基于事故樹模型的儲(chǔ)油罐火災(zāi)爆炸事故分析

0評(píng)價(jià)分析技術(shù)油藏的數(shù)量很多，分布也相對(duì)分散。隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，儲(chǔ)油罐已經(jīng)轉(zhuǎn)向大型化。大于1.0.105m3的儲(chǔ)油罐很少。如果大量?jī)?chǔ)油，火災(zāi)和爆炸將導(dǎo)致人員損失、經(jīng)濟(jì)損失和污染等嚴(yán)重后果。這種社會(huì)影響是可以想象的。因此，儲(chǔ)油罐的安全工作非常重要。安全科學(xué)理論和方法的運(yùn)用，有效地分析和評(píng)估了儲(chǔ)量潛在的風(fēng)險(xiǎn)，并將被動(dòng)事故轉(zhuǎn)化為主動(dòng)預(yù)防。已成為管理儲(chǔ)油池的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。油庫安全評(píng)價(jià)的方法很多,岳彬利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)油庫安全進(jìn)行了定性分析;鄭賢斌等利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)油庫安全進(jìn)行了評(píng)價(jià);高愛民等介紹了美國道氏指數(shù)評(píng)價(jià)法的應(yīng)用.隨著安全科學(xué)理論研究的發(fā)展,一種基于事故樹的安全分析方法得到廣泛應(yīng)用.王磊等、趙欣穎等、張琳等分別針對(duì)儲(chǔ)油罐火災(zāi)爆炸事故編制了簡(jiǎn)單的事故樹進(jìn)行分析;趙曉姣等、卜全民等、閆蘭英等也分別介紹了事故樹分析法(faulttreeanalysis,FTA)在石油開采與化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用案例.上述文獻(xiàn)一個(gè)共同的要點(diǎn),就是通過建立事故樹進(jìn)行分析研究,明確安全防范的重點(diǎn).秉承消化吸收,借鑒完善提高的原則,本文力圖建立較為完整的事故樹模型,對(duì)油庫儲(chǔ)油罐火災(zāi)爆炸事故進(jìn)行分析研究,找出存在安全隱患的重點(diǎn)環(huán)節(jié)和重點(diǎn)部位,為設(shè)置安全信息監(jiān)控點(diǎn)、提高油庫安全信息化管理手段的應(yīng)用效率提供決策依據(jù).1數(shù)理邏輯分析方法事故樹分析法(faulttreeanalysis,FTA)是系統(tǒng)安全分析方法中得到廣泛應(yīng)用的一種方法,適用于對(duì)作業(yè)系統(tǒng)安全性的分析.該方法以不希望發(fā)生的事件(即頂上事件)作為分析對(duì)象,通過層層深入分析,把頂上事件與導(dǎo)致其發(fā)生的各種原因之間的邏輯關(guān)系用樹性結(jié)構(gòu)表示,應(yīng)用數(shù)理邏輯找到事故樹的結(jié)構(gòu)函數(shù),采用布爾代數(shù)方法進(jìn)行數(shù)學(xué)分析計(jì)算,確定最小割集或最小徑集,對(duì)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行排序,找出事故發(fā)生的主要原因,明確安全防范重點(diǎn),從而達(dá)到預(yù)測(cè)與預(yù)防事故發(fā)生的目的.事故樹分析的主要優(yōu)點(diǎn):1)既能找出引發(fā)事故的直接原因,又能揭示事故發(fā)生的潛在原因,并能概括導(dǎo)致事故發(fā)生的各種情況;2)邏輯性強(qiáng),靈活性高,適用范圍廣.它不僅考慮設(shè)備及其部件的故障,而且還考慮環(huán)境因素、管理因素和人的失誤.既能分析已發(fā)生的事故,又能預(yù)測(cè)事故發(fā)生的可能性.3)即可定性分析,又可定量分析.