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危险的毒气:8.27美国西弗吉尼亚州新马丁斯维尔氯气泄漏事故

2022-11-04 16:24 作者:Sanitatsdienst  | 我要投稿

以下内容摘自NTSB官方调查报告,具体内容请查看原件或登录官网查询

事故调查报告原件

事故概况

2016年8月27日,美国东部时间上午8:26左右,西弗吉尼亚州新马丁斯维尔的Axiall公司(Axiall)钠厂专用线内,一辆铁路罐车在装载17.84万磅液化压缩氯后不久罐体外壳突然出现了42in长的裂缝.事故发生在Axiall工厂的油罐车装载棚外.在接下来的2.5h里全部178,400磅的氯气发生泄漏并形成了一个巨大的蒸汽云沿着俄亥俄河谷向南迁移

氯气泄漏现场

AXLX 1702号罐车由ACF工业公司于1979年6月制造,是美国交通部(DOT)的规格105j500w型罐车也被称为105级罐车,容积17388加仑,钢模极限装载178,400磅.最大轨道总装载263,000磅.罐车配备了ACF工业公司ACF-200基架设计

Rescar公司于2016年1月收到了该罐车,根据Axiall的维护说明对氯气罐车进行了为期5年的内部检查.检查发现坦克外壳底部有许多腐蚀坑.该工作包括内部清洗,超声波厚度测试,去除内部腐蚀,在腐蚀位置的焊缝堆焊以恢复外壳厚度以及焊后应力消除热处理在完成维修后Rescar于2016年6月将罐车归还给了Axiall.在第一次后副加载后不久罐体发生了龟裂和氯泄漏

在事发当天凌晨2:00至3:00之间两名Axiall员工开始在Axiall厂车辆装载车间向AXLX 1702号罐车装载液化压缩氯,工厂在一个500英亩的化学生产设施中生产氯,盐酸,次氯酸钙,氢氧化钠球和烧碱.该工厂位于马歇尔县南端的俄亥俄河上,在新马丁斯维尔以北约5mile.下图显示了事发地点位于西弗吉尼亚州北部狭长的狭长地带,沿着俄亥俄河在惠灵市南部

西弗吉尼亚州新马丁斯维尔的地图

8:15罐车满载了它的最大授权载荷178,400磅,在Axiall人员拆除装载管线并密封阀门和配件后他们使用轨道车移动器罐车以步行的速度向前移动.大约在10.4轨道上的装载棚以北30至40码处,Axiall人员设置了手刹车并堵住车轮.上午8:26装载人员听到一声巨响,因为AXLX 1702罐车外壳下部出现了42ft长的裂缝.工厂监控录像显示一团黄绿色的氯蒸汽云在罐车附近迅速蔓延,罐车当时还没有投入运输也没有与其他车辆连接.随着气体云的增长一名装载氯的员工通知警卫站启动氯释放警报.两名装载氯的工作人员都关闭了其他轨道车装载设备并疏散了该地区,所有非必要的雇员和承包商立即疏散到警卫站或药房进行暴露处理

AXILL工厂厂区
事故厂区专用线与罐车

位于核电站多个位置的氯气传感器首先检测到泄漏并在上午8:28发出警报.大约在上午8:29至11:07间,位于排放点附近和排放物下风处(南部)靠近核电站南部周界的几个厂内气体传感器记录到的氯浓度超过了国家职业安全和健康研究所确定的立即对生命和健康有危险的浓度.周围的气体传感器还测量到氯浓度超过了美国环境保护署急性暴露指南第3级;因此核电站周边的氯浓度高于预计一般人群可能遭受危及生命的健康影响或死亡的浓度(核管制委员会,2004年)满载178,400磅的氯从罐车中泄漏出来沿着俄亥俄河谷向南迁移到新马丁斯维尔镇

5名Axiall和三名承包商雇员因接触氯而中毒,后送往医院接受治疗现已出院,严重的植被破坏发生在气流下风(南侧)处

紧邻的科斯特罗工业设施就在钠工厂的正南方,据报道不锈钢管道,储罐和操作设备都有损坏.此外一些员工对他们的车辆提出索赔,他们的车辆在发布时还在停车场.截至本报告撰写之日总经济损失尚未确定

事故发生时日出后雾正在消散;气温是72℉,有微风从北方吹来,时速1mph

NTSB对这起事故的调查集中在罐车的状况和性能上.在调查这些问题的同时NTSB调查人员还发现了罐车的资质和维护问题以及继续使用1989年前规格的DOT-105压力油罐车,由非归一化钢建造用于运输有毒吸入危险(PIH)或有毒吸入危险(TIH)的材料

这次调查是为了检查罐车的性能和结构故障.壳体破坏与裂纹扩展是一致的,从一个预先存在的,未检测到的裂纹和存在的应力诱导无控制的焊后热处理,壳体屈曲和低温装载

应急响应

西弗吉尼亚州环境保护部门(WV DEP)报告称,西弗吉尼亚州马歇尔县,紧急服务办公室(OES),韦策尔县和俄亥俄州门罗县的OES激活了各自的事故指挥所.马歇尔县OES指挥所位于州2号公路上Axiall设施以北约4mile处

据WV DEP报道,肯特(马歇尔县),普罗科特(韦泽尔县),克拉灵顿(门罗县)和新马丁斯维尔北部的社区被命令通过逆向911系统或由公共安全人员挨家挨户通知疏散.共有1864户家庭位于Axiall设施5mile半径内

