儲油區火災爆炸事故樹分析

聶 桐，趙 翔，劉 洲，黃海亮，胡仁強

(1.解放軍后勤工程學院軍事供油工程系，重慶 401311;2.成都軍區成都物資采購站，成都 610052)

油罐儲存的油品具有易燃、易爆、易揮發的特性，隨著油庫的不斷擴容和經濟發展的需要，我國新建油庫庫容一般都在100 ×104m3以上，單罐容量大多在10 ×104m3，而且油罐分布相對集中，一旦發生火災爆炸事故，將造成大量的人員傷亡，巨大的經濟損失以及嚴重的環境污染［1］。因此，對油庫儲罐區進行風險評價十分必要。如何系統地運用安全科學理論和方法對油庫潛在的風險進行辨識和評價，更好地由被動的事故救援向主動預防轉變，已經成為油庫安全管理的工作重點［2］。

事故樹分析法(ATA)起源于故障樹分析法(FTA)，是安全系統工程重要的分析方法之一，在安全評價系統中得到廣泛的應用。事故樹分析法是從特定事故，即頂上事件開始，通過逐層分析事故發生的原因，直到查找出事故的基本原因，即基本事件為止。事故樹分析法不僅能夠分析事故發生的直接原因，還可以揭露事故發生的潛在原因［3］。本研究通過對儲油區火災爆炸事故的分析，分析了火災爆炸事故的影響因素和產生條件，構建了火災爆炸事故樹模型，明確了事故防范的重點部位和關鍵環節，為加強信息化管理手段提供了理論依據，并提出了預防火災事故的具體措施［4］。

1 事故樹分析法

1.1 事故樹分析法的特點

1)不僅可以分析事故發生的直接原因，而且可以揭示事故發生的潛在原因。

2)可以更加直觀、明了地描述事故發生的因果關系，邏輯性強。

3)既可以用于定性分析，也可以用于定量分析。

1.2 事故樹分析的程序

事故樹分析程序如圖1 所示。

1.3 最小割集和最小徑集

割集也叫截止集，它是導致頂上事件發生的基本事件的集合。引起頂上事件發生的基本事件的最小限度的集合叫最小割集。徑集也叫通集，是指在事故樹中某些事件不發生，則頂上事件就不會發生，這些事件的集合就叫徑集。不導致頂上事件發生的最小限度的基本事件的集合稱為最小徑集。通過計算事故樹的最小割集和最小徑集可以更好地了解事故發生是原因及其各基本事件間的關系。

2 儲油區火災爆炸事故分析

2.1 火災爆炸發生條件分析

油庫油罐火災爆炸事故的發生，必須具備3 個條件，一是可燃物，油庫中的可燃物主要是泄漏的油品和油品揮發所產生的濃度達到爆炸極限的可燃氣體; 二是助燃物，空氣中充滿了氧氣，并且庫區中不存在沒有氧氣的封閉環境，無法控制，可不做分析［5］。三是點火源，在《油庫千例事故分析》一書中，在對445 例火災爆炸事故的統計顯示不同點火源所占比例如表1 所示［6］。

由表1 分析可知，點火源一般包括電氣設備火花、明火(包含焊接明火、發動機以及吸煙)、靜電放電火花、雷電、金屬撞擊火花、自然等。

2.2 火災爆炸事故影響因素

從油庫事故致因機理分析可知，影響油庫安全的因素主要分為:人的不安全行為、物的不安全狀態(油料本身和設備設施)、環境因素(自然環境、工作環境)和管理因素［7］。本研究將通過以上，4 個方面對儲油區火災爆炸事故進行分析。

1)人的不安全行為

人的不安全行為是觸發事故發生的重要原因，人的因素主要包括思想覺悟、知識水平、業務能力、自身素質、安全意識等。人的不安全行為主要包括:不按規定的流程作業，甚至違規作業，不按操作流程開啟閥門、庫區內違章動火、庫區內吸煙、使用存在安全隱患的設備設施、攜帶火種進入庫區、未按要求穿著防靜電服等行為。

2)物的不安全狀態

物的因素主要包括油料本身和設備設施2 個方面，油料具有易燃、易爆、易揮發、易流動的特性，因此油料本身就是重要的危險源。設備設施的不安全狀態主要包括:設備本身的缺陷，如不符合設計規范，設備設施不配套等;設備設施維修保養不利，如設備設施故障、設備失修帶“病”作業、儲罐管線的腐蝕穿孔、管件連接處墊圈老化、靜電防雷接地裝置失效等;無安全防護裝置和措施，如使用非防爆電氣設備、無安全保險裝置、沒有接地絕緣保護等［7］。

