硝铵炸药真空干燥工艺燃爆事故致灾因素的研究❋

引言

硝铵炸药作为一类高能猛炸药，广泛应用于民用爆破、军事武器及相关工程领域。其原料感度高、能量密度大，生产区域常被视为整个厂区的重大危险源，往往容易发生各类意外燃烧爆炸事故并导致灾难性后果[1]。1995年7月8日，某厂为了干燥从硝化工房沉淀池取出的26袋废药，将26袋废药运至干燥工房进行干燥；约2 h后，干燥工房发生爆炸，造成干燥工房建筑和设备全部被摧毁，所幸无人伤亡。分析事故原因，是由于废药中含有的不安定副产物(如甲二醇二硝酸脂等)干燥时加速分解，形成热点，导致爆炸[2]。

目前，对硝铵炸药真空干燥过程的研究主要集中在影响因素分析、工艺改进和重大危险源辨识上[3-7]。张幺玄等[3]通过正交试验法，对黑索今真空干燥过程中的主要影响因素(含水量、真空度、温度等)进行显著性分析，从而得到最佳的干燥工艺参数。刘晓静[7]使用改进前、后危险源危险性分析评估方法BZA-1和BZA-2，对某厂的黑索今真空干燥工艺进行危险性定量研究，得出该工艺的危险等级为Ⅳ级，属严重危险，是集团公司级监督整改事故隐患类型。

在当前的诸多研究中，将事故树分析应用到危险化学品尤其是火炸药的真空干燥工序进行系统安全性分析的相关研究不多。本文中，基于事故树模型，对某厂硝铵炸药真空干燥工艺中导致燃爆事故的成因进行分析。通过求取事故树的最小割集、最小径集和各个基本事件的结构重要度，剖析致使该过程发生燃爆事故的主要因素，并提出相应的改进意见，为提升其工艺的本质安全性提供参考。

1 真空干燥工艺概述

真空干燥工艺利用低气压和高温，使得炸药水洗产物中的水分快速汽化，从而得到干燥的产物。真空干燥工艺流程见图1。

图1 真空干燥工艺流程图Fig.1 Flow chart of the vacuum drying process

为了提高系统的本质安全程度，将循环热水通入隔板管道的方式作为干燥柜的热源。正常抽真空干燥时，干燥柜内负压一般不低于53.3 kPa。以黑索今为例，干燥一段时间后取样分析含水量，物料需要干燥7～8 h，而钝化黑索今则需要干燥18～20 h[8]，这两种物料的工艺参数见表1。

表1 黑索今和钝化黑索今真空干燥工艺参数Tab.1 Process parameters for vacuum drying of RDX and passivated RDX

2 真空干燥工艺燃爆事故树分析

2.1 事故树的创建

硝铵炸药是一类高能猛炸药，其燃烧、爆炸可产生大量的热量，并可能转化为爆轰[9-10]。一旦发生燃爆事故，将造成大量人员伤亡和巨大的财产损失，故将真空干燥工艺事故树分析的顶事件定为燃爆事故。结合以往事故案例分析、现有的HAZOP(Hazard and operability)分析和安全检查表，编制出真空干燥工艺的事故树，见图2。图2中各字母的意义见表2。

2.2 事故树定性分析

在事故树的定性分析中，可用最小割集直观地描述系统的危险性大小，用最小径集描述系统安全程度的特征。最小割集和最小径集也可以用来定量分析和计算顶事件的发生概率、基本事件的结构重要度等[11]。借助计算机，使用布尔代数化简该事故树后发现，最小割集共有87个，而最小径集只有9个，最小径集的个数较少，因此对该事故树采用最小径集进行分析。

最小径集为：

图2 真空干燥工艺燃爆事故树Fig.2 Fault tree of blast accidents in vacuum drying process

表2 真空干燥工艺燃爆事故树符号及其代表的事件Tab.2 Symbols of the fault tree of blast accidents in vacuum drying process and their representative events

