改進(jìn)BZA-1法在球扁藥生產(chǎn)安全評(píng)估中的應(yīng)用

任鵬亮，馬忠亮，劉保順

(中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西　太原　030051)

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改進(jìn)BZA-1法在球扁藥生產(chǎn)安全評(píng)估中的應(yīng)用

任鵬亮，馬忠亮，劉保順

(中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西太原030051)

球扁形發(fā)射藥是一種應(yīng)用廣泛的特殊發(fā)射藥，其連續(xù)化生產(chǎn)意義重大，在生產(chǎn)中安全問題同樣突出。本文以球扁形發(fā)射藥為研究對(duì)象，介紹了普通的BZA-1法，然后對(duì)BZA-1法的參數(shù)取值進(jìn)行了一定的修改，通過改進(jìn)的BZA-1法對(duì)球扁形發(fā)射藥連續(xù)化生產(chǎn)中的重要工序環(huán)節(jié)進(jìn)行安全評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以成球工序?yàn)槔?，選取合適的參考計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，并確定了該重要工序的風(fēng)險(xiǎn)值和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

BZA-1法；球扁藥；安全評(píng)估；風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

1　BZA-1法

BZA-1是一種適用于火炸藥行業(yè)危險(xiǎn)性評(píng)估的系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法，根據(jù)安全原理、系統(tǒng)工程等現(xiàn)代安全科學(xué)技術(shù)的理論與方法，結(jié)合兵工行業(yè)特點(diǎn)與經(jīng)驗(yàn)，借鑒國外和其他行業(yè)的評(píng)估法而創(chuàng)立的一種適合于火炸藥行業(yè)危險(xiǎn)性評(píng)估的系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法[1-3]。

BZA-1法的數(shù)學(xué)模型如下：

(1)

式中:H——評(píng)價(jià)系統(tǒng)的顯示危險(xiǎn)度

H內(nèi)、H外——系統(tǒng)內(nèi)、外的現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)度

V——系統(tǒng)內(nèi)所處理的火炸藥的固有危險(xiǎn)度

B——系統(tǒng)內(nèi)所處理的火炸藥的可控危險(xiǎn)度

K——系統(tǒng)內(nèi)可控危險(xiǎn)度的未受控系數(shù)

Ci——系統(tǒng)外受系統(tǒng)內(nèi)爆炸事故影響的嚴(yán)重度

1.1系統(tǒng)內(nèi)所處理的火炸藥的固胡危險(xiǎn)度V

在BZA-1法中，V的取值定義為：V=α×β

α(物性危險(xiǎn)系數(shù))=(熱爆炸危險(xiǎn)性系數(shù)α1+熱分解危險(xiǎn)性系數(shù)α2+撞擊危險(xiǎn)性系數(shù)α3，擦危險(xiǎn)性系數(shù)α4，爆危險(xiǎn)性系數(shù)α5)/5；

β(物量危險(xiǎn)系數(shù))=(系統(tǒng)內(nèi)炸藥量G×系統(tǒng)內(nèi)炸藥比能/TNT的比能)1/3

1.2系統(tǒng)內(nèi)所處的火炸藥的可控危險(xiǎn)度B

B=WBPD

WB=α×β×γ

式中：γ——工藝過程(條件)危險(xiǎn)系數(shù)

P——事故概率指標(biāo)值

D——危險(xiǎn)場所人員密度或出現(xiàn)頻次

1.3系統(tǒng)內(nèi)可控危險(xiǎn)度的未受控系數(shù)K

K表示“人的不安全行為”、“物的不安全狀態(tài)”、“環(huán)境的不安全條件”總的發(fā)生概率。

(2)

式中，S人、S機(jī)、S環(huán)分別表示人、機(jī)(物)、環(huán)境的安全標(biāo)準(zhǔn)值，Sx、Sy、Sz分別表示人、機(jī)(物)、環(huán)境的安全實(shí)達(dá)(評(píng)估)值；Sx/S人、Sy/S機(jī)、Sz/S環(huán)分別表示人、物、環(huán)境的達(dá)標(biāo)率；(1-Sx/S人)、(1-Sy/S機(jī))、(1-Sz/S環(huán))分別表示人，物、環(huán)境的未達(dá)標(biāo)率。

1.4系統(tǒng)外的現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)度H外

式中：R0i、R1i——系統(tǒng)外所要求的安全距離標(biāo)準(zhǔn)值和現(xiàn)場實(shí)測值

Ci——系統(tǒng)外第i個(gè)受系統(tǒng)內(nèi)爆炸事故影響設(shè)施的危險(xiǎn)嚴(yán)重度

Wd——第i個(gè)安全距離不足的設(shè)施內(nèi)火炸藥或其制品的危險(xiǎn)系數(shù)，求取法同值

0.5——修正系數(shù)

