2004年1月济南市某油库在接卸铁路油罐车时发生闪爆事故,造成一死一伤。2004年5月济南先后发生两起汽车加油站在给汽车加油时发生火灾的事故, 并造成人员烧伤。通过对这几起事故原因的鉴定分析, 认识到该类事故的发生有其偶然性,也有其必然性。为此,有必要对这些类似事故发生的原因做一详细分析, 找出具体应对措施,以避免该类事故的再次发生。
1 事故发生过程和现场勘察及检测情况
111 事故发生过程
2004年1月24日20点45分,济南市某油库在接卸铁路油罐车时, 当位于铁路最近头的油罐车( 60 m3 , 93 #汽油)基本卸空时, 在关闭鹤管阀门,开启鹤管竖管进气阀进气的瞬间(现场人员都听到尖锐的放气声) , 突然发生闪爆, 从油罐车罐口喷出火球,随即火焰自行熄灭,将正在油罐车上作业的一操作工打倒,头朝下摔到路基上,当场死亡。另一操作工被打倒在油罐车上, 随后摔下油罐车,造成腿部摔伤。
112 现场勘察及检测情况
经现场勘察,鹤管头部短接管从鹤管上断裂,掉落位置离油罐车大约50 m;鹤管阀杆呈向上开启状态;沿钢轨平行敷设有接地装置,水平接地体裸露于地表面, 并每隔20 m 与钢轨连接一次;输油管道(鹤管)已做接地,但接地引线的截面积达不到要求;在上栈桥扶梯扶手处设置有消除人体静电装置,为独立接地。经检测,油罐车下的钢轨未与接地装置连接, 致使该处钢轨接地阻值为3810Ω,其它地方钢轨接地阻值仅为015Ω;扶梯与栈桥护栏之间以及栈桥护栏与接地装置之间均未进行等电位连接。
2 事故原因分析
211 闪爆点的确定
根据闪爆发生的时间和现象分析, 闪爆点在槽车油罐内。理论上讲槽车油罐内的钢板和纯油品是不会发生闪爆的,只有当油气浓度达到爆炸极限加上空气和静电火花才可能被引爆, 因此确定事故闪爆点是在油罐内的油气空间中。
根据闪爆后设备损坏情况检查,发现鹤管头部短接管内壁底部有明显的爆炸黑色积聚物以及燃烧过的痕迹,且该处被熏的最黑,管口外部附近略有被熏黑的迹象。鹤管内壁中下部2m长的范围有被燃烧和烟熏过的迹象,且被熏黑的颜色从下往上逐渐变淡,表明闪爆的发生由下往上。另外,发生闪爆时,鹤管从油罐车内击出,鹤管头部的短接管被击出罐外几十米远处。根据此现象分析,很可能是鹤管管口处发生闪爆,而此时鹤管几乎与油罐底部接触,且呈垂直状态,闪爆产生的垂直向上的冲击力将鹤管从油罐车内顶出。由此,可判定闪爆点应在鹤管管口内壁有限的部位。如图1。
212 发生闪爆的原因分析
卸油鹤管头部内发生闪爆必须具有一定的引爆能量和可爆性油气混合物。引爆能量可以有多种形式产生。经过现场勘察、调查和实物分析,首先可排除人为因素造成。那么,根据引爆排除法分析如下:
( 1)当时无雷击;
( 3)未进行计量作业;
( 4)设备设施和工艺流程符合规范要求;
( 5)员工上岗均按规定穿着防静电工作服和防静电鞋;
( 6)作业中无金属敲击和碰撞;
( 7)无火种带入作业现场;
( 8)员工操作符合工艺操作要求。
因此, 可以排除雷击、电火花、金属摩擦、明火、人体静电放电、设备工艺不符合规定、违章作业等引爆的可能, 所以只存在静电放电引爆的可能。
213 造成静电放电的原因分析
21311 直接原因分析
( 1)由于两种物质接触后再分离时产生静电,其间电压U与电荷量Q成正比,而与带电系统的电容C成反比,即U = Q/C。在短时间内,电荷量Q不会发生突变,其间距离于接触时的微小距离相比急剧增加,使其电容量C急剧下降,从而导致静电电压达到很高的数值。在卸油过程中,油品分子之间以及油品与罐壁之间的摩擦产生了一部分静电。
另外,在开启进气阀后,鹤管内的存油以较快速度冲击油罐的底部,与鹤管罐壁摩擦加大,又产生了大量静电。残存在鹤管内的汽油由鹤管迅速回留至油罐车时,由于鹤管直径相对于油罐车直径要小的多,发生突变,致使系统电容量C急剧下降,发生突变,而此时积聚的静电电荷量Q不会发生突变,从而造成回落到油罐车内的汽油的静电电压U急剧升高,在汽油表面形成很高的油面电压。而此电压在油面上的衰减速度比较慢,不会瞬间消失。
( 2)在卸油过程中, 油罐车内充满了油气, 并混入了大量空气,形成可燃性混合气体。同时,在
