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美国Air Products充装转运场爆炸着火事故官方调查报告 事件简述
灾后现场
· 2019 年 6 月 1 日，Air Products空气产品公司位于加利福尼亚州圣克拉拉的氢气充装转运场在对管束车进行氢气充装时，发生了严重的氢气泄漏，造成爆炸着火。 · 由于两个拖车司机私自拆卸和维修疑似泄漏的阀门，过程中沟通失误，导致氢气从拆卸的管道口中喷出。大量氢气与空气混合后在几秒钟内就发生了爆炸，并形成高压喷射火焰。火灾和爆炸产生的高温再次导致现场部分管道设施损坏，并触发管束车部分管束泄压装置启动，大量的氢气在现场扩散，以致火焰影响到相邻车辆。此次事故释放了大约250公斤的氢气。现场AP公司工作人员对其它管束拖车和储罐用消防水进行降温和隔离，防止继续扩大。 · 圣克拉拉消防局到达现场迅速反应，及时封锁并疏散周边人员。消防员扑灭了着火的柴油油箱和轮胎的火焰，并使用高压消防水及消防泡沫对其他氢气管束车、液氢罐车、液氢罐进行隔绝降温处理，避免火灾进一步扩大。
· 事故中Air Products公司工作人员和圣克拉拉消防局的应急响应迅速和有效的。事故后统计，有两名员工受轻伤。充装区停放的几辆管束车受损严重，充装设施工艺区受到火灾的波，周边建筑受爆炸影响，轻微受损。 事故原因
俯瞰四至图
· Air Products公司对事故进行了原因分析： 1）两司机违反规程未经审批擅自处理泄漏； 2）两司机沟通失误。 整改内容： 1）修改完善充装工艺流程； 2）加强司机安全及操作规程培训和学习；
3）增加完善控制标识。 · 事故调查组总结了事故经验教训。并提出了对现有《国家消防协会氢技术规范》、《压缩气体协会指南》和交通部氢气管束车拖车相关标准法规进行修改的建议。建议对氢气充装设备设施的工艺流程进行可行性研究及风险评估，以验证和推进整改内容。 设施工艺
工艺流程图
· Air Products公司充装区域有五个停车位。1号位用于停放液氢罐车，下方为液氢储罐，2号至5号位停放待充装的管束车。 液氢汽化设备区L形混凝土防火墙和防护柱位置和安全距离符合国家消防协会NFPA2和NFPA55对气态和液态氢的相关要求。 · 管束车有单模块和双模块管束车组成，单模块为型号CT-250MEGC，由25个碳纤维增强铝内衬（3型）复合材料气缸组成，可装载250公斤氢气。氢气管束为沃辛顿工业ALT1015，额定压力517bar，每个管束容量可储存10 kg氢气。 双模块管束车有CT-450和CT-500，总载氢气量分别为450公斤或500公斤。 管束车充装口及切断阀位于最下面一排气缸底部。
氢气单模块管束气瓶拖车· 每个管束都配有两个CG-5型泄压装置（PRD），管束两端各一个。 PRD爆破片，爆破压力为655+34 bar，熔化温度为100°C。 PRD放空口采用垂直管道连接，长度约为30厘米。
工艺流程
充装工艺· 液氢罐温度大约-240°C，储罐的液氢由两个低温泵通过管道输送到蒸发器，液态氢转化成气态氢（温度在15-28℃）后又经过管道充装到氢气管束车，管束压力为517 bar。 · 管束车司机将充装软管从充装柱链接到管束车充装口，连接好仪表气，充装工艺流程如上图所示。 · 在充装前必须对管道、软管进行吹扫置换，并检查管道以及仪表气压力。 - 打开管束车管束间的手动阀门，以及气动阀。
- 打开管束车中的气柜里的手动阀，让管束车氢气余压通过充装软管回流到充装柱。