3)環境因素

環境因素主要分為自然環境和工作環境。自然環境主要包括油庫的選址、當地氣候，地震、泥石流、山體滑坡、洪水、雷電等自然災害情況。自然災害會對庫區內的儲罐和設備設施造成損壞，雷電是引發火災是重要點火源。工作環境主要包括粉塵、有毒氣體、噪音、光照、溫濕度等，工作環境對人的心理和生理具有重要影響［7-8］。

4)管理因素

油庫是一個復雜的“人、機、物、環境”系統，管理缺陷是導致事故發生的重要原因。油庫管理缺陷主要包括:一是組織體制不完善，如安全機構不健全、專業技術人員不足、管理人員不專業、組織體制不合理等。二是規章制度不健全，如操作規程不健全、操作流程不合理、責任區分不明確。三是安全教育培訓不夠，如安全意識淡薄，安全知識缺乏、安全預案演練不足等。四是檢查監督不到位，如規章制度落實不牢，違規操作現象嚴重，管理人員未按規定要求現場指揮。

3 事故樹模型的建立

以儲油區火災爆炸事故為頂上事件T，根據各事件之間的邏輯關系，建立事故樹模型，如圖2 所示。

表1 不同點火源導致火災爆炸事故百分比

圖2 火災爆炸事故樹模型

3.1 最小徑集

利用布爾代數方法列出事故樹的結構函數，其結構函數化簡為

由于事故樹的基本事件太多，用上式求解事故樹的最小割集太過麻煩，且得出的最小割集數量大，不便于進一步分析。因此，根據對偶原理，將原事故樹中的所有事件加“’”取反，將原事故樹中的“與門”換為“或門”，原事故樹中的“或門”換為“與門”，從而得到與之對應的成功樹［2］，求成功樹的結構函數為

式中:

將表達式展開，可以得到成功樹的15 個最小割集，成功樹的最小割集就是原事故樹的最小徑集，因此可得原事故樹的最小徑集為

3.2 結構重要度分析

事故樹中的基本事件都會對頂上事件產生影響，為了確定各事件對頂上事件影響程度，需要進行結構重要度分析。在不考慮各基本事件發生概率情況下，假定各事件發生的概率相同，只從事故樹結構上分析各基本事件對頂上事件的影響程度，可以用下面的近似判斷式計算［9］

X1，…，X21，X26同在12 個最小徑集中，X22，…，X25同在6個最小徑集中，X28，…，X35同在6 個最小徑集中，X36，…，X40同在6 個最小徑集中，X41，…，X44同在4 個最小徑集中，X45，X46同在4 個最小徑集中，X48，…，X59在同1 個最小徑集中，X60，…，X64在同1 個最小徑集中，X27為單獨事件，所以Iφ(X27)最大，為1。

在相同徑集中的事件具有相同的結構重要度，因此利用近似判斷式(1)只需計算Iφ(X1)，Iφ(X21)，Iφ(X22)，Iφ(X27)，Iφ(X28)，Iφ(X36)，Iφ(X41)，Iφ(X45)，Iφ(X47)，Iφ(X48)，Iφ(X60)即可。其結構重要度系數為

由此可得各基本事件的結構重要度排序為: Iφ(X27)＞Iφ(X60)=…=Iφ(X64)＞Iφ(X48)=… =Iφ(X59)＞Iφ(X1)=…=Iφ(X20)=Iφ(X26)＞Iφ(X36)=…=Iφ(X40)＞Iφ(X21)＞Iφ(X47)＞Iφ(X45)= Iφ(X46)＞Iφ(X35)= … = Iφ(X28)＞Iφ(X22)=…=Iφ(X25)

事件的結構重要度系統越大，越是火災爆炸事故發生的重要條件，也是本研究防范的重點。基本事件X27是單個事件的最小徑集，其結構重要度系數最大。最小徑集P14，P13，P1僅次于事件X27，因此控制點火源和防止油品泄漏積聚是油庫安全防范的重點。

4 預防措施

通過對事故樹模型的分析，確定了點火源和油氣泄漏積聚是油庫儲油區火災爆炸事故發生的主要原因，掌握了儲油區火災爆炸事故發生的規律，明確了儲油區存在的重要安全隱患和重點防護部位，為制定油庫安全防護措施，合理設置安全監控點及提高信息化管理水平提供了理論依據［10］。

4.1 控制點火源

1)預防明火

油庫必須制定嚴格的規章制度，嚴禁攜帶火種進入庫區，庫區內禁止吸煙，進入庫區的機動車輛必須安裝防火罩。禁止在危險區域內擅自動火，確需動火作業的必須嚴格按照作業流程審批，并做好相應的防火預案。通過設置防火警告標識、加強防火安全培訓，提高作業人員的防火安全意識。

