無水氟化氫泄露事故的魚刺圖與事故樹分析

李 濤，蔣復量，王 者

(1.南華大學 資源環境與安全工程學院， 湖南 衡陽 421001；2.中核二七二鈾業有限公司，湖南 衡陽 421004)

無水氟化氫(Anhydrous Hydrogen Fluoride,簡稱AHF)是鈾轉化生產的必備原料之一，主要用于電解制氟(氟化生產)及氫氟化生產，由于其特殊理化性質，確保安全儲送是保證人員與生產正常進行的前提條件，對無水氟化氫的儲送方式進行研究，采用安全可靠的儲送方式顯得尤為重要[1]。

氟化氫是一種強酸，常溫下是具有刺鼻氣味的無色氣體或無色發煙液體。與堿、金屬氧化物激烈反應生成水和金屬氟化物，可腐蝕眼睛、皮膚和呼吸道，能穿透皮膚向深層滲透，形成壞死和潰瘍且不易治愈[2]。氟化氫與金屬反應生成氫氣，有爆炸的危險，氟化氫與許多化合物激烈反應有著火和爆炸的危險，與不同的有機化合物反應，氟化氫可以是脫水劑、氟化劑、聚合劑，也可以作為縮合反應和水解反應的催化劑。氟化氫作為氟化劑，可用于生產氟氯化碳、氟化鋁、合成冰晶石及其它產品。它還可在異構化、縮合、脫水、聚合和水解反應中作為催化劑使用。此外氟化氫還可以在石油工業中做烷基化反應的催化劑以及玻璃的蝕刻和拋光[3-5]。

吸入氟化氫氣體或蒸汽可能引起肺水腫，肺水腫的癥狀常常經過幾個小時以后才變得明顯，體力勞動使癥狀加重。眼接觸輕者局部劇烈疼痛，重者角膜損傷，甚至發生穿孔。長期高于職業接觸限值接觸，可能導致死亡[6]。鑒于無水氟化氫自身及裝卸、儲存過程中存在的危害性，本文應用安全系統工程理論，將魚刺圖分析與事故樹分析相結合，對無水氟化氫裝卸儲存工藝系統進行安全性分析，為防止無水氟化氫泄露提出了有針對性的措施。

1 無水氟化氫泄露事故魚刺圖分析

1.1 魚刺圖分析方法簡介

魚刺圖(Fishbone Diagram)又稱為因果分析圖、因果圖或特性要素圖等。該法在1953年由日本石川馨先生首次應用，他強調有效的數據收集和演示，以促進質量工具用于優化質量改進而著稱，后來介紹到其他國家，把它移植到安全分析方面，成為一種重要的事故分析方法。它是利用“頭腦風暴法”，集思廣益，找出各特性要因，按相互關聯性整理而成的層次分明、條理清楚，并以標出重要因素的圖形來表示，它能幫助我們集中注意心搜尋產生問題的根源，是一種透過現象看本質的分析方法[7]。

1.2 無水氟化氫泄露事故魚刺圖分析

無水氟化氫泄露事故原因是多方面的，我們可以利用安全系統工程理論從人、機、環、管四個方面進行考慮[8]：

首先“環”方面應考慮當地天氣和地質情況；其次是“人”的方面，我們需要考慮操作人員是否具備相應的安全操作知識，以及是否疏忽大意未及時發現或匯報不安全因素；然后是“管”，應該考慮當地監管部門對企業的管理是否完善，以及企業管理者是否制定了完善的安全措施，對無水氟化氫接觸人群的安全教育是否落實，對無水氟化氫危害的預防措施是否到位；最后是“機”，即為裝卸儲存的設備、技術方面是否符合安全標準。根據以上四個方面可以編制魚刺圖，如圖1所示。

圖1 無水氟化氫泄露事故魚刺圖

從圖1中可以看出發生無水氟化氫泄露事故的主要原因有以下四點：(1)無水氟化氫裝卸儲存人員的安全知識缺乏，安全意識淡薄，導致不能及時發現或匯報不安全因素，以及操作人員未按照規定進行操作，導致無水氟化氫泄露；(2)無水氟化氫裝卸儲存工藝設備未按規定進行檢修保養，導致設備傳感器失效，發生無水氟化氫泄露事故。(3)當地的天氣和地質條件，是否存在極端天氣，以及地震等是否頻發；(4)無水氟化氫的存儲管理制度不健全，管理人員失職，導致安全教育未落實，安全檢查不到位等問題，并最終造成無水氟化氫泄露。

