礼花厂安全卫生防护距离标准的研究*
作者：吴勇卫 王秋水 施瑾 邵强
单位：中国预防医学科学院环境卫生与卫生工程研究所，北京 100050
关键词：安全卫生防护距离；爆炸冲击波压强
礼花厂安全卫生防护距离标准的研究摘要 通过对礼花行业生产工艺、生产状况及生产过程中突发性事故发生的原因、危害后果的回顾性调查，总结出礼花行业这类含有特殊能量的生产企业在生产过程中危害因素种类、来源及其对周围环境及居住区的潜在影响；同时应用爆炸力学理论及对礼花厂火灾爆炸后果进行了回顾性评价。应用霍普金森标尺化定律，对礼花厂突发性事故造成的危害后果进行了定量评价，并提出礼花厂安全卫生防护距离的标准。
中图分类号 R136.37 TQ567.9
Study on standards for safe and health-protective zone in firework plant
, 百拇医药
Wu Yongwei, Wang Qiushui, Shi Jin, Shao Qiang
Institute of Environmental Health and Engineering, Chinese
Academy of Preventive Medicine, Beijing 100050, China
A retrospective investigation on technology and situation in the production of fireworks, the cause and hazard consequences of accidents in blossom firework enterprises was carried out. The risk factors and their origins, the potential effects on surrounding environments and residents, the manufacture processes producing special potential energy in these enterprises were summarized and assessed. In addition, the consequences of explosive fire accidents were assessed retrospectively by the principle of explosion mechanics and Hopkinson Scaling Law. The safe and health-protective zone of the blossom firework plant was suggested.
, 百拇医药
Key words: safe and health-protective zone, explosion of firework
制礼礼花厂安全卫生防护距离标准，关系到国家财产和工人生命安全，礼花厂这类企业的安全卫生防护距离标准研制，不可能进行现场试验来获得数据，主要通过对该类企业以往事故调查报告的大量收集，并对企业事故的原因及对周围环境影响的回顾性调查研究、综合分析。本文应用国际上通用的霍普金森标尺化定律评定爆炸物质危害范围，并参照相关防护距离标准，提出礼花厂的安全卫生防护距离标准[1～3]。
1 礼花厂危害因素来源
目前，我国的花炮已发展到千余种，根据花炮的运动形式、燃放效果将花炮分为十三大类，每类花炮生产工艺不同，十分复杂，但其基本工艺流程如下[4]：
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在生产过程中氧化剂与还原剂物质充分接触，当发生意外情况时会发生强烈化学反应，对周围居民及环境造成严重危害。礼花厂其它类产品依据产品的不同要求，生产工艺略有不同。礼花厂安全卫生防护距离标准的研制，必须考虑其产品的生产车间、产品仓库及半成品中转仓库。
礼花厂对周围居民区带来的特殊危害主要来自于礼花厂厂区各个生产车间及礼花产品仓库、半成品仓库、化学物质中转仓库、礼花产品燃放试验场。礼花厂在发生火灾或爆炸事故时，爆炸冲击波对周围居住区建筑设施产生的破坏效应及大量发生氧化反应的化学物质无组织排放对周围居住区大气环境的影响。在礼花产品试验场，礼花产品的常规燃放产生的大气污染物会对周围居住区大气产生长期影响。
2 危害因素的确定
礼花厂生产过程中，整个系统不可能在完全密闭下进行生产，也不能实现全部无人操作。生产过程总是存在一定的危险性和不确定性。事故发生的不确定性就是不能准确地预测事故发生的原因、地点、条件、预测产生危害的程度与影响范围，以及周围居民区及厂区内受到的影响范围。从分析事故发生的原因中看出，影响发生事故因素具有多样性，事故的发生是多种因素共同作用的结果。在礼花厂生产过程中，主要由人的因素、环境因素、管理因素、生产设备因素等几方面因素为主，对礼花厂生产、贮运及生产事故的发生起主导作用。
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2.1 人的因素
根据以往礼花厂事故原因分析表明人为失误导致事故占事故总数的70%～85%，在生产过程中，操作者的行为特性受环境条件制约。
2.2 环境因素
在礼花产品生产、存贮、运输过程中，发生燃烧或由燃烧导致爆炸事故的产生，多数是由于花炮药剂受到机械总能、摩擦而产生的热能或静电产生的电能激发出来的，因此，环境因素中特别要考虑爆炸物品周围条件的影响。
2.3 管理因素
生产过程中管理规程、制度建立、监察、指导及教育训练水平是管理的重要内容。生产过程事故发生率与管理因素密切相关。
2.4 生产设备因素