邻近的工业设施包括Covestro和Blue Racer中游天然气启动了就地避难程序.2号州际公路,7号州际公路和CSX铁路公司的线路临时中断.所有这些线路都与俄亥俄河平行,此外美国海岸警卫队停止了俄亥俄河上的商业交通

下午13:37至14:19之间,Axiall公司的工作人员使用便携式空气监测设备测试了州际公路2号沿线的几个十字路口和商业地点.该公路延伸到Axiall工厂以南约4mile处,氯羽流已经消散,Axiall的工作人员在那段时间没有测量到空气浓度

此外在下午13:40分到14:15间WV DEP国土安全和环境反应小组(HSER)在从Axiall工厂南部的新马丁斯维尔到工厂北部马歇尔县指挥部的州际公路2号沿线的几个站点进行了氯的空气监测.HSER未发现可检测到的氯浓度

同样在下午15:40到16:14间HSER人员检查了俄亥俄河7号公路沿线的几个地点,没有发现可检测到的氯含量.这些空气监测结果促使应急管理官员解除了社区疏散

设备信息

Axiall公司在新马丁斯维尔(New Martinsville)有一个500英亩的化学生产设施名为“钠厂”,生产氯,盐酸,次氯酸钙,氢氧化钠球等.该工厂位于马歇尔县南端的俄亥俄河畔,距新马丁斯维尔镇以北约5mile.拥有约500名员工

纳厂氯产品采用水运和铁路运输.在此事件发生时Axiall运营着一支由1027辆拥有或租用的用于氯运输的压力罐车组成的车队,该公司的罐车氯装载架由3条专用线组成,位于位于俄亥俄河附近西侧制造设施中心附近的一个围栏内

危化品相关信息

健康和安全指导

氯气属于II类有毒气体,在危险区b中为PIH/TIH.氯气还属于附属危险等级5.1(氧化剂)和8(腐蚀性)氯气是常温常压下的气体,具有吸入毒性.如果被吸入或通过皮肤吸收,可能会导致刺激,中毒,严重甚至死亡.氯气呈黄绿色,反应性强,有强烈刺激性和令人窒息的气味,它能迅速与有机物和无机物结合

氯气

与潮湿的表面反应产生盐酸和次氯酸.当液氯泄漏时它会迅速蒸发,形成比空气重的蒸汽云.在32°F和标准大气压下,氯的液气膨胀比约为460所以一体积的液体在释放时形成约460体积的气体.对于职业接触,职业安全与健康管理局(OSHA)对氯的接触上限为百万分之一,氯的IDLH值是10 ppm.NIOSH建议当进入浓度超过IDLH的区域时,急救人员应使用自给式呼吸器并穿上完全密封的化学防护服

泄漏的氯气
消防官兵穿戴防护服进入氯气泄漏现场

《应急响应指南》(ERG)建议:如果有氯气从罐车中泄漏出来,最初的隔离距离应在所有方向上为3000ft.德国专家小组提供的隔离和保护指导进一步建议,在白天风速低6mph的情况下顺风者应被保护的距离为6.2mile

氯对机械完整性的影响

水分与氯反应生成盐酸和次氯酸会对罐车设备,管道和处理系统造成腐蚀.在250°F以下的温度下由碳钢制成的设备在氯干燥时不会受到猛烈的攻击.然而干氯对水分有极高的亲和力,极少量的水分进入氯处理系统就会创造一个有利于碳钢罐车快速腐蚀的环境

罐车信息

设计与规格

罐车AXLX 1702是DOT规格-105j500w,1979年6月由位于宾夕法尼亚州米尔顿市ACF Industries Incorporated-AMCAR分部建造.AXLX 1702的容积为17388加仑(144812磅)模板负载上限为178400磅,最大总轨道负载为263000磅.内部直径约为100.4in.水箱头之间的内部长度为43ft 3/4in建筑材料为美国铁路协会罐车(AAR TC)-128级B级非正火碳钢.罐车由两个椭圆形的罐头和五个桶形的外壳部分或环建造,全部由埋弧焊连接椭圆形状的坦克头原始厚度为13/16in并由0.5in厚的全头罩保护.最初的罐车外壳厚度为0.7751in.每个环形部分最小允许的壳体厚度为0.7438in.罐车配备了一个安全阀,设定压力为360psig,额定为375 psig.这款罐车最初是用11in的护套和4in的聚氨酯泡沫绝缘材料建造的

ALTX 1702号罐车

Texana油罐车制造公司在2010年7月进行了一次改造,用2in的陶瓷棉和2in的玻璃纤维绝缘材料取代了聚氨酯泡沫材料.这辆罐车有50年的使用寿命限制

目前氯气罐车的特殊商品要求包括用符合ASTM规范A516,70级或AAR TC-128 A级或b级的标准化碳钢制造.根据美国联邦法规(CFR) 173.314(c)第49篇,2009年3月16日或之后制造的氯气罐车必须满足指定为105J600I.14的临时规范

ACF-200存根窗台底架

罐车的ACF-200存根底架最初由ACF工业公司制造.下图显示了ACF-200的底架布局,包括摇篮垫和支撑组件以及来自AAR数据收集模板的焊缝识别编号.在垫的内舷端,A6表示角焊.虽然一般服务和压力罐车都采用了ACF-200存根底架设计但约有2,186辆DOT-105压力罐车配备了这种底架该设计使用焊接到罐体上的摇篮垫,将运行载荷从存根基梁通过罐体转移ACF-200的底盘布局位置的摇篮垫和枕垫如图所示.衬垫用绿色突出显示在摇篮衬垫的内舷端指定为A6的角焊缝用红色突出显示

