爆炸事故
KNOWLEDGE我对南京扬子石化“1.12”爆炸事故的浅析-闫长岭
2021年1月12日，南京扬子石化橡胶有限公司的丁二烯中间罐发生爆炸，事情距今已经过去半个月了，初步分析的原因也已经在官方通告上公示了，即：“丁二烯中间罐内丁二烯发生反应形成过氧化物并集聚，罐内过氧化物分解引发丁二烯聚合反应加剧，放出大量热量，导致压力急剧升高，超过储罐的最高工作压力，超压致设备破裂，丁二烯漏出，产生爆燃。”
丁二烯过氧化物是丁二烯与氧气或氧化剂发生化学反应生成，其相对分子质量较大，比丁二烯密度大，故一般沉积在管道或储罐的底部，时间越长，其累积物越来越多，但是丁二烯过氧化物是一种极不稳定的混合物，当其积聚浓缩到临界质量时，受机械撞击或急剧加热时会发生分解反应，其分解过程是一个剧烈的放热过程，放出的热量极难排出去，又进一步造成丁二烯自聚的链式反应。最终会导致热量持续增加，引起容器压力急剧，当超过容器的最高工作压力后，发生爆炸。上述内容完全对应本次扬子爆炸事故官方通报的原因分析中的后面几句话。
由于丁二烯具有上述所特有的化学性能，导致其从上世纪50年代以来，国内至少发生过5次的丁二烯闪爆事故，例如1978年锦州石化丁二烯储罐闪爆事故、1987年燕山石化丁二烯管道发生闪爆等等。既然丁二烯这么危险，还用它干啥呢？既然用了为什么不好好监管呢？
这么危险的化学品，国家怎么可能不监管呢？鉴于丁二烯这种高度的危险性，国家安监总局早在2009年就发布了著名的116号文《关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》，目录中的第14项就是聚合反应工艺，其中列举出来的典型工艺中，顺丁橡胶的生产赫然在列。且在116号文附件中明确提出了针对聚合工艺的安全控制基本要求：（1）反应釜温度和压力的报警和联锁；（2）紧急冷却系统；（3）紧急切断系统；（4）紧急加入反应终止剂系统；（5）搅拌的稳定控制和联锁系统；（6）可燃系统置换系统；（7）可燃和有毒系统检测报警装置；（8）高压聚合反应釜设有防爆墙和泄爆面等；
上述中的8条措施，可谓是从前期预防和后期止损都提出了具体的安全措施，如果你觉得这些还不够全面的话，那么我们继续往下进行。
2009年12月，国家标准《GB 18218-2009 危险化学品重大危险源辨识》正式实施，标准中将超过临界量为5吨的丁二烯装置或设备辨识为重大危险源，众所周知，一旦上升为重大危险源，就意味着必须接受严格的约束管理。经查阅扬子石化橡胶厂的公开资料，其顺丁橡胶产能为10万吨/年，故其丁二烯的处理量肯定超过5吨了，定义为重大危险源是肯定的了，最新的GB 18218-2018依然将丁二烯的临界量定义为5吨。
2011年6月，国家安监总局下发95号文《 关于公布首批重点监管的危险化学品名录的通知》，再次将丁二烯列为首批重点监管的危险化学品，并且在通知中强制要求企业做到：
“四、生产、储存重点监管的危险化学品的企业，应根据本企业工艺特点，装备功能完善的自动化控制系统，严格工艺、设备管理。对使用重点监管的危险化学品数量构成重大危险源的企业的生产储存装置，应装备自动化控制系统，实现对温度、压力、液位等重要参数的实时监测。
至此，也就说截止到2011年6月份为止，丁二烯已经完全占据了两重点一重大的三个范畴，既属于重点监管的化工工艺，又属于重点监管的危险化学品，更属于重大危险源之一。
既然属于重大危险源之一，那就要接受重大危险源的强制要求。2011年8月，安监总部正式发布了史上留名的40号令《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》，规定要求对涉及到重大危险源的生产或储运装置，必须进行安全评估，且如果构成一级或二级重大危险源的，还要委托具有资质的第三方机构，进行定量风险分析，对个人和社会的风险进行量化。
