某造船厂爆炸事故详细调查报告(2)

1)事故发生前作业过程情况

8月3日,油漆工对船舱内部进行了一次底漆的喷涂,根据相关笔录及询问,8月3号大概用4桶(每桶14kg)底漆846-1环氧沥青防锈漆,4桶(每桶8kg)846-A环氧沥青固化剂,109聚氨酯专用稀释剂(5kg)。8月4日,即事故当天,5﹕30左右油漆工对船舱又进行了一次面漆喷涂,喷涂用料及配比为:1桶(14kg)开林牌846-2环氧沥青防锈漆(甲组份)+1桶(8kg)开林牌846-A环氧沥青固化剂-乙组份+1/4桶(3.75kg)开林牌109聚氨酯专用稀释剂(简称:1桶油漆+1桶固化剂+1/4桶稀释剂),此油漆、固化剂、稀释剂由上海开林科技有限公司委托上海天涵化工气体有限公司生产。当天上午共用4桶油漆(含固化剂、稀释剂),船舱内喷涂工作至11﹕30左右结束,闷舱表面的孔洞未密闭。

(2)事故发生前人员分布情况

根据现场视频录像以及相关笔录可以基本确定爆炸前,相关遇难工作人员的分布情况。焊工组(2名焊工、1名帮工)于1330左右开始在船舱表面工作,对打捞杆上的爬梯进行焊接或其他的工作,具体视频中显示,14:45分左右帮工傅某某拿着梯子走入爆炸船体附近,14:49分电焊工季某某从车间外面走入爆炸船体附近,于145009发生燃爆事故,爆炸时还有一名工人在事故船发动机舱后面的舱内铺设地板,厂区其他船台和区域均有人员分布。

事故原因分析

事故爆炸类型认定

按照物质爆炸前后化学物质发生的变化分为物理爆炸和化学爆炸。通过前述对于船体作业过程情况以及爆炸后的痕迹与现状可以看出,在相对密闭的船舱内部进行了底漆和面漆的喷涂后,油漆可以在较短时间内挥发出一定量的不同种类的燃烧性气体,由于空间较为封闭,短时间进行喷漆的量足够大,挥发出的气体没能够得到充分扩散,在船舱密闭箱体内就形成了爆炸性环境,在遇到高温、火源等情况下就有发生化学爆炸的可能性。

(1)物理爆炸可能性

所谓的物理爆炸是指由于液体变成蒸汽或者气体迅速膨胀,压力急速增加,并大大超过容器的极限压力而发生的爆炸,如蒸汽锅炉、液化气钢瓶等的爆炸,发生物理爆炸必须存在两个必要条件是:相对密闭的空间和由于物理变化造成的瞬时的压力升高。对于船舱体来说,可以看作为相对封闭的空间,但是并不存在瞬间的物态变化造成的压力的变化,可以排除物理爆炸的可能性。

(2)化学爆炸可能性

所谓的化学爆炸是物质在短时间内以极高的速度进行放热化学反应,形成其它物质,产生大量高温、高压气体和能量而引起的爆炸现象。按照爆炸反应相的不同,分为固相爆炸、气相爆炸和液相爆炸。此次爆炸事故涉及的主要作业过程是事故前一天和事故当天的底漆和面漆喷涂过程。涉及到的油漆物质主要包括,846-1环氧沥青防锈漆,846-2环氧沥青防锈漆,846-A环氧沥青固化剂,109聚氨酯专用稀释剂。上述几种物质均为液态混合物,不存在固体成分,因此首先排除固体爆炸;对于液相爆炸来说,主要包括聚合爆炸、液相混合爆炸等形式的爆炸,例如硝酸与甘油、液氧与煤粉等混合的爆炸,此种状态下的上述两种油漆表面干燥时间在30℃状态时,不会超过2h,不可能发生剧烈的液相的聚合反应和局部的剧烈反应,所以也排除液相爆炸的可能性;因此,可以确定此次爆炸是气体爆炸,具体挥发出来的气体成分及其含量会在后面气体成分与含量中进行详细描述。

