1.3　过程装备事故及危害

1.3.1　过程装备常见事故

按照过程设备破坏失效形式，其事故一般可分为爆炸事故、腐蚀破坏事故、泄漏事故三类。

（1）爆炸事故

爆炸事故又分为物理爆炸和化学爆炸两种。

物理爆炸是指由于物质的物理变化即物质的状态或压力、温度发生突变而引起的爆炸。其爆炸前后物质的种类和化学成分均不发生变化。过程设备发生物理爆炸的情况通常有两种，一种是在正常操作压力下发生的，一种是在超压情况下发生的。正常操作压力下发生的过程设备爆炸，有的是在高应力下破坏的，即由于设计、制造、腐蚀的原因，设备在正常操作压力下器壁的平均应力超过材料的屈服极限或强度极限而破坏；有的是在低应力下破坏的，即由于低温、材料缺陷、交变载荷或局部应力的原因，设备在正常操作压力下器壁的平均应力低于或远低于材料的屈服极限而破坏。正常操作压力下发生的破坏常见于脆性断裂、疲劳断裂和应力腐蚀开裂。超压情况下发生物理爆炸而破裂，一般是由于没有按规定安装安全泄放装置或安全泄放装置失灵、液化气体充装过量而严重受热迅速膨胀、操作失误或违章超负荷运行等原因而引起的。这种破坏形式一般属于韧性断裂。发生物理爆炸时，一般升压速度都是比较快的，但是总有一段升压增压过程。

化学爆炸是指在设备内，物质发生极迅速、剧烈的化学反应而产生高温高压引起的瞬间爆炸现象。发生化学爆炸前后，物质种类和化学成分均发生根本的变化。

在过程工业生产中，发生的化学爆炸事故，绝大多数是爆炸性混合物爆炸。也就是可燃气体与空气混合达到一定的浓度后，遇火源而发生的异常激烈的燃烧，甚至发生迅速的爆炸。例如，2003年9月，韩城某一万立方湿式煤气柜在检修时产生火花，引起化学爆炸，造成6人死亡，3人受伤的较大生产安全事故。

（2）腐蚀破坏事故

在过程工业生产中，参与化学反应的介质以及化学反应的生成物大多是有腐蚀性的。腐蚀会导致过程设备的金属壁变薄、变脆，还会造成过程设备的跑、冒、滴、漏，严重的情况会使过程设备破裂而引起燃烧爆炸。例如，1992年6月27日，内蒙古某油脂化工厂因葵二酸车间水解釜水解生成的油酸对碳钢容器的腐蚀，使器壁减薄，强度降低，致使水解釜发生爆炸，造成8人死亡，14人受伤。

腐蚀一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。

化学腐蚀是指金属与周围介质发生化学反应而引起的破坏。其特点是腐蚀过程中没有电流产生。

电化学腐蚀是指金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的腐蚀破坏。其特征是在腐蚀过程中有电流产生。

（3）泄漏事故

在过程工业生产中，由于设备的密封不严、严重腐蚀穿孔、超压引起的设备与管道断裂等原因导致大量有毒、易燃气体或液体泄漏、溢出、喷出等而引起的事故。泄漏的有毒、易燃物质浓度超过一定量时，可造成中毒伤亡事故、燃烧爆炸事故等严重后果。例如，1997年6月4日，上海某化工厂氯气泄露，导致800多名市民不同程度中毒，814人被送入医院治疗，直接经济损失达2000多万元。

1.3.2　过程装备事故的危害

处在较为极端工况条件下的过程装备，一旦发生事故，除造成设备破坏外，还极易引发二次事故，造成更大的人员伤亡和财产损失。过程装备发生事故的直接危害主要有碎片打击、冲击波破坏、有毒气体、液体的毒害以及由此引发的二次爆炸伤害等。

（1）碎片的打击危害

对于过程装备而言，无论是过程机器还是承压类设备，一旦发生事故，设备本体都有可能破碎成大小不等的碎片。过程机器的高速运转部件自身具有较大动能，而承压类设备本身等同于巨型炸弹，特别是发生化学爆炸和物理爆炸的设备，设备破裂后的碎片等同于弹片，在巨大的能量作用下，也会具有较大的动能。这些碎片在飞出过程中，可能会洞穿房屋，破坏附近设备和管道，并危及附近人员生命安全。