Ei——安全距離不足的第i個(gè)系統(tǒng)外設(shè)施受系統(tǒng)內(nèi)爆炸影響的指標(biāo)值

2　改進(jìn)BZA-1法

2.1火炸藥及其制品的靜態(tài)危險(xiǎn)度V

危險(xiǎn)度(風(fēng)險(xiǎn))=事故發(fā)生的可能性(α)×事故后果嚴(yán)重性(β)。α、β所代表含義與BZA-1法基本相同，區(qū)別在于，α在BZA-1中的第5種感度，爆轟感度在改進(jìn)法中由沖擊波感度Sd(cm)替代[1]。

沖擊波感度是衡量火炸藥在沖擊波作用下發(fā)生爆炸的難易程度，試驗(yàn)方法采用《炸藥的試驗(yàn)方法》(GJB772.207-1990)中的卡片式隔板試驗(yàn)法，取隔板紙大于95 mm時(shí)α5=10，隔板紙小于15 mm時(shí)，α5=0，介于此兩個(gè)數(shù)值之間的可按照式(3)計(jì)算求得：

α5=(Sd-15)/8

(3)

2.2可控危險(xiǎn)度B

可控危險(xiǎn)度B與BZA-1法含義和取值大致相同，不同之處在于工藝過程危險(xiǎn)系數(shù)γ有了更準(zhǔn)確的計(jì)算。該方法考慮了20個(gè)影響因素[4]，并將其作為評(píng)估事件發(fā)生概率的條件，即電器火花和靜電，放熱、吸熱反應(yīng)，特殊的操作條件，腐蝕和泄露，低溫及高溫條件，物料處理及貯存，操作方式，粉塵的生成，負(fù)壓條件，工藝的布置，設(shè)備的因素以及封閉單元，高溫體，明火，摩擦和沖擊。危險(xiǎn)系數(shù)γ的計(jì)算公式為：

式中：γ——工藝過程危險(xiǎn)系數(shù)

γi——第i項(xiàng)工藝危險(xiǎn)性取值

m——所涉及的工藝危險(xiǎn)條款數(shù)目

2.3系統(tǒng)外受影響設(shè)施的危險(xiǎn)嚴(yán)重度Ci

Ci=(1+0.5Bj)Ej

式中，Bj為系統(tǒng)外第i個(gè)受影響設(shè)施存有的火炸藥危險(xiǎn)指數(shù)，前面的0.5由人為設(shè)定，即只按其50%考慮。該設(shè)施內(nèi)無火炸藥時(shí)，只由決定；Ei為系統(tǒng)外受影響設(shè)施及其內(nèi)部人員可能受損傷的程度。

3　改進(jìn)BZA-1法在球扁形發(fā)射藥連續(xù)化生產(chǎn)安全評(píng)估中的應(yīng)用

以某球扁藥生產(chǎn)單位連續(xù)化生產(chǎn)工藝流程為例，其生產(chǎn)球扁藥的主要原料是NC(硝化棉)和NG(硝化甘油)，連續(xù)化生產(chǎn)工藝過程中主要有成球、鈍感、壓扁等幾大工序，其中成球工藝過程中，原料在成球鍋內(nèi)被混合攪拌，會(huì)產(chǎn)生摩擦、擠壓等現(xiàn)象，可能導(dǎo)致成球器內(nèi)物料局部溫度升高，引發(fā)燃爆危險(xiǎn)[5]。

3.1建立BZA-1危險(xiǎn)源評(píng)估方程(式(1))

(1)

3.2系統(tǒng)內(nèi)固有危險(xiǎn)度V的估算

(1)物性危險(xiǎn)系數(shù)α的取值

表1　硝化棉和硝化甘油的各種感度性能參數(shù)

由表1可知硝化棉和硝化甘油的物性危險(xiǎn)系數(shù)：

α硝化棉=(7.47+1.88+9.05+0+8.0)/5=5.28

α硝化甘油=(7.69+10+9.84+6.66+8.0)/5=8.44

其中硝化甘油的感度綜合值大于硝化棉，所以取α為8.44。

(2)物量危險(xiǎn)系數(shù)β的取值

其中G表示的是可能爆炸的火炸藥藥量(以kg計(jì)算)。在生產(chǎn)球扁形發(fā)射藥時(shí)，工房內(nèi)的投放總藥量為4.5 kg，其中硝化棉2.6 kg，硝化甘油1.9 kg； 其TNT 當(dāng)量取值見表2，分別為：硝化棉 1.25，硝化甘油1.57。所以有：

表2　火藥組分的能量參數(shù)

(3)固有危險(xiǎn)度:V=α×β=8.44×1.84=15.53

3.3可控危險(xiǎn)度B的計(jì)算

B=WBPD

(1)WB的取值

WB=α×β×γ

其中的γ取值見表3。

表3　工藝過程危險(xiǎn)系數(shù)取值

WB=α×β×γ=8.44×1.84×3.35=52

(2)危險(xiǎn)場所人員密度或出現(xiàn)頻次系數(shù)D的取值是按照操作人員、 安全檢查人員、 監(jiān)督領(lǐng)導(dǎo)的出現(xiàn)頻次來確定。在該單位的成球工序過程中，生產(chǎn)類型屬于連續(xù)化生產(chǎn)自動(dòng)控制與工人現(xiàn)場操作相結(jié)合，每日班次為三班，危險(xiǎn)生產(chǎn)崗位有工人專門操作或檢查記錄，人員密度小于10人/班，故D取值4。

