引言

硝銨炸藥作為一類高能猛炸藥，廣泛應用于民用爆破、軍事武器及相關工程領域。其原料感度高、能量密度大，生產(chǎn)區(qū)域常被視為整個廠區(qū)的重大危險源，往往容易發(fā)生各類意外燃燒爆炸事故并導致災難性后果[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袋廢藥運至干燥工房進行干燥；約2 h后，干燥工房發(fā)生爆炸，造成干燥工房建筑和設備全部被摧毀，所幸無人傷亡。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)干燥時加速分解，形成熱點，導致爆炸[2]。

目前，對硝銨炸藥真空干燥過程的研究主要集中在影響因素分析、工藝改進和重大危險源辨識上[3-7]。張幺玄等[3]通過正交試驗法，對黑索今真空干燥過程中的主要影響因素(含水量、真空度、溫度等)進行顯著性分析，從而得到最佳的干燥工藝參數(shù)。劉曉靜[7]使用改進前、后危險源危險性分析評估方法BZA-1和BZA-2，對某廠的黑索今真空干燥工藝進行危險性定量研究，得出該工藝的危險等級為Ⅳ級，屬嚴重危險，是集團公司級監(jiān)督整改事故隱患類型。

在當前的諸多研究中，將事故樹分析應用到危險化學品尤其是火炸藥的真空干燥工序進行系統(tǒng)安全性分析的相關研究不多。本文中，基于事故樹模型，對某廠硝銨炸藥真空干燥工藝中導致燃爆事故的成因進行分析。通過求取事故樹的最小割集、最小徑集和各個基本事件的結構重要度，剖析致使該過程發(fā)生燃爆事故的主要因素，并提出相應的改進意見，為提升其工藝的本質安全性提供參考。

1 真空干燥工藝概述

真空干燥工藝利用低氣壓和高溫，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，干燥柜內(nèi)負壓一般不低于53.3 kPa。以黑索今為例，干燥一段時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分析

2.1 事故樹的創(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產(chǎn)損失，故將真空干燥工藝事故樹分析的頂事件定為燃爆事故。結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，見圖2。圖2中各字母的意義見表2。

2.2 事故樹定性分析

在事故樹的定性分析中，可用最小割集直觀地描述系統(tǒng)的危險性大小，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定量分析和計算頂事件的發(fā)生概率、基本事件的結構重要度等[11]。借助計算機，使用布爾代數(shù)化簡該事故樹后發(fā)現(xiàn)，最小割集共有87個，而最小徑集只有9個，最小徑集的個數(shù)較少，因此對該事故樹采用最小徑集進行分析。

最小徑集為：

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

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

對于每一個最小徑集，只有包含的所有基本事件都不發(fā)生，頂事件才不會發(fā)生。在真空干燥工藝燃爆事故樹中，每個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，很容易導致頂事件發(fā)生[12-16]。

2.3 結構重要度分析

在事故樹分析中，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確，故一般可以從事故樹結構上分析各個基本事件發(fā)生時對頂事件的影響程度，即求取結構重要度?；臼录慕Y構重要度越大，則該事件對頂事件發(fā)生的影響越大，反之亦然[17-18]。結構重要度計算公式如下[19]：

式中：IΦ(i)為基本事件Xi的結構重要度；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。其余基本事件的結構重要度如下：

各基本事件的結構重要度排序為：

通過以上分析可以看出，基本事件X2的結構重要度最大，即“熱水溫度過高”事件對硝銨炸藥真空干燥工藝燃爆事故的發(fā)生影響最大。同時，基本事件X3(干燥時間過長)、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(操作不當而摻入雜質)的結構重要度僅次于X2，可看出它們對頂事件的發(fā)生影響也很大。因此，應加強通入干燥柜熱水的溫度控制，切勿出現(xiàn)溫度過高或異常波動。同時，要確保干燥時間不要過長；干燥完成后及時清理干凈藥盤、隔板等；嚴控產(chǎn)物合成工藝，盡量減少不穩(wěn)定副產(chǎn)物的產(chǎn)生；工作人員操作過程中注意衛(wèi)生，避免摻入其他雜質。當然，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

通過真空干燥工藝的事故樹分析可看出，要防止燃燒、爆炸事故的發(fā)生，應杜絕點火源，同時控制好硝銨炸藥藥料的狀態(tài)，特別是要防止結構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，防止抽真空過程中由于負壓而產(chǎn)生急速氣流，導致炸藥顆粒飛散，引起粉塵爆炸。

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

5)定期檢測避雷和防靜電設施是否符合標準，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)務和安全培訓，增強員工的操作技能和安全意識；要求員工操作時嚴格遵循操作規(guī)程和規(guī)章制度，嚴禁攜帶明火、電子通訊設備進入操作間，嚴禁在有藥料的情況下進行焊接等動火作業(yè)。

4 結論

通過分析硝銨炸藥真空干燥工藝中燃爆事故發(fā)生的邏輯關系，構建了燃爆事故樹，并對事故樹求取最小割集、最小徑集和基本事件的結構重要度，進行定性、定量分析，得出導致干燥工藝燃爆事故發(fā)生的主要原因。同時，根據(jù)事故成因分析結果，提出了有針對性的整改意見，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，通過事故樹分析可確定主要的引發(fā)原因，從而有針對性地對該工藝進行改進。為了預防燃爆事故的發(fā)生，應加強對干燥藥料狀態(tài)的檢測，避免溫度過高和摻雜不穩(wěn)定的雜質。同時，應采取相應措施，避免干燥柜內(nèi)部空間散布過多炸藥粉塵。