事故樹在鐵路運輸液化石油氣安全分析中的應用

富世慧

（太原鐵路局 榆次站，山西 晉中 030600）

液化石油氣是常見的鐵路運輸的危險貨物，一旦發生事故，泄漏的液化石油氣將導致植物、動物和人的傷害或死亡，對運輸秩序和周圍環境都將造成很大危害[1]。因而，深入分析鐵路運輸液化石油氣的全過程，找出危險因素及其重要度，制定有效預防辦法是十分必要的。

1 液化石油氣危險性分析

液化石油氣 (Liquefied Petroleum Gas，LPG) 是一種無色、揮發性氣體，屬于石油產品之一。液化石油氣具有易爆炸、易燃燒、易膨脹、易汽化、易產生靜電等特性，所以具有容易燃燒、爆炸的危險性，同時還具有腐蝕、麻醉作用等危險性。在鐵路運輸過程中可能產生以下危險：

（1）易燃的危險。運輸液化石油氣的罐車，由于違章操作或者長期使用、缺乏維修導致性能失靈等因素，往往會產生氣體泄露。泄露的液化石油氣在擴散中遇到各種明火、電氣火花、靜電火花、制動時產生的火星等火源都會導致著火，具有易燃的危險。

（2）易爆的危險。常溫條件下，液化石油氣在罐車內處于氣、液兩相平衡狀態，而我國幅員遼闊，各地氣溫有一定差別，因此，鐵路罐車在運輸液化石油氣的過程中會受到氣溫升溫、強力震動的影響，具有發生爆炸的危險。另外，從液化氣罐車中泄露出的液化石油氣，在空氣中的濃度達到其爆炸極限時，遇到火源也有發生爆炸的危險。

（3）腐蝕、麻醉的危險。液化石油氣中一般都含有不同數量的硫化氫。硫化氫對容器內壁有腐蝕作用，由于液化石油氣容器是一種受壓容器，內腐蝕可以不斷地使容器壁變薄，降低容器的耐壓強度，縮短容器的使用年限，最終導致容器穿孔漏氣或爆裂，引發火災爆炸事故。此外，液化石油氣對人體中樞神經有麻醉性，當空氣中液化石油氣的濃度高于10% 時，就會使人頭昏，以至窒息死亡。

2 鐵路運輸液化石油氣的事故樹分析

2.1 事故樹簡介

事故樹分析 (Fault Tree Analysis，FTA) 是安全系統工程中常用的一種分析方法。目前事故樹分析法已從航空、核工業進入一般電子、電力、化工、機械、交通等領域，這一方法可以進行故障診斷，分析系統的薄弱環節，指導系統的安全運行和維修，實現系統的優化設計。事故樹分析是一種演繹推理法，這種方法把系統可能發生的某種事故與導致事故發生的各種原因之間的邏輯關系用一種稱為事故樹的樹形圖表示，通過對事故樹的定性與定量分析，找出事故發生的主要原因，為確定安全對策提供可靠依據，以達到預測與預防事故發生的目的。

2.2 鐵路運輸液化石油氣事故樹的編制

2.2.1 事故樹的編制步驟

（1）確定事故樹的頂事件。確定頂事件是指確定所要分析的對象事件。根據事故調查報告分析其損失大小和事故頻率，一般選擇易于發生且后果嚴重的事故作為事故的頂事件。

（2）調查與頂事件有關的所有原因事件。從人、機、環境和信息等方面調查與事故樹頂事件有關的所有事故原因，確定事故原因并進行影響分析。

（3）編制事故樹。采用一些規定的符號 (如圖1所示)，按照一定的邏輯關系，把事故樹頂事件與引起頂事件的原因事件，繪制成反映因果關系的樹形圖。

圖1 事故樹符號

2.2.2 編制事故樹

鐵路運輸液化石油氣事故樹分析圖如圖2所示。其中，X1表示危險區域內吸煙；X2表示危險區域內無名火源；X3表示列車制動時閘瓦抱輪；X4表示違規檢車作業；X5表示人體自帶靜電；X6表示鐵路運輸液化石油氣過程中罐車受到沖擊；X7表示罐體壁過于粗糙；X8表示雷擊；X9表示安全附件泄漏；X10表示外界沖擊、碰撞、顛簸；X11表示液體充裝過量；X12表示高溫環境造成熱負荷；X13表示罐壁由于腐蝕變薄；X14表示罐壁焊接處裂縫；X15表示溫度表失靈；X16表示無頂棚遮陽；X17表示壓力表失靈。

