2018年11月26日，上海赛科烯烃装置发生一起人身伤害事故。宁波工程公司三名员工与赛科一名员工到达烯烃分离装置的裂解气压缩机三段排出罐D-2006M进行检查，发现罐内有一块受限空间警示牌，宁波公司一名承包商人员进入罐内欲取出警示牌时，发生意外晕倒。赛科一名员工发现后，跨入罐内，欲将张某拉出，但也掉入罐内。经初步分析，事故原因是压缩机在空气试车时密封气为氮气，在完成空气试车后，氮气密封继续维持工作，致使D-2006M罐内空间处于低氧含量状态，两人意外进入罐内后造成窒息。
无独有偶，2005年11月5日发生在美国瓦莱罗能源公司一炼油厂的受限空间氮气窒息事故和该起事故非常相似。本文将结合美国化学品安全与危害调查委员会（CSB）对2005年11月5日美国瓦莱罗能源公司一炼油厂发生的受限空间氮气窒息事故的调查，详细介绍该起事故的发生背景、发生过程与事故后果，并从技术和管理角度综合分析、总结导致此次事故的各方面原因，分享CSB调查组根据事故调查结果总结的经验教训和建议措施。
01
事故简介
2005年11月5日，美国瓦莱罗能源公司特拉华州炼油厂，两名承包商人员在一个压力容器上部进行作业，准备重新安装一条管线。第一名作业人员在尝试从该压力容器中取出一卷胶带时，因吸入氮气失去意识，跌落到压力容器中死亡。他的同伴在尝试救援的过程中，也因氮气发生窒息死亡。
02
事故背景
2.1
缺氧环境
氮气占空气成分的78%，没有毒性。空气中正常的氧气浓度约为21%。在石油化工装置中，经常使用氮气通入工艺设备中，主要目的是降低工艺设备内部的氧气浓度。在这种情况下，由于没有足够的氧气支持人的呼吸，工艺设备内部的这种缺氧环境是非常危险的，如表1所示。另外，在未密封的设备开口附近的设备处也可能出现缺氧危险环境。
2.2
瓦莱罗能源公司
瓦莱罗能源公司（Valero Energy Corporation）拥有18家炼油厂，该公司于2005年9月从裴姆科炼油公司（Premcor Refining Company）收购了特拉华州炼油厂和其他三家炼油厂，使得瓦莱罗能源公司能够北美最大的炼油公司。特拉华州炼油厂拥有约570名员工。
在瓦莱罗能源公司获得特拉华州炼油厂所有权之前，裴姆科炼油公司委托Matrix和其他公司负责2005年的停车检修。
在停车检修期间，瓦莱罗炼油厂装置操作人员负责装置停车、控制和移除设备中的危险物料和设备的挂牌上锁。瓦莱罗操作人员根据瓦莱罗公司现场操作程序，负责准备、审查并批准所有的承包商作业许可，包括安全作业、动火作业和受限空间进入控制。
瓦莱罗公司还为检修期间每个班次安排了合同制管理员，白班和夜班的合同制管理员负责推进工作进度、向瓦莱罗检修经理报告工作进展情况、监督安全和健康问题、以及协调承包商工作等。
2.3
Matrix服务公司
Matrix服务公司主要为石油炼化企业提供维保和检修服务。Matrix根据委托提供检修需要的管工、锅炉工和其他技术人员。Matrix公司和其他承包商负责提供具备常规工业知识和炼油厂相关安全培训的技术工人。承包商人员应在他们的安全操作程序中引入瓦莱罗公司所有的安全要求。
Matrix负责准备书面的作业许可申请，并提交给瓦莱罗装置操作人员审批。当作业许可申请得到瓦莱罗装置操作人员的批准后，Matrix作业人员领队在开始作业前，和相关的作业人员一起对作业许可进行审核。
根据Matrix公司与瓦莱罗公司炼油厂的联合约定，管工负责执行管线及管线部件相关的维保作业，例如管线与管线的螺栓法兰；锅炉工则负责执行压力容器相关的维保作业，包括管线与压力容器连接用的螺栓法兰。
03
事故发生过程