事故爆炸点位置的确定

事故爆炸起始位置点的确定对于后续点火源的判断会起到重要的作用。以下对于爆炸位置点的确定主要通过两个方面来进行。

(1)船体破坏程度

通过对现场人员受伤害位置、船体、轻质屋顶以及隔墙等的破坏程度,参考下面的图1,图中圈出来的两节船舱破坏最严重,如下图2所示,此两节船舱上表面有一根从机舱开始到船头的打捞杆,打捞杆呈梯形,两端固定在船上,从船尾到船头呈现一定的角度,中间部分横向架设在预设好半圆形凹槽口里,半圆形状凹槽口位于两节破坏最为严重的中间部分,即下图两个椭圆中间部位,爆炸后此处可以明显看出,打捞杆被抬起又落下,如下图3所示。

图1 船舱受破坏最严重的部位示意图

图2 钢板最严重撕裂位置船舱

(2)冲击波破坏舱体开裂方向

对于相对封闭的有限空间里发生爆炸后超过80%的能量通过冲击波的作用进行了释放,其他部分通过气体膨胀做功、声光等能量进行作用。对于在无边界限制自由空间的爆炸,产生的冲击波衰减呈现一定的规律,等压波面呈现球面状由近及远作用于物体。对于此船舱发生的爆炸来看,呈现以图11交汇点(即图4中箭头所指的方向的圆圈位置)为中心,沿四个不同方向造成了破坏,从而使爆炸产生的能量得到了释放。从冲击波作用来看,可以初步判定爆炸最初发生的位置船舱。通过对于破坏最为严重的位置的分析和冲击波作用方式的分析,大概可以判断出,此次爆炸发生的初始位置为图1标出的两节船舱的中间位置。爆炸位置的确定对于点火源的确定和排除有决定性作用。

图3 中间凹槽口位置

图4 冲击波破坏泄压方向和破坏起始位置示意图

爆炸气体分析

明确爆炸的气体的成分以及含量是此次事故分析最为重要的部分,因此对于此次事故中可能产生爆炸性气体的工艺与作业过程进行了详细的分析。

据初步分析,此次事故发生前的一段时间里,存在的主要工作过程为相对密闭的船舱体内进行的刷漆工作,主要分为两次两个时间段进行,83日进行了底漆的喷涂,84日上午进行了面漆喷涂,事故发生在84日下午船舱内部。众所周知,油漆及其挥发物气体大部分都是可燃物,且大部分挥发性气体密度大于空气,在一定时间段内会产生积存,在相对密闭空间内会发出来的混合气体可能会达到爆炸最低下限,在一定点火源的作用下,极易发生爆炸。基于此,对于油漆中涉及到的物质及其在一定温度下挥发可能产生的气体进行了实验室测试。

(1)实验室测试方案

测试样品:846-1环氧沥青防锈漆、846-2环氧沥青防锈漆(甲组分)、846-A环氧沥青固化剂(乙组分)、109聚氨酯专用稀释剂。测试项目:主要包括油漆混合物和各混合前的单体物质的挥发气成分和闪点的测试,见下表所示。

1 测试项目

测试样品

测试项目1

测试项目2

846-1环氧沥青防锈漆

定性定量测试

闪点

846-2环氧沥青防锈漆(甲组分)

定性定量测试

闪点

846-A环氧沥青固化剂(乙组分)

定性定量测试

闪点

109聚氨酯专用稀释剂

定量测试

闪点

混合物(846-2846-A109

定性定量测试

闪点

其中混合物由1桶(14kg)846-1/2环氧沥青防锈漆(甲组分)+ 一桶(8kg)846-A环氧沥青固化剂(乙组分)+1/4桶(3.75kg)109聚氨酯专用稀释剂,其比例为14:8:3.75=56:32:15。

(2)实验室定性测试结果分析

对于上面的测试项目进行气体成分的定性测试,定性测试结果如下表所示。

表2 846-A环氧沥青固化剂2号样(液体)

成分序号

成分名称

成分序号

成分名称

1

环戊烯

9

联三甲苯

2

乙醇

10

噻吩

3

11

茚满

4

甲苯

12

5

乙苯

13

氧茚

6

二甲苯

14

7-甲基苯并呋喃

7

异丙苯

15

苯丙烯醛

8

3-乙基甲苯

16

对甲苯腈

17



表3 846-1环氧沥青防锈漆3号样(液体)

成分序号

成分名称

成分序号

成分名称

1

甲苯

5

三甲苯

2

乙苯

6

四甲苯

3

二甲苯

7

4

异丙苯

8

1-甲基萘

表4 846-2环氧沥青防锈漆4号样(液体)

