故障樹方法分析危化品儲(chǔ)罐燃爆事故

劉新(福建省冶金工業(yè)設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350011)

0 引言

在化工行業(yè)，儲(chǔ)罐是常用的生產(chǎn)存儲(chǔ)設(shè)備，空間密閉，其存儲(chǔ)物質(zhì)多為危險(xiǎn)化學(xué)品。儲(chǔ)罐內(nèi)部空間通風(fēng)不良，易導(dǎo)致其氧含量不足，乃至有毒有害、易燃易爆物質(zhì)的集聚。作業(yè)人員在對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行清洗、維修作業(yè)時(shí)，可能發(fā)生中毒、缺氧窒息、燃爆等突發(fā)狀況。

1 故障樹定性定量風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 故障樹分析目的及特點(diǎn)

如圖1所示就是一個(gè)簡(jiǎn)單的故障樹。這一簡(jiǎn)單故障樹表明：作為最終事件的工藝系統(tǒng)故障是由工段設(shè)備a的故障或工段設(shè)備b的故障引起的[1]，而工段設(shè)備a的故障可能是零件1引起，也可能是零件2引起，工段設(shè)備b的故障則是零件3和零件4同時(shí)發(fā)生故障時(shí)引起。故障分析的目的就是通過(guò)逐層推導(dǎo)，直觀的表述可能導(dǎo)致工藝系統(tǒng)事故的基本原因(底事件)及影響路徑。

圖1 故障樹

由圖1可看出，故障樹分析具有如下特點(diǎn)：

(1)清晰表述工藝系統(tǒng)故障的起因。故障樹圖能直觀顯示故障的基本原因及各工藝控制點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系[1]，有助于有關(guān)人員快速、便捷了解系統(tǒng)安全控制的要點(diǎn)和措施。

(2)突出防控重點(diǎn)。通過(guò)化簡(jiǎn)故障樹，求故障樹的最小割集，由結(jié)構(gòu)重要度比分析最小割集。通過(guò)確定最小割集的出現(xiàn)頻次，進(jìn)而確定系統(tǒng)危險(xiǎn)性高的控制點(diǎn)，便于采取有針對(duì)性的重點(diǎn)防控措施。

1.2 基于危化品儲(chǔ)罐燃爆的故障樹計(jì)算及分析

1.2.1 故障樹的建立

通常引起危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐燃爆的直接原因有：(1)存儲(chǔ)的易燃易爆物質(zhì)達(dá)到爆炸極限；(2)點(diǎn)火源。

因此，建立危化品儲(chǔ)罐燃爆故障樹如圖2所示。

1.2.2 儲(chǔ)罐燃爆故障樹計(jì)算及分析

根據(jù)圖2，化簡(jiǎn)故障樹，求最小割集，運(yùn)算過(guò)程如下：

由計(jì)算可知，圖2儲(chǔ)罐燃爆故障樹包括42個(gè)最小割集，分別是：(X1X3X6)、(X1X3X7)、(X1X3X8)、(X1X3X9)、(X1X3X12)、(X1X3X13)、(X1X4X6)、(X1X4X7)、(X1X4X8)、(X1X4X9)、(X1X4X12)、(X1X4X13)、(X1X5X6)、(X1X5X7)、(X1X5X8)、(X1X5X9)、(X1X5X12)、(X1X5X13) (X2X3X6)、(X2X3X7)、(X2X3X8)、(X2X3X9)、(X2X3X12)、(X2X3X13)、(X2X4X6)、(X2X4X7)、(X2X4X8)、(X2X4X9)、(X2X4X12)、(X2X4X13)、(X2X5X6)、(X2X5X7)、(X2X5X8)、(X2X5X9)、(X2X5X12)、(X2X5X13)、(X1X3X10X11)、(X1X4X10X11)、(X1X5X10X11)、(X2X3X10X11)、(X2X4X10X11)、(X2X5X10X11)。

圖2 危化品儲(chǔ)罐燃爆故障樹

若最小割集中底事件的數(shù)目相等時(shí)，底事件結(jié)構(gòu)重要度的判斷，取決于其重復(fù)出現(xiàn)的頻率，出現(xiàn)次數(shù)越多，其結(jié)構(gòu)重要度就越大，越需要重點(diǎn)防控。例如在圖2儲(chǔ)罐燃爆故障樹42個(gè)最小割集中，在第1～第36個(gè)最小割集都包括3個(gè)底事件，則可以判斷：