- 检查充装软管、管束车、充装柱连接处间的气密性。
- 打开排气阀（上图的HCV-44），将氢气排放到放空管，直到软管和相关管道的得到充分的吹扫置换。
· 对管束车的管束进行充装作业流程。 - 启动充装系统，冷却输送泵达到工作温度后，充装工艺开始，全自动。
- 关闭充装系统，在管束车的管束达到517 bar额度压力，系统自动停止。
· 充装完成后，管束车端、充装柱端的气动阀自动关闭，手动关闭管束车的切断阀及充装柱端的切断阀。拆卸充装软管，以及仪表气。 充装系统在几种条件下自动停止系统，压力高、温度高（充装柱氢气出口）、流量高（蒸发器）。 充装区的氢气泄漏传感器和火焰探测器探测到异常也会关闭冷却泵和气动阀。 如上图中的ES控制器也将启动停机。 事故过程
灾后停车位图
· 2019年6月1日星期六下午4点20分左右，突然，氢气大量泄漏，紧接几秒钟内立即发生爆炸和火灾。 · 事故发生时，2到5号车位都有管束拖车停放，除了3号位都是充装完满罐车。 3号车位有两个司机正在对一台双模块的CT-500管束车进行充装作业，一为带班司机，一为实习司机。 另1号车位有两个司机正在对液氢罐车进行卸车作业，把液态氢从罐车卸到储罐。 · 下午4点20分左右，3号位的CT-500的管束车充装至95%约496bar时，实习司机注意到充装管线充装柱端的手动隔离阀（HCV-116A）有泄漏，并通知带班司机。 · 带班司机随即指示实习司机暂停充装作业。实习司机停止了充装作业，但是没有手动关闭管束车的手动切断阀，管束车上的气动阀也还与系统控制装置的仪表气连接，气动阀处于关闭中。 · 带班司机既没有接受过培训，未得到批准就进行维修作业，违反规定，没有执行安全的锁定、挂牌（LOTO）程序。 带班司机关闭手动切断阀，充装端的气源隔离，通过泄压后，拆除了一段管道。在尝试维修时发觉缺乏堵漏材料（尤其是O型环），随即指示实习司机停止系统。 · 实习司机误解了带班司机意思，在下午4:30左右无意中重新启动了充装程序，按下“净化/启东”控制按钮打开了管束车上的气动阀。管束车上的高压氢气高速从拆卸管道口喷出，3秒左右在充装区内及其周围形成氢-空气爆炸云。氢空气爆炸云迅速被点燃爆炸，随后发生喷射火。（事后空气产品公司和圣克拉拉消防局的调查都没有确定具体的火源）。 · 带班司机迅速按下急停按钮，管束车的气动阀关闭，但是由于爆燃和短时间的喷射火焰高温导致管道其它部位泄漏，主要是高温触发管束爆破片，导致火灾持续。这也触发了其它管束的爆破片正常或异常，从而导致事故升级。 · 事故使得管束车里面约250公斤的高压氢，在事故中燃烧殆尽。管束拖车的柴油燃料和轮胎引发的二次火灾使火灾更加复杂化，直到消防员介入后才扑灭。 · 根据消防局调查报告，最初的爆炸发生后不久，3号位的实习司机逃到了拉塞尔大道上的一个指定疏散区，1号位的一名司机关闭了液态氢的卸车作业，也加入了应急抢险中，1号位另外一名司机跑到诺曼大道上一辆停着的圣克拉拉警车旁，并电话汇报上级。
应急响应
灾后现场图
· 圣克拉拉消防局于下午 4:33 收到爆炸报警 ⾸批两⽀消防队于下午 4 点 38 分到达现场，消防队发现三辆氢燃料汽⻋被⽕焰吞没，中间的⻋辆中⼼出现⼀个⼤⽕球，柴油箱冒⿊烟，轮胎着⽕。并与现场人员核实人员及火场情况。 · 消防队随即下令四周划出 457 ⽶的疏散区，并在该区域外设⽴就地避难所。 消防队使⽤多条空中和⽔管来扑灭残余氢火灾。并用消防水冷却液氢罐车以及液氢储罐，并对其余管束车的管束进行冷却隔绝降温，使用泡沫扑灭柴油及轮胎火灾。 · 在与消防部⻔⼈员的协调下，AP空⽓产品公司的⼈员通过关闭供应阀并使⽤可燃⽓体监测器来确保区域安全，尽管有⼀些泄漏声⾳，但确保受影响区域的氢⽓浓度在安全范围。 · AP公司工作人员通过高空放空管排出氢气，降低了液氢罐⻋和 液氢 储罐中的压力。在晚上 10:00 之前火灾现场基本清理完毕。 6 ⽉4 ⽇，圣克拉拉消防部⻔在上午 11:49 之前⼀直保持着消防警戒，同时AP公司对受损的设施设备进行维护更换。
