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分享:美國工程師從實務分析:高雄氣爆案可能原因和疏失

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發表於 2014-8-18 01:13:14 |顯示全部樓層
資料來源:關鍵評論網http://www.thenewslens.com/post/64559/


文:范詠綺、整理:Howard Chen、Tipsy Moon

高雄氣爆案發生後,大家人心惶惶,化工、氣體輸送配管這種專業度高的產業,大多數人已不熟悉,再加上台灣傳媒的「恐懼感」強力放送,讓台灣社會更加懼怕;但,這不是科學,這也不是新聞該做的呈現。

冷靜下來思考,到底這事件怎麼發生的?問題環節出在哪裡?我想盡量用簡單的筆法,帶著各位來看看,到底如何規範地底管線安全,以及分析此次高雄氣爆的幾項可能原因。

這篇文章會分成以下三個部份:

  • 氣體管線配置的原理
  • 高雄氣爆發生的可能原因與疏失
  • 結論與個人建議

關於氣體管線配置的原理,可說是落落長且需要一些思考力,已經對此背景有所了解的人,可以跳過此段;當然還是誠心建議,先看完第一部分,會更容易理解本文立基點,當然也可直接跳去看第二部分,有疑問時,再回頭好好研究第一部分。

氣體管線配置的原理

首先,我們先談談氣體管線的配置。為了輸送氣體,從「送氣端(源頭)」到「使用端(接收者)」,一般會使用「加壓控制」的方式傳輸,而加壓的原理,就是「高壓」會往「低壓」流。

舉例來說,負責送氣的公司對氣體加壓至 200 psig(註一),送給五個工廠,而收到氣的這五個工廠,會再個別控壓 ,例如80 psig,就能繼續送到工廠內部的管線,內部使用管線可能控壓在45psig,再繼續往下,以此類推。

在這過程中,除了控壓以外,還會有抓漏與偵測失壓的儀器設備,以及能夠快速關閉閥門 (valve)的安全裝置。在美國, National Fire Protection Agency (NFPA) 85 對燃料使用管線配置和自動安全控制系統都有嚴格的規範,配合上一段所舉例子,一般符合規定的配置圖如下:


一般合格的燃料使用管線配置圖。(製圖/范詠綺)


簡單來講,當送氣端加壓之後,管線會配有測量壓力的低壓開關(low pressure switch)、高壓開關 (high pressure switch),在這兩個測量儀器中間,會備有兩個自動關閉閥門(紅色處),然後才是分配燃料管線上的控制壓力閥門(紫色處);每一個重要的送氣支線都必須有一樣的管線配置,才能確實做到安全措施。

根據NFPA 85規定,管線啟用前,必須通過防漏測試才能啟用。步驟大致上就是:將管線灌入原料後,快速關起兩端自動關閉閥門(紅色處),並以壓力測量器(黃色處)測試中段管線壓力,在規範時間內,管線需維持在一定標準壓力值,也不可有任何安全儀器被啓動的情況下,防漏測試才算通過,自動關閉閥門也才可以被開啓,管線開始正常運作。


管線壓力正常嗎?就靠壓力測量器(橘色處)判斷了!(製圖/范詠綺)


在正常運作的情況下,圖示中的防漏閥門(灰色處)為關閉狀態,由控制壓力閥門(紫色處)調節廠內原料供給;只要低壓開關或高壓開關偵測到壓力異常,自動關閉閥門須立刻關閉,原料輸送被迫中斷,此時防漏閥門被打開,必須從頭開始測試管線。

因此,自動關閉閥門(紅色處)是所有安全機制啓動的核心。在NFPA 85 Section 5.5 更詳細規範,這些重要安全測量儀器必須以串聯方式電路連接,而且不可以被人為「bypass」,避免有可能的電線短路甚至於失火或爆炸;還有最後一道防線──手動閥門,如遇任何緊急狀況,可手動將其關閉。

高雄氣爆發生的可能原因與疏失

了解完基本氣體管線配置,就能開始探討爆炸原因了。氣爆案發生後,李長榮化工和華運皆表示壓力正常,有許多人會覺得他們胡扯在避責,但以筆者工作經驗來看,這情況確實可能發生。

事發時間為晚上,工廠夜間使用量較低,假設送氣端(華運)白天每小時供應40公噸、晚上每小時供應20公噸,氣爆當晚每小時供應30公噸,看起來仍是在管線能負荷的安全輸送值內。

而從收氣端(李長榮化工)的角度來看,當丙烯在遠端輸送管線漏出時,如果送氣端在源頭不停加壓,確實有可能看不出異樣。因為氣體漏出的速度是非常緩慢的,如果班表日誌顯示壓力正常,是可能發生、且可被接受的。



然而,這樣的說法,雙方卻不足以避開氣爆的責任。

怎麼說呢?在榮化的工作日誌中,他們有發現壓力異常,也有通知華運抓漏,但令人質疑的是,究竟是哪一端負責抓漏?如果管線安全裝置都有、也正常運作的情況下,抓漏測試不可能會通過。除非送氣端被加壓或是更改抓漏壓力標準值,要不然就是整條管線的測壓儀器,沒有定期檢查,全都故障而無人知。