成分序号

成分名称

成分序号

成分名称

1

甲苯

3

二甲苯

2

乙苯

4

异丙苯

表5 面漆5号样(混合物846-2、846-A、109)

成分序号

成分名称

成分序号

成分名称

1

乙醇

4

乙酸丁酯

2

5

乙苯

3

甲苯

6

二甲苯

从定性结果分析来看,油漆喷涂后会在船舱体内产生多种可燃烧爆炸的气体,主要包括苯类物质和一些醇、酯类物质,因此可以基本确定此次爆炸为油漆挥发气体爆炸。另一方面说明,油漆挥发出的混合气体在船舱内达到了气体的爆炸极限,但是具体浓度范围是多少,需要对挥发出的混合气体的浓度范围进行计算,因此对于定性得到的挥发气体组分结果进行定量测试。

(3)实验室定量测试结果分析

从上面表2到表5的定性测试结果来看,按一定比例混合而成的油漆及其单体物质,挥发出的可燃气体主要为苯系物和部分醇、脂类物质,除此之外挥发气体中还含有萘、茚类物质,在油漆混合比例中,主要以846-1和846-2环氧沥青防锈漆为主,这两种防锈漆挥发出来的气体组分主要为甲苯、乙苯、二甲苯和异丙苯;其次用量较大的为846-A环氧沥青固化剂,其挥发出的气体组分相对较多,但是与表5按一定比例混合后的油漆挥发出来组分进行对比可以发现,846-A环氧沥青固化剂挥发出的气体也以苯系物和醇类物质为主,因此主要定量测试其挥发出的苯系物和醇类物质的量;油漆组分中,使用量最小的为109聚氨酯专用稀释剂,由于其挥发出的气体成分比较确定,直接对环己酮和二甲苯两种组分进行了定量测试。定性定量测试主要采用气-质联用检测依据,测试方案具体可见下表6。

表6 定量测试方案

物质

定量测试组分

1号样 109聚氨酯专用稀释剂

环己酮、二甲苯

2号样 846-A环氧沥青固化剂(液体)

乙醇、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、异丙苯

3号样 846-1环氧沥青防锈漆(液体)

甲苯、乙苯、二甲苯、异丙苯

4号样 846-2环氧沥青防锈漆(液体)

甲苯、乙苯、二甲苯、异丙苯

5号样 面漆(混合物846-2、846-A、109)

乙醇、苯、甲苯、乙苯、二甲苯

从定量测试结果来看,83号和4号两次喷漆后挥发出来的气体在舱体空间内形成了爆炸环境,通过对比混合前和混合后挥发出来的气体类型和其定量信息,以混合后油漆挥发出的气体作为后面计算极限浓度的基础,其挥发出气体的浓度计算的详细过程见附件1

表7 定量测试结果

物质

定量测试组分占比例

1号样  109聚氨酯专用稀释剂

二甲苯(732mg/g)

2号样 846-A环氧沥青固化剂(液体)

乙醇(6mg/g)、苯(5mg/g)、甲苯(7mg/g)、乙苯(22mg/g)、二甲苯(105mg/g)、异丙苯(0.4mg/g)

3号样 846-1环氧沥青防锈漆(液体)

甲苯(0. 5mg/g)、乙苯(78mg/g)、二甲苯(61mg/g)、异丙苯(0.3mg/g)

4号样 846-2环氧沥青防锈漆(液体)

甲苯(0.5mg/g)、乙苯(61mg/g)、二甲苯(32mg/g)、异丙苯(0.2mg/g)

5号样  面漆(混合物846-2、846-A、109)

乙醇(2mg/g)、苯(2mg/g)、甲苯(3mg/g)、乙苯(69mg/g)、二甲苯(185mg/g)

点火源分析

通过上面对于设备工艺生产过程,爆炸发生初始位置,气体成分以及含量的分析,基本确定了气体爆炸的种类和浓度,对于气体爆炸来说,点火源的存在是发生气体爆炸的另一个必要因素。从事发时人员作业情况、工艺物料以及现场存在的可能产生火源的因素等,可以初步的分析出引起本次气体爆炸的点火源可能为明火、高温、电焊火花。下面逐一对本次事故可能存在的点火源进行分析排除确定。

