以下內容摘自NTSB官方調查報告,具體內容請查看原件或登錄官網查詢

事故概況

2016年8月27日,美國東部時間上午8:26左右,西弗吉尼亞州新馬丁斯維爾的Axiall公司(Axiall)鈉廠專用線內,一輛鐵路罐車在裝載17.84萬磅液化壓縮氯后不久罐體外殼突然出現(xiàn)了42in長的裂縫.事故發(fā)生在Axiall工廠的油罐車裝載棚外.在接下來的2.5h里全部178,400磅的氯氣發(fā)生泄漏并形成了一個巨大的蒸汽云沿著俄亥俄河谷向南遷移

AXLX 1702號罐車由ACF工業(yè)公司于1979年6月制造,是美國交通部(DOT)的規(guī)格105j500w型罐車也被稱為105級罐車,容積17388加侖,鋼模極限裝載178,400磅.最大軌道總裝載263,000磅.罐車配備了ACF工業(yè)公司ACF-200基架設計

Rescar公司于2016年1月收到了該罐車,根據Axiall的維護說明對氯氣罐車進行了為期5年的內部檢查.檢查發(fā)現(xiàn)坦克外殼底部有許多腐蝕坑.該工作包括內部清洗,超聲波厚度測試,去除內部腐蝕,在腐蝕位置的焊縫堆焊以恢復外殼厚度以及焊后應力消除熱處理在完成維修后Rescar于2016年6月將罐車歸還給了Axiall.在第一次后副加載后不久罐體發(fā)生了龜裂和氯泄漏

在事發(fā)當天凌晨2:00至3:00之間兩名Axiall員工開始在Axiall廠車輛裝載車間向AXLX 1702號罐車裝載液化壓縮氯,工廠在一個500英畝的化學生產設施中生產氯,鹽酸,次氯酸鈣,氫氧化鈉球和燒堿.該工廠位于馬歇爾縣南端的俄亥俄河上,在新馬丁斯維爾以北約5mile.下圖顯示了事發(fā)地點位于西弗吉尼亞州北部狹長的狹長地帶,沿著俄亥俄河在惠靈市南部

8:15罐車滿載了它的最大授權載荷178,400磅,在Axiall人員拆除裝載管線并密封閥門和配件后他們使用軌道車移動器罐車以步行的速度向前移動.大約在10.4軌道上的裝載棚以北30至40碼處,Axiall人員設置了手剎車并堵住車輪.上午8:26裝載人員聽到一聲巨響,因為AXLX 1702罐車外殼下部出現(xiàn)了42ft長的裂縫.工廠監(jiān)控錄像顯示一團黃綠色的氯蒸汽云在罐車附近迅速蔓延,罐車當時還沒有投入運輸也沒有與其他車輛連接.隨著氣體云的增長一名裝載氯的員工通知警衛(wèi)站啟動氯釋放警報.兩名裝載氯的工作人員都關閉了其他軌道車裝載設備并疏散了該地區(qū),所有非必要的雇員和承包商立即疏散到警衛(wèi)站或藥房進行暴露處理

位于核電站多個位置的氯氣傳感器首先檢測到泄漏并在上午8:28發(fā)出警報.大約在上午8:29至11:07間,位于排放點附近和排放物下風處(南部)靠近核電站南部周界的幾個廠內氣體傳感器記錄到的氯濃度超過了國家職業(yè)安全和健康研究所確定的立即對生命和健康有危險的濃度.周圍的氣體傳感器還測量到氯濃度超過了美國環(huán)境保護署急性暴露指南第3級;因此核電站周邊的氯濃度高于預計一般人群可能遭受危及生命的健康影響或死亡的濃度(核管制委員會,2004年)滿載178,400磅的氯從罐車中泄漏出來沿著俄亥俄河谷向南遷移到新馬丁斯維爾鎮(zhèn)

5名Axiall和三名承包商雇員因接觸氯而中毒,后送往醫(yī)院接受治療現(xiàn)已出院,嚴重的植被破壞發(fā)生在氣流下風(南側)處

緊鄰的科斯特羅工業(yè)設施就在鈉工廠的正南方,據報道不銹鋼管道,儲罐和操作設備都有損壞.此外一些員工對他們的車輛提出索賠,他們的車輛在發(fā)布時還在停車場.截至本報告撰寫之日總經濟損失尚未確定

事故發(fā)生時日出后霧正在消散;氣溫是72℉,有微風從北方吹來,時速1mph

NTSB對這起事故的調查集中在罐車的狀況和性能上.在調查這些問題的同時NTSB調查人員還發(fā)現(xiàn)了罐車的資質和維護問題以及繼續(xù)使用1989年前規(guī)格的DOT-105壓力油罐車,由非歸一化鋼建造用于運輸有毒吸入危險(PIH)或有毒吸入危險(TIH)的材料

這次調查是為了檢查罐車的性能和結構故障.殼體破壞與裂紋擴展是一致的,從一個預先存在的,未檢測到的裂紋和存在的應力誘導無控制的焊后熱處理,殼體屈曲和低溫裝載

應急響應

西弗吉尼亞州環(huán)境保護部門(WV DEP)報告稱,西弗吉尼亞州馬歇爾縣,緊急服務辦公室(OES),韋策爾縣和俄亥俄州門羅縣的OES激活了各自的事故指揮所.馬歇爾縣OES指揮所位于州2號公路上Axiall設施以北約4mile處

據WV DEP報道,肯特(馬歇爾縣),普羅科特(韋澤爾縣),克拉靈頓(門羅縣)和新馬丁斯維爾北部的社區(qū)被命令通過逆向911系統(tǒng)或由公共安全人員挨家挨戶通知疏散.共有1864戶家庭位于Axiall設施5mile半徑內

鄰近的工業(yè)設施包括Covestro和Blue Racer中游天然氣啟動了就地避難程序.2號州際公路,7號州際公路和CSX鐵路公司的線路臨時中斷.所有這些線路都與俄亥俄河平行,此外美國海岸警衛(wèi)隊停止了俄亥俄河上的商業(yè)交通

