1.事故简介2001年2月2日，位于美国印第安纳州Chesterton的Bethlehem钢铁公司Burns Harbor分厂内，作业人员正在尝试从焦炉煤气（CokeOven Gas，COG）管线上拆除一个盲板和一个破裂的阀门时，发生可燃液体泄漏并被点燃，导致4M轧板机车间的熔炉区域发生大火，事故造成1名Bethlehem钢铁公司技术工人和1名Onyx工业服务公司（真空槽车承包商）监督人员死亡，另有1名技术工人重伤，3名技术工人轻伤。 2.焦炉煤气在缺氧环境中把煤加热至高温（约1200℃）进行碳化生产焦炭。炼焦过程中生成的挥发性物料和气体经蒸发除掉，剩下固态焦炭。BurnsHarbor分厂的煤化工装置除去焦炉煤气原料中的杂质，生成工厂使用的燃料。 焦炉煤气的总流量大约是2.3′106m3/天，工厂内气体用户包括发电站和高炉。40%的焦炉煤气用于加热炼焦炉装置，剩下的60%气体用于工厂的其他装置，没有被装置消耗而剩余的气体通过火炬塔燃烧处理。 煤化工装置不能除去焦炉煤气中携带的全部冷凝物。焦炉煤气进入分配系统管线时的温度为29℃~43℃，随着管线中气体温度逐渐冷却，蒸汽不断凝结液化，生成的液体被带到焦炉煤气系统下游的一系列间隔的排凝点（如图1所示），收集进入储罐进行循环使用和处理。 图1：正常操作情况下冷凝物排放示意图 根据Bethlehem钢铁公司提供的焦炉煤气安全技术说明书，其主要组分是甲烷气体，占43%~53%，还有一些微量组分，例如丁烯（＜0.8%）、甲苯（＜0.5%）和二甲苯（＜0.3%）。根据BurnsHarbor分厂提供的焦炉煤气冷凝液安全技术说明书，焦炉煤气冷凝液比重为1，沸点为100℃，该数据表明通常情况下焦炉煤气冷凝液主要成分是水。 3.事故发生过程3.1 事故发生前（1）熔炉停运和拆除 #4间歇式熔炉于1992年关停，当时还关闭了一个25cm隔离闸阀，以防止焦炉煤气物料进入熔炉，因此，在该阀门上部的直径为25cm的管线上形成了一段长度约7.6m的垂直盲管段，与焦炉煤气分配管系相连通，如图2所示。2000年夏天开始进行熔炉拆除工作，熔炉结构被推倒后现场结构残骸成堆。 图2：#4间歇式熔炉的焦炉煤气管线 （2）2001年1月1日，发现泄漏 2001年1月1日中午左右，员工发现焦炉煤气从#4熔炉上的25cm闸阀上的一个大裂口处泄漏出来。下午4:00，关闭了位于轧板机顶部的50cm手动闸阀，停止焦炉煤气物料向车间内的输送。同时，熔炉燃料由焦炉煤气切换为天然气。 （3）2001年1月5日，安装盲板 1月2日~5日，多位负责人开会讨论了泄漏阀门问题，决定在泄漏的阀门上部的法兰上安装一个盲板，而不是更合适的配有排凝阀的盲板组合。如果选择装配带排凝阀的盲板，需要较长时间，而且车间想尽快把燃料由天然气切换为成本较便宜的焦炉煤气。 1月5日，3名技术工人被安排负责安装盲板作业，并被告知50cm焦炉煤气阀门处于关闭状态，而且系统管线内的焦炉煤气已被排空。技术工人首先拆除了2个螺栓，并使用可燃气体探测器检测法兰区域是否出现可燃气体，没有发现可燃气体。然后继续进行盲板安装作业，当拧松并拆掉剩余的螺栓时，类似糖浆稠度的焦油状残渣开始从法兰处喷射而出，导致盲板安装作业受阻。技术工人立刻用锤子把盲板砸进法兰开口处，然后重新安装并上紧螺栓。 