Axiall的书面认证程序符合美国联邦法规第49章第180部分F子部分中关于罐车的认证和维护的联邦法规,包括适用于配备ACF-200底盘的罐车的特定维护说明(Axiall 2015)这些说明规定:采用ACF-200底架的罐车必须每5年在车身支撑的外侧进行一次存根底架检查,符合AAR的要求.此检查要求不包括检查板内摇篮垫焊缝终端Axiall根据AAR规则88B2规定了10年联邦最长检查周期.联邦铁路局(FRA)在2006年的一份安全报告中指出,这种存根底架设计容易产生缺陷如罐头裂缝,垫板与罐体之间的裂缝,底板腹板裂缝和罐壳弯曲,这在某些情况下会导致危险物质发生泄漏事故(FRA 2006)

运用历史

罐车AXLX 1702用于氯的运输其整个使用寿命.它最初属于PPG工业公司,当时这辆车的模板是PPGX 1702.这辆罐车自2013年以来一直是Axiall车队的一部分,没有任何记录表明这辆车遭受了任何铁路损坏或有任何设备缺陷

早期维修记录

2010年AXLX 1702(当时是PPGX1702)在宾夕法尼亚州的Rescar铁路车辆厂接受了危险品(HM)-201型罐车资质检查车间记录显示.Rescar清洗和检查了罐车内部,当时没有发现内部腐蚀或机械损坏的迹象.Rescar技术人员记录了超声波厚度测量并注意到没有证据表明外壳厚度低于最低要求

Rescar铁路车辆厂
厂修中的罐车

在2010年的维修过程中,Rescar技术人员使用视觉检查技术对底部和结构完整性进行了检查以检查焊缝缺陷.检查文件报告说4个A端和B端纵向摇篮垫到容器的角焊缝端均显示出3in的裂纹迹象,因此未能通过检查技术人员还用超声波角束(剪切)检查了罐车底部4ft的环焊缝(在坦克周围做的连接两个环形部分的圆周焊缝)没有发现可报告的迹象.Rescar修复工单显示:有缺陷的摇篮垫端焊缝已通过研磨和重焊去除.车间记录表明后对目视和染料渗透检查发现纵向衬垫到槽角焊缝处于可接受状态

2016年1月至7月期间AXLX 1702留在车辆厂作为Axiall车队维护项目的一部分,该项目包括根据Axiall车队特定要求进行为期5年的中期检查以检查内部腐蚀和外壳厚度.鉴定模板显示该罐车还没有到2020年进行为期10年的HM-201检查的时间.因此Axiall的服务要求不包括HM-201检查所涵盖的所有项目,如对短梁底部框架焊接终端的结构完整性的评估

Rescar的技术人员注意到5个罐壳环的内表面都存在严重的锈蚀和腐蚀损伤导致罐壳厚度低于AXLX 1702指定的最小厚度0.7438in.技术人员在每个罐壳环截面的32个位置的网格模式中收集了超声波厚度测量值,在底部中心线的每边24in处发现25%的位置低于Axiall的最小罐壳厚度要求.腐蚀最严重的罐壳位置的厚度为0.712in.技术人员完成了一份结构完整性缺陷记录报告罐车未能通过检查.2016年4月19日Axiall的维护管理承包商AllTranstek,LLC批准了Rescar的建议,使用焊接堆积程序来修复罐车以增加腐蚀位置的罐体外壳厚度

Rescar公司报告称该公司通过磨除腐蚀和焊接恢复了罐体厚度,修复了6,912平方英寸的内部外壳表面再抛光技术人员使用手持研磨机将修复的点与相邻的母金属混合在一起.2016年5月24日Rescar进行了超声厚度检测确定每个修复点的最小厚度

技术人员没有发现任何异常.技术人员还使用磁粉检查方法检查焊接堆焊修复区域的裂缝证据,没有发现任何例外技术人员没有检查外部摇篮垫角焊缝.因为这些焊缝不需要检查也没有在车间进行修复

在2016年5月24日至6月9日期间Rescar技术人员试图按照电控加热垫的车间程序进行局部焊后热处理(LPWHT)该程序要求在加热元件上使用陶瓷纤维绝缘以及绝缘待处理材料的相反表面,以确保整个处理区域的平衡加热

Rescar分包给宾夕法尼亚州Aston Mills的Superheat FGH服务公司(Superheat)提供基于互联网的远程LPWHT操作和监控.Superheat公司向Rescar公司提供了一份总体布局图,上面标明了26个陶瓷加热垫电路的放置位置以及热电偶附着点.加热垫和热电偶引线连接到加热器控制单元使Superheat能够远程调节加热过程的速率,强度和持续时间.Superheat还为Rescar技术人员提供了外部绝缘位置图以控制工件温度.热处理发生在2016年5月27日至2016年6月7日之间的6个不同日期,因为设备问题导致多个热处理循环被中止并重新运行.下图描述了罐体修复位置和成功运行LPWHT的时间顺序.开裂的区域用红圈标出,靠近加热元件7和8

AXLX1702 LPWHT布局(由Rescar公司提供)

