段樹軍,陳 超

(1.中建材玻璃新材料研究院集團(tuán)有限公司,蚌埠 233010; 2.中國建材國際工程集團(tuán)有限公司蚌埠分公司,蚌埠 233010)

隨著我國新材料、高端設(shè)備戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展,關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用對材料要素保障能力的要求不斷提高,將加速材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。玻璃是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要基礎(chǔ)材料,在政策支持和技術(shù)迭代的作用下,玻璃材料的應(yīng)用呈現(xiàn)多樣化的趨勢,主要應(yīng)用于建筑裝飾、汽車制造、光伏新能源、電子顯示屏幕以及特種玻璃等領(lǐng)域。當(dāng)下國內(nèi)玻璃產(chǎn)能受到新能源光伏、汽車以及電子產(chǎn)品的需求刺激,玻璃產(chǎn)線持續(xù)增加,技術(shù)領(lǐng)域的革新,使得玻璃生產(chǎn)向大產(chǎn)能、多產(chǎn)線的趨勢發(fā)展。熔窯作為玻璃產(chǎn)線的核心設(shè)備,決定生產(chǎn)玻璃的質(zhì)量和效率,同時熔窯是重要的熱工設(shè)備[1],高溫環(huán)境存在的危險有害因素也帶來火災(zāi)事故的隱患。針對浮法玻璃熔窯運(yùn)行中的火災(zāi)危險源識別,運(yùn)用事故樹分析的方法對火災(zāi)事故進(jìn)行分析,制定合理的控制措施與建議。

1 浮法玻璃熔窯火災(zāi)事故原因分析

1.1 浮法玻璃熔窯的概述

玻璃熔窯是用于熔制玻璃配合料的熱工設(shè)備,是玻璃生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備。玻璃熔窯由鋼結(jié)構(gòu)材料與不同種類的耐火磚材料構(gòu)成,產(chǎn)品工藝不同采用的玻璃熔窯設(shè)計也不同。浮法玻璃制造在國內(nèi)工藝技術(shù)成熟、市場占用率大、產(chǎn)能高,對浮法玻璃熔窯進(jìn)行火災(zāi)事故安全分析具有較高的價值。浮法玻璃熔窯的功能區(qū)域劃分為投料口、熔化部、均化區(qū)、卡脖、冷卻區(qū)、煙道等分區(qū)[2]。熔窯正常運(yùn)行中使用火焰噴槍加熱熔融玻璃配合料同時控制爐內(nèi)溫度的變化幅度,保持熔窯內(nèi)部溫度穩(wěn)定在1 300～1 600 ℃[3]。國內(nèi)浮法玻璃制造企業(yè)使用的燃料是天然氣、重油[4]。

1.2 熔窯火災(zāi)事故原因分析

浮法玻璃熔窯長期處于高溫運(yùn)行,熔窯內(nèi)部溫度的波動大、投入的玻璃原料中含有雜質(zhì)多會對爐體耐火材料產(chǎn)生腐蝕和破壞。因此,熔窯在運(yùn)行一段時間后會進(jìn)行停爐冷修技術(shù)改造來保證玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率,而一旦發(fā)生爐體耐火材料的破壞,就可能導(dǎo)致熔窯破壞玻璃液泄漏引起火災(zāi)事故。國內(nèi)玻璃廠火災(zāi)事故頻繁發(fā)生。2004年,重慶吉馬玻璃制品有限公司由于玻璃熔窯底部泄露,引起大火;2012年,蘭州市七里河區(qū)蘭州黃河精煉玻璃制品包裝有限公司一車間內(nèi)的玻璃熔爐發(fā)生泄漏,高達(dá)1 500 ℃的玻璃液從熔爐中流出,導(dǎo)致車間燃燒;2014年,瀘州金瀘玻璃廠玻璃熔窯發(fā)生泄漏,引燃周邊可燃物體;2019年,江門華灃特種玻璃有限責(zé)任公司熔窯玻璃液泄漏。

