：充装线距离示意图另外，硫酸充装线和次氯酸钠充装线不仅外观、尺寸和功能相同，而且还使用相同类型的连接件和锁具。根据事故后对卸载区域的检查发现，当操作员解锁打开硫酸充装线防尘罩的时候，次氯酸钠充装线和乙酸酐充装线上的防尘罩都没有固定在各自的充装线上。由于操作员习惯在充装线不使用时把防尘罩锁到充装线上，罐车司机在卸载连接前通常依赖操作员解锁正确的充装线上的防尘罩，从而确定他应该连接的充装线。由于硫酸充装线和次氯酸钠充装6线的直径和方向都一样，罐车司机就可能把硫酸卸载软管连接到同样处于解锁状态的次氯酸钠充装线上。针对这种充装线连接错误的风险，使用特定尺寸或形状的软管接头和充装线连接器也是一种非常有效的被动保护措施，能够消除或降低软管连接错误和输送错误物料的可能性。（2）管线标识在涉及危险化学品的工艺装置和设施内，管线标识和标签对于确保工作人员识别正确的设备和管线尤为重要。CSB调查组发现，在卸载区的5条充装线中，只有一条充装线（环氧丙烷）在连接软管处贴有标签，如图5所示。如果MGPI在所有的充装线连接处均设置了管线标识或识别标签，罐车司机可能就会立刻发现他把卸载软管连接到了错误的充装线上。图5：充装线标签根据相关标准，通常做法是，沿管线从起点（例如连接点）至终点（例如储罐）的多个点设置管线标识，这些管线标识必须便于跟踪，并且从正常视线可以看见。CSB调查组观察了硫酸和次氯酸钠管线上的标识，发现管线标识没有尽可能靠近充装线连接点设置。根据管线标识的相关推荐标准，管线标识应设置在管线方向发生改变的位置附近。所有的5条充装线均有一个90度弯管，硫酸和次氯酸钠的管线标识均位于弯管下游几英尺左右位置，如图6所示。另外，从卸载区域的有利位置来看，图6中的硫酸和次氯酸钠管线标识中的字体是倒置的。当罐车司机连接硫酸软管至充装线时，次氯酸钠管线标识的这种布置方式可能降低了它的可见性和可读性。7图6：管线标识（3）化学品卸载程序如前所述，设备操作员和罐车司机在控制室签完文件材料后，两人一起来到卸载区域。操作员解锁打开了硫酸充装线。操作员称在他返回工作站之前，他向司机指明了正确的充装线，而且司机也确认了位置，但是司机称操作员并没有向他指明硫酸充足线的位置。操作员在司机进行连接和打开卸载阀门前返回了控制室。CSB调查组发现，事故发生当天现场执行的卸载步骤和ModB硫酸卸载操作规程不一致。第一，操作规程要求操作员必须对卸载软管和充装线的连接进行确认，而且不允许罐车司机执行卸载软管和充装线的连接操作。第二，根据操作规程，当罐车司机准备就绪，卸载软管已经连接时，应由操作员打开硫酸充装阀门，而不是罐车司机。由于操作员比罐车司机更加熟悉硫酸充装阀门，如果遵守其中任何一条规定，当他确认连接情况或者试图打开阀门时，他很可能发现罐车司机将硫酸卸载软管连接到了次氯酸钠充装线上。操作员允许罐车司机打开充装阀门的原因是，操作员认为这样会更安全，因为司机佩戴着适当的个人防护用品。CSB调查组还审查了Harcros公司的罐车卸载操作规程，事故发生当天司机的操作实践也不符合操作规程要求。事故发生当天，在操作员离开卸载区域后，罐车司机将卸载软管连接至他看到的第一条解锁打开的充装线，打开充装阀门，然后回到罐车驾驶室。第一，操作规程要求司机必须仔细检查，以确保输送的物料进入正确的储罐。第二，操作规程要求司机必须持续监控物料输送情况。但是，CSB调查组发现，该罐车司机没有进行检查确认物料进入了正确的储罐，而且物料输送过程中，他待在罐车驾驶室，背向卸载区域，如图7所示。如果8罐车司机在卸载过程中站在距离罐车后部较近的区域进行监控，发现情况后，他就可能立即关闭充装线或者罐车阀门，阻止硫酸的继续输送，从而减缓化学反应，降低事故后果严重程度。图7：现场充装示意图工厂应与化学品经销商合作进行危险识别和风险评估，协作制定化学品卸载的标准操作程序，并达成一致意见，以明确界定责任。另外，工厂管理层和化学品经销商应针对卸载程序提供定期的、有效的培训，并主动监控操作程序执行的一致性，必要时对操作规程进行更新升级。4.2远程自动关断事故发生时，MGPI的工艺控制系统不能在工艺出现偏离（例如次氯酸钠储罐温度、压力或液位超限）时自动关停化学品的输送。由于反应会产生高压，而且物料输送前次氯酸钠储罐容量已处于90%状态，如果压力或液位远传设置了高高联锁，就能向输送阀门发出信号，实现自动关闭，而不需要操作员的动作。工艺报警和联锁属于主动的安全保护措施，能够持续监控工艺变量和参数，实现消除或降低风险的功能。MGPI次氯酸钠储罐设有一个液位计，当储罐液位达到设定值时可以在控制系统中发出报警，但是只能通知操作员次氯酸钠储罐出现高液位情况，不能自动关停物料输送。针对化学品卸载区域设计和安装远程自动关断系统，可以为卸载过程提供额外的安全保护，当出现不期望的反应事件或者储罐溢流事件时，系统可以自动关闭向储罐输送化学品物料的阀门。94.3厂房通风CSB调查组发现，ModB厂房及通风系统的设计允许厂房外部气体的进入，即此次事故中硫酸和次氯酸钠反应产生的有毒气云，致使内部操作员撤离。由于反应产生的有毒气云已经进入控制室，操作员不得不立即撤离，而且没有时间佩戴他们的应急呼吸器，造成他们撤离过程中暴露在较高浓度的氯气环境下。ModB厂房内部设有一个正压的控制室，设计方面只考虑了防止邻近的室内工艺区域产生的有害气体进入控制室。ModB厂房的采暖、通风和空调系统（Heating,Ventilation,andAirConditioningSystem,HVAC）设有一个4t的空气处理器，配有一个高速电机，从位于ModB厂房外部的2个通风口抽气。其中1个通风口位于厂房的一层，邻近罐区和化学品输送区域。设有1个压力表持续监控控制室内部的空气压力，并与生产区域的压力进行比较，一旦控制室内压力低于生产区域压力，将发出