下午13:37至14:19之間,Axiall公司的工作人員使用便攜式空氣監(jiān)測設備測試了州際公路2號沿線的幾個十字路口和商業(yè)地點.該公路延伸到Axiall工廠以南約4mile處,氯羽流已經消散,Axiall的工作人員在那段時間沒有測量到空氣濃度

此外在下午13:40分到14:15間WV DEP國土安全和環(huán)境反應小組(HSER)在從Axiall工廠南部的新馬丁斯維爾到工廠北部馬歇爾縣指揮部的州際公路2號沿線的幾個站點進行了氯的空氣監(jiān)測.HSER未發(fā)現(xiàn)可檢測到的氯濃度

同樣在下午15:40到16:14間HSER人員檢查了俄亥俄河7號公路沿線的幾個地點,沒有發(fā)現(xiàn)可檢測到的氯含量.這些空氣監(jiān)測結果促使應急管理官員解除了社區(qū)疏散

設備信息

Axiall公司在新馬丁斯維爾(New Martinsville)有一個500英畝的化學生產設施名為“鈉廠”,生產氯,鹽酸,次氯酸鈣,氫氧化鈉球等.該工廠位于馬歇爾縣南端的俄亥俄河畔,距新馬丁斯維爾鎮(zhèn)以北約5mile.擁有約500名員工

納廠氯產品采用水運和鐵路運輸.在此事件發(fā)生時Axiall運營著一支由1027輛擁有或租用的用于氯運輸?shù)膲毫捃嚱M成的車隊,該公司的罐車氯裝載架由3條專用線組成,位于位于俄亥俄河附近西側制造設施中心附近的一個圍欄內

危化品相關信息

健康和安全指導

氯氣屬于II類有毒氣體,在危險區(qū)b中為PIH/TIH.氯氣還屬于附屬危險等級5.1(氧化劑)和8(腐蝕性)氯氣是常溫常壓下的氣體,具有吸入毒性.如果被吸入或通過皮膚吸收,可能會導致刺激,中毒,嚴重甚至死亡.氯氣呈黃綠色,反應性強,有強烈刺激性和令人窒息的氣味,它能迅速與有機物和無機物結合

與潮濕的表面反應產生鹽酸和次氯酸.當液氯泄漏時它會迅速蒸發(fā),形成比空氣重的蒸汽云.在32°F和標準大氣壓下,氯的液氣膨脹比約為460所以一體積的液體在釋放時形成約460體積的氣體.對于職業(yè)接觸,職業(yè)安全與健康管理局(OSHA)對氯的接觸上限為百萬分之一,氯的IDLH值是10 ppm.NIOSH建議當進入濃度超過IDLH的區(qū)域時,急救人員應使用自給式呼吸器并穿上完全密封的化學防護服

《應急響應指南》(ERG)建議:如果有氯氣從罐車中泄漏出來,最初的隔離距離應在所有方向上為3000ft.德國專家小組提供的隔離和保護指導進一步建議,在白天風速低6mph的情況下順風者應被保護的距離為6.2mile

氯對機械完整性的影響

水分與氯反應生成鹽酸和次氯酸會對罐車設備,管道和處理系統(tǒng)造成腐蝕.在250°F以下的溫度下由碳鋼制成的設備在氯干燥時不會受到猛烈的攻擊.然而干氯對水分有極高的親和力,極少量的水分進入氯處理系統(tǒng)就會創(chuàng)造一個有利于碳鋼罐車快速腐蝕的環(huán)境

罐車信息

設計與規(guī)格

罐車AXLX 1702是DOT規(guī)格-105j500w,1979年6月由位于賓夕法尼亞州米爾頓市ACF Industries Incorporated-AMCAR分部建造.AXLX 1702的容積為17388加侖(144812磅)模板負載上限為178400磅,最大總軌道負載為263000磅.內部直徑約為100.4in.水箱頭之間的內部長度為43ft 3/4in建筑材料為美國鐵路協(xié)會罐車(AAR TC)-128級B級非正火碳鋼.罐車由兩個橢圓形的罐頭和五個桶形的外殼部分或環(huán)建造,全部由埋弧焊連接橢圓形狀的坦克頭原始厚度為13/16in并由0.5in厚的全頭罩保護.最初的罐車外殼厚度為0.7751in.每個環(huán)形部分最小允許的殼體厚度為0.7438in.罐車配備了一個安全閥,設定壓力為360psig,額定為375 psig.這款罐車最初是用11in的護套和4in的聚氨酯泡沫絕緣材料建造的

Texana油罐車制造公司在2010年7月進行了一次改造,用2in的陶瓷棉和2in的玻璃纖維絕緣材料取代了聚氨酯泡沫材料.這輛罐車有50年的使用壽命限制

目前氯氣罐車的特殊商品要求包括用符合ASTM規(guī)范A516,70級或AAR TC-128 A級或b級的標準化碳鋼制造.根據美國聯(lián)邦法規(guī)(CFR) 173.314(c)第49篇,2009年3月16日或之后制造的氯氣罐車必須滿足指定為105J600I.14的臨時規(guī)范

ACF-200存根窗臺底架

罐車的ACF-200存根底架最初由ACF工業(yè)公司制造.下圖顯示了ACF-200的底架布局,包括搖籃墊和支撐組件以及來自AAR數(shù)據收集模板的焊縫識別編號.在墊的內舷端,A6表示角焊.雖然一般服務和壓力罐車都采用了ACF-200存根底架設計但約有2,186輛DOT-105壓力罐車配備了這種底架該設計使用焊接到罐體上的搖籃墊,將運行載荷從存根基梁通過罐體轉移ACF-200的底盤布局位置的搖籃墊和枕墊如圖所示.襯墊用綠色突出顯示在搖籃襯墊的內舷端指定為A6的角焊縫用紅色突出顯示

