對(duì)乳化炸藥螺桿泵爆炸的事故樹(shù)分析

趙 潤(rùn)

(四川通達(dá)化工有限責(zé)任公司，四川達(dá)州，635000)

螺桿泵是乳化炸藥生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，歷史上曾發(fā)生過(guò)多起爆炸事故，因此《民用爆炸物品生產(chǎn)專用設(shè)備安全使用年限管理標(biāo)準(zhǔn)》(WJ9063-2010)及民爆行業(yè)管理文件將其列為0類專用生產(chǎn)設(shè)備并納入《民用爆炸物品專用生產(chǎn)設(shè)備目錄》進(jìn)行管理。本文根據(jù)JWL-Ⅲ型乳化炸藥生產(chǎn)工藝并結(jié)合民爆行業(yè)螺桿泵爆炸事故案例，采用事故樹(shù)分析法對(duì)其爆炸風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，找出生產(chǎn)過(guò)程中導(dǎo)致螺桿泵爆炸的最危險(xiǎn)因素并提出相應(yīng)的安全管理措施。乳化炸藥螺桿泵爆炸事故[1]統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 乳化炸藥螺桿泵爆炸事故統(tǒng)計(jì)

1 JWL-Ⅲ型乳化炸藥生產(chǎn)工藝

JWL-Ⅲ型乳化炸藥是由硝酸銨水溶液和復(fù)合油相溶液通過(guò)初乳器的高速旋轉(zhuǎn)攪拌形成油包水型乳膠基質(zhì)，由螺桿泵加壓并經(jīng)靜態(tài)混合器(精乳器)進(jìn)一步乳化后輸送至乳膠料倉(cāng)，再通過(guò)螺桿泵輸送并加入敏化劑后經(jīng)靜態(tài)分散器(敏化器)的進(jìn)一步混合、敏化，裝藥成型，冷卻、包裝后形成乳化炸藥成品。其工藝流程如圖1所示。

圖1 JWL-Ⅲ型乳化炸藥生產(chǎn)工藝

2 事故樹(shù)分析

事故樹(shù)分析(Fault Tree Analysis，簡(jiǎn)稱FAT)是系統(tǒng)安全工程分析法之一，是對(duì)作業(yè)過(guò)程中或生產(chǎn)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的事故因素及造成的災(zāi)害后果，按工藝流程、因果關(guān)系及先后順序繪制為程序框圖，表示導(dǎo)致傷害事故、災(zāi)害的各類因素間的邏輯關(guān)系[2、3]。

事故樹(shù)分析是把最不希望發(fā)生的系統(tǒng)故障或事故作為分析對(duì)象，將選定的分析對(duì)象作為頂事件，把故障或事故原因?qū)訉臃纸鉃橹虚g事件，最后找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的基本事件[4]。

2.1 事故樹(shù)繪制

在JWL-Ⅲ型乳化炸藥生產(chǎn)工藝中，螺桿泵作為唯一的0類設(shè)備，對(duì)安全、質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。根據(jù)歷次乳化炸藥螺桿泵爆炸事故原因并結(jié)合生產(chǎn)工藝實(shí)際，現(xiàn)將“乳化炸藥螺桿泵爆炸”作為頂事件，對(duì)其進(jìn)行分析并繪制事故樹(shù)?！叭榛ㄋ幝輻U泵爆炸”事故樹(shù)如圖2所示。

圖2 “乳化炸藥螺桿泵爆炸”事故樹(shù)

“乳化炸藥螺桿泵爆炸”事故樹(shù)中各符號(hào)代表的事件如表2所示。

表2 “乳化炸藥螺桿泵爆炸”事故樹(shù)各符號(hào)代表事件一覽表

2.2 事故樹(shù)定性分析

事故樹(shù)定性分析主要是依據(jù)事故樹(shù)的結(jié)構(gòu),求取其最小割集或最小徑集，并根據(jù)最小割集或最小徑集判斷基本事件的結(jié)構(gòu)重要度[5、6],最后根據(jù)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度制定相應(yīng)的安全措施。

“乳化炸藥螺桿泵爆炸”事故樹(shù)定性分析是為了求出導(dǎo)致乳化炸藥螺桿泵爆炸的最小割集，并根據(jù)最小割集來(lái)判斷基本事件的結(jié)構(gòu)重要度。最小割集是引發(fā)頂事件的最低限度的基本事件或其組合，體現(xiàn)了系統(tǒng)的危險(xiǎn)性。最小割集數(shù)量愈多，系統(tǒng)就愈危險(xiǎn)，每個(gè)最小割集都代表引發(fā)頂事件的一種可能[5、6]。求取最小割集的常用求方法有矩陣法、行列法和布爾代數(shù)法3種[7]。