开启进气阀时,空气快速进入鹤管内,甚至进入油罐车内,也形成可燃性混合气体,使鹤管内和油罐车内的油气浓度达到了爆炸极限。
( 3)从事故发生过程来看, 卸油时, 鹤管由油罐车顶部罐口插入罐底底部, 鹤管管口由几个齿支撑,便于油品被吸入鹤管内。卸油完毕时,操作员开启进气阀,使空气进入鹤管,便于让残留在鹤管内部的油品回落至罐内,以减轻鹤管重量,便于从油罐车内抽出鹤管,就在这时,发生闪爆。
操作员在开启进气阀时, 鹤管内的存油以较快速度回落到罐底。与此同时, 由于鹤管内存油下卸的反冲击力和开启放气阀的方向是向上提的双重作用,加之鹤管平衡灵活(阀杆呈向上开启状态) ,从而使鹤管向上发生少量位移, 使鹤管管口离开油面,在鹤管管口与油面之间形成放电间隙。
从前面分析来看, 从鹤管内回落到油罐内的汽油,在其表面形成很高的油面电压。由于油罐车直径大约是鹤管直径的20倍,该油面电压可升高至原来电压的20倍。假设在鹤管上产生的静电电压是600 V, 那么汽油表面的油面电压可达12 000 V。1万多伏的电位差足以使鹤管管口与油面之间产生间隙放电,从而引爆油罐车内的可燃性混合气体。另外,在鹤管管口处存在铸造毛刺,油面与毛刺等尖锐处也极可能产生间隙放电。这与当时事故发生时的情景也相吻合,即开启进气阀的进气瞬间发生了闪爆。
21312 其它影响因素
(1) 2004年1月24日20点45分时的气象情况如下:相对湿度为11% ,西南风ES = 2 m / s,温度t = - 5℃。这些气象要素表明,易于静电的形成。
(2)由于钢轨未与接地装置连接,即油罐车未接地,不利于静电电荷的消散。另外,经实际测量,鹤管的接地阻值为015Ω,钢轨的接地阻值为3810Ω,即油罐车的接地阻值为3810Ω [《石油库设计规范》( GB50074O2002)规定为不大于10Ω ) ] ,鹤管与油罐车之间未形成等电位。
这些因素也在一定程度上促成了此次事故的发生。
21313 汽车加油站静电火灾事故
两起汽车加油站火灾事故均是在给汽车加油完毕,将加油枪从汽车油箱中抽出时发生的。结合前面的事故原因分析可以看出,事故原因与油罐车接卸油时发生闪爆的事故原因相似。从事后对两处加油站的检测情况来看,同一加油站内的其它加油枪均做了接地,而恰恰发生火灾的加油机的加油枪均未做接地,不利于静电的消散。
3 小 结
(1)静电放电是造成油罐车内发生闪爆事故的主要原因。当开启进气阀时,鹤管向上发生少量位移,在鹤管管口与油面之间形成放电间隙。从鹤管内回落到油罐内的汽油表面形成很高的液面电压,与鹤管管口之间形成间隙放电,引燃油罐车内的可燃性混合气体,导致闪爆事故的发生。汽车加油时发生火灾的事故原因与此相似。
(2)建议在设计时取消进气阀装置。若已设计有进气阀装置,在进行接卸时如不使用潜油泵,必须停止使用进气阀,取消开启进气阀操作,避免鹤管内油气浓度可能达到爆炸极限;使用潜油泵接卸时,应缓慢开启进气阀,且进气阀必须采用向下开启,避免开启进气阀时造成鹤管上提的可能。
(3)结束作业提起鹤管前,要等鹤管竖管内的回油排完后延迟至少2 min,使油罐车内残油液面静电荷导走后,再提起鹤管,避免静电间隙放电。
(4)在给汽车加油完毕时,不要急于将加油枪从汽车油箱中抽出。加油枪必须与加油机之间做可靠等电位连接并接地。由于使用频繁,加油枪接地线极易断裂,应定期检查。
(5)输油管道、鹤管、油罐车、栈桥扶梯和金属护栏、钢轨以及消除人体静电装置等都必须做等电位连接并接地,且采用共用接地系统,接地电阻要求不大于1010Ω。铁路钢轨应每隔不大于20 m做一次接地,并在钢轨最近头做一次接地。
(6)建议在鹤管上增设一根等电位连接带,可采用编织铜带,一端固定在鹤管上,一端装有夹子。在卸油之前,将该等电位连接带与油罐车可靠连接,使鹤管与油罐车之间形成等电位,避免两者之间产生静电火花。
(7)易燃易爆场所的防雷防静电装置应在每年的春、秋两季进行一次检查检测,发现接地阻值过大、接地引线连接不牢靠或锈蚀等情况时,需及时进行整改。
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