生产设备都有自身的使用期限。在生产设备自身运作时，同样不能保证所有设备及每一部件的相同设备完好率，在某一设备失效，发生误操作并未被操作人员发现时，可能造成事故的发生。礼花厂生产设备中特别是化学药剂的研磨设备、烘干设备及生产厂的电器设备均为礼花产品提供火源。这些设备使用不当及故障发生时会产生静电、放电、漏电、明火引发爆炸事故。
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3 确定危害因素影响范围及强度
3.1 制定标准的理论依据
礼花厂发生特大型火灾爆炸事故，属于稀少事件，其特征是事故发生的机率很小，但是事故发生后，危害很大，造成人员、财产的损失巨大。通过分析，将危险按发生频率分为10类，如表1所示。并对礼花厂工艺中各类设备进行危险来源校验，依据事故发生的概率，决定事故发生时周围环境及人员承受的周围环境及人员承受风险度。
表1 危险来源出现的频率分级
危险频率
1
2
3
4
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5
6
7
8
9
10
年/次
100～
100
50
25
10
5
2
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1
0.5
～0.5
次/年
～0.01
0.01
0.02
0.04
0.10
0.20
0.5
1.0
2.0
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2.0～
在标准研制过程中，我们以10年不遇的事故为例，确定事故发生的概率如下式： np<0.1次/年
式中，n——应验次数；
p——事件发生的概率
稀少事件周围环境及人员承受风险度用下式表达：
FD=[np/(1-p]1/2np
式中：FD——周围环境及人员承受风险度值
周围环境及人员承受危险度FD值为：
FD≈(np)1/2/np=1/(np)1/2
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如果应验次数n=1时按公式绘制周围环境及人员承受危险度通用曲线图(如附图)。
附图 二项分布周围环境及人员承受风险度通用曲线
在稀少事件危险分析中，没有考虑由于人为破坏、敌对行为、战争、雷击、地震、飓风、水灾等情况带来的危险。
在危害因素影响范围及强度研究中，应用国际上通用的霍普金森标尺化定律，对有害物质进行危害范围评定。
霍普金森标尺化定律(Hopkinson Scaling Law)[5，6]
λ=RL/QB1/3
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式中，λ——标尺化距离；(m/QB1/3)
RL——从爆炸中心到受危害点的距离，m；
QB——爆炸物量，kg,TNT当量值。
爆炸冲击波压强按下式计算：
ΔP=a.λb
式中，Δp——爆炸冲击波压强，kgf/cm2；
a,b——计算系数[5]
爆炸中心至受危害点距离与爆炸冲击波压强间的关系如公式：
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RL=(QB)1/3.(Δp/a)1/b
爆炸由以往现场实验可以得到爆炸冲击波压强造成的危害后果。
4 礼花厂安全卫生防护距离标准制定
礼花厂安全卫生防护距离标准值的确定，首先以事故危害程度作为制定依据，从爆炸冲击波压强(ΔP表示)危害后果评定表中，选择ΔP=1.0kPa作为制定标准的依据，在这个冲击波压强限值下，周围环境比较安全，依据此限制值，并应用霍普金森标尺化定律规定礼花厂(包括仓库区)安全卫生防护距离标准值：
表2 礼花厂安全卫生防护距离标准值
贮存药量(kg)
安全卫生防护距离(m)
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500
600
1000
700
2000
900
3000
1000
在礼花厂安全卫生防护距离标准中，贮存药量指礼花产品及生产工艺过程中所有能够同时发生爆炸的烟火药剂量的TNT当量。为衡量这些化学药品爆炸能力，并使之统一为一种标准，我们采取目前广泛使用的爆炸物TNT当量标准来统一比较化学药品的爆炸能力。以各工艺爆炸物TNT当量值之和，确定安全卫生防护距离标准。对于特大型厂，其安全卫生防护距离无具体确定值时，按其实际爆炸物量生产使用量，经过有关部门的评价，确定该厂的实际安全卫生防护距离值。
, 百拇医药
礼花厂除生产区、仓库区外，一般设有产品燃放试验场，以检验产品质量及试验新产品燃放效果。礼花厂产品燃放试验场属于大气污染物常规间断性排放，属于无组织排放，它的大气污染物为硫氧化物、氮氧化物及多种多样化学生成物。其安全卫生防护距离标准按照600m标准执行。
* 卫生部标准委员会环境卫生分委会资助课题
作者简介：吴勇卫，男，大学，助理研究员
参考文献
[1] GB/T 17222—1998 煤制气厂卫生防护距离标准
[2] GB11652-89 烟花爆竹劳动安全技术规程
[3] GB50161-92 烟花爆竹工厂设计安全规范
[4] 农业部乡镇企业局编.花炮安全生产技术.北京：劳动人事出版社，1989
[5] 孙炳常.论液化石油气蒸汽云和火球爆燃事故的危害.城市煤气，1989，718—723
[6] 李翼祺，马素贞. 爆炸力学.北京：科学出版社，1992
(1998-10-10收稿), http://www.100md.com
单位：中国预防医学科学院环境卫生与卫生工程研究所，北京 100050
关键词：安全卫生防护距离；爆炸冲击波压强
