Взрыв и пожар на установке по производству полиэтиленовых восков в американской компании Marcus Oil and Chemicals

Thread Content

Краткое описание инцидента с взрывом и пожаром на предприятии по производству полиэтиленовых восков компании Marcus Oil and Chemicals в США. В данной статье на основе анализа, проведенного Комиссией по безопасности химических веществ и оценке рисков США (CSB) относительно инцидента с взрывом и пожаром на предприятии Marcus Oil and Chemicals, расположенном к юго-западу от города Хьюстон в штате Техас, подробно рассматриваются причины происшествия с точки зрения управления изменениями, а также предлагаются меры по улучшению ситуации. 1. Рассказывается о происшествии взрыва и пожара, которое произошло 3 декабря 2004 года в 17:50 в юго-западной части города Хьюстон, штат Техас, США, на предприятии компании Marcus Oil and Chemicals, занимающемся производством полиэтиленового воска. Несколько сотрудников услышали мощный взрыв; примерно через 45 секунд произошел еще один взрыв. Пожарная служба прибыла на место происшествия примерно через 5 минут после взрыва. Лишь спустя 7 часов после инцидента (в полночь) удалось потушить три крупных пожара. Трое пожарных получили легкие травмы во время тушения пожара. Несколько местных жителей пострадали от порезов от разбитого стекла. Взрыв разрушил стекла в зданиях и автомобилях; кроме того, он привел к повреждению строений в радиусе 400 метров. В близлежащих зданиях, коммерческих объектах и церквях обрушились потолки и светильники. Резервуар №7 диаметром 3,7 м, длиной 15 м и весом 23 т был сметен ударной волной взрыва на расстояние 68 м; в итоге он врезался в склад соседней компании (на рисунке 1 показано, как изменилось положение резервуара №7 в результате взрыва). Некоторые более крупные обломки от взрыва попали в близлежащие районы: например, в жилом комплексе, находящемся в 152 метрах от места взрыва, была найдена стальная пластина весом 9 кг ； На лугу в 274 метрах отсюда были обнаружены стальные плиты весом 54 кг ； В жилом комплексе, расположенном в 400 метрах отсюда, была обнаружена стальная пластина весом 1 кг. Рисунок 1: Взрыв привел к смещению резервуара №7 на 45 м². Описание процесса возникновения пожара на предприятии Marcus Oil and Chemicals, а также физические доказательства и результаты проверок. Компания Marcus Oil and Chemicals была основана в 1987 году. Основной продукт компании – воск высокой плотности. Этот воск широко используется в производстве красок, клеев, средств для полировки, в производстве резины, а также в текстильной промышленности. Годовой объем производства превышает 113 тысяч тонн. 2.1 Описание процесса Процесс производства полиэтиленового воска на предприятии Marcus Oil and Chemical Company показан на рисунке 2. Паромы перекачивают парафин из цистерн в резервуары для промывки. Сырье оседает в этих резервуарах: примеси опускаются на дно, а парафин, находящийся в верхней части резервуара, после выделения гексана и других углеводородов превращается в частицы полиэтиленового воска, которые затем упаковываются. Экстрагированные углеводороды хранятся в резервуарах для последующей продажи. В течение всего процесса производства используется азот в качестве защитного средства, чтобы предотвратить контакт расплавленной парафина с кислородом из воздуха. Окисление кислородом приводит к изменению цвета яркой парафина, что является неприемлемым. Рисунок 2: Схема процесса производства полиэтиленового воска. Рабочие регулярно очищают дно резервуара для мытья от осадка, содержащего большое количество примесей. Очищенный осадок после затвердевания хранится на складе для дальнейшей обработки. 2.2 Операторы, занимающиеся обработкой остаточных жидкостей, вручную помещают застывшие остатки в резервуар №4, оснащенный котлованами для высокотемпературного пара, чтобы расплавить их. Затем с помощью насосов жидкость перекачивается в резервуары №6 и №7 для дальнейшей обработки. В котлованах этих резервуаров подается пар для поддержания температуры жидкого парафина на уровне примерно 149°C. Операторы повышают давление в резервуарах №6 и №7 с помощью системы азота. Благодаря разнице давлений жидкий остаток из резервуара №4 поступает во вход пумпы через специальную трубу. Помпа перекачивает этот остаток в устройство для его обработки с целью удаления из него углеводородов. После очистки остаток затвердевает и принимает вид гранул, после чего его упаковывают. Вид затвердевшего остатка после обработки показан на рисунке 3. Рисунок 3: Керамические шарообразные частицы после обработки остаточными жидкостями. 