BZA危险评估方法在弹药装填机器人及成套自动化生产线中的应用*

张育林祁金伟李小虎柳松玮

1.西安交通大学工程坊 2.西安交通大学电子与信息学院 3.西安交通大学机械工程学院

BZA危险评估方法在弹药装填机器人及成套自动化生产线中的应用*

张育林1祁金伟2李小虎3柳松玮3

1.西安交通大学工程坊 2.西安交通大学电子与信息学院 3.西安交通大学机械工程学院

本文运用优化的BZA法对于弹药装填的机器人及成套自动化生产线中的危险性权重大的环节提出改进意见，使整个流水生产线在安全的状态下从事生产。

BZA法；优化安全性；工艺过程；危险系数；改进措施

在火炸药系统的安全评估方案中，由兵器工业总公司生产安全局提出的火炸药和弹药企业重大事故隐患的定量评估方案（BZA法）得到国内火炸药及相关企业的大量使用［1-2］。本文针对于弹药装填的机器人及成套自动化生产线中的一些重要安全影响因素进行分析和改进。

1　火炸药BZA评估方案

火炸药BZA评价方案目前已形成BZA-1［3-4］和BZA-2两个版本，BZA-2是在BZA-1的基础上考虑实际情况优化得到，是目前被广泛采用的方案，但两者的本质及分析方法一致。

根据BZA的分析思路及分析过程，评估中采用的数学模型如下所示：

式中：

V—系统内所处理的火炸药的固态危险度；

B—系统内所处理的火炸药的可控危险度；

K—系统内可控危险度的未受控系数。

2　BZA评估方案的指导意义

安全评估模型考虑全部影响因素，将所有相关因素表达到模型式子中则为：

式中：

WB—WB=α×β×γ，γ是工艺过程危险系数；

D—生产场所人员密集度或出现的频次；

P—事故概率指标值。

2.1评估模型重要参数

通过分析BZA评估模型，可以发现自动化生产线系统的危险系数大小主要取决于三个关键参数α、β、γ，上述参数分别代表的是火炸药自身的危险特性、火炸药当量的危险特性、火炸药生产制造过程中的危险特性。

（1）物性危险系数α。物性危险系数也称综合感度值，以感受度作为火炸药发生燃烧爆炸事故可能性的量度，表示火炸药及其制品在收到外界刺激时发生燃烧和爆炸的难易程度。

（2）物量危险系数β。物量危险系数不仅反映危险物质数量，而且也反映了一旦发生燃烧事故后可能造成的破坏威力特性，因此，可以作为危险严重程度的度量，根据物理学规律，火炸药引起的破坏接近于与药量的立方根成正比。

（3）工艺危险系数γ。工艺是影响安全生产［5］的重要因素之一，工艺过程的设计是否合理对于生产安全至关重要，客观、准确的反映生产过程中的工艺危险性也尤为重要。

2.2参数分析

由上述物性危险系数α的分析可知，该参数仅与火炸药自身性质有关，属于火炸药本征性质描述量，当火炸药系统确定后，物性危险系数也随之确定，不随环境改变而变化。由上述物量危险系数β的分析可知，该参数仅与危险系统内的火炸药的当量相关。在实际火炸药生产及其制品的使用中，当相关企业单位明确生产目标之后，单位产品的火炸药用量及产品数量将成为固定值。因此系统中所采用的火炸药总量将不随周围生产环境的改变或调整而变化。

对于第三个重要模型参数工艺过程危险系数γ，由上述工艺过程危险系数的分析可知，该参数最终的取值大小由整个火炸药及其制品生产过程环节的各个过程因素决定，单个工艺环节对整个系统的危险性影响都体现于此，属于可设计、人为控制的变量因素。因此，在设计相关火炸药生产线时必须根据具体的生产对象做出合理的调整，对生产过程中的各个环节做出科学、安全的设计，以保证整个系统危险系数最小，实现生产流水线最优化、最安全的工作。

3　BZA评估方案应用

针对具体的安全生产环节，生产线设计者需要对BZA安全评价方案做出具有针对性的优化，以弹药装填的机器人及成套自动化生产线为例，在整个生产过程中工艺过程危险系数γ考虑的影响因素如下。

