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      5. 巴頓溶劑公司靜電火花引爆可燃液體儲罐事故

        時間:2014-02-07 09:25 作者:南皮儀器儀 點擊:
        1 簡介 2007 年 7 月 1 7 日 9 時左右,位于美國堪薩斯州山谷中心的巴頓溶劑公司威奇托工廠發生了爆炸和火災事故。 11 名當地居民和 1 名消防隊員接受了醫學治療。這次事故導致大約山

         1 簡介

        2007 7 17 9 時左右,位于美國堪薩斯州山谷中心的巴頓溶劑公司威奇托工廠發生了爆炸和火災事故。11 名當地居民和1 名消防隊員接受了醫學治療。這次事故導致大約山谷中心6 000 名居民撤離,摧毀了1 個儲罐區并且極大地影響了巴頓溶劑公司的經營業務。美國化學安全和危險調查委員會(CSB)的調查結論是:最初的爆炸發生在一個裝有清漆和涂料制造公司(VM&P)石腦油的立式地面儲罐內。石腦油是美國防火協會(NFPA)的一類B 級可燃液體,它能夠在儲罐內部產生可點燃的蒸氣空氣混合物,并且因為它的低導電性,能夠積累起達到危險程度的靜電等級。

        CSB發布這個案例研究是幫助公司了解能夠在儲罐內部形成可點燃的蒸氣空氣混合物、且具有靜電荷積累性質的可燃液體的危險性。另外,CSB要促使公司采取額外的預防措施防止類似巴頓溶劑公司威奇托工廠的爆炸和火災事故的發生。這個案例研究也檢查了行業的物料安全數據單(MSDS)的危險交流方法,并且提出了建議以確保MSDS 能夠識別這些危險和概述相應的預防措施。

        2 事故描述

        最初的爆炸發生在罐區班長開始將裝有VM&P石腦油油槽車的最后一節油車向15000加侖1美制加侖=0.003785411784立方米,57 m3 地上儲罐進行轉輸作業后不久。

         

        爆炸將VM&P 石腦油儲罐沖上了天,石腦油儲罐拖著燃燒液體的煙云和火焰的尾巴,最終落在了距離原址大約130英尺40m 遠的地方。目擊證人從幾英里遠的地方都聽到了爆炸聲并看見了火球。不久兩個油罐發生了破裂,罐內的油品泄漏到罐群周圍的溢流堰范圍之內的、正在燃燒的大火之中。在大火燃燒期間,其它油罐的油品出現了過壓或者被點燃,將直徑10 - 12英尺3.0~3.7 m)的鋼制罐頂崩了出去,排氣閥門、管件和鋼制部件離開了原來的位置,飛到了附近的社區。一個鋼制罐頂擊中了一臺大約300英尺90 m)遠的移動房屋,并且一個壓力/ 真空閥門擊中了附近400英尺遠的一家公司。

         

         

         3 可燃液體和靜電

        當可燃蒸氣空氣混合物和點燃源(例如靜電火花)同時存在時,火災才能發生。在正常的處理溫度下,像汽油類可燃液體儲罐可能含有蒸氣空氣混合物,但是因為混合物中的蒸氣濃度太高,處于爆炸極限范圍之外,這個混合物就不能夠被靜電火花點燃。然而,VM&P 石腦油和其它可燃液體(例如,許多NFPA B 級可燃物)在正常的處理溫度下能夠形成可燃蒸氣空氣混合物。

        當液體流過管道、閥門和過濾器時,靜電就可能產生。靜電也可能出現在輸送水或空氣、噴灑的過程中,以及油罐底部的沉積物呈現懸浮的狀態時(Britton,1999)。

        因為像VM&P 石腦油這類非導電體消散靜電荷速度較慢,它們具有能夠在罐內產生火花的危險性靜電積累的風險。

         

        4 原因分析

        CSB 確定了下列幾個因素可能與最初的爆炸相關:

           這個儲罐的頂部含有可燃的蒸氣空氣混合物。

           停止- 開始裝料、輸送管路中的空氣、沉積物和水導致了VM&P 石腦油儲罐內部快速的靜電荷積累。

           這個儲罐配有一個帶有松散連接的液位計量系統,在裝料期間,這個連接可能分離和產生火花。

           有關這次事故的VM&P 石腦油物料安全數據單(MSDS)沒有合理地闡明爆炸危險性。

         

        4.1 VM&P 石腦油的可燃性

        美國化學安全與危險調查委員會(CSB)測試了引起爆炸的VM&P 石腦油,目的是確定爆炸發生時油罐內部是否存在可燃蒸氣空氣的混合物。檢測結果表明,在大約25(事故發生時VM&P 石腦油的溫度)時,在儲罐的頂部含有可燃的蒸氣空氣混合物。靜電火花的能量能夠點燃這些蒸氣空氣混合物。

        4.2 油罐液位浮子的設計

        巴頓公司使用的油罐液位計量系統浮子的設計中包含浮子與鋼絲連接處的一個松散連接,這個連接能夠產生輕微的分離,從而干擾了接地效果并有產生火花的可能性(見圖4)。美國化學安全與危險調查委員會(CSB)的結論是:開、停泵期間的擾動和飛濺產生了快速的電荷積聚,也可能產生與浮子相連的計量系統鋼帶的松弛,從而導致連接的分離和火花的產生。

         

        4.3 連接和接地

            連接是指將一個導電體,像罐車的接地線,連接到一個轉移泵上,實現平衡各自的電位而消除火花的方法(見圖5)。

         

        接地是使用一個導體使之與大地連接,從而向大地消散積聚的電荷、雷電和設備故障導致的電流,讓它們遠離人員、設備和可燃混合氣。

        根據這次爆炸的證人描述,油罐車、泵、管道和儲罐在事故發生時都進行了連接和接地。然而,發布的安全指南顯示,適用于一般轉輸和儲存作業的連接和接地措施對于非導體的可燃液體的處理可能不充分。非導體的可燃液體積累靜電荷,但是消散靜電荷的速度比導體要慢,因而需要采取其他的措施。

        4.4 輸送液體的過程中的電荷積聚

        巴頓溶劑公司從三個分離的油罐車向VM&P石腦油罐轉輸VM&P 石腦油。在油罐車一個接一個的交替輸送、輸油管反復連接過程中,空氣被引入石腦油罐中。研究發現,當非導體液體被輸送到儲罐期間,機泵啟動的時候,靜電能夠快速地積累(Walmsley, 1996)。

          在這個案例中,靜電積累可能被空氣泡加劇,也可能由于石腦油罐中可能存在的懸浮沉積物和水而被加劇。另外,爆炸發生時,VM&P 石腦油罐大約裝填了30%的石腦油,這種情況可能已經產生了接近于裝填期間最大的液體表面電勢(電壓)。

        4.5 物料安全數據表

        根據職業安全及健康管理局(OSHA)的危害通信標準(HCS),員工都需要并有權知道他們所工作的環境中化學品的特性和危害。其目的是確?;瘜W品制造商和進口商的危害評估并通過危害通信程序將危害信息以及適當的預防措施傳遞給雇主和員工。傳達這一信息的主要方法是通過詳細的技術公告,該技術公告通常被稱為物料安全數據表(MSDSs)。

        由巴頓石腦油制造商提供的物料安全數據表表明:該物料可能積累靜電載荷并放電點燃積累蒸氣。然而,數據表并未提供關于物料重要的物理和化學性質的數據,也未對該物料可能在儲罐內形成可燃蒸氣--空氣混合氣體提出警告。除了正常的連接和接地外,數據表也未列出可以幫助巴頓公司防止這次爆炸的任何其他預防性措施及相關的共識指南參考。

