煙火藥倉庫爆炸事件故障樹技術分析

李德釗 文 聰 李 婷

（四川省煙花爆竹安全監督質量檢測站，四川 南充 637200）

0 引言

煙火藥是生產煙花爆竹的一種非常重要的、危險的在制品，它是由氧化劑、還原劑等組成的混合物[1]。據不完全統計，用于制作煙火藥劑的化工材料達80余種[2]，不同的煙火藥劑化學組分復雜多樣，不僅敏感易燃易爆，還具有自燃自爆、靜電火花等危險屬性[3]。儲存煙火藥倉庫的危險等級為1.1-1級，單棟建筑面積不得超過100m2，單庫最大儲存藥量不得超過5000kg，倉庫四周必須修筑防護屏障[4]，足以見得國家標準對煙火藥倉庫危險程度的重視。因此，本文建立以煙火藥倉庫爆炸為頂上事件[5]的故障樹，分析爆炸事故影響因素，并據此提出安全技術措施。

1 事故樹分析法的運用

1.1 事故樹分析法

事故樹分析[6]（Fault Tree Analysis，FTA）又稱故障樹分析，是由美國貝爾電話實驗室沃森博士等人研發的一種安全評價方法。它是一種圖形演繹，從結果到原因描繪事故發生的有向邏輯樹的系統安全分析法，把系統不希望出現的事件作為事故樹的頂事件，用邏輯“與”或“或”門自上而下地分析導致頂事件發生的所有可能的直接原因及相互間的邏輯關系，并由此逐步深入，直到找出事故的基本原因，即為事故樹的基本事件。

1.2 煙火藥倉庫危險源辨識

探究近年來煙火藥儲存倉庫發生爆炸事故的原因，一是源于煙火藥潮解或高溫引起藥劑產生化學反應導致自燃自爆[4]；二是明火、沖擊波、摩擦撞擊、電火花等外界激發能量引起燃燒爆炸。引發煙火藥倉庫爆炸事件的主要危險源，見表1。

表1 煙火藥倉庫爆炸事件的主要危險源表Tab.1 Major hazard sources for explosion of gunpowder storage warehouse

2 故障樹技術分析

2.1 故障樹的模型構建

設T為頂上事件（煙火藥倉庫爆炸事件），導致頂上事件（T）煙火藥倉庫爆炸的中間事件有兩種：自燃自爆能（A）、外界激發能（B）。

自燃自爆能（A）有高溫作用（A1）和自身潮解（A2）兩方面的能量來源。

外界激發能（B）有明火、沖擊波（B1）、摩擦撞擊（B2）、電火花（B3）3個激發能的存在。其中：

除明火外，沖擊波能量（B1）主要來自于防護火焰和爆炸的屏障失效（B11）；摩擦撞擊能量（B2）主要來自于藥劑高敏感度（B21）和人的不安全操作行為（B22）；電火花能量（B3）主要來自于靜電火花（B31）和雷擊火花（B32），靜電火花（B31）則來自人體產生靜電（B311）和導靜電設施失效（B312），雷擊火花（B32）主要是避雷失效（B321）造成的。

煙火藥倉庫爆炸事件的故障樹，如圖1。故障樹事件，見表2。

圖1 煙火藥倉庫爆炸事件的故障樹Fig.1 Fault Tree for explosion of gunpowder storage warehouse

2.2 故障樹的數學模型

根據所編制的煙火藥倉庫事故樹圖形，運用布爾代數及其運算法則，建立煙火藥倉庫發生爆炸事故的數學模型，其結構函數表達式為：

2.3 故障樹的最小割集

最小割集是能夠引起頂上事故發生的最低限度的基本事件的集合，每一最小割集代表一個事件發生的模式。事故樹中，最小割集越多，頂上事件發生的可能性越大，系統就越危險。根據煙火藥倉庫爆炸事件故障樹的函數表達式，求最小割集“E”。

經計算，得到該故障樹有16個最小割集：

通過對本故障樹最小割集的計算，可分析出導致頂上事件“煙火藥倉庫爆炸”存在有16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。

2.4 結構重要度分析

故障樹是由眾多基本事件構成的，這些基本事件對頂上事件產生的影響程度是不同的，在制定安全防范措施時必須有個先后次序，輕重緩急，以便使系統達到經濟、有效、安全的目的。因此，對本故障樹基本事件的結構重要度“I”分析，是在不考慮基本事件發生的概率的情況下，從故障樹結構上分析各基本事件的發生對頂上事件發生的影響程度。

根據結構重要度分析原理分析：

（1）根據一階最小割集中的基本事件結構重要系數最大的原則，判斷本事故樹中X6、X16、X17、X18是一階最小割集中的事件，故I（6）、I（16）、I（17）、I（18）的結構重要度最大。

（2）根據僅在同一最小割集中出現的所有基本事件的結構重要系數相等的原則，判斷｛X1,X2｝，｛X14,X15｝中，I（1）＝I（2）、I（14）＝I（15）。

（3）根據割集階數相同，基本事件出現次數大則系數大的原則比較，則：

（4）經分析比較，各基本事件結構重要順序為：

通過分析可知該故障樹有16個最小割集，其中任何一個最小割集發生都會導致頂上事件的發生，其中明火、違章用電、不合格的導靜電設施是導致事件發生最重要的因素；其次是高溫、人體靜電以及煙火藥倉庫發生潮解所帶來的危險后果較大。同時，加強管理，控制外界激發能量也是減少煙火藥倉庫燃燒爆炸事故的重要方法。

