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1998年7月,某新型乳化炸药合作项目在工业试验调试过程中发生爆炸事故。该工业试验线工艺路线原材料制备→静态混合器→粗乳器→乳化器→螺杆泵→敏化器→静态混合器→均化器→强冷器→装药机,通过管道及泵送实现全连续化生产。
当时,正进行运转调试,共投原材料3t,开机不久即发现粗乳器(型号GSF120)联动轴套温升过高,采用冷水降温,后因供水中断而停机。恢复正常供水后,调试继续,就在3t物料快用完时,粗乳器突然发生爆炸。粗乳器处前后设备及管道未发生传爆。工房乳化敏化间窗玻璃破碎,木窗框破坏,粗乳器位置邻近的墙面有断裂、穿孔,楼板穿洞。设在工房内的铝合金玻璃窗监控室被摧毁,粗乳器设备粉碎性炸毁。从爆炸所造成的现场破坏情况分析,综合考虑粗乳器腔体容积调试过程中可能出现的物料断流、粗乳器本身具有的输送能力、基质密度变化等多种不确定因素,认为最大爆炸药量(乳化基质)不超过5kg。事故造成3人死亡,7人重伤,6人轻伤。
经技术分析认为,这起爆炸事故,是由粗乳器设备引发,加之调试过程中出现过物料断流以及可能混入砂子等固态杂质,使得该粗乳器腔体内本已相当敏感的乳化基质感度增高而发生爆炸。
这次乳化炸药工业试验线发生的爆炸事故,为近年来较严重的一次。据不完全统计,以前发生的乳化炸药爆炸事故大多是由设备问题引发的,出现过问题的设备有胶体磨、乳化罐、粗乳器。由此可见,构成乳化炸药生产线的关键设备几乎都发生过严重的爆炸事故,在一定意义上讲,这种乳化炸药生产线的安全性值得给予密切的关注。
笔者拟从这次乳化炸药工业试验线爆炸事故出发,综合近年来乳化炸药生产线多次事故情况和有关资料,就科研、工业试验线、设备选用、工程设计、安全监督管理等方面进行一些思考,提出一些建议,重点探讨乳化炸药生产的安全技术和管理问题,抛砖引玉,与同行切磋。
1 科研产品工业(中间)试验线的状况
研究院所研制乳化炸药时,经过配方、工艺、生产、安全等各方面研究后,鉴于多数研究院所地处城市地区,由于受到有关安全法律、法规的限制,仅能完成用替代品模拟生产进行中试,而不能真正完成诸如投加氧化剂、复合油相、敏化剂等物料的实际生产炸药的中试。为解决这一问题,采取院厂结合的办法,借助工厂的场地、技术力量及技术资源,走产学研相结合的道路,不失为一个良好的使科研成果尽快转化为商品的办法。
由研究院所出技术,采取院厂结合办法,开展工业试验线工作,应该是厂院双方优势互补的过程。研究院所在合作中应当充分发挥理论指导、技术论证、运行控制、安全防护等方面的特长,这是院厂结合试验成功的前提。工厂则应当充分发挥多年积累的生产实践、工艺技术、设备使用等专长,厂院合作共同完成科研中试,进而完成中试生产的全过程,这是院厂结合试验成功的保障。
按照有关规定,科研试验线不能作为研究院所向厂家有偿转让的生产线。如果将尚未全面试验成功的试验线匆忙地向厂家转让。即不利于研究院所集中精力解决试验中出现的预料或未预料的各种问题,也不利于合作的厂家在这方面充分发挥主动性、创造性。
值得注意的是,作为危险品生产科研试验,由于工艺、设备等均有一个渐进成形的过程,难以确知的不安全因素肯定存在,安全问题应更加重视。对人身、设备设施的防护应该给予更充分的慎密的考虑,采取必要的防护措施,切实做到“安全第一,预防为主”。决不能把试验线等同于成熟的正式生产线看待。
2 科研产品的工业(中间)试验线工程设计
工程设计是在工程建设前,按照民爆行业规划发展政策和经济发展情况,经过调查研究和科学分析,采用成熟可靠的技术路线,进行周密思考和计算,最终提供作为建设施工依据的设计文件和图纸。这里强调了采用“成熟可靠的技术路线”,而对于科研产品研制过程中的试验线工程设计,则不能按设想的、没有通过生产定型的正式生产线一步设计到位。
前面已经论述到,试验线本身带有成功与失败,或者需要通过试验进一步改进;尤其对其安全防护的设计就更不能等同于成熟可靠的正式生产线设计。
