摘要： 镁铝粉尘爆炸事故是典型的金属粉尘爆炸事故，也是造成二次爆炸事故威力最大的伤亡损失事故之一。在基于分析镁铝粉尘燃烧爆炸机理的基础上，运用事故树分析法对镁铝粉尘爆炸的原因事件进行分析。通过镁铝金属粉尘爆炸事故树的最小径（割）集和结构重要度分析，主要从防止金属粉尘积聚到爆炸极限和防止金属粉尘遇到点火源两处方面提出了预防镁铝金属粉尘爆炸事故的对策措施，为了更好地预防镁铝金属粉尘爆炸事故地发生、实施安全生产管理提供技术支持和参考依据。
Abstract： Magnesium-aluminum-dust-explosion accident mainly refers to metal dust explosion accident and is one of the powerful accidents causing casualties when the secondary explosion occurs. Based on the analysis of magnesium-aluminum-dust-explosion combustion mechanism， this paper analyzs the causes of the acciddents of magnesium-aluminium-dust-explosions via fault tree analysis.According to the analysis of minimal path sets and structure importance of magnesium aluminum dust explosion fault tree，countermeasures to prevent dust explosion are presented concerning prevention of dust accumulation to explosion limit and preventing dust from contacting ignition source. The concrete prevention measures are also presented.
关键词： 镁铝粉尘；爆炸；事故树；安全；事故预防
Key words： magnesium-aluminum-dust；explosions；fault tree；safety；accident prevention
中图分类号：X932 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）29-0045-04
0 引言
2014年8月2日，昆山市中荣金属制品有限公司的抛光车间发生一起粉尘爆炸事故[1]。案件截止14日时，已酿成75人死亡和185人受伤的悲惨局面，后经确认是汽车铝合金轮毂抛光产生的镁铝金属粉尘诱发的一起特别重大事故。此次事故是我国历史上造成人员伤亡最多、最重的金属工业粉尘爆炸事故。
然而不止一次血淋淋的事故告诫人们金属粉尘（如镁、铝、镁铝合金等）也会爆炸，而且后果往往极其严重。随着我国工业的快速发展，来自粉尘爆炸的事故在一定时期内还会存在。
本文以镁铝金属粉尘为研究对象，利用布尔代数法和行列法求镁铝粉尘爆炸事故树的最小径（割）集和结构重要度分析，并为防止镁铝粉尘爆炸的发生寻找控制事故发生的最佳方案，为更好地预防镁铝粉尘爆炸事故的发生、实施安全生产管理提供技术支持和参考依据。
1 镁铝金属粉尘爆炸机理
1.1 粉尘爆炸的条件
铝、镁粉粉尘极易引起火灾、爆炸事故，而且在一定的空间内通常空气中悬浮的铝镁粉尘有很大可能会发生扩散型二次爆炸，并且危害极大。一般粉尘颗粒越小，越易发生燃烧。
1.2 铝镁粉尘的燃烧爆炸机理
①当铝镁金属被加工成微小的颗粒后，其接触空气中的总表面积随着粒径的变小而增大，那么粉末停留在空中的时间就会持续，进而造成粉尘燃烧的途径就越多，发生爆炸的机率也增多。
②铝镁金属形成粉末后，在空气中其与氧的化学活性增强，那么发生爆炸的危险性也就变大，其反应式为：
2Mg+O2=2MgO 4Al+3O2=2Al2O3
利用竖直式爆管的实验[2]可了解到：第一步当爆管内局部悬浮的粉尘遇到一定热量后表面温度迅速升高；第二步受热的粉粒向四周散发可燃气体；第三步气体在爆管内与氧混合后燃烧，随后造成周边的粉粒受热汽化促使燃烧面积增大，另外镁、铝在潮湿的环境下也会发生化学反应生成可燃性气体，如下反应式：
Mg+2H2O=Mg（OH）2+H2↑
2Al+6H2O=2Al（OH3）+3H2↑
最后，如此循环持续地燃烧，加快了粉粒的反应速度，进而导致爆炸的产生，其爆炸过程如图1所示。
2 镁铝金属粉尘事故树分析
2.1 事故树分析方法概述[3]
