对乳化炸药螺杆泵爆炸的事故树分析

赵 润

(四川通达化工有限责任公司，四川达州，635000)

螺杆泵是乳化炸药生产的关键设备，历史上曾发生过多起爆炸事故，因此《民用爆炸物品生产专用设备安全使用年限管理标准》(WJ9063-2010)及民爆行业管理文件将其列为0类专用生产设备并纳入《民用爆炸物品专用生产设备目录》进行管理。本文根据JWL-Ⅲ型乳化炸药生产工艺并结合民爆行业螺杆泵爆炸事故案例，采用事故树分析法对其爆炸风险进行分析，找出生产过程中导致螺杆泵爆炸的最危险因素并提出相应的安全管理措施。乳化炸药螺杆泵爆炸事故[1]统计见表1。

表1 乳化炸药螺杆泵爆炸事故统计

1 JWL-Ⅲ型乳化炸药生产工艺

JWL-Ⅲ型乳化炸药是由硝酸铵水溶液和复合油相溶液通过初乳器的高速旋转搅拌形成油包水型乳胶基质，由螺杆泵加压并经静态混合器(精乳器)进一步乳化后输送至乳胶料仓，再通过螺杆泵输送并加入敏化剂后经静态分散器(敏化器)的进一步混合、敏化，装药成型，冷却、包装后形成乳化炸药成品。其工艺流程如图1所示。

图1 JWL-Ⅲ型乳化炸药生产工艺

2 事故树分析

事故树分析(Fault Tree Analysis，简称FAT)是系统安全工程分析法之一，是对作业过程中或生产系统中可能出现的事故因素及造成的灾害后果，按工艺流程、因果关系及先后顺序绘制为程序框图，表示导致伤害事故、灾害的各类因素间的逻辑关系[2、3]。

事故树分析是把最不希望发生的系统故障或事故作为分析对象，将选定的分析对象作为顶事件，把故障或事故原因层层分解为中间事件，最后找出导致顶事件发生的基本事件[4]。

2.1 事故树绘制

在JWL-Ⅲ型乳化炸药生产工艺中，螺杆泵作为唯一的0类设备，对安全、质量起到至关重要的作用。根据历次乳化炸药螺杆泵爆炸事故原因并结合生产工艺实际，现将“乳化炸药螺杆泵爆炸”作为顶事件，对其进行分析并绘制事故树。“乳化炸药螺杆泵爆炸”事故树如图2所示。

图2 “乳化炸药螺杆泵爆炸”事故树

“乳化炸药螺杆泵爆炸”事故树中各符号代表的事件如表2所示。

表2 “乳化炸药螺杆泵爆炸”事故树各符号代表事件一览表

2.2 事故树定性分析

事故树定性分析主要是依据事故树的结构,求取其最小割集或最小径集，并根据最小割集或最小径集判断基本事件的结构重要度[5、6],最后根据基本事件的结构重要度制定相应的安全措施。

“乳化炸药螺杆泵爆炸”事故树定性分析是为了求出导致乳化炸药螺杆泵爆炸的最小割集，并根据最小割集来判断基本事件的结构重要度。最小割集是引发顶事件的最低限度的基本事件或其组合，体现了系统的危险性。最小割集数量愈多，系统就愈危险，每个最小割集都代表引发顶事件的一种可能[5、6]。求取最小割集的常用求方法有矩阵法、行列法和布尔代数法3种[7]。

“乳化炸药螺杆泵爆炸”事故树最小割集计算：

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

运用布尔代数运算法则对上述代数式进行化简：

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

经分析，“乳化炸药螺杆泵爆炸”事故树共有111个最小割集，每个最小割集都代表引发顶事件的一种可能，因此，在C1条件下乳化炸药螺杆泵发生爆炸的可能有111种。

2.3 事故树结构重要度分析

“乳化炸药螺杆泵爆炸”事故树共有23个基本事件，这些基本事件对顶事件的影响大小用数字表示即为重要度。假定各基本事件发生的概率相等或不考虑各基本事件的发生概率，仅从事故树结构上分析各基本事件引发顶事件的影响大小，则称为结构重要度[5]。

