安全評價方法實例（上）

一、傳爆藥安全性可靠性綜合評價方法研究在武器係統的爆炸序列中,傳爆藥起著承上啟下的能量傳遞和放大作用,這就要求它本身能夠在雷管或其他初始衝能的作用下可靠起爆,同時又能可靠起爆主裝藥。由於許用傳爆藥與主裝藥界麵無隔離,因而其 安全性又具有特殊的要求,即在 安全方麵滿足"引信 安全 設計準則”對傳爆藥的安全性要求,同時又要滿足彈藥爆炸序列對傳爆藥起爆主裝藥的可靠性要求。傳爆藥的安全性與可靠性,既相統一又相矛盾,在進行安全性 評價的時候,拋開某一方麵而談另一方麵是沒有意義的。而且,特別是隨著生產、運輸及使用環境條件的愈加複雜和苛刻,對傳爆藥的安全性要求從內容到判定 標準都在不斷發展提高。因而,尋求一種能用來對傳爆藥安全性與可靠性進行綜合 評價的方法變得尤為迫切和必要了。 目前,國內外廣泛應用的安全 評價方法,如"美國DOW化學公司的燃燒與爆炸指數(F&EI)法”、"英國帝國化學公司的 Mond 法”、“日本勞動省化工廠安全評價六階段法”等, 均不適用於炸藥類物質的危險性評價。國內由兵總質量安全部統一組織研究的“火炸藥及其製品工業燃燒、爆炸危險源的定量評估方法”,也不適用於傳爆藥安全性能的綜合評價。不過,它為我們進行傳爆藥安全性能綜合評價的研究提供了一個參考。 1.傳爆藥的安全性能 傳爆藥的安全性能檢測,主要是根據GJB2178-1994中規定的八項試驗進行的,有靜電感度試驗、撞擊感度試驗、摩擦感度試驗、撞擊易損性試驗、熱絲點火試驗、熱可爆性試驗、真空安定性試驗和衝擊波感度及衝擊波安全性試驗。另外, 鑒於傳爆藥安全性與可 草性的對立統一關係 ,還要進行可靠性試驗 ,有短脈衝衝擊起爆感度試驗、小尺寸強約束條件下的爆炸參數的測定和非理想爆轟條件下其他爆轟參數的測定。這些試驗項目 , 彼此 之間的相互關係可用下麵的框圖表示 2.傳爆藥安全性能綜合評價 以往對傳爆藥安全性能的評價,隻是按 GJB2178-1994 的規定進行八項安全性能試驗 , 隻要試驗結果全部滿足 標準中的判定準則, 則認為某一傳爆藥的安全性能符合要求。 (1) 沒有考慮可靠性與安全性之間的相互協調關係 (2) 沒有考慮不周應用條件下（即現實危險度）是否可對安全性能有不同的要求 (3) 隻是定性地進行評價沒有從定量的角度進行評價，因而實驗結果不能對被測試樣進行安全性排序。 對傳爆藥安全性能進行評價我們從兩個方麵去考慮：一是傳爆藥的八項安全性能試驗部分沒有通過，二是傳爆藥的八項安全性能全都通過。 顯然，對於前者，根據GJB2178-1994 的規定，如果傳爆藥的八項安全性能試驗有一項或多項沒有通過；那麼該傳爆藥的安全性能是不合格的。這樣的話就沒有必要再進行其他的探討了。下麵我們主要就第二個方麵進行研究，即傳爆藥安全性能試驗全都通過的情況。 為克服原試驗方法的不足，我們提出了如下的綜合評價數學模型： 式中α——傳爆藥的綜合危險性係數(綜合感度特征值); fi——第 i 種安全性試驗的權重值 αi——第 i 種安全性試驗的危險性係數 , 其值的範圍限製在 0～1O; n =8。 1) 權重值的確定 I _fi表示第 i 種安全性試驗的權重值, 其大小反映該項安全性試驗的重要程度。I _fi值大，說明該押環境條件占重要地位。Ifi值用下式求得: 式中 I _Dani--傳爆藥應用條件的危險性指數; I _Ki-- 現實危險度的 K 值指數。 (1) 危險性指數I _Dani的計算: 依據現行國家規範 , 傳爆藥應用的條件劃分為七個等級 , 從中確定危險性指數的取值 ,見表 4-22. 表 4-22 危險性指數的取值 應用條件危險等級 危險性指數 應用條件危險等級 危險性指數 A ₁1 C _l0.4 A ₂0.9 C ₂0.2 A ₃0.8 D 0.1 B 0.6 (2)K值指數I _Ki的確定： K 值的大小直接反映了傳爆藥應用條件可控危險部分的未受控程度。在此 , 把傳爆藥 看成是一個危險單元 , I _Ki按下麵公式計算： 式中 K _min----危險單元的最小 K 值; K _max-----危險單元的最大值。 