Phân tích các trường hợp điển hình của CSB – Vụ tai nạn ô nhiễm nguồn nước công cộng do rò rỉ hóa chất từ các bồn chứa hóa chất của công ty Free Industry

Thread Content

Phân tích các trường hợp điển hình của CSB – Vụ tai nạn ô nhiễm nguồn nước công cộng do rò rỉ hóa chất từ các bồn chứa hóa chất của công ty Free Industry. Tác giả: Tang Bin. Trang web của công ty Tianjin Just Safety Enterprise Management Consulting Co., Ltd.: www.justsafety.com.cn. Điện thoại: 13802084672. Email: tangbin@justsafety.com.cn. He Chen. Công ty Shanghai Yu Rui Business Consulting Co., Ltd. Từ khóa: Rò rỉ bồn chứa, hóa chất, quản lý tính toàn vẹn của bồn chứa, Ủy ban An toàn và Đánh giá Rủi ro Hóa chất Hoa Kỳ (CSB). Tóm tắt: Bài viết này dựa trên kết quả điều tra của Ủy ban An toàn và Đánh giá Rủi ro Hóa chất Hoa Kỳ về vụ tai nạn ô nhiễm nguồn nước công cộng do rò rỉ hóa chất từ các bồn chứa hóa chất của công ty Free Industry. Bài viết phân tích nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước từ hai khía cạnh: sự hỏng hóc của các bồn chứa và việc hóa chất tràn ra sông Elk. Đồng thời, bài viết cũng đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao mức độ quản lý an toàn của các bồn chứa hóa chất. Giới thiệu: Vào ngày 9 tháng 1 năm 2014, các nhân viên thanh tra thuộc Cơ quan Bảo vệ Môi trường bang Tây Virginia của Hoa Kỳ đã đến khu vực lưu trữ và vận chuyển hóa chất của công ty Free Industry Company, nằm tại thủ phủ bang này là Charleston. Mục đích của việc này là để điều tra về những phàn nàn từ người dân liên quan đến mùi khó chịu do các hóa chất gây ra tại khu vực này. Người giám sát phát hiện ra rằng các chất hóa học trong các bồn chứa trên mặt đất tại khu vực 396 đang bị rò rỉ. Các chất bị rò rỉ là hỗn hợp gồm methyl cyclohexane-methanol và polyethylene glycol ether; kết quả phân tích trong phòng thí nghiệm cho thấy thành phần chính trong hỗn hợp này chính là methyl cyclohexane-methanol. Hóa chất rò rỉ ra từ 2 lỗ nhỏ nằm trên đáy bồn chứa số 396. Chúng thấm vào lớp sỏi đá và đất xung quanh bồn chứa này. Do những khe nứt trên con đê chắn lửa được thiết kế để ngăn chặn tình trạng rò rỉ từ bồn chứa, cùng với các lỗ hổng xuất hiện do quá trình sử dụng lâu dài, nên hóa chất có thể chảy qua con đê chắn lửa và vào sông. Cuộc điều tra cũng phát hiện ra rằng một phần hóa chất bị rò rỉ đã chảy vào sông qua các khe ngầm nằm ở đáy các bồn chứa gần đó. Dưới sự giám sát của Cơ quan Bảo vệ Môi trường, công ty Free Industry đã ngay lập tức áp dụng các biện pháp để kiểm soát tình trạng rò rỉ, thu hồi các chất hóa học bị rò rỉ, nhằm ngăn chặn sự ô nhiễm tiếp tục xảy ra. Tuy nhiên, khoảng 37,9 m3 nguyên liệu methylcyclohexane-methanol đã thấm vào đất xung quanh và sông Elk. Chúng tiếp tục di chuyển theo dòng sông về phía hạ lưu, đến cửa vào trạm xử lý nước công cộng ở bang West Virginia, cách khu công nghiệp Liberty khoảng 2,4 km. Do thiết bị tại các trạm xử lý nước công cộng không thể loại bỏ hoàn toàn chất methylcyclohexan-methanol có trong nước, nên nước uống trong hệ thống vận chuyển bị ô nhiễm. Đêm hôm đó, công ty cung cấp nước công cộng đã gửi thông báo yêu cầu ngừng sử dụng nước đến 93.000 khách hàng (tương ứng với khoảng 300.000 cư dân), khiến nhiều doanh nghiệp, trường học và cơ quan công quyền phải tạm ngừng hoạt động. Khoa cấp cứu của các bệnh viện địa phương tiếp nhận rất nhiều bệnh nhân có các triệu chứng như buồn nôn, phát ban, nôn mửa, đau bụng và tiêu chảy. Các cơ quan an ninh khuyến nghị người dân nên hạn chế sử dụng nước máy để uống và tắm trong vòng 4–9 ngày tới. Một số cư dân cho biết ngay cả sau khi vệ sinh đường ống theo yêu cầu, vài tuần sau vụ rò rỉ, nước uống vẫn còn mùi lạ rõ rệt. Bài viết này dựa trên kết quả điều tra về vụ tràn hóa chất từ các bồn chứa hóa chất của công ty Free Industry, do Ủy ban An toàn Hóa chất và Đánh giá Rủi ro Hoa Kỳ (CSB – Chemical Safety Board) thực hiện. Bài viết tập trung phân tích những vấn đề liên quan đến sự hỏng hóc của chính các bồn chứa hóa chất, cũng như những khó khăn trong việc kiểm soát tình trạng tràn hóa chất sau khi xảy ra sự cố. 2. Diễn biến vụ tràn chất hóa học từ các bồn chứa của công ty Free Industry, gây ô nhiễm nguồn nước công cộng
2.1 Thông tin về công ty Free Industry
