油庫消防泵電力系統故障樹定量分析

彭 趣，廖柯熹，徐茂力

（1. 西南石油大學 石油與天然氣工程學院， 四川 成都 610500； 2. 中國石化天然氣分公司 廣西LNG項目部， 廣西 北海 536000）

油庫消防泵電力系統故障樹定量分析

彭 趣1，廖柯熹1，徐茂力2

（1. 西南石油大學 石油與天然氣工程學院， 四川 成都 610500； 2. 中國石化天然氣分公司 廣西LNG項目部， 廣西 北海 536000）

近幾年發生的多起油庫失火事件，加強了人們對油庫消防安全的重視程度，使得研究油庫消防系統的安全可靠性變得越發迫切。選取某油庫消防泵的電力系統作為研究對象，結合故障樹分析方法，針對目標油庫的實際情況建立失效故障樹，并根據已有的失效數據計算系統的失效概率，同時對失效故障樹進行結構重要度分析，最終得出定量分析結果及改進建議。

消防系統；故障樹；定量分析；結構重要度

由于最近幾年全國各地油庫建設規模和存儲量的不斷擴大，造成運行管理難度以及安全風險不斷增大，因此，研究油庫消防系統中的事故來源，具有非常重要的現實意義。許多油庫在火災發生初期火勢并不大，但是由于油庫消防泵的供電系統遭到破壞，無法發揮其應有的作用，從而拖延了火災撲救時機，造成火勢的進一步擴大。因此，本文選取某油庫消防系統中消防泵的電力系統作為研究對象，采用故障樹的定量分析方法進行研究，并針對油庫消防泵中最易出現事故的部件給出相應建議。

1 消防泵系統

依據GB50183－2004《石油天然氣工程設計防火規范》中規定,針對油庫單罐容積達到1萬m3及1萬m3以上的，油庫消防系統應該配備具有手動/自動控制能力的固定式低倍數泡沫滅火系統以及固定式冷卻水系統，并輔助固定式消防水泡、消火栓及滅火器等進行滅火。圖1為油庫消防流程[1]。

其實許多油庫火災發生初期火勢并不兇猛，但由于消防系統的供電設施遭到破壞，使得無備用電源的消防系統無法作業，從而耽誤了火災撲救的最佳時機，造成火勢進一步擴大。

因此，油庫消防系統中的冷卻水泵和泡沫泵都應該設置柴油機泵或由柴油機發電的電動泵作為備用電源，一旦正常作業的電動消防泵的電源突然切斷時，系統可以由電動消防泵自動切換為柴油機泵用以繼續供電，保證消防作業正常進行。圖2為油庫消防泵電力系統的結構圖。

2 消防泵電力系統故障樹分析

2.1 故障樹法

故障樹分析法（Fault Tree Analysis）簡稱FTA法，是一種可對于大型復雜系統進行可靠性分析的方法[2]。它將系統中不希望出現的事件作為故障樹的頂事件，采用邏輯符號自上而下地由整體到分部按樹枝狀結構逐層細化，分析導致各事件發生所有可能的直接因素及其相互之間的邏輯關系，并以此逐步深入分析直到找出導致頂事件發生的基本原因，即故障樹的底事件為止[3]。

圖1 油庫消防流程圖Fig.1 Procedure of oil tank fire control work

圖2 油庫消防泵電力系統結構圖Fig.2 Structure diagram of electric power system

故障樹法也是一種圖形演繹法，在使用時，需要借用一系列表示事件之間的邏輯關系和因果關系的門符號、事件符號和基本術語。本文中故障樹分析圖中的邏輯符號符號如見表1所示[4]。

表1 故障樹分析符號Table 1 Logical symbol of fault tree analysis

2.2 消防泵電力系統失效數據統計

某油庫消防泵的電力系統中各部件失效時間和維修所需時間統計如表2所示。

表2 消防泵失效時間及維修時間表Table 2 Failure time and maintenance time of fire control pump

2.3 故障樹定量分析

本文主要針對油庫消防泵的電力系統建立失效故障樹進行定量分析。在建立失效故障樹時采用“油庫消防泵電力系統”作為頂端事件，經過查閱大量資料及文獻，并從多方面加以考慮，建立了失效故障樹框圖如圖3所示，表3為故障樹基本事件及發生概率列表。