2) 危險性係數 ( 感度特征值 ) α _i的確定 參照有關文獻中對火炸藥感度特征值的計算方法 , 我們提出了傳爆藥八項安全性實驗及傳爆藥 5s 爆發點的危險性係數的計算公式。 (1) 靜電危險性係數 ( 靜電感度特征值 ) α _{SE ：} αSE = A + B · U50%發火電壓 A 、B 值 , 以 100% 發火的最小電壓作為下限 , 取α值為10; 以 100% 都不發火的最大電壓作為上限 , 取α值為 0, 計算得到。 (2) 撞擊危險性係數的α _{SJ ：}αSJ=0.1PS 式中 P _SJ---落錘 X(kg) 、落高 Y(cm) 條件下的爆炸百分數。 (3) 摩擦危險性係數α _f: α _f=0.1P _f式中P _f----擺錘 X(kg) 、擺角 90 ⁰、表壓 Z(Pa) 條件下的爆炸百分數。 (4) 衝擊波危險性係數α _SH: α _SH=A+B·L _{50% 發火隔板厚}A、 B 值 , 以 100% 發火的最大隔板厚為下限 ,取α值為 10；以 100% 不發火的最小隔板厚為上限 , 取α值為0, 計算得到。 (5) 真空安定危險性係數的α _V： 用維也裏試驗數據代表真空安定的危險性 , 用下麵公式計算得到 ： α _V=A+B·H 式中 H ---維也裏試驗總時間 ,h 。 A 、B 值 , 是在 100 ℃時 , 以 80h 放氣 Oml作為上限 , 取α值為 0；以 7h 放氣 3ml 作為下限 , 取α值為 10, 計算得到。 (6 )撞擊易損危險性係數 ( 飛板感度特征值 ) α _FPα _FP=A+B·V _f式中 V _f----飛板撞擊炸藥前瞬間速度。 A 、B 值 , 以 100% 發火的最小速度作為下限 , 取α值為 10；以 100% 不發火的最大速度作為上限 , 取α值為 0, 計算得到。 (7) 熱絲點火危險性係數α _HS: α _HS=A+B·U _發火A 、B 值 , 以 100% 發火的最小電壓作為下限 , 取α值為 1O;以 100% 不發火的最大電壓作為上限 , 取α值為 0, 計算得到。 (8) 熱可爆危險性係數α曰 : α _HE=0.1P _i式中 pi-- 試驗規定條件下的爆炸百分數。 利用上述模型我們可以計算得到傳爆藥應用條件下的綜合危險性係數。但是 , 按上麵方法進行傳爆藥的安全性評價仍存在一個問題 , 即危險性係數的計算公式中的有些參數無法或難以通過試驗測量得到 , 傳爆藥應用條件下的可控或未受控程度也難以確定。也就是說 ,上述方法從理論上講是可行的 ,但在實際中難以操作。 鑒於這個問題 ,我們提出這樣的解決辦法 : 從機械、電、熱的環境條件下選擇幾個有代表性的並能容易確定的危險性係數α _i, 來確定傳爆藥的綜合感度特征值α, 即其危險性係數。機械作用下取撞擊危險性係數的或摩擦危險性係數郵電感度情況取靜電危險性係數α _se或電熱絲危險性係數α _HE, 熱感度取 5s 爆發點危險性係數α _E或自燃點危險性係數α _SI, 或 真空安定性危險性係數的。同時 , 引人相關係數 R 來表示所選取的危險性係數α _i與各自條件下的安全性試驗之間的相關程度。 R 值大 , 表示兩者的相關程度大 ; 不相關的情況下 ,R 值為 O;自相關 ,R 值為 1 。經過這樣處理後的評價模型為 : 式中 , α _SJ也可是α _f,α _SE也可是α _ER, α _E也可是α _SI或α _V,n=i+j+h+1=8 。 模型中所采用的各危險性係數的計算如下 : α _SJ=0.1P _SJα _f=0.1P _fα _E=13.89-2.78 × 10 ^-2T _Eα _V=10.959 - 0.137H 上述四個式子中的數據取自我國火炸藥手冊上的感度數據 , 式中各參數的含義同前所述。計算危險性飩的公式中的係數是將 5s 爆發點為 500 ℃時定為上限 , 並取其危險係數為0;140 ℃作為下限 , 取危險係數為10, 計算得到。