1)明火

所谓明火即指现场存在动火作业,且动火作业的火源可以直接点燃有限空间内的可燃性气体,引发爆炸。据现场观察,现场存在几处焊条,证明有过动火焊接作业,焊条都位于船舱体靠近侧面的船舱上表面,在船舱内部未发现焊条,通过视频和作业过程留下的焊点来看,其焊接过程是船舱体上表面进行,不可能存在直接明火点燃船舱内部气体的条件;另外现场也未发现相关烟头等可能的明火源,相关口供也佐证了无吸烟行为,因此排出吸烟的可能性。通过上面的分析可以排除明火直接引发爆炸的可能性。

2)高温

爆炸当天天气闷热,室外温度达到39℃,舱体内部温度按照经验判断可能会达到40℃以上,混合后的油漆未测得闭杯闪点温度,其他能测得的单体物质闪点温度接近40℃左右。闪点指在规定的加热条件下,并按一定的间隔用火焰在加热油品所逸出的蒸气和空气混合物上划过,能使油面发生闪火现象的最低温度,自燃点是把油品加热到很高的温度后,使其与空气接触,在不同引火的条件下,油品因剧烈的氧化而产生火焰自行燃烧的最低温度。一般来说自燃点要高于闪点,通常经验来分析,在此种气体环境中,发生自燃的可能性较小,可以排除此类点火源。

3)电焊火花

通过视频、相关口供以及现场焊条和气瓶等来分析,现场进行了气焊作业,另外通过现场观察,在确定的初始爆炸点范围内,在船舱体上表面有一个与舱体内部相通的人孔,距离人孔大约2-3m范围内,可以在打捞杆下表面找到焊点,如下图15所示,而且相关口供也证明受伤人员有一名仰卧在存在焊点的打捞杆下方,证明在此处进行了焊接打捞杆上的扶梯工作,因此焊接过程中,存在火花通过人孔落入达到爆炸极限船舱内部的可能性,因此,气焊产生的火花点火源无法排除,并且可能性非常大。除了上述几类点火源,现场其他电器火源以及静电等可能的点火源产生的可能性更小,在此不做具体分析,可以排除,因此通过分析来看,进行气焊产生的电火花成为点火源的可能性最高。

图15爆炸最严重范围内连接梯上的焊点图

图16爆炸最严重范围内船舱上表面人孔图

事故分析结论

事故直接原因

通过分析,下面这几个方面为最终导致爆炸事故发生的几个基本条件,包括可燃气体、助燃气体、点火源以及相对密闭的空间等。

1)可燃气体

主要的燃爆性气体为船舱内进行油漆喷涂后短时间内挥发出来的可燃气体,主要气体成分包括苯类和醇、酯类物质,由于船舱为相对密闭空间,且大部分挥发出来的气体浓度大于空气浓度,在船舱内形成了集聚,达到了爆炸极限。

(2)助燃气体

船舱舱体为相对封闭的空间,空间里存在足够的空气,与挥发产生的可燃气体可以形成爆炸性气体。

(3)气体积聚

在正常敞开式船舱进行油漆喷涂作业时,通风良好一般不会发生挥发性气体的集聚。事故发生的船体为此工厂头一次进行加工此类打捞船,船体具有相对密闭的船舱,事故发事前,刚进行完油漆喷涂作业,据相关资料查验,所使用油漆涂料在一定温度下经过几个小时后便可以固化,此阶段会挥发出大量的可燃气体,经过实验室顶空实验和质谱联用分析,挥发出大部分气体密度要大于空气,并且并没有经过前置通风,因此,在相对密闭的船舱体内形成了足够的集聚条件。

(4)点火源

此次事故的点火源为距离初始爆炸位置较近处进行气焊作业时产生的火花通过船舱上表面的人孔进入到相对密闭舱体内引起的爆炸。

(5)相对受限空间

船舱体内相互连通,但与外界通过上表面几个人孔进行连通,为封闭的相对的密闭空间,整体可以看作为受限空间。总结得到,本次事故一起由于新建船只存在较为封闭的船舱,在经过前后两天连续船舱内部油漆涂装作业,油漆挥发气与船舱内的空气形成了爆炸性混合气体,当可燃气体达到一定浓度后,进行船舱上方表面焊接作业过程中产生的火花进入船舱引起爆炸,造成2人死亡1人重伤的事故。