1.2.1 熔窯的因素

熔窯的施工設(shè)計缺陷與爐體損壞造成高溫玻璃液泄漏、熔窯穿火以及煙道高溫?zé)煔庑孤┑那闆r,可能引發(fā)火災(zāi)事故。

造成玻璃液泄漏的主要原因有:1)爐齡較長,耐火材料損耗。由于長期高溫運(yùn)行,爐體本身耐火材料就存在損耗。在臨近冷修期的熔窯,可能會產(chǎn)生耐火磚腐蝕嚴(yán)重,導(dǎo)致玻璃液泄漏。2)原料雜質(zhì)多,水分大。制作玻璃的混合原料中雜質(zhì)和水分的含量過高,會對爐內(nèi)溫度造成較大的波動。溫度變化過大,以及雜質(zhì)中含有Fe、Mg離子過多,對耐火材料使用壽命產(chǎn)生影響。3)熔窯設(shè)備故障。熔窯火焰噴槍由中控設(shè)備控制運(yùn)行,如果遇到電力和系統(tǒng)故障導(dǎo)致爐內(nèi)溫度下降過快,不能及時恢復(fù),會對熔窯耐火材料損害過大。4)工作人員操作失誤或違章作業(yè)。

熔窯穿火表現(xiàn)為爐內(nèi)火焰穿出熔窯內(nèi)部,造成周圍環(huán)境溫度升高。造成熔窯穿火的主要原因有:1)耐火磚接縫過大。在熔窯施工建設(shè)中需要考慮耐火材料在溫度上升過程中,自身含有的水分以及產(chǎn)生的熱脹冷縮效應(yīng),在磚與磚接縫處留有一定寬度的膨脹縫。對于不同位置設(shè)置的膨脹縫寬度不同,如留有過大的膨脹縫可能導(dǎo)致熔窯穿火。2)熔窯工作面有掉角、碎裂。熔窯施工建設(shè)中未能發(fā)現(xiàn)耐火材料的質(zhì)量缺陷或者施工操作中碰損。3)爐齡較長,耐火材料損耗破損。

熔窯煙道是氣體的通道,將空氣注入熔窯并把煙氣排出。爐內(nèi)高溫?zé)煔庠谛顭崾覂?nèi)與空氣進(jìn)行充分熱交換后,仍然能達(dá)到400～500 ℃。造成煙氣泄漏的主要原因有:1)煙道閘板門未正常關(guān)閉。煙道調(diào)節(jié)閘板用于控制煙氣與空氣的交換,當(dāng)閘板門異常未關(guān)閉會導(dǎo)致煙氣的泄漏。而造成的原因有:(1)液壓油缸由于日常維護(hù)不夠,金屬腐蝕嚴(yán)重,導(dǎo)致失效。(2)熔窯產(chǎn)生的高溫?zé)煔夂写罅炕覊m,堆積過多造成閘板門關(guān)閉異常。(3)電磁轉(zhuǎn)向閥故障。2)高溫?zé)煔夂幸欢ㄋ嵝噪s質(zhì),同時溫度較高,煙道被腐蝕嚴(yán)重[5]。

1.2.2 電氣的因素

熔窯使用熱電偶監(jiān)控窯內(nèi)溫度變化,設(shè)置風(fēng)機(jī)用于冷卻和助燃,在對設(shè)備電力供應(yīng)上需要大量敷設(shè)電纜線,在高溫下可能被引燃。同時,過電壓和短路會導(dǎo)致電線被擊穿,產(chǎn)生電火花。

1.2.3 人員因素

工作人員的安全意識也是引起火災(zāi)事故的原因之一。在車間內(nèi)抽煙、違章動火作業(yè)以及違章作業(yè)操作失誤等都是火災(zāi)事故發(fā)生的隱患。

