Flixborough爆炸事故：化工行业变更管理的转折点

1974年6月1日，位于英国林肯郡Flixborough镇的DSM控股的Nypro工厂发生了一次严重的爆炸和火灾事故，导致28人死亡，超过百人受伤，并造成了巨大的经济损失。这次事故不仅震惊了整个化工行业，也促使全球范围内对化工安全管理和风险评估体系进行了深刻的反思。化工安全领域称这个事故为Flixborough事故。

Nypro工厂使用环己烷氧化生产环己酮，氧化是在一列由6个反应器（R252至R2526）组成的链条中进行的，每个反应器都比前一个反应器低14英寸，反应器之间的物料流动靠重力流动。反应器底部通入空气，环己烷与空气反应生产环己酮与环己醇运行时，工作压力约为8.8公斤/厘米，温度为155摄氏度。

图1  1~6号反应器照片

该装置于1972年建成并投产，1974年2月27日，5号反应器出现裂纹，反应器内反应物料从裂纹处渗漏。2月28日，管理层开会决定将5号反应器拆走维修，并用一个连接管把4号反应器与6号反应器连接起来继续生产。4号反应器与6号反应器的法兰为29英寸，但现场只有20英寸的管道。现场工程师计算这个管道可以承受液体的重量，也能承受操作压力。这个跨接管有三段20英寸的管道以及两段的膨胀接组成，并用脚手架做支撑。1972年4月1日完成此项连接工作。

图2  临时20英寸管道连接4号与6号反应器

图3   脚手架作为临时管道的支撑

1972年6月1日，跨接管两端的膨胀节发生撕裂，氧化反应器中的环己烷大量泄漏，形成蒸汽云，随后蒸汽云爆炸。

以下是导致膨胀节破裂的主要技术原因，结合报告中的证据和测试结果：

1. 设计缺陷

未考虑膨胀节的稳定性：膨胀节在承受内部压力时，会产生剪切力和弯矩，管道的弯曲和不对称布局使膨胀节承受了超出其设计能力的力矩。

2. 材料选择与安装问题

膨胀节材料局限性：膨胀节由不锈钢制成，但其壁厚和强度不足以应对运行条件下的高压力和温度。

管道支撑不足：临时旁路管的支撑结构设计简陋，仅由临时脚手架支撑。这种支撑无法有效约束管道在压力和热膨胀下的运动，导致膨胀节承受额外的机械应力。

3. 运行条件超限

压力和温度过高：临时旁路管运行在约8.8 kg/cm²的压力和155°C的温度下，接近或超过膨胀节的设计极限。SMRE测试表明，膨胀节在类似条件下会发生快速失效。报告提到，操作过程中可能存在压力波动，尤其是在启动或调整过程中，这些波动可能进一步加剧膨胀节的疲劳和应力集中。

热膨胀未充分考虑：高温运行导致管道和膨胀节的热膨胀，但临时旁路管的设计未充分考虑热膨胀引起的位移。膨胀节因此承受了额外的拉伸和压缩应力，导致疲劳失效。

4. 缺乏工程验证

无专业设计审查：临时旁路管由现场工程师设计和安装，然而他们缺少专业机械工程资质。报告明确指出，工程部门在关键时期缺乏合格的机械工程师，导致设计未经过必要的计算和验证。没有进行应力分析或管道动力学分析，也未参考相关标准，这直接导致设计缺陷未被发现。

测试不足：临时旁路管在安装后仅进行了简单的水压测试，未模拟实际运行条件下的高温高压环境，这无法发现膨胀节在动态载荷下的潜在问题。

现在许多PSM的书籍和资料把Flixborough事故作为没有执行MOC的典型案例，典型的书籍是CCPS《工艺安全管理：变更管理导则》，关于Flixborough事故没有执行MOC描述如下：

在事故发生之前，管道设计的变更并没有经过设计审查和批准。参与临时管道设计安装的维修人员不了解如何设计带膨胀节的大口径管道。正如官方报告指出：“…… 那些参与设计和安装的人员没有意识到这项工作已经超出了他们的专业能力”。因此，应该有一个有效的变更管理系统在变更实施前发现存在的设计缺陷，从而避免灾难发生。

变更管理是企业为了快速进行工艺设施和技术变更的一种工具，是企业为了提高效率，没有通过设计公司进行设计，凭借自己人员的技术能力，改变原来的设计意图。变更管理的核心是风险评估，笔者查阅了相关的变更管理标准，包括AQ/T 3034-2022, T/CCSAS 007-2020, 以及CCPS书籍《工艺安全管理：变更管理导则》中关于风险评估的方法与工具，都无法识别Flixborough的危害。在现实情况下，几乎也很难找到一家设计公司去做这样的设计应力计算。因此就算Nypro公司执行了MOC程序，大概率只是走个审批流程， 这个事故也很难避免。

报告指出，缺乏专业工程审查、不充分的风险评估和管理层监督是导致事故的关键因素。虽然严格执行MOC程序可能难以完全避免类似事故，但通过优化MOC流程、增强技术支持和培养安全文化可以显著降低风险。结合Flixborough案例的教训，以下是针对化工企业MOC的具体建议：

1. 完善MOC程序的结构与执行

建立明确的MOC流程：制定详细的MOC政策，涵盖所有工艺变更（设备、操作、材料等）。明确每个变更需经过的步骤：识别、评估、批准、实施和验证。

参考Flixborough案例，临时旁路管未经过充分设计审查。建议MOC流程要求任何临时或永久变更都需提交详细的工程设计和风险评估报告。

分级管理变更：根据变更的复杂性和潜在风险，分为低、中、高风险等级。高风险变更（如涉及高压/高温工艺的管道修改）需高级管理层和外部专家审查。

Flixborough的旁路管属高风险变更，然而由不具备机械工程资质的工程师设计。建议高风险变更必须由专业工程师（如注册机械工程师）签字确认。

强制记录与追溯：所有MOC相关文档（设计图纸、计算、测试结果、批准记录）需存档并可追溯。Flixborough缺乏详细的旁路管设计记录，阻碍了事故调查。

2. 加强技术审查与工程支持

引入专业工程团队：确保企业内部或通过外部咨询拥有合格的机械、化学和工艺工程师。Flixborough工程部门因首席工程师离职而薄弱，导致无人能识别旁路管设计缺陷。

建议设立跨学科技术委员会审查重大变更，特别是在涉及高压/高温工艺时。

进行全面的工程分析：要求MOC包括应力分析、管道动力学分析和热膨胀计算。Flixborough的弯管旁路管未考虑膨胀节的剪切力和弯矩导致破裂。

3. 强化风险评估与危害分析

实施HAZOP和FMEA：对每一项变更进行危害与可操作性分析（HAZOP）和失效模式与影响分析（FMEA）。Flixborough未对旁路管进行系统性风险评估，未能预测膨胀节破裂的风险。

4. 提升管理层与安全文化

明确管理层责任：高层管理人员需对MOC的执行负责。建议指定一名高级管理者（如技术总监）监督MOC流程。

Flixborough的管理层多为化学工程师，缺乏机械工程专业知识。建议管理团队包括多元化的技术背景，或聘请外部顾问。

培养安全优先文化：通过培训和案例分析（如Flixborough事故）提高员工对变更风险的认识。报告指出，安全与培训经理角色模糊，影响了安全管理。

鼓励员工报告潜在问题，设立匿名反馈机制，避免因生产压力忽视安全。

定期审计与反馈：每年对MOC流程进行内部和第三方审计，确保合规性和有效性。Flixborough缺乏有效的安全监督机制。