定性分析可詳細(xì)分析事故發(fā)生的直接原因,定量分析可預(yù)測(cè)事故發(fā)生的可能性大小.2儲(chǔ)油罐火災(zāi)爆炸分析2.1油田儲(chǔ)油罐火災(zāi)爆炸事故原因分析影響油庫安全的主要因素可以分為人為因素、事物因素、環(huán)境因素、管理因素等4個(gè)方面.因此,在對(duì)油庫儲(chǔ)油罐火災(zāi)爆炸事故進(jìn)行分析時(shí),應(yīng)從這四方面入手,如圖1所示.2.1.1執(zhí)行規(guī)章制度不嚴(yán)格,作業(yè)操作不規(guī)范.人為因素主要包括人員思想麻痹,安全意識(shí)不夠,自身素質(zhì)和業(yè)務(wù)水平不高,執(zhí)行規(guī)章制度不嚴(yán)格,作業(yè)操作不規(guī)范,甚至違規(guī)操作等.例如,攜帶火種進(jìn)入庫區(qū),在庫區(qū)內(nèi)違章動(dòng)火作業(yè),穿帶有釘子的鞋進(jìn)入庫區(qū),未著防靜電服,未觸摸消靜電扶手等.2.1.2設(shè)施設(shè)備超期服役,發(fā)生火災(zāi)事件事物因素可以分為儲(chǔ)存的油料和設(shè)施設(shè)備兩方面.由于油料自身存在易燃、易爆、易揮發(fā)、易腐蝕等特性,使得儲(chǔ)存的油料對(duì)油庫安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅.設(shè)施設(shè)備超期服役、腐蝕老化嚴(yán)重、防爆設(shè)施失效、運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障等原因,也可能導(dǎo)致火災(zāi)爆炸事故.例如,儲(chǔ)油罐超期服役,罐壁或罐底鋼板腐蝕嚴(yán)重,出現(xiàn)滲油漏油;閘閥填料或法蘭連接處墊圈老化引起油料滴漏;靜電接地裝置失效,使得設(shè)備靜電聚集,容易引起靜電火花;通風(fēng)設(shè)備出現(xiàn)故障,不利于排放油氣,容易使油氣濃度超標(biāo),引發(fā)火災(zāi)爆炸事故.2.1.3氣候條件.環(huán)境因素包含地理環(huán)境和自然災(zāi)害兩方面.地理環(huán)境主要是指油庫所處位置的經(jīng)緯度、山體土層結(jié)構(gòu)、水文走向等地理特征,以及溫度、濕度、季風(fēng)等氣候特征.例如,通風(fēng)管排風(fēng)口位置是否根據(jù)當(dāng)?shù)丶撅L(fēng)方向設(shè)置,是否有利于排出的油氣迅速擴(kuò)散.自然災(zāi)害主要是指地震、山體滑坡、泥石流、雷電、山林火災(zāi)等.地震、山體滑坡、泥石流可能導(dǎo)致罐體變形、破裂,從而引發(fā)油料泄漏事故;雷電、山林火災(zāi)則可能直接造成儲(chǔ)油罐火災(zāi)爆炸事故.2.1.4安全生產(chǎn)監(jiān)督方面管理因素主要包括油庫安全管理工作中開展安全教育,遵守安全制度,制訂安全預(yù)案,落實(shí)安全監(jiān)督等幾個(gè)方面.例如,是否定期開展安全教育,使安全意識(shí)和安全理念深入人心;是否嚴(yán)格落實(shí)查庫制度、值班制度;是否認(rèn)真按照油料收發(fā)作業(yè)規(guī)程進(jìn)行操作;是否結(jié)合油庫實(shí)際,制訂并完善安全預(yù)案等.2.2儲(chǔ)油罐火災(zāi)爆事故原理油庫儲(chǔ)油罐發(fā)生火災(zāi)爆炸,必須同時(shí)具備3個(gè)條件:著火源、可燃物和助燃物.大氣中的氧氣屬于助燃物,其含量能夠滿足火災(zāi)爆炸的需要,加之庫區(qū)不存在無氧或缺氧的封閉環(huán)境,因此,對(duì)助燃物這一條件可以不作重點(diǎn)分析.著火源一般是由明火、碰撞火花、電氣火花、靜電火花、雷擊火花等造成的;可燃物主要是由于設(shè)備故障或者人員操作失誤引發(fā)油料泄漏且通風(fēng)不暢而積聚的油氣(濃度達(dá)到爆炸極限).