nginx -V:

nginx version: nginx/0.8.53
built by gcc 4.1.2 20080704 (Red Hat 4.1.2-48)
TLS SNI support disabled
configure arguments: --user=nginx --group=nginx --prefix=/usr/share/nginx --sbin-path=/usr/sbin/nginx --conf-path=/etc/nginx/nginx.conf --error-log-path=/var/log/nginx/error.log --http-log-path=/var/log/nginx/access.log --http-client-body-temp-path=/var/lib/nginx/tmp/client_body --http-proxy-temp-path=/var/lib/nginx/tmp/proxy --http-fastcgi-temp-path=/var/lib/nginx/tmp/fastcgi --pid-path=/var/run/nginx.pid --lock-path=/var/lock/subsys/nginx --with-http_secure_link_module --with-http_random_index_module --with-http_ssl_module --with-http_realip_module --with-http_addition_module --with-http_sub_module --with-http_dav_module --with-http_flv_module --with-http_gzip_static_module --with-http_stub_status_module --with-http_perl_module --with-http_geoip_module --with-mail --with-mail_ssl_module --with-cc-opt='-O2 -g -pipe -Wall -Wp,-D_FORTIFY_SOURCE=2 -fexceptions -fstack-protector --param=ssp-buffer-size=4 -m32 -march=i386 -mtune=generic -fasynchronous-unwind-tables' --with-ipv6 --add-module=/builddir/build/BUILD/nginx-0.8.53/nginx-upstream-fair --add-module=/builddir/build/BUILD/nginx-0.8.53/nginx-upload-progress-module --add-module=/builddir/build/BUILD/nginx-0.8.53/mod_zip-1.1.6 --add-module=/builddir/build/BUILD/nginx-0.8.53/nginx_upload_module-2.2.0 --add-module=/builddir/build/BUILD/nginx-0.8.53/nginx_mod_h264_streaming-2.2.7

Что вы подразумеваете под сторонними модулями и "воспроизвести проблему без них"?

Насчет железа сомневаюсь, т.к. апач работает корректно (выше я писал).

Пока отключил кэширование и отдачу статики для проблемного хоста - посмотрю, что будет дальше.