油库消防泵电力系统故障树定量分析

彭 趣，廖柯熹，徐茂力

（1. 西南石油大学 石油与天然气工程学院， 四川 成都 610500； 2. 中国石化天然气分公司 广西LNG项目部， 广西 北海 536000）

油库消防泵电力系统故障树定量分析

彭 趣1，廖柯熹1，徐茂力2

（1. 西南石油大学 石油与天然气工程学院， 四川 成都 610500； 2. 中国石化天然气分公司 广西LNG项目部， 广西 北海 536000）

近几年发生的多起油库失火事件，加强了人们对油库消防安全的重视程度，使得研究油库消防系统的安全可靠性变得越发迫切。选取某油库消防泵的电力系统作为研究对象，结合故障树分析方法，针对目标油库的实际情况建立失效故障树，并根据已有的失效数据计算系统的失效概率，同时对失效故障树进行结构重要度分析，最终得出定量分析结果及改进建议。

消防系统；故障树；定量分析；结构重要度

由于最近几年全国各地油库建设规模和存储量的不断扩大，造成运行管理难度以及安全风险不断增大，因此，研究油库消防系统中的事故来源，具有非常重要的现实意义。许多油库在火灾发生初期火势并不大，但是由于油库消防泵的供电系统遭到破坏，无法发挥其应有的作用，从而拖延了火灾扑救时机，造成火势的进一步扩大。因此，本文选取某油库消防系统中消防泵的电力系统作为研究对象，采用故障树的定量分析方法进行研究，并针对油库消防泵中最易出现事故的部件给出相应建议。

1 消防泵系统

依据GB50183－2004《石油天然气工程设计防火规范》中规定,针对油库单罐容积达到1万m3及1万m3以上的，油库消防系统应该配备具有手动/自动控制能力的固定式低倍数泡沫灭火系统以及固定式冷却水系统，并辅助固定式消防水泡、消火栓及灭火器等进行灭火。图1为油库消防流程[1]。

其实许多油库火灾发生初期火势并不凶猛，但由于消防系统的供电设施遭到破坏，使得无备用电源的消防系统无法作业，从而耽误了火灾扑救的最佳时机，造成火势进一步扩大。

因此，油库消防系统中的冷却水泵和泡沫泵都应该设置柴油机泵或由柴油机发电的电动泵作为备用电源，一旦正常作业的电动消防泵的电源突然切断时，系统可以由电动消防泵自动切换为柴油机泵用以继续供电，保证消防作业正常进行。图2为油库消防泵电力系统的结构图。

2 消防泵电力系统故障树分析

2.1 故障树法

故障树分析法（Fault Tree Analysis）简称FTA法，是一种可对于大型复杂系统进行可靠性分析的方法[2]。它将系统中不希望出现的事件作为故障树的顶事件，采用逻辑符号自上而下地由整体到分部按树枝状结构逐层细化，分析导致各事件发生所有可能的直接因素及其相互之间的逻辑关系，并以此逐步深入分析直到找出导致顶事件发生的基本原因，即故障树的底事件为止[3]。

图1 油库消防流程图Fig.1 Procedure of oil tank fire control work

图2 油库消防泵电力系统结构图Fig.2 Structure diagram of electric power system

故障树法也是一种图形演绎法，在使用时，需要借用一系列表示事件之间的逻辑关系和因果关系的门符号、事件符号和基本术语。本文中故障树分析图中的逻辑符号符号如见表1所示[4]。

表1 故障树分析符号Table 1 Logical symbol of fault tree analysis

2.2 消防泵电力系统失效数据统计

某油库消防泵的电力系统中各部件失效时间和维修所需时间统计如表2所示。

表2 消防泵失效时间及维修时间表Table 2 Failure time and maintenance time of fire control pump

2.3 故障树定量分析

本文主要针对油库消防泵的电力系统建立失效故障树进行定量分析。在建立失效故障树时采用“油库消防泵电力系统”作为顶端事件，经过查阅大量资料及文献，并从多方面加以考虑，建立了失效故障树框图如图3所示，表3为故障树基本事件及发生概率列表。