根据对碳钢罐的AAR LPWHT温度要求,应力消除热处理温度和时间为1012 F+12°F.最低保温时间为3小时远程监控设施应该控制每个加热元件的温度以确保温度上升限制,浸泡温度和时间以及冷却速率都在程序的限制内并符合AAR的要求,如果与热电偶或加热垫无法达到或维持目标温度,远程监测设施能够中止热处理循环

罐车装载

2016年7月28日晚21:31左右,AXLX 1702用氮气加压至约30psig以防止运输过程中氧气和水分的引入,从宾夕法尼亚州DuBois的Rescar罐车工厂出发运往西弗吉尼亚州新马丁斯维尔的Axiall公司工厂.最初的运输是水牛城-匹兹堡铁路公司担当运输任务.2016年7月30日这辆罐车在宾夕法尼亚州纽卡斯尔市被换到了CSX铁路公司,在这次转运中没有运输事故的记录.罐车于2016年8月6日下午16:37抵达Axiall natarium工厂

2022年10月27日,水牛城-匹兹堡铁路公司SD40-3 3345重联牵引PSDB-1次货车宾夕法尼亚州杜波依斯站准备发车

罐车装载过程

Axiall为AXLX 1702灌装的程序首先是检查其缺陷或损坏的迹象并确认该罐的规格适合装氯.因为返回的AXLX1702加压约30 psig氮气,所以不需要清洗罐.装氯人员打开一个液体阀门,l放出一些气体以测试罐内是否有水分.发现罐中没有水分,装载机打开液体阀门释放氮气直到压力约为10 psig.罐车被移到轨道秤上装载线连接到装载液化压缩氯

2016年8月27日大约凌晨2:00装氯人员在开始给罐车加氯时监测刻度读数和产品流速.到上午8:15罐车被装满了它的最大授权载荷178,400磅.使车辆的总重量达到261950磅.罐车装载到65 psig的内部压力,这是氯装载架的典型压力.低于罐车500 psig的试验压力和1250 psig的额定破裂压力.罐车内氯产品的温度是-9°F,这是典型的装载设施和设施的参数.氯研究所(CI)建议油罐车装载设施应考虑随着温度升高而增加的蒸汽压.这样罐中的氯压力应保持在减压装置(PRD)开始排放设置375 psig的80%以下(CI 2015)罐车装载压力与CI指导一致,适用于高达0°F的装载温度.质量控制测试表明氯在Axiall的生产规范内并含有其他卤素,卤代烃和水分的痕迹

装载人员用氨溶液喷雾对阀门和连接件进行泄漏检测,没有发现泄漏装载棚附近和整个工厂的氯气传感器和报警器网络也没有在装载过程中和随后立即检测到任何氯气.操作罐车的三名装氯技术人员告诉NTSB调查人员他们在装罐过程中没有观察到泄漏或不寻常的事件

事故后罐车检查

NTSB调查人员对AXLX 1702号罐车进行了事故后检查.2016年9月1日并在NTSB材料中心取下外壳样本进行进一步测试.实验于2016年9月20日开始,罐车外壳持续了一个42in长,大部分是周向的裂缝穿过的第四个环的底部,大约0.25到0.5in从a端短基架摇篮垫内端.如图所示这是一个事件后的照片的坦克底部的护套拆除,显示了摇篮垫内的外壳裂缝裂纹止于摇篮垫的右角附近.显示出槽料向左侧局部屈服;这条裂缝部分延伸到水箱的一侧,分叉成两个分支.其中一个在停止前圆周继续约13in.另一个水平地转向B端,这个分支终止于第三和第四罐节环之间的环焊缝处,裂缝面在水箱底部约0.25in处裂开.然而唯一可见的屈服变形是在裂缝的右端

罐体裂纹正面观
罐车底外表面显示摇篮垫内侧的周向裂纹

在左右摇篮板与槽角焊缝的板内端,焊缝的差异是明显的.不同的焊缝与人工应用的修复焊缝一致,正如在Rescar 2010焊缝裂纹修复中记录的那样.支架修复焊缝右侧约2.5in长,左侧约2in长,裂纹周围的罐体外表面出现了普遍的腐蚀和许多凹坑.在距离裂缝较远的地方也发现了腐蚀和点蚀,有些腐蚀表现为深点蚀

在坦克内部外壳表面发现了多处焊缝堆焊修复以及表面被磨损的位置.事故后的检查没有发现内部表面有腐蚀点蚀的证据.第三和第四罐环壳材料的一部分,包括整个裂缝区域被删除了进一步检查.它进行了13次可见的焊接修复.其中在罐环4中发现8处焊缝形成和11处接地点,在罐环3中发现5处焊缝形成和2处接地点.两个焊缝堆焊修补区域正好在裂缝的内侧但没有相交.下图显示了罐车外壳的内部表面,显示了外壳裂纹(红线)腐蚀焊缝堆积修复(黄圈)热结垢,外表面/对表面的内板支架垫端部(虚线蓝线)以及罐车环3和罐车间的环焊缝(橙线)在摇篮垫左侧的紫色椭圆形表示可见内表面结垢的区域.地面点用绿色+标记标识.罐体环4的壳体材料在摇篮垫板处的裂纹与罐体环3至4环焊缝之间发生屈曲.在这11un的距离内,内表面向下变形了约0.5in.由于样品的尺寸无法测量周向变形的程度