Công ty Free Industry được thành lập vào năm 1992. Công ty này cung cấp các chất hóa học chuyên dụng cho các ngành khai thác mỏ, sản xuất thép và xi măng. Trong khu nhà máy ở Charleston, có hai khu vực dùng để bốc xếp hóa chất, được điều khiển bằng máy tính. Các chất hóa học như metylic cyclohexan-methanol, canxi clorua và glycerin được vận chuyển đến khu nhà máy bằng xe tải chứa hóa chất, sau đó được chuyển vào các bồn chứa trên mặt đất để lưu trữ tạm thời và tiếp tục bán ra thị trường. Vào ngày 31 tháng 12 năm 2013, công ty Free Industries đã sáp nhập với nhà máy xử lý nước sông Etowa. Nhờ đó, công ty này có được quyền sở hữu các bồn chứa dùng để lưu trữ hóa chất trong trường hợp xảy ra sự cố. Chỉ 9 ngày sau đó, một vụ rò rỉ hóa chất đã xảy ra. Vào ngày xảy ra tai nạn, danh sách nhân viên của công ty ghi nhận có 19 người, trong đó 18 người có mặt tại hiện trường. Phía đông khu nhà máy là đường sắt và đại lộ Barrow; khu dân cư nằm ngay sát phía nam khu nhà máy. Sông Elk chảy dọc theo ranh giới phía tây của khu nhà máy, như được minh họa trong Hình 1. Khu nhà máy bao gồm một tòa nhà văn phòng hai tầng, các kho chứa hàng, một khu nghĩa trang, phòng máy bơm chữa cháy, cột đuốc, bộ thiết bị đổ nhiên liệu, thiết bị tách dầu và nước, bến tàu, cùng 19 bồn chứa nhiên liệu nằm trên mặt đất và các đường ống dẫn sản phẩm liên kết với chúng. Trong số đó, bồn chứa dùng trong vụ tai nạn 396 được xây dựng vào năm 1938 (như được hiển thị trong Hình 2). Khả năng chứa của bồn này là 174,9 m3. Sau khi Công ty Free Industry có được quyền sở hữu bồn chứa này, họ đã sử dụng nó để lưu trữ hỗn hợp gồm methylcyclohexan-methanol và polyethylene glycol ether. Vào ngày xảy ra tai nạn, bên trong bồn chứa số 396 có 88,5% (theo tỷ lệ khối lượng) là nguyên liệu methylcyclohexane-methanol; 7,3% (theo tỷ lệ khối lượng) là polyethylene glycol ether; và 4,2% (theo tỷ lệ khối lượng) là nước. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeqcPic0yAxryvTlLbTeJV3iaiazbTFHCbQbWMOick8JRUWUY4MsuEIQJzXg/0?wx_fmt=png Hình 1: Sơ đồ bố trí khu vực chứa hóa chất.
https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeC5t4x00NznsaVrZx5vVSy3K4nY8UiaTbYm5cgxvibEpgMvYILWRrkCew/0?wx_fmt=png Hình 2: Hình ảnh các thùng chứa hóa chất sau vụ tai nạn số 396.
2.2 Các loại hóa chất liên quan đến vụ rò rỉ
2.2.1 Crude MCHM – Nguyên liệu là methylcyclohexane-methanol
Trong các thùng chứa hóa chất sau vụ tai nạn số 396, có chứa hỗn hợp gồm nguyên liệu methylcyclohexane-methanol (crude MethylcyclohexaneMethanol, viết tắt là Crude MCHM) và polyglycol ethers (viết tắt là PPH, stripped). Nguyên liệu methylcyclohexane-methanol được sản xuất bởi công ty Eastman Chemical Company. Nguyên liệu này bao gồm 6 hợp chất khác nhau; chi tiết được trình bày trong Bảng 1. Trong số đó, hàm lượng 4-MCHM (tức là methylcyclohexan-methanol nguyên chất) cao nhất; đây cũng chính là thành phần chính có mặt trong hệ thống nước uống. Bảng 1: Thành phần nguyên liệu dùng để sản xuất methylcyclohexanemethanol của công ty Eastman Chemicals. Tên hóa chất và phạm vi nồng độ như sau:
4-methylcyclohexanemethanol: 68–89%
4-(methoxymethyl)cyclohexanemethanol: 4–22%
Nước: 4–10%
Methyl 4-methylcyclohexanecarboxylate: 4–10%
Dimethyl 1,4-cyclohexanedicarboxylate: 5%
Metanol: 1%
1,4-cyclohexanedimethanol: 1–2%
Nguyên liệu methylcyclohexanemethanol chủ yếu được sử dụng trong quy trình tách quặng than bằng phương pháp nổi bọt, nhằm loại bỏ các tạp chất. Nếu bị đốt cháy, chúng sẽ gây ô nhiễm môi trường. Theo bảng dữ liệu an toàn do công ty Eastman Chemical cung cấp, con người nên tránh tiếp xúc với methyl cyclohexane-methanol ở dạng chưa được pha loãng, vì chất này có thể gây kích ứng mắt và da. Ở nhiệt độ cao, hơi methylcyclohexan-methanol cũng có thể gây khó chịu cho mắt và đường hô hấp. Hiện tại vẫn chưa có phương pháp kiểm tra mức độ tiếp xúc nghề nghiệp với methyl cyclohexane-methanol cũng như phạm vi giá trị tương ứng. 2.2.2 Các hợp chất polyglycol ether (PPH, đã được tách chiết): 12 ngày sau vụ rò rỉ các hợp chất polyglycol ether, công ty Free Industry đã công bố thông tin về một chất khác có mặt trong bồn chứa số 396, đó chính là polyglycol ether. Chất này có chức năng nâng cao hiệu quả của quá trình nổi, và chiếm 7,3% tổng khối lượng chất trong bồn chứa số 396. Theo bảng dữ liệu an toàn do công ty Free Industry cung cấp, chất này có thể gây ra những phản ứng nghiêm trọng ở da và mắt; đồng thời, đây là chất lỏng dễ cháy. 2.2.3 ShurFlot 944: ShurFlot 944 là sản phẩm được tạo thành từ hỗn hợp của chất nguyên liệu chính là methylcyclohexan-methanol, cùng với một lượng nhỏ polyethylene glycol ether. Theo bảng dữ liệu an toàn do công ty Free Industrial cung cấp, ShurFlot 