基于煙火藥裸件制作風險防控對策研究
2021-06-11 03:07:06李德釗高級工程師
安全 2021年5期
李德釗高級工程師
(1.四川省煙花爆竹安全監督質量檢測站，四川 南充 637200；2.四川省太平危爆品安全評價中心，四川 南充 637200)
0 引言
煙火藥裸件是焰火光色反應中的核心部件，它是通過工藝制作形成的煙火藥或含有煙火藥的單個裸藥效果件。在目前的工藝技術條件下，煙火藥裸件制作時人與危險藥料直接接觸，導致生產作業時常常發生自燃自爆事故和機械能作用事故。2019年12月4日，瀏陽市碧溪煙花制造有限公司石下工區發生爆炸事故，造成13人死亡、17人受傷(其中3人重傷)；2018年7月25日，上饒市廣豐區霞峰鎮俊馬花炮制造有限公司發生爆炸事故，造成4人死亡；2017年9月22日，江西省萍鄉市上栗縣金山鎮鳳林出口花炮廠發生爆炸事故，造成7人死亡；2016年1月14日，開封市通許縣通安煙花爆竹有限公司發生爆炸事故，造成10人死亡、7人受傷(其中5人重傷)。因此，本文針對煙火藥裸件制作事故頻發的現狀，研究其工藝制作過程的風險特征，分析研判事故發生的可能途徑，從而制定安全對策措施以科學防范煙火藥裸件制作中燃燒爆炸事故的發生。
1 煙火藥裸件制作風險辨識
1.1 裸藥效果件生產工藝
裸藥效果件的基本成分是煙火藥，是專門用于煙花爆竹燃放時產生光、聲、色、煙霧、氣體等煙火效應的主要原料，是由氧化劑、還原劑、黏合劑及特效藥劑按一定比例組成的混合物，包括亮珠、藥粒、藥柱、藥塊、藥片等。裸藥效果件制造工藝，如圖1。
圖1 裸藥效果件生產工藝流程圖Fig.1 Production process chart of exposure gunpowder effect parts
1.2 裸藥效果件的風險特征
1.2.1 易燃易爆、有毒有害物質多
煙火藥裸件制作過程中涉及到的危險物料大致可分為易燃易爆物料與有毒有害物料2大類，而有的物料同時兼有易燃易爆和有毒有害的雙重屬性。例如，用于煙火藥的氧化劑具有較強的助燃性，如KClO、KClO、KNO、Ba(NO)等。這些氧化劑與可燃物質混合時有著火、爆炸的危險，而且這些氧化劑本身具有一定毒害性；用于煙火藥的還原劑主要是一些可燃固體物料，如Al、Mg、Ti、Fe、S、SbS等，這些還原劑接觸明火或高溫都會燃燒，其中的粉塵懸浮在空氣中達到一定濃度時，在一定條件下遇火源會發生爆炸；用于煙火藥的著色劑、特殊效應物質大多具有一定毒害性，如著色劑中NaCO、SrCO、CuCO等，特殊效應物質中的CCl、CHOK等，作業人員與這些物質長期接觸會慢性中毒；由煙火藥制成的亮珠、藥柱、藥粒、藥塊、藥包、藥球、稻糠藥等都屬于爆炸性物質，遇明火、高溫、撞擊會引起燃燒或爆炸，含有鋁粉、鋁鎂合金粉的煙火藥效果件具有遇水或受潮時自燃自爆的危險。
1.2.2 高危險等級工序多，風險大
1.1級建筑物是煙花爆竹工廠危險等級最高的建筑物，建筑物內的危險品具有整體爆炸危險性或迸射危險性。在工程設計時將破壞能力相當于TNT的廠房劃為1.1級，將破壞能力相當于黑火藥的廠房劃為1.1級。