图3 油库消防泵电力系统失效故障树框图Fig.3 Fault tree of electric system

表3 故障树基本事件及发生概率表Table 3 Basic event and occurrence probability of fault tree

根据图3，可求出该故障树的所有最小割集如表4所示，可看出此故障树由16个二阶最小割集所组成。

表4 消防泵电力系统故障树最小割集表Table 4 Minimal cut sets of fault tree

采用不交和展开法，将16个最小割集的失效概率结果相加，可得出故障树顶事件的发生概率为0.010 77次/a，即该油库消防泵电力系统的失效概率为93 a/次。

2.4 结构重要度

每个故障树往往包含多个底事件，各个底事件在故障树中的重要性必然因它们所代表的元件（或部件）在系统中的位置（或作用）的不同而不同，因而底事件发生在顶事件发生中做出的贡献程度即称作为事件重要度[5]。事件重要度包括概率重要度和结构重要度。其中，概率重要度是指底事件发生概率变化时引起顶事件发生概率的变化程度，而结构重要度是指在不考虑底事件发生概率值的情况下，观察故障树的结构，以决定改事件的位置重要度[6]。

通过对油库消防泵电力系统失效故障树中各个底事件进行结构重要度分析，可以看出该系统中最易出现故障的薄弱环节是自动监控系统（ATS）及电动机，结构重要度分析结果如表5所示。

表5 消防泵电力系统结构重要度分析结构Table 5 Results of structure importance

3 结论及建议

（1）通过对目标油库的消防泵系统进行失效故障树的建立和分析，计算出了该油库消防系统的失效概率约为93 a/次。此计算结果表明目标油库消防系统的可靠性较高，其原因在于该油库设置了以柴油机发电的备用电源，当正常供电系统突然切断时，可由备用电源提供电力继续进行消防作业。

（2）通过对故障树的结构重要度进行分析，在8个设定的底事件中，最容易出现消防故障的部件是备用柴油发电机中的自动监控系统（ATS），而正常供电线路的结构重要度较低，表明正常供电线路部件的可靠度较高，由正常供电线路部件引起消防泵电力系统失效的可能性较低。

（3）从表3中可看出，消防泵电力系统中失效概率最高的部件为自动监控系统（ATS），且ATS也是结构重要度分析中得出的最易失效的部件。因此，本文建议目标油库更换备用电源中的自动监控系统，以提高油库消防系统的安全可靠性。

［1］董林林. 大型油库消防系统设计[J]. 油气储运, 2011, 30(11): 864-866.

［2］朱继洲. 故障树原理和应用[M]. 西安:西安交通大学出版社, 1989.

［3］ 石传美, 张亚新. 压力容器的故障树分析和可靠性分析[J]. 化工装备技术, 2009, 30(1): 19-21.

［4］黄祥瑞, 可靠性工程. 可靠性工程[M]. 北京：清华大学出版社, 19 90.

［5］王勇. 普光输气站场定量风险评价技术研究[D]. 西南石油大学, 20 12.

［6］Anthony M, Arno R, Dowling N, et al. Reliability analysis for pow er to fire pump using Fault Tree and RBD[C]//Industrial & Comm ercial Power Systems Technical Conference (I&CPS), 2012 IEEE/IAS 48th. IEEE, 2012: 1-7.

Fault Tree Quantitative Analysis of Fire Pump Electric Power System in Oil Depot

PENG Qu1，LIAO Ke-xi1，XU Mao-li2
（1. Collage of Oil and Natural Gas Engineering,Southwest Petroleum University, Sichuan Chengdu 610500，China；2. Sinopec Gas Company Guangxi LNG Project Department, Guangxi Beihai 536000，China）

A series of fire accidents of oil depots happened in recent years, which called for more attention to fire safety and more researches on reliability of fire safety system. In this paper, a fault tree of fire pump electric power system in oil depot was established to calculate failure probability and analyze structure importance. According to calculation results, some suggestions were given out.

Fire safety system; Fault tree; Quantitative analysis; Structure importance

TE 88

： A

： 1671-0460（2015）02-0282-03

2014-08-28

彭趣（1992-），女，在读硕士生，目前主要研究油气储运系统完整性管理与安全评价技术方向。E-mail：369910381@qq.com。