3.2 事故发生2001年2月2日的上午，为了进行阀门拆除作业，技术工人首先拆掉了阀门底部的螺栓，在阀门下部形成约15cm的开口空间。然后拧松阀门顶部法兰上的螺栓，一小股液体物料开始从法兰处喷射出来，附带有黑色的焦油状物质，随后阀门突然下落了数厘米（如图3所示），可燃的冷凝液喷射而出，迅速浸湿了管线处的2名技术工人和Onyx监督。冷凝液被点燃着火，另1名技术工人看到火焰从北向南沿墙壁向阀门处蔓延。当火焰蔓延到阀门和敞口的管线处，发生爆炸，同时可燃液体向四周喷射。 图3：可燃液体泄漏示意图（2001年2月2日） 管线处的2名技术工人被火焰吞没，跌落到熔炉结构的后面，其中1人死亡，另1名受到烧伤和挫伤。Onyx监督从架高通道的东侧摔落到熔炉结构残骸上，受到致命烧伤。（由于拆除作业影响，架高通道的东侧没有栏杆扶手）。第3名技术工人跑着穿过火焰，越过残骸堆，被严重烧伤。第4名技术工人沿楼梯穿过火焰时吸入大量烟气。 4. Bethlehem钢铁公司生产事故分析根据2月2日事故调查情况，CSB调查组发现BurnsHarbor分厂的4M轧板机车间主要存在4个方面的问题：
4.1冷凝液事件从1月1日第一次发生泄漏到2月2日发生火灾，发生的3起事件已经说明焦炉煤气系统中的冷凝液量异常高，而且冷凝液不是工作人员所认为的那种常规不可燃成分。管理层没有认识到这些冷凝液问题与破裂阀门维修风险之间的关系。 （1）2001年1月5日，#5熔炉燃料切换问题 在1月5日晚班期间，盲板安装之后，操作工重新打开50cm焦炉煤气阀门，把熔炉用燃料由天然气切换回焦炉煤气。操作工在交接班日志文件中记录到：“先后两次尝试把#5熔炉燃料切换为焦炉煤气，但每一次都不能成功点火，并喷出黑色浓烟，充满车间通道。由于管头很明显充满了水，熔炉燃料又切换为天然气。”这是进熔炉的焦炉煤气管线中出现冷凝液聚集的第一个迹象。 （2）2001年1月30日，#2熔炉火灾 1月30日，可燃的焦炉煤气冷凝液进入#2连续式熔炉的燃烧器，导致大规模火焰从熔炉通道口喷涌而出，同时燃烧着的液体从熔炉内喷射出来，火焰迅速吞没了通道。尽管BurnsHarbor员工位于熔炉区域，但是没有造成人员伤亡。 （3）2001年1月31日，#1熔炉发生冷凝液泄漏 1月31日，当技术工人正在焦炉煤气管线上安装8字盲板，目的是隔离#1连续式熔炉进行例行维护。盲板安装过程中，约76L的冷凝液泄漏出来。 1月5日负责安装盲板的技术工人和2月2日负责阀门拆除作业的技术工人都没有意识到，焦炉煤气管线系统中存在过量的冷凝液。 4.2作业计划（1）盲管段风险控制 当#4熔炉关停时直径为25cm管线上形成了一段长度约7.6m的垂直盲管段，而1月1日被发现的破裂的阀门位于盲管段的底部。盲管段内液体可能聚集、结冰冻结，甚至造成阀门破裂，这些问题本应该能够通过采取措施解决，例如拆除盲管段，或者通过外部加热和保温消除冻住的风险。 （2）书面吹扫程序 1月5日和2月2日进行的作业都没有制定相应的书面吹扫程序，管理层和工作人员错误地认为焦炉煤气冷凝液是不可燃的，管线内残留的冷凝液不会对人员造成威胁，因此作出了错误的决策。对于小型作业或者被认为是不危险的作业，执行吹扫程序的规定有时会被操作人员或者维修人员忽略。 （3）安装盲板 1月1日焦炉煤气分配管线关闭后，4M轧板机车间的熔炉燃料被切换为天然气。管理层的初步计划是拆除破裂的阀门，并用配有排凝阀的盲法兰代替，这样的话就能提供一个冷凝液排放点。但是，在1月5日，管理层决定在破裂阀门上部的法兰上安装一个盲板。 选择安装盲板，而不是配有排凝阀的盲法兰，能够使得车间熔炉燃料更快地切换回成本便宜的焦炉煤气。然而，安装的盲板造成无法安全地排放集聚在盲管段内的液体，如果安装了盲法兰和排凝阀，就能够安全地排放盲管段内的液体。 （4）点火源 阀门拆除作业开始时，现场区域存在2个潜在的点火源，但是CSB调查组无法确定是哪个点火源引发的火灾：
