巴顿溶剂公司静电火花引爆可燃液体储罐事故

巴顿溶剂公司静电火花引爆可燃液体储罐事故美国化学安全与危险调查委员会（CSB）1简介2007年7月17日9时左右，位于美国堪萨斯州山谷中心的巴顿溶剂公司威奇托工厂发生了爆炸和火灾事故。11名当地居民和1名消防队员接受了医学治疗。这次事故导致大约山谷中心6000名居民撤离，摧毁了1个储罐区并且极大地影响了巴顿溶剂公司的经营业务。美国化学安全和危险调查委员会（CSB）的调查结论是：最初的爆炸发生在一个装有清漆和涂料制造公司（VM&P）石脑油的立式地面储罐内。石脑油是美国防火协会（NFPA）的一类B级可燃液体，它能够在储罐内部产生可点燃的蒸气—空气混合物，并且因为它的低导电性，能够积累起达到危险程度的静电等级。CSB发布这个案例研究是帮助公司了解能够在储罐内部形成可点燃的蒸气—空气混合物、且具有静电荷积累性质的可燃液体的危险性。另外，CSB要促使公司采取额外的预防措施防止类似巴顿溶剂公司威奇托工厂的爆炸和火灾事故的发生。这个案例研究也检查了行业的物料安全数据单（MSDS）的危险交流方法，并且提出了建议以确保MSDS能够识别这些危险和概述相应的预防措施。2事故描述最初的爆炸发生在罐区班长开始将装有VM&P石脑油油槽车的最后一节油车向15000加仑（1美制加仑=0.003785411784立方米，约57m3）地上储罐进谁处于风险中…是那些将大量易燃液体转移（抽取）进入或出来储存罐的公司。引论•不导电的易燃液体在运输和储存中会积聚静电。•静电火花可以轻易地点燃储罐内可燃物蒸气-空气的混合物。•物料安全数据单(MSDSs)往往不能充分反应危险数据和注意事项。行转输作业后不久，见图1所示。图1VM&P石脑油罐和浮子爆炸将VM&P石脑油储罐冲上了天，石脑油储罐拖着燃烧液体的烟云和火焰的尾巴，最终落在了距离原址大约约130英尺（40m）远的地方。目击证人从几英里远的地方都听到了爆炸声并看见了火球。不久两个油罐发生了破裂，罐内的油品泄漏到罐群周围的溢流堰范围之内的、正在燃烧的大火之中。在大火燃烧期间，其它油罐的油品出现了过压或者被点燃，将直径10-12英尺（3.0~3.7m）的钢制罐顶崩了出去，排气阀门、管件和钢制部件离开了原来的位置，飞到了附近的社区。一个钢制罐顶击中了一台大约300英尺（90m）远的移动房屋，并且一个压力/真空阀门击中了附近400英尺远的一家公司（图2和图3）。图2储罐的顶部击中了一个移动房屋图3压力真空阀袭击了相邻的工厂3可燃液体和静电当可燃蒸气—空气混合物和点燃源（例如静电火花）同时存在时，火灾才能发生。在正常的处理温度下，像汽油类可燃液体储罐可能含有蒸气—空气混合物，但是因为混合物中的蒸气浓度太高，处于爆炸极限范围之外，这个混合物就不能够被静电火花点燃。然而，VM&P石脑油和其它可燃液体（例如，许多NFPAⅠB级可燃物）在正常的处理温度下能够形成可燃蒸气—空气混合物。当液体流过管道、阀门和过滤器时，静电就可能产生。静电也可能出现在输送水或空气、喷洒的过程中，以及油罐底部的沉积物呈现悬浮的状态时（Britton,1999）。因为像VM&P石脑油这类非导电体消散静电荷速度较慢，它们具有能够在罐内产生火花的危险性静电积累的风险。4原因分析CSB确定了下列几个因素可能与最初的爆炸相关：•这个储罐的顶部含有可燃的蒸气—空气混合物。•停止-开始装料、输送管路中的空气、沉积物和水导致了VM&P石脑油储罐内部快速的静电荷积累。•这个储罐配有一个带有松散连接的液位计量系统，在装料期间，这个连接可能分离和产生火花。•有关这次事故的VM&P石脑油物料安全数据单（MSDS）没有合理地阐明爆炸危险性。能够形成可燃性蒸气—空气混合物，并且具有静电荷积累性质的常见可燃液体包括：•VM&P石脑油•环己胺•正庚烷•苯•甲苯•正己烷•二甲苯•乙基苯•苯乙烯4.1VM&P石脑油的可燃性美国化学安全与危险调查委员会（CSB）测试了引起爆炸的VM&P石脑油，目的是确定爆炸发生时油罐内部是否存在可燃蒸气—空气的混合物。