944 được tạo thành từ các chất như rượu, ether ethylene glycol và cacboxylate. Sản phẩm này được sử dụng trong quy trình nổi hóa chất; có màu vàng đậm hoặc nâu, và có mùi khá mạnh. Tương tự như phản ứng khi tiếp xúc với nguyên liệu methylcyclohexane-methanol, ShurFlot 944 cũng gây ra các triệu chứng khó chịu ở da, mắt và hệ hô hấp, cùng với cảm giác buồn nôn và nôn mửa. 2.3 Diễn biến vụ tràn khí độc: Vào lúc 8:16 sáng ngày 9 tháng 1 năm 2014, Cơ quan Bảo vệ Môi trường bang Tây Virginia của Hoa Kỳ nhận được báo cáo về mùi lạ trong không khí. Người báo cáo cho biết nguồn gốc của mùi lạ này là từ cơ sở sản xuất của công ty Free Industries tại Charleston. Khoảng 10 giờ sáng cùng ngày, trung tâm báo động 911 thuộc quận Canavieh cũng nhận được báo cáo về mùi khí hóa chất, tại khu vực cách công ty Free Industrial khoảng 0,8 km. Khoảng 11:05 sáng, các thanh tra của Cơ quan Bảo vệ Môi trường đã đến công ty Free Industry để gặp giám đốc công ty nhằm thảo luận về vấn đề mùi khó chịu trong không khí. Gần cùng thời điểm đó, một nhân viên của công ty Free Industry báo cáo với giám đốc rằng có sự rò rỉ từ các bồn chứa nguyên liệu methylcyclohexane-methanol. Tổng giám đốc công ty cùng người thanh tra đã đến gần bồn chứa số 396. Họ thấy rằng chất lỏng đang tràn ra ngoài, tạo thành một vũng nước có diện tích khoảng 37,2 m²; độ sâu của vũng nước này vào khoảng 7–10 cm. Ở góc tây bắc của bể chứa, nước liên tục chảy vào một đường ống ngầm có đường kính khoảng 30,5 cm. Đồng thời, nước cũng rò rỉ từ phía dưới các bức tường chắn lửa của bể chứa và từ các lỗ trên bề mặt bể chứa, rồi chảy vào sông Elk ở gần đó. Sau vụ tai nạn, người giám sát các trạm xử lý nước công cộng ở bang Tây Virginia lập tức đến hiện trường để thu thập thêm thông tin. Sau đó, ông báo cáo với các nhân viên điều tra của CSB rằng mặt nước của sông Elk, nằm gần khu vực xảy ra rò rỉ, có ánh sáng khá rõ rệt. Vào lúc 11:56 sáng, anh ta được thông báo rằng chất bị rò rỉ từ MCHM là một loại chất đông tụ. Khoảng 1 giờ 30 chiều, một nhân viên tại hiện trường, có lẽ đến từ công ty Công nghiệp Tự do hoặc công ty vận chuyển ô tô, đã nói với người giám sát trạm xử lý nước công cộng rằng MCHM là chất tạo bọt, chứ không phải chất keo tụ. Sau đó, Cơ quan Bảo vệ Môi trường ước tính lượng chất thải rò rỉ vào khoảng 3,8–18,9 m3. Khoảng 2 giờ chiều, nhân viên vận hành trạm xử lý nước công cộng phát hiện ra rằng dòng nước chảy vào thiết bị xử lý nước có mùi lạ nhẹ. Dựa trên lượng chất thải bị rò rỉ được ước tính cùng các thông tin khác, các trạm xử lý nước công cộng quyết định sử dụng công nghệ lọc và hệ thống làm sạch để loại bỏ mùi khó chịu do các hóa chất bị rò rỉ gây ra. Vừa qua 4 giờ chiều, trạm xử lý nước công cộng xác nhận rằng bộ lọc chưa thể loại bỏ hoàn toàn các hóa chất có trong nước. Ngoài ra, người ta còn phát hiện mùi lạ ở khu vực phía dưới bộ lọc; có khả năng hệ thống cung cấp nước công cộng đã bị ô nhiễm. Vào lúc 6 giờ chiều, Công ty cung cấp nước công cộng, sau khi thảo luận với **văn phòng chính quyền, Cục Bảo vệ Môi trường và Cơ quan Quản lý Sức khỏe Công cộng, đã ban hành thông báo “cấm sử dụng”. Vào lúc 9:30 tối cùng ngày, Thống đốc bang Tây Virginia, ông Tomlin, đã thông báo với người dân về việc ban bố tình trạng khẩn cấp. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSetJksUCufraoUYt8yAIlNfw64DCCcFPh9AyHybfIXkL8Z0cVmkUPpaQ/0?wx_fmt=png Hình 3: Biểu đồ thời gian phản ứng khẩn cấp trong trường hợp xảy ra sự cố rò rỉ. 3. Phân tích vụ việc ô nhiễm nguồn nước công cộng do chất hóa học từ các bồn chứa của công ty Free Industrial rò rỉ. Để xác định nguyên nhân khiến chất hóa học từ các bồn chứa rò rỉ và tràn vào sông Elk, nhóm điều tra của CSB đã tiến hành kiểm tra kỹ lưỡng các bồn chứa, các công trình chắn lửa, cũng như đất đai xung quanh. Ngoài ra, họ còn xem xét các tài liệu kỹ thuật liên quan và hồ sơ kiểm tra các bồn chứa. 3.1 Phân tích nguyên nhân khiến bồn chứa bị hỏng 3.1.1 Kiểm tra bằng phương pháp API Các chuyên gia kiểm tra được cấp chứng chỉ API đã tiến hành kiểm tra bên trong và bên ngoài bồn chứa gây ra sự cố 396. Kết quả cho thấy nguồn rò rỉ nằm ở hai lỗ trên đáy bồn chứa 396; đường kính của các lỗ này lần lượt là khoảng 1,9 cm và 1,0 cm. Thông qua việc kiểm tra cấu trúc các mẫu vật liệu của bồn chứa, người ta xác định rằng những lỗ rò rỉ là do hiện tượng ăn mòn điểm gây ra. Hiện tượng ăn mòn này bắt đầu từ bề mặt đáy bồn chứa, sau đó lan ra phía đất, dần làm giảm độ dày của thành bồn, và cuối cùng tạo thành những lỗ hổng. Ngoài ra, ở khu vực gần thân bồn chứa còn tồn tại những điểm ăn mòn riêng lẻ có độ sâu khá lớn, như được hiển thị trong Hình 4 và Hình 5. Các bồn chứa MCHM lân cận (395, 397) cũng gặp phải vấn đề ăn mòn tương tự trên nền của chúng. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeovgRWT8oTV7Tc9iaASDuz20oa5L7wOhvQNVul9iaecxnAysMcexGYYsQ/0?wx_fmt=png Hình 4: Các lỗ thủng và vùng bị ăn mòn trên nền của bồn chứa trong vụ tai nạn 396. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSecDozfJAEfOETgt2nMqUREpqakC2jVnE0XibxxNDHLwLUiahcuDUdFZaA/0?wx_fmt=png Hình 5: Kích thước của các vùng bị ăn mòn trên nền bồn chứa trong vụ tai nạn 396. Hiện tượng ăn mòn, theo đúng nghĩa, là phản ứng hóa học điện giữa kim loại hợp kim và môi trường xung quanh; phản ứng này khiến cho cấu trúc vật liệu bị suy giảm dần theo thời gian. Gỉ điểm là hiện tượng ăn mòn xảy ra tại một điểm hoặc một vùng nhỏ trên bề mặt kim loại, tạo thành những lỗ ăn mòn có hình dạng giống như các khoang rỗng. Hiện tượng này thường bắt đầu từ mặt trên của kim loại khi nó nằm ngang, sau đó lan rộng theo hướng trọng lực, và có thể xuyên qua toàn bộ độ dày của lớp vật liệu kim loại. Vì ăn mòn điểm thường xảy ra ở những vị trí cụ thể, và tốc độ ăn mòn theo chiều dọc thường cao hơn tốc độ ăn mòn theo chiều ngang, nên việc phát hiện vấn đề ăn mòn điểm rất khó khăn. Gỉ sét hình thành do ăn mòn điểm sẽ phủ lên vị trí bị ăn mòn, khiến việc phát hiện trở nên khó khăn hơn trong quá trình kiểm tra. Mặc dù phần đất ở đáy bồn chứa cũng bị ảnh hưởng bởi quá trình ăn mòn, nhưng mức độ ăn mòn này không nghiêm trọng bằng tình trạng ăn mòn xảy ra tại các điểm gây ra sự cố rò rỉ. Như được minh họa trong Hình 6. Một đặc điểm của hiện tượng ăn mòn điểm là nó thường bắt đầu từ bề mặt kim loại, sau đó lan rộng theo hướng trọng lực. Như có thể thấy trong Hình 6, trên bề mặt trong của đáy bồn chứa 396 có những điểm ăn mòn riêng lẻ; những điểm này tiếp tục lan rộng về phía thành bồn. So sánh xem, đặc điểm ăn mòn ở phía đất thì khá giống nhau, tạo thành những vết lõm nông và lớp oxit sắt. Thông thường, tốc độ ăn mòn do hiện tượng ăn mòn điểm xảy ra ở các vùng cụ thể sẽ cao hơn nhiều lần so với tốc độ ăn mòn thông thường trên toàn bộ bề mặt kim loại. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSek11YrbwESXgs5v6K2JibsaOQkQNqaG6eOT851I6RIlofWRTQA49f6yA/0?wx_fmt=png Hình 6: Sự thay đổi độ dày thành vách do hiện tượng ăn mòn ở đáy bồn chứa. 3.1.2 Tốc độ ăn mòn Dựa trên phân tích hình thái học các vùng bị ăn mòn trên đáy bồn chứa trong vụ tai nạn số 396, có thể thấy rằng các lỗ ăn mòn xuất hiện từ bề mặt trên của đáy bồn, chứ không phải từ bề mặt dưới. Nhóm điều tra của CSB đã cử một chuyên gia về các bồn chứa để phân tích tốc độ ăn mòn. Mặc dù chúng ta nhận thức rằng tốc độ ăn mòn có thể thay đổi, và còn nhiều yếu tố gây ra sự không chắc chắn, nhưng xét trong bối cảnh nghiên cứu lúc bấy giờ, giả định hợp lý nhất là tốc độ ăn mòn của bồn chứa 396 trong suốt vòng đời của nó sẽ giữ nguyên mức 12,3 mpy (mil mỗi năm), với khoảng biến động từ 10 đến 15 mpy. Do không có bản vẽ và hồ sơ kỹ thuật ban đầu của bồn chứa, các chuyên gia về bồn chứa cho rằng lớp đáy ban đầu của bồn chứa 396 đã được sử dụng trong 25 năm, sau đó vào năm 1963 nó được thay thế bằng lớp đáy bằng thép hàn dày 6,4 mm – loại vật liệu được sử dụng vào thời điểm xảy ra vụ rò rỉ. Dựa vào tình trạng của đáy bồn chứa sau vụ tai nạn, nhân viên kiểm tra bồn chứa ước tính rằng đáy bồn được thay thế này có thể sử dụng được ít nhất 25 năm nữa. Vào một thời điểm nhất định sau khi thay thế tấm đáy bồn chứa, người ta đã phủ lớp vật liệu polyvinyl acetate lên bề mặt tấm đáy này nhằm ngăn chặn tác động của sự ăn mòn. Chi tiết xem Hình 7. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeogd5kdcYDPXLfFcRBKPWEdg6ekic9hwJTiau54VVIj3VvT7GRSXxRm6Q/0?wx_fmt=png Hình 7: Biểu đồ thời gian sử dụng của các bồn chứa trong vụ tai nạn 396. 