事故间接原因

此次事故是一起非常典型的安全生产事故,其间接原因主要是管理上的欠缺、相关单位和人员安全意识的低下、现场生产组织混乱等原因,总结起来有以下几点。

(1)作业方案准备不足

在进行相关电焊作业阶段,应该有非常完整作业方案,而此次电焊作业没有较为详细的作业方案,更不存在对作业方案可行性特别是安全性的评估,而是按照以往的经验对新喷涂过油漆的船体进行作业,最终造成了事故的发生。

(2)安全培训不到位

据相关人员的口供描述,事故造成伤亡的三名工人,虽参加过相关作业培训,但是安全生产培训不到位,未能引起注意,对如何避免和防范事故的发生并没有相关培训记录,由于自身知识能力有限,本身对生产过程中可能存在的危险因素也意识不足,造成了生产过程中的麻痹大意,意识不够,准备不足。

(3)安全管理责任不清,制度不全

绍兴松陵船厂有限公司安全生产管理水平较低,对其他施工方的安全监管也不到位。具体来说,绍兴松陵船厂有限公司主要负责安全生产的为厂长和班组长等相关管理人员,但是对于电焊作业的安全管理缺乏相关的制度制定,安全管理不到位,危险因素认识不彻底,导致不能及时发现和指出现场出现的一些安全隐患,对外包作业行为缺乏相关安全管理措施。

(4)安全意识淡薄

从调查以及相关口供资料分析中可以看出,绍兴松陵船厂有限公司作业人员安全意识较为淡薄,特别对于新建的密闭舱的船只,相关负责人员在工厂管理制度制定、相关安全制度制定等方面的考虑严重不足,存在极大的侥幸心理。对于生产过程中的危险因素认识就更加的不到位,现场工作人员由于自身能力水平有限又缺乏相关安全培训,对危险的意识更加的不足。这些都是事故发生的间接原因。

事故教训

(1)作业方案欠妥当

企业进行相关特种作业时,应该有完整的作业流程与方案,对于作业过程中可能存在的危险因素需要辨识清楚,并进行相关安全评估。此次爆炸事故,对于舱体表面进行焊接作业前,没有对喷过油漆的舱体进行充分通风,致使船舱内可燃气体达到爆炸极限,并且管理人员和操作人员没有进行相关超限判断,存在很大的盲目和侥幸心里,致使爆炸事故的发生。

(2)安全专业能力低,对潜在危险因素意识不到位

在整个事故的调查阶段,一线生产工作人员,对事故的发生原因缺乏最为基础的安全意识和思考。也正是由于安全专业能力低导致对相关危险因素意识严重不足,进而难以制定行之有效的安全管理制度与方案,对现场作业阶段安全管理与监督的减弱,最终导致了事故的发生,所以说人的意识与思考指导人的行为与方式,最终导致事故的发生也不言而喻,教训严重。

(3)现场生产管理混乱

从整个事故分析来看,不但细节的管理没做到位,一些最为基本的安全管理都没有做到位,特别是针对各个生产环节的安全生产管理制度的制定与监督,现场人员一些危险行为都存在。因此,这种麻痹大意使各种危险因素逐渐增多,最终导致了事故的发生。

结束语

此次事故分析,通过多次现场勘查、采样检测、模拟计算、调查取证资料查阅等方法,分析了本次气体爆炸事故中可燃气体的类型、来源、浓度、初始爆炸点位置等;从事故发生时的作业过程情况、现场条件等情况提出可能出现的各种点火源,采用排除法对点火源进行分析确定。本次事故分析,从爆炸发生的条件出发,逐一明确爆炸发生的基本要素。经过本次事故原因的分析,从中得出事故单位在安全管理、培训、责任落实的不足,吸取事故教训,为类似作业过程的安全管理等提供经验建议。

附件:舱体内爆炸性气体浓度计算

能够发生气体爆炸的最为重要的一个因素就是存在达到爆炸极限浓度的爆炸性气体环境。前面对于气体成分的分析已经确定油漆中可以挥发出来可燃气体,但是爆炸空间范围内的气体浓度需要进一步通过相关计算来确定。上面分析中,通过对比混合前和混合后的油漆挥发出来的气体进行对比,可以确定以混合样品作为分析对象更加贴近实际情况,这里针对混合样挥发出来的几种气体浓度进行计算说明。

