改進BZA-1法在球扁藥生產安全評估中的應用

任鵬亮，馬忠亮，劉保順

(中北大學化工與環境學院，山西　太原　030051)

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改進BZA-1法在球扁藥生產安全評估中的應用

任鵬亮，馬忠亮，劉保順

(中北大學化工與環境學院，山西太原030051)

球扁形發射藥是一種應用廣泛的特殊發射藥，其連續化生產意義重大，在生產中安全問題同樣突出。本文以球扁形發射藥為研究對象，介紹了普通的BZA-1法，然后對BZA-1法的參數取值進行了一定的修改，通過改進的BZA-1法對球扁形發射藥連續化生產中的重要工序環節進行安全評估和風險評價，以成球工序為例，選取合適的參考計算數據對其進行安全評價，并確定了該重要工序的風險值和風險等級。

BZA-1法；球扁藥；安全評估；風險等級

1　BZA-1法

BZA-1是一種適用于火炸藥行業危險性評估的系統安全評價方法，根據安全原理、系統工程等現代安全科學技術的理論與方法，結合兵工行業特點與經驗，借鑒國外和其他行業的評估法而創立的一種適合于火炸藥行業危險性評估的系統安全評價方法[1-3]。

BZA-1法的數學模型如下：

(1)

式中:H——評價系統的顯示危險度

H內、H外——系統內、外的現實危險度

V——系統內所處理的火炸藥的固有危險度

B——系統內所處理的火炸藥的可控危險度

K——系統內可控危險度的未受控系數

Ci——系統外受系統內爆炸事故影響的嚴重度

1.1系統內所處理的火炸藥的固胡危險度V

在BZA-1法中，V的取值定義為：V=α×β

α(物性危險系數)=(熱爆炸危險性系數α1+熱分解危險性系數α2+撞擊危險性系數α3，擦危險性系數α4，爆危險性系數α5)/5；

β(物量危險系數)=(系統內炸藥量G×系統內炸藥比能/TNT的比能)1/3

1.2系統內所處的火炸藥的可控危險度B

B=WBPD

WB=α×β×γ

式中：γ——工藝過程(條件)危險系數

P——事故概率指標值

D——危險場所人員密度或出現頻次

1.3系統內可控危險度的未受控系數K

K表示“人的不安全行為”、“物的不安全狀態”、“環境的不安全條件”總的發生概率。

(2)

式中，S人、S機、S環分別表示人、機(物)、環境的安全標準值，Sx、Sy、Sz分別表示人、機(物)、環境的安全實達(評估)值；Sx/S人、Sy/S機、Sz/S環分別表示人、物、環境的達標率；(1-Sx/S人)、(1-Sy/S機)、(1-Sz/S環)分別表示人，物、環境的未達標率。

1.4系統外的現實危險度H外

式中：R0i、R1i——系統外所要求的安全距離標準值和現場實測值

Ci——系統外第i個受系統內爆炸事故影響設施的危險嚴重度

Wd——第i個安全距離不足的設施內火炸藥或其制品的危險系數，求取法同值

0.5——修正系數

Ei——安全距離不足的第i個系統外設施受系統內爆炸影響的指標值

2　改進BZA-1法

2.1火炸藥及其制品的靜態危險度V

危險度(風險)=事故發生的可能性(α)×事故后果嚴重性(β)。α、β所代表含義與BZA-1法基本相同，區別在于，α在BZA-1中的第5種感度，爆轟感度在改進法中由沖擊波感度Sd(cm)替代[1]。

沖擊波感度是衡量火炸藥在沖擊波作用下發生爆炸的難易程度，試驗方法采用《炸藥的試驗方法》(GJB772.207-1990)中的卡片式隔板試驗法，取隔板紙大于95 mm時α5=10，隔板紙小于15 mm時，α5=0，介于此兩個數值之間的可按照式(3)計算求得：

α5=(Sd-15)/8

(3)

2.2可控危險度B

可控危險度B與BZA-1法含義和取值大致相同，不同之處在于工藝過程危險系數γ有了更準確的計算。該方法考慮了20個影響因素[4]，并將其作為評估事件發生概率的條件，即電器火花和靜電，放熱、吸熱反應，特殊的操作條件，腐蝕和泄露，低溫及高溫條件，物料處理及貯存，操作方式，粉塵的生成，負壓條件，工藝的布置，設備的因素以及封閉單元，高溫體，明火，摩擦和沖擊。危險系數γ的計算公式為：

式中：γ——工藝過程危險系數

γi——第i項工藝危險性取值

m——所涉及的工藝危險條款數目

2.3系統外受影響設施的危險嚴重度Ci

Ci=(1+0.5Bj)Ej

式中，Bj為系統外第i個受影響設施存有的火炸藥危險指數，前面的0.5由人為設定，即只按其50%考慮。該設施內無火炸藥時，只由決定；Ei為系統外受影響設施及其內部人員可能受損傷的程度。

3　改進BZA-1法在球扁形發射藥連續化生產安全評估中的應用

以某球扁藥生產單位連續化生產工藝流程為例，其生產球扁藥的主要原料是NC(硝化棉)和NG(硝化甘油)，連續化生產工藝過程中主要有成球、鈍感、壓扁等幾大工序，其中成球工藝過程中，原料在成球鍋內被混合攪拌，會產生摩擦、擠壓等現象，可能導致成球器內物料局部溫度升高，引發燃爆危險[5]。

