基于FSA理论内河海事艇自身防爆设施配备研究＊

2013-11-04蔡忠清苏瑞明王凤鸣周建民

交通信息与安全 2013年2期

蔡忠清苏瑞明王凤鸣周建民

（1.嘉兴市港航管理局浙江嘉兴 413001；2.嘉兴市金航船舶设计有限公司浙江嘉兴 413001）

0 引言

随着国家海事局关于《海事巡航救助一体化建设指导意见》的出台及我国危险品码头规模化、集约化的发展，内河海事艇在巡航、执法或救助等过程中面临的工况将更加复杂，机舱或电气设备的故障都可能引起爆炸事故，甚至威胁危险品港区的安全。因此，为防止海事艇自身在可能出现的爆炸性环境中发生或引发爆炸，应要求其所使用设施满足相应的防爆等级或采取必要的防爆措施，以保障自身安全和巡航救助任务的顺利开展。

1 海事艇自身防爆发展现状

目前，内河船舶自身防爆的研究主要集中在油船、散化船和液货船等危险品船舶电气设备上，如刘慧群［1］考虑了内河油船电气设计中的防爆问题，赵思连［2］探讨了内河散化船危险区域划分与防爆电气设备选择，徐允［3］对舰船机舱火灾爆炸危险源辨识方法进行研究等，也包含了船用防爆电缆［4］、LED 防爆灯［5］、防爆声光报警器［6］等防爆设施上取得的专利成果。为了考虑部分海事艇接触一级油船及在油化区等高风险区巡航任务的需要，国内部分海事艇按《内河船舶法定检验技术规则》［7］和《内河高速船入级与建造规范》［8］等技术规范的要求，开始逐步重视电气设备的防爆要求，但总体上在防爆方面考虑甚少，也缺乏防爆设施配备方面的相关研究。

2 海事艇自身防爆风险识别与评估

2.1 FSA理论应用可行性分析

综合安全评估（FSA）［9］是1 种结构化和系统化的分析方法，是国际海事组织（IMO）和国际船级社协会（IACS）推荐的风险评估方法之一，已广泛运用于航运安全管理、船舶工程设计等领域。FSA 运用主要分为5 个步骤：危险识别、风险评估、风险控制方案、费用与效益评估和对决策的建议。分析海事艇自身爆炸事故诱发因素，其具有系统性和广泛性特点，且已有相关统计数据极少，很多因素只能用一些模糊概念来表示。因此，在缺乏历史数据的情况下，结合事故树分析法，综合评估海事艇自身防爆设施配备的安全性、经济性和实用性，能够体现以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性。

2.2 爆炸风险源识别

在海事艇自身防爆的研究中，主要涉及物理性爆炸和化学性爆炸，其中化学性爆炸事故必须具备爆炸性物质、氧气和点燃源3个条件，而对爆炸性物质和点燃源的识别与控制是防范海事艇爆炸事故的重要手段。

内河海事艇爆炸性物质主要为自身所载燃料及外界爆炸性物质泄漏扩散产生，点燃源主要为船舶电气设备及其操作产生。外界爆炸源主要产生于船舶、码头上的危险品泄漏事故，受气流影响，事故现场或港区的空气中将弥漫一定浓度的爆炸性粉尘、气体等物质，这些粉尘气体物质在一定的条件下会逐步积聚而形成爆炸性环境，如王振［10］等人对我国某港口液化石油气（LPG）接卸码头进行模拟研究，结果表明根据泄漏的程度和外界环境的变化，达到爆炸的浓度范围可超过100m，若遇到任何明火或火花都有可能引发爆炸。因此，对于巡航救助的海事艇来说，不仅自身安全受到威胁，而且可能成为1个事故放大因子，扩大泄漏事故造成的损失和影响。

另外，一旦遇到汽油船机器故障等需要拖带、顶推救助的危险局面时，未考虑防爆的海事艇将面临潜在威胁，难以开展救助行动。

2.3 海事艇自身爆炸事故树的绘制

运用事故树方法需充分调查或分析造成顶上事件T（海事艇爆炸事故）的各种原因，然后利用作图法把表示事故树事件、原因的各种符号和连接逻辑门组合成1个逻辑框图，表明引发海事艇爆炸事故的逻辑关系。本文结合浙北航区水上危险品运输的特点，调查区域内易燃易爆货物的种类及分布，分析海事艇在巡航救助中已经或可能遇到的风险，绘制出内河海事艇自身爆炸原因事故树分析图，见图1。

图1 内河海事艇自身爆炸原因事故树分析Fig.1 The Fault Tree Analysis of the self－explosion of Inland Marine boat

图中符号涵义：T－海事艇爆炸事故；A1－爆炸性物质达到爆炸极限；A2－点燃源；S－空气；B1－爆炸性物质泄漏；B2－未发现险情；B3－火花；B4－静电；B5－撞击；B6－高温；C1－外界泄漏物质；C2－自身燃料泄漏；C3－自身油气积聚；C4－无报警提醒；C5－明火；C6－暗火；C7－救生设备使用；D1－港区；D2－船舶；D3－管道损坏；D4－违章检修；D5－密封不严；D6－通风不良；D7－机舱运行产生明火；D8－违章用电；D9－电气设备；E1－管道老化；E2－人为破坏；X1－事故泄漏；X2－空气弥漫；X3－事故泄漏；X4－人为引起；X5－环境影响；X6－自然老化；X7－故意损坏；X8－操作不当；X9－监管不力；X10－麻痹大意；X11－阀门泄露；X12－接口问题；X13－空间密闭；X14－通风设备失效；X15－未安装报警装置；X16－报警装置失效；X17－疏忽大意；X18－自爆；X19－主机引发；X20－蓄电池引发；X21－烟头；X22－乱拉电线；X23－信息化设备用电；X24－主机电气设备；X25－驾驶室电气设备；X26－通讯设备；X27－管道静电；X28－金属外壳；X29－化纤衣服；X30－船舶碰撞；X31－升降装置；X32－拖带缆绳；X33－消防器材；X34－电气设备短路；X35－环境影响；X36－探照灯。

