自从 1984 年博帕尔的噩梦发生后，美国在化工工艺安全方面有许多积极的改变。但是，涉及活性化学品的事故，仍然频繁地发生，且通常导致悲惨的结果。本文剖析了美国发生的4 起重大活性化学品事故，揭示了化学反应失控时的后果。
1984 年 12 月 21 日午夜，印度博帕尔一家美资杀虫剂生产工厂发生了一场史上最严重的工业事故。那是一场活性化学品事故，异氰酸甲酯遇水产生剧烈反应，引起了泄漏，导 致6 495 人死亡，12.5 万人中毒、5 万人终身受害。博帕尔事故的发生，完全改变了人们对于化工行业工艺安全危害的理解，促使了美国国会要求职业安全和健康署及环境保护局制定新的化工工艺安全法规，并建立了化学品安全委员会，独立调查化工事故。因此，自从 1984 年博帕尔的噩梦发生后，美国在化工工艺安全方面有许多积极的改变，但是涉及活性化学品的事故，仍然频繁地发生，且通常会导致悲惨的结果。
2002 年，美国化学品安全委员会完成了有关活性化学品危害的全面研究，向职业安全和健康署、环境保护局及行业组织发布了关键的安全建议，但许多建议至今还没有被采纳。这份报告识别了美国 20 年来 167 起涉及失控化学反应的重大事故，这些事故共导致108 人死亡，财产损失数亿美元，其中涉及的化学物质，有一半以上没有涵盖在现有的联邦工艺安全法规内。通过以下 4 起重大活性化学品事故，我们可以看到化学反应失控时的严重后果——引发火灾、爆炸和有毒物质泄漏，导致伤亡和环境损害。
惊人的破坏力
高温引起分解的化学反应能产生剧烈的爆炸，但很少有人意识到这会释放多少破坏性的能量。
2002 年 10 月 13 日，美国密西西比州帕斯卡古拉第一化工公司发生了一场爆炸事故，一座44m高的蒸馏塔被炸裂。在该工厂，有3 座蒸馏塔分离并净化一硝基甲苯(MNT)，该化学品被用于生产染料和农药。整个工厂停工进行例行维护期间，工厂操作员决定在一个塔内留下4542L 的MNT，并通过关闭蒸汽供应阀门关闭了两个重沸器上的加热系统。在常温下，MNT是稳定的，所以这样做原本是安全的。但他并不知道这些阀门已腐蚀和磨损。经过数天，蒸汽渗漏进入到 两 个 重 沸 器 内，加热了MNT，导致它分解，变得不稳定。在事故发生的当天上午，该蒸馏塔内的温度达到了232℃，危险的失控反应开始了。迅速产生的大量气体使塔内的压力突然增加，蒸馏塔开始隆隆作响，员工们看见有物质从塔高处的一个缺口迅速排出。在很短的时间内，蒸馏塔就炸裂了。剧烈的爆炸使上半个塔体远远飞出。一块碎片飞出 152 m，击中了一个MNT 储罐并导致其着火；一块6t 重的侧壁碎片飞出335 m，距离一个 25 万桶原油储罐的存放处仅 15 m 远 ；另一块碎片几乎击中一个227t重的有毒的无水氨罐。燃烧的化学残渣伴随着金属填料从塔内喷射而出，如雨般洒落在整个催化裂化装置区域和附近厂区（见图 1）。爆炸击倒了在控制室门内避难的 3 名操作员。
充分识别工艺危害
美国化学品安全委员会2002年的研究发现，超过90% 的活性化学品事故涉及的危害，已经在公开文献上有过描述。委员会建议，为了更好地了解活性化学品危害和其工艺，公司应该参考多种信息来源，收集足够的安全信息和数据，并在必要时进行专门的测试，这在扩大活性化学品工艺的规模时尤其重要。
2004年4 月12 日，乔治亚州多尔顿市的MFG 化工工厂经历了一次失控的化学反应，导致剧毒蒸气泄漏进入居民区。美国化学品安全委员会断定此事故的发生是由于MFG 公司没有将化学反应从实验室规模安全地放大到大型生产规模。