事故发生的前几天，Matrix公司承包商作业人员在加氢裂化装置的反应器R1上安装了临时的氮气供给系统。作为向反应器R1装催化剂操作程序的一部分，瓦莱罗炼油厂操作人员打开氮气阀门，向反应器R1中进行氮气吹扫。通入的氮气从反应器R1顶部的人孔缓慢排出，如图2所示。向反应器R1持续通入氮气可以防止新装入的催化剂与空气中的氧气发生反应，对催化剂性能造成影响。
事故发生前2天，催化剂公司承包商人员完成了向反应器R1装入新催化剂的作业，并在反应器R1顶部敞开的人孔上放置了一个临时的塑料防水布和木质封盖，防止湿气和杂物掉入反应器中。他们还在人孔周围的螺柱上悬挂了受限空间警示牌。事故发生前约5小时，催化剂公司承包商人员在螺柱周围缠绕了一些红色警示胶带。
加氢裂化装置开始维保作业前，瓦莱罗公司加氢裂化装置操作人员向Matrix公司夜班承包商人员签发了关于在反应器R1上安装顶部弯头和管线的安全作业许可证。根据该操作人员描述，他和Matrix公司承包商领队经沟通达成共识，承包商作业人员此次只负责建立工作区域，午饭后承包商领队将返回控制室申请一个新的作业许可证，执行安装作业。但是，这个已经签发的作业许可证没有进行修改，没有明确限制此次作业内容仅限于“建立工作区域”。另外，虽然反应器R1持续进行氮气吹扫，作业许可证上的“氮气吹扫状态”一栏被标记为“无”。
下午约11点，为了重新安装管线组件，Matrix公司两名承包商作业人员移除了反应器R1顶部人孔上的木质封盖和塑料防水布，并清理人孔法兰的表面，如图3所示。两名承包商作业人员清理人孔法兰表面的过程中，另一名Matrix公司承包商人员告诉他们有一卷管线胶带遗落在距离反应器顶部人孔约1.5m距离的塔盘上，如图4所示。这两名承包商作业人员知道，根据反应器清洁标准，禁止把胶带遗留在反应器中，所以他们和领队商量了一下取出胶带的方法。
图3：DN300工艺管线通过管线组件连接至反应器R1顶部人孔（事故发生后拍摄照片）
图4：反应器R1内部塔盘上的一卷管线胶带（事故发生后拍摄照片）
他们考虑了进入反应器取出胶带的方案，但是他们知道，进入反应器需要经过特殊培训并配有特殊设备的人员，并且需要受限空间进入许可证，这样的话会严重耽误作业进度。所以，他们决定制作一个带有弯钩的长线（如图5所示），通过人孔取出胶带。
图5：自制的长约4.6m的线钩
事故发生前的几分钟，附近区域的工作人员看见第一名遇难者站在人孔周围的螺柱旁边，使用线钩试图取出反应器中的胶带。一名工作人员看见他使用线钩的过程中跪在螺柱旁边。没有人看见他进入充满氮气的反应器，他有可能是跌落掉入反应器中的，也可能是有意进入反应器中的。
正在旁边反应器工作平台上作业的一名目击者看见承包商领队（第二名遇难者）和夜班管理员通过人孔向反应器中查看，然后该目击者看见承包商领队急忙抓起一个梯子，伸入反应器中，然后立刻爬了下去。目击者然后看到夜班管理员靠近梯子，有点犹豫的样子，接着就听到他通过无线电呼救，现场的应急警报启动。
瓦莱罗能源公司应急响应专家和Matrix公司安全人员在2分钟内到达现场，看见两名遇难者躺在距离反应器顶部人孔约1.5m的塔盘上。他们通过人孔放入氧气浓度检测仪，检测仪立即发生报警，氧气浓度接近零。
瓦莱罗能源公司的一名操作人员和一名承包商人员穿上自给式空气呼吸器，通过梯子爬进反应器中救助遇难者。由于人孔直径只有约0.6m，而且这两名遇难者都没有穿戴安全带，要从反应器中救出他们很困难。营救人员使用受限空间回收三脚架，把起重索缠绕在遇难者身上，把遇难者吊出反应器。虽然应急响应人员迅速赶到，但是两名遇难者暴露在缺氧环境中已接近10分钟，经抢救无效死亡。
04
事故分析
4.1
作业前计划
