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2004年5月12日12時31分,甘肅省西和縣民福鋅業(yè)有限責任公司發(fā)生一起浸出槽(壓力容器)爆炸重大事故,造成1人死亡,1人受傷,直接經(jīng)濟損失455.5萬元,間接經(jīng)濟損失1800.8萬元。
事故設備為鋅精礦復合催化氧化直接浸出工藝的關(guān)鍵設備─浸出槽,設計壓力0.25MPa,設計溫度125℃;設計介質(zhì)為無毒性、非易燃、強酸性的硫酸鋅,硫酸9%、硝酸1%;工作壓力0.2MPa,工作溫度90~120℃;筒體¢3600×12,封頭DN3600×12,容器高5390mm,筒體與封頭材質(zhì)Q235B,容積47m?,殼體自重1.08t。容器內(nèi)壁襯里為聚四氟乙烯,外壁保溫層為巖棉/50;容器內(nèi)設有換熱面積為11.6m?的蒸汽加熱(或自來水冷卻)換熱盤管,設有YCK三葉斜漿式、可拆渦輪式攪拌器;容器筒體腰部采用法蘭(稱為設備法蘭,16Mn鍛鋼)連接,上下法蘭連接螺栓設計為M30×380-T雙頭螺栓,共72個,材質(zhì)為35鋼。
2004年4月30日曾進行過試驗,但未成功。2004年5月12日,進行第二次試驗。12時30分時,液相溫度為77℃,壓力為0.04MPa,開始通入氧氣。氧氣流量為50m?/h,后調(diào)至170m?/h,又調(diào)至150~130m?/h。12時31分,1號浸出槽發(fā)生爆炸事故。
事故造成1號浸出槽設備法蘭連接的72個雙頭螺栓全部斷裂。浸出槽上半部被拋起,撞毀廠房屋頂橫梁、撞透樓頂,撞碎攪拌器電機殼體,容器殼體傾斜落下,電機轉(zhuǎn)子被甩出落在10多米遠的樓頂上;容器殼體(位于設備下半部設備法蘭與耳座之間)裂縫1處;殼體上封頭凸緣周圍因撞擊反作用力產(chǎn)生嚴重內(nèi)凹變形,設備法蘭裂縫6道(上法蘭2道,下法蘭4道);攪拌器、換熱(冷卻)盤管、管道、閥門損壞,襯里及保溫層局部損壞;容器支座鋼筋混凝土墩臺頂端100mm段開裂;車間一層、二層窗戶及其玻璃全被摧毀;車間環(huán)形單梁吊車軌道報廢。值班人員、車間副主任張某跌入浸出槽內(nèi)死亡;試車總指揮盧某被氣浪沖到,皮膚局部受擦傷。
(二)事故原因分析
1.直接原因
在1號浸出槽的試車過程中,精礦粉中的硫化鋅、硫化鐵在浸出槽內(nèi)受熱的條件下,與稀硫酸起化學反應,有硫化氫氣體生成。由于供給氧氣的控制與截斷裝置簡陋,使送入浸出槽內(nèi)的氧氣的量達到了發(fā)生化學反應的條件。由于容器襯里─聚四氟乙烯的靜電特性決定了非導體會產(chǎn)生靜電,而該容器又沒有裝置導體防靜電和非導體防靜電設施,于是靜電積聚直至放電產(chǎn)生火花,又具備了化學反應所需的點燃這一條件。化學反應H2S+3/2O2=SO2↑+H2O+519kg/mol發(fā)生后,有二氧化硫氣體生成和大量的熱量產(chǎn)生。這些化學反應釋放的熱量只能使二氧化硫氣體體積膨脹以釋放能量,結(jié)果使容器內(nèi)部壓力瞬間陡然上升,僅靠一只公稱通徑為DN150的安全閥根本來不及泄壓,在容器結(jié)構(gòu)的最薄弱部位發(fā)生破壞。
2.主要原因
合同約定設備制造單位無壓力容器制造資格,未經(jīng)技術(shù)提供方及原始設計方同意,擅自委托他人,在對工藝過程可能出現(xiàn)的反應過程和危險性物質(zhì)不清楚的情況下,將設備法蘭位置及攪拌機位置、個數(shù)、轉(zhuǎn)速改變,導致螺栓應力集中;實際提供的容器竣工圖與原設計中設計介質(zhì)要求不符,與實際情況不符;容器類別與實際需要不符,未設計導體和非導體防靜電裝置的缺陷沒有改正;對安全閥的排放能力沒有計算;同時容器出廠前違規(guī)點焊傷螺栓,安裝時未按規(guī)定進行報裝,擅自指揮不具備壓力容器焊接資工現(xiàn)場施焊,錯誤連接耳座筋板,導致容器殼體出現(xiàn)裂紋。
設計參數(shù)提供者對主要化學反應過程要求出現(xiàn)的危險性物質(zhì)未說明清楚,同時對存在設計缺陷的設備圖樣盲目確認,導致壓力容器設計介質(zhì)與實際使用情況不符。
3.間接原因
操作人員崗前培訓不到位。氧氣控制裝置不能保證合理控制。
(三)預防同類事故的措施
1.嚴禁將尚未成熟或未經(jīng)專家鑒定的工藝應用于規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
2.加強對壓力容器設計制造單位的監(jiān)管,設計制造應滿足設計條件的實現(xiàn)。
3.進一步加強《特種設備安全監(jiān)察條例》宣傳和執(zhí)行力度,杜絕特種設備的非法安裝和非法使用。
4.要充分論證鋅精礦復合催化氧化直接浸出工藝的可行性。如該工藝的確可行,應當通過形式試驗或論證,改進和完善該工藝的關(guān)鍵設備─壓力容器(浸出槽):
(1)按Ⅲ類壓力容器的要求設計制造壓力容器。
(2)確定適當?shù)娜莘e、結(jié)構(gòu)尺寸、設計壓力等參數(shù)。
(3)安全附件應優(yōu)先采用安全閥與爆破片的組合。
(4)對容器及管道的導體或非導體裝設防靜電設施。
(5)通過自動化控制,對供給氧氣的量(以mol計)做到總量控制,過量自動切斷?刂七m宜的溫度、流量,防止超溫超壓和混合氣體處于爆炸極限。
(6)氣相介質(zhì)的冷卻降溫應優(yōu)先采用噴淋降溫法。