煙火藥倉庫爆炸事件故障樹技術(shù)分析

李德釗 文 聰 李 婷

（四川省煙花爆竹安全監(jiān)督質(zhì)量檢測站，四川 南充 637200）

0 引言

煙火藥是生產(chǎn)煙花爆竹的一種非常重要的、危險的在制品，它是由氧化劑、還原劑等組成的混合物[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，用于制作煙火藥劑的化工材料達80余種[2]，不同的煙火藥劑化學(xué)組分復(fù)雜多樣，不僅敏感易燃易爆，還具有自燃自爆、靜電火花等危險屬性[3]。儲存煙火藥倉庫的危險等級為1.1-1級，單棟建筑面積不得超過100m2，單庫最大儲存藥量不得超過5000kg，倉庫四周必須修筑防護屏障[4]，足以見得國家標(biāo)準(zhǔn)對煙火藥倉庫危險程度的重視。因此，本文建立以煙火藥倉庫爆炸為頂上事件[5]的故障樹，分析爆炸事故影響因素，并據(jù)此提出安全技術(shù)措施。

1 事故樹分析法的運用

1.1 事故樹分析法

事故樹分析[6]（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）又稱故障樹分析，是由美國貝爾電話實驗室沃森博士等人研發(fā)的一種安全評價方法。它是一種圖形演繹，從結(jié)果到原因描繪事故發(fā)生的有向邏輯樹的系統(tǒng)安全分析法，把系統(tǒng)不希望出現(xiàn)的事件作為事故樹的頂事件，用邏輯“與”或“或”門自上而下地分析導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能的直接原因及相互間的邏輯關(guān)系，并由此逐步深入，直到找出事故的基本原因，即為事故樹的基本事件。

1.2 煙火藥倉庫危險源辨識

探究近年來煙火藥儲存?zhèn)}庫發(fā)生爆炸事故的原因，一是源于煙火藥潮解或高溫引起藥劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致自燃自爆[4]；二是明火、沖擊波、摩擦撞擊、電火花等外界激發(fā)能量引起燃燒爆炸。引發(fā)煙火藥倉庫爆炸事件的主要危險源，見表1。

表1 煙火藥倉庫爆炸事件的主要危險源表Tab.1 Major hazard sources for explosion of gunpowder storage warehouse

2 故障樹技術(shù)分析

2.1 故障樹的模型構(gòu)建

設(shè)T為頂上事件（煙火藥倉庫爆炸事件），導(dǎo)致頂上事件（T）煙火藥倉庫爆炸的中間事件有兩種：自燃自爆能（A）、外界激發(fā)能（B）。

自燃自爆能（A）有高溫作用（A1）和自身潮解（A2）兩方面的能量來源。

外界激發(fā)能（B）有明火、沖擊波（B1）、摩擦撞擊（B2）、電火花（B3）3個激發(fā)能的存在。其中：

除明火外，沖擊波能量（B1）主要來自于防護火焰和爆炸的屏障失效（B11）；摩擦撞擊能量（B2）主要來自于藥劑高敏感度（B21）和人的不安全操作行為（B22）；電火花能量（B3）主要來自于靜電火花（B31）和雷擊火花（B32），靜電火花（B31）則來自人體產(chǎn)生靜電（B311）和導(dǎo)靜電設(shè)施失效（B312），雷擊火花（B32）主要是避雷失效（B321）造成的。

煙火藥倉庫爆炸事件的故障樹，如圖1。故障樹事件，見表2。

圖1 煙火藥倉庫爆炸事件的故障樹Fig.1 Fault Tree for explosion of gunpowder storage warehouse

2.2 故障樹的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)所編制的煙火藥倉庫事故樹圖形，運用布爾代數(shù)及其運算法則，建立煙火藥倉庫發(fā)生爆炸事故的數(shù)學(xué)模型，其結(jié)構(gòu)函數(shù)表達式為：

2.3 故障樹的最小割集

最小割集是能夠引起頂上事故發(fā)生的最低限度的基本事件的集合，每一最小割集代表一個事件發(fā)生的模式。事故樹中，最小割集越多，頂上事件發(fā)生的可能性越大，系統(tǒng)就越危險。根據(jù)煙火藥倉庫爆炸事件故障樹的函數(shù)表達式，求最小割集“E”。