2013年6月，安监总局再次发布了颇具争议的76号文《关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》，虽然76号文本身至今还存在很大的争议，但是其关于危化品建设项目安全设计的规定是不容置疑的，重点规定了两个要点：（1）涉及“两重点一重大”和首次工业化设计的建设项目，必须在基础设计阶段开展HAZOP分析；（2）涉及重点监管危险化工工艺的大、中型新建项目要按照《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》（GB/T21109）和《石油化工安全仪表系统设计规范》(GB50770)等相关标准开展安全仪表系统设计；
上面的两个条文（40号文和76号文）都要求对涉及到“两重点一重大”的危化品项目进行定性或定量的风险分析，以从本质上来保证安全。但是无论是定性的HAZOP分析还是定量的风险评估，都不可能百分之百还原真实场景，那些常常见诸报端的风险评估，只是模拟事故发生后的后果预测，而怎么预防事故的发生才是问题的关键，我们目前的安全思路是从防火或防爆角度来考虑安全的，包括总图设计、防火间距、可燃蒸气云爆炸、抗爆建筑等等，都是为了防止物料泄露而导致的爆炸。至于对工艺装置运行中的反应风险，则显得捉襟见肘了，一方面是因为专业性强，懂工艺的一般不管安全，管安全的不懂工艺。另一方面是因为化学反应本身是一种极其复杂的过程，而单纯靠HAZOP分析，又无法做到全覆盖分析。所以工艺反应的安全管理一直是薄弱环节，甚至对有些企业来说，就是空白地带。
那么我们国家对工艺反应的安全管理有没有相关规定呢，至少在公开的国家或行业标准里面，并没有一个针对化工企业工艺安全管理的专门标准规范，目前能找到的只有一个2017年安监总局出台的一个专门针对精细化工的1号文《关于加强精细化工反应安全风险评估工作的指导意见》，虽然橡胶装置不属于精细化工的范畴，但拿来参考一下还是可以的。意见中主要思想就是针对反应过程中的热量进行评估，对超温的程度和后果进行定级划分，然后采用不同的安全措施。但是意见只是一个指导性的文件，不可能给出具体的量化数值和实际安全措施。企业还需要根据自己的特点，具体问题具体分析。这就导致很多企业囿于技术瓶颈，无法实施。
我们接着沿时间线往下走，直至2021年1月12日，扬子石化橡胶厂顺丁装置发生爆炸事故，事故发生48小时后，江苏省安委会立即发布了紧急通知，要求在全省范围内开展危化品安全生产大检查，文件中列举了重点检查的八项内容，我把它称为“苏八条”，简要列举如下：（1）自动化控制+安全仪表系统（SIS）；（2）危化品物料状态的实时监测+可燃气体报警系统；（3）工艺安全管理+风险评估；（4）冬季防冻防凝；（5）专项应急预案；（6）特种作业的监管和审批；（7）安全隐患整改；（8）领导带班制度； 上述“苏八条”的顺序很有意思，基本上是按照重要性来排序的，我估计应该是按照事故调查的主次原因来编排的，不过确实“苏八条”还是抓住问题的关键了，前三项基本上囊括了本次扬子石化橡胶厂爆炸事故发生的主要原因。对于全国各地的存在类似装置的企业，这确实也是一个实实在在的经验教训。
好了，文章写道这里，我们回过头来仔细梳理一下，其实国家对类似于丁二烯的危化品装置和工艺，监管不可谓不严格，力度不可谓不强硬，但还是会有意外事故频频出现。问题到底出在哪个环节呢？基本上所有的事故调查报告几乎都会指向同一个问题，那就是管理问题，诸如“安全制度不完善”“隐患整改未落实”“资质手续不齐全”“安全事项未遵守”等等，其实这些管理问题只是事故发生的一个方面，真正的关键因素还是企业的技术水平，尤其是像丁二烯这种工艺安全风险很大的装置，事实上安全监管确实很难，这种带有自聚放热的化学反应，不是单纯切断物料就能避免的。必须在紧急切断物料的情况下，同时具备泄压功能，尤其是对于短时间内压力急剧上升的工况，必须设置大口径的带阻火器的单向快速泄压装置，以防止泄露出去的易燃气体着火后回火爆炸，这种状况下不能用爆破片，因为爆破之后还是会引起二次爆炸的。
这段话不到100字，但信息量非常大，可谓是精确涵盖了丁二烯的理化特性，那么丁二烯到底是一种什么物质？为什么有这么大的危险性？这种危险性又该怎么控制呢？首先我们先来认识一下丁二烯到底是一种什么东西。
