基于事故樹的硫化氫氫化物爆炸事故定量分析

氯堿工業(yè)是一個重要的基本化工原料工業(yè)，在市場經(jīng)濟中發(fā)揮著重要作用。目前,氯堿行業(yè)主要采用電解飽和食鹽水來生產(chǎn)燒堿、氯氣、氫氣,由于氯氣和氫氣都是易燃易爆氣體,所以近年來隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大,安全問題也越來越突出,特別是氫氣火災爆炸事故更是困擾氯堿生產(chǎn)的大難題。據(jù)統(tǒng)計,在過去的5年里焦作化電集團的氫氣火災爆炸事故占總事故數(shù)的14.6%,在所有事故中位居第3,而事故造成的死亡人數(shù)卻占總死亡人數(shù)的25.82%,位居第1。因此選取氯堿生產(chǎn)氫氣系統(tǒng)火災爆炸事故為重點研究對象,采用事故樹分析方法分析導致事故的原因以及相應的預防對策。1事故樹的定性分析1.1構造事故樹圖對已發(fā)生的氫氣系統(tǒng)火災爆炸事故進行分析研究,找出可能導致事故發(fā)生的初始因素,反復分析頂上事件、各中間事件以及各基本原因事件之間的邏輯關系之后,構造出事故樹圖(圖1)。1.2利用k9.[2],k9,4.2;k1,4.2;k5,4.2由圖1可以得到18個最小割集:K1={X1,X10,X11},K2={X2,X10,X11},K3={X3,X10,X11},…,K9={X9,X10,X11},K10={X1,X10,X12},K11={X2,X10,X12},…,K18={X9,X10,X12}。1.3作為對偶事件的較成功樹依據(jù)摩根定理將事故樹中的所有“或”門改為“與”門,將所有“與”門改為“或”門,且將各事件變?yōu)閷ε际录?則得成功樹。求成功樹得最小割集,并解其對偶則得最小徑集:P1={X10},P2={X11,X12},P3={X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8,X9}。1.4基本事件重要系數(shù)的近似計算結構重要度反映的是在不考慮基本事件發(fā)生概率的情況下,事故樹中各個基本事件對頂上事件的影響程度。常用的方法有兩種,即:求基本事件的相對重要度;利用最小割集計算其判定系數(shù)。一般來說前一種方法計算的結果較精確,但如果事故樹結構復雜時計算比較繁瑣;而后一種則比較簡單,也基本上能夠滿足分析問題的需求。由于最小割集中的原因個數(shù)(nj)相同,利用最小割集確定基本事件重要系數(shù)。下面給出近似計算式(1)。Iφ(i)=1K∑j=1K1njΙφ(i)=1Κ∑j=1Κ1nj(1):式中Iφ(i)——基本事件Xi的結構重要度系數(shù);K——包含基本事件Xi的最小割集數(shù);nj——基本事件Xi所在最小割集中基本事件的數(shù)量。根據(jù)式(1)求得各基本事件的結構重要度為:I(1)=I(2)=I(3)=I(4)=I(5)=I(6)=I(7)=I(8)=I(9)=1/18×(1/3×2)=0.0370;I(10)=1/18×(1/3×18)=0.3333;I(11)=I(12)=1/18×(1/3×9)=0.1667。因此可看出各基本事件對頂上事件的影響程度依次為:X10>X11=X12>X1=X2=…=X8=X9。2事故樹分析2.1頂事件發(fā)生概率計算頂上事件發(fā)生概率有多種方法,例如逐級向上推算法,直接用事故樹的結構函數(shù)式、利用最小割集計算等,這里利用最小徑集計算頂上事件發(fā)生概率,由于最小徑集彼此無重復事件,則計算公式為Q(T)=∏j=1P[1?∏xi∈pj(1?qi)]Q(Τ)=∏j=1Ρ[1-∏xi∈pj(1-qi)](2)式中Q(T)——頂上事件發(fā)生概率;P——最小徑集個數(shù);qi——基本事件Xi的發(fā)生概率。利用式(2)可以得到頂上事件發(fā)生概率Q(T)=0.0331。2.2概率重要度如果要考慮基本事件的概率變化給頂上事件概率帶來的影響,就必須研究基本事件的概率重要度。其定義式為Ig(i)=?Q(T)/?qi(3)式中Ig(i)——基本事件Xi的概率重要度。求出各基本事件的概率重要度后,就可以知道,在諸多基本事件中,降低哪個基本事件的發(fā)生概率,可迅速有效地降低頂上事件的發(fā)生概率。2.3基本事件概率結構重要度是從事故樹圖的結構來分析基本事件的重要性,并不能全面說明各基本事件的危險重要度。而概率重要度是反映各基本事件概率的增減對頂上事件發(fā)生概率影響的敏感度。臨界重要度是從概率和結構雙重角度來衡量各基本事件重要性的評價標準,可用式(4)表示:Ic(i)=Ig(i)·qi/Q(T)(4)式中,Ic(i)為基本事件Xi的臨界重要度;其余符號意義同前。由已知條件及式(4)求出各基本事件的臨界重要度見表1。3預防可發(fā)生事故的原則(1)由事故樹分析可知,事故樹包含了8個邏輯門,其中邏輯或門6個(占了總數(shù)的75%)。根據(jù)或門的定義可知大部分的單個基本原因事件都有輸出。所以,從與、或門的比例可知,氫氣系統(tǒng)火災爆炸事故的危險非常大。(2)由最小割集及最小徑集的求解可知,最小割集是18個,最小徑集是3個。也就是說導致事故發(fā)生的途徑有18種,而預防事故的可能途徑只有3種。所以從這一點也可以說明頂上事件屬于易發(fā)事故。(3)在制定氫氣系統(tǒng)火災爆炸事故的預防措施時,應以最小徑集為依據(jù)。根據(jù)最小徑集的定義,只要事故樹中的這些基本事件不發(fā)生,頂上事件就不會發(fā)生。考慮3組最小徑集,要使氫氣系統(tǒng)火災爆炸事故不發(fā)生,可以考慮下面的3個方案:①杜絕P1的發(fā)生。要使P1不發(fā)生,則需要X10不發(fā)生。②杜絕P2的發(fā)生。要使P2不發(fā)生,則需要X11,X12不發(fā)生。③杜絕P3的發(fā)生。要使P3不發(fā)生,則需要P3中的X1,X2,…,X9共9個基本事件不發(fā)生。在上述方案中選擇最有利于采取措施的方案。直觀而言,一般以消除包含最小事件最少的最小徑集中的基本原因事件最有利。若P1={X10}能被徹底消除,則頂上事件就不發(fā)生。從結構重要度、概率重要度及臨界重要度計算也可以看出基本事件X10“密閉系統(tǒng)出現(xiàn)故障”對事故的發(fā)生影響特別大。所以在實際工作中一定要加強對氫氣密閉系統(tǒng)的管理,盡量減少其故障,但要完全杜絕X10的發(fā)生也是不可能的。繼續(xù)分析方案②,杜絕P2主要考慮排風系統(tǒng),在事件X11、X12中,由臨界重要度分析知基本事件X12對頂上事件的影響更大些,也就是說實際中除設計要合理外,最重要的是應該加強排風設備的維護。最后,方案③雖然包含的基