2.3 Система азота. Азот производится на месте с помощью небольшого аппарата для получения азота; он хранится в двух крупных резервуарах под давлением. Максимальное давление в системе азота составляет 0,83 МПа (давление над атмосферным). Регулятор давления для азота снижает давление до 0,28–0,48 Мпа (манометрическое давление) перед подачей в резервуары №6 и №7. Поскольку мощность небольших аппаратов для производства азота не позволяет обеспечить необходимую нагрузку для перекачки материала из резервуаров, иногда давление азота снижается до минимального уровня, требуемого для такой перекачки. Пока оператор ожидает, пока аппарат для производства азота заполнит резервуары азотом, транспортировка парафина будет отложена. Операторы использовали временную шланговую линию для соединения системы сжатого воздуха с системой распределения азота, установленной на устройстве для производства азота. Поскольку мощные компрессоры воздуха могут быстро повысить давление в системе азота путем подачи дополнительного воздуха, это позволило решить проблему задержек в производстве. В итоге оператор заменил этот временный шланг на постоянную трубопроводную линию с клапанами. Благодаря этой замене исчезла необходимость использования временного шланга каждый раз, когда давление в системе азота становилось слишком низким. Однако оператор не понимал, что подача воздуха непосредственно в систему азота приведет к появлению кислорода в резервуарах с азотом. После происшествия с взрывом Комиссия США по химической безопасности и расследованию опасностей (CSB) провела анализ газа в аппаратах для производства азота, клапанах для снижения давления азота, резервуарах с азотом, парафина, остатков жидкости в оборудовании для обработки, а также металлических образцов из резервуара №7. Для определения того, работает ли аппарат для производства азота в соответствии с проектными параметрами, проводится анализ газа, выходящего из его выходного отверстия, при условии отсутствия повреждений устройства. Результаты анализа подтвердили, что газовая смесь содержит 92–96% азота и 4–8% кислорода, что соответствует параметрам, заложенным при проектировании устройства. Проводится анализ проб газа из резервуаров с азотом для определения чистоты азота, поступающего в резервуары №6 и №7. В этом образце содержится 82% азота и 18% кислорода. Таким образом, CSB пришел к выводу, что трубопроводы для сжатого воздуха, установленные компанией Marcus Oil and Chemical для нагнетания давления в систему азота, привели к загрязнению азота в резервуарах кислородом. Дальнейший вывод CSB: содержание кислорода в азоте достаточно для поддержания процесса горения. CSB проводила тестирование редуктора давления азота при различных значениях входного давления и расхода, чтобы определить возможное рабочее давление в резервуаре №7 в момент происшествия. Изначально установленное давление составляло 0,46 Мпа (давление над атмосферным). Дальнейшие тесты подтвердили, что регулятор давления функционирует нормально, а точность манометра на нем составляет менее 0,007 МПа. 2.4 Физические доказательства и проверки: CSB визуально осмотрел резервуар №7, найденные резервуары и крышки; маркировок оборудования обнаружено не было. Кроме того, компания Marcus Oil and Chemical не смогла предоставить документацию, касающуюся проектирования, производства и допустимого давления при эксплуатации резервуара №7, а также других резервуаров (№5, №6 и №8). Согласно стандартам Ассоциации инженеров-механиков США (ASME) относительно котлов и сосудов под давлением, компания CSB рассчитала безопасное рабочее давление для резервуара №7 как 0,55 МПа (давление над атмосферным). CSB выяснило, что компания Marcus Oil and Chemicals провела реконструкцию резервуаров №5, №6, №7 и №8. Для обеспечения температуры парафина в резервуаре выше температуры плавления на крышке каждого резервуара сделано отверстие диаметром 609 мм. На это отверстие устанавливается паровой нагревательный котел, после чего крышка закрывается путем сварки. Схема сварных дополнительных пластин для резервуара №8 приведена на рисунке 4. Рисунок 4: Сварные пластины для резервуара №8. Хотя пластину для резервуара №7 так и не удалось найти, сотрудники CSB пришли к выводу, что она похожа на пластины, используемые в трех других резервуарах. Поскольку сварные швы усиливающих пластин не соответствовали общепринятым промышленным стандартам качества при производстве сосудов под давлением, во время аварии эти швы дали сбой. Компания Marcus Oil and Chemical не использовала квалифицированных сварщиков или соответствующие методы сварки для повторной сварки уплотнительных пластин на крышке резервуара, а также не установила фитинг для паропровода на корпусе резервуара. Сотрудники компании также признали, что после завершения работ по сварке не было проведено гидравлического теста для проверки этого резервуара. CSB исследовал горючесть и реакционную способность образцов отходного парафина. Температура вспышки парафина составляет 110°C. Образцы восковидной структуры не продемонстрировали выделения тепла, поэтому CSB пришел к выводу, что неконтролируемые химические реакции не входят в число причин этого инцидента. 