        為了預防類似石腦油這樣可燃液體發生爆炸,物料安全數據表(MSDSs)應傳遞以下信息:

        a對可能在儲罐內形成可燃蒸氣--空氣混合物并且能夠產生靜電積累的這類物料進行警告提示;

        b僅靠連接和接地不一定達到預防事故的目的;

        c列出額外預防措施的具體實例(見第5部分)以及為預防靜電放電對已公布的指南提出參考;

        d給出電導率測試數據,從而讓公司知道物料積累靜電程度,并將之與已公布的指南進行比較。關于已公布的指南信息,詳見本報告結尾的信息來源部分。

         

        4.5.1工業物料安全數據表審查

        美國化學安全與危險調查委員會(CSB)對62種非導電性可燃液體(其中多數被廣泛使用)的物料安全數據表進行審查,以確定他們是否提供危險警告,預防性措施,參考指導及上述討論的導電率測試數據。

        a)靜電累積物和儲罐可燃蒸氣--空氣混合物存在可能性:在所有審查的物料安全數據表中,39份(占67%)含有對物料積累靜電可能性作出警告。近乎所有(占97%)的數據表包含對可燃易燃蒸氣的警告。但是,僅有一份數據表對物料在儲罐內可能形成可燃蒸氣--空氣混合物提出明確的警告。

        b)防止爆炸的具體預防措施和參考指導:在審查的物料安全數據表中,有52份(占84%)建議所使用的公司適當地安設連接和接地裝置,但是僅有7份(全部由同一制造商編制)指出:單靠連接和接地可能不足以阻止靜電放電。這7份物料安全數據表,外加其他的11份均引用美國國家防火協會NFPA 77API2003標準(注:NFPA 77 API 2003 是公認的防止靜電的安全指導標準), 但都沒有明確警告說明單靠連接和接地預防可能是不夠的。62份數據表中,僅有8份提供了一個或多個明確的預防措施,比如:向油箱頂部添加不燃(惰性)氣體、添加防靜電劑、或在輸送過程中減少輸送流速等。

        c)導電率測試數據:僅有3份物料安全數據表(全部由同一制造商編制)含有了導電率測試數據。

        4.5.2編制物料安全數據表的監管和共識指南

        為幫助制造商編制物料安全數據表提供指南,本節討論三類化學品危害分類體系。職業安全與衛生管理局制定了監管要求以規范物料安全數據表的內容。

        1)職業安全與衛生管理OSHA:職業安全及健康管理(OSHA)將危害通信標準(HCS)描述為很大程度上的績效導向標準,這種標準讓雇主可以靈活地將規則與工作場所的需要相適應,而不必遵循特定的、嚴格的要求。因此,危害通信標準通常將信息分類視作物料安全數據表的一部分,主要包括:物料物理化學特性,物理危害性,適用的預防措施或安全處理物料的控制措施。然而,無論是標準的自身還是其依附條例均未對特定的物理化學數據,危害警告或處理化學危害的必要預防措施作出標識。危害通信標準規定數據表的編制人員主要職責是從這些寬泛的分類中鑒定特殊危險性。

        職業安全與衛生管理的咨詢文件(符合OSHA危險通訊標準的危險檢測指南)旨在幫助物料安全數據表編制者識別和傳達化學品危險信息。雖然文件以附標簽和物料安全數據表的方式列舉一些數據和物理危害,但是它沒有闡明與靜電積聚可燃液體相關數據和危害性。

             2)化學品分類和標記全球協調制度(GHS):化學品分類和標記全球協調制度(GHS)(最早在200212月份被GHS小組委員會所采用)是一種首創,旨在就建立危險化學品分類分銷國際標準達成國際共識,并為物料安全數據表的編制創造相符合的條件?;瘜W品分類和標記全球協調制度(GHS)已經歷過2次修訂:一次是2005年,另一次在2007年。GHS小組專家委員會表示,該制度已準備投入全球廣泛應用。