碎片飞散范围取决于多方面因素，比如碎片大小、形状、初速度、抛射角度和方向、风速等。结合以往事故经验，较小碎片有时甚至被抛出几百米的距离，较大碎片也有可能飞出近百米的距离。其中2005年山东某尿塔爆炸后一块近百吨重的碎块飞出八十余米的距离，并在地上砸出一个七八米深的大坑，见图1-1，由此可见碎片的破坏力和破坏范围。

爆炸碎片除产生直接破坏外，一旦爆炸碎片击中周围设备或管道，又极易引发周围设备的破坏，进而引起连锁事故，造成更大的危害。

（2）冲击波危害

承压设备发生爆炸时，其中80%以上的能量是以冲击波的形式向外扩散的，这是承压设备爆炸能量释放的主要形式。承压设备发生爆炸后，其瞬间产生的高温高压气体迅速由受限空间（设备内部）向四周快速运动，像一个大活塞一样在一定时间内快速推动周围空气，使其状态（压力、密度、温度等）发生突变，形成压缩波和波阵面在空气介质中以突进形式向前传播，这就是冲击波。

在离爆炸中心一定距离的地方，空气压力会随着时间迅速发生变化，开始时压力突然升高，产生一个很大的正压力，之后迅速衰减，在很短时间内降至零，甚至是负压。如此反复循环几次，正压力逐渐降低，直至趋于平衡。冲击波产生的破坏主要是由开始时产生的最大正压力即冲击波波阵面上的超压Δp引起的。

在承压设备爆炸中心附近，形成的冲击波超压Δp值可以达到几个大气压，在这样的冲击波超压下，建筑物会被摧毁，设备和管道也会受到严重破坏，并造成人员伤亡。图1-2是某设备事故现场附近建筑物受爆炸冲击波作用后的损坏情况，从图中可清楚看到冲击波的破坏力。冲击波超压对建筑物和人体具体的伤害情况见表1-1及表1-2。

冲击波波阵面超压的大小与爆炸能量及周围地形有关，因此，承压设备爆炸事故发生后，通过判断周围建筑物的破坏情况，也可以预估爆炸能量大小。

（3）有毒气体、液体的毒害

过程装备所处理物料大多数具有毒性，例如液氨、液氯、二氧化硫、二氧化氮等气体和有害液体。当设备破裂后，有毒介质会发生泄漏，部分介质会流入地沟，造成严重的环境污染；部分介质汽化后，向周围扩散形成有毒蒸气云团，在空中飘移、扩散，笼罩很大空间，造成人和动物中毒，直接影响人们身体健康，甚至危及生命。毒物对人员的危害程度取决于有毒物质的性质、浓度和人员与有毒物质接触的时间等因素。人类历史上因为有毒气体泄漏扩散造成的惨痛案例层出不穷，最典型的是1984年印度博帕尔特大毒气外泄事故，其中45吨剧毒异氰酸甲酯泄漏，造成2500人中毒死亡，12.5万人受到伤害，近10万人终身残疾，20多万人被迫迁移。而在国内，因有毒气体扩散造成伤亡的事故也时有发生，如2005年无锡某化工厂氯气泄漏造成大量群众中毒住院治疗。

（4）二次爆炸伤害

处理物料为可燃性介质的过程设备发生事故后，其内部介质蒸发成气体与周围空气混合，极易达到其爆炸极限，在外部明火的作用下，就可能发生燃烧爆炸，并引燃剩余介质。爆炸燃烧后的高温燃气与周围空气升温膨胀，形成体积巨大的高温燃气团，使周围很大区域变成火海，或者引起更强的冲击波破坏。

因此，保证过程装备安全运行，是关系到生命财产安全以及社会稳定的大事。这就需要对物料和设备结构进行更为详尽了解，对可能的危险做出准确的评估并采取恰当的对策，对过程装备的设计、制造、运行、管理提出更高的要求，确保过程装备安全运行。