（5）拆除活动带来的风险 #4熔炉于1992年关停，2000年夏天，决定拆除该熔炉结构。关于熔炉的拆除作业，没有制定相应的书面程序，也没有进行安全审查，没有考虑到拆除活动可能产生的风险。2000年感恩节周末期间，使用车间起重机推倒了该熔炉结构，形成大范围的残骸堆。受拆除活动的影响，破裂阀门周围的作业区域存在以下危险因素：
（6）安全和维护程序的沟通 安全信息没有从管理层有效地传递到负责维修作业的技术工人和承包商，轧板机车间与技术工人监督之间、作业监督与技术工人和承包商之间的所有沟通都是口头的。据技术工人和Onyx人员称，1月5日和2月2日，他们都没有被告知可能出现的任何可燃物质以及之前发生的事故。 如果这些工作开展之前制定了书面安全许可，很可能就发现了缺少排凝程序的问题，也就能促使工作人员考虑其他的作业方案，从而避免事故的发生或者降低事故的严重程度。准备和执行安全作业许可或者吹扫程序的过程也能够让BurnsHarbor分厂有机会采取其他安全措施，例如清除点火源、改善作业区域的出口或者消防准备等。 4.3冷凝液组分和清除（1）盲管段 CSB调查组认为，造成25cm阀门破裂的原因很可能是盲管段内水冻结并发生膨胀造成的。破裂口位于该阀门的上法兰片上，闸板上部。1月5日安装盲板后，盲管段仍然存在，并形成一个焦炉煤气冷凝液继续聚集的空间。 （2）焦炉煤气管线中出现可燃液体 从煤化工装置出来的焦炉煤气的平均温度为37.8℃，一般含有10%的水蒸汽。随着气态物料通过焦炉煤气分配管线系统，温度下降，水和重组分（包括苯、甲苯和二甲苯）从气体中冷凝出来。冷凝液从管线低点排放出来，进入沿管线路径布置的储罐中，再由真空槽车定期运走，如图1所示。 1999年8月，技术工人为了进行维修作业，从位于轧板机车间顶部的焦炉煤气冷凝液排放管线上拆除了一部分保温层，作业后该部分保温层没有更换。轧板机车间的防冻程序包括对已知易受低温冻结影响的位置进行防护措施检查，但是没有要求进行调查或检查，识别可能需要防冻保护或者防冻保护缺失的其他区域。 Burns Harbor分厂所在地区在12月中旬至1月中旬期间，环境温度一般都低于0℃。2000年12月中旬，轧板机车间的焦炉煤气冷凝液停止向储罐内排凝。管线在缺失保温层的情况下，冷凝液中的水可能发生冻结凝固，堵塞了排凝管线。焦炉煤气分配管线中的水开始聚集并冻结，随着水的冻结，可燃物质残留在液相中并漂浮在水和冰的顶部，如图4所示。 图4：可燃液体聚集的可能场景 随着焦炉煤气管线内液体/冰液位的上升，可燃液体可能通过集聚的液体/冰的顶部或者被夹带到焦炉煤气中进入熔炉管线，如图5所示。这些可燃液体可能在管线的最低点聚集，例如#4熔炉的盲管段，也就是之后发生泄漏和点燃的位置。 图5：可燃液体移动的可能场景 （3）冷凝液清除速率的变化 Onyx工业服务公司使用真空槽车运走排放到储罐中的焦炉煤气冷凝液。