3. Анализ причин взрыва на предприятии Marcus Oil and Chemical Company. CSB провела расследование взрыва на предприятии Marcus Oil and Chemical Company. На основании физических доказательств и результатов тестов CSB пришла к выводу, что наиболее вероятная причина происшествия заключается в следующем: 1) операторы использовали азот, содержащий 18% кислорода, вместо азота с концентрацией кислорода не более 8%, который предназначался для наполнения резервуаров №6 и №7 ； 2) Внутреннее давление в резервуаре №7 (0,46 Мпа (давление над уровнем моря)) может превысить прочность швов усиливающих пластин на корпусе резервуара. Этот шов полностью вышел из строя, заплатка отлетела от корпуса резервуара ； 3) Давление в резервуаре быстро сбрасывается через отверстие диаметром 609 мм. Пары углеводородов, сжатый воздух и раскалённая жидкая парафин вырываются наружу через отверстия ； 4) При ударе дополнительной пластины о бетонную основу возникли искры, которые могли поджечь пары воска и углеводородов ； 5) Концентрация кислорода в резервуаре №7 позволяет пламени проникнуть обратно внутрь резервуара; в результате внутреннего взрыва крышка резервуара №7 разлетается на несколько частей ； 6) Резервуар весом 2268 кг был снесен взрывом, ударился о находившееся поблизости неиспользуемое оборудование и в итоге остановился рядом с складом на расстоянии 137 метров ； 7) Горящий полиэтиленовый парафин рассыпался по складу и другому оборудованию, поджигая горючие материалы. Возникший сильный пожар горел почти 7 часов. В своем отчете CSB указывает, что три изменения, внесенные компанией Marcus Oil and Chemical, стали причиной этих аварий. Изменение №1: в резервуаре с номером 7 были добавлены котлы для нагрева паром; толщина швов на участках, где производилось усиление конструкции, составляла менее 20% от общей толщины этих участков. Кроме того, в этих швах было много трещин. Негативное воздействие таких швов заключается в том, что они снижают прочность этой части резервуара на 75% ； В то же время недостаток сварного металла и низкое качество сварных швов могут привести к появлению усталостных трещин, что ещё больше снижает прочность сварных швов ； Изменение 2: С учетом результатов измерений с помощью регулятора давления на азоте, внутреннее давление в резервуаре №7, скорее всего, составляет 0,46 МПа (давление над атмосферным). Оператор утверждает, что давление в клапане снижения давления азота по умолчанию составляет 0,31 МПа, но для того, чтобы парафин мог поступать в оборудование для обработки, это давление было искусственно повышено. Высокое давление в резервуаре №7 при происшествии могло привести к деформации сварных швов в зоне неисправности. Изменение 3: Компания Marcus Oil Products and Chemicals соединила систему азота и систему сжатого воздуха, что позволяет быстро накачивать систему азота. В процессе обработки отходов парафина явление обесцвечивания продукта под действием воздуха не вызвало особого беспокойства. Однако руководство не оценило риски, связанные с изменениями в технологическом процессе. С помощью сжатого воздуха повышается давление в системе азота, в результате чего содержание азота в ней достигает 18%. Эта концентрация азота достаточна для поддержания горения паров парафина и углеводородов в резервуаре. 4. Уроки, которые мы можем извлечь из пожара на предприятии Marcus Oil and Chemical Company. Согласно анализу причин происшествия, проведенному CSB, становится ясно, что именно три изменения стали причиной катастрофы. В химической промышленности постоянно происходят различные изменения с целью удовлетворения потребностей рынка, повышения эффективности производства, оптимизации условий работы, улучшения уровня безопасности или достижения других целей. Но эти изменения — это оружие с двумя лезвиями: принося пользу, они также могут увеличить риски. Многие катастрофические происшествия в химической и нефтехимической промышленности были вызваны неправильными изменениями в технологиях или оборудовании. Согласно статистике, примерно 80% производственных несчастных случаев связаны с «неправильными изменениями». Следовательно, управление изменениями по сути представляет собой способ предотвращения и контроля потенциальных аварий. Одной из важных причин аварии на предприятии Marcus Oil and Chemical Company стало отсутствие у завода системы управления изменениями: не проводилась надлежащая проверка безопасности процессов, в которых происходили изменения, а также не было никого, кто мог бы контролировать и утверждать такие изменения. Отсутствие системы управления изменениями позволяет нерассмотренным изменениям легко проходить этапы проектирования, установки и ввода в эксплуатацию. Люди, ответственные за изменения, не имеют надлежащей подготовки и достаточного опыта; они не осознают серьезных последствий, которые могут возникнуть в результате таких изменений в технологической системе. 