FTA-Vensim法在LPG罐箱航道運輸中的綜合運用

田娟 胡澄 吳鳳華

摘 要：針對液化石油氣（LPG）易燃易爆的性質，結合LPG罐箱航道運輸特點，本文從火災三要素出發，運用事故樹法（FTA）分析LPG罐箱在航道運輸時可能導致火災爆炸的一系列因素，并通過最小割集與最小徑集分析出航運過程中的危險與安全組合，結合結構重要度排序提出相關控制措施，隨后利用系統動力學軟件vensim對控制措施進行了仿真驗證，模擬結果顯示LPG安全水平從30提升到75左右，防范措施合理，為LPG罐箱航道運輸安全提供參考。

關鍵詞：罐式集裝箱? 航道運輸? 事故樹? 仿真驗證;

中圖分類號：DU698? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）11-0048-03

隨著經濟的發展，液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas，LPG）作為一種重要的化工基本原料，在民用、工業領域用量占比越來越大。在運輸方式上，全球一直沿襲采用LPG罐式集裝箱（以下簡稱為罐箱）傳統船舶運輸，但由于LPG罐箱存在安全隱患大、運輸裝卸致災因素復雜等問題，一旦發生事故后果不堪設想;且目前業內對于LPG罐箱航運事故的評價研究相對較少，亟待開展相關研究，故對其進行安全因素風險評價，具有十分重要的現實意義。

黃昆[1]等人最先對于LPG儲罐站的安全性進行了分析，并提出相應措施予以改進，常光忠[2]等人專門針對儲罐的失效案例，開發出了針對性的RBI定性評價方法，并將此運用于某石化公司且取得較好的效果，林建[3]等人選取系統動力學STELLA軟件模擬LPG物流水運物流量預測，并以此來指導區域的LPG物流水運運力配置及路徑的規劃。 然而，這些研究大多局限于LPG儲罐區的危害分析，對于LPG罐箱航運事故分析研究少之又少，因此在此基礎上，提出利用事故樹分析（Fault Tree Analysis，FTA）對航運規程中的危險因素進行定性分析，提出相關措施，為LPG罐箱安全航運管理提供可靠基礎。

但既往研究成果一般在提出措施的基礎上，都缺乏了對措施合理性及有效性的驗證，為補足有關驗證，本文利用Vensim[4]軟件對罐箱船舶治理措施進行LPG安全水平仿真模擬，以驗證相關措施的合理性。

1 LPG罐箱事故樹分析

1.1事故樹分析法簡介

事故樹分析法運用邏輯推理對各種系統的危險性進行辨識和評價，不僅能分析出事故的直接原因，而且能深入地揭示出事故的潛在原因，對于繁雜且多的事件情況分析更為合理，且能更簡潔明了地表示出各事件之間的因果關系及邏輯關系[5]，因此，對于航運危害因素分析十分合理。

1.2事故原因分析

由于LPG自身易燃易爆以及受熱膨脹性，極易與周圍明火反應，致使我們在LPG罐箱航運過程中必須采用更為嚴格的管理措施，以盡可能的使LPG罐箱安全可靠地運輸。以某一次航運過程為例，從充裝罐箱到運輸到最后安全卸貨，以LPG火災爆炸事故發生機理分析，主要可以從三個方面考慮，分別是火源、可燃物與助燃物。火源即周圍可能存在的一切產生火花的點火源;可燃物即LPG本身，若想LPG燃燒，就必須使LPG脫離罐箱的箱體，使LPG泄漏;助燃物即是空氣，在有氧環境下這三個條件缺一不可。

1.3編制事故樹

根據以上因素綜合分析，建立以“LPG罐箱航運火災爆炸”為頂上事件的事故樹，如下圖1所示。

其中事故樹所含代碼及代碼含義如下表1所示。

1.4事故樹定性分析

利用布爾代數法定性分析事故原因，簡化事故樹，求出該事故樹下最小割集、最小徑集和結果重要度排序。

1.4.1求取最小割集與最小徑集

最小割集代表分析系統的危險性，提供了事故發生的所有可能性，每個最小割集代表1種事故模式，通過分析事故樹的13個基本事件，得出{P1，X1，X7，X12}{P1，X3，X7，X12}{P1，X5，X7，X12}……{P1，X6，X9，X13}{P1，X6，X11，X13}等60個最小割集。

而最小徑集則代表著系統的安全組合狀態，每個最小徑集都代表1種安全組合，即要想事故不發生的可能方案。由事故樹改為成功樹得到系統的最小徑集組合為{X1，X2，X3，X4，X5， X6}{P1}{X7，X8，X9，X10，X11}{X12，X13}4個最小徑集。