(1)IΦ(1)=IΦ(2)＞ IΦ(3)= IΦ(4)= IΦ(5)＞ IΦ(6)＞=IΦ(7)= IΦ(8)= IΦ(9)=IΦ(12)＞=IΦ(13)。

(2)在第37～第42個(gè)最小割集都包括4個(gè)底事件，則可以判斷：IΦ(10)=IΦ(11)＞IΦ(1)=IΦ(2)＞IΦ(3)= IΦ(4)=IΦ(5)。

綜合(1)和(2)的結(jié)構(gòu)重要度比較結(jié)果可知，42個(gè)最小割集，引起燃爆事故的底事件包括3要素：儲(chǔ)罐內(nèi)物質(zhì)的泄漏(X1、X2)、通風(fēng)不良(X3、X4、X5)及點(diǎn)火源(X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13)。底事件結(jié)構(gòu)重要度比較結(jié)果如下：

IΦ(1、2)：儲(chǔ)罐內(nèi)物質(zhì)泄漏＞IΦ(3、4、5)：通風(fēng)不良＞IΦ(6、7、8、9、10、11、12、13)：點(diǎn)火源。

1.2.3 故障樹應(yīng)用實(shí)例

以2018年上海賽科石化有限責(zé)任公司5·12較大爆炸事故，造成6人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失約1 166萬(wàn)元為例，運(yùn)用故障樹方法對(duì)該生產(chǎn)安全事故進(jìn)行分析及計(jì)算。

圖3 5·12苯儲(chǔ)罐燃爆故障樹

經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)計(jì)算圖3故障樹，可以得到1個(gè)最小割集，即：T=A1X4=B1X3X4=X1X2X3X4。

在5·12燃爆事故最小割集(X1、X2、X3、X4)中不難發(fā)現(xiàn)，該案例滿足燃爆底事件3要素：(1)苯儲(chǔ)罐泄漏(X1、X2)；(2)維修作業(yè)時(shí)無(wú)排風(fēng)(X3)；(3)使用非防爆工具產(chǎn)生火花(X4)。

從結(jié)構(gòu)重要度分析最小割集(X1、X2、X3、X4)，即IΦ(1)= IΦ(2)=IΦ(3)= IΦ(4)，可以看出，當(dāng)X1、X2、X3、X4為并列關(guān)系且同時(shí)發(fā)生時(shí)，苯儲(chǔ)罐燃爆無(wú)可避免。

結(jié)合以上分析，只要將最小割集中的底事件進(jìn)行科學(xué)預(yù)防和控制，就可以避免5·12苯儲(chǔ)罐燃爆此類事故的發(fā)生。

2 儲(chǔ)罐燃爆事故風(fēng)險(xiǎn)防控對(duì)策

從5·12苯儲(chǔ)罐燃爆事后調(diào)查可知，除了引起燃爆事故的直接原因之外，該企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)苯儲(chǔ)罐維修作業(yè)人員，在未核實(shí)有限空間作業(yè)內(nèi)容發(fā)生變化，未變更作業(yè)方案，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)包單位相關(guān)管理人員在已知儲(chǔ)罐維修作業(yè)內(nèi)容發(fā)生重大變化的情況下，未及時(shí)通知承包單位修改施工方案并立即要求停止作業(yè)，也暴露了涉事企業(yè)安全管理制度流于形式，安全管理人員玩忽職守的弊端[2]。因此，防控5·12有限空間儲(chǔ)罐燃爆事故的重點(diǎn)除了防止形成可燃?xì)怏w濃度達(dá)到爆炸極限、控制點(diǎn)火源之外，還應(yīng)加強(qiáng)有限空間作業(yè)安全管理[3]，嚴(yán)格作業(yè)審批、注重現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員對(duì)有限空間作業(yè)認(rèn)知、操作規(guī)程的專項(xiàng)安全培訓(xùn)、定期排查隱患。完善企業(yè)的發(fā)包管理，明確發(fā)包單位和承包單位雙方的權(quán)力和義務(wù)，嚴(yán)格按照有限空間作業(yè)要求開展作業(yè)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)故障樹分析法可知，儲(chǔ)罐燃爆防控重點(diǎn)在于：(1)避免形成可燃?xì)怏w或降低可燃?xì)怏w濃度，以防達(dá)到爆炸極限；(2)控制產(chǎn)生或消滅點(diǎn)火源；(3)應(yīng)根據(jù)《工貿(mào)企業(yè)有限空間作業(yè)監(jiān)督管理暫行規(guī)定》，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)，加強(qiáng)相關(guān)操作人員對(duì)有限空間作業(yè)認(rèn)知、定期進(jìn)行操作規(guī)程、專項(xiàng)安全培訓(xùn)及隱患排查[3]；(4)加強(qiáng)企業(yè)的發(fā)包管理。