4.1 Что такое управление изменениями? Управление изменениями (Management of Change, MOC) является важным элементом системы управления безопасностью процессов. Под управлением изменениями понимается планомерный контроль за постоянными или временными изменениями в химических веществах, технологиях производства, оборудовании, процедурах и процессах эксплуатации. Это включает определение типа и степени изменений, а также этапов их реализации. Изменения, связанные с безопасностью процессов в химических и нефтехимических заводах, обычно делятся на четыре категории: технологические изменения ； Изменение процедуры выполнения заданий ； Изменения в оборудовании завода ； Изменение организационной структуры. Из них изменения в технологических процессах, изменения в процедурах выполнения работ и изменения в оборудовании завода обычно оказывают прямое влияние на безопасность производства, в то время как изменения в организационной структуре влияют на безопасность производства косвенным образом. Однако в стране изменения обычно делят на: замену однотипных элементов, незначительные изменения и замену технологического оборудования (технические изменения). Процессы управления изменениями включают: классификацию изменений ； Создание группы по управлению изменениями, анализ опасностей в процессах производства, подача заявок и их утверждение, реализация изменений, отслеживание, проверка, отчет о завершении работ, обновление и архивирование документов, обучение сотрудников и информирование их о содержании изменений. Основные шаги показаны на рисунке 5. Рисунок 5: Схема процесса управления изменениями 4.2 Управление рисками в процессе изменений Основная задача управления изменениями — контроль рисков, связанных с этим процессом. Контроль рисков делится на этапы: подготовки предложений по изменениям, реализации изменений и возобновления работы после внесения изменений. 1) Контроль рисков на этапе предложения плана изменений. После того как сотрудник предлагает внесение изменений, формируется соответствующий план. Прежде чем руководство сможет одобрить это изменение, необходимо провести анализ потенциальных рисков, например, анализ опасностей и возможностей их устранения (HAZOP), анализ защитных мер (LOPA), метод «Что, если?» (What-If), использование чек-листов, анализ деревьев событий (ETA), анализ деревьев аварий (FTA), модель «Галстук» (Bow-tie analysis), количественный анализ (QRA), анализ моделей отказов и их воздействия (FMEA), а также анализ надежности, доступности и обслуживаемости (RAM). Поскольку существующие технологии и оборудование были разработаны на основе расчетов и анализа, при внесении новых изменений мы не можем рассматривать только риски, связанные с самой технологической системой и оборудованием. Необходимо также учитывать влияние этих изменений на всю систему в целом, проводя комплексный анализ. 2) Контроль рисков на этапе реализации изменений осуществляется после того, как схема изменений проходит анализ рисков; при этом могут возникнуть такие операции, как работа в зонах с высоким риском, работа в ограниченных пространствах, работа на высоте, а также процедуры изоляции и блокировки. В таких ситуациях необходимо использовать такие методы, как анализ безопасности работы (JSA), анализ рисков при выполнении задач (TRA) и предварительный анализ опасностей (PHA), чтобы выявить риски на этапе строительства. Безопасность работ обеспечивается за счет правил, предусмотренных в системе HSE. 3) Контроль рисков на этапе возобновления работы после внесения изменений. После завершения процедуры внесения изменений перед возобновлением работы необходимо провести предварительную проверку на безопасность (PSSR). Необходимо проверить место выполнения работ с учетом внесенных изменений, убедиться, что установка измененных компонентов завершена, а характеристики оборудования соответствуют ранее утвержденной документации и чертежам. Также необходимо составить или скорректировать документы, касающиеся правил безопасности, эксплуатации, технического обслуживания и действий в чрезвычайных ситуациях. Можно составить чек-лист для проверки перед запуском проекта в эксплуатацию. Перед запуском необходимо поочередно проверить все пункты, указанные в чек-листе. Только после того, как все пункты будут выполнены в соответствии с требованиями, можно начать производство. В ходе нескольких смен владельцев компании Marcus Oil and Chemicals на разных этапах не происходило выявления рисков, и в связи с этим не принимались соответствующие меры в ответ на выявленные риски, что в итоге привело к происшествию. 