Axiall的書面認證程序符合美國聯(lián)邦法規(guī)第49章第180部分F子部分中關于罐車的認證和維護的聯(lián)邦法規(guī),包括適用于配備ACF-200底盤的罐車的特定維護說明(Axiall 2015)這些說明規(guī)定:采用ACF-200底架的罐車必須每5年在車身支撐的外側進行一次存根底架檢查,符合AAR的要求.此檢查要求不包括檢查板內搖籃墊焊縫終端Axiall根據AAR規(guī)則88B2規(guī)定了10年聯(lián)邦最長檢查周期.聯(lián)邦鐵路局(FRA)在2006年的一份安全報告中指出,這種存根底架設計容易產生缺陷如罐頭裂縫,墊板與罐體之間的裂縫,底板腹板裂縫和罐殼彎曲,這在某些情況下會導致危險物質發(fā)生泄漏事故(FRA 2006)

運用歷史

罐車AXLX 1702用于氯的運輸其整個使用壽命.它最初屬于PPG工業(yè)公司,當時這輛車的模板是PPGX 1702.這輛罐車自2013年以來一直是Axiall車隊的一部分,沒有任何記錄表明這輛車遭受了任何鐵路損壞或有任何設備缺陷

早期維修記錄

2010年AXLX 1702(當時是PPGX1702)在賓夕法尼亞州的Rescar鐵路車輛廠接受了危險品(HM)-201型罐車資質檢查車間記錄顯示.Rescar清洗和檢查了罐車內部,當時沒有發(fā)現(xiàn)內部腐蝕或機械損壞的跡象.Rescar技術人員記錄了超聲波厚度測量并注意到沒有證據表明外殼厚度低于最低要求

在2010年的維修過程中,Rescar技術人員使用視覺檢查技術對底部和結構完整性進行了檢查以檢查焊縫缺陷.檢查文件報告說4個A端和B端縱向搖籃墊到容器的角焊縫端均顯示出3in的裂紋跡象,因此未能通過檢查技術人員還用超聲波角束(剪切)檢查了罐車底部4ft的環(huán)焊縫(在坦克周圍做的連接兩個環(huán)形部分的圓周焊縫)沒有發(fā)現(xiàn)可報告的跡象.Rescar修復工單顯示:有缺陷的搖籃墊端焊縫已通過研磨和重焊去除.車間記錄表明后對目視和染料滲透檢查發(fā)現(xiàn)縱向襯墊到槽角焊縫處于可接受狀態(tài)

2016年1月至7月期間AXLX 1702留在車輛廠作為Axiall車隊維護項目的一部分,該項目包括根據Axiall車隊特定要求進行為期5年的中期檢查以檢查內部腐蝕和外殼厚度.鑒定模板顯示該罐車還沒有到2020年進行為期10年的HM-201檢查的時間.因此Axiall的服務要求不包括HM-201檢查所涵蓋的所有項目,如對短梁底部框架焊接終端的結構完整性的評估

Rescar的技術人員注意到5個罐殼環(huán)的內表面都存在嚴重的銹蝕和腐蝕損傷導致罐殼厚度低于AXLX 1702指定的最小厚度0.7438in.技術人員在每個罐殼環(huán)截面的32個位置的網格模式中收集了超聲波厚度測量值,在底部中心線的每邊24in處發(fā)現(xiàn)25%的位置低于Axiall的最小罐殼厚度要求.腐蝕最嚴重的罐殼位置的厚度為0.712in.技術人員完成了一份結構完整性缺陷記錄報告罐車未能通過檢查.2016年4月19日Axiall的維護管理承包商AllTranstek,LLC批準了Rescar的建議,使用焊接堆積程序來修復罐車以增加腐蝕位置的罐體外殼厚度

Rescar公司報告稱該公司通過磨除腐蝕和焊接恢復了罐體厚度,修復了6,912平方英寸的內部外殼表面再拋光技術人員使用手持研磨機將修復的點與相鄰的母金屬混合在一起.2016年5月24日Rescar進行了超聲厚度檢測確定每個修復點的最小厚度

技術人員沒有發(fā)現(xiàn)任何異常.技術人員還使用磁粉檢查方法檢查焊接堆焊修復區(qū)域的裂縫證據,沒有發(fā)現(xiàn)任何例外技術人員沒有檢查外部搖籃墊角焊縫.因為這些焊縫不需要檢查也沒有在車間進行修復

在2016年5月24日至6月9日期間Rescar技術人員試圖按照電控加熱墊的車間程序進行局部焊后熱處理(LPWHT)該程序要求在加熱元件上使用陶瓷纖維絕緣以及絕緣待處理材料的相反表面,以確保整個處理區(qū)域的平衡加熱

Rescar分包給賓夕法尼亞州Aston Mills的Superheat FGH服務公司(Superheat)提供基于互聯(lián)網的遠程LPWHT操作和監(jiān)控.Superheat公司向Rescar公司提供了一份總體布局圖,上面標明了26個陶瓷加熱墊電路的放置位置以及熱電偶附著點.加熱墊和熱電偶引線連接到加熱器控制單元使Superheat能夠遠程調節(jié)加熱過程的速率,強度和持續(xù)時間.Superheat還為Rescar技術人員提供了外部絕緣位置圖以控制工件溫度.熱處理發(fā)生在2016年5月27日至2016年6月7日之間的6個不同日期,因為設備問題導致多個熱處理循環(huán)被中止并重新運行.下圖描述了罐體修復位置和成功運行LPWHT的時間順序.開裂的區(qū)域用紅圈標出,靠近加熱元件7和8

根據對碳鋼罐的AAR LPWHT溫度要求,應力消除熱處理溫度和時間為1012 F+12°F.最低保溫時間為3小時遠程監(jiān)控設施應該控制每個加熱元件的溫度以確保溫度上升限制,浸泡溫度和時間以及冷卻速率都在程序的限制內并符合AAR的要求,如果與熱電偶或加熱墊無法達到或維持目標溫度,遠程監(jiān)測設施能夠中止熱處理循環(huán)