3 事故預防措施

根據引發煙火藥儲存倉庫爆炸事故基本事件的結構重要度，制定下列預防對策措施：

（1）杜絕外來火源火種，特別是防范明火，做到嚴禁違章動火、嚴禁吸煙點火、嚴禁攜帶火機火柴等進入庫區；同時，應加強防范庫區圍墻外安全范圍內的焚燒桔桿、拋擲煙頭等不安全行為。

（2）煙火藥劑對靜電火花非常敏感，倉庫入口處應建立可靠的防靜電裝置，庫內地面應鋪設接地導靜電膠墊，裝卸、搬運作業接觸煙火藥時嚴禁穿戴易產生靜電的服飾。

（3）加強高溫預警措施，煙火藥倉庫最高溫度不得超過40℃。在倉庫內安裝溫度與濕度監測計，巡回檢查，及時做好倉庫通風散熱工作。

（4）煙火藥劑中一般均含有鋁鎂合金粉等遇濕易燃品，因此，應保持庫房通風干燥，庫內濕度不得超過85%；同時，禁止未干透的藥件裝箱入庫，也是防止煙火藥倉庫發生自燃自爆事故的有效措施。

（5）嚴格實施安全操作規程，煙火藥劑中嚴禁加入氯酸鉀等禁用藥物，在保管與搬運過程中，避免摩擦、碰撞、拖拉、翻滾及強烈振動等行為，避免超高堆碼造成高處墜落導致燃爆事故。

（6）嚴格限制煙火藥倉庫的庫存量，按標準設計與修筑防護屏障是保證煙火藥倉庫不受鄰近爆炸沖擊波影響的有效措施。

（7）預防高處物體墜落打擊事故，特別瓦片、磚塊等硬件物體墜落打擊在煙火藥劑上，或拋擲工用具打擊在煙火藥劑上。

（8）加強職工的安全培訓教育，特別是安全技術操作規程與職業技能方法的培訓教育，強化安全意識，規范“三輕（輕拿、輕放、輕搬動）、六不準（不準拖拉、碰撞、摩擦、拋摔、翻滾、擠壓）”安全行為，不違章作業、冒險蠻干、搶功圖快和違反勞動紀律。

4 故障樹FTA分析應用實例

基于本文建立的煙火藥倉庫爆炸頂上事件的基本模型，2018年12月與四川省煙花爆竹主產區西充縣某煙花廠合作驗證。該煙花廠危險品總庫區內5棟倉庫，分別存放了3種危險物品，3棟煙火藥倉庫、1棟黑火藥倉庫、1棟引火線倉庫。其中，危險等級最高的1.1-1級煙火藥倉庫，設計藥量分別為5000kg、3000kg、2000kg；黑火藥倉庫與引火線倉庫危險等級均為1.1-2級，設計藥量分別為300kg、2000kg。整個庫區配備了專職安全員1名、值班守護2名、搬運保管5名。經過與該煙花廠管理層充分討論，以該庫區煙火藥倉庫為重點，結合故障樹模型21個基本事件，針對煙火藥倉庫風險管控的可變因素，在以下3個方面采取了改善措施，并經研究團隊連續7個月的跟蹤，驗證了事故預防措施的可行性。

（1）開展專題知識培訓。該煙花廠安全管理部、生產技術部和庫區全體從業人員均參加FTA故障樹知識培訓，以該煙花廠3棟煙火藥倉庫為實例，對能導致事故發生的各種因素及邏輯關系作了全面、簡潔和形象的講解，不僅提高了安全業務知識，而且提升了對煙火藥倉庫危險性重要度的認識。

（2）完善了安全防護設施。該煙花廠在庫區入口處和圍墻周界重新安裝了智能型防入侵探測裝置，倉庫入口處安裝了具備聲控報警性能的人體靜電釋放儀，倉庫內地面取消了普通像膠墊而代之以導靜電膠墊，庫內堆碼用黃色標注了主通道線、堆高線、墻距線、垛距線，增設了溫度、濕度監測儀。

（3）強化了現場監管措施。一是庫區做到24小時值守，每2小時巡檢一次。二是倉庫保管員每天入庫2次監測其溫度、濕度（上午9時、下午2時，溫度必須保持在-20～45℃，濕度必須在50%～80%。三是裝卸作業時，專職安全員必須在現場監護，作業人員身著防靜電工作服，定員2人，單件裝卸與搬運。

5 結論

（1）本文將基于爆炸故障樹的FTA模型應用于煙火藥倉庫風險評價中，得到煙火藥倉庫風險管控的有效途徑，為防止煙火藥倉庫燃燒爆炸提供了新的舉措。

（2）在引發事故的眾多基本事件中，靜電危險事件與遇濕潮解危險事件因沒有明顯的特征，是最容易被管理者忽略的風險要素，應高度重視此風險的存在。

（3）FTA故障樹識別出煙火藥倉庫爆炸事故發生的全部基本事件，均呈現出人的不安全行為的負面影響。這與行業農民工整體文化素質不高相吻合，應進一步加大一線從業人員的安全培訓教育。