趙 潤

(四川通達化工有限責任公司，四川達州，635000)

螺桿泵是乳化炸藥生產(chǎn)的關鍵設備，歷史上曾發(fā)生過多起爆炸事故，因此《民用爆炸物品生產(chǎn)專用設備安全使用年限管理標準》(WJ9063-2010)及民爆行業(yè)管理文件將其列為0類專用生產(chǎn)設備并納入《民用爆炸物品專用生產(chǎn)設備目錄》進行管理。本文根據(jù)JWL-Ⅲ型乳化炸藥生產(chǎn)工藝并結合民爆行業(yè)螺桿泵爆炸事故案例，采用事故樹分析法對其爆炸風險進行分析，找出生產(chǎn)過程中導致螺桿泵爆炸的最危險因素并提出相應的安全管理措施。乳化炸藥螺桿泵爆炸事故[1]統(tǒng)計見表1。

表1 乳化炸藥螺桿泵爆炸事故統(tǒng)計

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合油相溶液通過初乳器的高速旋轉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)進一步乳化后輸送至乳膠料倉，再通過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 事故樹分析

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

事故樹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象，將選定的分析對象作為頂事件，把故障或事故原因層層分解為中間事件，最后找出導致頂事件發(fā)生的基本事件[4]。

2.1 事故樹繪制

在JWL-Ⅲ型乳化炸藥生產(chǎn)工藝中，螺桿泵作為唯一的0類設備，對安全、質(zhì)量起到至關重要的作用。根據(jù)歷次乳化炸藥螺桿泵爆炸事故原因并結合生產(chǎn)工藝實際，現(xiàn)將“乳化炸藥螺桿泵爆炸”作為頂事件，對其進行分析并繪制事故樹。“乳化炸藥螺桿泵爆炸”事故樹如圖2所示。

圖2 “乳化炸藥螺桿泵爆炸”事故樹

“乳化炸藥螺桿泵爆炸”事故樹中各符號代表的事件如表2所示。

表2 “乳化炸藥螺桿泵爆炸”事故樹各符號代表事件一覽表

2.2 事故樹定性分析

事故樹定性分析主要是依據(jù)事故樹的結構,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構重要度[5、6],最后根據(jù)基本事件的結構重要度制定相應的安全措施。

“乳化炸藥螺桿泵爆炸”事故樹定性分析是為了求出導致乳化炸藥螺桿泵爆炸的最小割集，并根據(jù)最小割集來判斷基本事件的結構重要度。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)的危險性。最小割集數(shù)量愈多，系統(tǒng)就愈危險，每個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”事故樹最小割集計算：

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

運用布爾代數(shù)運算法則對上述代數(shù)式進行化簡：

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”事故樹共有111個最小割集，每個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 事故樹結構重要度分析

“乳化炸藥螺桿泵爆炸”事故樹共有23個基本事件，這些基本事件對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，僅從事故樹結構上分析各基本事件引發(fā)頂事件的影響大小，則稱為結構重要度[5]。

根據(jù)最小割集判斷結構重要度有如下方法[5、6]：

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

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

(3)如果兩種事件只出現(xiàn)在基本事件個數(shù)不相同的幾個最小割集中，且他們在所有最小割集中出現(xiàn)的次數(shù)相等，則低階最小割集中的基本事件結構重要度大。

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

(5)兩基本事件的最小割集階數(shù)相同，則其結構重要度由他們出現(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：在C1條件下基本事件X2(安全聯(lián)鎖失效)的結構重要度最大；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”事故樹中23個基本事件的結構重要度大小為：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)以上事故樹分析，針對基本事件結構重要度的不同應采取對應的安全措施，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)對頂事件的影響最大，因此生產(chǎn)過程中螺桿泵的安全管理中應重點關注系統(tǒng)安全聯(lián)鎖的可靠性和有效性[8]。

①根據(jù)設計資料、技術轉讓資料、設備資料及生產(chǎn)實際合理確定工藝參數(shù)、安全參數(shù)，各聯(lián)鎖項目報警值、停機值等參數(shù)的設置應合理，確保安全聯(lián)鎖作用可靠。②加強設備設施、計量器具的維護檢修及保養(yǎng)，確保溫度計、液位計、壓力傳感器、流量計和氣動閥門等完好有效，各計量器具應按時送有資質(zhì)的機構檢定，以保證生產(chǎn)控制系統(tǒng)采集、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符合實際。③每月對生產(chǎn)線安全聯(lián)鎖裝置進行全系統(tǒng)驗證試驗，確保系統(tǒng)作用可靠，隨時有效。④生產(chǎn)過程中嚴禁解除安全聯(lián)鎖、嚴禁手動運行生產(chǎn)控制系統(tǒng)。同時應加強生產(chǎn)控制系統(tǒng)操作人員的責任心，生產(chǎn)過程中應隨時關注系統(tǒng)的運行狀態(tài)，有異常應及時處理。

(2)螺桿泵定轉子磨損[9、10]將造成乳膠基質(zhì)在磨損處殘留，隨著轉子的持續(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致爆炸[11]；螺桿泵機械故障(除定轉子磨損外)在某些耦合條件下也會造成基質(zhì)局部溫度升高甚至發(fā)生爆炸；水油相過濾器失效(過濾網(wǎng)網(wǎng)孔過大、除鐵裝置失效)將造成硬質(zhì)雜質(zhì)進入螺桿泵，隨著轉子對硬質(zhì)雜質(zhì)的持續(xù)摩擦，雜質(zhì)部分局部溫度升高，形成熱點最后導致爆炸。因此應加強專用生產(chǎn)設備的安全管理，制定專用生產(chǎn)設備管理制度，包括強制性定期檢修、定期更換、定期報廢和定期拆檢等。螺桿泵的維護檢修、保養(yǎng)應實行定時、定人、定內(nèi)容的“三定”方案。

(3)應加強水油相的入廠檢測，確保硝酸銨溶液中氯離子含量、pH值等符合國家標準要求[12、13]，且應保證水油相溶液中不含其他敏感材料；應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；同時應加強對水相管路、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，應高度重視螺桿泵斷料干磨(空轉)問題，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 結束語

雖然生產(chǎn)過程中螺桿泵內(nèi)乳膠基質(zhì)總是處于流動狀態(tài)，不會造成熱量集聚，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)進入螺桿泵、斷料等因素疊加后會導致螺桿泵的爆炸?？傊?，通過對“乳化炸藥螺桿泵爆炸”進行事故樹分析找到了引發(fā)其爆炸的最危險因素，在采取相應安全管理措施的情況下是可以避免爆炸事故發(fā)生的。