人员设备损害
3号位氢气管束车图
· 四名AP公司现场员工中两⼈据报告受轻微伤害，⼀名司机在疏散过程中绊倒时肩部受伤，另一名司机因爆炸而产生耳鸣 · 事故管束车上前置的管束气瓶遭受严重损坏。2号位和4号位两个相邻的管束气瓶运输拖⻋以及1号位液态氢罐车均受到的损坏较小。 · 管束3型气瓶损坏程度严重。框架移位、白色油漆烧黑、外部碳纤维层上的环氧树脂燃烧或熔化、外部玻璃纤维层受到较大磨损。石墨纤维的变形脱落。所有管束气瓶均被报废。 · 24 个容器爆破片和释放机构的状况如下表所示。其中 10 个气瓶从完全或部分启动的爆破片泄压。由于爆破片破裂或连接器/管道/密封件泄漏，其他 14 个气瓶发⽣减压。
爆破片失效数据· 事故发生后，AP公司暂停了氢气供应，以对管束车进行检查并评估事故的影响。导致旧金山11个加氢站中的9个停站。停气时间约四个月。加州其他加氢站也出现几个月的氢气短缺。 直到圣克拉拉消防局批准后，AP公司才恢复正常运营。 事故分析
4号位管束气瓶损坏图
· 初始泄漏：由充装柱氢气截止阀上的O形圈破裂或锥体和螺纹接头泄漏引起。 · 未经审批的维修：带班司机在未经审批的情况下私自修理泄漏的阀门，违反上锁/挂牌程序，正确隔离氢气源。系统控制装置、氢气充装软管和仪表气管路（⽤于驱动气动阀）仍然处于自动系统充装待机状态。 · 沟通不畅：实习司机误解带班司机的指示。带班司机告诉实习司机停止充装，但充装过程已在十分钟前停止。实习司机试图第二次暂停充装时，意外按动“清除/启动”按钮。气动阀开启导致氢气从断开的管道喷出。 · 氢⽓爆炸：由于作业区域泄漏氢气积聚并随后点燃而引起。防火墙和管束车影响了氢气的快速扩散。开放式区域顶部无法提供足够通风，从而形成氢气爆炸云。（点火源可能是由于爆炸云中的静电或高速射流导致钢门摩擦所致。） · 喷射火灾：断开的管道的氢气形成喷射火焰，直到控制氢气流的气动管线熔化或被ES致动关闭。其他氢气火灾因多个爆破片泄漏和O形圈损坏而持续发⽣。这最终导致多个爆破片启动、多个气瓶损坏以及相邻拖车及驾驶室着火。这些氢气火灾又造成了柴油⽕灾和轮胎火灾。 整改措施及建议
2号位图· - 加强对员工规程和安全教育培训；
- 修改完善充装工艺流程；
- 进行危险与可操作分析与评估。
· 需注意的是：AP公司初次报告并没有分析事故管束车气瓶上爆破装置是如何失效，如何解决充装车位间距过近的隐患，如何增加消防设施的措施。 · 在氢行业大部分事故发生的原因，都是违反相关规定，不按规程操作而导致事故的发生。严格执行“维修氢气系统泄漏指南”。 · 多次事故经验告诉我们，逻辑清楚、指示清晰、友好人机操作界面将有利减少人员的误操作。
3号位受损图· 管束车的气瓶架构只对两端有强制性要求，对侧面以及管束顶部架构没有要求，应该完善管束气瓶在受到爆炸、侧翻、侧撞等冲击的相关要求。
管束车气瓶框架箱体结构虽然顶部是开放式的，以利于泄漏氢气快速排放。但内部气瓶排列紧密，气瓶间间距以及整体布置空间过于密集，高压氢气大量喷出时几秒内就能迅速充满整个框架模块内部，并形成爆炸云，爆炸冲击波把框架门板冲开飞出，幸运的是没有造成人员伤害。
