储油区火灾爆炸事故树分析

2015-07-01黄海亮胡仁强

兵器装备工程学报 2015年10期

聂桐，赵翔，刘洲，黄海亮，胡仁强

(1.解放军后勤工程学院军事供油工程系，重庆 401311;2.成都军区成都物资采购站，成都 610052)

油罐储存的油品具有易燃、易爆、易挥发的特性，随着油库的不断扩容和经济发展的需要，我国新建油库库容一般都在100 ×104m3以上，单罐容量大多在10 ×104m3，而且油罐分布相对集中，一旦发生火灾爆炸事故，将造成大量的人员伤亡，巨大的经济损失以及严重的环境污染［1］。因此，对油库储罐区进行风险评价十分必要。如何系统地运用安全科学理论和方法对油库潜在的风险进行辨识和评价，更好地由被动的事故救援向主动预防转变，已经成为油库安全管理的工作重点［2］。

事故树分析法(ATA)起源于故障树分析法(FTA)，是安全系统工程重要的分析方法之一，在安全评价系统中得到广泛的应用。事故树分析法是从特定事故，即顶上事件开始，通过逐层分析事故发生的原因，直到查找出事故的基本原因，即基本事件为止。事故树分析法不仅能够分析事故发生的直接原因，还可以揭露事故发生的潜在原因［3］。本研究通过对储油区火灾爆炸事故的分析，分析了火灾爆炸事故的影响因素和产生条件，构建了火灾爆炸事故树模型，明确了事故防范的重点部位和关键环节，为加强信息化管理手段提供了理论依据，并提出了预防火灾事故的具体措施［4］。

1 事故树分析法

1.1 事故树分析法的特点

1)不仅可以分析事故发生的直接原因，而且可以揭示事故发生的潜在原因。

2)可以更加直观、明了地描述事故发生的因果关系，逻辑性强。

3)既可以用于定性分析，也可以用于定量分析。

1.2 事故树分析的程序

事故树分析程序如图1 所示。

1.3 最小割集和最小径集

割集也叫截止集，它是导致顶上事件发生的基本事件的集合。引起顶上事件发生的基本事件的最小限度的集合叫最小割集。径集也叫通集，是指在事故树中某些事件不发生，则顶上事件就不会发生，这些事件的集合就叫径集。不导致顶上事件发生的最小限度的基本事件的集合称为最小径集。通过计算事故树的最小割集和最小径集可以更好地了解事故发生是原因及其各基本事件间的关系。

2 储油区火灾爆炸事故分析

2.1 火灾爆炸发生条件分析

油库油罐火灾爆炸事故的发生，必须具备3 个条件，一是可燃物，油库中的可燃物主要是泄漏的油品和油品挥发所产生的浓度达到爆炸极限的可燃气体; 二是助燃物，空气中充满了氧气，并且库区中不存在没有氧气的封闭环境，无法控制，可不做分析［5］。三是点火源，在《油库千例事故分析》一书中，在对445 例火灾爆炸事故的统计显示不同点火源所占比例如表1 所示［6］。

由表1 分析可知，点火源一般包括电气设备火花、明火(包含焊接明火、发动机以及吸烟)、静电放电火花、雷电、金属撞击火花、自然等。

2.2 火灾爆炸事故影响因素

从油库事故致因机理分析可知，影响油库安全的因素主要分为:人的不安全行为、物的不安全状态(油料本身和设备设施)、环境因素(自然环境、工作环境)和管理因素［7］。本研究将通过以上，4 个方面对储油区火灾爆炸事故进行分析。

1)人的不安全行为

人的不安全行为是触发事故发生的重要原因，人的因素主要包括思想觉悟、知识水平、业务能力、自身素质、安全意识等。人的不安全行为主要包括:不按规定的流程作业，甚至违规作业，不按操作流程开启阀门、库区内违章动火、库区内吸烟、使用存在安全隐患的设备设施、携带火种进入库区、未按要求穿着防静电服等行为。

2)物的不安全状态

物的因素主要包括油料本身和设备设施2 个方面，油料具有易燃、易爆、易挥发、易流动的特性，因此油料本身就是重要的危险源。设备设施的不安全状态主要包括:设备本身的缺陷，如不符合设计规范，设备设施不配套等;设备设施维修保养不利，如设备设施故障、设备失修带“病”作业、储罐管线的腐蚀穿孔、管件连接处垫圈老化、静电防雷接地装置失效等;无安全防护装置和措施，如使用非防爆电气设备、无安全保险装置、没有接地绝缘保护等［7］。