罐車裝載

2016年7月28日晚21:31左右,AXLX 1702用氮氣加壓至約30psig以防止運輸過程中氧氣和水分的引入,從賓夕法尼亞州DuBois的Rescar罐車工廠出發(fā)運往西弗吉尼亞州新馬丁斯維爾的Axiall公司工廠.最初的運輸是水牛城-匹茲堡鐵路公司擔當運輸任務.2016年7月30日這輛罐車在賓夕法尼亞州紐卡斯爾市被換到了CSX鐵路公司,在這次轉運中沒有運輸事故的記錄.罐車于2016年8月6日下午16:37抵達Axiall natarium工廠

罐車裝載過程

Axiall為AXLX 1702灌裝的程序首先是檢查其缺陷或損壞的跡象并確認該罐的規(guī)格適合裝氯.因為返回的AXLX1702加壓約30 psig氮氣,所以不需要清洗罐.裝氯人員打開一個液體閥門，l放出一些氣體以測試罐內是否有水分.發(fā)現(xiàn)罐中沒有水分,裝載機打開液體閥門釋放氮氣直到壓力約為10 psig.罐車被移到軌道秤上裝載線連接到裝載液化壓縮氯

2016年8月27日大約凌晨2:00裝氯人員在開始給罐車加氯時監(jiān)測刻度讀數(shù)和產品流速.到上午8:15罐車被裝滿了它的最大授權載荷178,400磅.使車輛的總重量達到261950磅.罐車裝載到65 psig的內部壓力,這是氯裝載架的典型壓力.低于罐車500 psig的試驗壓力和1250 psig的額定破裂壓力.罐車內氯產品的溫度是-9°F,這是典型的裝載設施和設施的參數(shù).氯研究所(CI)建議油罐車裝載設施應考慮隨著溫度升高而增加的蒸汽壓.這樣罐中的氯壓力應保持在減壓裝置(PRD)開始排放設置375 psig的80%以下(CI 2015)罐車裝載壓力與CI指導一致,適用于高達0°F的裝載溫度.質量控制測試表明氯在Axiall的生產規(guī)范內并含有其他鹵素,鹵代烴和水分的痕跡

裝載人員用氨溶液噴霧對閥門和連接件進行泄漏檢測,沒有發(fā)現(xiàn)泄漏裝載棚附近和整個工廠的氯氣傳感器和報警器網絡也沒有在裝載過程中和隨后立即檢測到任何氯氣.操作罐車的三名裝氯技術人員告訴NTSB調查人員他們在裝罐過程中沒有觀察到泄漏或不尋常的事件

事故后罐車檢查

NTSB調查人員對AXLX 1702號罐車進行了事故后檢查.2016年9月1日并在NTSB材料中心取下外殼樣本進行進一步測試.實驗于2016年9月20日開始,罐車外殼持續(xù)了一個42in長,大部分是周向的裂縫穿過的第四個環(huán)的底部,大約0.25到0.5in從a端短基架搖籃墊內端.如圖所示這是一個事件后的照片的坦克底部的護套拆除,顯示了搖籃墊內的外殼裂縫裂紋止于搖籃墊的右角附近.顯示出槽料向左側局部屈服;這條裂縫部分延伸到水箱的一側,分叉成兩個分支.其中一個在停止前圓周繼續(xù)約13in.另一個水平地轉向B端,這個分支終止于第三和第四罐節(jié)環(huán)之間的環(huán)焊縫處,裂縫面在水箱底部約0.25in處裂開.然而唯一可見的屈服變形是在裂縫的右端

在左右搖籃板與槽角焊縫的板內端,焊縫的差異是明顯的.不同的焊縫與人工應用的修復焊縫一致,正如在Rescar 2010焊縫裂紋修復中記錄的那樣.支架修復焊縫右側約2.5in長,左側約2in長,裂紋周圍的罐體外表面出現(xiàn)了普遍的腐蝕和許多凹坑.在距離裂縫較遠的地方也發(fā)現(xiàn)了腐蝕和點蝕,有些腐蝕表現(xiàn)為深點蝕

在坦克內部外殼表面發(fā)現(xiàn)了多處焊縫堆焊修復以及表面被磨損的位置.事故后的檢查沒有發(fā)現(xiàn)內部表面有腐蝕點蝕的證據.第三和第四罐環(huán)殼材料的一部分,包括整個裂縫區(qū)域被刪除了進一步檢查.它進行了13次可見的焊接修復.其中在罐環(huán)4中發(fā)現(xiàn)8處焊縫形成和11處接地點,在罐環(huán)3中發(fā)現(xiàn)5處焊縫形成和2處接地點.兩個焊縫堆焊修補區(qū)域正好在裂縫的內側但沒有相交.下圖顯示了罐車外殼的內部表面,顯示了外殼裂紋(紅線)腐蝕焊縫堆積修復(黃圈)熱結垢,外表面/對表面的內板支架墊端部(虛線藍線)以及罐車環(huán)3和罐車間的環(huán)焊縫(橙線)在搖籃墊左側的紫色橢圓形表示可見內表面結垢的區(qū)域.地面點用綠色+標記標識.罐體環(huán)4的殼體材料在搖籃墊板處的裂紋與罐體環(huán)3至4環(huán)焊縫之間發(fā)生屈曲.在這11un的距離內,內表面向下變形了約0.5in.由于樣品的尺寸無法測量周向變形的程度