当时，MFG 公司承包生产16t 名为TAC 的塑料添加剂。该公司首先通过在一个114L 的小型测试反应器内反应烯丙醇和氰尿酰氯，生产了3 批试制的TAC。在最初两次测试中，操作员们通过小份量地添加其中一种原料来控制放热反应。在第三次测试中，所有的化学品原料和一种催化剂同时放入测试反应器中——这就是后来MFG 公司决定在实际生产规模时所采用的程序。第三次测试产生了相当大的热量，但是小型反应器周围的水冷却夹套能够让反应保持低温从而得到控制。（见图 2）
然而，MFG 公司没有意识到，与小型测试反应器相比，1 万5141 L的生产反应器表面面积与体积比要低得多，因此控制生产反应器内的温度会困难得多。
第一次启动该生产工艺时，操作员将所有的氰尿酰氯粉和催化剂一起装入了大型容器，然后加入了全部的丙烯醇，开始混合这些化学品。为了控制温度，MFG 公司租用了一个便携的冷却装置（见图3），
将它与容器上的冷却套管连接。但是原料刚一混合，反应就开始产生热量，其速度远远超过了冷却系统降温的速度。由于此时所有的原料已经在容器内，没有任何办法来控制反应。于是，随着混合物不断变热，反应器内的压力迅速攀升。突然间，一个法兰垫圈爆裂，释放了有毒的丙烯醇和氯丙烯蒸气到空气中。约10s 后，紧急泄压爆破片猛然打开，释放出更多蒸气（见图 4）。
操作员们无法减缓反应或阻止释放，被迫撤离到安全的上风处。有毒的蒸气迅速扩散到工厂东面的居民区，当地政府下令撤离200 多家住 户。但是这个镇上没有为此类事故培训或装备应急救援人员，有154人受到了毒气的侵害，其中包括15名警员和救护人员。
调查显示，该公司本可以通过更好地了解化工工艺和如何预防失控反应来预防此事故。此外，这起事故充分说明了应急救援人员为有毒化学品泄漏做好充足准备的必要性。
谨慎管理工艺变化
2006年1月31日上午，在美国北卡罗来纳州摩根顿市 Centron公司丙烯酸聚合物生产工厂，蒸气云发生了爆炸，导致 1 名工人死亡，其余 14 人受伤。爆炸摧毁了该工厂，损坏了附近的建筑。经调查，一个看似略微增加生产规模的行为，导致了这次灾难性的爆炸事故。
Centron 公司采用一个位于生产厂房内的5678 L 的反应器批量生产丙烯酸聚合物涂料添加剂。采用两步法工艺 ：第一步，操作员用丙烯酸单体溶剂部分填充反应器，用蒸气加热容器，然后启动并运行反应长达数小时。第二步，操作员用泵逐渐吸入剩余的丙烯酸单体，然后继续反应，直到容器几乎充满产品。这两步反应都产生热量，从而引起溶剂沸腾。顶部的一个热交换器冷凝热溶剂蒸气，然后将冷却后的液体送回反应器中，用以保持温度和反应正常。
在事故发生前不久，Centron公司接到了一份比标准生产规模多12%的丙烯酸产品订单。负责人没有选择通过两次更小批量的生产来完成订单，而是决定进行一次更大规模的单批生产——将所有额外的丙烯酸单体添加到工艺的第一步中。这是个致命的错误：一次性添加所有额外的单体，导致反应释放出的热量超过了正常值的2倍，热交换器来不及冷凝所有的热蒸气，因而反应开始失控。蒸气压力导致顶部法兰上的垫圈失效，易燃的溶剂蒸气泄漏到厂房中。员工们听见响亮的“嘶嘶”声，发现蒸气扩散出来，迅速逃离厂房。其中一名操作员回到厂房内，试图打开反应器紧急冷却水，但是太迟了——几秒钟后，溶剂蒸气爆炸了，一名留在厂房内下层的工人被严重烧伤，其余 14 人受伤，厂房被炸毁。
Centron 公司的事故凸显出反复演练疏散预案的必要性，更说明了，即使对反应工艺条件做出很小的改变，仔细检查其影响也是至关重要的。化学工艺安全专家认为，在化学工艺中，如果没有正确混合原料，比如添加的顺序错误，或是加入了错误的材料等，都会导致化学反应失控。
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