二氧化碳灭火系统误喷事故分析及预防措施探讨

于佳楠，贾彦强，白 玉，李春辉，陈 航

(1.中国航发沈阳发动机研究所，辽宁沈阳 110000 2.四川航天燎原科技有限公司，四川成都 6100003.中国第一汽车股份有限公司动能分公司，吉林长春 130000)

二氧化碳灭火系统在精密仪器、图书档案、石油化工中大量应用，但因其在一定浓度下对人类产生窒息危害，国内已发生多起二氧化碳灭火系统误喷造成人员伤亡的事故。2019年山东荣成“金翔号”轮船二氧化碳灭火系统误喷造成10人死亡；2008年上海某外轮二氧化碳灭火系统检修作业时，发生气体泄漏事故，导致3名外籍船员死亡，13人受伤；2007年云南省图书馆二氧化碳灭火系统气体产生泄漏，造成40余人受伤；1990年上海某船厂二氧化碳气瓶控制阀操纵杆误动作，大量二氧化碳钢瓶瓶头阀开启，灭火介质通过集流管喷射而出，造成9人死亡、18人受伤[1]。为确定二氧化碳对人体产生的影响，刘凤荣等[2]通过灰兔进行试验分析，当防护区内空气中二氧化碳浓度达到10%时,即可引起意识模糊，如对接触者不立即转移，即有可能因缺氧致死。

因此，对二氧化碳灭火系统误喷事故风险分析并且分级管控极其必要[3]。本文从人、机、环、管4个方面辨识二氧化碳灭火系统误喷事故原因，确定引起误喷事故的基本事件，并编制事故树。通过事故树计算各基本事件的结构重要度，基于结构重要度确定各基本事件对误喷事故的影响程度，从而采取相应措施进行风险管控。

1 二氧化碳灭火系统误喷事故树分析

1.1 二氧化碳灭火系统误喷事故树建立

通过对近年来多起二氧化碳灭火系统误喷事故分析，确定引起灭火系统误喷事故的原因包括人员的误动作、系统设备自身缺陷、不适的区域环境等，经分析各类原因事件和基本事件(表1)，这些事件相互作用就会引起误喷事故的发生。

如在特殊动火作业情况下，气体灭火系统控制器未设置成自动状态，在作业过程中产生火焰和尘烟，引发探测器报警联动，即造成二氧化碳灭火系统误喷。当气体灭火系统管路的电磁阀在安装或维护过程中人为误动作，启动氮气驱动气瓶，开启灭火剂瓶组容器阀和选择阀，造成系统误喷。当灭火系统控制器模块发生故障，造成逻辑关系错误并发出了启动信号，造成系统误喷。以此类推，最终确定引起二氧化碳灭火系统误喷的所有原因事件，最终确定整个事故树，如图1所示。

表1 基本事件和原因事件

图1 二氧化碳灭火系统误喷事故树

1.2 事故树分析

1.2.1求事故树最小割集

通过对事故树分析，罗列出引起顶事件发生的全部子集，并利用下列公式计算出引起顶事件发生的最小路径，该路径为最小割集。

T=M1+M2+M3+M4+X1=X1+X2X3+X4+X5+X6X7+X8X9

经计算求得的最小割集如下：{X1}、{X4}、{X5}、{X2、X3}、{X6、X7}、{X8、X9}。

1.2.2确定各基本事件的结构重要度

二氧化碳灭火系统误喷的结构重要度是从整体结构上分析每个基本事件对顶事件影响程度的大小。因此，基本事件的结构重要度可按式(1)计算[4]。

(1)

式中：K——事故树中包含最小割集数目(或最小径集数目)；

m——包含第i个基本事件最小割集数目(或最小径集数目)；

Rj——包含第i个最小割集中第j个最小割集中基本事件数目(或最小径集中基本事件数目)。

通过式(1)求得基本事件结构重要度如表3所示。

表3 结构重要度

结构重要度顺序为：

I(1)=I(4)=I(5)>I(9)=I(2)=I(6)=I(7)=I(3)=I(8)，人为误动作=控制器故障发出指令=启动电磁阀故障>特殊作业产生火焰烟气=选择阀故障=双联动单因素=不适的区域环境=瓶头阀故障=特殊作业环境未手动。