煙火藥裸件制作各工序均屬于1.1級危險作業。在煙火藥配制時，氧化劑與還原劑等各成分的混合、攪拌等工序，稍有不慎就有起火燃燒爆炸的可能；在裸件亮珠造粒、篩選分級、藥柱壓制、日光晾曬或烘房干燥、散熱與計量包裝等工序，作業時有因摩擦、撞擊、靜電等引發燃燒爆炸危險的可能，爆炸的破壞效應以空氣沖擊波、地震波(震動)、飛石(磚頭、瓦塊)等形式傷及到周圍目標，甚至造成墻倒屋塌人亡的悲劇。
1.2.3 作業條件簡陋、環境較差
因煙花爆竹工程項目選址的特殊性要求，決定煙花爆竹生產、儲存項目要遠離城鎮、遠離交通要道、遠離村莊和居民點，常選址于高山狹谷之中或位于貧瘠荒蕪的山坡上，地勢起伏較大，交通不便，地質不穩，蓄水困難，洪澇易發，自然環境條件差。
煙花爆竹企業大多是鄉鎮個體企業或手工作坊，建設項目大多未歷經“三同時”審查，導致企業先天安全條件不足，本質安全水平不高，如建筑物低矮簡陋，空間狹小，陰暗潮濕，通風、采光、散熱效果不好；作業時藥物粉塵污染重，影響從業人員身心健康。
1.2.4 機械化、自動化程度較低
現階段煙花爆竹作業時，依然沿襲了傳統的手工作業方式。雖然在混藥、造粒、壓柱、球磨等部分工序上使用了人力驅動的半機械化作業或電力驅動的機械化作業，但這類機械設備在使用過程中暴露出來的不成熟性和不安全性，造成整個煙花爆竹行業機械化水平不高、自動化程度低的現狀。
在手工操作為主的危險工序上，無法對有燃燒爆炸危險的作業采取隔離措施，作業人員直接接觸具有燃燒爆炸危險的各類危險物質，這使得作業人員長期處于危險環境中，而作業過程中產生的粉塵，也使作業人員容易患上職業病。
1.2.5 從業人員整體安全意識不強
煙花爆竹企業是季節性生產企業，煙花爆竹從業人員特別是生產一線的操作者，主要是以臨時性的農民工為主，他們文化程度較低，流動較頻繁，針對他們的企業安全培訓教育很難做到位。因此，煙花爆竹企業從業人員普遍安全意識淡薄、安全知識缺乏、操作技能不熟練，在生產過程中也經常違反安全操作規程和勞動紀律。
1.2.6 事故救援難度較大
煙花爆竹事故多具有偶然性、突發性和后果嚴重性。事故的表現形式以火災、爆炸、或火災與爆炸相伴發生為主。在發生爆炸事故后，工廠內任一個危險操作間、中轉庫、危險品倉庫都可能是下一個爆炸點，稍有不慎就會引發連鎖反應，給整個企業帶來毀滅性的嚴重后果。因此，煙花爆竹事故救援難度大，火災撲救專業性強。
2 事故樹(FTA)分析法風險研判
2.1 事故樹分析法
事故樹分析法(Fsult Tree Analysis，FTA)，是從結果到原因描述事件發生的有向邏輯樹，通過對事故進行圖形演繹分析，尋找導致結果事件發生的所有可能的直接原因及相互間的邏輯關系，直到找出事故發生的基本原因，又稱故障樹分析法。
2.2 構建爆炸事故樹模型
以煙火藥裸藥效果件爆炸事故(T
)為頂上事件，人的不安全行為、物的不安全狀態、不良的自然環境條件以及安全管理上的缺陷共同作用下導致事故的發生。事故樹模型，如圖2，事件列表，見下表。
圖2 裸藥效果件爆炸事故樹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 爆炸事故樹定性分析
2.3.1 最小割集分析
事故樹的結構函數表達為：
T
=A
×A
=A
·[(D
+D
)·C
+B
]依據布爾代數的運算法則，計算出煙火藥裸藥效果件制造作業爆炸事故樹的最小割集有53個，即導致頂上事件“煙火藥裸件制作爆炸”有53種可能途徑，而每一種途徑均是最小割集中幾個事件同時作用的結果。這54個最小割集分別是：{X