經(jīng)計算，得到該故障樹有16個最小割集：

通過對本故障樹最小割集的計算，可分析出導(dǎo)致頂上事件“煙火藥倉庫爆炸”存在有16種可能途徑，而每一種途徑均是最小割集中幾個事件同時作用的結(jié)果。

2.4 結(jié)構(gòu)重要度分析

故障樹是由眾多基本事件構(gòu)成的，這些基本事件對頂上事件產(chǎn)生的影響程度是不同的，在制定安全防范措施時必須有個先后次序，輕重緩急，以便使系統(tǒng)達到經(jīng)濟、有效、安全的目的。因此，對本故障樹基本事件的結(jié)構(gòu)重要度“I”分析，是在不考慮基本事件發(fā)生的概率的情況下，從故障樹結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的發(fā)生對頂上事件發(fā)生的影響程度。

根據(jù)結(jié)構(gòu)重要度分析原理分析：

（1）根據(jù)一階最小割集中的基本事件結(jié)構(gòu)重要系數(shù)最大的原則，判斷本事故樹中X6、X16、X17、X18是一階最小割集中的事件，故I（6）、I（16）、I（17）、I（18）的結(jié)構(gòu)重要度最大。

（2）根據(jù)僅在同一最小割集中出現(xiàn)的所有基本事件的結(jié)構(gòu)重要系數(shù)相等的原則，判斷｛X1,X2｝，｛X14,X15｝中，I（1）＝I（2）、I（14）＝I（15）。

（3）根據(jù)割集階數(shù)相同，基本事件出現(xiàn)次數(shù)大則系數(shù)大的原則比較，則：

（4）經(jīng)分析比較，各基本事件結(jié)構(gòu)重要順序為：

通過分析可知該故障樹有16個最小割集，其中任何一個最小割集發(fā)生都會導(dǎo)致頂上事件的發(fā)生，其中明火、違章用電、不合格的導(dǎo)靜電設(shè)施是導(dǎo)致事件發(fā)生最重要的因素；其次是高溫、人體靜電以及煙火藥倉庫發(fā)生潮解所帶來的危險后果較大。同時，加強管理，控制外界激發(fā)能量也是減少煙火藥倉庫燃燒爆炸事故的重要方法。

3 事故預(yù)防措施

根據(jù)引發(fā)煙火藥儲存?zhèn)}庫爆炸事故基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，制定下列預(yù)防對策措施：

（1）杜絕外來火源火種，特別是防范明火，做到嚴(yán)禁違章動火、嚴(yán)禁吸煙點火、嚴(yán)禁攜帶火機火柴等進入庫區(qū)；同時，應(yīng)加強防范庫區(qū)圍墻外安全范圍內(nèi)的焚燒桔桿、拋擲煙頭等不安全行為。

（2）煙火藥劑對靜電火花非常敏感，倉庫入口處應(yīng)建立可靠的防靜電裝置，庫內(nèi)地面應(yīng)鋪設(shè)接地導(dǎo)靜電膠墊，裝卸、搬運作業(yè)接觸煙火藥時嚴(yán)禁穿戴易產(chǎn)生靜電的服飾。

（3）加強高溫預(yù)警措施，煙火藥倉庫最高溫度不得超過40℃。在倉庫內(nèi)安裝溫度與濕度監(jiān)測計，巡回檢查，及時做好倉庫通風(fēng)散熱工作。

（4）煙火藥劑中一般均含有鋁鎂合金粉等遇濕易燃品，因此，應(yīng)保持庫房通風(fēng)干燥，庫內(nèi)濕度不得超過85%；同時，禁止未干透的藥件裝箱入庫，也是防止煙火藥倉庫發(fā)生自燃自爆事故的有效措施。

（5）嚴(yán)格實施安全操作規(guī)程，煙火藥劑中嚴(yán)禁加入氯酸鉀等禁用藥物，在保管與搬運過程中，避免摩擦、碰撞、拖拉、翻滾及強烈振動等行為，避免超高堆碼造成高處墜落導(dǎo)致燃爆事故。

（6）嚴(yán)格限制煙火藥倉庫的庫存量，按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計與修筑防護屏障是保證煙火藥倉庫不受鄰近爆炸沖擊波影響的有效措施。

