故障树法在某化工园区危险化学品管道风险评价中的应用

董菲菲李娅（.天津职业大学生物与环境工程学院天津 30040； .河南中咨安全工程师事务所有限公司， 河南 郑州 450000）

故障树法在某化工园区危险化学品管道风险评价中的应用

董菲菲1李娅2（1.天津职业大学生物与环境工程学院天津 300410； 2.河南中咨安全工程师事务所有限公司， 河南 郑州 450000）

对某化工园区危化品管道安全可靠性进行调查分析，找出导致危化品管道失效的各种可能危险因素，建立危化品管道失效故障树，求出该故障树的最小割集。通过对该故障树结构重要度和各基本事件的概率进行分析排序，从而得出各个基本事件对管道失效影响的大小，并根据分析的结果提出降低管道运输风险的对策措施。

危化品管道；故障树；重要度分析；对策措施

管道运输不仅成本低、安全系数高、物料损耗少，并且不受天气影响可以全天候输送，广泛用于石油、化工、冶金、电力等行业生产及城市燃气和供热系统等公众生活之中。随着新建的危化品管道越来越多、越来越长，在给危化品运输带来便利的同时，也带来了危险。危化品管道在使用过程中，随着时间的延长和介质环境的影响，慢慢出现材料老化、保温层失效、腐蚀、变形等问题，降低了危化品管道的整体安全性和可靠性。由于危化品管道输送的介质很多具有易燃、易爆、腐蚀、有毒等特性，一旦发生了泄漏，不仅会污染环境，而且很可能造成火灾爆炸事故，甚至造成人畜中毒，从而导致巨大的经济损失和严重的社会影响。对管道所涉及风险做出正确决策，有效防止输送管道危险事件发生，在增强其安全性的同时合理利用资源，增强经济效益。

故障树分析法是分析复杂、大型系统安全可靠性的有效工具］1［，能找出管道系统中的薄弱环节，从而可以在管道的选线、设计、施工和维护等过程中给予指导，提高系统的安全性和可靠性。

1 故障树分析方法

故障树分析方法FTA是一种图形演绎法］2［，是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法，其理论基础是集合论、概率论、图论及数理统计。它把所研究系统的最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标，即为故障树的顶事件，同时用规定的逻辑符号自上而下地分析导致顶事件发生的所有可能的直接因素及其相互间的逻辑关系，并逐步深入，直至找出导致事故发生所有的基本原因，这些基本原因为故障树的基本事件。

故障树分析的基本程序］3［：①熟悉系统；②调查事故；③确定顶上事件；④确定目标值；⑤调查原因事件；⑥画出故障树；⑦定性及定量分析；⑧提出结论和对策。

2 某化工园区危化品管道故障树建立

（1）现状 该化学工业园区是一个集港口、仓储、生产企业于一体的化工园区，生产企业、仓储、港口之间需要相互输送物料和产品，运输方式为管道运输。虽然管道运输的确给输送物料和产品带来很大方便，但管道运输危险化学品也存在不少安全隐患。故障树法具有简明、直观、灵活的特点，适合于对危化品管道的失效进行分析。可据此识别系统薄弱环节，提出防范措施，从而提高化学品管道运输系统的安全可靠性。

（2）故障树的建立 通过对新区危化品管道有关资料的收集，事故主要影响因素有以下五点。

①设计不合理，设计单位和使用单位没有严格执行法律法规，使用单位委托的设计单位没有设计资质，有的设计单位虽有设计资质但没有设计审批人员资质。②选材施工不合格，没有按规定选定管道材料以及施工单位为了降低成本更换了管道材料。操作人员没有严格遵守操作规程或操作不熟练，焊接技术较低，使得焊接质量差。③管道使用中违规作业，操作人员没有认识到遵守安全生产规定的重要性，没有严格执行各项操作规程，有章不循或违规操作，技术不熟练、责任心不强。④管道腐蚀，腐蚀的现象是普遍存在的，金属类材质管道在外界环境影响下，会发生化学反应和电化学反应而引起腐蚀。⑤第三方破坏，管道群主要是沿着公路进行敷设并且管线具有一定的长度，虽然留有一定的安全距离，但是公路上发生严重车祸，车辆也很有可能和管道群发生碰撞，造成的后果很难估计。