(1)混合性气体浓度爆炸上下限计算理论

混合可燃气体的爆炸极限一般通过下面两种方法进行计算。莱夏特尔定律。对于两种或多种可燃蒸气混合物,已知每种可燃气体的爆炸极限和所占空间的体积分数,那么根据莱夏特尔定律,可以算出与空气相混合的气体的爆炸极限。用Pn表示一种可燃气在混合物中的体积分数,则:

理查特里定律。理查特里认为,复杂组成的可燃气体或蒸气混合的爆炸极限,可根据各组分已知的爆炸极限按下式求之。该式适用于各组分间不反应、燃烧时无催化作用的可燃气体混合物。

(2)事故爆炸气体浓度爆炸上下限计算

此次事故参入爆炸的气体为五种,分别为乙醇(C2H6O)、苯(C6H6)、甲苯(C7H8)、乙苯(C8H10)、二甲苯(C8H10)。其爆炸上下限为LC2H6O)=3%,L(C2H6O)=19%;L(C6H6=1.2%,L(C6H6=8%;L(C7H8)=1.2%,L(C7H8=7%;L(C8H10=1.0%;L(C8H10=6.7%;L(C8H10)=1.09%,L(C8H10=6.6%。

此外还需要对五种气体所占空间体积分数进行分析。前面表7中可以得到每种气体单位质量挥发出来的含量分别为乙醇(2mg/g)、苯(2mg/g)、甲苯(3mg/g)、乙苯(69mg/g)、二甲苯(185mg/g),三种气体分子量分别为46、78、92、106、106。根据气体状态平衡方程,可得到五种气体的体积分数分别为,33.8%、20.0%、16.9%、14.7%、14.7%。因为这几种爆炸性气体相互之间不会发生反应,所以选取理查特里定律进行计算。混合气体的爆炸上下限计算如下。

此次发生爆炸的混合气体的爆炸极限范围为1.42%-9.09%

(3)气体爆炸上下限修正

爆炸极限不是一个固定值,它随着各种因素的变化而变化。影响爆炸极限因素主要包括初始温度、初始压力、惰性介质及杂质和容器等。在此次爆炸事故中,舱体内的温度较高,初始温度对于爆炸极限的影响会很大,其他的相关因素这里不作考虑。下面为爆炸下限的与温度之间的理论公式。

式中温度t 时的气体的爆炸下限,为25℃ 时的下限。本次事故发生的烘箱温度范围在40℃-50℃左右。这里假设烘箱的温度为40℃,那么对上面计算得到的爆炸极限计算后为1.40%-9.00%。

(4)事故爆炸空间内气体浓度计算分析

前文中对于爆炸位置的分析已经明确了爆炸发生在船体舱体的中间部分,即舱体4和舱体5位置,整个舱体为相对密闭的空间,但是舱体与舱体之间连通,挥发出的气体会在船舱体内形成集聚。根据上面对于舱体长宽高的描述,以及其破坏情况,此处计算假设挥发出的气体充满了舱3(长3.0m*5.2m*2.0m)、舱4(4.0m*5.2m*2.0m)、舱5(4.5m*5.2m*2.0m)和舱6(长3.0m*5.2m*2.0m),可以得到舱体的体积为150800L。根据相关笔录等信息表明,事故前一天和当天总共使用了混合后的油漆大概为196kg。假设油漆中的上述五种气体全部挥发,而且挥发出来的气体全部积聚在此两节舱体内,此空间里挥发出来的气体的体积为

其中k是根据气体平衡状态方程得出的,其他变量不变的情况下,体积与温度呈正比关系,标准状况下为0℃,烘箱里的温度一般恒定在40℃左右,所以在温度下,单位摩尔质量的体积会增大。则可以得出挥发出来的爆炸气体的体积为12611.8L。那么可以得出最后挥发出来的气体浓度占假设空间的体积分数为

n=12611.8/150800=8.34%

可以看出在此情况下,其最终挥发出来的爆炸气体浓度高于混合气体的爆炸下限,为爆炸上限的90%左右,处于爆炸极限范围内,此时遇到点火源会发生爆炸,且会释放出较大的爆炸能量。