Onyx每周向公用工程部门提供一份每天从每一个储罐内运走的冷凝液量的打印报表，但是，储罐和真空槽车都没有安装液位计和流量计，无法测量被转移的物料量。如果从储罐中没有运走冷凝液，Onyx的每日汇总表中该储罐则显示为0。 通常情况下，冷凝液储罐每周排空数次。从2000年12月11日至2001年1月底期间，轧板机车间储罐一直没有抽出冷凝液。但是，在相同时间内，从轧板机车间储罐上游的焦炉煤气分配管线的一个冷凝液储罐中抽出了2倍于正常量的冷凝液，这说明冷凝液正在管线内聚集。但没有采取措施调查或者处理这个问题。 4.4 风险沟通和培训CSB访谈的大部分Bethlehem Steel公司员工都不认为焦炉煤气冷凝液存在可燃风险。CSB访谈了11名BurnsHarbor分厂监督，其中只有4人认为焦炉煤气冷凝液可能具有可燃性，1人则不知道。18名操作工，其中8人认为焦炉煤气冷凝液可能具有可燃性，7人则不知道。CSB调查组访谈的大部分Onyx工业服务公司员工也都认为焦炉煤气冷凝液主要成分是水。熟悉煤化工装置区域的员工则意识到了冷凝液的潜在可燃性。 Bethlehem Steel员工参加了OSHA要求的风险沟通培训，培训内容包括焦炉煤气的可燃性以及焦炉煤气中含有大量的一氧化碳。但是，没有讨论冷凝液潜在的可燃风险问题。Bethlehem Steel关于焦炉煤气冷凝液的安全技术说明书没有提到可燃性风险，认为一般情况下是不可燃的。 5. Bethlehem钢铁公司生产事故原因5.1 根本原因（1）关于维护作业的监督、计划和执行的管理系统不完善。
（2）焦炉煤气冷凝液可燃性和冷凝液积聚速率的变化带来了风险，但是Bruns Harbor分厂没有监测和控制这些风险的系统措施。
（1）设备停运和拆除活动可能带来一定风险，但是BurnsHarbor分厂不具备识别和处理这些风险的控制程序。
6. CSB调查组建议6.1 Bethlehem 钢铁公司和Burns Harbor分厂（1）执行作业授权程序，针对可能导致较高级别风险的作业（例如可能含有可燃液体的管线开口作业，且没有低点排凝），要求更高级别的管理审查、批准和监督管理。 （2）对整个车间的焦炉煤气冷凝液的积聚和可燃性进行监控，及时处理冷凝液积聚速率和可燃性变化带来的潜在风险。 （3）针对车间的盲管段进行全面检查，并采取措施处理相关风险。为装置员工编制关于盲管段风险控制和预防的指导手册。 （4）为管线低点提供排凝措施，确保潜在可燃物料的安全排放。 （5）当涉及焦炉煤气或其冷凝液管线和设备的作业时，确保BrunsHarbor分厂和承包商的员工接受可能存在可燃液体风险的培训。 （6）建立相关程序，当维护作业需拆除保温层，确保作业完成后重新安装保温层。 6.2 Bethlehem 钢铁公司（1）针对所属的钢铁生产设施，对作业授权、管线和设备开口、盲管段管理程序和停运拆除活动等进行定期审查，并与公司员工分享审查结果。 （2）修订焦炉煤气冷凝液的安全技术说明书，强调潜在的可燃性风险。确保所属的钢铁生产设施的管理层对员工进行培训，并告知承包商，当作业涉及焦炉煤气冷凝液管线和设备开口时可能存在可燃性液体。 （3）将本调查报告的结果与所属钢铁生产设施的员工和承包商进行分享和交流。 事故案例分享： |
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