1.2.3对基本事件结构重要度的分析

从上述分析得知，人为误动作、启动电磁阀故障、控制器故障发出指令是引发误喷事故的最主要因素，特殊作业产生火焰烟气、瓶头阀故障、选择阀故障、双联动单因素、不适的区域环境、特殊作业环境未手动是发生灭火系统误喷的重要因素。

人为误动作的本质原因是:①现场人员不了解二氧化碳灭火系统窒息对人体产生的危害；②现场人员对系统的启动程序、操作步骤、设备设施基本工作原理不熟悉；③操作区域的启动按钮周围没有醒目的警示标识；④电磁阀在安装过程中被误动作；⑤维护保养人员在维保过程中误触碰启动电磁阀，上述情况在单一因素下触碰启动按钮和电磁阀即可造成系统误喷。

电磁阀故障的本质原因是：①电磁阀在入场前存在质量问题；②电磁阀安装不正确。控制器故障发出指令的本质原因是：①控制器使用年限过长；②未做到对控制器的定期维护保养。对于选择阀、瓶头阀故障也可归结于设备本身质量不合格或维护保养不到位。双联动单因素一般为设计阶段存在的缺陷，如两个探测信号设置成同种触发因素的联动逻辑关系。控制器特殊作业产生火焰烟气、不适的区域环境则为管理方面存在问题。

2 二氧化碳灭火系统误喷事故预防措施

根据基本事件及其结构重要度，分别从以下几个方面采取事故预防措施。

2.1 防止人为误动作的措施

针对灭火系统的现场管理与使用人员，企业需明确告知该系统保护区域范围，保护区域实际喷射产生的灭火浓度及可能对人体产生的危害。定期开展气体灭火系统工作原理及使用方法培训，气体灭火系统的日常维护方法和措施，启动按钮及启动气瓶电磁阀处设置“非紧急情况严禁触动”警示标识，提升企业安全自主管控能力[5]。针对维保人员，企业和维保单位需对维护过程制定操作规程，明确维检修作业过程中保护区域内严禁有人，并加强对维护保养人员的监督管理。

2.2 设计安装过程中的质量管控

在对保护区域设置气体灭火系统时，施工前需充分设计论证，建立质量管控手段，包括入场前的外观检查，查阅气体灭火剂和消防设备的强制认证证书，对储存容器的充装量和充装压力进行确认等。在安装过程中要严格执行国家标准规范，对气动驱动管路做气压严密性试验，对灭火剂输送管路分别进行强度和气压气密性试验。

在安装结束后，充分做好模拟启动试验、喷气试验、切换操作试验，验证喷放的程序、逻辑关系、延时时间是否正确。调试结束后委托相应资质的消防设施检测机构进行验收。

2.3 规范灭火系统的维护保养

在开展维护保养前需建立维保需求，该需求以气体灭火系统施工及验收规范为基础，并着重对保护区域环境是否变化，对控制器、启动电磁阀、瓶头阀、选择阀、集流管等组件设备进行重点检查，定期更换警示标识。按照要求开展每日、每月、每季、每年的维修保养工作，定期开展设备试喷试验，确定逻辑关系是否发生变化。对高压钢瓶及其瓶头阀按照压力容器要求定期做气密性试验，对集流管上的安全阀、启动气瓶上的压力表定期检验，保证完好有效。

2.4 特殊作业及作业环境的要求

定期对防护区域的环境进行排查，确定防护区域内的各类探测器是否具备适应性。对于在防护区域内特殊作业的外来人员，本单位需建立外来人员安全施工操作规程。针对动火动焊等产生火花和烟雾的作业，在开展特种作业前分析可能产生的危害，开展相关方安全培训，指定专人负责将气体灭火系统调节至手动状态，防止误喷事件发生。

3 结论

本文通过对二氧化碳灭火系统误喷事故分析，确定了能够引起系统误喷的9个基本事件,通过对结构重要度的计算得出人为误动作、启动电磁阀故障、控制器故障并发出指令是引误喷事故的最主要因素。因此，加强安全培训，使人员了解系统可能产生的危害，掌握系统的工作原理和操作流程，制定维护保养操作规程，建立对维保人员的监督管控机制，能够有效防止人员误动作造成的误喷事故。通过对设计、安装、维护保养方面管控能够防止系统设备故障，通过定期模拟启动试验和喷气试验能够确定逻辑关系是否正确，最后针对特殊作业，建立特殊作业管理制度，来防止误喷事故发生。