α _V的公式中的係數是在100 ℃時以 8Oh 放 氣 Oml 作為上限 , 取α值為 0; 以 7h 放氣 3m1 作為下限 , 取α值為 10, 計算得到。 α的取值範圍在 0～10 之間。為便於傳爆藥安全性排序 , 我們給傳爆藥八項安全性能全都通過的情況下一個定值 60, 因而傳爆藥的現實危險度為 : H=60 ×α 這樣的話 ,H 的取值範圍在 0～600 之間 ,H 值愈大 , 傳爆藥的安全性排序愈靠後 , 即愈危險。 3. 傳爆藥可靠性評價 傳爆藥的可靠性檢測 , 應是檢測其在規定條件下完成規定功能的能力 , 即本身被上一級火工品可靠起爆和它可靠起爆主裝藥 , 用可靠度來表示。在此我們隻限討論傳爆藥的起 爆可靠度 P _R。可靠度 P _R的計算可根據 GJB376--1987 中 “火工品可靠性評估方法”的規定進行估計。 1) 傳爆藥可靠度的估計 測量傳爆藥的起爆感度數據 , 取樣本觀測值或觀測值作正態變換 , 其值按 GJB4882- 1985 《數據統計處理和解釋 , 正態性檢驗》做正態性檢驗後 , 可合理地認為服從正態分布 , 則可用正態統計容許限計算可靠度。 根據樣本統計值 n 、ⅹ ^--、 S, 由給定的容許上限 Lu, 或下限 L _L計算正態容許限係數 Ku 或 K _L在置信水平 Y 下 , 可靠度由下式決定： 式 (4-27) 來源於 GB4885--1985 《正態分布完全樣本可靠度單側置信下限》。如果要求同時滿足容許上限 Lu 和容許下限 L _L, 則分別用 Lu 和 L _L計算可靠度 Ru 和R _L, 然後用下式計算可靠度R: R=Ru +R _L–1 (4-28) 2) 傳爆藥起爆可靠度的驗證 用傳爆藥的起爆感度數據 (50% 發火衝擊波感度數據) 來驗證其發火 (不發火)可靠度。在臨界剌激量服從正態分布 ( 或變換後服從正態分布)的前提下用 GJB377-1987 《感度試驗用升降法》或其他合理的統計方法 , 對臨界刺激量分布的平均值和 標準差作出估計, 得到û和σ _σ ^{^},根據û和σ _σ ^{^}, 在一定置信水平下 , 按正態分布由平均臨界剌激量外推 , 驗證在給定刺激量下的發火可靠度。為使外推合理 , 做如下規定 : (1) 升降法數據的有效性滿足 GJB377-1987 的規定。取σσ^的變異係數控製上限δ≤0.2. (2) 升降法試驗中不發火的傳爆藥藥柱 , 應以 2 倍全發火刺激量使其發火 , 如仍不發火 , 則該數據元效 , 應重作。 (3) 用升降法數據外推估計的可靠度以 0.999 為限。 (4) 在總體分布未知時 , 假定傳爆藥藥柱的臨界刺激量的分布為對數正態。 由升降法得到的統計數據 n 、?、?、σ?、σ? , 根據給定的可靠度 , 在置信水平 Y 下 , 按式 (4-29) 、 (4-30) 計算最小全發火刺激量的估計 IAFā 及最大不發火刺激量的估計INFā並 驗證式 (4-31) 、(4-32) 。 IAF≥ IAFγ (4 -31) INFγ≥ INF (4-32) 式中 n ---樣本大小 ; ?---μ的估計值 ; ?---σ的估計值 ; σ?---統計量? 的 標準誤差 ; σ?---統計量?的標準誤差 ; IAF 一一最小全發火刺激量 ; INF 一一最大不發火刺激量。 式 (4-29) 、 (4-30) 中的 Up 是概率 P=R 的正態分位數。當用對數正態分布計算時 , 兩式中各變量先用對數單位計算 , 然後再求反對數。 按照上述方法驗證了可靠度之後 , 再按下式計算傳爆藥藥柱發火的可靠度裕度係數M: M = Io/ IAFY (4-33) 式中 Io-- 工作刺激量。 傳爆藥安全性與可靠性之間的協調是一項非常困難的工作 , 也很難做到用某一個式子 或模型來表達兩者之間的聯係 , 因為兩者不是簡單的積或和的關係。因此 , 我們堅持這樣一個原則 : 在滿足傳爆藥安全性能的前提下, 盡可能地要求高可靠性 , 以滿足實際需要。