目前,建设试验线往往由产品研究院所全盘负责工艺及安全防护技术要求,对工程设计研究院的要求,在一定意义上讲是仅仅盖个工房,满足水电动力要求而已。尽管这从责任和设计分工来讲倒也泾渭分明。然而,应当说这与工程设计是一个综合工程科学技术再创造和提高的过程的要求不相符合。长此下去,既不利于产品科研院所新产品研制技术的提高,也不利于工程设计院发挥自身特点搞好工艺和安全防护技术的再创造与提高。
从试验线爆炸事故中血的教训和现场破坏情况表明,工程设计中一些行之有效的安全防护设施在爆炸事故中,确实起到了有效的防护作用,也表明违背“民用爆破器材工厂设计安全规范”和工程设计要求,随意设置的设施导致了爆炸事故,扩大了事故后果。
在爆炸事故中,试验线工房中隔墙起到了很好的防护作用,而在隔墙上不遵守设计规定,随意开洞导致了该处的人员受伤;试验线按原设计A级工房内不设监控室,由于随意设置的监控室在爆炸事故发生时被冲击波摧毁,内部人员死伤惨重;炸药生产线不宜全线布置在楼层上面,当事故发生时,对疏散会造成不利影响。
3 科研产品工业(中间)试验线的设备与工艺
总体来讲,我国民用工业炸药尤其是乳化炸药产品技术水平与先进发达国家之间并不存在明显差距。但是,鉴于我国国情,对乳化炸药的研究与开发还没有能够形成统一的规范管理和要求。乳化炸药的发展则大有“头重脚轻”之势,就是说相对地重视配方、品种、性能的研究,而对于工艺技术和设备开发应用重视力度不足。
目前,乳化炸药生产所用的关键设备如乳化器、胶体磨、螺杆泵等等,不少是由民用化工行业移植过来。近年来曾几次力图抓紧这方面的工作,也取得一些进展,总体上尚没有较系统完整地专门为乳化炸药生产制造设备的厂家和与之相适应的标准。尤其是对移植过来的民用化工设备,对使用炸药这种特殊介质的适用性、安全性的理论研究和实践探讨还不充分。
根据有关资料介绍,国外为消除和减少化工生产工艺中的危险性,提出了提高化工工艺本质安全性的原则,如:
强化——减少库存原则;
替换——采用安全材质原则;
稀释——尽量在常温、常压、低转速下加工原则;
影响限度——改变反应器设计及谨慎操作原则;
简单化——避免多产品合成工厂原则;
避免间接影响——布置间隔距离、自动障碍停机、敞开式结构原则;
禁止不正确装配——制订专用设备、阀门管道标准原则;
状况清楚——避免信息过量和设备复杂原则;
耐用性——设备耐用原则;
控制轻松——减少手动控制、更多地系统控制原则;
管理控制与操作——严格计划性原则。
由上述原则可以看出,就工艺设备而言,采取安全材质,尽量在常温、常压、低转速下加工,制订专用标准,间隔距离布置,采用敞开式结构,自动故障停机,避免复杂设备及操作等等,对提高我国乳化炸药生产的本质安全程度是有着指导意义的。
对科研产品的工业试验线进行设备选用,应该注意进行各项性能论证,尤其是安全性论证。在科研产品研制阶段,进行设备选型时,应该认真论证其材质、转数、结构、温升、压力、性能等各项指标;当试验线设备配置数量、型号一经确定后,在院厂结合进行工业试验调试时,不应随意改变。更不能不经充分论证随机增减设备数量,改变型号。
4 科研产品工业(中间)试验线的有效监督与管理
从国家对民爆行业的有效监督与管理来讲,当前应加强科研试验、试制方面的管理,认真执行民用爆破器材技术转让、新产品定型工作管理办法、民用爆破器材工厂设计安全规范以及安全技术管理规定。特别要针对由科研院所出技术,在工厂进行工业试验的院厂结合方式,制定出具体管理办法。同时应加强对工业试验线的产品配方、组份、工艺路线、设备选型等方面的预先性分析、中间检验监督、阶段性评价等工作。
由遵照国家有关规定取得评价资格的单位,在工程建设项目可行性研究阶段,进行项目的劳动安全卫生预评价,是加强劳动安全卫生监察的有效办法。对科研试验线也应该执行预评价,以便运用科学的评价方法,分析和预测试验线潜在的职业危险、危害因素的种类和危险、危害程度,提出合理的可行的劳动安全卫生技术和管理对策。
针对乳化炸药生产关键设备目前尚无系统的专门制造厂家的现实,尽快调整力量,加强研制适合于民爆行业特点的关键设备,出台相关的设备安全标准。即使是对沿用已久的民用化工设备,也应该进行深化认识,充分论证,合理改造,保证安全,以便为我所用。
作者单位:中国兵器工业第二一七研究所(北京,100053)