丁二烯简介学名：1,3-丁二烯CAS号：106-99-0相对分子质量：54.10饱和蒸气压：245.27KPa（21℃）相对蒸气密度（空气=1）：1.87爆炸极限：1.4%~16.3%（体积比）自燃温度：415℃最小点火能：0.17mJ易燃类别：I类，极易燃易爆性：遇热可能爆炸健康危害：I类致癌物，生殖细胞突变性类别IB（数据摘自《化学品安全技术说明书-第三版》） 通过上述的特性表可看出，丁二烯是一种极易燃易爆的气体，这种特性是丁二烯能发生爆炸的一个前提，而丁二烯本身特有的化学性质才是造成爆炸的一个关键因素。丁二烯特有的化学特性就是能发生自聚反应，那么什么是自聚反应呢？自聚反应就是化学物质单体在贮存、运输、分离、精制过程中，在热、光、氧气或过氧化物等杂质影响下发生自行聚合的现象。丁二烯自聚按照反应物的不同，分为四种自聚反应，其中之一就是丁二烯过氧化物自聚，也就是本次扬子爆炸事故官方通报的原因分析中的第一句话。丁二烯过氧化物是丁二烯与氧气或氧化剂发生化学反应生成，其相对分子质量较大，比丁二烯密度大，故一般沉积在管道或储罐的底部，时间越长，其累积物越来越多，但是丁二烯过氧化物是一种极不稳定的混合物，当其积聚浓缩到临界质量时，受机械撞击或急剧加热时会发生分解反应，其分解过程是一个剧烈的放热过程，放出的热量极难排出去，又进一步造成丁二烯自聚的链式反应。最终会导致热量持续增加，引起容器压力急剧，当超过容器的最高工作压力后，发生爆炸。上述内容完全对应本次扬子爆炸事故官方通报的原因分析中的后面几句话。
由于丁二烯具有上述所特有的化学性能，导致其从上世纪50年代以来，国内至少发生过5次的丁二烯闪爆事故，例如1978年锦州石化丁二烯储罐闪爆事故、1987年燕山石化丁二烯管道发生闪爆等等。既然丁二烯这么危险，还用它干啥呢？既然用了为什么不好好监管呢？
这么危险的化学品，国家怎么可能不监管呢？鉴于丁二烯这种高度的危险性，国家安监总局早在2009年就发布了著名的116号文《关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》，目录中的第14项就是聚合反应工艺，其中列举出来的典型工艺中，顺丁橡胶的生产赫然在列。且在116号文附件中明确提出了针对聚合工艺的安全控制基本要求：（1）反应釜温度和压力的报警和联锁；（2）紧急冷却系统；（3）紧急切断系统；（4）紧急加入反应终止剂系统；（5）搅拌的稳定控制和联锁系统；（6）可燃系统置换系统；（7）可燃和有毒系统检测报警装置；（8）高压聚合反应釜设有防爆墙和泄爆面等；
上述中的8条措施，可谓是从前期预防和后期止损都提出了具体的安全措施，如果你觉得这些还不够全面的话，那么我们继续往下进行。
2009年12月，国家标准《GB 18218-2009 危险化学品重大危险源辨识》正式实施，标准中将超过临界量为5吨的丁二烯装置或设备辨识为重大危险源，众所周知，一旦上升为重大危险源，就意味着必须接受严格的约束管理。经查阅扬子石化橡胶厂的公开资料，其顺丁橡胶产能为10万吨/年，故其丁二烯的处理量肯定超过5吨了，定义为重大危险源是肯定的了，最新的GB 18218-2018依然将丁二烯的临界量定义为5吨。
2011年6月，国家安监总局下发95号文《 关于公布首批重点监管的危险化学品名录的通知》，再次将丁二烯列为首批重点监管的危险化学品，并且在通知中强制要求企业做到：
“四、生产、储存重点监管的危险化学品的企业，应根据本企业工艺特点，装备功能完善的自动化控制系统，严格工艺、设备管理。对使用重点监管的危险化学品数量构成重大危险源的企业的生产储存装置，应装备自动化控制系统，实现对温度、压力、液位等重要参数的实时监测。
五、生产重点监管的危险化学品的企业，应针对产品特性，按照有关规定编制完善的、可操作性强的危险化学品事故应急预案，配备必要的应急救援器材、设备，加强应急演练，提高应急处置能力。”
至此，也就说截止到2011年6月份为止，丁二烯已经完全占据了两重点一重大的三个范畴，既属于重点监管的化工工艺，又属于重点监管的危险化学品，更属于重大危险源之一。
既然属于重大危险源之一，那就要接受重大危险源的强制要求。2011年8月，安监总部正式发布了史上留名的40号令《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》，规定要求对涉及到重大危险源的生产或储运装置，必须进行安全评估，且如果构成一级或二级重大危险源的，还要委托具有资质的第三方机构，进行定量风险分析，对个人和社会的风险进行量化。