礼花厂安全卫生防护距离标准的研究摘要 通过对礼花行业生产工艺、生产状况及生产过程中突发性事故发生的原因、危害后果的回顾性调查，总结出礼花行业这类含有特殊能量的生产企业在生产过程中危害因素种类、来源及其对周围环境及居住区的潜在影响；同时应用爆炸力学理论及对礼花厂火灾爆炸后果进行了回顾性评价。应用霍普金森标尺化定律，对礼花厂突发性事故造成的危害后果进行了定量评价，并提出礼花厂安全卫生防护距离的标准。
中图分类号 R136.37 TQ567.9
Study on standards for safe and health-protective zone in firework plant
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Wu Yongwei, Wang Qiushui, Shi Jin, Shao Qiang
Institute of Environmental Health and Engineering, Chinese
Academy of Preventive Medicine, Beijing 100050, China
A retrospective investigation on technology and situation in the production of fireworks, the cause and hazard consequences of accidents in blossom firework enterprises was carried out. The risk factors and their origins, the potential effects on surrounding environments and residents, the manufacture processes producing special potential energy in these enterprises were summarized and assessed. In addition, the consequences of explosive fire accidents were assessed retrospectively by the principle of explosion mechanics and Hopkinson Scaling Law. The safe and health-protective zone of the blossom firework plant was suggested.
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Key words: safe and health-protective zone, explosion of firework
制礼礼花厂安全卫生防护距离标准，关系到国家财产和工人生命安全，礼花厂这类企业的安全卫生防护距离标准研制，不可能进行现场试验来获得数据，主要通过对该类企业以往事故调查报告的大量收集，并对企业事故的原因及对周围环境影响的回顾性调查研究、综合分析。本文应用国际上通用的霍普金森标尺化定律评定爆炸物质危害范围，并参照相关防护距离标准，提出礼花厂的安全卫生防护距离标准[1～3]。
1 礼花厂危害因素来源
目前，我国的花炮已发展到千余种，根据花炮的运动形式、燃放效果将花炮分为十三大类，每类花炮生产工艺不同，十分复杂，但其基本工艺流程如下[4]：
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在生产过程中氧化剂与还原剂物质充分接触，当发生意外情况时会发生强烈化学反应，对周围居民及环境造成严重危害。礼花厂其它类产品依据产品的不同要求，生产工艺略有不同。礼花厂安全卫生防护距离标准的研制，必须考虑其产品的生产车间、产品仓库及半成品中转仓库。
礼花厂对周围居民区带来的特殊危害主要来自于礼花厂厂区各个生产车间及礼花产品仓库、半成品仓库、化学物质中转仓库、礼花产品燃放试验场。礼花厂在发生火灾或爆炸事故时，爆炸冲击波对周围居住区建筑设施产生的破坏效应及大量发生氧化反应的化学物质无组织排放对周围居住区大气环境的影响。在礼花产品试验场，礼花产品的常规燃放产生的大气污染物会对周围居住区大气产生长期影响。
2 危害因素的确定
礼花厂生产过程中，整个系统不可能在完全密闭下进行生产，也不能实现全部无人操作。生产过程总是存在一定的危险性和不确定性。事故发生的不确定性就是不能准确地预测事故发生的原因、地点、条件、预测产生危害的程度与影响范围，以及周围居民区及厂区内受到的影响范围。从分析事故发生的原因中看出，影响发生事故因素具有多样性，事故的发生是多种因素共同作用的结果。在礼花厂生产过程中，主要由人的因素、环境因素、管理因素、生产设备因素等几方面因素为主，对礼花厂生产、贮运及生产事故的发生起主导作用。
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2.1 人的因素
根据以往礼花厂事故原因分析表明人为失误导致事故占事故总数的70%～85%，在生产过程中，操作者的行为特性受环境条件制约。
2.2 环境因素
在礼花产品生产、存贮、运输过程中，发生燃烧或由燃烧导致爆炸事故的产生，多数是由于花炮药剂受到机械总能、摩擦而产生的热能或静电产生的电能激发出来的，因此，环境因素中特别要考虑爆炸物品周围条件的影响。
2.3 管理因素
生产过程中管理规程、制度建立、监察、指导及教育训练水平是管理的重要内容。生产过程事故发生率与管理因素密切相关。
2.4 生产设备因素