3)环境因素

环境因素主要分为自然环境和工作环境。自然环境主要包括油库的选址、当地气候，地震、泥石流、山体滑坡、洪水、雷电等自然灾害情况。自然灾害会对库区内的储罐和设备设施造成损坏，雷电是引发火灾是重要点火源。工作环境主要包括粉尘、有毒气体、噪音、光照、温湿度等，工作环境对人的心理和生理具有重要影响［7-8］。

4)管理因素

油库是一个复杂的“人、机、物、环境”系统，管理缺陷是导致事故发生的重要原因。油库管理缺陷主要包括:一是组织体制不完善，如安全机构不健全、专业技术人员不足、管理人员不专业、组织体制不合理等。二是规章制度不健全，如操作规程不健全、操作流程不合理、责任区分不明确。三是安全教育培训不够，如安全意识淡薄，安全知识缺乏、安全预案演练不足等。四是检查监督不到位，如规章制度落实不牢，违规操作现象严重，管理人员未按规定要求现场指挥。

3 事故树模型的建立

以储油区火灾爆炸事故为顶上事件T，根据各事件之间的逻辑关系，建立事故树模型，如图2 所示。

表1 不同点火源导致火灾爆炸事故百分比

图2 火灾爆炸事故树模型

3.1 最小径集

利用布尔代数方法列出事故树的结构函数，其结构函数化简为

由于事故树的基本事件太多，用上式求解事故树的最小割集太过麻烦，且得出的最小割集数量大，不便于进一步分析。因此，根据对偶原理，将原事故树中的所有事件加“’”取反，将原事故树中的“与门”换为“或门”，原事故树中的“或门”换为“与门”，从而得到与之对应的成功树［2］，求成功树的结构函数为

式中:

将表达式展开，可以得到成功树的15 个最小割集，成功树的最小割集就是原事故树的最小径集，因此可得原事故树的最小径集为

3.2 结构重要度分析

事故树中的基本事件都会对顶上事件产生影响，为了确定各事件对顶上事件影响程度，需要进行结构重要度分析。在不考虑各基本事件发生概率情况下，假定各事件发生的概率相同，只从事故树结构上分析各基本事件对顶上事件的影响程度，可以用下面的近似判断式计算［9］

X1，…，X21，X26同在12 个最小径集中，X22，…，X25同在6个最小径集中，X28，…，X35同在6 个最小径集中，X36，…，X40同在6 个最小径集中，X41，…，X44同在4 个最小径集中，X45，X46同在4 个最小径集中，X48，…，X59在同1 个最小径集中，X60，…，X64在同1 个最小径集中，X27为单独事件，所以Iφ(X27)最大，为1。

在相同径集中的事件具有相同的结构重要度，因此利用近似判断式(1)只需计算Iφ(X1)，Iφ(X21)，Iφ(X22)，Iφ(X27)，Iφ(X28)，Iφ(X36)，Iφ(X41)，Iφ(X45)，Iφ(X47)，Iφ(X48)，Iφ(X60)即可。其结构重要度系数为

由此可得各基本事件的结构重要度排序为: Iφ(X27)＞Iφ(X60)=…=Iφ(X64)＞Iφ(X48)=… =Iφ(X59)＞Iφ(X1)=…=Iφ(X20)=Iφ(X26)＞Iφ(X36)=…=Iφ(X40)＞Iφ(X21)＞Iφ(X47)＞Iφ(X45)= Iφ(X46)＞Iφ(X35)= … = Iφ(X28)＞Iφ(X22)=…=Iφ(X25)

事件的结构重要度系统越大，越是火灾爆炸事故发生的重要条件，也是本研究防范的重点。基本事件X27是单个事件的最小径集，其结构重要度系数最大。最小径集P14，P13，P1仅次于事件X27，因此控制点火源和防止油品泄漏积聚是油库安全防范的重点。

4 预防措施

通过对事故树模型的分析，确定了点火源和油气泄漏积聚是油库储油区火灾爆炸事故发生的主要原因，掌握了储油区火灾爆炸事故发生的规律，明确了储油区存在的重要安全隐患和重点防护部位，为制定油库安全防护措施，合理设置安全监控点及提高信息化管理水平提供了理论依据［10］。