3.1工艺过程危险系数优化

由于在弹药装填的机器人及成套自动化生产线的整个工艺过程中，不存在吸热、放热反应，低温、高温环节，负压、高压操作，腐蚀、泄漏环节，设备安全，密闭单元等10项通用安全评价考虑因素，与本生产线相关的安全考虑因素有物料处理安全，物料存储安全，操作方式安全，粉尘爆炸危险、燃烧范围内及附近操作，工艺布置，明火，摩擦、冲击，高温体，电器火花，静电等因素。

在对弹药装填的机器人及成套自动化生产线进行BZA安全评估时，评价模型中的工艺过程危险系数γ可采用上述优化过的考虑因素，同时上表中列出的评价因素根据实际生产线的危险系数权重指导生产线做出改进，为生产线的改进提供科学、客观的依据。

3.2生产线改进意见

在弹药装填的机器人及成套自动化生产线中的各种危险指标，生产线的主要危险来自：粉尘、明火、高温体、静电。对于生产线的改进可从上述方面入手。

（1）降低粉尘危险性。在弹药的装配过程中不可避免的要激起粉尘，造成粉尘在车间的扩散，进入为密封的电气设备箱、AGV和物料搬运机械手空腔，既给操作的工人带来身体上的危害又有可能导致爆炸事故，如何从装配工艺上和去尘手段上消除粉尘的影响［6-7］。减少粉尘可以从以下两方面入手。第一，避免满足爆炸条件。操作间应有良好的通风设备，以降低空气中粉尘含量。供给设备以粉料时，必须使正常操作条件下设备和气动输送装置中的空气量不超过30%，并且最高极限含氧量为6%～8%。在粉尘浓度爆炸极限内操作的设备，可用缩小容器体积的方法提高粉尘浓度，使之超过爆炸上限，以防止粉尘爆炸，也可减弱爆炸威力。第二，减少粉尘沉积。各工段设备应隔离设备在单独房间内。车间的地面、墙面、顶棚要求平滑无凹凸之处，不设凸出部件，非设置不可时，应保持其上平面与水平线成60℃以上的倾角，便于沉积的粉尘自动滑落。粉末的输送管道设置要考虑粉末沉积问题。应定期及时清理沉积于厂房内各角落、设备、管道上的粉尘，使设备外面的粉尘和系统内各部件之间的粉尘减至最少。

（2）降低明火危险性。明火的产生原因主要为弹药装填的机器人及成套自动化生产线中工艺过程和电气的设计不合理导致。工艺过程的设计需要根据实际中生产目标的具体要求设计，当某条生产线的设计任务即目标确定以后，生产过程所采用的工艺已基本确定，在实际生产线建设时需考虑各个环节之间的独立性，保证由明火危险的不同环节相互之间独立，避免多个有明火危险的环节之间相互干扰，形成连锁反应的效应。电气环节的危险主要原因是电气危险场所划分错误而导致防爆设备选用不正确，隔离和密封不当，其中最危险的情况是电器事故火花与过热，必须在设计之初重点考虑上述因素［8］。

对于电气设备的安全隐患可根据要求，可按照如下几种方式进行改进。隔离：将电气设备正常运行时产生的火花、电弧、危险温度的元件与火炸药及其粉尘隔离。加强导体绝缘：防止绝缘击穿产生的火花、电弧和危险温度。电气设备接地：万一绝缘击穿，使电气设备壳体处于地电位，防止壳体对其它物体放电产生的火花。电绝缘水平实施连续监测，如设置检漏继电器，防止漏点放电火花。保证电气设备外形轮廓简单、平滑、便于清扫，避免粉尘积聚。

（3）降低高温体危险性。在弹药装填的机器人及成套自动化生产线中从在高温体，由高温体引发的危险必须考虑在内［9］，设计和预防由高温体引发的危险的措施主要有以下几点：对于装配过程中的局部高温区进行隔离。在隔离区间内配置密封装置和除尘装置，提高该区域空气清洁度。采取降温措施，调节室内温度，针对重点区域加以调节。