1.2.4 可燃物因素

熔窯工段可能存在的可燃物,主要包括玻璃包裝材料、天然氣、重油、電纜電線、車間內(nèi)運(yùn)輸車輛等。

2 事故樹分析法的概述

安全評價方法按照評價結(jié)果的量化程度可以分為定性評價和定量評價。常用的定性評價方法有安全檢查表、作業(yè)條件危險性評價法以及危險與可操作分析等方法,定量評價方法有危險指數(shù)法、定量風(fēng)險評價方法等。事故樹分析法既屬于定性評價也屬于定量評價方法,在安全評價中較為常用。

事故樹分析法是一種邏輯分析的方法,定性或定量地分析事件發(fā)生的可能途徑與概率,找出避免事故發(fā)生的方案與對策。如圖1所示,在對目標(biāo)系統(tǒng)熟悉的前提下,首先要確定分析系統(tǒng)的頂上事件,明確分析的范圍,對系統(tǒng)中危險有害因素進(jìn)行識別,判斷該危險薄弱環(huán)節(jié)是否與事故原因有關(guān),確定基本事件,最后,編制事故樹,按照層級邏輯畫出事故樹,并對其進(jìn)行定性或定量分析,得出結(jié)論,提出安全防護(hù)措施與建議。

3 浮法玻璃熔窯火災(zāi)事故樹分析

3.1 事故樹建立

采用事故樹方法對玻璃熔窯火災(zāi)事故進(jìn)行分析。首先,以“浮法玻璃熔窯火災(zāi)”為頂上事件,×為與門,表示所有輸入事件同時發(fā)生,輸出事件才會發(fā)生;+為或門,表示任何一個輸入事件發(fā)生,則輸出事件就會發(fā)生。T表示為頂上事件符號,J、M、K表示為中間事件符號,X表示基礎(chǔ)事件符號。玻璃熔窯火災(zāi)事故樹如圖2所示,基本事件表如表1所示。

表1 基本事件表

3.2 事故樹的定性分析

3.2.1 最小割集與徑集的計算

最小割集是導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的最低限度的基本事件的集合,最小徑集是指頂上事件不發(fā)生的最少基本事件的集合,去掉任何一個基本事件,頂上事件就不會發(fā)生。列出事故樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)

T=J1×J2=(X1+X2+X3+X4+X5)×(M1+M2+M3+M4+X18+X19)=

(X1+X2+X3+X4+X5)×(X6+X7+X8+X9+X10+X11+X7+K1+X15+

X16+X17+X18+X19)=(X1+X2+X3+X4+X5)×(X6+X7+X8+X9+X10+

X11+X12+X13+X14+X15+X16+X17+X18+X19)

運(yùn)用布爾代數(shù)法化簡求出玻璃熔窯火災(zāi)事故樹的最小割集數(shù)量繁多,共有70個,因此,將事故樹轉(zhuǎn)化成為成功樹,求得最小徑集有2個

P1={X1,X2,X3,X4,X5,X6},P2={X7,X8,X9,X10,X11,X12,X13,X14,X15,X16,X17,X18,X19}

3.2.2 結(jié)構(gòu)重要度分析

結(jié)構(gòu)重要度分析是從事故樹的結(jié)構(gòu)上分析基本事件的重要度,采用最小割集或徑集的近似計算各項基本事件的結(jié)構(gòu)重要度公式,求解公式為

式中,IΦ(i)為第i個基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù);k為最小割集或徑集數(shù)量;m為包含第i個基本事件的最小割(徑)集數(shù)目,nj為第i個基本事件所屬的第j個最小割(徑)集中基本事件總數(shù)。

經(jīng)計算得出,各項基本事件的結(jié)構(gòu)重要度為

IΦ(7)=IΦ(8)=IΦ(9)=IΦ(10)=IΦ(11)=IΦ(12)=IΦ(13)=IΦ(14)=

計算結(jié)果可以得出,基本事件X1～X6結(jié)構(gòu)重要度最大,其次為X7～X19。

4 浮法玻璃熔窯火災(zāi)事故風(fēng)險防控

浮法玻璃熔窯工段由于長年高溫運(yùn)行,爐內(nèi)玻璃液溫度高,現(xiàn)場火災(zāi)事故的危險源較多,結(jié)合玻璃熔窯火災(zāi)事故樹基本事件提出相應(yīng)的風(fēng)險防控措施。