3.1.3 Kiểm tra tính toàn vẹn của các bồn chứa. Nhóm điều tra của CSB phát hiện rằng công ty Free Industry không có các quy định rõ ràng về việc kiểm tra và thử nghiệm định kỳ, nhằm đảm bảo rằng các bồn chứa và thiết bị liên quan được bảo trì một cách đúng đắn. Một phần lý do là do có rất ít yêu cầu bắt buộc các công ty phải có quy trình bảo dưỡng các bồn chứa nói trên, và các doanh nghiệp cũng không tự nguyện thực hiện những yêu cầu này. Công ty Free Industrial cho biết, các bồn chứa của MCHM không được kiểm tra trong ít nhất 10 năm trước khi vụ rò rỉ xảy ra vào tháng 1 năm 2014. Nhóm điều tra của CSB đã nhận được một báo cáo đánh giá không chính thức về các bồn chứa tại khu nhà máy của công ty Free Industry, gồm 2 trang. Báo cáo này được soạn thảo bởi một công ty tư vấn bên thứ ba vào tháng 12 năm 2013. Báo cáo ngắn gọn này tóm tắt kết quả kiểm tra bề ngoài của các bồn chứa, đồng thời đề cập rằng các bồn chứa 395/396/397 đã được gia công bằng phương pháp hàn, nhưng không cung cấp thông tin về tình trạng bên trong các bồn chứa. Báo cáo nêu rằng “các bồn chứa nói trên có mức độ ổn định cấu trúc nhất định, nhưng chưa chắc đã đáp ứng hoàn toàn các tiêu chuẩn API653 và EPA”. Nếu không được nâng cấp, những bồn chứa này sẽ không thể được sử dụng để lưu trữ dầu mỏ và các sản phẩm cần được kiểm soát chặt chẽ. Báo cáo khuyến nghị các doanh nghiệp lập kế hoạch để trong 5 năm tới, những người có chuyên môn sẽ tiến hành kiểm tra toàn diện từng bồn chứa. Nhóm điều tra của CSB phát hiện rằng công ty Free Industrial không trang bị bất kỳ hệ thống nào để ngăn chặn hoặc giám sát tình trạng rò rỉ, cũng như không có biện pháp hiệu quả nào để kiểm soát tình trạng rò rỉ. Ngoài ra, các bồn chứa cũng không được trang bị thiết bị hiển thị mức chất lỏng và hệ thống đo lường, vì vậy không thể xác định được lượng chất lỏng bị rò rỉ thực tế. Điều này dẫn đến việc ước tính lượng chất lỏng bị rò rỉ không chính xác. Vào thời điểm đó, bang Tây Virginia cùng chính phủ liên bang không yêu cầu bắt buộc phải lắp đặt hệ thống giám sát rò rỉ cho các bồn chứa nằm trên mặt đất. 3.2 Chất MCHM rò rỉ vào sông Elk. Sau khi chất MCHM rò rỉ ra từ các lỗ thủng trên đáy bồn chứa do vụ tai nạn số 396 gây ra, nó lan vào sông Elk qua 2 con đường: (a) đi xuyên qua các con đê chống cháy đã bị hư hỏng ； (b) Đi xuyên qua các đường hầm ngầm bị hư hỏng. 3.2.1 Phân tích địa chất khu vực chứa chất lỏng: Nhóm điều tra CSB đã cử một chuyên gia phân tích địa chất để kiểm tra các đặc tính của đất và khả năng thấm nước ở khu vực dưới các bồn chứa MCHM. Kết quả phân tích cho thấy lớp đá vụn dày khoảng 10–15 cm ở phía dưới các bồn chứa có khả năng thấm nước rất cao; do đó, chất lỏng trong MCHM có thể thấm nhanh qua lớp đá vụn này. Đất nằm dưới nền đá vụn thuộc loại đất sét; hệ số thấm của lớp đất sét ở bề mặt nhỏ hơn 10-7 cm/sec, thuộc nhóm đất có khả năng thấm trung bình. Đá vụn có khả năng thấm rất tốt, gây ra rất ít cản trở cho dòng chảy của chất lỏng, như được minh họa trong Hình 8. Dựa trên kích thước các lỗ rò rỉ của bồn chứa số 396, nhóm điều tra của CSB ước tính tốc độ chất lỏng từ đáy bồn chứa tràn ra mặt đất là 11,5 GPM (gallons per minute – gallon mỗi phút; tương đương khoảng 0,0038 m³/phút). Vì vậy, sự cố rò rỉ từ bồn chứa 396 có lẽ có thể được quan sát thấy trên bề mặt đất xung quanh, hoặc làm ẩm đất xung quanh bồn chứa. Tuy nhiên, không một nhân viên nào của công ty Free Industry được đội điều tra của CSB phỏng vấn cho biết họ đã phát hiện thấy bất kỳ dấu hiệu rò rỉ MCHM nào trước ngày xảy ra tai nạn. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeU14py4guRmVkP4GgkVHBqraXB6dLyeic0wzRRQLybpCr0Feibr733fMA/0?wx_fmt=png Hình 8: Sơ đồ mô tả lực cản thấm của nền đá vụn. 3.2.2 Hệ thống chắn lửa: Tất cả các bồn chứa tại hiện trường đều được bao quanh bởi các bức tường gạch; điều này có thể giúp kiểm soát tình trạng tràn chất lỏng trong trường hợp xảy ra sự cố rò rỉ. Bên trong đê chắn lửa thứ nhất có các bồn chứa số 398–405; bên trong đê chắn lửa thứ hai có các bồn chứa số 393–397. Những đê chắn lửa này được xây dựng từ gạch, khối bê tông và bê tông đổ sẵn. Mục đích của việc thiết kế chúng là để có thể chứa toàn bộ chất lỏng nếu tất cả các bồn chứa bị vỡ hoàn toàn. Một bức tường bê tông nằm giữa bồn chứa số 398 và phòng máy đã ngăn cách hai con đê chống cháy với nhau. MCHM và PPH vẫn tiếp tục rò rỉ từ đáy bồn chứa số 396, và chảy về phía điểm thấp ở góc tây bắc của con đê chống cháy. Do không được bảo trì trong nhiều năm, đê chắn lửa bị hư hỏng về mặt kết cấu, khiến chất MCHM bị rò rỉ vào ngày xảy ra sự cố có thể chảy qua chỗ hư hỏng đó. Như được hiển thị trong Hình 9, nhiều phần của đê chắn lửa có những lỗ lớn và khe nứt, vì vậy không thể ngăn chặn việc chất lỏng tràn ra ngoài. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeoLrC6HazRSAVWPvqibtYstSm7AgtqXcQXrSf7D2IxwGDDicHpKKPEzug/0?wx_fmt=png Hình 9: Vị trí bị hư hỏng của đê chắn lửa. 3.2.3 Hệ thống thoát nước mưa trong khu vực các bồn chứa nằm dưới lòng đất gồm một ống thép có đường kính 30,5 cm; ống này bắt đầu từ phía đông bắc của khu vực các bồn chứa, chạy xuyên qua khu vực đê chắn lửa và kết thúc ở phía tây bắc của khu vực này, gần sông Elk. Đường hầm chạy xuyên qua khu vực giữa bồn chứa số 394 và bồn chứa số 395, cách bồn chứa số 396 khoảng 9 m về phía Bắc. Hình 10 là sơ đồ mặt cắt ngang của kết cấu dưới lòng đất của cống, vị trí chính xác của điểm nhập cảnh vào cống chưa được xác định. Phần MCHM bị rò rỉ sẽ thấm vào các ống dẫn nước, sau đó chảy dọc theo các ống này cho đến khi đến vị trí thoát nước nằm bên ngoài khu vực đê chắn lửa, từ đó chảy vào sông Elk. https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_png/fnBs2C3PMfDZhibKNyE9dOSXRBFY4TPSeSEf5au6XtCsl5SqMBfQJicHCym0MKqica9JkZIc22ibf6UXQPibAdsMcGg/0?wx_fmt=png Hình 10: Sơ đồ của các khu hầm ngầm. 3.3 Đề xuất của nhóm điều tra CSB: (1) Các chủ sở hữu và người quản lý các bồn chứa nằm gần nguồn nước cung cấp nên thiết lập chương trình kiểm tra định kỳ, đồng thời áp dụng các biện pháp giám sát thường xuyên để đảm bảo tính toàn vẹn của các bồn chứa và khả năng kiểm soát các sự cố rò rỉ. Cũng cần phối hợp với các công ty cung cấp nước công cộng và các cơ quan ứng phó khẩn cấp trong khu vực, để trao đổi đầy đủ thông tin về tính chất, lượng tồn trữ và mức độ độc hại của các hóa chất được lưu trữ. Điều này giúp đảm bảo rằng khi xảy ra sự cố rò rỉ, người ta có thể nhanh chóng tiếp cận được những thông tin quan trọng này ； (2) Các chủ sở hữu và người vận hành các bồn chứa trên mặt đất cần phải cập nhật các biện pháp phòng ngừa và bảo vệ nhằm ngăn chặn sự rò rỉ, dựa trên các yêu cầu quản lý hiện hành. Điều này giúp giảm thiểu nguy cơ xảy ra sự rò rỉ từ các bồn chứa và các công trình chắn lửa ； (3) Do thông tin về độc tính của nhiều hóa chất vẫn chưa được biết rõ, **cần phải có những biện pháp ngay lập tức để bảo vệ nguồn nước và người dân khỏi tác động của những hóa chất nguy hiểm này.** Tăng tần suất kiểm tra các cơ sở lưu trữ hóa chất ở khu vực gần nguồn nước, đồng thời cải thiện cơ chế phối hợp giữa các cơ quan ứng phó khẩn cấp và các cơ quan y tế công cộng ； (4) **Cần xây dựng các tiêu chuẩn đánh giá nguồn nước. Các công ty cung cấp nước công cộng phải lập ra “Kế hoạch bảo vệ nguồn nước”, bao gồm thông tin về đặc tính của nguồn nước, các nguồn gây ô nhiễm tiềm ẩn, các chiến lược quản lý, việc giám sát nguồn nước, cũng như các nguồn nước dự phòng.** “Kế hoạch bảo vệ nguồn nước” cần được cập nhật ít nhất mỗi 3 năm một lần, hoặc khi có những thay đổi đáng kể xảy ra tại các nguồn gây ô nhiễm tiềm ẩn trong khu vực đó. 4. Bài học rút ra từ vụ tràn chất hóa học tại các bồn chứa của công ty Free Industry, gây ô nhiễm nguồn nước công cộng. Việc quản lý an toàn các bồn chứa ban đầu dựa trên mô hình xử lý sự cố, tức là tiến hành khắc phục hậu quả sau khi xảy ra sự cố và sửa chữa khẩn cấp; đồng thời thực hiện việc bảo trì định kỳ theo thời gian sử dụng, giống như trong trường hợp này. Hiện nay, phần lớn các khách hàng sử dụng bồn chứa ở nước ta vẫn đang ở giai đoạn này. Trong khi đó, ở các nước phát triển phương Tây, mô hình quản lý tính toàn vẹn dựa trên việc dự đoán rủi ro và độ tin cậy đã được áp dụng rộng rãi. Mô hình quản lý tính toàn vẹn là một cấp độ quản lý cao hơn trong hệ thống bồn chứa. Xuất phát từ góc độ an toàn và kinh tế, mô hình này tập trung vào việc đánh giá rủi ro nhằm quản lý tính toàn vẹn của các bồn chứa. Bằng cách phân tích dữ liệu lịch sử của hệ thống bồn chứa, có thể dự đoán xu hướng phát triển của các rủi ro. Dựa trên mức độ chấp nhận được của các rủi ro đó, người ta có thể xây dựng các chiến lược kiểm tra phù hợp và các biện pháp quản lý khẩn cấp. Điều này giúp các nhà quản lý có cơ sở và nền tảng để thực hiện việc giám sát và ra quyết định một cách hiệu quả. 4.1 API Publ 353 dành cho việc đánh giá rủi ro cung cấp một phương pháp định lượng để đánh giá rủi ro đối với các bồn chứa. Phương pháp này bao gồm việc xác định các tình huống rò rỉ của bồn chứa, tần suất xảy ra rò rỉ và hậu quả của nó; sau đó tính giá trị rủi ro bằng cách nhân tần suất rò rỉ với hậu quả của nó. 4.1.1 Tần suất rò rỉ của bồn chứa
