基于動態事件樹的液氯儲罐安全系統的風險分析

姚見 辛承銳 馬東池 田宏

【摘 要】本文由液氯儲罐安全系統的可靠性出發，對液氯儲罐進行安全風險分析。利用動態事件樹分析方法，給出了基于蒙特卡洛模擬的仿真策略，確定出液氯儲罐安全系統的可靠性水平，提出綜合改進措施，提高其系統可靠性。

【關鍵詞】動態事件樹；液氯儲罐；風險分析

我國化工企業共發生51起大典型事故，其中液氯排在第一位。液氯安全系統在性能不斷提高的同時，其整體的復雜性急劇增加，無論系統任何部分出現非正常情況都可能對系統的狀態產生影響。為了能有效地應用系統的動態特性，事故場景的動態變化能展現出來，動態安全性分析方法于近年逐漸被開發，動態分析的方法主要有事件序列圖、連續事件樹、動態故障樹和動態事件樹分析等。在這些動態分析方法中，動態事件樹分析是其中比較典型的方法之一。

一、方法選擇

（一）動態事件樹

動態事件樹是一種利用計算機進行仿真模擬的方法，主要以連續事件樹為基礎，能夠全面的建立整個系統的演化模型。主要包含的措施有：離散化連續的時間；增加了事件發生概率的動態變化；優化選取仿真策略等。動態事件樹分析的思想主要是：系統的狀態會跟隨著變化的時間，在相異因素（人為操作、硬件失效、過程變量等）的誘導作用下而出現持續的變化，且變化后擁有不確定性的系統狀態，即在設定的初始條件下，經過數次觸發系統，其狀態將進行不同方向的演化。[1]

（二）蒙特卡洛模擬

蒙特卡洛方法即統計模擬的方法，主要是指應用隨機數來協助解決大多有關計算類問題的方法。蒙特卡洛方法的基本思想是當所要研究的結果是出現某一時間的概率，或者是某個速記變量的期望值時，就需要借助一種特定的“實驗性”的方法，從而得出該種事件情形發生的概率，或者得到該隨機數的一個平均值，并應用這些結論來解決相關試用的問題。

二、液氯儲罐安全系統的風險分析

（一）實例背景

液氯泄漏后迅速氣化成氯氣，是一種強烈的刺激性氣體，根據危險化學品名錄氯氣屬于劇毒品。液氯泄漏所致中毒是常見的重大事故，時常引發及其嚴重的事故后果和巨大的經濟損失。液氯儲罐應安裝有以下安全系統：濃度傳感器、自動關斷系統、報警器、手動關斷系統、防火系統和滅火系統。現對其進行安全風險分析。

（二）各系統失效概率的確定

傳統的事件樹分析中，安全屏障的失效概率雖是確定的值，但是由于受到環境因素、操作因素、技術因素、組織管理因素等的影響，安全屏障元件上存在漏洞或缺陷會使安全屏障的功能降級、受損。這些漏洞隨著時間在不斷變化，當某一瞬間每層安全屏障上的缺陷排列在一條直線上，安全屏障的失效概率更傾向于服從某種確定的概率分布。因此，采用概率密度函數能夠更加準確地描述安全屏障的失效概率。對液氯儲罐安全系統的失效概率進行了確定，如圖1所示。

（三）動態事件樹的構建

以液氯泄漏為異常事件進行研究，此異常事件可能產生3種結果事件：安全（A），火災（B），中毒（C）。事件樹如圖2所示。[2]

系統狀態標記為U（1，n），V（1，n），W（1，n），其分別表示為安全、火災和中毒的發生概率，初始狀態為液氯泄漏。為了方便數據的管理和操作，用G，h，i，j，k，l分別表濃度傳感器、自動關斷系統、報警器、手動關斷系統、防火系統、滅火系統的失效概率。設置仿真時間為11小時。具體流程如下：1.設置初始事件；2.各系統失效概率的擬合；3.應用蒙特卡洛方法生成隨機數；4.將產生的隨機數輸入到事件樹中；5.產生各事件發生概率。利用matlab中進行數據擬合，并利用蒙特卡洛模擬產生隨機數，產生的隨機數即為所要時間點的該系統失效概率，將產生的隨機數輸入到事件樹中，進行該時間點的概率模擬計算，并生成該時間點三種后果的概率大小，進而進行分析和預測。

（四）安全風險分析。經過長仿真運算后，其事件發生概率如下圖所示：

從上圖中可以看出液氯儲罐的總體安全性能穩定，但是安全發生的概率先降低后增加，最終趨于0.49；火災發生的概率先增加后降低，最終趨于0.3；中毒發生的概率最終趨于0.21。這說明隨著設備的運行，液氨罐區總體安全性基本保持不變。在控制其他安全系統的風險發生概率一定的情況下，各部分控制的概率為其平均值，分別對報警器、手動關斷系統、滅火系統進行仿真。

三、結論

本文應用蒙特卡洛模擬對事件發生可能性進行預測，同時對安全系統整體的影響進行模擬及可能性發展趨勢進行預測。主要結論如下：

（1）構建了主要設備風險因素失效事件樹，建立適應性較強的液氯儲罐安全系統的風險分析。

（2）利用蒙特卡洛模擬，實現對失效可能性與動態評價過程的有效結合。

（3）通過對液氯儲罐安全系統進行風險分析，說明了本文方法的合理性。

【參考文獻】

[1]周忠寶，周經倫，董豆豆.動態事件樹的導彈安全自毀系統安全性評估[M].北京：火力與指揮控制，2008（4）

[2]杜振國，羅鵬程，厲海濤，潘正強.基于動態事件樹的安全風險分析方法[J].北京：科學技術與工程，2011（22）

[3]嚴蔚敏，吳偉民.數據結構[M].北京：清華大學出版社，2003