一、概述
安全問題是當(dāng)今社會最為人們關(guān)注的問題之一。煙花爆竹屬于高危行業(yè)，同其它行業(yè)的根本區(qū)別在于煙火藥的易燃易爆和瞬間能放出大量能量。從事煙花爆竹產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和使用的大多數(shù)人員并不了解煙火藥的燃爆性能，更可怕的是每年有不少新的、非常敏感且威力強(qiáng)的、未經(jīng)安全論證的煙火藥用于產(chǎn)品中，帶來極大安全隱患。國內(nèi)外目前對煙火藥的危險(xiǎn)性評估研究很少，本文探討從風(fēng)險(xiǎn)概念入手，通過測定煙火藥的輸入、輸出能量參數(shù)，然后對藥物進(jìn)行危險(xiǎn)性綜合評估并進(jìn)行分類定級，使人們根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果就能了解到煙火藥的危險(xiǎn)性特性，從而有針對性地采取安全管理和預(yù)防措施，有效地防止和減少安全事故的發(fā)生。
 
二、危險(xiǎn)性分類定級
1、分類：根據(jù)事故發(fā)生的可能性和事故造成后果的嚴(yán)重程度，將煙火藥的危險(xiǎn)性分為煙火藥物的感度危險(xiǎn)性和煙火藥物的嚴(yán)重度危險(xiǎn)性二類。
2、分級：根據(jù)煙火藥能量輸入?yún)?shù)和能量輸出參數(shù)的量值并按大小排序，將煙火藥感度的危險(xiǎn)性和煙火藥嚴(yán)重度的危險(xiǎn)性均分為五級。 煙火藥感度危險(xiǎn)性用大寫英文字母A、B、C、D、E表示，A表示危險(xiǎn)性最大，E表示危險(xiǎn)性最小。煙火藥嚴(yán)重度的危險(xiǎn)性用小寫英文字母a、b、c、d、e表示，a表示危險(xiǎn)性最大，e表示危險(xiǎn)性最小。
 
