23在敞口储罐中搅拌并加热易燃液体.docx

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23在敞口储罐中搅拌并加热易燃液体

CASESTUDY

MixingandHeatingaFlammableLiquidinanOpenTopTank

Onekilled,twoinjured

InvestigationNo.2006-08-I-IL

April2007

案例研究

在敞口储罐中搅拌并加热易燃液体

1死两伤

调查报告编号：

2006-08-I-IL

2007年4月

1.IncidentDescription

ThisCaseStudydescribestheignitionofavaporcloudgeneratedbymixingandheatingaflammableliquidinanopentoptankwithoutadequatesafetycontrols.ThetankwaslocatedinthechemicalmixingareaoftheUniversalFormClamp（UFC）facilityinBellwood,Illinois,asuburbofChicago.

1、突发事件概述

该案例研究描述了在敞口储罐中搅拌和加热易燃液体时未采取足够的安全控制措施而导致易燃蒸气被点燃的事故。

储罐位于芝加哥郊区伊利诺伊拜尔伍德的通用窗体夹（UFC）工厂的化学反应场。

OnthemorningofJune14,2006,anoperatorwasmixingandheatingaflammablemixtureofheptaneandmineralspiritsina2,200-gallonopentoptankequippedwithsteamcoils.Thefinishedproduct,“SuperCleanandTilt,”isaproprietarymixture,whichisappliedtocuredconcretesurfacestopreventbondingwithwetconcrete.

Astheoperatorwasaddinganingredienttothebatch,heobserveda“densefog”accumulatingonthefloorbelowthetank（Figure1）.

2006年6月14日上午，操作员在配备有蒸汽管圈的2200加仑的敞口储罐中搅拌庚烷和矿物油精。

成品是一种专用搅拌物，名称是“超级清洁和倾斜”，主要用于防止湿的混凝土粘结与已凝固的混凝土表面。

操作员在向反应物中添加制剂时，他观察到储罐下的地板上积聚了一股“浓雾”（图1）。

Figure1.Vaporspillingfromtopofmixingtank

图1搅拌储罐顶部蒸气泄漏

Heimmediatelynotifiedasenioroperatorwhohelpedhimshutdowntheoperation.Theybothexitedthebuildingandadvisedworkersinadjoiningareastoleave.

Asthevaporcloudspreadthroughoutthemixingareaandsurroundingworkspaces,otheremployeesexitedthebuilding（Figure2）.

他立即通知资深操作员帮助他关闭了工艺系统。

他们一起跑出了建筑并建议毗邻区域的工人们离开。

随着蒸气云扩散到了整个搅拌区和周围的工作区，其他工人也离开了建筑（图2）。

Figure2.Vaporcloudpropagation

图2蒸气云扩散

Withinabout10minutesaftertheoperatorfirstobservedthevaporcloud,mostemployeeswhowereworkingintheareahadevacuated.Acontracteddeliverydriverpassedsomeoftheseemployeesashewalkedintothebuildingandintothespreadingvaporcloud.Thecloudignitedwithinsecondsofhimentering.Thedriverdiedseveraldayslaterfromtheburnshereceived.

操作员发现蒸气云后的十分钟左右，在那个区域工作的大部分工人都已经撤离。

承包商的一名送货司机在进入蒸气云扩散区前碰到了一些离开的工人。

他进去几秒钟后蒸气云被点燃。

司机被严重烧伤并于数天后死亡。

Thepressurecreatedbytheignitionblewthedoorsopentoanadjacentarea,injuringatemporaryemployee.Thisemployeesufferedsecond-degreeburnsandwashospitalizedforthreedays.

TheBellwoodFireDepartmentbattledafireconfinedtoabaggedresinstorageareaforaboutthreeandone-halfhours.Thefireandpressurefromtheinitialignitionproducedmoderatedamagetothestructureandinterruptedoperationsfornearlyonemonth.UFCsuspendedtheflammableliquidmixingoperationindefinitely.

蒸气云燃烧产生的压力将开着的门甩到了相邻区域，一名临时工受伤。

这名临时工被鉴定为二级烧伤，在医院接受了三天治疗。

拜尔伍德消防部门用了三个半小时才扑灭了袋装树脂存储区域的火灾。

初始燃烧的火势和压力致使建筑遭受中度损坏，并导致了将近一个月的生产中断。

该公司无限期暂停易燃液体的搅拌操作。

2.PhysicalEvidence

2.1MaterialsTesting

AstheoperatorbeganaddingL50（anon-reactiveliquid）tothemixture,henoticedvaporspillingfromthetopofthetank.TodetermineiftheL50,oranyoftheotheringredients,couldhavecausedareaction,independentlaboratoriestestedthemixtureandtheindividualingredients.Thisdidnotidentifyanyreactivematerials,indicatingthattheconcurrenceofthevaporcloudandadditionoftheL50werecoincidental.