生产设备都有自身的使用期限。在生产设备自身运作时，同样不能保证所有设备及每一部件的相同设备完好率，在某一设备失效，发生误操作并未被操作人员发现时，可能造成事故的发生。礼花厂生产设备中特别是化学药剂的研磨设备、烘干设备及生产厂的电器设备均为礼花产品提供火源。这些设备使用不当及故障发生时会产生静电、放电、漏电、明火引发爆炸事故。
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3 确定危害因素影响范围及强度
3.1 制定标准的理论依据
礼花厂发生特大型火灾爆炸事故，属于稀少事件，其特征是事故发生的机率很小，但是事故发生后，危害很大，造成人员、财产的损失巨大。通过分析，将危险按发生频率分为10类，如表1所示。并对礼花厂工艺中各类设备进行危险来源校验，依据事故发生的概率，决定事故发生时周围环境及人员承受的周围环境及人员承受风险度。
表1 危险来源出现的频率分级
危险频率
1
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5
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年/次
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次/年
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0.02
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0.5
1.0
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2.0～
在标准研制过程中，我们以10年不遇的事故为例，确定事故发生的概率如下式： np<0.1次/年
式中，n——应验次数；
p——事件发生的概率
稀少事件周围环境及人员承受风险度用下式表达：
FD=[np/(1-p]1/2np
式中：FD——周围环境及人员承受风险度值
周围环境及人员承受危险度FD值为：
FD≈(np)1/2/np=1/(np)1/2
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如果应验次数n=1时按公式绘制周围环境及人员承受危险度通用曲线图(如附图)。
附图 二项分布周围环境及人员承受风险度通用曲线
在稀少事件危险分析中，没有考虑由于人为破坏、敌对行为、战争、雷击、地震、飓风、水灾等情况带来的危险。
在危害因素影响范围及强度研究中，应用国际上通用的霍普金森标尺化定律，对有害物质进行危害范围评定。
霍普金森标尺化定律(Hopkinson Scaling Law)[5，6]
λ=RL/QB1/3
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式中，λ——标尺化距离；(m/QB1/3)
RL——从爆炸中心到受危害点的距离，m；
QB——爆炸物量，kg,TNT当量值。
爆炸冲击波压强按下式计算：
ΔP=a.λb
式中，Δp——爆炸冲击波压强，kgf/cm2；
a,b——计算系数[5]
爆炸中心至受危害点距离与爆炸冲击波压强间的关系如公式：
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RL=(QB)1/3.(Δp/a)1/b
爆炸由以往现场实验可以得到爆炸冲击波压强造成的危害后果。
4 礼花厂安全卫生防护距离标准制定
礼花厂安全卫生防护距离标准值的确定，首先以事故危害程度作为制定依据，从爆炸冲击波压强(ΔP表示)危害后果评定表中，选择ΔP=1.0kPa作为制定标准的依据，在这个冲击波压强限值下，周围环境比较安全，依据此限制值，并应用霍普金森标尺化定律规定礼花厂(包括仓库区)安全卫生防护距离标准值：
表2 礼花厂安全卫生防护距离标准值
贮存药量(kg)
安全卫生防护距离(m)
, 百拇医药
500
600
1000
700
2000
900
3000
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在礼花厂安全卫生防护距离标准中，贮存药量指礼花产品及生产工艺过程中所有能够同时发生爆炸的烟火药剂量的TNT当量。为衡量这些化学药品爆炸能力，并使之统一为一种标准，我们采取目前广泛使用的爆炸物TNT当量标准来统一比较化学药品的爆炸能力。以各工艺爆炸物TNT当量值之和，确定安全卫生防护距离标准。对于特大型厂，其安全卫生防护距离无具体确定值时，按其实际爆炸物量生产使用量，经过有关部门的评价，确定该厂的实际安全卫生防护距离值。
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礼花厂除生产区、仓库区外，一般设有产品燃放试验场，以检验产品质量及试验新产品燃放效果。礼花厂产品燃放试验场属于大气污染物常规间断性排放，属于无组织排放，它的大气污染物为硫氧化物、氮氧化物及多种多样化学生成物。其安全卫生防护距离标准按照600m标准执行。
* 卫生部标准委员会环境卫生分委会资助课题
作者简介：吴勇卫，男，大学，助理研究员
参考文献
[1] GB/T 17222—1998 煤制气厂卫生防护距离标准
[2] GB11652-89 烟花爆竹劳动安全技术规程
[3] GB50161-92 烟花爆竹工厂设计安全规范
[4] 农业部乡镇企业局编.花炮安全生产技术.北京：劳动人事出版社，1989
[5] 孙炳常.论液化石油气蒸汽云和火球爆燃事故的危害.城市煤气，1989，718—723
[6] 李翼祺，马素贞. 爆炸力学.北京：科学出版社，1992
(1998-10-10收稿), http://www.100md.com