硝銨炸藥真空干燥工藝燃爆事故致災(zāi)因素的研究?

引言

硝銨炸藥作為一類高能猛炸藥，廣泛應(yīng)用于民用爆破、軍事武器及相關(guān)工程領(lǐng)域。其原料感度高、能量密度大，生產(chǎn)區(qū)域常被視為整個(gè)廠區(qū)的重大危險(xiǎn)源，往往容易發(fā)生各類意外燃燒爆炸事故并導(dǎo)致災(zāi)難性后果[1]。1995年7月8日，某廠為了干燥從硝化工房沉淀池取出的26袋廢藥，將26袋廢藥運(yùn)至干燥工房進(jìn)行干燥；約2 h后，干燥工房發(fā)生爆炸，造成干燥工房建筑和設(shè)備全部被摧毀，所幸無(wú)人傷亡。分析事故原因，是由于廢藥中含有的不安定副產(chǎn)物(如甲二醇二硝酸脂等)干燥時(shí)加速分解，形成熱點(diǎn)，導(dǎo)致爆炸[2]。

目前，對(duì)硝銨炸藥真空干燥過(guò)程的研究主要集中在影響因素分析、工藝改進(jìn)和重大危險(xiǎn)源辨識(shí)上[3-7]。張幺玄等[3]通過(guò)正交試驗(yàn)法，對(duì)黑索今真空干燥過(guò)程中的主要影響因素(含水量、真空度、溫度等)進(jìn)行顯著性分析，從而得到最佳的干燥工藝參數(shù)。劉曉靜[7]使用改進(jìn)前、后危險(xiǎn)源危險(xiǎn)性分析評(píng)估方法BZA-1和BZA-2，對(duì)某廠的黑索今真空干燥工藝進(jìn)行危險(xiǎn)性定量研究，得出該工藝的危險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ級(jí)，屬嚴(yán)重危險(xiǎn)，是集團(tuán)公司級(jí)監(jiān)督整改事故隱患類型。

在當(dāng)前的諸多研究中，將事故樹(shù)分析應(yīng)用到危險(xiǎn)化學(xué)品尤其是火炸藥的真空干燥工序進(jìn)行系統(tǒng)安全性分析的相關(guān)研究不多。本文中，基于事故樹(shù)模型，對(duì)某廠硝銨炸藥真空干燥工藝中導(dǎo)致燃爆事故的成因進(jìn)行分析。通過(guò)求取事故樹(shù)的最小割集、最小徑集和各個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，剖析致使該過(guò)程發(fā)生燃爆事故的主要因素，并提出相應(yīng)的改進(jìn)意見(jiàn)，為提升其工藝的本質(zhì)安全性提供參考。

1 真空干燥工藝概述

真空干燥工藝?yán)玫蜌鈮汉透邷?，使得炸藥水洗產(chǎn)物中的水分快速汽化，從而得到干燥的產(chǎn)物。真空干燥工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 真空干燥工藝流程圖Fig.1 Flow chart of the vacuum drying process

為了提高系統(tǒng)的本質(zhì)安全程度，將循環(huán)熱水通入隔板管道的方式作為干燥柜的熱源。正常抽真空干燥時(shí)，干燥柜內(nèi)負(fù)壓一般不低于53.3 kPa。以黑索今為例，干燥一段時(shí)間后取樣分析含水量，物料需要干燥7～8 h，而鈍化黑索今則需要干燥18～20 h[8]，這兩種物料的工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 黑索今和鈍化黑索今真空干燥工藝參數(shù)Tab.1 Process parameters for vacuum drying of RDX and passivated RDX

2 真空干燥工藝燃爆事故樹(shù)分析

2.1 事故樹(shù)的創(chuàng)建

硝銨炸藥是一類高能猛炸藥，其燃燒、爆炸可產(chǎn)生大量的熱量，并可能轉(zhuǎn)化為爆轟[9-10]。一旦發(fā)生燃爆事故，將造成大量人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失，故將真空干燥工藝事故樹(shù)分析的頂事件定為燃爆事故。結(jié)合以往事故案例分析、現(xiàn)有的HAZOP(Hazard and operability)分析和安全檢查表，編制出真空干燥工藝的事故樹(shù)，見(jiàn)圖2。圖2中各字母的意義見(jiàn)表2。

2.2 事故樹(shù)定性分析

在事故樹(shù)的定性分析中，可用最小割集直觀地描述系統(tǒng)的危險(xiǎn)性大小，用最小徑集描述系統(tǒng)安全程度的特征。最小割集和最小徑集也可以用來(lái)定量分析和計(jì)算頂事件的發(fā)生概率、基本事件的結(jié)構(gòu)重要度等[11]。借助計(jì)算機(jī)，使用布爾代數(shù)化簡(jiǎn)該事故樹(shù)后發(fā)現(xiàn)，最小割集共有87個(gè)，而最小徑集只有9個(gè)，最小徑集的個(gè)數(shù)較少，因此對(duì)該事故樹(shù)采用最小徑集進(jìn)行分析。

最小徑集為：

圖2 真空干燥工藝燃爆事故樹(shù)Fig.2 Fault tree of blast accidents in vacuum drying process

表2 真空干燥工藝燃爆事故樹(shù)符號(hào)及其代表的事件Tab.2 Symbols of the fault tree of blast accidents in vacuum drying process and their representative events

對(duì)于每一個(gè)最小徑集，只有包含的所有基本事件都不發(fā)生，頂事件才不會(huì)發(fā)生。在真空干燥工藝燃爆事故樹(shù)中，每個(gè)最小徑集包含的基本事件均較多，由此可知該工藝安全程度較低，很容易導(dǎo)致頂事件發(fā)生[12-16]。