检测结果表明，在大约25℃（事故发生时VM&P石脑油的温度）时，在储罐的顶部含有可燃的蒸气—空气混合物。静电火花的能量能够点燃这些蒸气—空气混合物。4.2油罐液位浮子的设计巴顿公司使用的油罐液位计量系统浮子的设计中包含浮子与钢丝连接处的一个松散连接，这个连接能够产生轻微的分离，从而干扰了接地效果并有产生火花的可能性（见图4）。美国化学安全与危险调查委员会（CSB）的结论是：开、停泵期间的扰动和飞溅产生了快速的电荷积聚，也可能产生与浮子相连的计量系统钢带的松弛，从而导致连接的分离和火花的产生。图4浮子连接和火花可能产生的区域4.3连接和接地正常的连接及接地可能是不够的!处理、运输、储存可燃液体的公司应该联系厂商来确定这些液体是否会积聚达到危险程度的静电水平以及这些可燃液体是否能够在存储容器里面形成爆炸性蒸气-空气混合物。如果真是上述情况，除了正常的连接及接地外，有必要另外增加预防措施。连接是指将一个导电体，像罐车的接地线，连接到一个转移泵上，实现平衡各自的电位而消除火花的方法（见图5）。图5连接和接地方式接地是使用一个导体使之与大地连接，从而向大地消散积聚的电荷、雷电和设备故障导致的电流，让它们远离人员、设备和可燃混合气。根据这次爆炸的证人描述，油罐车、泵、管道和储罐在事故发生时都进行了连接和接地。然而，发布的安全指南显示，适用于一般转输和储存作业的连接和接地措施对于非导体的可燃液体的处理可能不充分。非导体的可燃液体积累静电荷，但是消散静电荷的速度比导体要慢，因而需要采取其他的措施。4.4输送液体的过程中的电荷积聚巴顿溶剂公司从三个分离的油罐车向VM&P石脑油罐转输VM&P石脑油。在油罐车一个接一个的交替输送、输油管反复连接过程中，空气被引入石脑油罐中。研究发现，当非导体液体被输送到储罐期间，机泵启动的时候，静电能够快速地积累（Walmsley,1996）。在这个案例中，静电积累可能被空气泡加剧，也可能由于石脑油罐中可能存在的悬浮沉积物和水而被加剧。另外，爆炸发生时，VM&P石脑油罐大约装填了30%的石脑油，这种情况可能已经产生了接近于装填期间最大的液体表面电势（电压）。4.5物料安全数据表根据职业安全及健康管理局（OSHA）的危害通信标准（HCS），员工都需要并有权知道他们所工作的环境中化学品的特性和危害。其目的是确保化学品制造商和进口商的危害评估并通过危害通信程序将危害信息以及适当的预防措施传递给雇主和员工。传达这一信息的主要方法是通过详细的技术公告，该技术公告通常被称为物料安全数据表（MSDSs）。由巴顿石脑油制造商提供的物料安全数据表表明：该物料可能积累静电载荷并放电点燃积累蒸气。然而，数据表并未提供关于物料重要的物理和化学性质的数据，也未对该物料可能在储罐内形成可燃蒸气--空气混合气体提出警告。除了正常的连接和接地外，数据表也未列出可以帮助巴顿公司防止这次爆炸的任何其他预防性措施及相关的共识指南参考。为了预防类似石脑油这样可燃液体发生爆炸，物料安全数据表（MSDSs）应传递以下信息：a对可能在储罐内形成可燃蒸气--空气混合物并且能够产生静电积累的这类物料进行警告提示；b仅靠连接和接地不一定达到预防事故的目的；c列出额外预防措施的具体实例（见第5部分）以及为预防静电放电对已公布的指南提出参考；d给出电导率测试数据，从而让公司知道物料积累静电程度，并将之与已公布的指南进行比较。关于已公布的指南信息，详见本报告结尾的信息来源部分。4.5.1工业物料安全数据表审查美国化学安全与危险调查委员会（CSB）对62种非导电性可燃液体（其中多数被广泛使用）的物料安全数据表进行审查，以确定他们是否提供危险警告，预防性措施，参考指导及上述讨论的导电率测试数据。a）静电累积物和储罐可燃蒸气--空气混合物存在可能性：在所有审查的物料安全数据表中，39份（占67%）含有对物料积累静电可能性作出警告。近乎物料安全数据表（MSDSs）物料安全数据表通常未能传达可能产生静电点火危害的可燃液体主要的物理化学性质及预防措施或指南性的参考等信息。