罐车内部裂纹

在靠近摇篮垫右角的内槽表面发现了0.03in厚的表面氧化(垢)区域,缩放边界不清楚但估计该区域至少有12in的直径包括裂缝的右侧末端.在刻度去除后的刻度区域内的外壳厚度测量值低于最小允许值鳞片区域的金相切片也显示出0.006in深的脱碳和内外表面的鳞屑.标度区域的材料表面硬度比周围的材料稍软,在约1in的距离上有一个硬度突变表明该区域在焊后热处理过程中发生了变化

裂纹整个长度与脆性断裂扩展一致.裂纹表面上的线形标记表明裂纹开始于左侧修复焊珠的趾部附近.如图所示从左焊缝周向外传播,下面的图像提供了坦克外壳的内部视图显示了裂纹的起始位置,裂纹扩展(红色箭头)以及NTSB调查员锯开破裂区域(紫色括号)的切口

虚线蓝色表示摇篮垫在外壳外侧的位置.红色箭头表示裂纹向右侧发展的方向,裂纹在右侧支架垫修复焊缝附近停止但没有与焊缝或其明显的热影响区相交左边的裂缝继续向周向扩展,然后分裂成两条,较长的部分转向B端并在连接罐环3和4的熔焊处止裂.较短的裂缝延伸了一段距离在板的中间停住了

罐体内部情况

在修复焊缝趾部出现的与氧化层一致的深色椭圆形区域确定了裂纹起始区域.NTSB的调查人员估计,这块黑色区域大约0.7in宽0.2in深.裂纹起裂区域大致沿着修复焊趾的弯曲形状,凸出了摇篮垫的内舷端近0.3in.在修复焊缝下发现的三个额外裂纹分别为0.037,0.094和0.109in

右侧角焊缝修复部分包裹在摇篮垫内侧角处其配置与左侧角焊缝终止不对称.壳体裂纹的右端进一步向内止裂并没有与摇篮垫角焊缝相交.右边的焊缝被削掉了是由几颗不顺畅地融合在一起的珠子组成的.检查还发现在右侧修复的焊缝处,罐体材料上已有一个氧化物覆盖的裂缝,宽0.6in深0.3in

罐体环4材料的机械测试(从远离任何维修的区域取样)表明该材料满足AAR TC-128 B级钢的极限强度和屈服强度和延伸率的最低要求(AAR 2014)材料的化学分析发现与AAR TC-128 B级钢的当前要求(AAR 2014)相比,硫,铝和硼的百分比存在微小偏差

在-100℉到200℉间的不同温度下,对罐环4的罐体材料进行了夏比冲击试验.在制造罐车时这些测试是不需要的.对于壳体温度等于-9°F的加载温度,如本事件中的情况横向向的插值夏比冲击值约为8ft-lb纵向约为12ft-lb表明材料相对脆

2016年9月8日米德兰制造公司对从AXLX1702上拆下的艾默生crosby型JQ PRD进行了检测和测试.PRD有一个内部破裂盘没有破裂.因此显示PRD没有激活.测试显示破裂片在410psig压力下激活或比其额定压力375psig高约35psig

2016年9月29日联邦铁路局调查人员从AXLX 1702收集了额外的超声罐壳厚度测量数据.联邦铁路局的调查人员在第3和第4罐环中发现了7个低于最小外壳厚度0.7438in的区域.调查人员注意到低于最小值的读数出现在焊接沉积物边缘的研磨区域,在那里维修技术人员试图将焊缝的趾部混合到外壳中

原因分析

NTSB发现罐车经过大量腐蚀修复后被归还给车主.在第一次装载之后罐车外壳立即出现了裂缝.调查人员发现了一些可能削弱或损害储罐的先决条件的证据.这些因素综合在一起导致了这次事故中储罐失效和氯气泄漏,NTSB调查人员发现使用非标准化钢罐车运输PIH材料以及罐车的修理,检查和测试存在问题.这些问题对公众和那些在铁路运输中处理或可能接触到危险物质的人构成了重大风险

罐车结构韧性

AAR从2016年9月至2017年8月的统计数据显示:在约11,900辆的压力罐车中PIH/TIH材料的年出货量约为75,400辆根据AAR标准,1989年1月1日以后建造的所有DOT-105级油罐车的头部和外壳必须采用标准化钢板材料(AAR 2014)该标准进一步规定,对于2005年8月1日后订购的压力罐车用于压力罐车头部和外壳的每片钢板必须按照ASTM A20的要求,横向进行夏比冲击试验必须满足-30°F下三个15ft- ib试件的最小平均值,没有一个值低于10ft- ib,没有两个低于15ft-lb (ASTM 1993)目前还没有相应的联邦法规要求使用由标准化钢制造的罐车或为用于运输PIH/TIH商品的罐车建立断裂韧性标准

大多数在1989年之前建造的压力罐车是由非标准化钢制造的.管道和危险材料安全管理局(PHMSA)估计,在1989年前大约有3000辆氯气罐车是用非标准化钢制造的.AAR报告称截至2018年第二季度,约有942辆此类非标准化钢罐车仍在PIH/TIH服役;比去年减少了24%在此事件发生时Axiall运营着一支由1027辆拥有或租用的压力罐车组成的车队用于氯运输.Axiall车队包括1989年之前建造的350辆氯气罐车,其中250辆的外壳由非标准化钢制造

