基于FMECA 的乳化炸藥生產線制藥系統安全性分析

孫 瑜

(安徽雷鳴科化有限責任公司,安徽 淮北 235000)

0 引言

乳化炸藥憑借其流暢的工藝、先進的設備及成本優勢等綜合因素,在國內工業炸藥領域占有舉足輕重的地位,成為國內民爆器材生產領域名副其實的主流產品,為國民經濟活動的開展發揮了極其重要的作用[1]。

隨著民爆行業在裝備制造領域取得的長足進步,乳化炸藥生產線的自動化、智能化水平顯著提高,生產線在線固定操作人員已減少至5 人以下;精乳器、靜態敏化等工藝的改進從本質上提升了乳化炸藥的生產安全性,有效保障了乳化炸藥生產線的有序高效生產運行。 隨著裝備技術水平的不斷提高,生產線的運行主要依靠先進的智能裝備,而智能裝備離不開傳感設施、執行機構和數據分析等設備設施及其對應的功能模塊[2]。 因此,生產線設備的運行狀態以及故障診斷方式都將直接影響到其安全、效率和效益。

為進一步提升乳化炸藥生產線運行的安全性和可靠性,通過引入FMECA 可靠性技術分析模型,對生產流程中存在的潛在風險和故障系統建模后進行定量和定性相結合的分析,得出的結果用于優化生產線設計方案以及生產線運行過程中發生事故時故障樹的建模分析,以便及時作出科學準確的判斷并采取有效措施保障生產線運行。 乳化炸藥生產線設計及運行中發揮作用的結構關系如圖1所示,圖中虛線方框內為開展的主要工作。

圖1 乳化炸藥生產線結構分析邏輯關系圖

FMECA 是分析產品所有可能的故障模式及其可能產生的影響,并按每個故障模式產生影響的嚴重程度及其發生概率進行分類的一種歸納分析方法,由故障模式影響分析(FMEA)、危害性分析(CA)兩部分組成。 在實際工程中FMECA 一般分為系統FMECA、設計FMECA、過程FMECA、設備FMECA 四類,分別用于產品開發中的產品策劃、產品設計、工藝設計、產品投入運行等階段[3]。 基于已投入運行的A 公司乳化炸藥生產線展開研究,采用設備FMECA 方法,相應步驟如圖2 所示。

圖2 FMECA 流程圖

1 乳化炸藥生產線FMEA

由圖2 中FMECA 步驟可以看出,FMEA 是FMECA 過程中極為重要的基礎性工作,需針對乳化炸藥生產線進行功能分析和結構分析。 依據乳化炸藥生產線的功能模型和硬件構成建立該生產線的FMEA 檔案,由下到上系統分析生產線存在哪些潛在的安全風險和故障隱患。

1.1 乳化炸藥生產線制藥系統FMEA 系統定義及層次約定

A 公司乳化炸藥生產線采用高溫敏化工藝,其工藝路線為:滿足工藝指標要求的油相材料與水相材料按照工藝配比精確計量后,泵送至粗乳罐內進行預混,預混后半成品通過精乳器進行靜態線性交叉切割深度混合至均勻狀態的乳化基質,乳化基質與經過精確計量的敏化劑按照工藝配比泵送至靜態敏化器進行敏化,通過裝藥機包裝成卷狀炸藥即乳化炸藥成品,具體工藝流程如圖3 所示。

圖3 基巖、孤石爆破后鉆孔取芯照片

圖3 乳化炸藥生產工藝流程圖

乳化炸藥生產線制藥系統從功能上可以劃分為水油相制備、乳化、敏化、裝藥等環節,各環節功能不同所對應的設備也有很大的區別,例如,水油相制備環節包括水油相材料的計量和泵送等功能,對應水油相儲罐、液位計、流量計、磁力泵等設備;乳化環節包括粗乳、精乳、泵送等功能,對應預混罐、攪拌電機、螺桿泵、精乳器、壓力表、溫度計等設備。 功能層次與結構層次對應關系模型如圖4 所示。

