基于烟火药裸件制作风险防控对策研究
2021-06-11 03:07李德钊高级工程师
安全 2021年5期
李德钊高级工程师
(1.四川省烟花爆竹安全监督质量检测站，四川 南充 637200；2.四川省太平危爆品安全评价中心，四川 南充 637200)
0 引言
烟火药裸件是焰火光色反应中的核心部件，它是通过工艺制作形成的烟火药或含有烟火药的单个裸药效果件。在目前的工艺技术条件下，烟火药裸件制作时人与危险药料直接接触，导致生产作业时常常发生自燃自爆事故和机械能作用事故。2019年12月4日，浏阳市碧溪烟花制造有限公司石下工区发生爆炸事故，造成13人死亡、17人受伤(其中3人重伤)；2018年7月25日，上饶市广丰区霞峰镇俊马花炮制造有限公司发生爆炸事故，造成4人死亡；2017年9月22日，江西省萍乡市上栗县金山镇凤林出口花炮厂发生爆炸事故，造成7人死亡；2016年1月14日，开封市通许县通安烟花爆竹有限公司发生爆炸事故，造成10人死亡、7人受伤(其中5人重伤)。因此，本文针对烟火药裸件制作事故频发的现状，研究其工艺制作过程的风险特征，分析研判事故发生的可能途径，从而制定安全对策措施以科学防范烟火药裸件制作中燃烧爆炸事故的发生。
1 烟火药裸件制作风险辨识
1.1 裸药效果件生产工艺
裸药效果件的基本成分是烟火药，是专门用于烟花爆竹燃放时产生光、声、色、烟雾、气体等烟火效应的主要原料，是由氧化剂、还原剂、黏合剂及特效药剂按一定比例组成的混合物，包括亮珠、药粒、药柱、药块、药片等。裸药效果件制造工艺，如图1。
图1 裸药效果件生产工艺流程图Fig.1 Production process chart of exposure gunpowder effect parts
1.2 裸药效果件的风险特征
1.2.1 易燃易爆、有毒有害物质多
烟火药裸件制作过程中涉及到的危险物料大致可分为易燃易爆物料与有毒有害物料2大类，而有的物料同时兼有易燃易爆和有毒有害的双重属性。例如，用于烟火药的氧化剂具有较强的助燃性，如KClO、KClO、KNO、Ba(NO)等。这些氧化剂与可燃物质混合时有着火、爆炸的危险，而且这些氧化剂本身具有一定毒害性；用于烟火药的还原剂主要是一些可燃固体物料，如Al、Mg、Ti、Fe、S、SbS等，这些还原剂接触明火或高温都会燃烧，其中的粉尘悬浮在空气中达到一定浓度时，在一定条件下遇火源会发生爆炸；用于烟火药的着色剂、特殊效应物质大多具有一定毒害性，如着色剂中NaCO、SrCO、CuCO等，特殊效应物质中的CCl、CHOK等，作业人员与这些物质长期接触会慢性中毒；由烟火药制成的亮珠、药柱、药粒、药块、药包、药球、稻糠药等都属于爆炸性物质，遇明火、高温、撞击会引起燃烧或爆炸，含有铝粉、铝镁合金粉的烟火药效果件具有遇水或受潮时自燃自爆的危险。
1.2.2 高危险等级工序多，风险大
1.1级建筑物是烟花爆竹工厂危险等级最高的建筑物，建筑物内的危险品具有整体爆炸危险性或迸射危险性。在工程设计时将破坏能力相当于TNT的厂房划为1.1级，将破坏能力相当于黑火药的厂房划为1.1级。
烟火药裸件制作各工序均属于1.1级危险作业。在烟火药配制时，氧化剂与还原剂等各成分的混合、搅拌等工序，稍有不慎就有起火燃烧爆炸的可能；在裸件亮珠造粒、筛选分级、药柱压制、日光晾晒或烘房干燥、散热与计量包装等工序，作业时有因摩擦、撞击、静电等引发燃烧爆炸危险的可能，爆炸的破坏效应以空气冲击波、地震波(震动)、飞石(砖头、瓦块)等形式伤及到周围目标，甚至造成墙倒屋塌人亡的悲剧。
1.2.3 作业条件简陋、环境较差