2013年6月，安监总局再次发布了颇具争议的76号文《关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》，虽然76号文本身至今还存在很大的争议，但是其关于危化品建设项目安全设计的规定是不容置疑的，重点规定了两个要点：（1）涉及“两重点一重大”和首次工业化设计的建设项目，必须在基础设计阶段开展HAZOP分析；（2）涉及重点监管危险化工工艺的大、中型新建项目要按照《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》（GB/T21109）和《石油化工安全仪表系统设计规范》(GB50770)等相关标准开展安全仪表系统设计；
上面的两个条文（40号文和76号文）都要求对涉及到“两重点一重大”的危化品项目进行定性或定量的风险分析，以从本质上来保证安全。但是无论是定性的HAZOP分析还是定量的风险评估，都不可能百分之百还原真实场景，那些常常见诸报端的风险评估，只是模拟事故发生后的后果预测，而怎么预防事故的发生才是问题的关键，我们目前的安全思路是从防火或防爆角度来考虑安全的，包括总图设计、防火间距、可燃蒸气云爆炸、抗爆建筑等等，都是为了防止物料泄露而导致的爆炸。至于对工艺装置运行中的反应风险，则显得捉襟见肘了，一方面是因为专业性强，懂工艺的一般不管安全，管安全的不懂工艺。另一方面是因为化学反应本身是一种极其复杂的过程，而单纯靠HAZOP分析，又无法做到全覆盖分析。所以工艺反应的安全管理一直是薄弱环节，甚至对有些企业来说，就是空白地带。
那么我们国家对工艺反应的安全管理有没有相关规定呢，至少在公开的国家或行业标准里面，并没有一个针对化工企业工艺安全管理的专门标准规范，目前能找到的只有一个2017年安监总局出台的一个专门针对精细化工的1号文《关于加强精细化工反应安全风险评估工作的指导意见》，虽然橡胶装置不属于精细化工的范畴，但拿来参考一下还是可以的。意见中主要思想就是针对反应过程中的热量进行评估，对超温的程度和后果进行定级划分，然后采用不同的安全措施。但是意见只是一个指导性的文件，不可能给出具体的量化数值和实际安全措施。企业还需要根据自己的特点，具体问题具体分析。这就导致很多企业囿于技术瓶颈，无法实施。
我们接着沿时间线往下走，直至2021年1月12日，扬子石化橡胶厂顺丁装置发生爆炸事故，事故发生48小时后，江苏省安委会立即发布了紧急通知，要求在全省范围内开展危化品安全生产大检查，文件中列举了重点检查的八项内容，我把它称为“苏八条”，简要列举如下：（1）自动化控制+安全仪表系统（SIS）；（2）危化品物料状态的实时监测+可燃气体报警系统；（3）工艺安全管理+风险评估；（4）冬季防冻防凝；（5）专项应急预案；（6）特种作业的监管和审批；（7）安全隐患整改；（8）领导带班制度； 上述“苏八条”的顺序很有意思，基本上是按照重要性来排序的，我估计应该是按照事故调查的主次原因来编排的，不过确实“苏八条”还是抓住问题的关键了，前三项基本上囊括了本次扬子石化橡胶厂爆炸事故发生的主要原因。对于全国各地的存在类似装置的企业，这确实也是一个实实在在的经验教训。
好了，文章写道这里，我们回过头来仔细梳理一下，其实国家对类似于丁二烯的危化品装置和工艺，监管不可谓不严格，力度不可谓不强硬，但还是会有意外事故频频出现。问题到底出在哪个环节呢？基本上所有的事故调查报告几乎都会指向同一个问题，那就是管理问题，诸如“安全制度不完善”“隐患整改未落实”“资质手续不齐全”“安全事项未遵守”等等，其实这些管理问题只是事故发生的一个方面，真正的关键因素还是企业的技术水平，尤其是像丁二烯这种工艺安全风险很大的装置，事实上安全监管确实很难，这种带有自聚放热的化学反应，不是单纯切断物料就能避免的。必须在紧急切断物料的情况下，同时具备泄压功能，尤其是对于短时间内压力急剧上升的工况，必须设置大口径的带阻火器的单向快速泄压装置，以防止泄露出去的易燃气体着火后回火爆炸，这种状况下不能用爆破片，因为爆破之后还是会引起二次爆炸的。
