与普通危险化学品不同,火炸药不仅自身能够发生强烈的氧化还原反应、燃烧爆炸威力巨大,而且对热、机械、静电等刺激敏感,工艺过程物料组成结构多样且不均匀,致燃致爆机理复杂。这些危险物料在工艺过程中取样分析危险性高且稳定存在时间短,加工流场、温场、力场、电场等场状态难以测试模拟,物料安全参数获取困难。由于火炸药物料燃爆破坏后果严重,工艺安全可靠性要求更高,先进技术的应用极具挑战性。分析火炸药工艺安全风险控制,具有以下特点:
(1)构成安全风险双要素的量化表征难度大
事故发生可能性与严重度的组合构成事故风险,通常转化为事故的概率及其后果进行描述。事件具有随机性多是由于影响因素多且规律不明确,无法用确定的模型进行描述和控制,例如,影响机械感度的因素不仅有物料的化学结构,还涉及粒度、晶型、黏度、堆积方式等,各因素的影响规律不易量化,因此摩擦和撞击发火现象通常以概率的形式表征,即使采用能量表征也是一定概率下的能量。火炸药工艺过程发生事故的概率因工艺条件、设备、环境、人员操作及物料的复杂性而不易计算获得,采用统计方法获取时又因非标设备、非标工艺等状态使统计数据缺乏规律性,所以获取事故发生概率比较困难。关于事故破坏后果评定,目前建立了火炸药产品爆轰特性参数测试和模拟方法,但是由于含能物料敏感性高、多种相态导致相结构稳定性差、并且随工艺过程动态变化,产品爆轰特性参数表征方法还不能直接用于物料爆炸后果表征,因此,工艺过程安全定量风险评估还缺乏概率和后果的数据支撑。
(2)感度的标准测试条件与物料实际工况条件存在不一致
采用火炸药感度的标准测试条件确定的量值与工况物料具有一定的相关性,但未必相等。感度数据可用于物料之间的相对比较,还不能直接用于工况环境特别是工艺放大过程安全阈值的确定。因此,对于尚未建立标准条件与工况环境等效关系的场景,需要严格对比工况与标准测试条件的差异,在不降低可靠度的前提下正确使用测试结果。例如,工艺中物料热爆炸临界温度取决于炸药化学分解放热量与压力、形状、系统传热等特性,是一个具有系统特性的参数,采用差示扫描量热法测定的炸药起始分解温度可用于评定炸药的热稳定性,但该测试温度因不具备系统性总是大大高于临界温度。临界温度需要根据热爆炸理论方程及工况条件计算,单以差示扫描量热法给出的分解温度确定安全加热极限并不可靠。
(3)工程经验的合理借鉴与理论指导联系不紧密
火炸药工艺过程中获取、保存、转运物料时危险性高,以往有限的科研手段和试验数据不足以充分了解物料的危险性,实际工艺设计和安全管控多依靠工程经验,对机理和规律的认识有限,这种局限既有时间、经费等历史原因,也受到技术瓶颈的制约。把控安全风险一方面需要突破技术瓶颈、深化理论认知,另一方面需要把已有的理论认知与工程实践紧密结合,探究工程经验的理论依据,把已经成熟的工程实践作为理论模型的典型应用案例,检验修正理论模型; 以可靠的理论模型指导工程经验的合理借鉴,二者相辅相成,确定工艺安全条件及操作规程,降低安全风险。
(4)材料个性特征与共性方法发展不平衡
化学能的有益释放与有害失稳均与物料的化学结构和各尺度粒子聚集状态密切相关,对物料、工艺通过共性方法进行聚类识别有助于了解、预测性能规律与趋势,但不能替代具体物料个体的全部特征。火炸药工艺过程的安全需要在共性规律的启示下研究个性化的点火机制与释能规律,掌握具体加工对象的个性特征,在共性方法疏通了关键技术的基础上,针对具体工艺匹配个性物料特点进行工艺适应性调整和应用验证,以支撑个性化设计,更好地发挥前期建立的表征与工艺共性方法的指导作用,实现新技术的高效迭代,支撑行业高质量安全发展。
