烟火药仓库爆炸事件故障树技术分析

2019-12-05李德钊

安全 2019年11期

李德钊文聪李婷

（四川省烟花爆竹安全监督质量检测站，四川南充 637200）

0 引言

烟火药是生产烟花爆竹的一种非常重要的、危险的在制品，它是由氧化剂、还原剂等组成的混合物[1]。据不完全统计，用于制作烟火药剂的化工材料达80余种[2]，不同的烟火药剂化学组分复杂多样，不仅敏感易燃易爆，还具有自燃自爆、静电火花等危险属性[3]。储存烟火药仓库的危险等级为1.1-1级，单栋建筑面积不得超过100m2，单库最大储存药量不得超过5000kg，仓库四周必须修筑防护屏障[4]，足以见得国家标准对烟火药仓库危险程度的重视。因此，本文建立以烟火药仓库爆炸为顶上事件[5]的故障树，分析爆炸事故影响因素，并据此提出安全技术措施。

1 事故树分析法的运用

1.1 事故树分析法

事故树分析[6]（Fault Tree Analysis，FTA）又称故障树分析，是由美国贝尔电话实验室沃森博士等人研发的一种安全评价方法。它是一种图形演绎，从结果到原因描绘事故发生的有向逻辑树的系统安全分析法，把系统不希望出现的事件作为事故树的顶事件，用逻辑“与”或“或”门自上而下地分析导致顶事件发生的所有可能的直接原因及相互间的逻辑关系，并由此逐步深入，直到找出事故的基本原因，即为事故树的基本事件。

1.2 烟火药仓库危险源辨识

探究近年来烟火药储存仓库发生爆炸事故的原因，一是源于烟火药潮解或高温引起药剂产生化学反应导致自燃自爆[4]；二是明火、冲击波、摩擦撞击、电火花等外界激发能量引起燃烧爆炸。引发烟火药仓库爆炸事件的主要危险源，见表1。

表1 烟火药仓库爆炸事件的主要危险源表Tab.1 Major hazard sources for explosion of gunpowder storage warehouse

2 故障树技术分析

2.1 故障树的模型构建

设T为顶上事件（烟火药仓库爆炸事件），导致顶上事件（T）烟火药仓库爆炸的中间事件有两种：自燃自爆能（A）、外界激发能（B）。

自燃自爆能（A）有高温作用（A1）和自身潮解（A2）两方面的能量来源。

外界激发能（B）有明火、冲击波（B1）、摩擦撞击（B2）、电火花（B3）3个激发能的存在。其中：

除明火外，冲击波能量（B1）主要来自于防护火焰和爆炸的屏障失效（B11）；摩擦撞击能量（B2）主要来自于药剂高敏感度（B21）和人的不安全操作行为（B22）；电火花能量（B3）主要来自于静电火花（B31）和雷击火花（B32），静电火花（B31）则来自人体产生静电（B311）和导静电设施失效（B312），雷击火花（B32）主要是避雷失效（B321）造成的。

烟火药仓库爆炸事件的故障树，如图1。故障树事件，见表2。

图1 烟火药仓库爆炸事件的故障树Fig.1 Fault Tree for explosion of gunpowder storage warehouse

2.2 故障树的数学模型

根据所编制的烟火药仓库事故树图形，运用布尔代数及其运算法则，建立烟火药仓库发生爆炸事故的数学模型，其结构函数表达式为：

2.3 故障树的最小割集

最小割集是能够引起顶上事故发生的最低限度的基本事件的集合，每一最小割集代表一个事件发生的模式。事故树中，最小割集越多，顶上事件发生的可能性越大，系统就越危险。根据烟火药仓库爆炸事件故障树的函数表达式，求最小割集“E”。

经计算，得到该故障树有16个最小割集：

通过对本故障树最小割集的计算，可分析出导致顶上事件“烟火药仓库爆炸”存在有16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。

2.4 结构重要度分析

故障树是由众多基本事件构成的，这些基本事件对顶上事件产生的影响程度是不同的，在制定安全防范措施时必须有个先后次序，轻重缓急，以便使系统达到经济、有效、安全的目的。因此，对本故障树基本事件的结构重要度“I”分析，是在不考虑基本事件发生的概率的情况下，从故障树结构上分析各基本事件的发生对顶上事件发生的影响程度。

根据结构重要度分析原理分析：

（1）根据一阶最小割集中的基本事件结构重要系数最大的原则，判断本事故树中X6、X16、X17、X18是一阶最小割集中的事件，故I（6）、I（16）、I（17）、I（18）的结构重要度最大。

