基于FMECA 的乳化炸药生产线制药系统安全性分析

孙 瑜

(安徽雷鸣科化有限责任公司,安徽 淮北 235000)

0 引言

乳化炸药凭借其流畅的工艺、先进的设备及成本优势等综合因素,在国内工业炸药领域占有举足轻重的地位,成为国内民爆器材生产领域名副其实的主流产品,为国民经济活动的开展发挥了极其重要的作用[1]。

随着民爆行业在装备制造领域取得的长足进步,乳化炸药生产线的自动化、智能化水平显著提高,生产线在线固定操作人员已减少至5 人以下;精乳器、静态敏化等工艺的改进从本质上提升了乳化炸药的生产安全性,有效保障了乳化炸药生产线的有序高效生产运行。 随着装备技术水平的不断提高,生产线的运行主要依靠先进的智能装备,而智能装备离不开传感设施、执行机构和数据分析等设备设施及其对应的功能模块[2]。 因此,生产线设备的运行状态以及故障诊断方式都将直接影响到其安全、效率和效益。

为进一步提升乳化炸药生产线运行的安全性和可靠性,通过引入FMECA 可靠性技术分析模型,对生产流程中存在的潜在风险和故障系统建模后进行定量和定性相结合的分析,得出的结果用于优化生产线设计方案以及生产线运行过程中发生事故时故障树的建模分析,以便及时作出科学准确的判断并采取有效措施保障生产线运行。 乳化炸药生产线设计及运行中发挥作用的结构关系如图1所示,图中虚线方框内为开展的主要工作。

图1 乳化炸药生产线结构分析逻辑关系图

FMECA 是分析产品所有可能的故障模式及其可能产生的影响,并按每个故障模式产生影响的严重程度及其发生概率进行分类的一种归纳分析方法,由故障模式影响分析(FMEA)、危害性分析(CA)两部分组成。 在实际工程中FMECA 一般分为系统FMECA、设计FMECA、过程FMECA、设备FMECA 四类,分别用于产品开发中的产品策划、产品设计、工艺设计、产品投入运行等阶段[3]。 基于已投入运行的A 公司乳化炸药生产线展开研究,采用设备FMECA 方法,相应步骤如图2 所示。

图2 FMECA 流程图

1 乳化炸药生产线FMEA

由图2 中FMECA 步骤可以看出,FMEA 是FMECA 过程中极为重要的基础性工作,需针对乳化炸药生产线进行功能分析和结构分析。 依据乳化炸药生产线的功能模型和硬件构成建立该生产线的FMEA 档案,由下到上系统分析生产线存在哪些潜在的安全风险和故障隐患。

1.1 乳化炸药生产线制药系统FMEA 系统定义及层次约定

A 公司乳化炸药生产线采用高温敏化工艺,其工艺路线为:满足工艺指标要求的油相材料与水相材料按照工艺配比精确计量后,泵送至粗乳罐内进行预混,预混后半成品通过精乳器进行静态线性交叉切割深度混合至均匀状态的乳化基质,乳化基质与经过精确计量的敏化剂按照工艺配比泵送至静态敏化器进行敏化,通过装药机包装成卷状炸药即乳化炸药成品,具体工艺流程如图3 所示。

图3 基岩、孤石爆破后钻孔取芯照片

图3 乳化炸药生产工艺流程图

乳化炸药生产线制药系统从功能上可以划分为水油相制备、乳化、敏化、装药等环节,各环节功能不同所对应的设备也有很大的区别,例如,水油相制备环节包括水油相材料的计量和泵送等功能,对应水油相储罐、液位计、流量计、磁力泵等设备;乳化环节包括粗乳、精乳、泵送等功能,对应预混罐、搅拌电机、螺杆泵、精乳器、压力表、温度计等设备。 功能层次与结构层次对应关系模型如图4 所示。

图4 乳化炸药生产线制药系统功能层次与结构层次关系

系统定义为:能够在满足安全、质量标准的前提下实现乳化炸药生产线制药系统的连续正常运转;初始约定层次为乳化炸药制药系统,最低约定层次为可更换的设备零部件。

1.2 乳化炸药生产线制药系统严酷度定义的确定

对乳化制药系统故障影响严酷度进行分析的目的是找出系统中每个可能的故障模式所产生的影响,并对其严重程度进行分析,故障影响的严酷度类别应按每个故障模式最终影响的严重程度确定[4]。

根据乳化炸药生产线制药系统的每个功能故障模式对制药生产任务功能的最终影响程度,确定其严酷度。 严酷度类别及定义见表1。

表1 乳化炸药生产线制药系统严酷度的类别及定义

1.3 乳化炸药生产线故障模式分析

对乳化炸药生产线制药系统进行FMEA 故障模式分析的目的是找出产品所有可能出现的故障模式,从最低层次单元出发依次递进分析,将制药系统中所有可能出现的故障模式进行整体梳理,根据故障发生概率以及故障模式的严酷度选取关键故障模式进行具体故障树建模分析,并采取针对性措施降低该故障模式对系统的影响程度[5]。

针对A 公司正在使用的乳化炸药制药系统,以历史运行过程中所发生的故障模式为基础,结合常用的元器件、零组件从国内外相应标准、手册中确定其故障模式。 故障概率等级分为A、B、C、D、E 5个等级,其具体定义见表2。

表2 乳化炸药制药系统故障概率等级划分表

1.4 FMEA 表

鉴于上述准备工作,经过综合分析填写乳化炸药制药系统FMEA 表。

表3 乳化炸药制药系统FMEA 表

表中的油相备料、水相备料、粗乳、精乳、敏化、计量检测等识别代码分别定义为10、20、30、40、50、60,其相对应的故障模式识别号分别为101、102、103、201……601……

表中每个故障模式的影响一般分为三级:局部影响、高一层次影响和最终影响。 局部影响是指某产品的故障模式对该产品自身所在约定层次产品的使用、功能或状态的影响;高一层次影响是指某产品的故障模式对该产品所在约定层次的紧邻上一层次产品的使用、功能或状态的影响;最终影响是指某产品的故障模式对初始约定层次产品的使用、功能或状态的影响[6]。

2 危害性分析(CA)

危害性分析的目的是对产品每一个故障模式的严重程度及其发生的概率所产生的综合影响进行分类,以全面评估产品中所有可能出现的故障模式的影响。 采用危害性矩阵方法对乳化炸药制药系统危害性进行直观分析,如图5 所示。

图5 乳化炸药制药系统危害性矩阵图

图5 中的308、310、311 故障模式在FMEA 表中分别对应基质螺杆泵振动过热、基质管路超温、超压等具体故障事件,由乳化炸药制药系统危害性矩阵图可以直观看出上述事件在矩阵中所处位置较为靠近P 点,应作为关键事件严加关注,在日常管理和技术保障方面采取响应措施,确保该类事件不发生。

3 结论

在乳化炸药制药系统安全管理方面引入FMECA 可靠性技术,系统分析了该系统所存在的故障模式,并对故障事件的发生概率和严酷度借助危害性矩阵图的方式进行定性分析,梳理出乳化炸药生产线制药系统在日常运维管理中应着重关注的关键故障模式,有的放矢地采取针对性改进措施,有利于生产系统的持续安全稳定运行。