外军航母火灾事故分析及对策研究*

褚　政　金　焱

(海军航空工程学院　烟台　264001)



外军航母火灾事故分析及对策研究*

褚政金焱

(海军航空工程学院烟台264001)

摘要在设备密布和舰员众多的航母上，安全管理的难度极大。高温的飞机发动机、弹药、燃油、静电都有可能引发火灾。而火灾一旦管控不力，往往伴随着爆炸，其烈度将会增大，持续时间也会增长，将对航母的安全构成严重威胁。论文利用事故树工具对外军航母火灾事故风险进行分析，从人员、环境、装备的角度查找火灾危险源，进而得出航母火灾事故预防控制的对策措施。

关键词航母火灾; 风险分析; 事故树分析

Class NumberU698.4

1引言

火灾无论对于军用舰艇还是民用船舶都是一种常见的主要灾害[1]。尤其在设备密布和舰员众多的航母上，安全管理的难度极大。高温的飞机发动机、弹药、燃油、静电都有可能引发火灾[2～3]。而火灾一旦管控不力，往往伴随着爆炸，其烈度将会增大，持续时间也会增长，将对航母的安全构成严重威胁。火灾与爆炸是二战后很常见的一类航母事故，外军一直将这种事故视为“头号劲敌”。相关统计资料表明，二战后航母所发生的各类事故中，火灾约占到了35%。火灾与爆炸事故造成航母的大中型破坏占到事故总数的50%以上。造成这种局面的原因主要有以下两点:一是单次火灾演变为多起并发火灾，后者极难控制；二是火灾常常与爆炸和毒气(烟、雾)结合在一起。根据可燃物的类型和燃烧特性，通常将火灾分为A类(固体物质火灾)、B类(液体或可熔化的固体物质火灾)、C类(气体火灾)、D类(金属火灾)、E类(带电火灾)和F类(烹饪器具内的烹饪物火灾)[4]，除此之外，航母火灾还包括由于弹药的爆炸燃烧引起的弹药火灾[5～6]。火灾一般分为发生、发展、蔓延等不同发展阶段，在航母火灾发生的初期，是火灾最容易被控制和扑灭的阶段，是消灭火灾于萌芽之际的关键。航母消防，必须贯彻“以防为主、消防兼备”的原则。“防”就是防患于未然，防止火灾发生；“消”就是一旦发生火情，能在较短的时间内将火扑灭，最大限度地减少火灾损失。因此，对于航母火灾，首要的是防范于未然，而一旦火情发生，就需要在最短的时间内将其扑灭，也就是将其消灭在萌芽状态。本文力求在对外军航母火灾进行分析的基础上，利用事故树分析(Accident Tree Analysis， ATA)[7]对其进行建模，研究其发生的条件，并在此基础上给出防范航母火灾的对策措施。

2事故树分析方法

事故树分析方法是起源于故障树分析(Faulty Tree Analysis， FTA)方法，它是由美国贝尔实验室于20世纪60年代基于图论提出的一种安全评价方法，这种方法通过对从结果到原因描述事故发生的有向逻辑树进行演绎分析，寻求防止结果发生的对策，不仅能分析出事故的直接原因，还能深入地揭示出事故的潜在原因，是目前已在我国广泛使用的一种安全评价方法[7～8]。事故树作为一种描述事故因果关系的有方向的“树”，是系统安全工程中的重要的分析方法之一[9]，是分析研究火灾的一种有效方法。

2.1事故树分析原理

事故树是对生产活动中可能出现的事故条件和可能导致的灾害后果，按工艺流程、先后次序和因果关系绘成的逻辑树图。逻辑树图是由各种事件和与其连接的逻辑门符号组成。事件是树的节点，逻辑门是表示节点与节点连接关系的符号。逻辑树图具有直观明了、思路清晰、逻辑性强的特点，它既可以定性分析，又可做定量分析[10]。

事故树定性分析，是根据事故树求取其最小割集和最小径集，确定顶上事件发生的事故模式、原因及其对顶上事件的影响程度，为采取预防对策和控制措施，防止同类事故发生提供科学根据。事故树顶上事件发生与否是由构成事故树的各种基本事件的状态决定的。在事故树中，把引起顶上事件发生的基本事件的集合称为割集。在事故树的所有割集中，能导致顶上事件发生的最低限度的基本事件的集合叫做最小割集。因此，最小割集是引起顶上事件发生的充分必要条件。通过布尔代数法对事故树模型进行计算就可以得到事故树的最小割集。