2 無水氟化氫泄露事故樹分析

2.1 事故樹分析方法簡介

事故樹分析法(Accident Tree Analysis)又稱故障樹分析法，它是一種演繹推理的安全系統分析方法。從需要分析的特定事故或故障(頂上事件)開始，層層分析其發生原因，直到找出事故的基本原因(底事件)為止[9]。

2.2 事故樹分析

無水氟化氫儲罐區是危險化學品重大危險源，若發生泄露，具有中毒、腐蝕的危險。無水氟化氫泄露可由多種原因引起，也可能只有一種原因。氟化氫泄露事故一般為氟化氫儲罐溫度升高、壓力升高，導致安全閥泄放，若超過設計壓力，可能導致儲罐破裂、管道閥門泄漏。將以上分析結果與魚刺圖分析結論相結合，再根據事故樹編制原理編制相應事故樹，如圖2所示。

圖2 無水氟化氫泄露事故樹

表1 事件清單及編號

2.2.1 計算最小割集

計算可得該事故樹有以下7個最小割集：

E1={X1}；E2={X3}；E3={X4，X5，X6}；E4={X7}；E5={X2}；E6={X9，X10}；E7={X8}。

2.2.2 計算最小徑集

首先可畫出成功樹，如圖3所示。

圖3 無水氟化氫泄露事故成功樹

計算可得該事故樹有以下6個最小徑集：

P1={X1，X2，X3，X4，X7，X8，X9}；P2={X1，X2，X3，X5，X7，X8，X9}；

P3={X1，X2，X3，X6，X7，X8，X9}；P4={X1，X2，X3，X4，X7，X8，X10}；

P5={X1，X2，X3，X5，X7，X8，X10}；P6={X1，X2，X3，X6，X7，X8，X10}。

2.2.3 計算結構重要度

結構重要度公式如下：

式中k為最小割集總數，kj為第j個最小割集，nj為第kj個最小割集的基本事件數。根據公式(1)計算得到底事件結構重要度排序如下：

I{X1}=I{X2}=I{X3}=I{X7}=I{X8}>I{X9}=I{X10}>I{X4}=I{X5}=I{X6}

通過分析可以看出，閥門密封失效、違章操作、溫度計失效、壓力表失效、供電不足是無水氟化氫泄露的最重要的因素，其次是操作人員操作不熟練、無危險意識，沒有預防無水氟化氫泄露的知識與意識，最后是缺乏完善的管理制度、安全管理不嚴格和安全教育培訓不到位。無水氟化氫儲罐的維修保養是預防無水氟化氫泄露的最重要的因素，要確保儲罐的正常運行。

3 安全對策措施建議

由事故樹分析結果可知共有7個割集，6個徑集，即導致頂事件發生的可能性有7種，而避免頂事件發生的措施有6種，因此可以從以下方面采取相應的措施。

(1)定期檢查儲罐安全閥、溫度計、壓力表，確保儲罐安全閥、溫度計、壓力表的正常運行；(2)定期對技術人員進行安全知識培訓，提高相關人員的安全意識與操作水平；(3)制定嚴格的安全管理制度，要求相關人員嚴格執行，降低無水氟化氫泄露事故的發生概率；(4)合理設計儲罐位置，避免極端天氣引起泄露。可以采取以上一種措施，或者多種措施綜合治理。此外，企業還要編制應急預案，一旦發生泄露事故，應立即按照預案內容，采取措施，控制事故，減少事故帶來的損失。

4 結論

本文在文獻檢索的基礎上，運用安全系統工程理論中的魚

刺圖和事故樹的方法對無水氟化氫事故進行了較為系統的分析，得到以下結論。(1)采用魚刺圖分析方法，從人、機、環、管四個方面四個方面粗略分析了無水氟化氫泄露的因素；(2)采用事故樹分析方法對無水氟化氫泄露事故進行了較為深入的分析，分析得出7個最小割集和6個最小徑集，并對10個底事件的結構重要度進行了計算和排序，得出閥門密封失效、違章操作、溫度計失效、壓力表失效、供電不足是無水氟化氫泄露的最重要的因素；(3)根據魚刺圖和事故樹分析的結果，從四個方面的制定了相應的對策措施，為無水氟化氫的安全儲存提供參考。