在作业开始前，Matrix公司作业人员和瓦莱罗公司装置操作人员应对作业任务有共同的了解。瓦莱罗公司安全作业许可程序还要求一名瓦莱罗公司装置操作人员和一名作业人员代表（通常是领队）一起检查作业现场，辨识所有的已知或者潜在风险和安全作业条件，然后才能签发作业许可。
与瓦莱罗公司作业程序要求相反，2005年11月5日Matrix公司作业领队关于安装管线组件的作业许可，在没有按照要求进行作业现场安全检查的情况下得到了批准。
然后，Matrix公司作业领队被要求在开始作业前，所有的相关作业人员应对作业任务有共同的了解。每一个作业人员在作业许可证背面签字，表示他们都理解了作业任务和安全条件。
针对在反应器R1上安装管线组件的作业，Matrix公司作业人员获得了两份作业许可。Matrix公司管工人员负责把DN300的法兰组装到工艺管线上，如图6中的法兰A所示。作业许可文件上描述的作业内容仅要求管工人员建立作业现场，即把作业工具和设备拿到平台上的作业区域。该作业许可文件上正确地向作业人员提醒了持续进行的氮气吹扫情况。
和管工人员的作业许可不一样的是，锅炉工人员的安全作业许可文件上没有提醒他们反应器R1正在处于氮气吹扫状态。而且，该作业许可文件没有把作业任务限制于“仅建立作业现场”，虽然瓦莱罗公司作业许可签发人员表示，他和Matrix公司锅炉工领队讨论了作业内容限制范围，并口头达成了共识。
没有特定的限制条件，这份作业许可文件允许锅炉工人员执行所有的安排任务，包括起吊并将5吨重的管线组件放置在人孔上，再安装螺母和垫片。
随着午餐时间邻近，锅炉工领队被告知之前被催化剂处理人员占用的起重机可以使用了。由于瓦莱罗公司管理层希望在夜班结束前完成管线安装作业，并密封反应器，所以锅炉工领队和合同制管理员决定利用午餐时间使用起重机完成管线安装作业。
4.2
作业人员进入反应器的可能场景
但是，在开始管线安装作业前，锅炉工领队需要从反应器R1内部取出遗落的一卷管线胶带。目击者告诉CSB调查员，第一名遇难者使用自制的长线弯钩多次尝试取出胶带，他刚开始站在人孔旁边，然后进一步靠近，跪在人孔旁边的平台上再次尝试，都没有成功勾住胶带并从反应器中取出。
CSB调查组认为，根据收集到的物理证据，包括验尸报告、反应器顶部人孔尺寸以及人孔周围较高的螺柱，第一名遇难者不太可能是从站立位置、人孔旁边或者跪在人孔旁边时掉入反应器中的，如图7所示。但是，如果他跨过螺柱，坐下，然后把腿伸入反应器中的话，他是可以穿越人孔进入反应器中的。
虽然没有人看见第一名遇难者进入反应器，CSB调查组认为，第一名遇难者可能是跨过人孔旁边的螺柱，然后坐在狭窄的边缘上（如图8所示）。在这个位置上，他才可能使用柔软的线钩取出距离他约1.5m塔盘上的胶带。
关于第一名遇难者进入反应器的方式，有两种可能性：①由于缺氧丧失意识或者不小心从狭窄边缘滑落而导致的无意进入；②故意进入。
（1） 非故意进入反应器
氮气吹扫气从反应器顶部人孔缓慢排出，根据当时天气情况，空气很平静，所以反应器顶部人孔上部可能集聚了氮气，降低了氧气浓度。
第一名遇难者为了尽可能靠近胶带，坐在人孔边缘，还可能一个手臂进入反应器内部倚靠着，可能因此暴露在人孔上部的缺氧环境下，因缺氧丧失意识，掉落进入反应器中。他还可能是因为没有抓牢而从狭窄边缘滑落掉入反应器中的。
（2） 故意进入反应器
还有一种可能性，就是第一名遇难者是故意进入反应器中，试图取出胶带。使用自制的线钩多次尝试均没有成功取出胶带，他可能是想通过降低身体进入反应器中，快速抓到胶带，然后再爬出来。