（7）預(yù)防高處物體墜落打擊事故，特別瓦片、磚塊等硬件物體墜落打擊在煙火藥劑上，或拋擲工用具打擊在煙火藥劑上。

（8）加強職工的安全培訓(xùn)教育，特別是安全技術(shù)操作規(guī)程與職業(yè)技能方法的培訓(xùn)教育，強化安全意識，規(guī)范“三輕（輕拿、輕放、輕搬動）、六不準(zhǔn)（不準(zhǔn)拖拉、碰撞、摩擦、拋摔、翻滾、擠壓）”安全行為，不違章作業(yè)、冒險蠻干、搶功圖快和違反勞動紀(jì)律。

4 故障樹FTA分析應(yīng)用實例

基于本文建立的煙火藥倉庫爆炸頂上事件的基本模型，2018年12月與四川省煙花爆竹主產(chǎn)區(qū)西充縣某煙花廠合作驗證。該煙花廠危險品總庫區(qū)內(nèi)5棟倉庫，分別存放了3種危險物品，3棟煙火藥倉庫、1棟黑火藥倉庫、1棟引火線倉庫。其中，危險等級最高的1.1-1級煙火藥倉庫，設(shè)計藥量分別為5000kg、3000kg、2000kg；黑火藥倉庫與引火線倉庫危險等級均為1.1-2級，設(shè)計藥量分別為300kg、2000kg。整個庫區(qū)配備了專職安全員1名、值班守護2名、搬運保管5名。經(jīng)過與該煙花廠管理層充分討論，以該庫區(qū)煙火藥倉庫為重點，結(jié)合故障樹模型21個基本事件，針對煙火藥倉庫風(fēng)險管控的可變因素，在以下3個方面采取了改善措施，并經(jīng)研究團隊連續(xù)7個月的跟蹤，驗證了事故預(yù)防措施的可行性。

（1）開展專題知識培訓(xùn)。該煙花廠安全管理部、生產(chǎn)技術(shù)部和庫區(qū)全體從業(yè)人員均參加FTA故障樹知識培訓(xùn)，以該煙花廠3棟煙火藥倉庫為實例，對能導(dǎo)致事故發(fā)生的各種因素及邏輯關(guān)系作了全面、簡潔和形象的講解，不僅提高了安全業(yè)務(wù)知識，而且提升了對煙火藥倉庫危險性重要度的認(rèn)識。

（2）完善了安全防護設(shè)施。該煙花廠在庫區(qū)入口處和圍墻周界重新安裝了智能型防入侵探測裝置，倉庫入口處安裝了具備聲控報警性能的人體靜電釋放儀，倉庫內(nèi)地面取消了普通像膠墊而代之以導(dǎo)靜電膠墊，庫內(nèi)堆碼用黃色標(biāo)注了主通道線、堆高線、墻距線、垛距線，增設(shè)了溫度、濕度監(jiān)測儀。

（3）強化了現(xiàn)場監(jiān)管措施。一是庫區(qū)做到24小時值守，每2小時巡檢一次。二是倉庫保管員每天入庫2次監(jiān)測其溫度、濕度（上午9時、下午2時，溫度必須保持在-20～45℃，濕度必須在50%～80%。三是裝卸作業(yè)時，專職安全員必須在現(xiàn)場監(jiān)護，作業(yè)人員身著防靜電工作服，定員2人，單件裝卸與搬運。

5 結(jié)論

（1）本文將基于爆炸故障樹的FTA模型應(yīng)用于煙火藥倉庫風(fēng)險評價中，得到煙火藥倉庫風(fēng)險管控的有效途徑，為防止煙火藥倉庫燃燒爆炸提供了新的舉措。

（2）在引發(fā)事故的眾多基本事件中，靜電危險事件與遇濕潮解危險事件因沒有明顯的特征，是最容易被管理者忽略的風(fēng)險要素，應(yīng)高度重視此風(fēng)險的存在。

（3）FTA故障樹識別出煙火藥倉庫爆炸事故發(fā)生的全部基本事件，均呈現(xiàn)出人的不安全行為的負(fù)面影響。這與行業(yè)農(nóng)民工整體文化素質(zhì)不高相吻合，應(yīng)進一步加大一線從業(yè)人員的安全培訓(xùn)教育。