，X
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，X
}。2.3.2 結構重要度分析
根據事故樹結構重要度系數計算公式：
I
(i
)=
∑K
(1/2)-1,X
∈K
式中：
I
(i
)—表示基本事件X
的重要系數的近似判別值；K
—包含X
的所有割集；n
—基本事件X
所在割集中基本事件個數。計算后得出煙火藥制造作業爆炸事故結構重要度順序為：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 裸藥效果件制作的防控措施
3.1 技術對策措施
(1)含KClO的煙火藥劑相當敏感，而且煙火藥劑里KClO含量越大，機械敏感度(撞擊感度、摩擦感度)與發火點越高。在選擇氧化劑時應選擇KClO、KNO、Ba(NO)來替代常用的KClO。
(2)使用鈍感劑降低煙火藥的敏感度。比如在笛音藥劑中選用CHOK替代(NO)CHOH、CHO;在煙火藥配比中加入石蠟、硬脂酸、膨脹珍珠巖粉，也能起到降低藥劑燃速與敏感度的作用。
(3)改進工藝，在煙火藥粉碎、碾磨、篩選、混合等高風險作用環境里，通過使用機械化、自動化、遙控化、密閉化的生產設備，減少易燃易爆粉塵接觸。比如使用混藥機代替手工混藥，把煙火藥粉塵控制在密閉設備內，實現人藥分離、人機隔離、遠程操作。
3.2 管理對策措施
(1)從事煙火藥裸藥效果件粉碎、配藥、混合、造粒、篩選、干燥、包裝以及其他1.1級煙火藥制造工序的作業人員，必須經專門的安全技術培訓并經考核合格，取得《中華人民共和國特種作業操作證》后，方可上崗作業。
(2)不得在雷電、狂風、暴雨、濃霧、霜凍、高溫、極寒、冰雪等惡劣氣象條件下進行裸藥效果件制造作業，遵守國家關于煙花爆竹高溫停產或極端天氣等緊急情況下停止生產的規定。
(3)保持作業場所清潔、衛生、干凈；保證作業場所安全疏散出口暢通無阻；作業場所半成品堆碼整齊、工具輔件擺放有序，做到地面無粉塵，屋角無殘渣。
(4)作業人員應佩戴自吸過濾式防塵口罩，應穿戴緊口棉麻質長袖長褲工作服，不準穿化纖衣服、短褲、裙子、硬底鞋、拖鞋和普通膠鞋進入危險車間，不準赤膊、赤腳進入危險品生產區。
(5)實現作業現場“三定”(定員、定量、定級)管理。“三定”是煙花爆竹企業安全管理最核心的要素。生產裸藥效果件應嚴格遵守每棟危險性建筑物安全技術參數的要求，作業現場不超員、藥物不超量、不改變建筑物的危險等級。
(6)在混合、造粒、篩選、筑藥、壓藥、切藥等危險作業時，必須遵守操作過程中的“輕、穩、準”三字綱要，做到“三輕”(輕拿、輕放、輕操作)，遵守“六不準”(不準拖拉、碰撞、摩擦、翻滾、拋摔、擠壓)的安全作業規程。
4 結論
(1)煙火藥裸件在受到外界能量的作用下，特別在明火、雷擊和物體打擊下，發生爆炸事故的可能性最大；操作人員的不安全行為在無有效監控防范措施的情形下，引發爆炸事故的可能性排在第二位。
(2)煙火藥裸件制作過程中，應從人、機、料、法、環全方位管控作業風險，特別是要加強作業現場細節的安全管理，提高從業人員對高危工序的認知水平和安全操作技能，是防范事故風險的有效途徑。
(3)裸藥效果件制作中引入新型環保材料和新型自動化工藝所帶來的新的風險還有待進一步認識，其安全對策措施還有待進一步研究。