因烟花爆竹工程项目选址的特殊性要求，决定烟花爆竹生产、储存项目要远离城镇、远离交通要道、远离村庄和居民点，常选址于高山狭谷之中或位于贫瘠荒芜的山坡上，地势起伏较大，交通不便，地质不稳，蓄水困难，洪涝易发，自然环境条件差。
烟花爆竹企业大多是乡镇个体企业或手工作坊，建设项目大多未历经“三同时”审查，导致企业先天安全条件不足，本质安全水平不高，如建筑物低矮简陋，空间狭小，阴暗潮湿，通风、采光、散热效果不好；作业时药物粉尘污染重，影响从业人员身心健康。
1.2.4 机械化、自动化程度较低
现阶段烟花爆竹作业时，依然沿袭了传统的手工作业方式。虽然在混药、造粒、压柱、球磨等部分工序上使用了人力驱动的半机械化作业或电力驱动的机械化作业，但这类机械设备在使用过程中暴露出来的不成熟性和不安全性，造成整个烟花爆竹行业机械化水平不高、自动化程度低的现状。
在手工操作为主的危险工序上，无法对有燃烧爆炸危险的作业采取隔离措施，作业人员直接接触具有燃烧爆炸危险的各类危险物质，这使得作业人员长期处于危险环境中，而作业过程中产生的粉尘，也使作业人员容易患上职业病。
1.2.5 从业人员整体安全意识不强
烟花爆竹企业是季节性生产企业，烟花爆竹从业人员特别是生产一线的操作者，主要是以临时性的农民工为主，他们文化程度较低，流动较频繁，针对他们的企业安全培训教育很难做到位。因此，烟花爆竹企业从业人员普遍安全意识淡薄、安全知识缺乏、操作技能不熟练，在生产过程中也经常违反安全操作规程和劳动纪律。
1.2.6 事故救援难度较大
烟花爆竹事故多具有偶然性、突发性和后果严重性。事故的表现形式以火灾、爆炸、或火灾与爆炸相伴发生为主。在发生爆炸事故后，工厂内任一个危险操作间、中转库、危险品仓库都可能是下一个爆炸点，稍有不慎就会引发连锁反应，给整个企业带来毁灭性的严重后果。因此，烟花爆竹事故救援难度大，火灾扑救专业性强。
2 事故树(FTA)分析法风险研判
2.1 事故树分析法
事故树分析法(Fsult Tree Analysis，FTA)，是从结果到原因描述事件发生的有向逻辑树，通过对事故进行图形演绎分析，寻找导致结果事件发生的所有可能的直接原因及相互间的逻辑关系，直到找出事故发生的基本原因，又称故障树分析法。
2.2 构建爆炸事故树模型
以烟火药裸药效果件爆炸事故(T
)为顶上事件，人的不安全行为、物的不安全状态、不良的自然环境条件以及安全管理上的缺陷共同作用下导致事故的发生。事故树模型，如图2，事件列表，见下表。
图2 裸药效果件爆炸事故树Fig.2 Explosion fault tree of exposure gunpowder effect parts
表 爆炸事故基本事件表Tab. Basic event table of explosion accident
2.3 爆炸事故树定性分析
2.3.1 最小割集分析
事故树的结构函数表达为：
T
=A
×A
=A
·[(D
+D
)·C
+B
]依据布尔代数的运算法则，计算出烟火药裸药效果件制造作业爆炸事故树的最小割集有53个，即导致顶上事件“烟火药裸件制作爆炸”有53种可能途径，而每一种途径均是最小割集中几个事件同时作用的结果。这54个最小割集分别是：{X
，X
，X
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，X
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，X
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，X
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，X