2.4 海事艇爆炸事故风险评估

风险评估是在确定风险的存在及其客观分布情况的基础上，分析影响风险程度的各种因素。由于缺乏可靠历史数据，本文在运用事故树识别出导致顶上事件发生原因的基础上，采取事故树的最小割集和最小径集求解“结构重要度”，并进行相关逻辑运算和化简，以确定各基本事件在事故树中的重要程度及其排序，便于开展爆炸事故风险的定性分析和定量分析。

2.4.1 事故树最小割集

布尔代数化简法是求解最小割集和最小径集的最常用方法，内河海事艇自身爆炸事故树的逻辑表达为

根据布尔代数基本公式和定理对上述公式进行简化，即可得到海事艇爆炸事故树的逻辑表达式，本文利用Mathematica进行迭代计算，得出的计算结果即为顶事件T（海事艇发生爆炸）由底事件X1，X2，X3…X36表达出的逻辑关系式。根据计算结果，内河海事艇发生爆炸的最小割集共有684项，其中569 项为三阶式，115 项为四阶式。由割集理论可知，一般情况下，割集的阶数越小，它发生的可能性就越大。

2.4.2 事故树最小径集

将事故树的“与门”全部换成“或门”，经过对偶变换，即将事故树转化为对偶的故障树，其结构函数为

经计算，海事艇自身爆炸事故树的最小径集为

2.4.3 事故树的定性分析

事故树的分析可从定量和定性两方面进行，当基本事件发生概率的数据比较齐全而且可靠，则定量分析的结果将比定性分析更准确，更有效。但是由于涉及海事艇爆炸事故的资料极少，因此，在海事艇自身爆炸风险的评估中，重点分析事故树结构重要度，仅按事故树的组成结构对危险的因果关系进行分析。综上计算分析，可得出以上事故树的结构重要度的顺序如下。

上述分析说明报警装置、接口问题、管道泄漏和人为疏忽大意在爆炸事故发生的结构重要度最高，通风设备、事故泄漏环境、设备老化、操作不当等结构重要度次之，为较重要的基本事件；船舶电气设备、通讯设备、违章用电等基本事件结构重要度最低。

3 风险控制方案与费用受益评估

3.1 海事艇自身防爆设施配备方案

控制海事艇爆炸事故的技术措施有2方面：①减少事件出现概率的预防性措施；②减轻严重性后果的救助性措施。减少概率预防性措施是防止爆炸事故的最易接受方式，即降低某些基本事件的结构重要度，通过在阶较小（危险度较大）的最小割集中增加基本事件的个数，如在海事艇上增加防爆设施等安全装置，减小海事艇运行时产生点火源的几率；或规定某种必要的限制措施，规范艇上电气等易产生火花、泄漏设施的操作，以增加该最小割集的阶数，降低原基本事件的结构重要度，减少危险。

根据海事艇爆炸事故树结构重要度的分析结果，从风险控制的2种基本措施入手，建议内河海事艇加强防爆警报装置、通风装置、防爆电气设备或必要时可考虑船舶结构、柴油机和燃油柜等整体防爆技术设施的配备。

3.2 费用受益分析

费用受益分析是FSA 中非常重要的一步，但也是较为脆弱的一步，易受主观偏见或操控的影响。目前，有多种指数可用来表示风险控制方案的效益，最常用是转移灾难的费用（CAF），其有2种表达方式：净灾难转移费用（NCAF）和总灾难转移费用（GCAF）。

式中：ΔC为风险控制方案的单位船舶费用；ΔB为实施风险控制方案的单位船舶效益；ΔR为单位船舶的风险降低率，以转移的灾难数表示。

内河海事艇防爆设施主要是增加或更换部分防爆设施，涉及防爆警报仪器、机械通风仪器等。在实际操作中，根据辖区可能出现爆炸性环境的实际情况，充分考虑安全性和经济性，海事艇防爆设施的型式和等级应根据所处危险区域的级别选取，并在此基础上进行费用核算。

4 海事艇防爆设施配备决策参考

决策的参考建议是FSA 研究中的最终目的，是为决策者提供采取安全措施的建议。根据最低合理可行原则（ALARP），任何工程都存在风险，不可能通过预防措施来彻底消灭，且当系统风险水平越低时，进一步降低风险就越困难，其成本增加越显著。在内河水路运输中，载运爆炸性物质的船舶占比相对较小，且发生事故概率较低，若盲目为海事艇配备高性能防爆设施，将造成投入费用过高而失去实际可行性。通过海事艇自身爆炸事故树风险分析、风险控制方案和费用效益方法的评估，建议内河海事艇自身防爆设施结合费用受益分析方法，按表1所列的3个层次加以配置。