根据最小割集判断结构重要度有如下方法[5、6]：

(1)单事件(一阶)最小割集的基本事件结构重要度大于其他多事件(高阶)最小割集的基本事件结构重要度。

(2)如果最小割集没有相同事件，则低阶最小割集的基本事件结构重要度大于高阶最小割集的基本事件结构重要度。阶数相同，重要度相等。

(3)如果两种事件只出现在基本事件个数不相同的几个最小割集中，且他们在所有最小割集中出现的次数相等，则低阶最小割集中的基本事件结构重要度大。

(4)所有基本事件都只出现在一个最小割集中(不再出现在其他割集中)，则其结构重要度相等。

(5)两基本事件的最小割集阶数相同，则其结构重要度由他们出现的次数决定，次数多的重要度大。

根据以上原则综合分析该事故树：在C1条件下基本事件X2(安全联锁失效)的结构重要度最大；其次为X8、X9、X10、X11、X12；再次为X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21、X22、X23；然后是X13；最后是X1、X3、X4、X5、X7。

即“乳化炸药螺杆泵爆炸”事故树中23个基本事件的结构重要度大小为：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

根据以上事故树分析，针对基本事件结构重要度的不同应采取对应的安全措施，以确保生产安全。

(1)在C1条件下基本事件X2(安全联锁失效)对顶事件的影响最大，因此生产过程中螺杆泵的安全管理中应重点关注系统安全联锁的可靠性和有效性[8]。

①根据设计资料、技术转让资料、设备资料及生产实际合理确定工艺参数、安全参数，各联锁项目报警值、停机值等参数的设置应合理，确保安全联锁作用可靠。②加强设备设施、计量器具的维护检修及保养，确保温度计、液位计、压力传感器、流量计和气动阀门等完好有效，各计量器具应按时送有资质的机构检定，以保证生产控制系统采集、传输的数据符合实际。③每月对生产线安全联锁装置进行全系统验证试验，确保系统作用可靠，随时有效。④生产过程中严禁解除安全联锁、严禁手动运行生产控制系统。同时应加强生产控制系统操作人员的责任心，生产过程中应随时关注系统的运行状态，有异常应及时处理。

(2)螺杆泵定转子磨损[9、10]将造成乳胶基质在磨损处残留，随着转子的持续摩擦可使基质温度升高，破乳析晶使硝酸铵发生热分解，造成螺杆泵内局部高温高压最后导致爆炸[11]；螺杆泵机械故障(除定转子磨损外)在某些耦合条件下也会造成基质局部温度升高甚至发生爆炸；水油相过滤器失效(过滤网网孔过大、除铁装置失效)将造成硬质杂质进入螺杆泵，随着转子对硬质杂质的持续摩擦，杂质部分局部温度升高，形成热点最后导致爆炸。因此应加强专用生产设备的安全管理，制定专用生产设备管理制度，包括强制性定期检修、定期更换、定期报废和定期拆检等。螺杆泵的维护检修、保养应实行定时、定人、定内容的“三定”方案。

(3)应加强水油相的入厂检测，确保硝酸铵溶液中氯离子含量、pH值等符合国家标准要求[12、13]，且应保证水油相溶液中不含其他敏感材料；应在水油相罐放料阀后管路上安装单向阀，并保证其完好有效，确保水相溶液与油相溶液不互通；同时应加强对水相管路、螺杆泵及其输送管路的清洗，防止硝酸铵、乳胶基质清洗不彻底堵塞管路；除此外，应高度重视螺杆泵断料干磨(空转)问题，历史上发生的几起乳化炸药螺杆泵爆炸事故均是由断料干磨造成的。

4 结束语

虽然生产过程中螺杆泵内乳胶基质总是处于流动状态，不会造成热量集聚，但不排除在某些耦合条件下，如安全联锁失效、硬质杂质进入螺杆泵、断料等因素叠加后会导致螺杆泵的爆炸。总之，通过对“乳化炸药螺杆泵爆炸”进行事故树分析找到了引发其爆炸的最危险因素，在采取相应安全管理措施的情况下是可以避免爆炸事故发生的。