一起合成氨装置爆炸的应急处置

合成氨装置控制室

　　2009年3月23日中午12时53分，位于云南省水富县的云天化股份有限公司(以下简称“云天化公司”)传出剧烈爆炸声，公司合成氨装置合成塔出口管道发生断裂，导致高温、高压气体外泄，形成了强烈冲击波，附近门窗玻璃被震裂飞溅，事发中心现场7名员工及附近居民10人受到玻璃的轻微划伤，未造成有毒气体泄漏。

　　事故发生后，云天化公司及时向政府主管部门和云天化集团公司报告了事故情况，水富县、云天化公司立即启动了应急预案，厂县双方共同协调和处置，在半小时内将装置安全停车。云天化公司按照预案布置了善后处理工作，并组织对公司重大危险源等重要部位进行了系统检查。由于采取了积极的应急措施，公司重大危险源及周边环境未受到事故的影响。

事故发生经过

　　发生爆炸事故的是云天化公司合成氨装置。2008年11月11日，公司合成氨装置停车大修，2009年2月27日装置开始正常运行。2009年3月23日12时53分，在装置处于正常运行，无超温、超压及设备异常的情况下，合成氨装置合成塔出口倒U型管道上的14″A105钢制法兰与A335-P11钢无缝管之间的焊缝发生分离(分离发生在14″A105钢制法兰与焊缝的熔合区);与此同时，倒U型管道上另一处的18″A105钢制法兰与18″A335-P11钢无缝管之间的焊缝也发生分离(分离大部分发生在18″A105钢制法兰与焊缝的熔合区，少部分分离发生18″A105钢制法兰的热影响区)。一瞬间，含有大量高压氢的合成反应气体(氢、氨、氮、甲烷和少量氩)冲出管道，在管道外发生剧烈燃烧同时产生强烈冲击波。高温高压气体产生的冲出波，造成合成氨装置控制楼及附近建筑物门窗玻璃损坏。

　　事故发生后，云天化公司迅速启动了应急预案。公司领导在5min内陆续赶赴事故现场进行指挥，公司消防救护车随即到达事故发生地进行应急救援，各级领导干部组织员工迅速赶往生产现场协助处理。公司生产调度室立即发布停车指令并向相关人员报告，合成氨装置、尿素装置立即进行系统紧急停车处理。公司装置全部安全停下后，各单位负责人对各当班人员进行清点，确认无死亡及重伤人员。

　　事故发生后1min13s，事故工段当班操作人员及时物料紧急切断;30min，装置全部安全停车;1h左右，事故现场基本处理完毕。

　　云天化公司所在的云南省水富县依山傍水，在事故发生和处理过程中，没有发生任何环境污染事故，保证了员工及周边居民的安全。

事故原因分析

　　爆炸发生之前，合成氨装置正常运行，无明显超温、超压及设备等异常迹象。经过调查，确定事故的直接原因是合成氨装置氨合成塔出口管线焊缝突然断裂致使管内高温、高压氢氮气体瞬间喷出所致。

　　经检查，在合成氨的服役工况条件(365℃，氢分压7.8MPa)下，14″钢制法兰的孔内壁不但产生了氢致裂纹，而且产生了12个鼓泡(甲烷聚集形成)。由此断定，该合成塔出口管道连接法兰选用A105碳钢制造是错误的。

　　合成塔出口管道的碳钢连接法兰的孔内壁在长期高温高压合成氨混合气的作用下，发生了严重的氢腐蚀，氢腐蚀导致碳钢连接法兰以及该法兰与焊缝之间的熔合线附近脆化并形成微裂纹。当微裂纹扩展到临界尺寸后，在高压合成气的作用下使14″碳钢法兰与焊缝之间的熔合线附近首先断裂，继而使18″碳钢法兰与焊缝之间从熔合线开裂。14″和18″碳钢法兰与其焊缝之间的熔合线附近相继断裂后，高温高压的合成氨混合气冲出管道并与空气混合后发生燃烧和爆炸。

　　经进一步查阅相关设计文件，云天化公司发现原始设计文件选材正确，管道材质为A335-P11钢无缝管。但在设计转换输出材料过程中，工程单位错误地将管道材质确定为“CS”碳钢，导致配对法兰按照A105碳钢进行选用。

