安全評(píng)價(jià)方法實(shí)例（上）

一、傳爆藥安全性可靠性綜合評(píng)價(jià)方法研究 在武器系統(tǒng)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沖能的作用下可靠起爆,同時(shí)又能可靠起爆主裝藥。由于許用傳爆藥與主裝藥界面無(wú)隔離,因而其安全性又具有特殊的要求,即在安全方面滿足"引信安全設(shè)計(jì)準(zhǔn)則”對(duì)傳爆藥的安全性要求,同時(shí)又要滿足彈藥爆炸序列對(duì)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(tǒng)一又相矛盾,在進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)的時(shí)候,拋開(kāi)某一方面而談另一方面是沒(méi)有意義的。而且,特別是隨著生產(chǎn)、運(yùn)輸及使用環(huán)境條件的愈加復(fù)雜和苛刻,對(duì)傳爆藥的安全性要求從內(nèi)容到判定標(biāo)準(zhǔn)都在不斷發(fā)展提高。因而,尋求一種能用來(lái)對(duì)傳爆藥安全性與可靠性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的方法變得尤為迫切和必要了。 目前,國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的安全評(píng)價(jià)方法,如"美國(guó)DOW化學(xué)公司的燃燒與爆炸指數(shù)(F&EI)法”、"英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司的 Mond 法”、“日本勞動(dòng)省化工廠安全評(píng)價(jià)六階段法”等, 均不適用于炸藥類物質(zhì)的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。國(guó)內(nèi)由兵總質(zhì)量安全部統(tǒng)一組織研究的“火炸藥及其制品工業(yè)燃燒、爆炸危險(xiǎn)源的定量評(píng)估方法”,也不適用于傳爆藥安全性能的綜合評(píng)價(jià)。不過(guò),它為我們進(jìn)行傳爆藥安全性能綜合評(píng)價(jià)的研究提供了一個(gè)參考。 1.傳爆藥的安全性能 傳爆藥的安全性能檢測(cè),主要是根據(jù)GJB2178-1994中規(guī)定的八項(xiàng)試驗(yàn)進(jìn)行的,有靜電感度試驗(yàn)、撞擊感度試驗(yàn)、摩擦感度試驗(yàn)、撞擊易損性試驗(yàn)、熱絲點(diǎn)火試驗(yàn)、熱可爆性試驗(yàn)、真空安定性試驗(yàn)和沖擊波感度及沖擊波安全性試驗(yàn)。另外, 鑒于傳爆藥安全性與可 草性的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系 ,還要進(jìn)行可靠性試驗(yàn) ,有短脈沖沖擊起爆感度試驗(yàn)、小尺寸強(qiáng)約束條件下的爆炸參數(shù)的測(cè)定和非理想爆轟條件下其他爆轟參數(shù)的測(cè)定。這些試驗(yàn)項(xiàng)目 , 彼此 之間的相互關(guān)系可用下面的框圖表示 2.傳爆藥安全性能綜合評(píng)價(jià) 以往對(duì)傳爆藥安全性能的評(píng)價(jià),只是按 GJB2178-1994 的規(guī)定進(jìn)行八項(xiàng)安全性能試驗(yàn) , 只要試驗(yàn)結(jié)果全部滿足標(biāo)準(zhǔn)中的判定準(zhǔn)則, 則認(rèn)為某一傳爆藥的安全性能符合要求。 (1) 沒(méi)有考慮可靠性與安全性之間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系 (2) 沒(méi)有考慮不周應(yīng)用條件下（即現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)度）是否可對(duì)安全性能有不同的要求 (3) 只是定性地進(jìn)行評(píng)價(jià)沒(méi)有從定量的角度進(jìn)行評(píng)價(jià)，因而實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能對(duì)被測(cè)試樣進(jìn)行安全性排序。 對(duì)傳爆藥安全性能進(jìn)行評(píng)價(jià)我們從兩個(gè)方面去考慮：一是傳爆藥的八項(xiàng)安全性能試驗(yàn)部分沒(méi)有通過(guò)，二是傳爆藥的八項(xiàng)安全性能全都通過(guò)。 