在这种情况下，他可能需要他的同伴帮助他从反应器中爬出来，可能需要伸入一个梯子，因为距离反应器顶部人孔约1.5m，他无法在没有帮助的情况下从反应器里爬出来。但是，除非他能憋住呼吸，否则当他进入反应器拿胶带时，一次或者两次呼吸后就可能因缺氧而晕倒。
4.3
救援失败
和第一名遇难者一起在工作平台上作业的承包商领班很可能是看见了他在进入反应器后立即晕倒在了塔盘上。如果这位承包商领班正确应用了他所接受的应急响应培训知识，他应该立即通过无线电呼救，然后和人孔保持安全距离，直到应急响应人员赶到。但是，根据目击者的描述，这位承包商领班拿起附近的一个梯子，伸入人孔，然后迅速爬进了反应器。承包商领班在反应器内因缺氧而窒息死亡。他迫切希望救助他的同伴，完全忘记了他长期的炼油厂工作经验、接受的安全培训以及正确地应急响应要求。
已经发生过很多起类似这样的事故，救援者成为了遇难者。根据一份安全研究报告显示，因受限空间进入作业导致88人死亡，其中34人（39%）是因尝试救助同伴而死亡的。另外一份研究报告中，在18个月时间内发生8起事故，其中10个救援者在尝试救援的过程中死亡，在其中2起事故中，最初的遇险人幸存，而救援者死亡。
CSB曾在一份名为“氮气窒息危害”的安全公告中提出，针对危险环境紧急事件，最困难的问题之一是救助遇险人的人性本能。
4.4
氮气危害意识培训
根据培训记录和作业人员访谈，可以确认这两名遇难者应该知道氮气存在的窒息风险。第一名遇难者已有接近10年的炼油厂工作经验，第二名遇难者则有25年的工作经验，而且还曾为许多同事进行过关于危险意识方面的培训。
另外，瓦莱罗公司员工和Matrix公司员工都接受过关于危险意识和受限空间方面的培训，特别提到了受限空间氮气窒息的风险。但是，接受CSB调查组访谈的瓦莱罗公司员工和Matrix公司员工表示，他们参加的培训没有提到受限空间外部靠近人孔的位置也可能出现缺氧环境。
很多行业安全出版物中都提到了关于受限空间氮气窒息的风险，但是，CSB调查组发现，不管是行业安全指导规范，还是瓦莱罗公司指导手册、现场安全操作程序和相关的培训材料，都没有提到关于氮气吹扫过程中在受限空间外部因氮气聚集形成的窒息风险。
这种在受限空间外部存在的窒息风险还没有被广泛认识。OSHA发布的“受限空间作业许可”标准特别提到了关于受限空间内惰性气体（例如氮气）的危害。NIOSH（National Institute of Occupational Safety）和ASSE（the American Society of Safety Engineers）也发布了一些关于受限空间作业的安全规范。这些出版物全面解释了有关受限空间内部氮气窒息方面的预防措施和安全要点，但是，没有针对在受限空间外部靠近人孔处可能存在的窒息危害给予足够的重视和提示。
瓦莱罗公司员工和Matrix公司员工的培训中，没有强调存有高浓度氮气吹扫气（氧气浓度低于10%）的设备会在毫无预兆的情况下对人员造成致命伤害。仅需一次或者两次呼吸后，人员血液中的氧浓度会急剧下降，人员可能在60s内失去意识，几分钟内就可能导致死亡。
救援者试图帮助同伴的行为，第一名遇难者可能是故意进入反应器的行为，从这些行为我们可以看出，有些作业人员可能认为他们可以憋住呼吸足够长的时间，进入缺氧环境，然后再安全返回。这两名遇难者可能错误地认为，他们可以在反应器内部憋住呼吸，类似于他们在水面下游泳时憋住呼吸那样。
游泳者知道，吸入水会导致突然的、无法控制的咳嗽。这对于游泳者来说是一个强有力的刺激，可以帮助他们抵抗身体的呼吸反应，即使已在水下潜伏了很长时间。但是，氮气是一种无色、无味的气体，无法刺激人体自主抵抗呼吸反应。在一种高度紧张和高强度体力需求的紧急事件中，一个人要想憋住自己的呼吸是极不可能的。