事故树分析法是安全界最经济的分析法之一。它能直接简洁扼要表达事故的因果关系，给人逻辑清晰的感觉。使用该方法首先要熟悉并确立所要分析的系统，其次要搞清楚所要调查的对象（即为顶上事件）的各个相关联的底事件（也叫基本事件）之间的因果关联，而后用逻辑符号（与门、或门等）逐级把各事件连接起来，直至最后即得树状图，最后据此图可对顶上事件进行定性和定量分析计算得出研究结论。通过计算最小径（割）集，寻求消除危险的根源，再通过分析比较结构重要度的大小，根据轻重缓急制定防范重点和渠道，以便及时有效断开事故链达到根除事故的目的。
2.2 镁铝粉尘爆炸事故树的建立
由事故树分析法判断可知，人们不期望的事件就是发生爆炸事故，则我们把镁铝粉尘爆炸作为顶上事件。而致使顶上事件的发生离不开基本两个事件（点火源M2和粉尘积聚M3），且这两个事件在遇到受限空间内形成粉尘空气混合物后并达到其爆炸极限（X1）时就会引发爆炸。即存在点火源而未存在粉尘积聚，则就不会发生爆炸，反过来亦是如此，所以用逻辑与门将他们连接起来。这样推出各个事件并层层分析出事故发生的因果关联，最终将它们用逻辑符号连接即可。
本文综合考虑了38个基本事件，图2中所代表的各基本事件详见表1事故树事件表。
3 事故树分析
事故树编制完成后需要列出函数表达式对其求解，通过计算事故树的最小割（或径）集，确立各基本事件的结构重要度，目的在于寻找危险根源。
3.1 用布尔代数法求事故树的最小割集
利用布尔代数运算法则将事故树结构函数进行化简整合求出镁铝粉尘爆炸的最小割集。则图2所示的事故树的结构函数为：
T=X1M2M3
=X1（M2+M4+M5）（M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12）
=X1（X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10）（X11+X12+X13+X14+X15+X16+X17+X18+X19+X20+X21+X22+X23+X24+X25+X26+X27+X28+X29X30X31+X32+X33+X34+X35+X36+X37+X38）
割集数目的多少决定系统危险程度，用布尔代数法分解上式并化简后的结果有243个最小割集，表明该研究的对象的顶上事件发生可能性越大，镁铝粉尘发生爆炸的因素就越多，系统越不稳定。因最小割集数目太多，计算分析较繁琐，所以宜从最小径集着手分析。
3.2 用行列法求事故树的最小径集
求所需的最小径集，必须根据原事故树通过一系列转换成如图3所示其对偶的成功树。
根据成功树的结构，结合布尔代数法，利用行列法对其求解：
T→X■■M■■M■■→X■■M■■M■■M■■M■■M■■M■■M■■M■■M■■M■■→X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■→
X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■X■■
由此可得原事故树有5个最小径集：
P1={X1}
P2={X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10}
P3={X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21，X22，X23，X24，X25，X26，X27，X28，X29，X32，X33，X34，X35，X36，X37，X38}
P4={X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21，X22，X23，X24，X25，X26，X27，X28，X30，X32，X33，X34，X35，X36，X37，X38}
P5={X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21，X22，X23，X24，X25，X26，X27，X28，X31，X32，X33，X34，X35，X36，X37，X38}
3.3 结构重要度求解[4]
根据结构重要度定义判断可知，需寻求各个事件的重要度，它的大小决定着顶上事件的严重程度。
由于X1是单个最小径集，所以I？准 （1）为最大。又因为X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10属于P2，所以I？准 （2）=I？准 （3）=I？准 （4）=I？准 （5）=I？准 （6）=I？准 （7）=I？准 （8）=I？准 （9）=I？准 （10）；而X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，X20，X21，X22，X23，X24，X25，X26，X27，X28，X32，X33，X34，X35，X36，X37，X38同位于等数目的P3、P4、P5中，所以I？准 （11）=……=I？准 （28）=I？准 （32）=……=I？准 （38）；而X29，X30，X31所在的集合中数目均相等，则I？准 （29）=I？准 （30）=I？准 （31）。故只需求出I？准 （2）、I？准 （11）、I？准 （29）即可得出各基本事件的重要度排序。由I？椎 （i）=■■可计算。