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，X
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，X
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，X
}。2.3.2 结构重要度分析
根据事故树结构重要度系数计算公式：
I
(i
)=
∑K
(1/2)-1,X
∈K
式中：
I
(i
)—表示基本事件X
的重要系数的近似判别值；K
—包含X
的所有割集；n
—基本事件X
所在割集中基本事件个数。计算后得出烟火药制造作业爆炸事故结构重要度顺序为：I
(X
)=I
(X
)=I
(X
)>I
(X
)=I
(X
)=I
(X
)=I
(X
)=I
(X
)=I
(X
)>I
(X
)=I
(X
)=I
(X
)=I
(X
)>I
(X
)=I
(X
)3 裸药效果件制作的防控措施
3.1 技术对策措施
(1)含KClO的烟火药剂相当敏感，而且烟火药剂里KClO含量越大，机械敏感度(撞击感度、摩擦感度)与发火点越高。在选择氧化剂时应选择KClO、KNO、Ba(NO)来替代常用的KClO。
(2)使用钝感剂降低烟火药的敏感度。比如在笛音药剂中选用CHOK替代(NO)CHOH、CHO;在烟火药配比中加入石蜡、硬脂酸、膨胀珍珠岩粉，也能起到降低药剂燃速与敏感度的作用。
(3)改进工艺，在烟火药粉碎、碾磨、筛选、混合等高风险作用环境里，通过使用机械化、自动化、遥控化、密闭化的生产设备，减少易燃易爆粉尘接触。比如使用混药机代替手工混药，把烟火药粉尘控制在密闭设备内，实现人药分离、人机隔离、远程操作。
3.2 管理对策措施
(1)从事烟火药裸药效果件粉碎、配药、混合、造粒、筛选、干燥、包装以及其他1.1级烟火药制造工序的作业人员，必须经专门的安全技术培训并经考核合格，取得《中华人民共和国特种作业操作证》后，方可上岗作业。
(2)不得在雷电、狂风、暴雨、浓雾、霜冻、高温、极寒、冰雪等恶劣气象条件下进行裸药效果件制造作业，遵守国家关于烟花爆竹高温停产或极端天气等紧急情况下停止生产的规定。
(3)保持作业场所清洁、卫生、干净；保证作业场所安全疏散出口畅通无阻；作业场所半成品堆码整齐、工具辅件摆放有序，做到地面无粉尘，屋角无残渣。
(4)作业人员应佩戴自吸过滤式防尘口罩，应穿戴紧口棉麻质长袖长裤工作服，不准穿化纤衣服、短裤、裙子、硬底鞋、拖鞋和普通胶鞋进入危险车间，不准赤膊、赤脚进入危险品生产区。
(5)实现作业现场“三定”(定员、定量、定级)管理。“三定”是烟花爆竹企业安全管理最核心的要素。生产裸药效果件应严格遵守每栋危险性建筑物安全技术参数的要求，作业现场不超员、药物不超量、不改变建筑物的危险等级。
(6)在混合、造粒、筛选、筑药、压药、切药等危险作业时，必须遵守操作过程中的“轻、稳、准”三字纲要，做到“三轻”(轻拿、轻放、轻操作)，遵守“六不准”(不准拖拉、碰撞、摩擦、翻滚、拋摔、挤压)的安全作业规程。
4 结论
(1)烟火药裸件在受到外界能量的作用下，特别在明火、雷击和物体打击下，发生爆炸事故的可能性最大；操作人员的不安全行为在无有效监控防范措施的情形下，引发爆炸事故的可能性排在第二位。
(2)烟火药裸件制作过程中，应从人、机、料、法、环全方位管控作业风险，特别是要加强作业现场细节的安全管理，提高从业人员对高危工序的认知水平和安全操作技能，是防范事故风险的有效途径。
(3)裸药效果件制作中引入新型环保材料和新型自动化工艺所带来的新的风险还有待进一步认识，其安全对策措施还有待进一步研究。