2、物证

2.1材料测试

当操作员向搅拌物中添加L50（一种不参与反应的液体）时，他观察到储罐顶部冒出了蒸气。

为了确定是L50还是其他配料引起了这一反应，需要进行独立的实验室试验来测试搅拌物及其每一种配料。

试验结果也没有发现参与反应的物质，这表明出现蒸气和添加L50只是一个巧合。

2.2TankHeatingSystem

Performancetestingbyacontractedtestingfirmverifiedthat

•theboilersystem,undernormaloperatingconditions,deliveredenoughenergytoboilthemixture（221ºF,105ºC）,and

•therewerenoleaksinthesteamcoilinsidethemixingtank.

2.2.1MixingTankTemperatureController

Thetemperaturecontrollerconsistedofaliquid-filledtemperature-sensingbulbandapneumaticcontrolunit.Itregulatedthetanktemperaturebyopeningandclosingthetank’sheatingcoilsteamvalves.Becausethecontrollerwasdamagedbytheexplosionandfire,itwasnottestedtodetermineitsoperability.However,whenCSBinvestigatorsexaminedthecontrolleritwasfoundtohavenotbeeninstalledormaintainedinaccordancewiththemanufacturer’sspecifications,whichcouldhavecausedittofailorperformerraticallyonthedayoftheincident.

2.2储罐加热系统

由承包测试公司进行的性能测试证实了以下发现：

●正常工作条件下，锅炉系统可以输送足够的能量来煮沸搅拌物（105ºC）；

●搅拌储罐内的蒸汽盘管无泄漏。

2.2.1搅拌储罐温度控制器

温度控制器由液体填充的温度检测球和气动控制单元组成。

它通过打开和关闭该容器的加热盘管蒸汽阀调控罐内的温度。

由于控制器遭到爆炸和火灾破坏，因此它无法试验以确定其可操作性。

然而，当CSB调查员检查控制器后发现，没有按照制造商的规格安装或维护控制器，这也许才是事故当天控制器失效或者不稳定的原因。

Thefollowingfindingsmayexplainhowthetemperaturecontrollermalfunctioned,andhowthevaporcloudwascreated.

•Thetemperature-sensingbulbandthermometerwellhousing（thermowell）didnotconformtothemanufacturer’sspecifications.

−Thethermowell,designedtobefilledwiththermalconductivefluid,wasdry,andpartsdesignedtoholdthebulbinplaceweremissing（Figure3）.

−Thebulbwasnotfullyinsertedintothewell（Figure4）.

Bothoftheseconditionsmayhavecontributedtoinaccuratetemperaturesensingoradelayedresponse,andmayhavecausedthesteamvalvestoremainopenlongenoughtoboilthemixture.

以下发现也许可以解释温度控制器失灵和形成蒸汽的原因。

●温度检测球和温度计以及外壳（温度计套管）不符合制造商的规格。

（1）设计成填充导热液体的热电偶套管是干的，设计用来固定玻壳的部件不见了（图3）。

（2）玻壳没有完全插入热电偶套管中（图4）。

这两个条件共同导致了温度检测不准确或者延迟反应，也可能导致蒸汽阀长时间开启不断加热搅拌物。

Figure3.Temperaturesensorwell

图3温度传感器

Figure4.Intendedsensorlocation

图4传感器原本位置

•Therewasarestrictivebendintheliquid-filledcapillarytubeconnectingthesensingbulbtothetemperaturecontroller（Figure4）.Fluidinsidethebulbmustbeabletoexpandandmovefreelythroughthecapillarytubeforthecontrollertooperateproperly.Thisbendmayhavecausedthecontrollertoperformsluggishlyortomalfunction.

●连接感测球到温度控制器的液体填充毛细管上有一个严格的弯曲（图4）。

感测球内的液体必须能够扩展并通过毛细管自由移动，以保证控制器正常运行。

这种弯曲可能造成控制器执行缓慢或出现故障。

•UFCdidnotfilteroilorremovemoisturefromthe“plantair”flowingthroughthetemperaturecontroller.Accumulatedoiland/orwater,orcorrosioncausedbyhumidairmayhavepreventedthecontrollerfromoperatingasdesigned,allowingthemixturetooverheat.

●该公司未对流过温度控制器的“工厂空气”过滤油气或除去水分。

引起的潮湿空气积累的油和/或水或腐蚀性物质可能已经使控制器无法正常操作，并允许搅拌物过热。

2.3TemperatureMeasurement

TheprocessformakingSuperCleanandTiltrequiredseveralhoursofmixingandheating.Tobeginheating,theoperatormanuallyopenedthesteamvalvestothetankheatingcoilsandadjustedthetemperaturecontrollertomaintainthetemperatureat164oF（73ºC）.Whenthebatchprocesswascompleted,theoperatorclosedthesteamvalvesandallowedthemixturetocool.