正火是一种通常用于制造钢板的热处理过程.在此过程中钢被短暂加热至Ac3临界温度以上,然后在静空气中冷却至环境条件该工艺在炼钢实践中被用于控制钢的晶粒尺寸和碳化物的形态和分布

控制罐车外壳材料断裂韧性的变量包括钢的化学成分,钢锭或连铸工艺和调理,热机轧制工艺用于发展最终的板厚并纳入一个整理热处理这样的正常化.一般情况下非归一化TC128B钢板断裂韧性较低与正火钢的夏比冲击韧性比较

在2002年1月18日发生在北达科他州迈诺特的油罐脱轨和无水氨泄漏的报告中NTSB指出,脆性金属更有可能导致罐体完全破裂和货物瞬间泄漏NTSB进一步指出在事故场景中未归一化的钢材在低温下可能会形成快速增长的脆性裂纹,因为传播这种类型的失效所需的能量非常少.脆性断裂在断裂前不发生明显韧性变形

1.18北达科他州买诺特脱轨事故现场

另外韧性材料需要持续应用能量来扩展裂缝.由于韧性钢的止裂性能,在韧性到脆性转变温度以上的损坏罐通常保持完好但在一段较长时间内逐渐发生提单损失

经过测试的AXLX 1702钢的机械性能满足1979年生产时罐车的要求是1989年以前生产的典型非标准化TC-128级B钢,包括涉及北达科他州迈诺特事故的罐车从30°F下的测试数据拟合曲线推断.壳体材料的夏比v型缺口冲击能值在横向方向约为7 ft-lb在纵向方向约为8 ft-lb.因此在2005年8月1日(AAR 2014)之后订购的压力罐车中该材料无法满足目前横摇方向-30°F时15ft-磅的要求.AXLX 1702的裂纹从起点到整个长度都表现为宏观脆性断裂,说明材料断裂韧性较低

NTSB的结论是非归一化钢外壳材料的断裂韧性较低,加上货物的低温导致了预先存在的裂缝的扩展和氯的泄漏

罐车外壳钢的化学成分符合AAR标准,除了硫略高于规定的0.015重量百分比(测量0.016重量百分比)和铝在规定的0.015-0.060重量百分比(测量0.01%重量百分比)按照现行标准,硫的含量最高不得超过0.009%的标准,所测得的硫含量是不能接受的.然而将AXLX 1702的化学成分与发生在北达科他州迈诺特事故的易断裂罐车进行比较,发现其硫含量明显低于发生在迈诺特事故的罐车制造时使用的TC 128B钢0.040%的重量限制.虽然这些结果超出了规范但它们并不被认为是该版本的因果关系或贡献(Anderson and Kirkpatrick 2006)

NTSB还在调查迈诺特事故时处理了1989年以前的压力油罐车的问题.NTSB调查人员对事故中涉及的5辆1989年前规格的DOT-105油罐车的非标准化钢进行了冶金检验.NTSB的结论是:“5辆油罐车的坦克外壳使用的非正火钢断裂韧性较低导致了它们的完全断裂和分离”因此NTSB对1989年以前建造的压力罐车运输液化压缩气体的安全表示担忧,因为这些罐车运输的危险物质量很大,使用寿命很长

因此NTSB向联邦铁路局发布以下建议:

对1989年以前建造的压力罐车壳体钢的抗冲击性进行综合分析.至少安全分析应包括动态断裂韧性测试和/或提供材料延性和断裂韧性信息的无损测试技术的结果.数据应该来自最初制造的坦克外壳的钢材样本或者来自1989年以前的压力罐车具有统计代表性的外壳样本.本建议被归类为封闭不可接受行为

根据联邦铁路局对1989年以前建造的压力罐车外壳钢抗冲击性能的综合分析结果如安全建议R-04-4中所描述的建立一个计划,根据灾难性断裂和分离的风险对这些车进行分级并采取措施消除或降低这种风险.这个排名应该考虑到运行温度,压力和列车的最高速度.本建议被归类为封闭不可接受行为

制定和实施罐车设计特定的断裂韧性标准如用于运输美国交通部II类危险材料的压力罐车的钢材和其他建筑材料的最小平均夏比值,包括那些低温使用的材料.性能标准必须适用于具有最小冲击阻力的材料方向并考虑到罐车的整个工作温度范围

此建议被分类为打开⸻可接受响应.2009年1月13日PHMSA发布了最终规则HM-246其中包括49 CFR 173.31(e)(2)(v)的新规定,要求罐车车主在退役或拆除运输PIH/TIH材料的罐车时选择非标准化钢结构的罐车(1989年以前的结构)而不是标准化钢结构的油罐车(联邦登记册2009,1770)PHMSA在该规则的序言中表示,尽管它认为该规则响应了NTSB的要求但该规则并没有直接执行安全建议R-04-4或-5.2010年8月19日NTSB回应联邦铁路局说,尽管新规定可能会导致1989年以前运输PIH/TIH材料的罐车比1989年以前的罐车提前退役但这不是建议行动的一个可接受的替代方案

