發表時間： 2024-01-10 09:09:29
作者： 石油化工設備維護與檢修網
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根據《遼寧盤錦浩業化工有限公司“1?15”重大爆炸著火事故調查報告》，從事故發生的深層次原因來看，或者說引發事故的根本原因來看，是項目建設期間，在施工單位建議下，建設單位未經設計變更擅自決定將事故管道用20#鋼代替316不銹鋼，而監理、竣工驗收及監督檢驗等過程均未發現事故管道材質與設計不符問題，降低了管道耐介質腐蝕性能。
發生事故的管道流經介質為經酸洗、堿洗后的反應流出物，具有酸、堿腐蝕性。316不銹鋼(0Cr17Ni12Mo2)因其成分中添加了Mo元素，具有較強的抗腐蝕性，可在苛酷的條件下使用；而20#鋼不怕強硫酸怕稀硫酸，對于鹽酸、硝酸、磷酸等都不具備抗腐性能，且長期在堿液浸泡情況下會發生堿脆裂。
事故的發生再次提醒，生產裝置材質變更存在極高的風險，尤其是在酸堿環境下的壓力管道的材質。按理說，這樣的變更風險是不可接受的。那么疑問就來了，事故管道更換為20#鋼是如何“過五關斬六將”，最后成功地“到達”裝置中的呢？為了更好地分析事故管道材質變更出現的不規范，現根據事故調查報告梳理一下材質發生變更的過程。
最初設計：事故管道為烷基化裝置水洗罐入口管道，涉及到濃酸、稀酸與堿性的環境，原管道設計規格為D168x7mm(D為管道外徑),設計壓力為2.19MPa,工作壓力為0.73MPa，設計溫度為80℃，工作溫度為48℃，設計材質為316奧氏體不銹鋼（0Cr17Ni12Mo2）。
變更緣由：增加聚結器，水洗罐尺寸變更。根據生產工藝需要，要在流出物水洗罐中設置聚結器。為保證水洗罐烴相出口中殘留(游離態)水量<50ppmv，聚結器專利商要求水洗罐殼體尺寸需由Φ1200mmx4000mm擴大至Φ3000mmx12000mm。根據水洗罐廠家返回的資料，設計院對原設計中水洗罐尺寸進行了變更，變更通知單中說明“所改變的管道上的材料、閥門及法蘭墊片不變，彎頭及管道數量變化不大，以現場實際施工核算為準”。
事故管道變更。由于水洗罐尺寸發生變更，水洗罐口徑變粗(D273x7mm )，致使原先預制的316奧氏體不銹鋼管材 (D168x7mm)不能滿足安裝需要，但訂購符合條件的管道需要較長時間。為搶趕工期，在未經設計變更的情況下，浩業化工現場負責人同意中化十四建施工負責人提出的更換管道材質的建議，擅自決定將水洗混合器后手閥門和水洗混合器副線閥門至水洗罐段的管道(長度約11.2米)材質由316奧氏體不銹鋼更換為20#鋼。即下圖中所示深色管道部分。
簡單歸納一下：在項目建設期間，因增加聚結器的工藝變更，導致水洗罐設備變更，而水洗罐尺寸變大，管道口徑相應變粗，原預制的316不銹鋼管道不能滿足要求。在施工單位建議下，建設單位未經設計變更擅自決定將事故管道用20#鋼代替316不銹鋼，降低了管道耐介質腐蝕性能。而且，此后項目監理、竣工驗收及監督檢驗等過程均未發現事故管道材質與設計不符問題。這是導致這次事故發生的最根本的原因。
歷史上因為設備、管道材質變更所引發的設備失效事故時有發生。
事故一：唐山市某煤焦化工有限公司“2?23”爆燃事故