在靠近搖籃墊右角的內槽表面發(fā)現(xiàn)了0.03in厚的表面氧化(垢)區(qū)域,縮放邊界不清楚但估計該區(qū)域至少有12in的直徑包括裂縫的右側末端.在刻度去除后的刻度區(qū)域內的外殼厚度測量值低于最小允許值鱗片區(qū)域的金相切片也顯示出0.006in深的脫碳和內外表面的鱗屑.標度區(qū)域的材料表面硬度比周圍的材料稍軟,在約1in的距離上有一個硬度突變表明該區(qū)域在焊后熱處理過程中發(fā)生了變化

裂紋整個長度與脆性斷裂擴展一致.裂紋表面上的線形標記表明裂紋開始于左側修復焊珠的趾部附近.如圖所示從左焊縫周向外傳播,下面的圖像提供了坦克外殼的內部視圖顯示了裂紋的起始位置,裂紋擴展(紅色箭頭)以及NTSB調查員鋸開破裂區(qū)域(紫色括號)的切口

虛線藍色表示搖籃墊在外殼外側的位置.紅色箭頭表示裂紋向右側發(fā)展的方向,裂紋在右側支架墊修復焊縫附近停止但沒有與焊縫或其明顯的熱影響區(qū)相交左邊的裂縫繼續(xù)向周向擴展,然后分裂成兩條,較長的部分轉向B端并在連接罐環(huán)3和4的熔焊處止裂.較短的裂縫延伸了一段距離在板的中間停住了

在修復焊縫趾部出現(xiàn)的與氧化層一致的深色橢圓形區(qū)域確定了裂紋起始區(qū)域.NTSB的調查人員估計,這塊黑色區(qū)域大約0.7in寬0.2in深.裂紋起裂區(qū)域大致沿著修復焊趾的彎曲形狀,凸出了搖籃墊的內舷端近0.3in.在修復焊縫下發(fā)現(xiàn)的三個額外裂紋分別為0.037,0.094和0.109in

右側角焊縫修復部分包裹在搖籃墊內側角處其配置與左側角焊縫終止不對稱.殼體裂紋的右端進一步向內止裂并沒有與搖籃墊角焊縫相交.右邊的焊縫被削掉了是由幾顆不順暢地融合在一起的珠子組成的.檢查還發(fā)現(xiàn)在右側修復的焊縫處,罐體材料上已有一個氧化物覆蓋的裂縫,寬0.6in深0.3in

罐體環(huán)4材料的機械測試(從遠離任何維修的區(qū)域取樣)表明該材料滿足AAR TC-128 B級鋼的極限強度和屈服強度和延伸率的最低要求(AAR 2014)材料的化學分析發(fā)現(xiàn)與AAR TC-128 B級鋼的當前要求(AAR 2014)相比,硫,鋁和硼的百分比存在微小偏差

在-100℉到200℉間的不同溫度下,對罐環(huán)4的罐體材料進行了夏比沖擊試驗.在制造罐車時這些測試是不需要的.對于殼體溫度等于-9°F的加載溫度,如本事件中的情況橫向向的插值夏比沖擊值約為8ft-lb縱向約為12ft-lb表明材料相對脆

2016年9月8日米德蘭制造公司對從AXLX1702上拆下的艾默生crosby型JQ PRD進行了檢測和測試.PRD有一個內部破裂盤沒有破裂.因此顯示PRD沒有激活.測試顯示破裂片在410psig壓力下激活或比其額定壓力375psig高約35psig

2016年9月29日聯(lián)邦鐵路局調查人員從AXLX 1702收集了額外的超聲罐殼厚度測量數(shù)據.聯(lián)邦鐵路局的調查人員在第3和第4罐環(huán)中發(fā)現(xiàn)了7個低于最小外殼厚度0.7438in的區(qū)域.調查人員注意到低于最小值的讀數(shù)出現(xiàn)在焊接沉積物邊緣的研磨區(qū)域,在那里維修技術人員試圖將焊縫的趾部混合到外殼中

原因分析

NTSB發(fā)現(xiàn)罐車經過大量腐蝕修復后被歸還給車主.在第一次裝載之后罐車外殼立即出現(xiàn)了裂縫.調查人員發(fā)現(xiàn)了一些可能削弱或損害儲罐的先決條件的證據.這些因素綜合在一起導致了這次事故中儲罐失效和氯氣泄漏,NTSB調查人員發(fā)現(xiàn)使用非標準化鋼罐車運輸PIH材料以及罐車的修理,檢查和測試存在問題.這些問題對公眾和那些在鐵路運輸中處理或可能接觸到危險物質的人構成了重大風險

罐車結構韌性

AAR從2016年9月至2017年8月的統(tǒng)計數(shù)據顯示:在約11,900輛的壓力罐車中PIH/TIH材料的年出貨量約為75,400輛根據AAR標準,1989年1月1日以后建造的所有DOT-105級油罐車的頭部和外殼必須采用標準化鋼板材料(AAR 2014)該標準進一步規(guī)定,對于2005年8月1日后訂購的壓力罐車用于壓力罐車頭部和外殼的每片鋼板必須按照ASTM A20的要求,橫向進行夏比沖擊試驗必須滿足-30°F下三個15ft- ib試件的最小平均值,沒有一個值低于10ft- ib,沒有兩個低于15ft-lb (ASTM 1993)目前還沒有相應的聯(lián)邦法規(guī)要求使用由標準化鋼制造的罐車或為用于運輸PIH/TIH商品的罐車建立斷裂韌性標準

大多數(shù)在1989年之前建造的壓力罐車是由非標準化鋼制造的.管道和危險材料安全管理局(PHMSA)估計,在1989年前大約有3000輛氯氣罐車是用非標準化鋼制造的.AAR報告稱截至2018年第二季度,約有942輛此類非標準化鋼罐車仍在PIH/TIH服役;比去年減少了24%在此事件發(fā)生時Axiall運營著一支由1027輛擁有或租用的壓力罐車組成的車隊用于氯運輸.Axiall車隊包括1989年之前建造的350輛氯氣罐車,其中250輛的外殼由非標準化鋼制造