1.4.2結構重要度排序

隨后通過最小徑集計算結構重要度排序得：I（P1） = 1.0000>I（X12）=I（X 13）=0.5000>I（X 7）=I（X 8）=I（X 9）=I（X 10）=I（X 11）=0.06250>I（X 1）=I（X 2）=I（X 3）=I（X 4）=I（X 5）=I（X 6）=0.03125

通過結構重要度排序可得，在滿足爆炸極限的基礎上，基本事件X12，X13的結構重要度最大，即盡可能保持船舶通風順暢，一旦發生LPG泄漏，及時啟動通風系統，稀釋LPG濃度，防止事故發生;再就是LPG泄漏和點火源的原因，從根本上杜絕航運過程中LPG罐箱的泄漏。

1.5綜合控制措施

根據事故樹分析，針對結構重要度LPG罐箱航運火災爆炸事故原因排序提出了以下綜合控制措施：

（1）按時檢修。對罐箱箱體、結構設備防護層和安全閥等相關設備都要進行定期或不定期的檢修維護操作，在每趟航運過程中，都不能有所松懈。

（2）加強安全管理。船方應完善航運過程中應遵守的各項規章制度，以安全運輸為終極目標，加大領導安全監督力度，對船員實行安全操作管理考核，并設置獎懲機制以鞭策船員的行動力。

（3）制定完善的培訓課程。船方應制定專業對口的LPG罐箱裝載運輸手冊，要求船員熟記且按要求辦事，并采取培訓考核的方式驗收培訓成果。

（4）合理設計裝配。要嚴格按照海事局要求，配備專用的集裝箱船舶、通風設備和消防設備等。

2仿真模擬LPG安全水平系統

Vensim是一種可以建立動態模型，隨變量關系時間推移導致因果關系循環的系統動力學[6]仿真軟件。為了驗證以上控制措施的合理性，在此引入Vensim，通過結合控制措施與事故樹結構重要度排序分析，繪制LPG安全水平因果關系圖，如圖2所示。

其中，以LPG安全水平為水平變量，LPG安全水平增量為速率變量，相關治理措施為輔助變量，從而建立LPG安全水平系統動力學流圖，如圖3所示。

在系統動力學中，水平變量方程L=初始值a+安全水平增量b，安全水平增量b可以由安全水平系統動力學流圖中各因素權重值來定義，而權重值則可用前文事故樹結構重要度來表示。假設系統安全水平初始值為30，觀察周期為5年，得出LPG安全水平變化的仿真結果如圖4所示。

如圖可見，隨著一段時間內各項措施的實施（在百分百實施的情況下），LPG罐箱航運過程的安全水平從最初的30逐漸升高到了75左右，可得出各項控制措施對于安全航行LPG罐箱確有一定的作用，且能使系統逐漸趨于穩定。

3結論

本文通過對液化石油氣罐箱在航運過程中可能出現的事故原因進行了綜合分析，利用事故樹分析方法中的結構重要度定性得出通風不良占影響因素的比例最大，在實際操作中必須隨時保持罐箱儲存間的通風與空氣流動;其次，是船舶、罐箱和附屬設備等在設計投入使用時需要遵循海事局的規定，保持設備的完好與人員的素質培養。同時利用系統動力學Vensim軟件模擬LPG安全水平變化，通過安全水平的增加驗證了相關措施的合理性，為LPG罐箱安全航運輸送提供了有效的參考。

參考文獻：

[1]黃昆，蔣宏業，李余斌，于磊，馬國光.LPG儲罐火災與爆炸事故分析[J].西南石油學院學報，2004（05）：74-76+90.

[2]常光忠，施哲雄，蔣曉東.基于RBI方法的儲罐風險評價技術研究與軟件開發[J].腐蝕科學與防護技術，2009，21（03）：343-346.

[3]林建，楊雙煒.基于系統動力模型的LPG物流水運配送路徑優化[J].統計與決策，2016（04）：50-53.

[4]劉清，韓丹丹，陳艷清等. 基于系統動力學的三峽大壩通航風險演化研究[J].中國安全科學學報，2016，26（04）：19-23.

[5]董海佩，程貴海，牛虎，陳慶發.基于事故樹分析法的控制爆破危害影響研究[J].爆破，2018，35（02）：151-154+176.

[6]李海麗，陳勇，張文龍等.礦山頂板事故的FTA-Fuzzy-Vensim分析方法探究[J].安全與環境工程，2019，26（04）：147-151+160.

基金項目：貴州省科技計劃課題（20161082）;貴州省科技計劃項目（20191102）