“乳化炸藥螺桿泵爆炸”事故樹(shù)最小割集計(jì)算：

T=M1×M2×M3

M1=M4+M5+M6=[X1+(X2+X3)]+[X4+(X2+X3)]+[(X2+X5)+(X2+X6+X7)+(X8+X9+X10)+(X11+X12)+(X11+X12)]

M2=M10+M11+M14=(X8+X9+X10)+[(X11+X12)+(X11+X12)]+(X2+X13)

M3=X19+M15+M16+M17=X19+(X14+X15+X16+X17+X18)+(X2+X20+X21)+X22+X23

運(yùn)用布爾代數(shù)運(yùn)算法則對(duì)上述代數(shù)式進(jìn)行化簡(jiǎn)：

M1=X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10+X11+X12

M2=X2+X8+X9+X10+X11+X13

M3=X2+X14+X15+X16+X17+X18+X19+X20+X21+X22+X23

T=M1×M2×M3=(X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10+X11+X12)×(X2+X8+X9+X10+X11+X13)×(X2+X14+X15+X16+X17+X18+X19+X20+X21+X22+X23)=X1×X2×X2+…+X12×X13×X23

經(jīng)分析，“乳化炸藥螺桿泵爆炸”事故樹(shù)共有111個(gè)最小割集，每個(gè)最小割集都代表引發(fā)頂事件的一種可能，因此，在C1條件下乳化炸藥螺桿泵發(fā)生爆炸的可能有111種。

2.3 事故樹(shù)結(jié)構(gòu)重要度分析

“乳化炸藥螺桿泵爆炸”事故樹(shù)共有23個(gè)基本事件，這些基本事件對(duì)頂事件的影響大小用數(shù)字表示即為重要度。假定各基本事件發(fā)生的概率相等或不考慮各基本事件的發(fā)生概率，僅從事故樹(shù)結(jié)構(gòu)上分析各基本事件引發(fā)頂事件的影響大小，則稱為結(jié)構(gòu)重要度[5]。

根據(jù)最小割集判斷結(jié)構(gòu)重要度有如下方法[5、6]：

(1)單事件(一階)最小割集的基本事件結(jié)構(gòu)重要度大于其他多事件(高階)最小割集的基本事件結(jié)構(gòu)重要度。

(2)如果最小割集沒(méi)有相同事件，則低階最小割集的基本事件結(jié)構(gòu)重要度大于高階最小割集的基本事件結(jié)構(gòu)重要度。階數(shù)相同，重要度相等。

(3)如果兩種事件只出現(xiàn)在基本事件個(gè)數(shù)不相同的幾個(gè)最小割集中，且他們?cè)谒凶钚「罴谐霈F(xiàn)的次數(shù)相等，則低階最小割集中的基本事件結(jié)構(gòu)重要度大。

(4)所有基本事件都只出現(xiàn)在一個(gè)最小割集中(不再出現(xiàn)在其他割集中)，則其結(jié)構(gòu)重要度相等。

(5)兩基本事件的最小割集階數(shù)相同，則其結(jié)構(gòu)重要度由他們出現(xiàn)的次數(shù)決定，次數(shù)多的重要度大。

根據(jù)以上原則綜合分析該事故樹(shù)：在C1條件下基本事件X2(安全聯(lián)鎖失效)的結(jié)構(gòu)重要度最大；其次為X8、X9、X10、X11、X12；再次為X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21、X22、X23；然后是X13；最后是X1、X3、X4、X5、X7。

即“乳化炸藥螺桿泵爆炸”事故樹(shù)中23個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度大小為：X2>X8=X9=X10=X11=X12>X14=X15=X16=X17=X18=X19=X20=X21=X22=X23>X13>X1=X3=X4=X5=X7。

3 安全措施

根據(jù)以上事故樹(shù)分析，針對(duì)基本事件結(jié)構(gòu)重要度的不同應(yīng)采取對(duì)應(yīng)的安全措施，以確保生產(chǎn)安全。

(1)在C1條件下基本事件X2(安全聯(lián)鎖失效)對(duì)頂事件的影響最大，因此生產(chǎn)過(guò)程中螺桿泵的安全管理中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)安全聯(lián)鎖的可靠性和有效性[8]。