所以,管線安全裝置未能發揮作用,第一個合理推論是管線抓漏的壓力標準被(榮化或華運)更改,或送氣端被加壓(註二);當然,也有可能是根本沒有安全裝置,但應不致如此。任何儀器都需要定期檢驗,另一個可能就是沒有定期去檢查這些儀器,低壓開關和高壓開關都得定期巡視維護,若沒做到這點,高雄市政府和檢查的廠商也要負責任。

除了壓力以外,輸氣線上還會有監控流量的裝置,通常這些氣體供應商或是化工廠都有駐廠工程師分析生產線上的原物料用量。這點非常重要,因為雙方必須知道送氣了多少、使用了多少,會成為收費的依據,所以兩邊流量的測量不能有錯誤;收錢的時候,如果發現流量測量有落差,必然會造成極大的紛爭,流量測量與紀錄是這個產業賴以為生的工具,絕對不能開玩笑。

而此次氣爆案,在爆發前有長達三小時半的時間,如果當晚有任何有經驗的人在場,應當不難發現比平常的輸送量增多了不少;然而卻沒有任何監控人員發現,而且供應商和化工廠,也沒有核對送出流量和接收流量是否有出入,非常不尋常,氣爆案當晚,明顯欠缺可以用流量來判斷是否管線有漏出的相關人士,檢調單位也必須朝著這個方向查證,比對歷史紀錄與找出判斷疏失的關鍵。

剛剛上面提到的,都是管線兩端對口的安全措施;但管線這麼長,當然還是有可能有疏漏的地方。高雄氣爆「路上民眾都聞到了,公司還不知道」,非常顯而易見,化工氣體管線應具備的「最低燃燒值(LEL)監控」(註三)明顯失能。

LEL偵測儀器是安全措施中很重要的一部分,它能監測管線周遭空氣中的危險氣體濃度,這不但重要、在國外更是這類管線必備的安全防護措施,跟前面提到的高、低壓開關,自動關閉閥門低壓儀和高壓儀一併串聯電路,以確保安全。在氣爆發生之前,有民眾甚至消防隊測量空氣中危險氣體濃度,皆遠遠超過標準值,但是輸送管線中的燃料,卻持續運送到爆炸發生前一刻;從這當中可看出LEL偵測儀這層防護在本次事情中完全沒有被啓動。

為何沒有被啟動?原因可能有二:根本沒有被列為重要安全儀器之一(就是沒有裝啦!),或是千百條運輸管線上只有極少量的偵測儀,才會根本偵測不到爆炸地點的LEL值。如果是這樣,與管線相關的公司還有政府相關單位,在平時工程檢驗上有著極大的疏失,最終造成此次爆炸事件。

結論與個人建議

高雄氣爆案,是一連串的人為疏失以及安全措施不完善,才會導致如此嚴重的氣爆案件。

而這次的氣爆案,也讓同樣身處於化工產業的我,在公司與主管討論達一小時之久。我認為,後續的調查與檢討,除了當時壓力控管、流量監測之外,LEL偵測儀器將會是很重要的一環。其中有兩大必須重視的課題:

  • 偵測儀是否有與自動閥門串聯電路?
  • LEL 偵測儀器的數量與安裝位置。

對企業來說,若因為儀器不明偵測而啟動安全防護,造成工廠作業停滯,往往會造成困擾,小則浪費很多時間調查原因,大則失去一整天的業績;想當然爾,若政府沒有規範,公司自然不願意主動花大錢加裝偵測儀器。

不諱言,在成本考量之下,企業往往都是被動的,臺灣政府應盡早完備相關法規,各個地方政府,也應該從這方向開始,檢視地方對管線工程監督機制。

註一:「psig 」為壓力單位的一種,指的是不包含外在大氣壓力的淨壓,就像是桶裝瓦斯上面壓力表的表壓;而此次榮化工作日誌,竟以「kg」直接當作單位,這點令我著實感到不可思議。

註二:送氣端被加壓有兩種可能,一是為了把原料送出,所以在沒有把流量考慮進去的情況下,單單只看壓力安全範圍內,華運就加壓送原料給榮工;或是像現在大家討輪的,因為液體變氣體,而在管線中壓力上升造成的加壓。

註三:當氣體在空氣中濃度超過「最低燃燒值(low explosive limit, LEL)」時,氧氣會與其結合而燃燒,甚至會爆炸。每一種氣體有不同LEL值,例如丙烯是2.1% volume;美國對於LEL安全值定義是在 Occupational Safety and Health Administration (OSHA) 有規範,各單位例如Department of Transportation Regulation也都必須遵守OSHA所定下的標準。

作者:范詠綺

  • 喬治亞理工學院 化工學士
  • 自動控制工程師
  • 六年化工廠和發電廠自動控制經驗
  • 現任職於 CRB Engineering Consulting and Construction 亞特蘭大分公司

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