正火是一種通常用于制造鋼板的熱處理過程.在此過程中鋼被短暫加熱至Ac3臨界溫度以上,然后在靜空氣中冷卻至環(huán)境條件該工藝在煉鋼實踐中被用于控制鋼的晶粒尺寸和碳化物的形態(tài)和分布

控制罐車外殼材料斷裂韌性的變量包括鋼的化學成分,鋼錠或連鑄工藝和調理,熱機軋制工藝用于發(fā)展最終的板厚并納入一個整理熱處理這樣的正?；?一般情況下非歸一化TC128B鋼板斷裂韌性較低與正火鋼的夏比沖擊韌性比較

在2002年1月18日發(fā)生在北達科他州邁諾特的油罐脫軌和無水氨泄漏的報告中NTSB指出,脆性金屬更有可能導致罐體完全破裂和貨物瞬間泄漏NTSB進一步指出在事故場景中未歸一化的鋼材在低溫下可能會形成快速增長的脆性裂紋,因為傳播這種類型的失效所需的能量非常少.脆性斷裂在斷裂前不發(fā)生明顯韌性變形

另外韌性材料需要持續(xù)應用能量來擴展裂縫.由于韌性鋼的止裂性能,在韌性到脆性轉變溫度以上的損壞罐通常保持完好但在一段較長時間內逐漸發(fā)生提單損失

經過測試的AXLX 1702鋼的機械性能滿足1979年生產時罐車的要求是1989年以前生產的典型非標準化TC-128級B鋼,包括涉及北達科他州邁諾特事故的罐車從30°F下的測試數(shù)據擬合曲線推斷.殼體材料的夏比v型缺口沖擊能值在橫向方向約為7 ft-lb在縱向方向約為8 ft-lb.因此在2005年8月1日(AAR 2014)之后訂購的壓力罐車中該材料無法滿足目前橫搖方向-30°F時15ft-磅的要求.AXLX 1702的裂紋從起點到整個長度都表現(xiàn)為宏觀脆性斷裂,說明材料斷裂韌性較低

NTSB的結論是非歸一化鋼外殼材料的斷裂韌性較低,加上貨物的低溫導致了預先存在的裂縫的擴展和氯的泄漏

罐車外殼鋼的化學成分符合AAR標準,除了硫略高于規(guī)定的0.015重量百分比(測量0.016重量百分比)和鋁在規(guī)定的0.015-0.060重量百分比(測量0.01%重量百分比)按照現(xiàn)行標準,硫的含量最高不得超過0.009%的標準，所測得的硫含量是不能接受的.然而將AXLX 1702的化學成分與發(fā)生在北達科他州邁諾特事故的易斷裂罐車進行比較,發(fā)現(xiàn)其硫含量明顯低于發(fā)生在邁諾特事故的罐車制造時使用的TC 128B鋼0.040%的重量限制.雖然這些結果超出了規(guī)范但它們并不被認為是該版本的因果關系或貢獻(Anderson and Kirkpatrick 2006)

NTSB還在調查邁諾特事故時處理了1989年以前的壓力油罐車的問題.NTSB調查人員對事故中涉及的5輛1989年前規(guī)格的DOT-105油罐車的非標準化鋼進行了冶金檢驗.NTSB的結論是:“5輛油罐車的坦克外殼使用的非正火鋼斷裂韌性較低導致了它們的完全斷裂和分離”因此NTSB對1989年以前建造的壓力罐車運輸液化壓縮氣體的安全表示擔憂,因為這些罐車運輸?shù)奈ｋU物質量很大,使用壽命很長

因此NTSB向聯(lián)邦鐵路局發(fā)布以下建議:

對1989年以前建造的壓力罐車殼體鋼的抗沖擊性進行綜合分析.至少安全分析應包括動態(tài)斷裂韌性測試和/或提供材料延性和斷裂韌性信息的無損測試技術的結果.數(shù)據應該來自最初制造的坦克外殼的鋼材樣本或者來自1989年以前的壓力罐車具有統(tǒng)計代表性的外殼樣本.本建議被歸類為封閉不可接受行為

根據聯(lián)邦鐵路局對1989年以前建造的壓力罐車外殼鋼抗沖擊性能的綜合分析結果如安全建議R-04-4中所描述的建立一個計劃,根據災難性斷裂和分離的風險對這些車進行分級并采取措施消除或降低這種風險.這個排名應該考慮到運行溫度,壓力和列車的最高速度.本建議被歸類為封閉不可接受行為

制定和實施罐車設計特定的斷裂韌性標準如用于運輸美國交通部II類危險材料的壓力罐車的鋼材和其他建筑材料的最小平均夏比值,包括那些低溫使用的材料.性能標準必須適用于具有最小沖擊阻力的材料方向并考慮到罐車的整個工作溫度范圍

此建議被分類為打開?可接受響應.2009年1月13日PHMSA發(fā)布了最終規(guī)則HM-246其中包括49 CFR 173.31(e)(2)(v)的新規(guī)定,要求罐車車主在退役或拆除運輸PIH/TIH材料的罐車時選擇非標準化鋼結構的罐車(1989年以前的結構)而不是標準化鋼結構的油罐車(聯(lián)邦登記冊2009,1770)PHMSA在該規(guī)則的序言中表示，盡管它認為該規(guī)則響應了NTSB的要求但該規(guī)則并沒有直接執(zhí)行安全建議R-04-4或-5.2010年8月19日NTSB回應聯(lián)邦鐵路局說，盡管新規(guī)定可能會導致1989年以前運輸PIH/TIH材料的罐車比1989年以前的罐車提前退役但這不是建議行動的一個可接受的替代方案