顯然，對(duì)于前者，根據(jù)GJB2178-1994 的規(guī)定，如果傳爆藥的八項(xiàng)安全性能試驗(yàn)有一項(xiàng)或多項(xiàng)沒(méi)有通過(guò)；那么該傳爆藥的安全性能是不合格的。這樣的話就沒(méi)有必要再進(jìn)行其他的探討了。下面我們主要就第二個(gè)方面進(jìn)行研究，即傳爆藥安全性能試驗(yàn)全都通過(guò)的情況。 為克服原試驗(yàn)方法的不足，我們提出了如下的綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型： 式中α——傳爆藥的綜合危險(xiǎn)性系數(shù)(綜合感度特征值); fi——第 i 種安全性試驗(yàn)的權(quán)重值 αi——第 i 種安全性試驗(yàn)的危險(xiǎn)性系數(shù) , 其值的范圍限制在 0～1O; n =8。 1) 權(quán)重值的確定 I_fi表示第 i 種安全性試驗(yàn)的權(quán)重值, 其大小反映該項(xiàng)安全性試驗(yàn)的重要程度。I_fi值大，說(shuō)明該押環(huán)境條件占重要地位。Ifi值用下式求得: 式中 I_Dani --傳爆藥應(yīng)用條件的危險(xiǎn)性指數(shù); I_Ki-- 現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)度的 K 值指數(shù)。 (1) 危險(xiǎn)性指數(shù)I_Dani 的計(jì)算: 依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范 , 傳爆藥應(yīng)用的條件劃分為七個(gè)等級(jí) , 從中確定危險(xiǎn)性指數(shù)的取值 ,見(jiàn)表 4-22. 表 4-22 危險(xiǎn)性指數(shù)的取值 應(yīng)用條件危險(xiǎn)等級(jí) 危險(xiǎn)性指數(shù) 應(yīng)用條件危險(xiǎn)等級(jí) 危險(xiǎn)性指數(shù) A₁ 1 C_l 0.4 A₂ 0.9 C₂ 0.2 A₃ 0.8 D 0.1 B 0.6 (2)K值指數(shù)I_Ki 的確定： K 值的大小直接反映了傳爆藥應(yīng)用條件可控危險(xiǎn)部分的未受控程度。在此 , 把傳爆藥 看成是一個(gè)危險(xiǎn)單元 , I_Ki 按下面公式計(jì)算： 式中 K_min ----危險(xiǎn)單元的最小 K 值; K_max-----危險(xiǎn)單元的最大值。 2) 危險(xiǎn)性系數(shù) ( 感度特征值 ) α_i 的確定 參照有關(guān)文獻(xiàn)中對(duì)火炸藥感度特征值的計(jì)算方法 , 我們提出了傳爆藥八項(xiàng)安全性實(shí)驗(yàn)及傳爆藥 5s 爆發(fā)點(diǎn)的危險(xiǎn)性系數(shù)的計(jì)算公式。 (1) 靜電危險(xiǎn)性系數(shù) ( 靜電感度特征值 ) α_SE： αSE = A + B · U50%發(fā)火電壓 A 、B 值 , 以 100% 發(fā)火的最小電壓作為下限 , 取α值為10; 以 100% 都不發(fā)火的最大電壓作為上限 , 取α值為 0, 計(jì)算得到。 (2) 撞擊危險(xiǎn)性系數(shù)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?jǐn)?shù)。 (3) 摩擦危險(xiǎn)性系數(shù)α_f: α_f=0.1P_f 式中P_f ----擺錘 X(kg) 、擺角 90⁰ 、表壓 Z(Pa) 條件下的爆炸百分?jǐn)?shù)。 (4) 沖擊波危險(xiǎn)性系數(shù)α_SH: α_SH=A+B·L_{50% 發(fā)火隔板厚} A、 B 值 , 以 100% 發(fā)火的最大隔板厚為下限 ,取α值為 10；以 100% 不發(fā)火的最小隔板厚為上限 , 取α值為0, 計(jì)算得到。 (5) 真空安定危險(xiǎn)性系數(shù)的α_V ： 用維也里試驗(yàn)數(shù)據(jù)代表真空安定的危險(xiǎn)性 , 用下面公式計(jì)算得到 ： α_V =A+B·H 式中 H ---維也里試驗(yàn)總時(shí)間 ,h 。 A 、B 值 , 是在 100 ℃時(shí) , 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(jì)算得到。 (6 )撞擊易損危險(xiǎn)性系數(shù) ( 飛板感度特征值 ) α_FP α_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(fā)火的最小速度作為下限 , 取α值為 10；以 100% 不發(fā)火的最大速度作為上限 , 取α值為 0, 計(jì)算得到。 (7) 熱絲點(diǎn)火危險(xiǎn)性系數(shù)α_HS: α_HS=A+B·U_發(fā)火 A 、B 值 , 以 100% 發(fā)火的最小電壓作為下限 , 取α值為 1O;以 100% 不發(fā)火的最大電壓作為上限 , 取α值為 0, 計(jì)算得到。 (8) 熱可爆危險(xiǎn)性系數(shù)α曰 : α_HE=0.1P_i 式中 pi-- 試驗(yàn)規(guī)定條件下的爆炸百分?jǐn)?shù)。 利用上述模型我們可以計(jì)算得到傳爆藥應(yīng)用條件下的綜合危險(xiǎn)性系數(shù)。但是 , 按上面方法進(jìn)行傳爆藥的安全性評(píng)價(jià)仍存在一個(gè)問(wèn)題 , 即危險(xiǎn)性系數(shù)的計(jì)算公式中的有些參數(shù)無(wú)法或難以通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量得到 , 傳爆藥應(yīng)用條件下的可控或未受控程度也難以確定。也就是說(shuō) ,上述方法從理論上講是可行的 ,但在實(shí)際中難以操作。 鑒于這個(gè)問(wèn)題 ,我們提出這樣的解決辦法 : 從機(jī)械、電、熱的環(huán)境條件下選擇幾個(gè)有代表性的并能容易確定的危險(xiǎn)性系數(shù)α_i , 來(lái)確定傳爆藥的綜合感度特征值α, 即其危險(xiǎn)性系數(shù)。機(jī)械作用下取撞擊危險(xiǎn)性系數(shù)的或摩擦危險(xiǎn)性系數(shù)郵電感度情況取靜電危險(xiǎn)性系數(shù)α_se或電熱絲危險(xiǎn)性系數(shù)α_HE, 熱感度取 5s 爆發(fā)點(diǎn)危險(xiǎn)性系數(shù)α_E 或自燃點(diǎn)危險(xiǎn)性系數(shù)α_SI , 或 真空安定性危險(xiǎn)性系數(shù)的。同時(shí) , 引人相關(guān)系數(shù) R 來(lái)表示所選取的危險(xiǎn)性系數(shù)α_i與各自條件下的安全性試驗(yàn)之間的相關(guān)程度。 R 值大 , 表示兩者的相關(guān)程度大 ; 不相關(guān)的情況下 ,R 值為 O;自相關(guān) ,R 值為 1 。經(jīng)過(guò)這樣處理后的評(píng)價(jià)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(xiǎn)性系數(shù)的計(jì)算如下 : α_SJ=0.1P_SJ α_f =0.1P_f α_E =13.89-2.78 × 10^-2T_E α_V=10.959 - 0.137H 上述四個(gè)式子中的數(shù)據(jù)取自我國(guó)火炸藥手冊(cè)上的感度數(shù)據(jù) , 式中各參數(shù)的含義同前所述。計(jì)算危險(xiǎn)性飩的公式中的系數(shù)是將 5s 爆發(fā)點(diǎn)為 500 ℃時(shí)定為上限 , 并取其危險(xiǎn)系數(shù)為0;140 ℃作為下限 , 取危險(xiǎn)系數(shù)為10, 計(jì)算得到。α_V 的公式中的系數(shù)是在100 ℃時(shí)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(jì)算得到。 α的取值范圍在 0～10 之間。為便于傳爆藥安全性排序 , 我們給傳爆藥八項(xiàng)安全性能全都通過(guò)的情況下一個(gè)定值 60, 因而傳爆藥的現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)度為 : H=60 ×α 這樣的話 ,H 的取值范圍在 0～600 之間 ,H 值愈大 , 傳爆藥的安全性排序愈靠后 , 即愈危險(xiǎn)。 3. 傳爆藥可靠性評(píng)價(jià) 傳爆藥的可靠性檢測(cè) , 應(yīng)是檢測(cè)其在規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的能力 , 即本身被上一級(jí)火工品可靠起爆和它可靠起爆主裝藥 , 用可靠度來(lái)表示。在此我們只限討論傳爆藥的起 爆可靠度 P_R ?？