1.3　過程裝備事故及危害

1.3.1　過程裝備常見事故

按照過程設備破壞失效形式，其事故一般可分為爆炸事故、腐蝕破壞事故、泄漏事故三類。

（1）爆炸事故

爆炸事故又分為物理爆炸和化學爆炸兩種。

物理爆炸是指由于物質的物理變化即物質的狀態或壓力、溫度發生突變而引起的爆炸。其爆炸前后物質的種類和化學成分均不發生變化。過程設備發生物理爆炸的情況通常有兩種，一種是在正常操作壓力下發生的，一種是在超壓情況下發生的。正常操作壓力下發生的過程設備爆炸，有的是在高應力下破壞的，即由于設計、制造、腐蝕的原因，設備在正常操作壓力下器壁的平均應力超過材料的屈服極限或強度極限而破壞；有的是在低應力下破壞的，即由于低溫、材料缺陷、交變載荷或局部應力的原因，設備在正常操作壓力下器壁的平均應力低于或遠低于材料的屈服極限而破壞。正常操作壓力下發生的破壞常見于脆性斷裂、疲勞斷裂和應力腐蝕開裂。超壓情況下發生物理爆炸而破裂，一般是由于沒有按規定安裝安全泄放裝置或安全泄放裝置失靈、液化氣體充裝過量而嚴重受熱迅速膨脹、操作失誤或違章超負荷運行等原因而引起的。這種破壞形式一般屬于韌性斷裂。發生物理爆炸時，一般升壓速度都是比較快的，但是總有一段升壓增壓過程。

化學爆炸是指在設備內，物質發生極迅速、劇烈的化學反應而產生高溫高壓引起的瞬間爆炸現象。發生化學爆炸前后，物質種類和化學成分均發生根本的變化。

在過程工業生產中，發生的化學爆炸事故，絕大多數是爆炸性混合物爆炸。也就是可燃氣體與空氣混合達到一定的濃度后，遇火源而發生的異常激烈的燃燒，甚至發生迅速的爆炸。例如，2003年9月，韓城某一萬立方濕式煤氣柜在檢修時產生火花，引起化學爆炸，造成6人死亡，3人受傷的較大生產安全事故。

（2）腐蝕破壞事故

在過程工業生產中，參與化學反應的介質以及化學反應的生成物大多是有腐蝕性的。腐蝕會導致過程設備的金屬壁變薄、變脆，還會造成過程設備的跑、冒、滴、漏，嚴重的情況會使過程設備破裂而引起燃燒爆炸。例如，1992年6月27日，內蒙古某油脂化工廠因葵二酸車間水解釜水解生成的油酸對碳鋼容器的腐蝕，使器壁減薄，強度降低，致使水解釜發生爆炸，造成8人死亡，14人受傷。

腐蝕一般分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩種。

化學腐蝕是指金屬與周圍介質發生化學反應而引起的破壞。其特點是腐蝕過程中沒有電流產生。

電化學腐蝕是指金屬與電解質溶液間產生電化學作用而引起的腐蝕破壞。其特征是在腐蝕過程中有電流產生。

（3）泄漏事故

在過程工業生產中，由于設備的密封不嚴、嚴重腐蝕穿孔、超壓引起的設備與管道斷裂等原因導致大量有毒、易燃氣體或液體泄漏、溢出、噴出等而引起的事故。泄漏的有毒、易燃物質濃度超過一定量時，可造成中毒傷亡事故、燃燒爆炸事故等嚴重后果。例如，1997年6月4日，上海某化工廠氯氣泄露，導致800多名市民不同程度中毒，814人被送入醫院治療，直接經濟損失達2000多萬元。

1.3.2　過程裝備事故的危害

處在較為極端工況條件下的過程裝備，一旦發生事故，除造成設備破壞外，還極易引發二次事故，造成更大的人員傷亡和財產損失。過程裝備發生事故的直接危害主要有碎片打擊、沖擊波破壞、有毒氣體、液體的毒害以及由此引發的二次爆炸傷害等。

（1）碎片的打擊危害

對于過程裝備而言，無論是過程機器還是承壓類設備，一旦發生事故，設備本體都有可能破碎成大小不等的碎片。過程機器的高速運轉部件自身具有較大動能，而承壓類設備本身等同于巨型炸彈，特別是發生化學爆炸和物理爆炸的設備，設備破裂后的碎片等同于彈片，在巨大的能量作用下，也會具有較大的動能。這些碎片在飛出過程中，可能會洞穿房屋，破壞附近設備和管道，并危及附近人員生命安全。