作為對安全建議R-04-7的回應,聯(lián)邦鐵路局于2016年5月16日通知NTSB它已經制定了一份受監(jiān)管的II類危險材料清單并將獲取與這些材料的實際運輸條件相關的數(shù)據(例如材料在裝載時的溫度和裝載時罐車內的壓力)聯(lián)邦鐵路局表示,基于這一分析它將制定一份運輸溫度高于低溫(-90°℃或-130°F)和低于環(huán)境溫度的第2類材料清單.聯(lián)邦鐵路局表示它將使用該清單來確保在該溫度范圍內和在較高壓力下載有II類危險物質的壓力車,其罐車鋼必須符合AAR的《標準和推薦實踐手冊》(MSRP)第2.2.1.2節(jié)的要求.AAR的規(guī)范要求用于壓力罐車外殼和頭部的鋼材在-30°F(-36.4°℃)下對軋制方向與測試方向垂直的鋼片進行夏比沖擊試驗,AAR的規(guī)范還要求測試在-50°F(-45.6°℃)的環(huán)境下進行并將樣品滾向測試的方向.聯(lián)邦鐵鐵局表示在未來的規(guī)則制定中它和PHMSA將參照AAR的MSRP 2014版將相關條款納入危險材料法規(guī)并確定“低溫”商品

焊后局部熱處理的控制

根據LPWHT的Rescar程序必須將陶瓷纖維絕緣材料放置在加熱元件和相反的外殼表面上,以確保整個處理區(qū)域的平衡加熱.此外散熱片如發(fā)熱區(qū)域的墊片,支架和法蘭必須高度絕緣以防止控制器錯誤的溫度讀數(shù).在這種情況下罐體護套切口是必要的,以提供通往外部外殼表面的通道以便進行絕緣.Rescar技術人員沿著AXLX1702的底部中心線做了5個罐體護套切口使得很難充分隔離所有修復位置的外殼表面

工藝規(guī)程RSP-014告誡說,在同一區(qū)域應避免多次熱處理因為重復的處理可能會損壞坦克外殼材料,損害罐車的完整性.然而Rescar遇到了LPWHT設備控制問題導致他們放棄并在相同的儲罐區(qū)域重新進行了幾個熱處理循環(huán),AAR對本地焊后熱處理的要求表明罐體的任何部分都不應超過1250°F (AAR 2014)的溫度.然而B端右修復焊縫堆積物區(qū)域的結垢,脫碳和顯微組織差異表明該區(qū)域在材料的臨界溫度acaam(1330°F)和Ac3(1570°F)間局部過熱NTSB的結論是:AXLX 1702罐殼結垢和過熱的存在表明LPWHT操作沒有得到充分控制,在焊接堆積腐蝕修復后的應力消除操作中超過了1,250°F的最大允許溫度

結垢損傷使儲罐厚度降低到最小允許厚度以下雖然焊后熱處理過熱可能增加了局部斷裂韌性導致擴展裂紋停止但它也可能通過在罐殼中疊加額外的殘余應力導致罐殼失效,雖然過熱區(qū)域的形狀和位置與加熱元件的位置相對應但根據Superheat公司的基于網絡的監(jiān)測記錄(依賴于與附在儲罐上的熱電偶的電子通信)這個熱損壞的儲罐外殼區(qū)域沒有超過1200℉.NTSB得出結論LPWHT過程中罐殼過熱表明依賴遠程第三方網絡監(jiān)控的過程需要更嚴格的車間質量控制和記錄保存程序

自該事件發(fā)生以來,AAR罐車委員會已提議修改其MSRP附錄R和W以解決從衛(wèi)星設施遠程監(jiān)測LPWHT的問題(AAR 2017).提議的修訂將要求LPWHT設備校準,熱電偶放置,加熱墊和絕緣放置,過程監(jiān)控要求和AAR溫度限制的書面程序.提案還呼吁將LPWHT過程監(jiān)控要求納入熱處理技術人員培訓計劃.NTSB的結論是不受控制的局部焊后熱處理會嚴重影響罐車的完整性,導致罐車外殼的熱損傷包括脫碳,結垢,變薄,微觀結構變化,屈曲和關鍵油罐結構的累積應力.因此NTSB建議AAR對罐車MSRP規(guī)范M-1002進行修訂以確保對LPWHT過程進行充分監(jiān)控以避免在焊接和維修后不受控的熱處理對罐車材料造成損傷

罐體變形

2010年10月1日AAR維修咨詢MA-0123(CPC-1218)要求修理廠和鐵路公司在例行維護或檢查活動中,檢查搖床墊內側的罐底是否有超過1/2in的翹曲.維修報告指出應將屈曲情況告知罐車車主(AAR 2010)AXLX 1702在裂紋位置和附近的環(huán)焊縫之間顯示1/2in的卡扣.卡扣的來源尚不清楚但它可能是2016年維修,LPWHT或之前的事件的結果.它的存在可能影響了開裂的搖籃墊焊縫終端的局部應力.維修建議明確指出AXLX 1702被扣的區(qū)域是罐車上的一個關鍵位置.在罐車被購買時應該進行視覺檢查.然而技術人員沒有檢查或報告任何屈曲損傷

修焊配置

原始的制造圖紙規(guī)定在短底架搖籃墊的內舷端有一個8in的無焊接區(qū).其他相互矛盾的制造商圖紙顯示搖籃墊在這個位置是9in寬,因此這意味著原來的焊接可以包角1/2in.這將進一步意味著修補焊接也可以包裹的角落以修復車輛的原始狀態(tài),該車A端裂紋的修補焊縫符合焊縫間距要求.未開裂的B端焊縫不符合原圖紙要求.雖然A端墊角焊縫端部符合間距要求但其具體配置從右向左不對稱,左側焊縫比右側焊縫向內突出

NTSB的研究人員進行了有限元建模以檢查局部應力罐體靠近內舷端搖籃墊造成的幾何不對稱.2010年修復搖籃墊角焊縫,采用有限元模型對焊縫進行了研究

各種配置的終端,包括對稱和不對稱的繞焊情況(橫向和縱向焊接終端)模型顯示應力集中在相同的槽位內邊緣的搖籃墊.然而不同的焊縫終止幾何形狀包括實際的不對稱情況,導致局部應力的大小和位置相似.因此不對稱的焊縫幾何形狀和繞焊不太可能是罐殼失效的重要因素.然而有限元模型顯示,在殼體開裂開始的位置出現(xiàn)了應力集中而在同一位置,研究人員發(fā)現(xiàn)了一個預先存在的裂紋,緊靠近失控LPWHT造成的殼體熱損傷