三、感度參數(shù)及測定方法
引起煙火藥燃燒爆炸的外界能量一般為機(jī)械能、熱能和電能，本文選擇摩擦感度、撞擊感度、爆發(fā)點(diǎn)、靜電火花感度來綜合評估煙火藥的感度危險(xiǎn)性。
1、摩擦感度
1.1、測試方法
柯茲洛夫擺式摩擦感度儀在國內(nèi)煙花爆竹檢測機(jī)構(gòu)中極其普及，因此優(yōu)先選擇該儀器的使用。但現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對摩擦感度的表征均采用爆炸概率法，該法對感度相近的煙火藥可以比較，但對爆炸概率為100%或?yàn)?的煙火藥，則感度不易區(qū)分開來，例如軍工硝和白光摩擦感度一般均為零，但比較不了誰更敏感。因此，采用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的方法對各藥物摩擦感度的大小不能進(jìn)行排序、比較、分級，需要對測定方法進(jìn)行改進(jìn)。新方法仍采用擺式摩擦感度儀，將擺角固定在70℃，通過上下調(diào)整壓力大小，測定煙火藥燃燒爆炸時(shí)的極限壓力，用極限壓力來表征摩擦感度，該升降法可以適用于所有感度的煙火藥。
以實(shí)際生產(chǎn)狀況比較接近的摩擦感度檢測方法是德國的BAM摩擦儀法，結(jié)果的表征采用極限荷重，該荷重就是直接作用于藥物上的壓力。因此，有條件的實(shí)驗(yàn)室可以選用BAM摩擦儀法。
1.2、危險(xiǎn)性分析與分級
煙火藥摩擦感度在國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中的合格判據(jù)是：在擺角70℃，表壓1.23Mpa時(shí)，若爆炸概率大于60%，則藥物不合格。表壓1.23Mpa根據(jù)摩擦感度儀的油缸活塞直徑和滑柱直徑的數(shù)值，換算成接觸在藥物上的正壓力，則是149N/mm²，也就是說作用于藥物上每平方毫米15公斤的力，引燃引爆藥物的概率在60%。實(shí)際生產(chǎn)過程中，15公斤力并不大，盛物容器的邊角、壓藥模具和手握工具的尖端作用在藥物上，以一定速度滑動(dòng)（根據(jù)能量轉(zhuǎn)換及守恒定律，可計(jì)算感度儀擺鍾打擊擊桿的速度約為2.6m/s），就可能引燃引爆藥物。因此，可以將摩擦感度分為五級，將極限壓力小于0.50Mpa定為高度敏感，賦值為5分，因?yàn)?.50Mpa相當(dāng)于6公斤的正壓力，手工敲擊、模具拖拉等都可能使藥物與物體或藥物與藥物之間（如裝禮花彈合球時(shí)，使勁敲打）產(chǎn)生摩擦而起爆；0.51-1.50Mpa定為敏感，賦值為4分；1.51-2.50Mpa定為一般，賦值為3分；2.51-3.50Mpa定為較鈍感，賦值為2分；而大于3.50Mpa則認(rèn)為該藥物鈍感，賦值為1分，因?yàn)?.50Mpa相當(dāng)于40多公斤的力，還需要尖端接觸藥物，并有一定的滑動(dòng)速度，才可能引爆藥物，工藝操作過程中出現(xiàn)這類情況很少。對每一級賦值，是為了下面對各感度進(jìn)行綜合評估。
2、撞擊感度
WL-1型立式落錘儀測定撞擊感度在國內(nèi)煙花爆竹檢測機(jī)構(gòu)中很普及。現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對撞擊感度的表征也采用爆炸概率法，不易對各藥物撞擊感度大小進(jìn)行排序、比較、分級。李渡煙花集團(tuán)檢測中心一直用小型的CGY-1型機(jī)械沖擊感度儀，采用升降法來測定煙火藥的撞擊感度，穩(wěn)定性、重現(xiàn)性較好，已對百余種藥物進(jìn)行了檢測排序。同上述摩擦感度一樣，可以按撞擊感度的數(shù)值大小分為五級，并賦值。
3、熱感度
表示熱感度的參數(shù)有爆發(fā)點(diǎn)、火焰感度、著火溫度等。這三個(gè)參數(shù)，一般國內(nèi)煙花爆竹檢測機(jī)構(gòu)都能測定，其中爆發(fā)點(diǎn)是一種經(jīng)典的表示熱感度的方法，爆發(fā)點(diǎn)越低，越容易受熱而自行燃燒或爆炸?；鹫ㄋ幍谋l(fā)點(diǎn)一般在140—550℃之間，在SN/T0306.4-2006標(biāo)準(zhǔn)中，爆發(fā)點(diǎn)的合格判據(jù)為等于或大于350℃。
差熱分析儀可用來測定著火溫度，該儀器廣泛應(yīng)用于測定物質(zhì)在熱反應(yīng)時(shí)的特征溫度及吸收或放出的熱量。SN/T0306標(biāo)準(zhǔn)中，著火溫度的合格判據(jù)為等于或大于180℃。
4、靜電火花感度
煙火藥一般是高絕緣物質(zhì)，在研制、生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過程中，都可能與工裝、容器、設(shè)備、包裝材料等介質(zhì)摩擦而產(chǎn)生靜電，因不易泄露，如果不采取有效措施，會使靜電電荷聚集，聚集的電荷表現(xiàn)出很高的靜電電位，一旦有放電條件就會產(chǎn)生火花放電，當(dāng)火花放電能量達(dá)到足以點(diǎn)燃煙火藥時(shí)，就會發(fā)生燃燒或爆炸事故。評價(jià)煙火藥的靜電危害應(yīng)包括兩個(gè)方面：一是煙火藥是否容易產(chǎn)生靜電，靜電帶電量有多大；二是煙火藥對靜電火花的敏感度如何。為了評定靜電火花感度的危險(xiǎn)性，引入煙火藥的最小靜電點(diǎn)火能E_min，設(shè)E_min=1/20E₅₀，E₅₀為靜電火花感度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)測出的50%發(fā)火能量，只要知道了E_min，再設(shè)法測出生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的最大靜電火花能（包括人體靜電火花）W，然后進(jìn)行比較，若W≤E_min，則認(rèn)為該環(huán)境下生產(chǎn)是靜電安全的。例如我們可對人體靜電放電危險(xiǎn)性粗略計(jì)算，設(shè)人體對地電容為C=200pF；人體對地靜電電壓為2000V；則人體所帶靜電電量為E=1/2CV²=1/2×200×10^-12×（2000）²=0.4mJ，換算成50%發(fā)火能量E₅₀，則為8mJ，也就是說，人體放電極有可能引燃50%發(fā)火能量小于8mJ的藥物，因此，可將50%發(fā)火能量小于10mJ的煙火藥定為最敏感。
靜電火花感度影響因素很多，與環(huán)境溫濕度、藥物狀態(tài)等有關(guān)，我們可以對使用的煙火藥進(jìn)行感度測定并排序。目前很多單位都在研究使用機(jī)械混藥，因藥物大多處于封閉狀況，一旦引爆，破壞性更大，很多機(jī)械設(shè)備安全評估中，都忽略了對煙火藥靜電火花感度和摩擦帶電量的測試。
四、輸出能量參數(shù)及方法
火炸藥發(fā)生燃燒爆炸對周圍設(shè)施造成的破壞主要是沖擊波、熱輻射和破片的作用?；鹫ㄋ幠芰枯敵鰠?shù)有爆熱（或燃燒熱）、爆速（燃速）、爆容（比容）、爆溫、爆壓；實(shí)際應(yīng)用中，還用到TNT當(dāng)量、作功能力和猛度。
1、TNT當(dāng)量
TNT當(dāng)量常用來表示炸藥的威力。火炸藥爆炸時(shí)的空氣沖擊波對人員和周圍設(shè)施破壞力最大。TNT當(dāng)量可以根據(jù)“AQ4105 煙火藥TNT當(dāng)量測定方法”直接測定，也可以根據(jù)能量相似原理，從爆熱或燃燒熱中獲得。例如，TNT的爆熱為4.17KJ/Kg，黑索金炸藥的爆熱為5.42KJ/Kg，則黑索金的當(dāng)量系數(shù)為5.42/4.17=1.3。
2、爆熱、爆容、爆溫、爆壓
煙火藥是自身含氧的高能材料，發(fā)生事故后能迅速釋放出大量熱能，因此爆熱是評定炸藥作功能力大小的重要標(biāo)志量，是煙火藥能量輸出的最重要參數(shù)之一，如果沒有大量的熱放出，化學(xué)變化本身就不可能繼續(xù)下去，就更不可能形成高溫、高壓、高能量密度的氣體而膨脹作功了。雖然爆容、爆溫、爆壓也是衡量煙火藥能量輸出的重要參數(shù)，但都不及爆熱對能量輸出的權(quán)重大，加上爆容、爆溫、爆壓的測定在大多數(shù)煙花爆竹檢測機(jī)構(gòu)還不具備檢測能力，因此本文中不作為能量輸出的評估參數(shù)。而選擇爆熱作為能量輸出的評估參數(shù)之一，測出爆熱后再換算成TNT當(dāng)量系數(shù)。
4、燃速
煙火藥主要以燃燒為主，在釋放的能量來不及散發(fā)或在密閉條件下，有可能轉(zhuǎn)變?yōu)楸蓟虮Z。燃速越快，能量越來不及散發(fā)，很易轉(zhuǎn)為爆燃、爆轟；另外，一旦藥物引燃著火，燃速太快，人員則來不及躲避。因此，燃速也是煙火藥能量輸出的最重要參數(shù)之一。煙火藥燃速的測定，國軍標(biāo)采用的是靶線法，藥物要壓成藥柱，操作也比較麻煩。在安全評估和實(shí)際應(yīng)用中，我們不需要測出的燃速精度很高，因此，可以采用藥槽測定燃速，在企業(yè)，該方法對煙火藥配藥質(zhì)量的檢驗(yàn)和對安全性能的了解很實(shí)用。對煙火藥燃速進(jìn)行比較，排序，應(yīng)采用同一規(guī)格的藥槽，最好標(biāo)準(zhǔn)化。
 