（4）降低静电危险性。静电［10-11］在安全生产中往往会产生明火进而导致爆炸，静电的防治与消除在安全生产环节尤为重要，在弹药装填的机器人及成套自动化生产线流水线生产中静电的消除可以通过对生产工艺和设备进行控制、静电接地、增加湿度、采用抗静电剂、正负电荷消除几个方面进行。

生产工艺和设备的控制：设备、工装要选用适当的材料工艺过程中设备、工装、用具材料的选择，应适应降低或减少静电为要求，工装、设备一般应选用导静电材料；尽量减少摩擦，降低流速。设备和工房的结构设计要考虑便于消除静电，这类场所，一般都要采用防静电地面，工房内外的保护接地、防雷电接地、屏蔽接地、静电接地等设施都要统盘考虑。

静电接地：直接接地，即用金属导线把带电体直接和接地干线连接起来。电气设备的外壳应保护接地，其电阻不得大于4Ω。在具有火灾、爆炸危险的一、二类场所，所有的设备还必须有防雷接地，按规范要求其电阻不得大于10Ω；间接接地，使金属以外的物体进行静电接地，将其表面的全部或局部与接地体紧密相接，采用防静电地面，穿防静电工作服和防静电工作鞋；活功器具及旋传部件接地，非固定设备应根据具体情况采取相应的接地方式，特别注意的是应在不带电时接地，对移动式设备和装置，需经常地进行接地和断开。对于AGV运输小车其车轮应使用导静电轮胎或导电胶条拖在地上，对于旋转部件则需用导电性润滑油、弹压碳刷金属触头等来解决接地问题。

增加湿度：目前工业生产中比较普遍采用此法。

另外，提高装药、拧紧、涂胶、喷码、检测、称重、包装和物流等自动化装备的定位精度、力矩控制精度，设计自锁功能、前后缓冲防撞装置，以及合理布置与安装设备，都会提高系统的安全性。

4　结论

针对实际中的具体流水线生产环节优化BZA安全评估方案，使评价模型中的工艺过程危险系数的考虑因素更具针对性，此后更具优化后的工艺过程考虑因素指导生产流水线设计与改进。

［1］ 雍炼，韩超.BZA-1法在炸药件等静压成型工艺危险性评价中的应用［C］.第八届全国爆炸与安全技术学术交流会论文集：343-347

［2］ 狄建华，宋新社.火工成品库危险源评估的初步探讨［J］.南京理工大学学报（自然科学版），2004，28（3）：316-320

［3］ 狄建华，宋新社.火工品装配工房危险源评估的初步探讨［J］.火工品，2002，（2）：46-50

［4］ 魏烈梅.危险源评估方法在高能炸药生产安全技术改造中的应用［C］.第八届全国爆炸与安全技术学术交流会论文集

［5］ 陈国强.BZA-1重大危险源评估法在火炸药及其制品企业的应用［J］.煤矿爆破，2006，（4）：36-38

［6］ Snorre Sklet.Hydrocarbon Releases on Oil and Gas Production Platforms： Release Scenarios and Safety Barriers［J］.Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2006，19（5）：481-493

［7］ 王军，汪佩兰，张庆辉，等.火炸药粉尘爆炸最小点火能量的实验研究［J］.弹箭与制导学报，2008，28（5）：125-127

［8］ 张庆辉，王军，朱方，等.火炸药粉尘环境用电气设备型式试验研究［J］.火工品，2008，（2）：38-40

［9］ 李浩.民用爆破重大危险源辨识临界量问题的研究［J］.中国科技纵横，2013，（5）：164-165

［10］ 刘建斌，赵建中，郭竞尧，等.双管联动自动机留膛弹问题解决方法浅析［J］.火炮发射与控制学报，2011，（3）：45-47

［11］ 黄嫣红，张亚平.空调风管内表面积尘称重的静电影响及消除方法［J］.海峡预防医学杂志，2011，17（6）：47-49

国家高技术研究发展计划（863计划）课题（2014AA041603-04）