煽慷?P_R 的計(jì)算可根據(jù) GJB376--1987 中 “火工品可靠性評(píng)估方法”的規(guī)定進(jìn)行估計(jì)。 1) 傳爆藥可靠度的估計(jì) 測(cè)量傳爆藥的起爆感度數(shù)據(jù) , 取樣本觀測(cè)值或觀測(cè)值作正態(tài)變換 , 其值按 GJB4882- 1985 《數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理和解釋 , 正態(tài)性檢驗(yàn)》做正態(tài)性檢驗(yàn)后 , 可合理地認(rèn)為服從正態(tài)分布 , 則可用正態(tài)統(tǒng)計(jì)容許限計(jì)算可靠度。 根據(jù)樣本統(tǒng)計(jì)值 n 、ⅹ^--、 S, 由給定的容許上限 Lu, 或下限 L_L 計(jì)算正態(tài)容許限系數(shù) Ku 或 K_L 在置信水平 Y 下 , 可靠度由下式?jīng)Q定： 式 (4-27) 來(lái)源于 GB4885--1985 《正態(tài)分布完全樣本可靠度單側(cè)置信下限》。如果要求同時(shí)滿足容許上限 Lu 和容許下限 L_L, 則分別用 Lu 和 L_L 計(jì)算可靠度 Ru 和R_L , 然后用下式計(jì)算可靠度R: R=Ru +R_L –1 (4-28) 2) 傳爆藥起爆可靠度的驗(yàn)證 用傳爆藥的起爆感度數(shù)據(jù) (50% 發(fā)火沖擊波感度數(shù)據(jù)) 來(lái)驗(yàn)證其發(fā)火 (不發(fā)火)可靠度。在臨界剌激量服從正態(tài)分布 ( 或變換后服從正態(tài)分布)的前提下用 GJB377-1987 《感度試驗(yàn)用升降法》或其他合理的統(tǒng)計(jì)方法 , 對(duì)臨界刺激量分布的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差作出估計(jì), 得到û和σ_σ^{^},根據(jù)û和σ_σ^{^} , 在一定置信水平下 , 按正態(tài)分布由平均臨界剌激量外推 , 驗(yàn)證在給定刺激量下的發(fā)火可靠度。為使外推合理 , 做如下規(guī)定 : (1) 升降法數(shù)據(jù)的有效性滿足 GJB377-1987 的規(guī)定。取σσ^的變異系數(shù)控制上限δ≤0.2. (2) 升降法試驗(yàn)中不發(fā)火的傳爆藥藥柱 , 應(yīng)以 2 倍全發(fā)火刺激量使其發(fā)火 , 如仍不發(fā)火 , 則該數(shù)據(jù)元效 , 應(yīng)重作。 (3) 用升降法數(shù)據(jù)外推估計(jì)的可靠度以 0.999 為限。 (4) 在總體分布未知時(shí) , 假定傳爆藥藥柱的臨界刺激量的分布為對(duì)數(shù)正態(tài)。 由升降法得到的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) n 、?、?、σ?、σ? , 根據(jù)給定的可靠度 , 在置信水平 Y 下 , 按式 (4-29) 、 (4-30) 計(jì)算最小全發(fā)火刺激量的估計(jì) IAFā 及最大不發(fā)火刺激量的估計(jì)INFā并 驗(yàn)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(jì)值 ; ?---σ的估計(jì)值 ; σ?---統(tǒng)計(jì)量? 的標(biāo)準(zhǔn)誤差 ; σ?---統(tǒng)計(jì)量?的標(biāo)準(zhǔn)誤差 ; IAF 一一最小全發(fā)火刺激量 ; INF 一一最大不發(fā)火刺激量。 式 (4-29) 、 (4-30) 中的 Up 是概率 P=R 的正態(tài)分位數(shù)。當(dāng)用對(duì)數(shù)正態(tài)分布計(jì)算時(shí) , 兩式中各變量先用對(duì)數(shù)單位計(jì)算 , 然后再求反對(duì)數(shù)。 按照上述方法驗(yàn)證了可靠度之后 , 再按下式計(jì)算傳爆藥藥柱發(fā)火的可靠度裕度系數(shù)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(xié)調(diào)是一項(xiàng)非常困難的工作 , 也很難做到用某一個(gè)式子 或模型來(lái)表達(dá)兩者之間的聯(lián)系 , 因?yàn)閮烧卟皇呛?jiǎn)單的積或和的關(guān)系。因此 , 我們堅(jiān)持這樣一個(gè)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(shí)際需要。