碎片飛散范圍取決于多方面因素，比如碎片大小、形狀、初速度、拋射角度和方向、風速等。結合以往事故經驗，較小碎片有時甚至被拋出幾百米的距離，較大碎片也有可能飛出近百米的距離。其中2005年山東某尿塔爆炸后一塊近百噸重的碎塊飛出八十余米的距離，并在地上砸出一個七八米深的大坑，見圖1-1，由此可見碎片的破壞力和破壞范圍。

爆炸碎片除產生直接破壞外，一旦爆炸碎片擊中周圍設備或管道，又極易引發周圍設備的破壞，進而引起連鎖事故，造成更大的危害。

（2）沖擊波危害

承壓設備發生爆炸時，其中80%以上的能量是以沖擊波的形式向外擴散的，這是承壓設備爆炸能量釋放的主要形式。承壓設備發生爆炸后，其瞬間產生的高溫高壓氣體迅速由受限空間（設備內部）向四周快速運動，像一個大活塞一樣在一定時間內快速推動周圍空氣，使其狀態（壓力、密度、溫度等）發生突變，形成壓縮波和波陣面在空氣介質中以突進形式向前傳播，這就是沖擊波。

在離爆炸中心一定距離的地方，空氣壓力會隨著時間迅速發生變化，開始時壓力突然升高，產生一個很大的正壓力，之后迅速衰減，在很短時間內降至零，甚至是負壓。如此反復循環幾次，正壓力逐漸降低，直至趨于平衡。沖擊波產生的破壞主要是由開始時產生的最大正壓力即沖擊波波陣面上的超壓Δp引起的。

在承壓設備爆炸中心附近，形成的沖擊波超壓Δp值可以達到幾個大氣壓，在這樣的沖擊波超壓下，建筑物會被摧毀，設備和管道也會受到嚴重破壞，并造成人員傷亡。圖1-2是某設備事故現場附近建筑物受爆炸沖擊波作用后的損壞情況，從圖中可清楚看到沖擊波的破壞力。沖擊波超壓對建筑物和人體具體的傷害情況見表1-1及表1-2。

沖擊波波陣面超壓的大小與爆炸能量及周圍地形有關，因此，承壓設備爆炸事故發生后，通過判斷周圍建筑物的破壞情況，也可以預估爆炸能量大小。

（3）有毒氣體、液體的毒害

過程裝備所處理物料大多數具有毒性，例如液氨、液氯、二氧化硫、二氧化氮等氣體和有害液體。當設備破裂后，有毒介質會發生泄漏，部分介質會流入地溝，造成嚴重的環境污染；部分介質汽化后，向周圍擴散形成有毒蒸氣云團，在空中飄移、擴散，籠罩很大空間，造成人和動物中毒，直接影響人們身體健康，甚至危及生命。毒物對人員的危害程度取決于有毒物質的性質、濃度和人員與有毒物質接觸的時間等因素。人類歷史上因為有毒氣體泄漏擴散造成的慘痛案例層出不窮，最典型的是1984年印度博帕爾特大毒氣外泄事故，其中45噸劇毒異氰酸甲酯泄漏，造成2500人中毒死亡，12.5萬人受到傷害，近10萬人終身殘疾，20多萬人被迫遷移。而在國內，因有毒氣體擴散造成傷亡的事故也時有發生，如2005年無錫某化工廠氯氣泄漏造成大量群眾中毒住院治療。

（4）二次爆炸傷害

處理物料為可燃性介質的過程設備發生事故后，其內部介質蒸發成氣體與周圍空氣混合，極易達到其爆炸極限，在外部明火的作用下，就可能發生燃燒爆炸，并引燃剩余介質。爆炸燃燒后的高溫燃氣與周圍空氣升溫膨脹，形成體積巨大的高溫燃氣團，使周圍很大區域變成火海，或者引起更強的沖擊波破壞。

因此，保證過程裝備安全運行，是關系到生命財產安全以及社會穩定的大事。這就需要對物料和設備結構進行更為詳盡了解，對可能的危險做出準確的評估并采取恰當的對策，對過程裝備的設計、制造、運行、管理提出更高的要求，確保過程裝備安全運行。