作为对安全建议R-04-7的回应,联邦铁路局于2016年5月16日通知NTSB它已经制定了一份受监管的II类危险材料清单并将获取与这些材料的实际运输条件相关的数据(例如材料在装载时的温度和装载时罐车内的压力)联邦铁路局表示,基于这一分析它将制定一份运输温度高于低温(-90°℃或-130°F)和低于环境温度的第2类材料清单.联邦铁路局表示它将使用该清单来确保在该温度范围内和在较高压力下载有II类危险物质的压力车,其罐车钢必须符合AAR的《标准和推荐实践手册》(MSRP)第2.2.1.2节的要求.AAR的规范要求用于压力罐车外壳和头部的钢材在-30°F(-36.4°℃)下对轧制方向与测试方向垂直的钢片进行夏比冲击试验,AAR的规范还要求测试在-50°F(-45.6°℃)的环境下进行并将样品滚向测试的方向.联邦铁铁局表示在未来的规则制定中它和PHMSA将参照AAR的MSRP 2014版将相关条款纳入危险材料法规并确定“低温”商品

焊后局部热处理的控制

根据LPWHT的Rescar程序必须将陶瓷纤维绝缘材料放置在加热元件和相反的外壳表面上,以确保整个处理区域的平衡加热.此外散热片如发热区域的垫片,支架和法兰必须高度绝缘以防止控制器错误的温度读数.在这种情况下罐体护套切口是必要的,以提供通往外部外壳表面的通道以便进行绝缘.Rescar技术人员沿着AXLX1702的底部中心线做了5个罐体护套切口使得很难充分隔离所有修复位置的外壳表面

工艺规程RSP-014告诫说,在同一区域应避免多次热处理因为重复的处理可能会损坏坦克外壳材料,损害罐车的完整性.然而Rescar遇到了LPWHT设备控制问题导致他们放弃并在相同的储罐区域重新进行了几个热处理循环,AAR对本地焊后热处理的要求表明罐体的任何部分都不应超过1250°F (AAR 2014)的温度.然而B端右修复焊缝堆积物区域的结垢,脱碳和显微组织差异表明该区域在材料的临界温度acaam(1330°F)和Ac3(1570°F)间局部过热NTSB的结论是:AXLX 1702罐壳结垢和过热的存在表明LPWHT操作没有得到充分控制,在焊接堆积腐蚀修复后的应力消除操作中超过了1,250°F的最大允许温度

结垢损伤使储罐厚度降低到最小允许厚度以下虽然焊后热处理过热可能增加了局部断裂韧性导致扩展裂纹停止但它也可能通过在罐壳中叠加额外的残余应力导致罐壳失效,虽然过热区域的形状和位置与加热元件的位置相对应但根据Superheat公司的基于网络的监测记录(依赖于与附在储罐上的热电偶的电子通信)这个热损坏的储罐外壳区域没有超过1200℉.NTSB得出结论LPWHT过程中罐壳过热表明依赖远程第三方网络监控的过程需要更严格的车间质量控制和记录保存程序

自该事件发生以来,AAR罐车委员会已提议修改其MSRP附录R和W以解决从卫星设施远程监测LPWHT的问题(AAR 2017).提议的修订将要求LPWHT设备校准,热电偶放置,加热垫和绝缘放置,过程监控要求和AAR温度限制的书面程序.提案还呼吁将LPWHT过程监控要求纳入热处理技术人员培训计划.NTSB的结论是不受控制的局部焊后热处理会严重影响罐车的完整性,导致罐车外壳的热损伤包括脱碳,结垢,变薄,微观结构变化,屈曲和关键油罐结构的累积应力.因此NTSB建议AAR对罐车MSRP规范M-1002进行修订以确保对LPWHT过程进行充分监控以避免在焊接和维修后不受控的热处理对罐车材料造成损伤

罐体变形

2010年10月1日AAR维修咨询MA-0123(CPC-1218)要求修理厂和铁路公司在例行维护或检查活动中,检查摇床垫内侧的罐底是否有超过1/2in的翘曲.维修报告指出应将屈曲情况告知罐车车主(AAR 2010)AXLX 1702在裂纹位置和附近的环焊缝之间显示1/2in的卡扣.卡扣的来源尚不清楚但它可能是2016年维修,LPWHT或之前的事件的结果.它的存在可能影响了开裂的摇篮垫焊缝终端的局部应力.维修建议明确指出AXLX 1702被扣的区域是罐车上的一个关键位置.在罐车被购买时应该进行视觉检查.然而技术人员没有检查或报告任何屈曲损伤

修焊配置

原始的制造图纸规定在短底架摇篮垫的内舷端有一个8in的无焊接区.其他相互矛盾的制造商图纸显示摇篮垫在这个位置是9in宽,因此这意味着原来的焊接可以包角1/2in.这将进一步意味着修补焊接也可以包裹的角落以修复车辆的原始状态,该车A端裂纹的修补焊缝符合焊缝间距要求.未开裂的B端焊缝不符合原图纸要求.虽然A端垫角焊缝端部符合间距要求但其具体配置从右向左不对称,左侧焊缝比右侧焊缝向内突出

NTSB的研究人员进行了有限元建模以检查局部应力罐体靠近内舷端摇篮垫造成的几何不对称.2010年修复摇篮垫角焊缝,采用有限元模型对焊缝进行了研究

各种配置的终端,包括对称和不对称的绕焊情况(横向和纵向焊接终端)模型显示应力集中在相同的槽位内边缘的摇篮垫.然而不同的焊缝终止几何形状包括实际的不对称情况,导致局部应力的大小和位置相似.因此不对称的焊缝几何形状和绕焊不太可能是罐壳失效的重要因素.然而有限元模型显示,在壳体开裂开始的位置出现了应力集中而在同一位置,研究人员发现了一个预先存在的裂纹,紧靠近失控LPWHT造成的壳体热损伤