2)預防電氣火花

在危險區域，應當盡可能少地設置電氣設備，以減少因為電氣設備或電氣線故障導致的火災爆炸事故。必須設置時，應當選用符合防爆要求的電氣設備。電氣設備必須具備足夠的抗爆性能和絕緣能力，并對電氣設備進行接地保護。

3)預防靜電火花

預防靜電火花主要是預防靜電產生和防止或減少積聚，可以通過控制流速，改進裝油方式(嚴禁油罐及油罐車從頂部噴濺裝油，應從底部或將鶴管伸至近油罐車底部加油)以及防止不同閃點的油品混合及避免雜質等方式來減少靜電產生。為了防止靜電積聚，可以通過接地和跨接、添加抗靜電劑、設置靜電緩和器或靜電靜電消除器以及經過過濾器的油品應保證足夠的漏電時間等方式防止或減少靜電的積聚。對于人體靜電，可以通過設置人體排靜電體、穿防靜電服和防靜電鞋、嚴禁人員在危險區域穿脫衣帽等類似物的方式來消除或減少靜電的積聚［11-13］。

4)預防雷擊火花

預防油庫雷電引發的火災爆炸事故的措施主要有以下幾種方式:一是通過設置避雷裝置(如避雷針、避雷線等)，將雷電流導入大地。二是通過電氣連接，防止放電。三是雷雨天氣時應嚴格控制油氣排放。四是在油氣呼吸管路上安裝阻火器［13］。

4.2 預防油氣泄漏積聚

油庫中的油氣排放源主要分為非事故性排放源和事故性排放源。非事故性排放源是指油庫正常作業過程和油品儲存過程中正常的油氣排放，如油品儲存過程中的小呼吸，收發油過程中的大呼吸等。這類油氣排放比較固定，其危險性比較小，是可以預見的。事故性排放源主要是指油品或油氣泄漏，這類排放源不確定，危險性較大，是預防的重點。

設備設施故障、法蘭閥門管件連接處密封不嚴、人員的操作失誤、儲罐管線腐蝕等是造成的油品的跑冒滴漏的主要原因，而油庫未設置通風設備、通風設備故障以及未按要求及時通風是造成泄漏油氣達到爆炸極限的主要原因。因此預防油氣泄漏積聚應采取以下措施:

1)制定嚴格的工藝操作流程，加強人員培訓，提高人員業務水平。

2)定期檢查維護設備設施，及時發現問題并維修。

3)加強法蘭閥門管件連接處等重點部位的巡查維護，防止油品泄漏。

4)設置通風設備，保持良好的通風，防止油氣積聚。

4.3 信息技術的應用

1)設置油氣濃度檢測裝置，油氣濃度超標自動報警。在容易發生油氣泄漏的重點部位，如閥門井、罐前閥門等處設置油氣濃度檢測裝置。通過設置油氣濃度報警下限，當檢測到油氣濃度超標后自動報警，提醒作業人員，并聯動通風設備進行通風［4］。

2)設置油罐液位監測裝置，實時監測油罐液位情況。通過設置液位最高值和最低值，當液位高于或低于安全高度時，會自動報警，從而防止溢油事故和設備事故的發生。

3)設置門禁系統，嚴格控制庫區人員出入。通過設置門禁系統，在人員進入庫區時，檢查人員是否擅自攜帶火種，進入庫區的車輛是否安裝防護罩，作業人員是否穿著防靜電服等。

4)設置消防自動系統，當檢測到油庫發生火災事故時，消防系統按照編制預案自動啟動消防設施進行滅火作業。

5)設置視頻監控系統，通過視頻監控系統實時監控庫區作業狀況，監控是否存在違規動火作業行為，是否有人故意破壞。通過安裝智能球機，劃定報警區域，一旦有人闖入自動報警，提醒管理人員。通過安裝紅外攝像機，實時監控庫區周邊火情［14］。

5 結束語

儲油區是油庫安全防范的重點，一旦發生火災爆炸事故將會帶來大量的人員傷亡、巨大的經濟損失和嚴重的環境污染問題。針對油庫火災爆炸事故特點，分析了火災爆炸事故的影響因素和產生條件，分析了各基本事件與頂上事件的邏輯關系，構建了事故樹模型。通過計算各基本事件的結構重要度，明確了預防火災爆炸事故的重點，為合理設置監控點提供了依據，提出了通過控制點火源、預防油氣泄漏積聚的方法預防火災爆炸事故的發生，并提出采用信息化手段提高預防火災爆炸事故的效率和能力。

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