        GHS雖提供了識別和分類易燃液體的具體標準,但它并沒有提供周圍環境溫度下儲罐內可燃液體與靜電累積作用下可燃液體的分類標準或警告指示。此外,GHS對物料安全數據表的編制是否包括導電率測試數據未做要求。

        OSHA參與了化學品分類和標記全球協調制度(GHS)的制定過程,并于2006912發表了法規制定提案(聯邦注冊#7153617)預先通告,表明其打算將GHS指南納入危險通訊標準要求的意圖。

        3)美國國家標準研究所(ANSIZ400.1-2004 “美國危險工業化學物質安全數據表國家標準草稿ANSI Z400.1-2004是一種自愿共識標準,并被職業健康安全局(OSHA)的HCS執行指令作為一個共識性標準,為MSDS制定者提供了有效的指導。

        因為職業健康安全局HCS是基于績效的,它為MSDS制定者提供最低限度的實質性指導。美國國家標準化組織(ANSIZ400.1的制定提供這方面的信息指導,它確保MSDS中包含的信息遵守職業健康安全局的HCS,并且包括其他用以幫助MSDS制定者遵守州和聯邦環境和安全規則的指導。

        美國國家標準化組織(ANSIZ400.1給出了以下關于避免或限制操作常見警告的例子:為減少靜電放電的可能性,運輸物質時連接和接地容器。然而,這個例子沒警告說連接和接地可能不足以消除靜電放電的可能性,尤其是當這個材料是一種不導電的可燃液體時。該標準沒有引入另外的預防措施或相關的共識性指導參考,也沒有要求制定者在MSDS中列出導電率測試數據。

        5 其他預防措施

        凡是處理、轉運和儲存不導電的可燃性液體,例如石腦油、甲苯和庚烷的公司都應該采取其他預防措施避免類似巴頓溶劑公司事故的發生。

         

        5.1要求生產商提供油品的指南

        就像上面所討論到的,MSDSs一般不提供導電性能檢測數據或者可見的附加措施的具體例子,以及有關靜電和儲罐蒸氣空氣混合物危險性的一致性指南。因此,為了確定消除爆炸可能性的附加措施是否是必要的,運輸可燃液體的公司應該聯系生產廠家或者有資質的專家來確定可燃液體是否是非導體可燃液體以及在儲罐內部產生可燃蒸氣空氣混合物的可能性。

        5.2向儲罐上部添加非可燃和非反應性(惰性)氣體

        使用惰性氣體,如氮氣,如果操作正確,能有效的降低潛在的一個可燃性爆炸事件,它使容器上部空間不能支持靜電火花點燃。然而,因為這種做法會在罐體內產生缺氧環境,特別要注意當打開容器例行檢驗和維護的時候。

        5.3修改或者更換松散的儲罐液位浮子的連接

        如果儲罐可能含有可燃性蒸氣-空氣混合物,或配有導電松散浮子連接,那么該公司應該采取下列一個或多個措施:

        使用適當的惰性氣體填充儲罐上部空間。

        在適當的情況下,檢查并且更換帶有液位測試裝置的浮子,這將不會促使儲罐內部產生火花。

        修改浮子以便他們合適的連接以及接地(見圖6)。

        減少液體的流動(抽吸)速度。

        移除任何連接到該浮動機械上的鋼帶游隙,因為這些游隙可以使火花空隙形成。

         

         

        5.4使用適宜的抗靜電添加劑

        抗靜電(可以提高物質導電性)添加劑提高液體的導電性,幫助減少靜電積累。但是,在僅依靠這些添加劑之前,公司應該首先聯系可燃液體制造商,以確定這種添加劑是否為一種適當的、有效的防靜電液體。