使用物料的公司应该联系制造者（或熟知相关共识指南的专家）获取这些信息。制造商反过来应该更新他们的物料安全数据表以提供重要安全信息。所有（占97%）的数据表包含对可燃易燃蒸气的警告。但是，仅有一份数据表对物料在储罐内可能形成可燃蒸气--空气混合物提出明确的警告。b）防止爆炸的具体预防措施和参考指导：在审查的物料安全数据表中，有52份（占84%）建议所使用的公司适当地安设连接和接地装置，但是仅有7份（全部由同一制造商编制）指出：单靠连接和接地可能不足以阻止静电放电。这7份物料安全数据表，外加其他的11份均引用美国国家防火协会NFPA77和API2003标准（注：NFPA77和API2003是公认的防止静电的安全指导标准），但都没有明确警告说明单靠连接和接地预防可能是不够的。62份数据表中，仅有8份提供了一个或多个明确的预防措施，比如：向油箱顶部添加不燃（惰性）气体、添加防静电剂、或在输送过程中减少输送流速等。c）导电率测试数据：仅有3份物料安全数据表（全部由同一制造商编制）含有了导电率测试数据。4.5.2编制物料安全数据表的监管和共识指南为帮助制造商编制物料安全数据表提供指南，本节讨论三类化学品危害分类体系。职业安全与卫生管理局制定了监管要求以规范物料安全数据表的内容。1）职业安全与卫生管理OSHA：职业安全及健康管理（OSHA）将危害通信标准（HCS）描述为很大程度上的绩效导向标准，这种标准让雇主可以灵活地将规则与工作场所的需要相适应，而不必遵循特定的、严格的要求。因此，危害通信标准通常将信息分类视作物料安全数据表的一部分，主要包括：物料物理化学特性，物理危害性，适用的预防措施或安全处理物料的控制措施。然而，无论是标准的自身还是其依附条例均未对特定的物理化学数据，危害警告或处理化学危害的必要预防措施作出标识。危害通信标准规定数据表的编制人员主要职责是从这些宽泛的分类中鉴定特殊危险性。职业安全与卫生管理的咨询文件（符合OSHA危险通讯标准的危险检测指南）旨在帮助物料安全数据表编制者识别和传达化学品危险信息。虽然文件以附标签和物料安全数据表的方式列举一些数据和物理危害，但是它没有阐明与静电积聚可燃液体相关数据和危害性。2）化学品分类和标记全球协调制度（GHS）：化学品分类和标记全球协调制度（GHS）（最早在2002年12月份被GHS小组委员会所采用）是一种首创，旨在就建立危险化学品分类分销国际标准达成国际共识，并为物料安全数据表的编制创造相符合的条件。化学品分类和标记全球协调制度（GHS）已经历过2次修订：一次是2005年，另一次在2007年。GHS小组专家委员会表示，该制度已准备投入全球广泛应用。GHS虽提供了识别和分类易燃液体的具体标准，但它并没有提供周围环境温度下储罐内可燃液体与静电累积作用下可燃液体的分类标准或警告指示。此外，GHS对物料安全数据表的编制是否包括导电率测试数据未做要求。OSHA参与了化学品分类和标记全球协调制度（GHS）的制定过程，并于2006年9月12日发表了法规制定提案（联邦注册#71：53617）预先通告，表明其打算将GHS指南纳入危险通讯标准要求的意图。3）美国国家标准研究所（ANSI）Z400.1-2004“美国危险工业化学—物质安全数据表国家标准草稿”：ANSIZ400.1-2004是一种自愿共识标准，并被职业健康安全局（OSHA）的HCS执行指令作为一个共识性标准，为MSDS制定者提供了有效的指导。因为职业健康安全局HCS是基于绩效的，它为MSDS制定者提供最低限度的实质性指导。美国国家标准化组织（ANSI）Z400.1的制定提供这方面的信息指导，它确保MSDS中包含的信息遵守职业健康安全局的HCS，并且包括其他用以帮助MSDS制定者遵守州和联邦环境和安全规则的指导。美国国家标准化组织（ANSI）Z400.1给出了以下关于避免或限制操作常见警告的例子：“为减少静电放电的可能性，运输物质时连接和