悬架垫板内端(非对称角焊缝)最大主应力分布

制造商美国轨道车工业公司(ARI)在其子公司美国轨道车租赁公司(ARL)下发布了附加的说明:详细说明了安装ACF-200底盘的非压力罐车所需的检查和缺陷修复(ARL 2006)公告指出,尽管大多数缺陷位于焊缝中但有些缺陷开始于焊缝附近并在母材中缓慢进展.虽然公告的大部分内容涉及罐车的不同区域但有一个检查步骤直接针对板内支架焊端并声明任何发现的裂缝都应根据公告的说明进行修复

调查结果

1.低断裂韧性的非归一化钢外壳材料以及低温度的运输促进了一个预先存在的裂纹的扩展和氯的泄漏

2.管道和危险材料安全管理局未能为有毒吸入危险/有毒吸入危险油罐车建立最终的油罐车规范并制定了严格的时间表将不合格油罐车撤出服役,这阻碍了及时实现车队现代化

3.AXLX 1702上的罐壳结垢和过热的存在表明局部焊后热处理操作没有得到充分控制,在焊接堆积腐蚀修复后的应力消除操作中超过了1,250°F的最大允许温度

4.罐体在焊后热处理过程中出现过热现象表明:依靠远程第三方网络监控的过程需要更严格的车间质量控制和记录保存程序

5.不受控制的局部焊后热处理会严重影响油罐车的完整性,导致罐车外壳的热损伤包括罐体脱碳,结垢.临界罐结构的细化,微观结构变化,屈曲和累积应力

6.如果在进行内部腐蚀维修时按照类似于《美国铁路车辆租赁公告》中关于非压力罐车的指导的维护计划对事故罐车进行了检查,那么就可以检测到之前存在的裂缝从而避免泄漏

7.由于在AXLX 1702号罐车所有承台焊端和许多其他类似装备的氯气罐车的相同位置都发现了焊缝裂纹,因此所建立的检查和修复协议没有充分考虑到美国交通部-规范ACF-200短基梁底盘的压力罐车的使用条件和短基梁焊接附件损伤容限

8.如果基于损伤容限标准而不是10年联邦最大间隔,更频繁地检查短基板和摇篮垫的内舷端焊缝裂纹就可能在裂纹失效前识别出已经存在的裂纹

9.如果按照美国铁路维修协会MA-0123的要求对罐车进行检查和修理,那么AXLX 1702号罐车外壳故障和氯泄漏可能是可以避免的

10.由于A端左摇篮垫角焊缝趾部存在预先存在的裂纹导致罐车壳体失效;然而由于通过裂纹释放的液氯的氧化和冲蚀作用对断口表面造成了损伤,导致裂纹的原因无法确定

11.从罐体中裂纹的方向和路径分析表明,罐车壳体破坏是由罐车自重及其载物产生的弯曲载荷与罐车内部压力共同作用的结果

12.断裂时间可能是在装载后汽车热平衡过程中罐体壳应力变化的结果

可能的原因

NTSB认为,氯气泄漏可能原因是在存根基板垫的内侧附近存在一个未被检测到的预先存在的裂缝,该裂缝在装载低温氯后的汽车热平衡过程中随着罐体应力的变化而传播到故障

导致事故发生的根本原因是Axiall公司的短梁检查间隔不够频繁没有检测到裂缝,罐车结构中使用的非正火化钢抗断裂能力低以及Rescar公司的油罐壁腐蚀修复和焊后局部热处理过程中残留应力的存在

整改措施

根据调查结果,NTSB提出了以下新建议:

致管道和危险物质安全局:

颁布用于运输有毒吸入危险/有毒吸入危险材料的压力罐车的最终标准,包括对罐头和罐体提高断裂韧性的要求

禁止使用运输有毒危险/有毒吸入危险材料的罐车,这些材料由非正火化钢制成也不是由符合安全建议中最高可用断裂韧性规格的钢制成.美国运输部规范压力罐车的车主发布维修指南,这些罐车运输有毒吸入危险/有毒吸入危险危险材料,其风险因素包括非归一化钢外壳材料和靠近短梁附件和其他高应力位置的修补或焊后热处理以(1)建立结构完整性检查频率;(2)为确定裂缝敏感部位的关键缺陷大小和修复和验收标准提供指导;(3)为选择具有足够检测概率的裂纹识别无损检测方法提供指导

致美国铁路协会:

实施对美国铁路协会油罐车标准和推荐操作规范手册M-1002的修订

确保对焊后热处理过程进行充分监控

避免在焊接和维修后不受控制的热处理对罐车材料造成损伤

致美国轨道汽车工业公司:

制定检查和维护程序以解决适用于配备ACF-200存根的压力罐车的支架垫焊接附件的裂纹

本报告中重新分类的建议

根据这次事故的调查结果,NTSB将联邦铁路局的安全建议从“开放可接受的响应”重新分类为“封闭可接受的行动/被取代”,由管道和危险材料安全管理局的安全建议进行分类

事故调查人员

主席:罗伯特·萨姆沃特
副主席:布鲁斯·兰斯伯格
调查员:埃尔·温纳
调查员:贝拉·丁·扎尔
调查员:詹妮弗·霍姆迪

通过时间:2019年2月11日

危险的毒气:8.27美国西弗吉尼亚州新马丁斯维尔氯气泄漏事故的评论 (共 条)

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