2021年2月23日，唐山某煤焦化工有限公司10萬噸/年甲醇裝置甲醇合成反應器出口管道法蘭焊縫斷裂，合成產物（約80℃、5MPa壓力，氫氣占比約70%）泄漏發生燃爆，造成2人死亡。
根原因分析：
一是設備制造缺陷。甲醇水冷器入口管道連接法蘭設計材質為304不銹鋼，但實際設備制造選用材質為16錳鋼。在環境溫度小于100℃、合成氣中含有水蒸氣的條件下形成了弱酸性環境，對16錳鋼材質法蘭造成腐蝕，法蘭壁厚由18mm減為3mm。在4.2MPa的工作壓力下，法蘭焊接處整體斷裂，泄漏的合成氣噴出后與空氣形成爆炸性混合物，與管道摩擦產生靜電火花引發爆燃。
二是未嚴格履行建設單位職責。設計院在提出水冷器的出入口管道兩個連接法蘭選用材質應采用304不銹鋼，并將設計圖紙交付該公司后，公司沒有將圖紙交給施工單位、監理單位和設備供應單位，致使甲醇水冷器法蘭仍按最初設計的16錳鋼的材質安裝。
三是組織竣工驗收時，未對是否符合設計要求進行審核。
事故二：如皋市某化工有限公司“12?18”中毒事故
2018年12月18日，如皋市某化工有限公司17#廠房東半部分的氟胞嘧啶合成車間的氟化氫冷凝回收崗位R-05冷卻釜及外置循環冷卻器由于設備冷脆超壓爆裂，導致液氮和氟化氫泄漏，造成3人中毒死亡、1人受傷。
根原因分析：
一是氟化氫冷卻釜和冷卻器殼程材質原設計為可滿足液氮深冷的使用要求的S30408不銹鋼（06Cr19Ni10），企業擅自變更為碳鋼Q235B（熱軋鋼板不屬于低溫用鋼），受液氮快速降溫驟冷作用變脆。
二是冷卻釜利舊使用原氟化氫蒸餾釜，冷卻釜原設計是采用S30408不銹鋼，而利舊的蒸餾釜材質為碳鋼Q235B搪玻璃，由于氟化氫與搪玻璃反應，冷卻釜內筒受到腐蝕，引起其強度下降。
三是在生產調試運行時，因液氮尾氣出口閥處于關閉狀態，造成設備的夾套、殼程壓力升高。在驟冷、內筒腐蝕以及壓力共同作用下，冷卻釜夾套和冷卻器殼程發生粉碎性炸裂，冷卻釜內筒底部破裂，冷卻釜內和冷卻器管程內的液態氟化氫和夾套、殼程內液氮泄漏。
四是特種設備檢驗檢測機構未按規范進行檢測檢驗，在對搪玻璃釜檢測時，過程不嚴謹，審核把關不嚴。
事故三：連云港某生物科技有限公司“12?9”重大爆炸事故
2017年12月9日，連云港某生物科技有限公司間二氯苯裝置發生爆炸事故，造成10人死亡、1人輕傷，直接經濟損失4875萬元。
根原因分析：
一是尾氣處理系統改造擅自選用塑料管道。因脫水釜、保溫釜和高位槽的尾氣直排大氣，2017年4月至5月，企業對脫水釜、保溫釜、高位槽的直排尾氣進行改造，用真空泵抽吸、經活性碳吸附后排放。尾氣管道應采用碳鋼管道，實際使用PP塑料管道。
二是擅自將改造后的尾氣處理系統與原有的氯化水洗尾氣處理系統在三級堿吸收前連通，中間僅設置了一個管道隔膜閥，在使用過程中，原本兩個獨立的尾氣處理系統實際串連成一個系統。
三是氯化水洗尾氣處理系統的氮氧化物（夾帶硫酸）竄入1#保溫釜，與釜內物料發生化學反應，在緊急卸壓放空時，與PP塑料管道摩擦發生靜電火花引發燃燒，物料大量噴出,遇燃燒火源發生爆炸。
這三起典型的因設備材質變更引發的事故與盤錦浩業化工“1?15”事故的共同點是：企業相關人員缺少風險意識，當設備制造發生變更，或利舊設備時，對設計單位提出的設計要求置之不理，而是幾個人“憑經驗”“拍腦袋”，便隨意變更了設備、管道的材質，變更時未分析材質更換后潛在的風險。