2.3 結(jié)構(gòu)重要度分析

在事故樹(shù)分析中，基本事件的發(fā)生概率往往很難獲取，獲取的概率值也不一定準(zhǔn)確，故一般可以從事故樹(shù)結(jié)構(gòu)上分析各個(gè)基本事件發(fā)生時(shí)對(duì)頂事件的影響程度，即求取結(jié)構(gòu)重要度?；臼录慕Y(jié)構(gòu)重要度越大，則該事件對(duì)頂事件發(fā)生的影響越大，反之亦然[17-18]。結(jié)構(gòu)重要度計(jì)算公式如下[19]：

式中：IΦ(i)為基本事件Xi的結(jié)構(gòu)重要度；Kj為基本事件Xi所在的最小割集總數(shù)；nj為基本事件Xi所在的最小割集Kj的底事件總數(shù)。

在2.1的事故樹(shù)中，由布爾代數(shù)的吸收律可消除基本事件X1，故X1在最小割集和最小徑集中均未出現(xiàn)，即IΦ(1)＝0。其余基本事件的結(jié)構(gòu)重要度如下：

各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度排序?yàn)椋?/p>

通過(guò)以上分析可以看出，基本事件X2的結(jié)構(gòu)重要度最大，即“熱水溫度過(guò)高”事件對(duì)硝銨炸藥真空干燥工藝燃爆事故的發(fā)生影響最大。同時(shí)，基本事件X3(干燥時(shí)間過(guò)長(zhǎng))、X4(前次干燥的殘留藥料)、X5(不穩(wěn)定副產(chǎn)物，如奧克托今等)和X6(操作不當(dāng)而摻入雜質(zhì))的結(jié)構(gòu)重要度僅次于X2，可看出它們對(duì)頂事件的發(fā)生影響也很大。因此，應(yīng)加強(qiáng)通入干燥柜熱水的溫度控制，切勿出現(xiàn)溫度過(guò)高或異常波動(dòng)。同時(shí)，要確保干燥時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)；干燥完成后及時(shí)清理干凈藥盤、隔板等；嚴(yán)控產(chǎn)物合成工藝，盡量減少不穩(wěn)定副產(chǎn)物的產(chǎn)生；工作人員操作過(guò)程中注意衛(wèi)生，避免摻入其他雜質(zhì)。當(dāng)然，為了提高系統(tǒng)安全，其他因素也不可忽視[20]。

3 工藝安全措施

通過(guò)真空干燥工藝的事故樹(shù)分析可看出，要防止燃燒、爆炸事故的發(fā)生，應(yīng)杜絕點(diǎn)火源，同時(shí)控制好硝銨炸藥藥料的狀態(tài)，特別是要防止結(jié)構(gòu)重要度較大的基本事件的發(fā)生，如X2、X3、X4、X5和X6等。根據(jù)以上分析，提出如下建議：

1)在熱水循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)置溫度反饋控制，保證干燥柜內(nèi)部管道中的熱水溫度保持在工藝溫度范圍之內(nèi)。

2)攤放濕藥料前，要清理干凈藥盤、柜內(nèi)隔板等，切勿殘留前次干燥的藥料；操作過(guò)程中要保持干燥間潔凈，員工要戴手套操作。

3)定期檢查真空干燥柜體是否有裂縫，連接處是否密封，防止抽真空過(guò)程中由于負(fù)壓而產(chǎn)生急速氣流，導(dǎo)致炸藥顆粒飛散，引起粉塵爆炸。

4)抽真空前須關(guān)好防爆門，并檢查防爆門的密封性，若有異常聲響，應(yīng)立即停止干燥，并及時(shí)檢修。

5)定期檢測(cè)避雷和防靜電設(shè)施是否符合標(biāo)準(zhǔn)，督促作業(yè)人員穿防靜電服和防靜電鞋作業(yè)。

6)定期組織員工參加業(yè)務(wù)和安全培訓(xùn)，增強(qiáng)員工的操作技能和安全意識(shí)；要求員工操作時(shí)嚴(yán)格遵循操作規(guī)程和規(guī)章制度，嚴(yán)禁攜帶明火、電子通訊設(shè)備進(jìn)入操作間，嚴(yán)禁在有藥料的情況下進(jìn)行焊接等動(dòng)火作業(yè)。

4 結(jié)論

通過(guò)分析硝銨炸藥真空干燥工藝中燃爆事故發(fā)生的邏輯關(guān)系，構(gòu)建了燃爆事故樹(shù)，并對(duì)事故樹(shù)求取最小割集、最小徑集和基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，進(jìn)行定性、定量分析，得出導(dǎo)致干燥工藝燃爆事故發(fā)生的主要原因。同時(shí)，根據(jù)事故成因分析結(jié)果，提出了有針對(duì)性的整改意見(jiàn)，為企業(yè)的安全生產(chǎn)提供參考。

真空干燥工藝具有較低的系統(tǒng)安全性，事故類型主要有粉塵爆炸和藥料自身燃爆等，引發(fā)事故的原因多種多樣，通過(guò)事故樹(shù)分析可確定主要的引發(fā)原因，從而有針對(duì)性地對(duì)該工藝進(jìn)行改進(jìn)。為了預(yù)防燃爆事故的發(fā)生，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)干燥藥料狀態(tài)的檢測(cè)，避免溫度過(guò)高和摻雜不穩(wěn)定的雜質(zhì)。同時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)措施，避免干燥柜內(nèi)部空間散布過(guò)多炸藥粉塵。