Tần suất rò rỉ của bồn chứa được tính bằng cách cộng lại tần suất rò rỉ của các bộ phận như đáy bồn, thân bồn, hệ thống thoát nước ở giữa bồn, v.v. Tần suất rò rỉ của từng tiêu chí đánh giá có thể được xác định bằng cách điều chỉnh tần suất rò rỉ cơ sở thông qua hệ số điều chỉnh. Tần suất rò rỉ cơ sở của từng tiêu chí đánh giá được xác định dựa trên dữ liệu thống kê, như được trình bày trong Bảng 2. Do các điều kiện vận hành thực tế của từng bồn chứa khác nhau, nên hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào tuổi thọ sử dụng của bồn chứa, tốc độ ăn mòn, độ dày ban đầu, mức độ kiểm tra và loại bồn chứa. Công thức toán học để tính tần suất rò rỉ là: Tần suất rò rỉ = Tần suất rò rỉ cơ sở × Hệ số điều chỉnh. Bảng 2: Tần suất rò rỉ cơ bản của các bồn chứa – Loại hư hỏng của các bộ phận và tần suất rò rỉ (lần/năm). Ghi chú: Rò rỉ nhẹ ở đáy bồn: 7,2e-03 – Hư hỏng nhanh: 2,0e-05 – Rò rỉ nhẹ ở vỏ bồn: 1,0e-04. Đối với bồn được hàn lại: 1,0e-03; đối với bồn được liên kết bằng đinh tán: Hư hỏng nhanh: 4,0e-06. Bồn không được bảo dưỡng theo tiêu chuẩn API 653: 1,0e-07; Bồn được bảo dưỡng theo tiêu chuẩn API 653: 1,0e-05. Hư hỏng các phụ kiện: 1,0e-05. Rò rỉ ở ống dẫn nước trên đỉnh bồn: 5,0e-04. Rò rỉ qua lỗ có kích thước 3,175mm khi van mở bình thường: 2,0e-02. Rò rỉ do ống nối bị hỏng: 3,0e-04. Rò rỉ qua lỗ có kích thước 3,175mm khi van mở bình thường: 3,0e-02. Rò rỉ ở ống dẫn nước trên đỉnh bồn khi van đóng bình thường: 5,0e-06. Rò rỉ qua lỗ có kích thước 3,175mm khi van đóng bình thường: 2,0e-04. Rò rỉ do ống nối bị hỏng khi van đóng bình thường: 3,0e-06. Rò rỉ qua lỗ có kích thước 3,175mm khi van đóng bình thường: 3,0e-04. 4.1.2 Hậu quả của việc rò rỉ từ bồn chứa: Các hậu quả bao gồm tác động đến môi trường, tức là ảnh hưởng đến đất, nguồn nước và hệ sinh thái ； Hậu quả đối với công chúng, là những tác động đến sự an toàn, sức khỏe của người dân sống trong khu vực chứa hàng và các khu vực xung quanh, cũng như các cơ sở hạ tầng tại đó ； Hậu quả kinh doanh, tức là thiệt hại về tài chính và mất uy tín. Biểu thức tính giá trị hậu quả rò rỉ LCV là: LCV = ECOF·EWF + PCOF·PWF + BCOF·BWF. Trong công thức này, ECOF là giá trị về hậu quả môi trường ； PCOF là giá trị hậu quả đối với công chúng ； BCOF là giá trị hậu quả kinh doanh ； EWF, PWF và BWE lần lượt là các hệ số trọng số dành cho các hậu quả về môi trường, người dân và hoạt động kinh doanh. Giá trị của chúng nằm trong khoảng từ 0 đến 1. Các giá trị này được xác định dựa trên định hướng giá trị và mức độ chấp nhận rủi ro của công ty; đồng thời, EWF + PWF + BWF = 1. Các yếu tố ảnh hưởng chính đến mức độ nghiêm trọng của hậu quả do rò rỉ bao gồm: loại vật liệu bị rò rỉ và khối lượng của nó ； Phạm vi ảnh hưởng của sự rò rỉ, đối tượng bị ảnh hưởng ； Điều kiện đất, khả năng tái chế vật liệu ； Tác hại đối với môi trường, xã hội, thiết bị và quy trình vận hành, cùng thời gian kéo dài của những tác hại đó ； Các yếu tố môi trường cụ thể ảnh hưởng đến hậu quả của sự rò rỉ, bao gồm hệ sinh thái xung quanh, mật độ dân số và cách bố trí các cơ sở vật chất. Dựa trên việc xác định tần suất rò rỉ và hậu quả của việc rò rỉ trong các bồn chứa, người ta có thể tính toán được giá trị rủi ro tương ứng. Sau đó, các mức độ rủi ro sẽ được sắp xếp theo thứ tự. Dựa vào mức độ và phân bố của rủi ro, người ta có thể xây dựng các chiến lược quản lý rủi ro phù hợp, chẳng hạn như tiến hành kiểm tra các đối tượng có mức rủi ro cao, nhằm kiểm soát hiệu quả tổng thể mức độ rủi ro. 4.2 Đánh giá mức độ toàn vẹn: Đánh giá mức độ toàn vẹn là việc xác định các khuyết tật có thể tồn tại trong các bồn chứa, dựa trên kết quả đánh giá rủi ro. Các khuyết tật được phát hiện sẽ được đánh giá về mức độ ảnh hưởng của chúng, nhằm đảm bảo rằng rủi ro không tăng lên do sự tồn tại của các khuyết tật này. Điều này giúp cung cấp cơ sở để có thể áp dụng các biện pháp nhằm giảm thiểu rủi ro. 4.2.1 Phương pháp kiểm tra bồn chứa
Việc kiểm tra bồn chứa bao gồm việc kiểm tra phần đáy bồn, thành bồn, nắp bồn cũng như các bộ phận liên quan. Các phương pháp thường được sử dụng là kiểm tra định kỳ, kiểm tra trực tiếp trong quá trình vận hành, và kiểm tra khi mở bồn ra. Kiểm tra định kỳ được thực hiện bằng phương pháp quan sát trực quan để xác định xem bồn chứa có bị hư hỏng về mặt cấu trúc hay không ； Kiểm tra trực tuyến là phương pháp sử dụng các kỹ thuật kiểm tra vĩ mô, đo độ dày bằng sóng siêu âm và kiểm tra bằng phương pháp phát âm thanh, mà không cần ngừng quy trình sản xuất ； Việc kiểm tra bên trong thùng chứa đòi hỏi phải tạm ngừng sử dụng thùng chứa, đổ hết chất lỏng ra ngoài, mở nắp thùng và vệ sinh thùng. Các nhân viên kiểm tra sẽ vào bên trong thùng để tiến hành các cuộc kiểm tra cần thiết. Các phương pháp kiểm tra thường được sử dụng bao gồm phát hiện rò rỉ từ trường, siêu âm, tia X, phát hiện bằng bột từ và phương pháp thấm nhập. Hiện nay, ở nước ngoài, người ta chủ yếu sử dụng công nghệ phát âm thanh để kiểm tra trực tiếp các khiếm khuyết trên thành bình chứa ở áp suất bình thường, cũng như các dấu hiệu ăn mòn và rò rỉ trên đáy bình. Phương pháp từ trường được dùng để kiểm tra định kỳ các điểm ăn mòn và rò rỉ trên đáy bình. Còn công nghệ siêu âm thì được sử dụng để kiểm tra thành bình và nắp bình. Kiểm tra thấm có thể phát hiện một cách nhạy bén các khiếm khuyết bề mặt như rò rỉ và nứt vỡ. Phương pháp kiểm tra trong buồng chân không có thể được sử dụng để kiểm tra sau khi sửa chữa đáy thùng, cũng như để xác định các điểm nghi ngờ bị rò rỉ. Phương pháp dòng xoáy xung có thể đo độ dày của thành tường mà không cần loại bỏ lớp cách nhiệt. Ngoài ra, có thể sử dụng không khí áp suất thấp, nước xà phòng hoặc thiết bị dò khí để phát hiện các lỗ ăn mòn nhỏ và khuyết tật trong quá trình hàn của các bồn chứa. 4.2.2 Phương pháp đánh giá Các phương pháp đánh giá các khuyết tật của bồn chứa chủ yếu bao gồm việc đánh giá trực tiếp tình trạng ăn mòn bên ngoài, đánh giá trực tiếp tình trạng ăn mòn bên trong, và đánh giá tình trạng ăn mòn do ứng suất. Các bước đánh giá lần lượt là: thu thập và tổng hợp dữ liệu, xác định phương pháp đánh giá các khiếm khuyết, tiến hành đánh giá các khiếm khuyết, rút ra kết luận về mức độ toàn vẹn, đưa ra các biện pháp sửa chữa và khuyến nghị về khoảng cách kiểm tra lại. Trọng tâm của việc đánh giá là đánh giá độ bền còn lại và dự đoán tuổi thọ còn lại. Đánh giá độ bền còn lại được thực hiện dựa trên các dữ liệu đã được thu thập và tổng hợp. Dựa vào phương pháp đánh giá khuyết tật được chọn, người ta tính toán được độ bền còn lại và hệ số an toàn của bồn chứa. Từ đó, có thể xác định được ứng suất tương đương lớn nhất tại các vùng vật liệu có khuyết tật. Dựa trên kết quả đánh giá, đưa ra các khuyến nghị về phương pháp sửa chữa lỗi và kế hoạch thời gian. Dự báo tuổi thọ còn lại được thực hiện dựa trên thông tin về thời điểm bồn chứa bắt đầu được sử dụng, kích thước của các khuyết tật, v.v. Các mô hình dự báo tuổi thọ còn lại được xây dựng để ước lượng tốc độ phát triển của các khuyết tật trong kim loại, từ đó xác định ảnh hưởng của chúng đến tính toàn vẹn của vật liệu. Ngoài ra, các khuyến nghị về phương pháp kiểm tra lại và khoảng thời gian cần kiểm tra cũng được đưa ra. 4.3 Các biện pháp giảm thiểu rủi ro được xây dựng dựa trên kết quả đánh giá rủi ro và đánh giá mức độ toàn vẹn của hệ thống. Những biện pháp này nhằm giảm khả năng xảy ra hoặc mức độ nghiêm trọng của các sự cố rò rỉ cụ thể. Các biện pháp giảm thiểu rủi ro có thể được chia thành 3 nhóm chính: các biện pháp kiểm soát dự phòng, các biện pháp kiểm soát phát hiện và các biện pháp kiểm soát bảo vệ. Các biện pháp kiểm soát dự phòng nhằm ngăn chặn sự cố rò rỉ ngay từ đầu. Các biện pháp kiểm soát nhằm phát hiện sự cố rò rỉ càng sớm càng tốt sau khi nó xảy ra. Còn các biện pháp bảo vệ thì nhằm giảm thiểu mức độ tổn hại do sự cố rò rỉ gây ra, đồng thời ngăn chặn việc sự cố này ảnh hưởng nghiêm trọng đến các khu vực xung quanh. 5. Kết luận: Việc quản lý tính toàn vẹn của các bồn chứa dựa trên các chiến lược bảo trì dựa trên đánh giá rủi ro và đánh giá tính toàn vẹn là xu hướng tất yếu trong tương lai. Cần phải xây dựng hệ thống và nền tảng quản lý tính toàn vẹn của các bồn chứa, nhằm tạo ra một chu trình liên tục từ việc thu thập dữ liệu, đánh giá đến việc bảo trì. Trên cơ sở đó, có thể mở rộng việc quản lý tính toàn vẹn này sang các thiết bị trong khu vực chứa bồn chứa cũng như các hệ thống đo lường an toàn. Đồng thời, cần kết hợp các phương pháp đánh giá an toàn công nghệ như QRA, HAZOP, nhằm đạt được mục tiêu quản lý tính toàn vẹn cho toàn bộ khu vực chứa bồn chứa. 6. Các tài liệu tham khảo: Báo cáo điều tra của CSB: “Rò rỉ hóa chất gây ô nhiễm nguồn nước sử dụng chung tại Charleston, West Virginia”. Mã báo cáo: 2014-01-I-WV; API Publ 353: Hướng dẫn quản lý tính toàn vẹn của các cơ sở lưu trữ hóa chất. Năm xuất bản: 2006; APIRP 575: Hướng dẫn kiểm tra các bồn chứa hóa chất ở áp suất cao và thấp, ấn bản lần thứ 3; Thông báo của Tổng cục Quản lý An toàn về việc tăng cường quản lý an toàn các khu vực lưu trữ hóa chất, số hiệu thông báo: An Giám Tổng Quản Tam [2014]68 ； Trần Kiện Phong, Tạ Bích Viên, Thẩm Dục Hân, v.v. Quản lý tính toàn vẹn của các bồn chứa và đường ống công nghệ. Tạp chí Dầu khí – Lưu trữ và Vận chuyển, số tháng 4 năm 2011