4.3 Обновление документации после завершения изменений После ввода в эксплуатацию измененной технологической системы работа по внесению изменений еще не считается завершенной; необходимо также обновить и сохранить все чертежи и документы, на которые повлияли изменения. Как правило, к документам, требующим обновления, относятся план здания завода, схемы расположения оборудования, схемы трубопроводов и приборов, инструкции по эксплуатации, процедуры технического обслуживания, планы действий в чрезвычайных ситуациях и материалы для обучения. На заводе также необходимо хранить документы, связанные с самими изменениями: заявки на внесение изменений, чертежи, записи о проверках безопасности перед началом производства, письменные записи о проведении обучения или уведомлениях для соответствующих сотрудников и т. д. Согласно требованиям OSHA к PSM, заводы должны каждые пять лет повторно проверять эффективность ранее проведенных анализов опасностей производственного процесса. Одной из важных задач при этом является рассмотрение изменений, произошедших за последние пять лет; для этого необходимо использовать соответствующую документацию. В настоящее время многие предприятия сталкиваются с проблемой несоответствия электронных версий чертежей PID реальному состоянию оборудования на производстве, а также с несоответствием руководств по эксплуатации оборудования его фактическим характеристикам. Это создает трудности в дальнейшем управлении производством, проведении анализа HAZOP и обучении новых сотрудников, работающих с оборудованием. На самом деле такая проблема возникает из-за зловещего круга, когда после каждого **небольшого изменения информация не обновляется вовремя. 4.4 После внесения изменений нельзя просто считать, что процедура изменений завершена после архивации соответствующих документов. Необходимо отслеживать эффективность внесенных изменений, чтобы убедиться, что достигнуты поставленные цели Есть ли другие побочные эффекты для технологической системы? Оказало ли это влияние на другие устройства в системе? Считается, что изменение завершено только после того, как при отслеживании будет подтверждено достижение поставленной цели изменения, отсутствие побочных эффектов, обновление информации о безопасности процесса, связанного с изменением, прохождение обучения соответствующими сотрудниками и архивирование соответствующих документов. 4.5 Управление временными изменениями Временные изменения также могут привести к катастрофическим последствиям. Хотя для временных изменений обычно не требуется обновлять чертежи и документацию, как это делается в случае постоянных изменений, тем не менее их необходимо рассматривать, утверждать, а также проводить проверки на безопасность перед вводом в эксплуатацию, как и в случае с обычными изменениями. Временные изменения включают: временное добавление или удаление оборудования из технологической системы, использование временных трубопроводов или клапанов в технологической системе, временное отключение критических сигналов тревоги или систем блокировки и т. д. Временные изменения должны быть восстановлены в исходном виде через определенное время, поэтому существует временной лимит. Завод может самостоятельно установить срок действия временных изменений — он может составлять несколько дней или недель. Если срок истекает, его можно продлить, но для этого требуется письменное разрешение. Даже в случае отсрочки срок обычно не должен превышать 6 месяцев; в противном случае при истечении срока действия текущей временной изменения потребуется подать новую заявку на временную изменение. 5. Заключение. Любые изменения могут привести к тому, что технологическая система отклонится от первоначально запланированного дизайна. Даже кажущиеся незначительными изменения, если их не управлять должным образом, могут иметь катастрофические последствия. Именно поэтому компаниям необходимо ввести процедуры управления изменениями и регламентировать процесс их внедрения. Компании необходимо назначить специалиста, ответственного за управление изменениями, и разработать подробные процедуры их управления. Следует четко классифицировать изменения и эффективно управлять рисками на всех этапах их реализации, чтобы свести риски к минимуму. 6. Список литературы: Center for Chemical Process Safety (CCPS), 1992. Руководство по техническому управлению безопасностью химических процессов (пересмотренное издание). American Institute of Chemical Engineers (AIChE) ； Центр безопасности химических процессов/CCPS, 1993. Руководство по проектированию с учетом требований безопасности процессов, (539 стр.). Американский институт химических инженеров, AIChE ； Центр безопасности химических процессов/ (CCPS), 1993. Управление безопасностью процессов и предотвращение аварий ； Аналитический случай: взрыв и пожар на предприятии по переработке полиэтиленового воска, № 2005-02-I-TX, июнь 2006 года ； AQ-T3034-2010 Руководство по внедрению системы управления безопасностью процессов в химических предприятиях ； «Руководство по внедрению системы управления безопасностью процессов на химических предприятиях» (AQ-T3034-2010) ； «Руководящие принципы по усилению управления безопасностью химических процессов», Главное управление по надзору за безопасностью № 3 [2013] 88.