一个基本事件对顶上事件发生的影响大小称为该基本事件的重要度。重要度分析在系统的事故预防、事故评价和安全性设计等方面有着重要的作用。确定了最容易导致顶上事件发生的事件，就能有重点地采取有效措施，尽可能地避免事故的发生，这可以通过对基本事件进行重要度分析来实现。如果不考虑各基本事件发生的概率，或假定各基本事件的发生概率相等，仅从事故树的结构上研究各基本事件对顶上事件的影响程度，称为结构重要度分析，并用基本事件的结构重要度系数、基本事件割集重要度系数判定其影响大小。

2.2事故树分析步骤

事故树分析一般都遵循以下基本程序:熟悉系统、调查事故、确定顶上事件、确定目标值、调查原因事件、画出事故树、定性分析、计算顶上事件发生概率、进行比较、定量分析。使用者还可根据实际需要和要求，来确定分析程序。目前我国ATA一般都考虑到定性分析为止，也能取得较好效果。具体分析步骤如下:

1)熟悉系统。详细了解系统状况及各种参数，绘制出工艺流程图或布置图。

2)调查事故。收集事故案例，进行事故统计，设想给定系统可能要发生的事故。

3)确定顶上事件。要分析的对象事件即为顶上事件。对所调查的事故进行全面分析，从中找出后果严重且较易发生的事故。

4)确定目标值。根据经验教训和事故案例，经统计分析后，求解事故发生的概率(频率)，作为要控制的事故目标值。

5)调查原因事件。调查与事故有关的所有原因事件和各种因素。

6)画出事故树。从顶上事件起，逐级找出直接原因事件，直到所要分析的深度，按其逻辑关系，画出事故树。

7)定性分析。按事故树结构进行简化，确定各基本事件的结构重要度。

3航母火灾事故树分析

3.1外军航母火灾和爆炸原因分析

3.1.1主机和锅炉起火

主机和锅炉起火的原因包括来自主机和辅机轴承的润滑油溅落到涡轮或管路热表面。除此之外，锅炉起火的大多数原因是自身爆炸，而锅炉爆炸的原因主要有炉壁超压(锅炉内蒸汽过压)、水位下降、锅炉结构缺陷、锅炉维修与保养不当、锅炉舱积水的水面以上燃料残渣被引燃以及烟囱内油烟的燃烧等。

3.1.2航空燃料

航母上搭载有大量航空燃料，在燃料的加注过程中可能出现意外起火。此外，航母接受航空油料补给和航母为属舰进行油料补给时，也可能因意外导致燃料起火。

3.1.3工作介质

一些设备的流体介质受到压力也会引起火灾。

3.1.4弹药

弹药在高温、高压等条件下会出现意外爆炸，引起大火。

3.1.5电气设备和焊接事故

电气设备故障、焊接不慎出现的火花、电弧以及焊接造成的金属热表面和焊接质量等问题，都会造成火灾事故。

3.1.6舰载机起降

舰载机起降事故，往往导致次生火灾事故，而火灾产生的高温又可能导致弹药爆炸。

3.1.7人为因素

舰员的操作失误、违规操作和蓄意破坏都可能带来火灾事故。

3.1.8易燃物资

除航空燃油外，航母上储存的大量润滑油、油漆等易燃易爆物资违规存放和保管，也可能带来火灾事故。

3.2事故树构建

通过对大量外军航母火灾事故的分析研究，以及对航母火灾危险源辨识的基础上，考虑到火灾事故的发生必须满足有可燃物和火源这两个基本条件的实际情况，建立航母火灾事故树，如图1所示。

图1中各个事件编号的意义见表1。

表1　航母火灾事故树的编号及含义

3.3事故树定性分析

由图1所示的航母火灾事故树，可得其表达式为

图1　航母火灾事故树

利用布尔代数法迭代，可得

T=M1·M2

=M1·(M21+M22)

=(X1+X2+…+X4)·[(X5+X6+…+X9)+

(X10+X11+X12)]

=(X1+X2+…+X4)·(X5+X6+…+X12)

=(X1·X5)+(X1·X6)+…+(X1·X12)+

(X2·X5)+(X2·X6)+…+(X2·X12)

+…+(X4·X5)+(X4·X6)+…+(X4·X12)

由此可得最小割集为{X1,X5}、{X1,X6}、…、{X1,X12}、{X2,X5}、{X2,X6}、…、{X2,X12}、…、{X4,X5}、{X4,X6}、…、{X4,X12}，共32组，当这些最小事件任何一组发生时，航母火灾就会发生，最小割集罗列出了导致火灾发生的32种隐患。根据最小割集的性质可知，最小割集是所有可能引发火灾的隐患事件集合，是造成航母火灾发生的充分必要条件。