图1 管道风险事故

事故树中各字母的含义为：P-管道失效；A-管道缺陷；B-腐蚀穿孔；C-人为误操作；D-第三方破坏；A1-初始缺陷；A2-施工缺陷；B1-腐蚀；B2-维护不当；B3-内腐蚀；B4-外腐蚀；D1-自然灾害；X1-设计不合理；X2-选材不当；X3-焊接技术缺陷；X4-安装质量差；X5-内涂层失效；X6-防腐绝缘层老化；X7-阴极保护失效；X8-设备维护较差；X9-维护规程不完整；X10-人员培训未落实；X11-未严格按规程执行；X12-人为破坏；X13-地震；X14-洪水。

3 故障树的分析

（1）结构重要度分析 根据布尔代数运算，得出最小割集有13个：

结构重要度大小排列：

（2）概率重要度分析 对新区某一段具有代表性的约100m长的危化品管道进行相关调研和近十年来事故原因统计，得到导致顶事件发生的各基本事件频率，用频率代替概率来分析各基本事件的概率重要度。

各基本事件的概率分别为：1X-0.0021；X2-0.0037；X3-0.0063；X4-0.0055；X5-0.0232；X6-0.0226；X7-

0.0214；X8-0.0264；X9-0.0223；X10-0.0131；X11-

0.0120；X12-0.1630；X13-0.0005；X14-0.0002。其中，各基本事件含义如前所述。

根据基本数据得出的概率重要度排序为：

（3）结论

①该管道故障树有9个与门，2个或门，还有13个最小割集，14个基本事件，系统较为安全。②顶事件发生的概率为7.632×10-4次/百米.年，从算出的结果看虽然不大，但是如果管道的距离很长的话事故发生的概率就大大增加，采取措施使事故发生概率降低一个数量级，使得管道的安全度从可以接受的范围到一个比较理想的程度。③概率重要度分析表明，其中人为破坏、人员培训未落实、未严格按规程执行的概率最大，所以对顶事件发生概率的影响也最大。

4 结语

通过用故障树法对镇江新区危化品管道的分析可知，要保证危化品管道安全可靠，及时消除隐患，让管道处在安全的运营状态，主要可以从以下几个方面采取相应措施：①督促危化品管道使用单位建立危化品管道安全管理制度；严格落实登记建档制度；对危化品管道操作人员进行培训考核发证，无资格操作人员不得上岗。建立、健全有关管道保护的规章制度，接受政府及其相关部门的监督。②管道安全人员要经常检查管道的防护措施，保证其完好无损，减少外界环境对管道表面的腐蚀。同时要强化技术人员的知识储备及硬件装备。③管道在交通繁忙的地段应设置醒目警示标志，警示标志模糊或残缺的，该管道单位应当及时修复或更新。管道单位应当建立管道巡护制度，指派专门的管道安全管理员对管道线路进行日常的巡护。④危险化学品管道设计、施工应由具有相应资质的设计、施工单位承担。应严格按照有关施工标准、规范和设计要求进行施工。参加管道焊接、防腐、无损检测作业的人员应具有相应的资质。⑤对危化品突发事故应有详细的应急预案，一旦发生事故，确保工作人员能够迅速、有序地对事故进行处理，保障人民生命安全并尽量降低事故造成的经济损失。

［1］ Clemens R T，Winter R L. Combining Probability Distributions from Experts in Risk Analysis ［J］. Risk Analysis. 1999，19（2）:187- 203.

［2］金星，洪延姬，沈怀荣，等.工程系统可靠性数值分析方法［M］.北京:国防工业出版社，2002：142-146.

［3］宋广生.室内空气质量标准解读［M］.北京:机械工业出版社，2003.

［4］顾莉，刘晓东，鄢洪青.故障树在油库火灾爆炸事故风险评价中的应用［J］.环境科学与技术，2007，30（7）：52-54.

［5］张景林，崔国璋.安全系统工程［M］.北京：煤炭工业出版社，2002：64-67.