　　从技术角度分析，除非已产生了明显的宏观裂纹，否则氢腐蚀现象无法通过无损探伤方法检测出来。从分析报告来看，氢腐蚀失效主要还表现在内部脱碳、鼓泡、显微裂纹阶段(此时由于强度不够后迟早导致断裂)，这就导致由于设计问题产生的这一缺陷隐蔽性极强，通过常规的生产管理过程很难发现。

　　通过以上分析，“3·23事故”是一起因用错法兰材料导致管道焊缝断裂的特大设备事故。事故造成合成氨、尿素装置紧急停车，直接经济损失100万元以上。但由于当班操作人员应急处理及时得当，并未造成人员伤亡及环保污染等次生事故。

制定处理方案

　　本次事故导致合成氨装置停车27天，在此期间，云天化公司成立了事故抢修指挥部，部署合成氨装置合成塔出口管道断裂事故的处置措施及生产恢复工作。抢修指挥部针对合成塔出口管断裂事故制定了相应的处理方案，决定启动合成氨装置抢修程序，按照装置大修程序恢复受损设备并处理隐患。

　　结合紧急停车和冲击波可能造成设备损坏的情况，云天化公司合成氨、尿素车间针对设计错误和事故可能导致的损坏，组织对装置隐患进行了多轮排查，并以抢修项目计划方式提交抢修指挥部进行处理。共查出并处理合成氨装置隐患94项，尿素装置隐患59项。

　　2009年3月25日，云天化集团、股份公司相关领导、专业副总及相关部门针对合成塔内件及催化剂可能受损情况召开了专题分析，制定了逐项检查合成塔内件和催化剂受损情况的检查方案。

　　对氨改期间更换的管线材质进行复查并核查隐患。设备部专技人员会同专家对氨改期间更换过的所有设备管线材质进行了逐项复查，共查出存在设计错误的法兰83片、阀门12只。

　　对受损管道、设备和核查出的隐患进行分级处理。2009年4月7日，抢修指挥部组织召开了合成氨装置隐患整改方案讨论会。会议决定根据工况条件，判别设备的安全程度，根据安全程度进行隐患分级处理。

　　恢复受损管道和设备。公司对照相关规定，要求凡使用的材质不在安全范围内的，必须更换材料的级别。更换材料分为两个步骤，一是按照原有设计工况，经现场分析材质，确认可以使用到下个周期的材料，待下次大修时更换;二是对接近不安全范围临界点的，有现存材料的在本次抢修中更换，材料不能及时到货的，下次大修中更换。

　　对合成系统关键换热器进行了检漏工作。为进一步确认管道断裂快速泄压导致的设备损坏，生产部组织制定了123-CA/C1、121-C气密性试验和检漏工作，确认设备未见异常。

　　就合成氨改造系统存在问题与工程单位进行交流。2009年4月8日，抢修指挥部组织与工程单位进行了交流，双方就合成123-C1管箱材质，普里森安全阀RV-105A/B出口管在安全阀起跳放空时振动剧烈，二段转化炉103-D顶部管口裂纹等问题进行了讨论，并制定了下一步的处理方案。

　　优化运行工况避免设备氢腐蚀。2009年4月4日，抢修指挥部就如何调整分子筛再生程序，降低氢蚀风险，确保装置开车后安全稳定运行召开专题会议，会议制定了调整再生气温度和再生气量的初步方案，定于装置恢复生产后实施这一方案，要求控制再生气温度低于250℃。

　　在逐项确认开车条件的基础上，恢复装置运行。装置开车恢复生产之前，生产部结合装置情况制定了开车计划表。合成车间组织对装置进行了气密性实验检漏，逐项确认开车条件后，在有关部门的批准下组织恢复生产。

提出预防措施

　　爆炸事故发生后，云天化公司针对事故情况，提出了预防类似事故发生的各项措施。

　　在工程设计及审查方面，建议公司工程部门合理选择设计单位，设备部、生产部则要加强和设计单位的沟通，检查确认装置再无其他设计错误。

　　设备基础管理工作方面，设备部门要对合成主控室门窗进行全面安全整改，对公司可能存在氢脆的压力管道、设备进行一次全面普查，每年都需要检测。此外还要完善生产现场视频监视系统。

　　公司安全环保部修订、完善的应急救援预案，组织各级管理人员、技术人员进行防护器材使用培训工作。

　　编辑 杨 璇