另外，筆者分析幾起典型事故的根原因發現，雖然有些材質選用對于企業來說不存在變更，但從整個行業來看卻是變更了材質，增加了風險。
如：某多晶硅企業冷氫化合成系統靜態混合器至四氯化硅蒸發器的進料壓力管道（管道材質為20#鋼，管徑為DN300，設計壓力為3.3MPa）發生泄漏。此管道介質為氫氣及四氯化硅，屬易燃、易爆、有腐蝕性的氣液兩相混合物，壓力高，存在氫氣，行業內多采用耐氫腐蝕的不銹鋼材質，而企業實際上采用了20#鋼。
再如：某煤化工企業合成車間甲醇回收裝置合成氣管線彎頭腐蝕減薄發生爆裂，就存在將行業內應該采用的耐氫腐蝕不銹鋼變更為碳鋼。
盤錦浩業化工“1?15”事故后，應急管理部發布了《危險化學品企業裝置設備帶“病”運行安全專項整治工作方案》，將“設備、閥門、管線未按照設計選型和選用材質，且未履行變更手續仍維持運行”列為帶“病”運行情景之一。筆者認為，隨意變更設備材質，已不是個別事故企業的偶然現象，尤其是尾氣處理系統的改造將碳鋼管線改為塑料管線的不規范變更更加普遍，引發的設備失效事故每年皆有發生。因此，為了有效防控隨意變更設備、閥門、管線材質，更好地防控設備、閥門、管線帶“病”運行，筆者認為，如果企業不得已開展設備、閥門、管線的設計選型和選用材質變更，建議至少要履行好以下變更手續，并做好設備完好性管理。
一正確識別材質變更范圍
按照《化工過程安全管理導則》（AQ/T 3034-2022）給出的定義，變更是指企業內任何與化工過程相關的改造、停用、拆除或非同類替換的改變，以及對經過評審的管理方式和人員情況等進行的調整。也就是說，材質的任何變化都應納入變更的范疇，包括材質制造、加工、熱處理的變化，設備的結構、型式等變化。
一般來說，企業比較容易識別的材質變更，可能是從不銹鋼變更為碳鋼、從碳鋼變更為非金屬材料。但如果從耐低溫鋼變更為普通碳鋼、從耐氫鋼變更為普通碳鋼，或者是從增強聚丙烯變更為聚丙烯等，這類變更由于從現場很難識別，也不一定會引起企業的重視。
另外，不同的材料供應商或設備供應商對材料的冶煉、加工，設備的制造、熱處理方式不同，會引起材質的組分、雜質、晶相等不同，對材質的機械、耐腐蝕等性能影響較大，也應納入變更。而設備的結構、型式等變更，也會帶來不可預知的風險。還有相對應的設備、管道所涉及的介質、工藝條件的變更，對材質的影響也是巨大的。
總的來說，材質變更的范圍沒有絕對的定義，企業應該關注的是變更后是否可能帶來潛在的風險。
二重視評估材質變更的風險
要認真分析和識別設備、閥門、管線設計選型和選用材質變更所帶來的風險，尤其是涉及腐蝕性介質（如硫化氫、氯化氫、硫酸、氟化氫等）的壓力管道、涉有高毒劇毒介質（如氯氣、氟氣等）的設備管道、涉及易燃易爆介質的設備管道、涉及含氯離子的環境下的設備管道等材質的變更，必須充分進行風險評估。要評估材質變更后，可能帶來不能滿足原設計功能要求的風險，不能承受系統壓力、溫度的風險，不能滿足工藝運行的風險，不能滿足介質腐蝕、磨損的風險，不能滿足防火、防爆、防靜電的風險等。