4.1 控制点火源

1)预防明火

油库必须制定严格的规章制度，严禁携带火种进入库区，库区内禁止吸烟，进入库区的机动车辆必须安装防火罩。禁止在危险区域内擅自动火，确需动火作业的必须严格按照作业流程审批，并做好相应的防火预案。通过设置防火警告标识、加强防火安全培训，提高作业人员的防火安全意识。

2)预防电气火花

在危险区域，应当尽可能少地设置电气设备，以减少因为电气设备或电气线故障导致的火灾爆炸事故。必须设置时，应当选用符合防爆要求的电气设备。电气设备必须具备足够的抗爆性能和绝缘能力，并对电气设备进行接地保护。

3)预防静电火花

预防静电火花主要是预防静电产生和防止或减少积聚，可以通过控制流速，改进装油方式(严禁油罐及油罐车从顶部喷溅装油，应从底部或将鹤管伸至近油罐车底部加油)以及防止不同闪点的油品混合及避免杂质等方式来减少静电产生。为了防止静电积聚，可以通过接地和跨接、添加抗静电剂、设置静电缓和器或静电静电消除器以及经过过滤器的油品应保证足够的漏电时间等方式防止或减少静电的积聚。对于人体静电，可以通过设置人体排静电体、穿防静电服和防静电鞋、严禁人员在危险区域穿脱衣帽等类似物的方式来消除或减少静电的积聚［11-13］。

4)预防雷击火花

预防油库雷电引发的火灾爆炸事故的措施主要有以下几种方式:一是通过设置避雷装置(如避雷针、避雷线等)，将雷电流导入大地。二是通过电气连接，防止放电。三是雷雨天气时应严格控制油气排放。四是在油气呼吸管路上安装阻火器［13］。

4.2 预防油气泄漏积聚

油库中的油气排放源主要分为非事故性排放源和事故性排放源。非事故性排放源是指油库正常作业过程和油品储存过程中正常的油气排放，如油品储存过程中的小呼吸，收发油过程中的大呼吸等。这类油气排放比较固定，其危险性比较小，是可以预见的。事故性排放源主要是指油品或油气泄漏，这类排放源不确定，危险性较大，是预防的重点。

设备设施故障、法兰阀门管件连接处密封不严、人员的操作失误、储罐管线腐蚀等是造成的油品的跑冒滴漏的主要原因，而油库未设置通风设备、通风设备故障以及未按要求及时通风是造成泄漏油气达到爆炸极限的主要原因。因此预防油气泄漏积聚应采取以下措施:

1)制定严格的工艺操作流程，加强人员培训，提高人员业务水平。

2)定期检查维护设备设施，及时发现问题并维修。

3)加强法兰阀门管件连接处等重点部位的巡查维护，防止油品泄漏。

4)设置通风设备，保持良好的通风，防止油气积聚。

4.3 信息技术的应用

1)设置油气浓度检测装置，油气浓度超标自动报警。在容易发生油气泄漏的重点部位，如阀门井、罐前阀门等处设置油气浓度检测装置。通过设置油气浓度报警下限，当检测到油气浓度超标后自动报警，提醒作业人员，并联动通风设备进行通风［4］。

2)设置油罐液位监测装置，实时监测油罐液位情况。通过设置液位最高值和最低值，当液位高于或低于安全高度时，会自动报警，从而防止溢油事故和设备事故的发生。

3)设置门禁系统，严格控制库区人员出入。通过设置门禁系统，在人员进入库区时，检查人员是否擅自携带火种，进入库区的车辆是否安装防护罩，作业人员是否穿着防静电服等。

4)设置消防自动系统，当检测到油库发生火灾事故时，消防系统按照编制预案自动启动消防设施进行灭火作业。

5)设置视频监控系统，通过视频监控系统实时监控库区作业状况，监控是否存在违规动火作业行为，是否有人故意破坏。通过安装智能球机，划定报警区域，一旦有人闯入自动报警，提醒管理人员。通过安装红外摄像机，实时监控库区周边火情［14］。

5 结束语

储油区是油库安全防范的重点，一旦发生火灾爆炸事故将会带来大量的人员伤亡、巨大的经济损失和严重的环境污染问题。针对油库火灾爆炸事故特点，分析了火灾爆炸事故的影响因素和产生条件，分析了各基本事件与顶上事件的逻辑关系，构建了事故树模型。通过计算各基本事件的结构重要度，明确了预防火灾爆炸事故的重点，为合理设置监控点提供了依据，提出了通过控制点火源、预防油气泄漏积聚的方法预防火灾爆炸事故的发生，并提出采用信息化手段提高预防火灾爆炸事故的效率和能力。

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