另外，作业人员可能没有意识到另一种危险因素：吸入氮气或者其他惰性气体会抑制大脑的呼吸反射响应。呼吸反射主要受血液中二氧化碳含量的控制，而不是氧的缺失。正常情况下，自主憋住呼吸的能力最终会被大脑的呼吸控制中心压制，而大脑的呼吸控制中心是被血液中增加的二氧化碳含量和血液PH值的下降所触发。如果人员吸入高纯度氮气或其他惰性气体，身体可能会直接停止呼吸，因为血液中积累的二氧化碳不足以刺激呼吸反射。
4.5
氮气安全作业程序
瓦莱罗公司炼油厂针对使用氮气的作业，制定了安全作业操作规程，但是事故发生当晚，作业人员没有完全按照氮气安全作业操作规程进行作业。氮气安全作业操作规程中要求，在氮气吹扫开始之前，作业人员要在相关设备所有的通道处设置路障，并张贴警示标识（如图9所示），还要在受控区域进入记录表中列出所有在路障范围内作业的人员。事故发生当晚，反应器R1正在进行氮气吹扫，通入的氮气直接排到工作平台区域，但是，反应器R1顶部的人孔处没有按照操作规程的要求设置路障和人员进入控制记录表。
瓦莱罗公司规定，在已知的或者怀疑可能对人员生命或健康造成立即危害的区域，应使用新鲜空气作业程序。但是，此次事故中，瓦莱罗公司作业许可审查人员没有在管工人员和锅炉工人员的安全作业许可文件上提示这项预防措施。
CSB调查组还发现，瓦莱罗公司作业许可审查人员在审查该二人的作业许可文件时存在不一致的地方。签发给管工人员的作业许可文件上，涉及到法兰组件安装作业，在“氮气吹扫或者惰化”一栏上正确地标记了“是”；另一方面，锅炉工人员需要在紧靠反应器顶部人孔（氮气从反应器排出的位置）的区域作业，如图10所示，人员可能暴露在缺氧环境中。但是，签发给锅炉工人员的作业许可文件上，在“氮气吹扫或者惰化”一栏却标记了“否”。另外，作业许可文件上也没有提示作业环境需要新鲜空气的相关内容。
4.6
相关的行业指导规范
ASSE和API发布了一些关于惰性气体安全作业方面的指导规范，也有很多关于受限空间进入安全作业方面的出版资料。但是，CSB调查组经过总结分析，认为这些指导规范和文件资料没有完整地分析关于惰性气体吹扫方面的潜在风险，主要包括以下三点：
在受限空间外部靠近开口处的位置也可能存在危险环境（缺氧环境）；
急性缺氧会在没有任何征兆的情况下对人员造成致命伤害；
在缺少保护措施的情况下进入缺氧环境，无论时间长短，对人员都是致命的。
05
总结
此次事故因受限空间氮气窒息造成两名作业人员死亡，在风险意识和应急响应培训方面给了我们一些非常重要的安全启示。
（1）风险辨识
作业人员培训工作应该重点强调惰性气体窒息危害意识，主要包括：
人员在受限空间内的缺氧环境中只需呼吸几口就可能造成致命伤害；
如果没有经过专业培训并佩戴正确的呼吸防护设备，在任何情况下都不允许进入缺氧环境中；
作业前计划和现场勘察应重点强调进入受限空间的限制条件，特别是当作业区域内存在未保护的受限空间入口时；
当人孔没有设置有效保护时，作业过程中应始终张贴受限空间危险警示标识；
作业前的现场勘察应准确辨识出惰性气体吹扫向作业区域内排气的所有设备；
在惰性气体吹扫过程中，应始终在敞开的吹扫排放口周围设置路障和警示标识。
（2）安全的救援行动
作业人员培训应重点强调：
在很多案例中，希望救助遇险人员（特别是朋友或者同事）的强烈本能最终导致了救援人员的死亡；
突然参与到应急响应活动中的作业人员必须不能让冲动和个人情感冲昏头脑，忘记安全作业程序和相关培训。只有具备能力的、经过培训的、并佩戴必要的安全装备的人员才能尝试营救行动。
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