2.3测温

生产成品需要数小时的搅拌和加热。

开始加热时，操作员手工打开加热盘管的蒸汽阀并调节温度控制器使之维持在73℃。

这一批次的工艺完成时，操作员关闭蒸汽阀并让搅拌物自然冷却。

Themixingtankwasnotequippedwithatemperaturedisplayorhightemperaturealarm,andtherewasnobackupshutoffdevice.Theprocedureforthismixturerequiredtheoperatortoverifythetemperaturebyclimbingthestairstotheupperleveltomeasureitusingahand-heldinfraredthermometer（Figure5）.If,aftercheckingthetemperature,themixtureoverheated—asCSBbelievesoccurredinthisincident—theoperatorwouldnotknowuntilthevaporsoverflowedfromthetank.

搅拌储罐没有装设温度显示器或高压警报器，也没有备用切断装置。

该搅拌物的操作程序要求操作员通过梯子爬上顶端并使用手持式红外测温仪测量温度（图5）。

测温后，如果搅拌物过热，直到储罐冒出蒸汽操作员才会发现，CSB认为至少这起事故中是这样的。

Figure5.Mixingtankmechanicalsystems

图5搅拌储罐的机械系统

2.4Ventilation

Theventilationinthemixingareaconsistedoflocalexhaustandareaventilationsystems.

2.4.1LocalExhaustVentilation

Thelocalexhaustsystemincludedtwoexhaustfansconnectedtoamainductwithflexibleductsextendingintothetopsofthemixingtanks（Figure5）.Thissystemwasincapableofcontrollingvaporsreleasedfromthetankbecause

•bothexhaustfandrivebeltswerebrokenbeforetheincident,and

•itwasnotdesignedtocaptureandremoveahighvolumeofvaporsfromanopentoptank.

2.4通风

搅拌区域的通风系统由局部排风和区域通风系统构成。

2.4.1局部排风系统

局部排气系统包括两个排气风扇，风扇与延伸到搅拌罐顶部的主管道相连。

该系统不能控制储罐的蒸气泄漏，因为：

●事发前两个排风扇传动带都已断掉；

●设计时并未考虑到在敞口储罐上方采集和移除大量蒸汽。

2.4.2AreaVentilation

Theareaventilationsystemincludedonesupplyandtwoexhaustfansmountedatceilinglevel.Therewerenofloorlevelexhaustregisters（floorsweeps）toremoveheavyvaporsthataccumulatedonthefloor.

Becausetheexhaustregisterswerelocatedatceilinglevel,andwereasignificantdistancefromthetopofthetank,thesystemwasincapableofremovingtankvapors.Thus,whenthemixtureboiled,thevaporoverflowedthetankandspreadalongthefloorthroughoutthechemicalmixingandsurroundingareas.

2.4.2区域通风

区域通风系统包括安装在天花板上的一个送风扇和两个排风扇。

没有地面排气装置（吸尘装置），以去除积聚在地板上的高浓度蒸气。

由于排风扇安装在距离储罐顶部很远距离的天花板上，因此该系统无法清除储罐蒸汽。

因此，当搅拌物沸腾时，蒸汽逸出储罐并沿地板扩散至整个化学品搅拌区和周边区域。

2.5EliminatingIgnitionSources

TheHazardous（Classified）Locations（29CFR1910.307）standardcoverstherequirementsforelectricequipmentandwiringsafetyinlocationswhereflammablesandcombustiblesareused.

Themixingroomwasdesignedtomeettherequirementsof1910.307,buttheadjacentareawherethevaporcloudmigratedandlikelyignited,wasnot.Ifthedesignforthisprocesshadincludedthepropersafetycontrols（i.e.,localexhaustventilation,ahightemperaturealarm,and/orabackupsteamshutoff）,thevaporswouldnothaveoverflowedthetankandmigratedintotheadjacentareaswheremultipleignitionsourcesexisted.

2.5消除点火源

标准“危险（分类）地点”涵盖了易燃和可燃物质使用地点的电气设备和布线安全的要求。

搅拌室的设计满足上述标准的要求，但有蒸汽扩散和被点燃危险的相邻区域却不满足标准要求。

如果该工艺的设计包括适当的安全控制措施（比如局部通风系统、高压警报器、备用蒸汽切断装置），那么蒸汽就不会逸出储罐并迁移到存在多处点火源的相邻区域。

3.IncidentAnalysis

3.1FailureScenario

TheCSBinvestigatorsidentifiedthefollowingmostlikelyfailurescenario.

•Onthemorningoftheincident,theoperatorbeganheatingthebatchofSuperCleanandTiltinthemixingtank.

•Thetemperaturec