对于每一个最小径集，只有包含的所有基本事件都不发生，顶事件才不会发生。在真空干燥工艺燃爆事故树中，每个最小径集包含的基本事件均较多，由此可知该工艺安全程度较低，很容易导致顶事件发生[12-16]。

2.3 结构重要度分析

在事故树分析中，基本事件的发生概率往往很难获取，获取的概率值也不一定准确，故一般可以从事故树结构上分析各个基本事件发生时对顶事件的影响程度，即求取结构重要度。基本事件的结构重要度越大，则该事件对顶事件发生的影响越大，反之亦然[17-18]。结构重要度计算公式如下[19]：

式中：IΦ(i)为基本事件Xi的结构重要度；Kj为基本事件Xi所在的最小割集总数；nj为基本事件Xi所在的最小割集Kj的底事件总数。

在2.1的事故树中，由布尔代数的吸收律可消除基本事件X1，故X1在最小割集和最小径集中均未出现，即IΦ(1)＝0。其余基本事件的结构重要度如下：

各基本事件的结构重要度排序为：

通过以上分析可以看出，基本事件X2的结构重要度最大，即“热水温度过高”事件对硝铵炸药真空干燥工艺燃爆事故的发生影响最大。同时，基本事件X3(干燥时间过长)、X4(前次干燥的残留药料)、X5(不稳定副产物，如奥克托今等)和X6(操作不当而掺入杂质)的结构重要度仅次于X2，可看出它们对顶事件的发生影响也很大。因此，应加强通入干燥柜热水的温度控制，切勿出现温度过高或异常波动。同时，要确保干燥时间不要过长；干燥完成后及时清理干净药盘、隔板等；严控产物合成工艺，尽量减少不稳定副产物的产生；工作人员操作过程中注意卫生，避免掺入其他杂质。当然，为了提高系统安全，其他因素也不可忽视[20]。

3 工艺安全措施

通过真空干燥工艺的事故树分析可看出，要防止燃烧、爆炸事故的发生，应杜绝点火源，同时控制好硝铵炸药药料的状态，特别是要防止结构重要度较大的基本事件的发生，如X2、X3、X4、X5和X6等。根据以上分析，提出如下建议：

1)在热水循环系统中设置温度反馈控制，保证干燥柜内部管道中的热水温度保持在工艺温度范围之内。

2)摊放湿药料前，要清理干净药盘、柜内隔板等，切勿残留前次干燥的药料；操作过程中要保持干燥间洁净，员工要戴手套操作。

3)定期检查真空干燥柜体是否有裂缝，连接处是否密封，防止抽真空过程中由于负压而产生急速气流，导致炸药颗粒飞散，引起粉尘爆炸。

4)抽真空前须关好防爆门，并检查防爆门的密封性，若有异常声响，应立即停止干燥，并及时检修。

5)定期检测避雷和防静电设施是否符合标准，督促作业人员穿防静电服和防静电鞋作业。

6)定期组织员工参加业务和安全培训，增强员工的操作技能和安全意识；要求员工操作时严格遵循操作规程和规章制度，严禁携带明火、电子通讯设备进入操作间，严禁在有药料的情况下进行焊接等动火作业。

4 结论

通过分析硝铵炸药真空干燥工艺中燃爆事故发生的逻辑关系，构建了燃爆事故树，并对事故树求取最小割集、最小径集和基本事件的结构重要度，进行定性、定量分析，得出导致干燥工艺燃爆事故发生的主要原因。同时，根据事故成因分析结果，提出了有针对性的整改意见，为企业的安全生产提供参考。

真空干燥工艺具有较低的系统安全性，事故类型主要有粉尘爆炸和药料自身燃爆等，引发事故的原因多种多样，通过事故树分析可确定主要的引发原因，从而有针对性地对该工艺进行改进。为了预防燃爆事故的发生，应加强对干燥药料状态的检测，避免温度过高和掺杂不稳定的杂质。同时，应采取相应措施，避免干燥柜内部空间散布过多炸药粉尘。