（2）根据仅在同一最小割集中出现的所有基本事件的结构重要系数相等的原则，判断｛X1,X2｝，｛X14,X15｝中，I（1）＝I（2）、I（14）＝I（15）。

（3）根据割集阶数相同，基本事件出现次数大则系数大的原则比较，则：

（4）经分析比较，各基本事件结构重要顺序为：

通过分析可知该故障树有16个最小割集，其中任何一个最小割集发生都会导致顶上事件的发生，其中明火、违章用电、不合格的导静电设施是导致事件发生最重要的因素；其次是高温、人体静电以及烟火药仓库发生潮解所带来的危险后果较大。同时，加强管理，控制外界激发能量也是减少烟火药仓库燃烧爆炸事故的重要方法。

3 事故预防措施

根据引发烟火药储存仓库爆炸事故基本事件的结构重要度，制定下列预防对策措施：

（1）杜绝外来火源火种，特别是防范明火，做到严禁违章动火、严禁吸烟点火、严禁携带火机火柴等进入库区；同时，应加强防范库区围墙外安全范围内的焚烧桔杆、抛掷烟头等不安全行为。

（2）烟火药剂对静电火花非常敏感，仓库入口处应建立可靠的防静电装置，库内地面应铺设接地导静电胶垫，装卸、搬运作业接触烟火药时严禁穿戴易产生静电的服饰。

（3）加强高温预警措施，烟火药仓库最高温度不得超过40℃。在仓库内安装温度与湿度监测计，巡回检查，及时做好仓库通风散热工作。

（4）烟火药剂中一般均含有铝镁合金粉等遇湿易燃品，因此，应保持库房通风干燥，库内湿度不得超过85%；同时，禁止未干透的药件装箱入库，也是防止烟火药仓库发生自燃自爆事故的有效措施。

（5）严格实施安全操作规程，烟火药剂中严禁加入氯酸钾等禁用药物，在保管与搬运过程中，避免摩擦、碰撞、拖拉、翻滚及强烈振动等行为，避免超高堆码造成高处坠落导致燃爆事故。

（6）严格限制烟火药仓库的库存量，按标准设计与修筑防护屏障是保证烟火药仓库不受邻近爆炸冲击波影响的有效措施。

（7）预防高处物体坠落打击事故，特别瓦片、砖块等硬件物体坠落打击在烟火药剂上，或抛掷工用具打击在烟火药剂上。

（8）加强职工的安全培训教育，特别是安全技术操作规程与职业技能方法的培训教育，强化安全意识，规范“三轻（轻拿、轻放、轻搬动）、六不准（不准拖拉、碰撞、摩擦、抛摔、翻滚、挤压）”安全行为，不违章作业、冒险蛮干、抢功图快和违反劳动纪律。

4 故障树FTA分析应用实例

基于本文建立的烟火药仓库爆炸顶上事件的基本模型，2018年12月与四川省烟花爆竹主产区西充县某烟花厂合作验证。该烟花厂危险品总库区内5栋仓库，分别存放了3种危险物品，3栋烟火药仓库、1栋黑火药仓库、1栋引火线仓库。其中，危险等级最高的1.1-1级烟火药仓库，设计药量分别为5000kg、3000kg、2000kg；黑火药仓库与引火线仓库危险等级均为1.1-2级，设计药量分别为300kg、2000kg。整个库区配备了专职安全员1名、值班守护2名、搬运保管5名。经过与该烟花厂管理层充分讨论，以该库区烟火药仓库为重点，结合故障树模型21个基本事件，针对烟火药仓库风险管控的可变因素，在以下3个方面采取了改善措施，并经研究团队连续7个月的跟踪，验证了事故预防措施的可行性。

（1）开展专题知识培训。该烟花厂安全管理部、生产技术部和库区全体从业人员均参加FTA故障树知识培训，以该烟花厂3栋烟火药仓库为实例，对能导致事故发生的各种因素及逻辑关系作了全面、简洁和形象的讲解，不仅提高了安全业务知识，而且提升了对烟火药仓库危险性重要度的认识。

（2）完善了安全防护设施。该烟花厂在库区入口处和围墙周界重新安装了智能型防入侵探测装置，仓库入口处安装了具备声控报警性能的人体静电释放仪，仓库内地面取消了普通像胶垫而代之以导静电胶垫，库内堆码用黄色标注了主通道线、堆高线、墙距线、垛距线，增设了温度、湿度监测仪。

（3）强化了现场监管措施。一是库区做到24小时值守，每2小时巡检一次。二是仓库保管员每天入库2次监测其温度、湿度（上午9时、下午2时，温度必须保持在-20～45℃，湿度必须在50%～80%。三是装卸作业时，专职安全员必须在现场监护，作业人员身着防静电工作服，定员2人，单件装卸与搬运。