①根據(jù)設(shè)計(jì)資料、技術(shù)轉(zhuǎn)讓資料、設(shè)備資料及生產(chǎn)實(shí)際合理確定工藝參數(shù)、安全參數(shù)，各聯(lián)鎖項(xiàng)目報(bào)警值、停機(jī)值等參數(shù)的設(shè)置應(yīng)合理，確保安全聯(lián)鎖作用可靠。②加強(qiáng)設(shè)備設(shè)施、計(jì)量器具的維護(hù)檢修及保養(yǎng)，確保溫度計(jì)、液位計(jì)、壓力傳感器、流量計(jì)和氣動(dòng)閥門(mén)等完好有效，各計(jì)量器具應(yīng)按時(shí)送有資質(zhì)的機(jī)構(gòu)檢定，以保證生產(chǎn)控制系統(tǒng)采集、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符合實(shí)際。③每月對(duì)生產(chǎn)線安全聯(lián)鎖裝置進(jìn)行全系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)，確保系統(tǒng)作用可靠，隨時(shí)有效。④生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)禁解除安全聯(lián)鎖、嚴(yán)禁手動(dòng)運(yùn)行生產(chǎn)控制系統(tǒng)。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)生產(chǎn)控制系統(tǒng)操作人員的責(zé)任心，生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)關(guān)注系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，有異常應(yīng)及時(shí)處理。

(2)螺桿泵定轉(zhuǎn)子磨損[9、10]將造成乳膠基質(zhì)在磨損處殘留，隨著轉(zhuǎn)子的持續(xù)摩擦可使基質(zhì)溫度升高，破乳析晶使硝酸銨發(fā)生熱分解，造成螺桿泵內(nèi)局部高溫高壓最后導(dǎo)致爆炸[11]；螺桿泵機(jī)械故障(除定轉(zhuǎn)子磨損外)在某些耦合條件下也會(huì)造成基質(zhì)局部溫度升高甚至發(fā)生爆炸；水油相過(guò)濾器失效(過(guò)濾網(wǎng)網(wǎng)孔過(guò)大、除鐵裝置失效)將造成硬質(zhì)雜質(zhì)進(jìn)入螺桿泵，隨著轉(zhuǎn)子對(duì)硬質(zhì)雜質(zhì)的持續(xù)摩擦，雜質(zhì)部分局部溫度升高，形成熱點(diǎn)最后導(dǎo)致爆炸。因此應(yīng)加強(qiáng)專用生產(chǎn)設(shè)備的安全管理，制定專用生產(chǎn)設(shè)備管理制度，包括強(qiáng)制性定期檢修、定期更換、定期報(bào)廢和定期拆檢等。螺桿泵的維護(hù)檢修、保養(yǎng)應(yīng)實(shí)行定時(shí)、定人、定內(nèi)容的“三定”方案。

(3)應(yīng)加強(qiáng)水油相的入廠檢測(cè)，確保硝酸銨溶液中氯離子含量、pH值等符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求[12、13]，且應(yīng)保證水油相溶液中不含其他敏感材料；應(yīng)在水油相罐放料閥后管路上安裝單向閥，并保證其完好有效，確保水相溶液與油相溶液不互通；同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水相管路、螺桿泵及其輸送管路的清洗，防止硝酸銨、乳膠基質(zhì)清洗不徹底堵塞管路；除此外，應(yīng)高度重視螺桿泵斷料干磨(空轉(zhuǎn))問(wèn)題，歷史上發(fā)生的幾起乳化炸藥螺桿泵爆炸事故均是由斷料干磨造成的。

4 結(jié)束語(yǔ)

雖然生產(chǎn)過(guò)程中螺桿泵內(nèi)乳膠基質(zhì)總是處于流動(dòng)狀態(tài)，不會(huì)造成熱量集聚，但不排除在某些耦合條件下，如安全聯(lián)鎖失效、硬質(zhì)雜質(zhì)進(jìn)入螺桿泵、斷料等因素疊加后會(huì)導(dǎo)致螺桿泵的爆炸。總之，通過(guò)對(duì)“乳化炸藥螺桿泵爆炸”進(jìn)行事故樹(shù)分析找到了引發(fā)其爆炸的最危險(xiǎn)因素，在采取相應(yīng)安全管理措施的情況下是可以避免爆炸事故發(fā)生的。