为了能够避免火灾的发生，寻求最为可行的预防措施，可以对事故树进行最小径集分析。只需将事故树的与门变成或门，或门变成与门，即可将事故树转化为对偶的故障树(Dual Faulty Tree, DFT)，其表达式为

T=M1+M2

=M1+(M21·M22)

=(X1·X2·…·X4)+[(X5·X6·…·X9)·

(X10·X11·X12)]

=(X1·X2·…·X4)+(X5·X6·…·X12)

由此可得最小径集为{X1,X2,…,X4}、{X5,X6,…,X12}，共2组，最小径集给出了避免航母火灾发生的可能方案。只要能够分析出这些隐患在导致航母起火事件中的影响程度大小，并据此有针对性地加强监管，就能够以航母的消防力量获得避免火灾发生的最佳效果。由求解结构重要度的法则[11]可知:当最小径集的基本事件数不相等时，基本事件少的径集中的基本事件比基本事件多的径集中的基本事件的结构重要度大。因此，由最小径集可以确定事件结构重要度关系为

Iφ(1)=Iφ(2)=…=Iφ(4)>Iφ(5)

=Iφ(6)=…=Iφ

(12)

由基本事件结构重要度的关系可知，为了预防航母火灾的发生，首先应当重点加强对航母上可燃物的管理，其次应当加强对由于舰员或设备所引起的火源的管控。

4航母火灾预防对策措施

根据以上对航母火灾事故树分析结果可知，预防航母火灾的发生应该从对可燃物品和火源的管理两个方面入手，尤其是加强对可燃物的管理更为重要，实施起来也更容易，效果更好。落实到航母装备管理中的具体做法是:

1)尽量减少并严格管控航母上的可燃物品。比如:用阻燃材料作为航母的舾装材料；限制铝合金材料的使用；严格按照相关规定做好弹药的储存保管，并做好航行固定工作，消除颠簸碰撞隐患；严格落实管理制度，及时清理污油、擦除漏油，保持机械设备表面和机舱底部清洁无油污；棉纱抹布、可燃工具等要妥善放置，避免与温度过高物体长期接触；储藏室的可燃物品要分类放置，避免堆积引发自燃；办公物品尽量不使用可燃材料等。

2)对舰员的行为要加强管理。比如:严禁在舱室吸烟；锅炉在启动前预扫风以清除炉膛内油气混合气防止发生点火爆炸；及时倾倒机舱垃圾，保持机舱、蓄电池室和航煤舱通风；进行电气焊操作时，单独指派一名持灭火器的消防员，以备随时对可能出现的明火引燃进行消防；强化人员火灾安全意识，建立人员消防责任制和事故问责机制，提高人员损管技能等。

3)加强对武器装备、设备状态的监管。经常对设备的绝缘状况进行检查；定期为机械运动部件添加润滑油；大功率的灯体上要加装保护罩，蓄电池室、弹药库等场所要使用防爆灯；规范装备运行值班制度，加强装备日常管理，实时掌控装备运行状态等。

5结语

本文利用事故树方法对外军航母火灾进行了分析研究，确定出了引发航母火灾的32种隐患，并寻找到了避免航母火灾最有效的方法途径，最后给出了预防航母火灾的具体对策措施，具有一定的参考应用价值。

参 考 文 献

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Accident Analysis and Countermeasures of Foreign Aircraft Carrier Fire

CHU ZhengJIN Yan

(Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai264001)

AbstractSecurity management is very difficult in the aircraft carrier where there are lots of equipment and people. The plane’s engine whose temperature is high, ammunition, fuel and static electricity may lead to fires. Fires are often accompanied by explosions if they are not controlled well, which can make fires’ intensity and lasting time increase, and threaten the aircraft carriers badly. Accident tree is used to analyze the fires’ risk of the foreign aircraft carriers. Danger sources of fires are found from the point of view of staff, environment and equipment. Countermeasures of preventing and controlling aircraft carrier fires are achieved.

Key Wordsaircraft carrier fire, risk analysis, accident tree analysis

* 收稿日期：2015年11月3日,修回日期：2015年12月25日

作者简介：褚政，男，硕士，讲师，研究方向：舰船装备安全管理。金焱，男，博士，讲师，研究方向：舰船装备安全管理。

中图分类号U698.4

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.003