圖4 乳化炸藥生產線制藥系統功能層次與結構層次關系

系統定義為:能夠在滿足安全、質量標準的前提下實現乳化炸藥生產線制藥系統的連續正常運轉;初始約定層次為乳化炸藥制藥系統,最低約定層次為可更換的設備零部件。

1.2 乳化炸藥生產線制藥系統嚴酷度定義的確定

對乳化制藥系統故障影響嚴酷度進行分析的目的是找出系統中每個可能的故障模式所產生的影響,并對其嚴重程度進行分析,故障影響的嚴酷度類別應按每個故障模式最終影響的嚴重程度確定[4]。

根據乳化炸藥生產線制藥系統的每個功能故障模式對制藥生產任務功能的最終影響程度,確定其嚴酷度。 嚴酷度類別及定義見表1。

表1 乳化炸藥生產線制藥系統嚴酷度的類別及定義

1.3 乳化炸藥生產線故障模式分析

對乳化炸藥生產線制藥系統進行FMEA 故障模式分析的目的是找出產品所有可能出現的故障模式,從最低層次單元出發依次遞進分析,將制藥系統中所有可能出現的故障模式進行整體梳理,根據故障發生概率以及故障模式的嚴酷度選取關鍵故障模式進行具體故障樹建模分析,并采取針對性措施降低該故障模式對系統的影響程度[5]。

針對A 公司正在使用的乳化炸藥制藥系統,以歷史運行過程中所發生的故障模式為基礎,結合常用的元器件、零組件從國內外相應標準、手冊中確定其故障模式。 故障概率等級分為A、B、C、D、E 5個等級,其具體定義見表2。

表2 乳化炸藥制藥系統故障概率等級劃分表

1.4 FMEA 表

鑒于上述準備工作,經過綜合分析填寫乳化炸藥制藥系統FMEA 表。

表3 乳化炸藥制藥系統FMEA 表

表中的油相備料、水相備料、粗乳、精乳、敏化、計量檢測等識別代碼分別定義為10、20、30、40、50、60,其相對應的故障模式識別號分別為101、102、103、201……601……

表中每個故障模式的影響一般分為三級:局部影響、高一層次影響和最終影響。 局部影響是指某產品的故障模式對該產品自身所在約定層次產品的使用、功能或狀態的影響;高一層次影響是指某產品的故障模式對該產品所在約定層次的緊鄰上一層次產品的使用、功能或狀態的影響;最終影響是指某產品的故障模式對初始約定層次產品的使用、功能或狀態的影響[6]。

2 危害性分析(CA)

危害性分析的目的是對產品每一個故障模式的嚴重程度及其發生的概率所產生的綜合影響進行分類,以全面評估產品中所有可能出現的故障模式的影響。 采用危害性矩陣方法對乳化炸藥制藥系統危害性進行直觀分析,如圖5 所示。

圖5 乳化炸藥制藥系統危害性矩陣圖

圖5 中的308、310、311 故障模式在FMEA 表中分別對應基質螺桿泵振動過熱、基質管路超溫、超壓等具體故障事件,由乳化炸藥制藥系統危害性矩陣圖可以直觀看出上述事件在矩陣中所處位置較為靠近P 點,應作為關鍵事件嚴加關注,在日常管理和技術保障方面采取響應措施,確保該類事件不發生。

3 結論

在乳化炸藥制藥系統安全管理方面引入FMECA 可靠性技術,系統分析了該系統所存在的故障模式,并對故障事件的發生概率和嚴酷度借助危害性矩陣圖的方式進行定性分析,梳理出乳化炸藥生產線制藥系統在日常運維管理中應著重關注的關鍵故障模式,有的放矢地采取針對性改進措施,有利于生產系統的持續安全穩定運行。