對浮法玻璃熔窯工段存在的可燃物質(zhì)進(jìn)行采取相應(yīng)的控制措施,相對于點火源的控制也更加容易,其結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)也較大。

1)天然氣與重油管道布置在熔窯內(nèi)部,為火焰噴槍提供燃料。為防止管道出現(xiàn)燃料泄漏,可以在天然氣與重油燃料的設(shè)備管道上安裝泄漏檢測報警與緊急切斷裝置。一旦出現(xiàn)儀器儀表報警,要及時追蹤,找出故障原因,及時消除故障,同時要加強(qiáng)日常安全檢查,對管道的運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)情況進(jìn)行記錄。

2)對窯爐使用的熱電偶、風(fēng)機(jī)設(shè)備電源線纜與配電柜要做好日常檢查維護(hù),檢查是否存在溫度過高電纜外皮熔化,調(diào)整與高溫設(shè)備的安全距離。同時,對配電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測,防止出現(xiàn)短路、過電壓導(dǎo)致的引燃。

3)場內(nèi)窯爐工段要保證干凈清潔,及時清理可燃的包裝材料。經(jīng)過的場內(nèi)車輛要慢行,防止碰撞窯爐結(jié)構(gòu)。

由于窯爐工段屬于高溫區(qū)域,對現(xiàn)場的點火源尤其是明火要嚴(yán)格控制防范。

(1)中控室工作人員要及時關(guān)注窯爐爐溫的異常變化。當(dāng)操作步驟一切正常,但爐內(nèi)溫度異常時,要佩戴好防護(hù)設(shè)施去熔窯工段進(jìn)行現(xiàn)場排查,一旦發(fā)現(xiàn)有漏料情況,應(yīng)當(dāng)立即通報,啟動應(yīng)急程序,保證人員安全疏散,做好應(yīng)急防護(hù)工作,聯(lián)合相關(guān)部門對現(xiàn)場漏料進(jìn)行處理。

(2)工作人員應(yīng)當(dāng)對熔窯工段進(jìn)行每日安全巡查,發(fā)現(xiàn)爐體結(jié)構(gòu)有損壞,要判斷影響程度,及時對爐體進(jìn)行防護(hù)修理。當(dāng)熔窯達(dá)到使用年限或熔窯內(nèi)部耐火材料腐蝕、破損較大,應(yīng)當(dāng)對熔窯實施停爐冷修,制定冷修計劃,保證生產(chǎn)安全。

(3)觀察煙道內(nèi)部壓力變化。一旦出現(xiàn)壓力異常變化,要檢查煙道閘板開合是否正常,煙道外部的耐火磚是否有破損,顏色是否變化。

(4)工作人員的安全行為。要全面推進(jìn)全員安全生產(chǎn)責(zé)任制的落地,建立安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化體系,落實安全生產(chǎn)監(jiān)督管理條例。進(jìn)場人員必須完成三級安全教育,并通過考核后才能上崗。工作人員必須嚴(yán)格遵守崗位安全操作規(guī)程的要求操作?，F(xiàn)場管理人員要落實日常工作監(jiān)督檢查的職責(zé),一旦發(fā)現(xiàn)違規(guī)作業(yè)要及時糾正并按照安全生產(chǎn)獎懲措施予以懲罰批評。

(5)提升應(yīng)急處置能力。嚴(yán)格按照相關(guān)法律法規(guī)制定本單位應(yīng)急管理方案,并定期舉行安全應(yīng)急管理演練,加強(qiáng)工作人員的應(yīng)急處置能力,要保證應(yīng)急救援的資金保障力度,配置應(yīng)急物資,并做好定期維護(hù)檢查。