式中：I？椎 i- 基本事件Xi重要度系数近似判断值；
Pi-包含Xi的所有最小径集；
ni-为第i个基本事件所在Pi中各基本事件的总数目。
则I？准 （2）=0.003906250000
I？准 （11）=0.000000089407
I？准 （29）=0.000000029802
可得出（径集）结构重要度排列如下：
IΦ （1）〉I？准 （2）=I？准 （3）=I？准 （4）=I？准 （5）=I？准 （6）=I？准 （7）=I？准 （8）=I？准 （9）=I？准 （10）〉I？准 （11）=I？准 （12）=I？准 （13）=I？准 （14）=I？准 （15）=I？准 （16）=I？准 （17）=I？准 （18）=I？准 （19）=I？准 （20）=I？准 （21）=I？准 （22）=I？准 （23）=I？准 （24）=I？准 （25）=I？准 （26）=I？准 （27）=I？准 （28）=I？准 （32）=I？准 （33）=I？准 （34）=I？准 （35）=I？准 （36）=I？准 （37）=I？准 （38）〉I？准 （29）=I？准 （30）=I？准 （31）
3.4 结果分析
①由以上分析，事故树中或门个数占巨多，可知很大一批单个底事件均有输出。如除尘不干净（X2）就会导致粉尘积聚的发生（M3）；吸烟（X12）就会导致点火源（M2）的存在。而剩余的与门的个数只占10%之多，仅仅有少数的个别底事件同时发生才有输出。所以，从以上比例来看可知镁铝粉尘爆炸的概率较大。
②从最小割集上看，由于最小割集共有243组，说明有243种可能诱发镁铝粉尘爆炸的路径，这预示着镁铝粉尘爆炸的可能性极大。
从以上所列的（径集）基本事件重要度顺序可以说明以下几点：
①引起镁铝金属粉尘达到爆炸极限的重要度最大，同样诱发顶上事件的发生概率也最大；
②镁铝金属粉尘积聚也是诱发顶上事件的重要因素，它对其顶事件影响仅次于第一事件；
③再者就是点火源的控制，虽说这些事件造成镁铝粉尘自燃的结构重要度最小，但也不容忽视。
4 对策措施
为了更好地预防并根除事故隐患，防止顶上事件的发生可按照结构重要度大小根据轻重缓急制定一系列对策措施，减少不必要的损失。
4.1 防止粉尘积聚到爆炸极限
防止镁铝金属粉尘积聚而达到爆炸点是诱发爆炸的原因之一，也是预防粉尘爆炸的关键，所以关键是如何使空气中的粉粒降到爆炸范围之外。针对此问题提出以下几点措施[5]：①保持工作面的清洁，注意采取负压吸尘的方法消除粉尘，发现粉尘积聚及时处理；②使用排风效果好的设备（必要时采取一用一备的通风机）保持工作场所的足够通风量，及时去除残留的镁铝金属粉尘，使之降到爆炸点之外；③对特殊设备实施密闭性，防止过量粉尘积聚在某一角落，必要时在工作场所设置金属粉粒浓度超标自动检测报警装置。
4.2 防止粉尘遇到点火源
这方面技术措施主要是禁止一切能引发镁铝金属粉粒的助燃剂及引燃剂，概括如下几点：
①加强隔爆、防爆措施。例如把易爆炸危险的物质与不易爆炸的物质按照国家标准设置安全距离或修筑防爆墙阻挡，在这种场合使用防爆型开关及灯具等；
②在易发生漏电的场所配置正规的静电消除器；
③禁止在爆炸性粉尘场所使用携带式电气设备；
④防止生产场所发生摩擦与撞击，禁止恶意敲打金属及穿带订的鞋子；
⑤车间地坪材料要符合金属加工行业的规范要求，另必须设有有效的避雷装置；
⑥为避免引起自燃应控制采暖载热体温度在150℃以下等。
5 结束语
综上，根据粉尘爆炸机理，利用FTA分析法合理分析镁铝粉尘爆炸可能的各种因素，既能全面地论述各基本事件间因果关联又能对金属粉尘事故的发生进行系统的分析判断，并为根除镁铝等金属粉尘爆炸的发生寻求最经济的方案。这种方法可供从事金属抛光等易产生粉尘场所的安全管理的同行参考借鉴。该法不足之处若系统过于繁琐，不利于把握重点。
参考文献：
[1]多英全，刘垚楠，胡馨升，等.2009～2013年我国粉尘爆炸事故统计分析研究[J].中国安全生产科学技术，2015（2）：186-190.
[2]张小涛，胡双启.镁铝粉尘爆炸与防护措施研究[J].机械管理开发，2012（1）：66-67，70.
[3]顾文婷，李超，毕中毅.基于事故树分析法的长输管道泄漏因素分析[J].石油工业技术监督，2010，26（4）：19-24.
[4]沈斐敏.安全系统工程理论与应用[M].北京：煤炭工业出社，2001：33-52.
[5]袁丽丽，李孜军，贺兵红.粮食粉尘爆炸事故树分析[J].工业安全与环保，2007，33（5）：53-55，44.