制造商美國軌道車工業(yè)公司(ARI)在其子公司美國軌道車租賃公司(ARL)下發(fā)布了附加的說明:詳細說明了安裝ACF-200底盤的非壓力罐車所需的檢查和缺陷修復(ARL 2006)公告指出,盡管大多數(shù)缺陷位于焊縫中但有些缺陷開始于焊縫附近并在母材中緩慢進展.雖然公告的大部分內容涉及罐車的不同區(qū)域但有一個檢查步驟直接針對板內支架焊端并聲明任何發(fā)現(xiàn)的裂縫都應根據公告的說明進行修復

調查結果

1.低斷裂韌性的非歸一化鋼外殼材料以及低溫度的運輸促進了一個預先存在的裂紋的擴展和氯的泄漏

2.管道和危險材料安全管理局未能為有毒吸入危險/有毒吸入危險油罐車建立最終的油罐車規(guī)范并制定了嚴格的時間表將不合格油罐車撤出服役,這阻礙了及時實現(xiàn)車隊現(xiàn)代化

3.AXLX 1702上的罐殼結垢和過熱的存在表明局部焊后熱處理操作沒有得到充分控制,在焊接堆積腐蝕修復后的應力消除操作中超過了1,250°F的最大允許溫度

4.罐體在焊后熱處理過程中出現(xiàn)過熱現(xiàn)象表明:依靠遠程第三方網絡監(jiān)控的過程需要更嚴格的車間質量控制和記錄保存程序

5.不受控制的局部焊后熱處理會嚴重影響油罐車的完整性,導致罐車外殼的熱損傷包括罐體脫碳,結垢.臨界罐結構的細化,微觀結構變化,屈曲和累積應力

6.如果在進行內部腐蝕維修時按照類似于《美國鐵路車輛租賃公告》中關于非壓力罐車的指導的維護計劃對事故罐車進行了檢查,那么就可以檢測到之前存在的裂縫從而避免泄漏

7.由于在AXLX 1702號罐車所有承臺焊端和許多其他類似裝備的氯氣罐車的相同位置都發(fā)現(xiàn)了焊縫裂紋，因此所建立的檢查和修復協(xié)議沒有充分考慮到美國交通部-規(guī)范ACF-200短基梁底盤的壓力罐車的使用條件和短基梁焊接附件損傷容限

8.如果基于損傷容限標準而不是10年聯(lián)邦最大間隔,更頻繁地檢查短基板和搖籃墊的內舷端焊縫裂紋就可能在裂紋失效前識別出已經存在的裂紋

9.如果按照美國鐵路維修協(xié)會MA-0123的要求對罐車進行檢查和修理,那么AXLX 1702號罐車外殼故障和氯泄漏可能是可以避免的

10.由于A端左搖籃墊角焊縫趾部存在預先存在的裂紋導致罐車殼體失效;然而由于通過裂紋釋放的液氯的氧化和沖蝕作用對斷口表面造成了損傷,導致裂紋的原因無法確定

11.從罐體中裂紋的方向和路徑分析表明,罐車殼體破壞是由罐車自重及其載物產生的彎曲載荷與罐車內部壓力共同作用的結果

12.斷裂時間可能是在裝載后汽車熱平衡過程中罐體殼應力變化的結果

可能的原因

NTSB認為,氯氣泄漏可能原因是在存根基板墊的內側附近存在一個未被檢測到的預先存在的裂縫,該裂縫在裝載低溫氯后的汽車熱平衡過程中隨著罐體應力的變化而傳播到故障

導致事故發(fā)生的根本原因是Axiall公司的短梁檢查間隔不夠頻繁沒有檢測到裂縫,罐車結構中使用的非正火化鋼抗斷裂能力低以及Rescar公司的油罐壁腐蝕修復和焊后局部熱處理過程中殘留應力的存在

整改措施

根據調查結果,NTSB提出了以下新建議:

致管道和危險物質安全局:

頒布用于運輸有毒吸入危險/有毒吸入危險材料的壓力罐車的最終標準,包括對罐頭和罐體提高斷裂韌性的要求

禁止使用運輸有毒危險/有毒吸入危險材料的罐車,這些材料由非正火化鋼制成也不是由符合安全建議中最高可用斷裂韌性規(guī)格的鋼制成.美國運輸部規(guī)范壓力罐車的車主發(fā)布維修指南,這些罐車運輸有毒吸入危險/有毒吸入危險危險材料,其風險因素包括非歸一化鋼外殼材料和靠近短梁附件和其他高應力位置的修補或焊后熱處理以(1)建立結構完整性檢查頻率;(2)為確定裂縫敏感部位的關鍵缺陷大小和修復和驗收標準提供指導;(3)為選擇具有足夠檢測概率的裂紋識別無損檢測方法提供指導

致美國鐵路協(xié)會:

實施對美國鐵路協(xié)會油罐車標準和推薦操作規(guī)范手冊M-1002的修訂

確保對焊后熱處理過程進行充分監(jiān)控

避免在焊接和維修后不受控制的熱處理對罐車材料造成損傷

致美國軌道汽車工業(yè)公司:

制定檢查和維護程序以解決適用于配備ACF-200存根的壓力罐車的支架墊焊接附件的裂紋

本報告中重新分類的建議

根據這次事故的調查結果,NTSB將聯(lián)邦鐵路局的安全建議從“開放可接受的響應”重新分類為“封閉可接受的行動/被取代”,由管道和危險材料安全管理局的安全建議進行分類

事故調查人員

通過時間:2019年2月11日