2.3 事故樹定性分析

在事故樹分析中，最小割集與最小徑集的概念起著非常重要的作用。事故樹定性分析的主要任務是求出導致系統發生事故 (故障) 的全部事故模式。通過對最小割集或最小徑集的分析，可以找出系統的薄弱環節，提高系統的安全性和可靠性。按事故樹結構，利用布爾代數法進行運算，求取事故樹的最小割集或最小徑集，確定出基本事件的結構重要度，根據定性分析的結果，確定預防事故的安全保障措施。

（1）事故樹的最小割集：{X1，X9}，{X15}，

圖2 鐵路運輸液化石油氣事故樹分析圖

2.4 事故樹定量分析

事故樹定量分析主要是根據引起事故發生的各基本事件的概率，計算事故樹頂事件發生的概率；計算各基本事件的概率重要度和結構重要度。由于缺乏計算概率重要度的基礎數據，這里僅對結構重要度進行分析計算，確定基本事件對頂事件的結構重要度。

結構重要度是指不考慮基本事件自身的發生概率，或者說假定各基本事件的發生概率相等，僅從結構上分析各個基本事件對頂事件發生所產生的影響程度。

結構重要度分析可采用2種方法。一種是求結構重要系數，另一種是利用最小割集或最小徑集判斷重要度，排出次序。前者精確，但繁瑣；后者簡單，但不夠精確。在此采用前者進行計算。

令事件 Xi的結構重要度 IΦ(i) 用下式表示：

式中：n 表示事故樹中基本事件個數；i，j 表示基本事件序號，且 i≠j；2n-1表示基本事件 Xi的狀態組合數；p 表示基本事件狀態組合序號；Xjp表示 2n-1狀態組合中的第 p 個狀態；1i表示基本事件 Xi發生的狀態值；0i表示基本事件 Xi不發生的狀態值。

經計算事故樹的結構重要度是：

因此，結構重要度順序為：

則有：安全附件泄漏，外界沖擊、碰撞、顛簸，液體充裝過量，高溫環境造成熱負荷，罐壁由于腐蝕變薄，罐壁焊接處裂縫的結構重要度一致，且大于危險區域內吸煙，危險區域內無名火源，列車制動時閘瓦抱輪，違規檢車作業，人體自帶靜電，鐵路運輸液化石油氣過程中罐車受到沖擊，罐體壁過于粗糙，雷擊的結構重要度，溫度表失靈、無頂棚遮陽、壓力表失靈因素的結構重要度相等，且小于上述兩類因素的結構重要度。

3 預防事故的措施

在定性與定量分析的基礎上，根據各種可能導致事故發生的基本事件組合 (最小割集或最小徑集) 的可預防的難易程度和結構重要度，結合企業的實際能力，制訂具體、切實可行的預防措施。

（1）針對鐵路運輸液化石油氣的專用罐車，其設計、制造、使用、檢修及運行應遵守國家、鐵路、勞動、化工等部門的有關規定。罐車上應按《鐵路危險貨物運輸管理規則》的有關要求涂打標記。

（2）在使用鐵路罐車時，應按照各種危險因素的結構重要度有重點有次序地檢查，確保運輸過程安全。

（3）充裝液化石油氣前，應認真檢查壓力、液位、緊急切斷裝置等安全附件的狀況，核對罐車充裝介質的名稱，安全附件不全或性能不佳時禁止充裝。罐車裝卸液化石油氣時應嚴格執行安全操作規程，嚴防跑液漏氣，以免裝卸場所積聚液化石油氣，留下火災隱患。遇雷雨天氣或出現罐車內液壓異常、泄露氣體、裝卸場所附近著火等威脅裝卸安全的因素時，應停止裝卸作業。當液化石油氣運輸距離較長、區域溫差較大時，要核對相關標準，確認不得充裝過量，避免溫度過高、氣體膨脹發生泄漏。

（4）裝運液化石油氣的鐵路罐車押運員不但要熟悉液化石油氣的性質，了解罐車結構、性能及鐵路運輸危險貨物的安全規定，還須掌握必要的防火滅火知識，以便運輸途中發生泄露著火等事故時能正確處理。對牽引石油液化氣的機車乘務員要進行專項培訓，要熟知牽引石油液化氣的規定及運輸線路狀況。

（5）裝運液化石油氣的鐵路罐車，不得在沿途各站久停，到達鐵路終到站后應用機車及時推進液化石油氣站。罐車在運輸途中發生重大泄漏時，押運人員應及時向列車主管人員報告，發出危險信號，停車緊急堵漏，并迅速向當地政府及公安、消防部門報告，設立警戒區，組織安全疏散。鐵路罐車運輸途中泄漏氣體并著火時，應采取緊措施，并及時向當地消防部門報警，組織搶險救災。

[1]張江華，朱道立. 危險化學品運輸風險分析研究綜述[J]. 中國安全科學學報，2007，17(3)：136-147.