化工厂电气配电室火灾及有毒气体泄漏

事件经过

某塞维索化工厂的一台冷却水泵发生电气故障,引发短路,影响了水合肼装置。由于该故障,供电配电盘C3起火,损坏了变电站内的电气基础设施。未能与备用电源建立连接,且应急电源(UPS)不久后也失效,导致完全停电,控制系统分布式(DCS)也随之失灵。由于冷却中断,水合肼装置内的放热反应产生了超压。结果,氨和蒸汽的混合物通过装置通风处理塔的阀门和爆破片释放到大气中。
事故期间,约280公斤氨被释放,其中很大一部分被工厂消防员设置的喷淋装置带到地面。工厂停产一周,运营损失达数千欧元,而重建变电站的成本为43万欧元。

重要发现
● 变电站(DCS和冷却泵电路)通过变压器供电。位于电气故障上游的断路器本可隔离故障,阻止故障从泵转移到变压器,但它卡住了。因此,变压器引发了单极故障(短路)。变压器上游的断路器跳闸,整个变电站停电。
● 火灾通过电缆蔓延到变电站的所有组件。发电机启动,但由于连接电缆被火灾损坏,无法进行电源切换。
● 火灾产生的烟雾和热量蔓延到变电站附近存放不间断电源(UPS)系统的房间。当温度达到40°C时,UPS切换到待机模式,切断了DCS的电源。
● 设计用于提供备用电源的发电机启动了,但由于电缆被火灾损坏,无法进行电源切换。

消除电气故障及其传播。采用减载措施、缩短电缆长度以及红外热成像等技术,可以降低电气柜发热故障和随之而来的短路风险。变压器上安装的独立故障检测系统,如布赫霍尔兹继电器,也有助于将配电网与电气故障隔离开来。如果断路器等隔离装置不能按需跳闸或无法打开(FTO),电气故障可能会从子系统传播,导致装置或全厂停电。
此类故障可能由于跳闸机构损坏、跳闸时间不正确或根据故障电流对断路器校准不当而发生。对电气装置制定完善的维护计划,包括对断路器进行检查和测试,可以发现此类故障的潜在风险,提高这些系统的可靠性和可用性。
电源独立性和关键设备分区。分布式控制系统必须在停电后的至少前30分钟内保持运行,以确保相关装置得到充分保护。连接到该系统的监测和控制设备对于装置过渡到安全状态至关重要,因此应提供第二个独立的电网来接管并为DCS供电。应急电源,如UPS,应与变电站物理隔离,并独立于其他供电网络。冗余设计还应考虑并防范共同故障原因,例如火灾可能导致主电源和UPS或备用电源同时故障。在本案例中,火灾是电源开关和UPS共同的故障原因。
包括冷却、加热、蒸汽、水、空气、氮气或通风在内的关键公用设施在停电时容易出现故障。从这个意义上说,对于进行放热反应的反应器冷却等公用设施,应采用冗余技术来优化组件可靠性,以其确保正常运行。
冗余电源之间的切换。独立电源(无论是冗余线路、备用电源还是应急电源)之间的电源切换可能由于设备故障、电气火灾、电气故障传播以及切换设计逻辑故障而失败。此类故障的例子包括切换逻辑未设计为在主电源和备用电源都在线时运行,导致全厂停电。为确保不同电源之间的切换可用且正常运行,风险评估应评估所有潜在的电源干扰场景,并制定完善的电气装置检查和测试计划。