3.1建立BZA-1危險源評估方程(式(1))

(1)

3.2系統內固有危險度V的估算

(1)物性危險系數α的取值

表1　硝化棉和硝化甘油的各種感度性能參數

由表1可知硝化棉和硝化甘油的物性危險系數：

α硝化棉=(7.47+1.88+9.05+0+8.0)/5=5.28

α硝化甘油=(7.69+10+9.84+6.66+8.0)/5=8.44

其中硝化甘油的感度綜合值大于硝化棉，所以取α為8.44。

(2)物量危險系數β的取值

其中G表示的是可能爆炸的火炸藥藥量(以kg計算)。在生產球扁形發射藥時，工房內的投放總藥量為4.5 kg，其中硝化棉2.6 kg，硝化甘油1.9 kg； 其TNT 當量取值見表2，分別為：硝化棉 1.25，硝化甘油1.57。所以有：

表2　火藥組分的能量參數

(3)固有危險度:V=α×β=8.44×1.84=15.53

3.3可控危險度B的計算

B=WBPD

(1)WB的取值

WB=α×β×γ

其中的γ取值見表3。

表3　工藝過程危險系數取值

WB=α×β×γ=8.44×1.84×3.35=52

(2)危險場所人員密度或出現頻次系數D的取值是按照操作人員、 安全檢查人員、 監督領導的出現頻次來確定。在該單位的成球工序過程中，生產類型屬于連續化生產自動控制與工人現場操作相結合，每日班次為三班，危險生產崗位有工人專門操作或檢查記錄，人員密度小于10人/班，故D取值4。

(3)危險源事故概率指標值P是根據以往事故發生的次數來確定，指標值P按照表4取值為 1.7。

表4　重大燃燒爆炸事故概率指標值P

(4)可控危險度B=WBPD=52×4×1.7=353.6

3.4系統內可控危險度的未受控系數

系統內可控危險度的未受控系數K是由裝藥過程中人員安全管理水平、環境的安全條件和設備、設施的安全狀況綜合因素所決定的，取值是由達標率來表示的，計算公式采用1.2中公式。通過評估專家對該生產系統的操作人員素質與安全管理、 機(物)不安全狀態、作業環境不安全條件進行評估，得到人員素質與安全管理水平達標率Sx/S人=0.962； 所以人員素質與安全管理未受控率為1-Sx/S人=1-0.962=0.138。同理可算出機(物)安全狀態未受控率為1-Sy/S機=0.432、環境安全條件未受控率為1-Sz/S環=0.363。

故系統內可控危險度的未受控系數：

=6.1×0.138×0.432+2.2×0.138×0.363+1.7×0.432×0.363

=0.74

3.5系統內現實危險度

根據以上計算結果可得系統內的現實危險度為：

H內=(V+KB)=15.33+0.74×353.6=276.994

3.6系統外的危險度計算

成球生產工房外有固定安全加工坊、材料庫、辦公室和澡堂根據《火藥、炸藥、彈藥及火工品工廠設計安全規范》的要求，均在安全距離以外，故系統外的危險度為0。

3.7生產系統現實危險度H的計算

根據H內和H外的計算結果，最終計算系統的危險度，根據式(1)可得：

H=H內+H外=276.994+0=276.994

4　結　論

表5　系統現實危險度分級標準

通過使用改進BZA-1法對球扁形發射藥成球工藝生產系統進行安全分析發現，這個生產系統的危險度值為H=276.994。依據《火炸藥、 彈藥企業中重大事故隱患定量評估方法》 中的危險源危險等級和整改分級標準，評估值小于500 的，可認定為I級，屬于輕度危險程度，一旦發生事故，可能會造成較輕的傷害和損失，所以需要進行車間或分廠級的監督整改[1]。

[1]胡雙啟,趙海霞,肖忠良,等.火炸藥安全與技術[M].北京:北京理工大學出版社,2014:321.

[2]付強,馬忠亮.變燃速發射藥連續化生產安全評價研究[D].太原:中北大學,2010:38-46.

[3]張祥來,周俊紅,金雪梅.改進BZA-1法在民爆器材安全評估中的應用[J].安全,2013(10):24-26.

[4]劉曉靜,陳網樺,胡毅亭.火炸藥典型生產過程安全性分析與評價[D].南京:南京理工大學,2004:8-12.

[5]孟凡軍,黃振亞.球形藥成型和表面鈍感“一步法”工藝研究[D].南京:南京理工大學,2010:19-25.

Application of Improved BZA-1 Method on the Safety Assessment of Continuous Production Process for Oblate Spherical Propellant

REN Peng-liang，MA Zhong-liang，LIU Bao-shun

(School of Chemical and Environmental Engineering，North University of China，Shanxi Taiyuan 030051,China)

Oblate spherical propellant is a kind of widely used propellant,its continuous production has great significance，which also has problems worthy of attention in production.Taking the ball flat propellant as the research object,the BZA-1 was introduced.The parameter value of BZA-1 method was modified using the modified BZA-1 method,the security of ball oblate propellant continuous production was assessed.Taking the process of into ball for example,appropriate reference data was selected for safety assessment.Risk value and risk level of this important process were also identified.

BZA-1 method；oblate spherical propellant；safety evaluation；risk level

任鵬亮(1991-)，男，碩士研究生，從事火炸藥安全評價方向。

X944

A

1001-9677(2016)04-0009-03