Fluid Catalytic Cracking (FCC)

SPEAKER: La raffineria di Torrance è una struttura di 750 acri situata appena fuori Los Angeles, California. Al momento dell’esplosione, la raffineria era di proprietà della ExxonMobil. Una parte importante del processo di raffinazione avviene nel cracker catalitico fluido dell’impianto o unità FCC. Nell’unità FCC, gli idrocarburi pesanti del petrolio greggio vengono spezzati o incrinati in idrocarburi più piccoli, che possono poi essere trasformati in benzina e altri prodotti combustibili.

Gli idrocarburi pesanti vengono prima inseriti in un reattore dove si mescolano con un catalizzatore. Gli idrocarburi liquidi pesanti sono convertiti in vapori di idrocarburi più leggeri mentre risalgono il reattore. Nella parte superiore del reattore, i vapori di idrocarburi più leggeri vengono separati dal catalizzatore. I vapori di idrocarburi fluiscono poi verso la colonna di distillazione principale.

Il catalizzatore cade lungo il lato del reattore, dove si muove attraverso una valvola di scorrimento verso un pezzo di equipaggiamento chiamato rigeneratore. Durante la reazione, sul catalizzatore si forma uno strato di carbonio chiamato coke che deve essere rimosso. All’interno del rigeneratore, viene aggiunta aria, e il coke sul catalizzatore viene bruciato. Il catalizzatore viene poi reimmesso nel reattore attraverso una valvola a scorrimento, e il ciclo si ripete.

Quando il coke viene bruciato dal catalizzatore, questo crea prodotti di combustione chiamati gas di scarico. Il gas di scarico esce dal rigeneratore ed entra in un sistema composto da più pezzi di equipaggiamento che rimuovono le particelle di catalizzatore rimanenti. Il rigeneratore e il sistema dei fumi comprendono il lato aria dell’unità FCC.

L’ultimo pezzo di attrezzatura nel sistema dei fumi è chiamato il precipitatore elettrostatico o ESP. L’ESP rimuove le piccole particelle di catalizzatore usando l’elettricità statica. Quando l’ESP è sotto tensione, crea scintille, che sono fonti di accensione.

È fondamentale che gli idrocarburi infiammabili nel reattore non fluiscano nel lato aria dell’unità FCC, perché questo potrebbe creare un’atmosfera esplosiva. Per evitare questo pericolo, le due valvole a scorrimento che collegano il reattore e il rigeneratore sono utilizzate per mantenere una barriera di catalizzatore tra i pezzi dell’attrezzatura.

La sequenza di eventi che alla fine ha portato all’esplosione nella raffineria è iniziata lunedì 16 febbraio 2015, quando un pezzo di equipaggiamento nel lato aria dell’unità FCC chiamato expander ha vibrato abbastanza forte che il sistema di controllo della raffineria ha automaticamente portato l’unità FCC in una modalità di standby nota come safe park.

Durante la modalità safe park, il flusso di idrocarburi nel reattore è spento. Anche il flusso d’aria nel rigeneratore viene interrotto. Le due valvole a scorrimento che collegano il reattore e il rigeneratore sono chiuse per garantire il mantenimento di una barriera di catalizzatore. Il vapore viene poi forzato nel reattore per evitare che gli idrocarburi nella colonna di distillazione principale rifluiscano all’interno.

L’ESP rimane eccitato durante il safe park. Una valvola a scorrimento però si era erosa in sei anni di funzionamento. E anche se si chiudeva, non riusciva a mantenere una barriera di catalizzatore nel reattore. Entro sette minuti dall’entrata in sicurezza dell’unità, tutto il catalizzatore nel reattore è caduto attraverso la valvola di scorrimento nel rigeneratore.

Si è creato un percorso diretto per gli idrocarburi per fluire tra il reattore e il rigeneratore. Ma la pressione del vapore che scorre nel reattore come parte della modalità di parcheggio sicuro era abbastanza alta da impedire agli idrocarburi nella colonna principale di rifluire all’interno.

Con l’unità in modalità di parcheggio sicuro, gli operatori hanno tentato di riavviare l’espansore diverse volte ma non sono stati in grado di farlo. Il personale della raffineria si è riunito per identificare una strategia per riparare l’espansore e riportare l’unità FCC in linea. Il personale operativo ha previsto che l’espansore non potesse ripartire perché il catalizzatore si era probabilmente accumulato all’interno.

Martedì 17 febbraio ha avuto luogo una riunione con un gruppo di personale della raffineria. Il gruppo ha discusso una simile interruzione dell’espansore che si è verificata nel 2012 per la quale la raffineria aveva sviluppato quella che viene chiamata una varianza.

Una varianza è una deviazione dalla procedura approvata dalla direzione. Il gruppo ha deciso di utilizzare la varianza del 2012, che ha permesso una deviazione dai requisiti tipici per isolare l’espansore. Parte di quel processo prevedeva l’installazione di un cieco in una delle flange di uscita dell’espansore.

La mattina di mercoledì 18 febbraio, la manutenzione della Exxon Mobil ha tentato di installare quel cieco, ma non ci è riuscita perché il vapore fuoriusciva attraverso la flangia aperta. Il vapore dal reattore aveva viaggiato attraverso la valvola di scorrimento perdente nel lato dell’aria dell’unità FCC.

Utilizzando la variante come guida, il flusso di vapore nel reattore è stato diminuito nel tentativo di ridurre la quantità che fuoriesce dall’espansore. Ma la variante non ha valutato se questa portata fosse sufficiente per evitare che gli idrocarburi fluissero nel reattore dalla colonna di distillazione principale.

E all’insaputa degli operatori, idrocarburi leggeri da un’unità separata erano fluiti attraverso uno scambiatore di calore che perdeva nella colonna principale, aumentando la pressione all’interno. Con il flusso di vapore ridotto e meno pressione nel reattore, nulla poteva impedire agli idrocarburi di rifluire dalla colonna di distillazione principale. Gli idrocarburi sono fluiti nel reattore, dove sono fuoriusciti attraverso la valvola di scorrimento che perdeva nel lato aria dell’unità FCC.

Alle 8:07 AM, un supervisore della manutenzione che lavorava nell’unità FCC ha ricevuto un allarme sul suo monitor personale di idrogeno solforato che lo avvertiva che gli idrocarburi stavano perdendo nelle vicinanze. Alle 8:40 AM, più lavoratori intorno all’espansore hanno ricevuto lo stesso allarme, e l’FCC è stato evacuato.