五、危險(xiǎn)性評估
1、用于煙火藥感度危險(xiǎn)性評估的參數(shù)選定為摩擦感度、撞擊感度、爆發(fā)點(diǎn)和靜電火花感度，各感度的測定方法有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，其中摩擦感度標(biāo)準(zhǔn)方法要做些修改，各試驗(yàn)結(jié)果按量值大小順序可進(jìn)行排序，從而可知道和比較各單項(xiàng)感度的危險(xiǎn)性大小。
2、用于煙火藥嚴(yán)重度危險(xiǎn)性評估的參數(shù)選定為TMT當(dāng)量和燃速。TMT當(dāng)量測定有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，燃速測定采用藥槽法，各試驗(yàn)結(jié)果按量值大小順序進(jìn)行排序比較。
3、綜合評估：感度參數(shù)有四種，每項(xiàng)感度值按大小順序分成5組，每組按照敏感性大小賦予一定的值（5，4，3，2，1），評估某煙火藥時(shí)，將測定的各感度分值相加可計(jì)算出綜合感度，然后進(jìn)行危險(xiǎn)性定級（A、B、C、D、E）。同樣可對煙火藥物的嚴(yán)重度危險(xiǎn)性定級（a、b、c、d、e）。
具體的評估方法，可參見由李渡煙花集團(tuán)負(fù)責(zé)起草的國家安全標(biāo)準(zhǔn)（AQ）“煙花爆竹 煙火藥危險(xiǎn)性分類定級方法”
 
六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表征
煙火藥樣品經(jīng)過感度測試和能量輸出參數(shù)測試并經(jīng)評估后，可得出各自的危險(xiǎn)性級別，然后用大小寫英文字母表示其危險(xiǎn)性綜合特征，并報(bào)出試驗(yàn)結(jié)果，如Aa、Cd等。Aa表示為該藥物非常敏感，受外界剌激極易燃燒爆炸，并且能量很大，燃速很快，藥物高度危險(xiǎn)；Cd表示該藥物感度危險(xiǎn)性中等，嚴(yán)重度危險(xiǎn)性偏低。
 
七、實(shí)例
1、黑火藥感度危險(xiǎn)性評估

感度參數(shù)	摩擦感度	撞擊感度	爆發(fā)點(diǎn)	靜電感度
試驗(yàn)數(shù)據(jù)	3．75 MPa	50 cm	489 ℃	0.06 J
分值	1	2	2	4
總分值	9
定級	C
危險(xiǎn)程度	中度危險(xiǎn)

2、黑火藥輸出能量危險(xiǎn)性評估

輸出能量參數(shù)	燃燒速度	TNT當(dāng)量系數(shù)
試驗(yàn)數(shù)據(jù)	5．6 cm/s	0．66
分值	4	3
總分值	7
定級	b
危險(xiǎn)程度	危險(xiǎn)

3、試驗(yàn)結(jié)果
黑火藥危險(xiǎn)性為Cb。表示感度危險(xiǎn)性中等，嚴(yán)重度危險(xiǎn)性偏高。