        5.5降低流動(抽吸)速度

        各類指南建議,為了使靜電點燃的可能性降到最低,能夠在儲罐內部形成可燃性蒸氣空氣混合物的非導體可燃液體應該以一個減小了的流動(抽吸)速度進行輸送。

        6 建議

        6.1職業安全及健康管理局

           2007-06-I-KS-R1

           修訂符合OSHA危險通訊標準的危險檢測指南,告知化學品制造商和進口商編制物料安全數據表以便:對可燃液體進行評估,以確定其在儲油罐中靜電積聚并形成可燃蒸氣-空氣的混合物的潛在可能性;測試可燃液體的電導率,將測試結果填入數據表。

           2007-06-I-KS-R2

           在下一次的修訂前,小組委員會就化學品標簽和分類全球調和系統進行交流,告知化學品制造商和進口商編制物料安全數據表以便:鑒別可能在儲罐中形成可燃蒸氣-空氣的混合物的靜態儲電材料并發出警告;告知用戶連接和接地可能不足以消除由靜電積聚可燃液體帶來的危害性,并提供額外預防措施的例子,引用相關的共識指南(例如,美國消防協會77,靜電力推薦規程(2007),API推薦規程2003,靜電,閃電和雜散電流點燃防護(2008);提供可能在儲罐中形成可燃蒸氣-空氣的混合物的靜態儲電材料的電導率測試數據。

        6.2美國國家標準協會(ANSIZ400.1委員會

           2007-06-I-KS-R3

        修訂的ANSI Z400.1告知化學品制造商和進口商編制物料安全數據表以便:鑒別可能在儲罐中形成可燃蒸汽與空氣的混合物的靜態儲電材料并發出警告;告知用戶粘接和接地可能不足以消除靜電積聚易燃液體危害性,并提供額外預防措施的例子,引用相關的共識指南(例如,美國消防協會77,靜電力推薦規程(2007),API推薦規程2003,靜電,閃電和雜散電流點燃防護(2008);提供可能在儲罐中形成可燃蒸汽與空氣的混合物的靜態儲電材料的電導率測試數據。

        6.3行業協會

        美國化學委員會

        2007-06-I-KS-R4

        美國石油學會

        2007-06-I-KS-R5

        國家化學品分銷協會

        2007-06-I-KS-R6

        國家涂料及涂料協會

        2007-06-I-KS-R7

        國家石化和煉油協會

        2007-06-I-KS-R8

        化學品危害通訊協會

        2007-06-I-KS-R9

        建議您的會員公司編制物料安全數據數據表并更新數據表以便:鑒別可能在儲罐中形成可燃蒸汽與空氣的混合物的靜態儲電材料并發出警告;告知用戶粘接和接地可能不足以消除靜電積聚易燃液體危害性,并提供額外預防措施的例子,引用相關的共識指南(例如,美國消防協會77,靜電推薦規程(2007),API推薦規程2003,靜電,閃電和雜散電流點燃防護(2008);提供可能在儲罐中形成可燃蒸汽與空氣的混合物的靜態儲電材料的電導率測試數據。

        7 信息來源

        下列參考包括對靜電積累可燃液體安全使用的其他信息來自于:

        1.美國石油學會(API),“API推薦規程2003:靜電,閃電和雜散電流燃燒防護第七版,2008。

        2.布里頓,L.G.J.A.史密斯,大桶液體灌裝靜電危害害,化工廠/操作進展,卷 7,第1期,53-78頁(1988年)。

        3.布里頓,LG公司,預防化工操作靜態點火危害,“AIChE,關鍵控制點概念書,1999。

        4.國家防火協會(NFPA),美國消防協會30:易燃,可燃液體法典,2008。

        5.美國消防協會,美國國家防火協會69:防爆系統標準上,“2008年版。

        6. 美國消防協會,美國消防協會77:靜電推薦規程,“2007年版。美國消防協會77可看的,免費的,在美國國家防火協會網站(www.nfpa.org)。訪問方向:在美國國家防火協會網頁,走規范與標準下拉選項卡,然后點擊代碼發展進程,向下滾動到網上訪問。

        7.沃姆斯利,H,L“,路油輪艙多批次載荷產生靜電勢靜電學,卷j,177- 186頁,38,1996。

         

         

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