管束车气瓶框架箱体架构也存在优点，箱体结构保护了内部气瓶不受隔壁喷射火焰影响，隔绝了高温，也防止内部的喷射火焰对外部人员设备形成威胁，厚厚的底板也隔绝了油箱轮胎火焰的烧烤温度。
评估管束车气瓶箱体架构设计，在减少内部空间积聚形成爆炸云与增加隔绝内外部喷射火焰危险，两者之间做一个平衡。
· 管束车的气瓶爆破片、管道、其它安全附件、支撑铝框架无法在火灾高温的情况下保持机械完整性。部分泄压装置失效和泄漏故障是造成⼤量氢⽓泄漏和燃烧的原因。泄压装置设置的目的是为了在火灾高温中把气瓶泄压，避免气瓶高压产生物理爆炸。爆破片的黄铜易熔金属在早期207 bar标准工业长管拖车中大量使用，现已经更换为不锈钢，后续会对气瓶装PRD与不装PRD做大量的高温烧烤试验。 · 改良放空管在因火灾或充装故障的情况下，快速有效安全的进行排放，对增加溢流阀或节流阀进行评估，避免高压氢气过量过多的排放，造成工艺区域聚集的风险。 · 尽管管束车箱体结构的侧钢板设计抵受住了喷射火焰的烤烧，但假如增大间距或设置防火墙无疑也会降低喷射火焰的烧毁的风险。尽管没有对充装管束车相互之间以及充装柱与管束车之间的安全距离要求，相关管理部门应该提供相应指示和要求。
消防抢险图· 消防应急及时有效对液态氢储罐及液氢罐车的及时冷却避免了事故的扩大化，可以对固定压力容器（液态储氢罐）及移动压力容器（管束车充装停放区）增设自动喷淋消防系统，能够及时扑灭初起火灾，避免二次火灾，大大降低事故的风险。应遵循相关指南设置喷淋消防水降温灭火，避免消防水进入放空口结冰堵塞。
· 消防应急及时有效对液态氢储罐及液氢罐车的及时冷却避免了事故的扩大化，可以对固定压力容器（液态储氢罐）及移动压力容器（管束车充装停放区）增设自动喷淋消防系统，能够及时扑灭初起火灾，避免二次火灾，大大降低事故的风险。应遵循相关指南设置喷淋消防水降温灭火，避免消防水进入放空口结冰堵塞。
修改完善行业标准规范  · NFPA 应考虑在 NFPA 2-2020 第 7.1.10 节中增加有关 高压氢气系统维修的流程指南，包括对所有负责移动和固定氢气系统的操作人员相关培训内容和要求。 · CGA 和其他标准组织，应探讨评估完善在火灾期间启动和释放气瓶压⼒的 PRD 标准。完善在火灾环境下放空管的流量等标准和要求。 · 相关管理部门如消防、DOT和CGA应对⾼压氢⽓瓶的防⽕和PRD的要求进⾏深⼊调查评估。运输法规应允许在哪些特定条件下使⽤不带 PRD 的⽓瓶。 · NFPA 应考虑在NFPA2中纳⼊有关氢气充装工艺和传输控制的建议或要求，确保相关指南清晰和易于操作理解。 · 氢气管束车防火墙相关的耐火性及抗爆性应在CGA-C-29修订版中进行解释，并得到 CGA或DOT/PHMSA ⻛险评估的⽀持。 · NFPA2 和CGA C-29 应⿎励在氢⽓传输和加氢过程中使⽤限流装置来防⽌管道意外打开。为此，能源部、PHMSA 或氢安全中⼼等氢安全组织对特定类型装置（例如孔板和溢流阀的应⽤进⾏可⾏性研究将很有帮助。 · NFPA2应提供有关改进氢气管束车充装站防火的规范。如各压力容器间的安全距离，消防设施的安装规范和要求。消防局提供相关培训及演练。 · NFPA2应提供有关改进氢气管束车充装站防火的规范。如各压力容器间的安全距离，消防设施的安装规范和要求。消防局提供相关培训及演练。
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发表于 2023-10-26 09:53