(3)危險(xiǎn)源事故概率指標(biāo)值P是根據(jù)以往事故發(fā)生的次數(shù)來確定，指標(biāo)值P按照表4取值為 1.7。

表4　重大燃燒爆炸事故概率指標(biāo)值P

(4)可控危險(xiǎn)度B=WBPD=52×4×1.7=353.6

3.4系統(tǒng)內(nèi)可控危險(xiǎn)度的未受控系數(shù)

系統(tǒng)內(nèi)可控危險(xiǎn)度的未受控系數(shù)K是由裝藥過程中人員安全管理水平、環(huán)境的安全條件和設(shè)備、設(shè)施的安全狀況綜合因素所決定的，取值是由達(dá)標(biāo)率來表示的，計(jì)算公式采用1.2中公式。通過評(píng)估專家對(duì)該生產(chǎn)系統(tǒng)的操作人員素質(zhì)與安全管理、 機(jī)(物)不安全狀態(tài)、作業(yè)環(huán)境不安全條件進(jìn)行評(píng)估，得到人員素質(zhì)與安全管理水平達(dá)標(biāo)率Sx/S人=0.962； 所以人員素質(zhì)與安全管理未受控率為1-Sx/S人=1-0.962=0.138。同理可算出機(jī)(物)安全狀態(tài)未受控率為1-Sy/S機(jī)=0.432、環(huán)境安全條件未受控率為1-Sz/S環(huán)=0.363。

故系統(tǒng)內(nèi)可控危險(xiǎn)度的未受控系數(shù)：

=6.1×0.138×0.432+2.2×0.138×0.363+1.7×0.432×0.363

=0.74

3.5系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)度

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可得系統(tǒng)內(nèi)的現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)度為：

H內(nèi)=(V+KB)=15.33+0.74×353.6=276.994

3.6系統(tǒng)外的危險(xiǎn)度計(jì)算

成球生產(chǎn)工房外有固定安全加工坊、材料庫、辦公室和澡堂根據(jù)《火藥、炸藥、彈藥及火工品工廠設(shè)計(jì)安全規(guī)范》的要求，均在安全距離以外，故系統(tǒng)外的危險(xiǎn)度為0。

3.7生產(chǎn)系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)度H的計(jì)算

根據(jù)H內(nèi)和H外的計(jì)算結(jié)果，最終計(jì)算系統(tǒng)的危險(xiǎn)度，根據(jù)式(1)可得：

H=H內(nèi)+H外=276.994+0=276.994

4　結(jié)　論

表5　系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

通過使用改進(jìn)BZA-1法對(duì)球扁形發(fā)射藥成球工藝生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行安全分析發(fā)現(xiàn)，這個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的危險(xiǎn)度值為H=276.994。依據(jù)《火炸藥、 彈藥企業(yè)中重大事故隱患定量評(píng)估方法》 中的危險(xiǎn)源危險(xiǎn)等級(jí)和整改分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估值小于500 的，可認(rèn)定為I級(jí)，屬于輕度危險(xiǎn)程度，一旦發(fā)生事故，可能會(huì)造成較輕的傷害和損失，所以需要進(jìn)行車間或分廠級(jí)的監(jiān)督整改[1]。

[1]胡雙啟,趙海霞,肖忠良,等.火炸藥安全與技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2014:321.

[2]付強(qiáng),馬忠亮.變?nèi)妓侔l(fā)射藥連續(xù)化生產(chǎn)安全評(píng)價(jià)研究[D].太原:中北大學(xué),2010:38-46.

[3]張祥來,周俊紅,金雪梅.改進(jìn)BZA-1法在民爆器材安全評(píng)估中的應(yīng)用[J].安全,2013(10):24-26.

[4]劉曉靜,陳網(wǎng)樺,胡毅亭.火炸藥典型生產(chǎn)過程安全性分析與評(píng)價(jià)[D].南京:南京理工大學(xué),2004:8-12.

[5]孟凡軍,黃振亞.球形藥成型和表面鈍感“一步法”工藝研究[D].南京:南京理工大學(xué),2010:19-25.

Application of Improved BZA-1 Method on the Safety Assessment of Continuous Production Process for Oblate Spherical Propellant

REN Peng-liang，MA Zhong-liang，LIU Bao-shun

(School of Chemical and Environmental Engineering，North University of China，Shanxi Taiyuan 030051,China)

Oblate spherical propellant is a kind of widely used propellant,its continuous production has great significance，which also has problems worthy of attention in production.Taking the ball flat propellant as the research object,the BZA-1 was introduced.The parameter value of BZA-1 method was modified using the modified BZA-1 method,the security of ball oblate propellant continuous production was assessed.Taking the process of into ball for example,appropriate reference data was selected for safety assessment.Risk value and risk level of this important process were also identified.

BZA-1 method；oblate spherical propellant；safety evaluation；risk level

任鵬亮(1991-)，男，碩士研究生，從事火炸藥安全評(píng)價(jià)方向。

X944

A

1001-9677(2016)04-0009-03