圖3 油庫消防泵電力系統失效故障樹框圖Fig.3 Fault tree of electric system

表3 故障樹基本事件及發生概率表Table 3 Basic event and occurrence probability of fault tree

根據圖3，可求出該故障樹的所有最小割集如表4所示，可看出此故障樹由16個二階最小割集所組成。

表4 消防泵電力系統故障樹最小割集表Table 4 Minimal cut sets of fault tree

采用不交和展開法，將16個最小割集的失效概率結果相加，可得出故障樹頂事件的發生概率為0.010 77次/a，即該油庫消防泵電力系統的失效概率為93 a/次。

2.4 結構重要度

每個故障樹往往包含多個底事件，各個底事件在故障樹中的重要性必然因它們所代表的元件（或部件）在系統中的位置（或作用）的不同而不同，因而底事件發生在頂事件發生中做出的貢獻程度即稱作為事件重要度[5]。事件重要度包括概率重要度和結構重要度。其中，概率重要度是指底事件發生概率變化時引起頂事件發生概率的變化程度，而結構重要度是指在不考慮底事件發生概率值的情況下，觀察故障樹的結構，以決定改事件的位置重要度[6]。

通過對油庫消防泵電力系統失效故障樹中各個底事件進行結構重要度分析，可以看出該系統中最易出現故障的薄弱環節是自動監控系統（ATS）及電動機，結構重要度分析結果如表5所示。

表5 消防泵電力系統結構重要度分析結構Table 5 Results of structure importance

3 結論及建議

（1）通過對目標油庫的消防泵系統進行失效故障樹的建立和分析，計算出了該油庫消防系統的失效概率約為93 a/次。此計算結果表明目標油庫消防系統的可靠性較高，其原因在于該油庫設置了以柴油機發電的備用電源，當正常供電系統突然切斷時，可由備用電源提供電力繼續進行消防作業。

（2）通過對故障樹的結構重要度進行分析，在8個設定的底事件中，最容易出現消防故障的部件是備用柴油發電機中的自動監控系統（ATS），而正常供電線路的結構重要度較低，表明正常供電線路部件的可靠度較高，由正常供電線路部件引起消防泵電力系統失效的可能性較低。

（3）從表3中可看出，消防泵電力系統中失效概率最高的部件為自動監控系統（ATS），且ATS也是結構重要度分析中得出的最易失效的部件。因此，本文建議目標油庫更換備用電源中的自動監控系統，以提高油庫消防系統的安全可靠性。

［1］董林林. 大型油庫消防系統設計[J]. 油氣儲運, 2011, 30(11): 864-866.

［2］朱繼洲. 故障樹原理和應用[M]. 西安:西安交通大學出版社, 1989.

［3］ 石傳美, 張亞新. 壓力容器的故障樹分析和可靠性分析[J]. 化工裝備技術, 2009, 30(1): 19-21.

［4］黃祥瑞, 可靠性工程. 可靠性工程[M]. 北京：清華大學出版社, 19 90.

［5］王勇. 普光輸氣站場定量風險評價技術研究[D]. 西南石油大學, 20 12.

［6］Anthony M, Arno R, Dowling N, et al. Reliability analysis for pow er to fire pump using Fault Tree and RBD[C]//Industrial & Comm ercial Power Systems Technical Conference (I&CPS), 2012 IEEE/IAS 48th. IEEE, 2012: 1-7.

Fault Tree Quantitative Analysis of Fire Pump Electric Power System in Oil Depot

PENG Qu1，LIAO Ke-xi1，XU Mao-li2
（1. Collage of Oil and Natural Gas Engineering,Southwest Petroleum University, Sichuan Chengdu 610500，China；2. Sinopec Gas Company Guangxi LNG Project Department, Guangxi Beihai 536000，China）

A series of fire accidents of oil depots happened in recent years, which called for more attention to fire safety and more researches on reliability of fire safety system. In this paper, a fault tree of fire pump electric power system in oil depot was established to calculate failure probability and analyze structure importance. According to calculation results, some suggestions were given out.

Fire safety system; Fault tree; Quantitative analysis; Structure importance

TE 88

： A

： 1671-0460（2015）02-0282-03

2014-08-28

彭趣（1992-），女，在讀碩士生，目前主要研究油氣儲運系統完整性管理與安全評價技術方向。E-mail：369910381@qq.com。