尤其是對于管道的彎頭、法蘭、變徑等特殊的部位，要充分評估因沖刷造成的局部減薄、腐蝕加劇等風險。事故三中的尾氣改造的隨意變更設備、管道材質已成為材質變更的重災區，筆者在很多企業都能發現，需要特別引起企業的重視。
以上可能的風險在檢查中經常發現。如：邵武市某化工企業精制釜乙酸乙酯輸送管線、尾氣管線設計采用碳鋼管，現場采用非金屬材質管道，未考慮靜電的風險。湖北云夢縣某化工企業甲基磺酰氯裝置中的氯氣、氮氣、二甲基二硫管道均為PP材質，與設計要求的不銹鋼、碳鋼不符，未考慮PP管線在氯氣環境下加速老化失效的風險。
甲基磺酰氯裝置中的管道為PP材質
三要評估材質變更的適用性
對于材質的變更不能一味地考慮投資成本，以低廉價格材質代替性能好的高價格材質。但實際上，除了特殊情況外，很多企業在材質變更時更多的是考慮投資成本這個因素。但在某些特定環境下，材質的選用也不能只考慮高價材質，不銹鋼、鈦材是公認的耐強腐蝕的材料，但并不是所有環境下都能使用，如果變更中不適當的選用也會造成風險。
如：一家企業物料精制泵原為氟塑料磁力泵，為提高運行安全性，選型更換為屏蔽泵結構。在設備選型中，隔離套材質是哈氏合金，端面部件和葉輪是316L，但是因為泵中的介質對50°C以上的316L材質具有腐蝕性，投用7天后，就因設備內部隔離套焊口腐蝕導致設備故障停機。
另一家企業新采購液氯儲槽，引入部分干氯氣進行氣密試驗。在引入氯氣后，發現磁翻板液位計下部逐漸發紅，拆檢發現浮子為鈦材，而鈦材能與氯氣發生劇烈化學反應。這是因為采購部門沒有落實該液位計使用場合和部件的材質，且沒有給供應商提供詳細使用數據，在后期的驗收過程中把關不嚴。
四基于設備設施安全生產信息研判變更的風險
設備設施安全生產信息是設備、管道與閥門等所有設備設施變更的基礎，包括材料的冶煉、加工、熱處理等信息，材料的機械性能、腐蝕性能等相關信息，設備的設計、結構、型式等信息，設備的制造、安裝等信息，設備的所有安全附件等信息，設備使用中的維護、保養、檢測、檢驗和測試等信息，材料供應商或設備供應商等信息，以及材料應用場所下所涉及工藝條件、各類化學品、操作指標等相關信息。總之，與之相關的信息、技術資料，包括圖紙、試驗記錄、檢維修記錄、缺陷及處理記錄、運行規程、技術與安全狀況分析等，圖紙又包括設備裝配圖、備品備件圖、電氣及管路系統圖、儀表控制圖等，都是需要保存的重要設備設施安全生產信息。企業要建立完整的設備、管道與閥門等設備設施安全生產信息檔案，基于設備設施安全生產信息研判材質更換或變更設計時，可能引發的風險。
五加強設備完好性管理
設備完好性管理包括設備設計、采購、制造、安裝質量控制、運行維護、檢驗和測試、預防性維護、缺陷管理、泄漏管理等全生命周期的管理。
設計單位要做好本質安全設計，根據風險評估結果合理選擇設備和管道的材質、設備規格,關鍵設備應留有足夠的安全裕量，為裝置長周期運行提供基礎保障。
企業應明確采購和驗收標準，選擇合格的供應商，對于關鍵設備或有特殊質量要求的設備，應派代表現場監督制造質量；設備入庫驗收時，應確保其符合采購計劃和設計要求；特殊設備材料入庫后，儲存條件應滿足要求。應依據設計標準和制造商提供的安裝指南正確安裝設備，并進行初始檢查、檢驗和測試，形成報告并保存。設備安裝、檢查、檢驗和測試過程及人員資質應符合法律法規要求。
來源：中國化學品安全協會