根據(jù)儲(chǔ)油罐火災(zāi)爆炸事故影響因素分析,可得出能夠?qū)е禄馂?zāi)爆炸事故的基本事件;條件分析可以從引發(fā)事故的直接原因入手,逐層剖析,得出各基本事件與上層事件之間的邏輯關(guān)系,把本來分散的基本事件聯(lián)系起來,形成樹形結(jié)構(gòu).3災(zāi)爆炸事故樹模型以儲(chǔ)油罐火災(zāi)爆炸作為頂上事件T,根據(jù)火災(zāi)爆炸事故與導(dǎo)致事故的直接原因之間的邏輯關(guān)系,以及各基本事件與上層事件之間的邏輯關(guān)系,建立事故樹模型,如圖2所示.3.1定性分析3.1.1求各事件的最符合的布爾代數(shù)法最小割集的計(jì)算方法有很多種,例如,布爾代數(shù)法、行列法、矩陣法等,在此處,利用最常用的布爾代數(shù)法來進(jìn)行計(jì)算,有由于事故樹的基本事件較多,用式(1)求解最小割集的過程十分繁瑣,得出的最小割集數(shù)量和處理的數(shù)據(jù)太多,不便于定量分析.因此,求其最小徑集.3.1.2對(duì)偶的成功樹求最小徑集的方法和求最小割集相同.根據(jù)對(duì)偶原理,把圖2事故樹中的“與門”換成“或門”,“或門”換成“與門”,所有事件都加“′”表示取反,即事件不發(fā)生,得出與原事故樹對(duì)偶的成功樹,如圖3所示.成功樹的最小割集即為原事故樹的最小徑集Pi(i=1,2,…,6).P1={a},P2={X1,X2,…,X21,X26,X27,…,X33},P3={X1,X2,…,X25},P4={X1,X2,…,X18,X22,X23,X24,X25},P5={X34,X35,…,X42},P6={X43,X44,X45,X46}.3.2定量分析3.2.1上述情況輸入的概率利用最小徑集求頂上事件發(fā)生的概率為根據(jù)已知的各基本事件發(fā)生的概率,由式(3)可以精確地計(jì)算出頂上事件發(fā)生的概率.3.2.2基本事件25.2結(jié)構(gòu)重要度分析,就是從事故樹結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的重要程度.即在不考慮各基本事件的發(fā)生概率,假定各基本事件發(fā)生的概率都相等的情況下,分析各基本事件的發(fā)生對(duì)頂上事件的發(fā)生所產(chǎn)生的影響程度.可用下面近似判斷式計(jì)算:Ιφ(Xi)=∑Xi∈Ρi12ni-1(4)Iφ(Xi)=∑Xi∈Pi12ni?1(4)根據(jù)式(4)可得Ιφ(a)=121-1=1Ιφ(X1)=Ιφ(X2)=?=Ιφ(X18)=1229-1+1224-1+1222-1≈5.998×10-7Ιφ(X19)=Ιφ(X20)=Ιφ(X21)=1229-1+1224-1≈1.229×10-7Ιφ(X22)=1222-1≈4.768×10-7Ιφ(X23)=Ιφ(X24)=Ιφ(X25)=1224-1+1222-1≈5.960×10-7Ιφ(X26)=Ιφ(X27)=?=Ιφ(X33)=1229-1≈0.037×10-7Ιφ(X34)=Ιφ(X35)=?=Ιφ(X42)=129-1≈3.906×10-3Ιφ(X43)=Ιφ(X44)=Ιφ(X45)=Ιφ(X46)=124-1=0.125Iφ(a)=121?1=1Iφ(X1)=Iφ(X2)=?=Iφ(X18)=1229?1+1224?1+1222?1≈5.998×10?7Iφ(X19)=Iφ(X20)=Iφ(X21)=1229?1+1224?1≈1.229×10?7Iφ(X22)=1222?1≈4.768×10?7Iφ(X23)=Iφ(X24)=Iφ(X25)=1224?1+1222?1≈5.960×10?7Iφ(X26)=Iφ(X27)=?=Iφ(X33)=1229?1≈0.037×10?7Iφ(X34)=Iφ(X35)=?=Iφ(X42)=129?1≈3.906×10?3Iφ(X43)=Iφ(X44)=Iφ(X45)=Iφ(X46)=124?1=0.125各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度順序?yàn)镮φ(a)>Iφ(X43)=Iφ(X44)=Iφ(X45)=Iφ(X46)>Iφ(X34)=Iφ(X35)=…=Iφ(X42)>Iφ(X1)=Iφ(X2)=…=Iφ(X18)>Iφ(X23)=Iφ(X24)=Iφ(X25)>Iφ(X22)>Iφ(X19)=Iφ(X20)=Iφ(X21)>Iφ(X26)=Iφ(X27)=…=Iφ(X33),即條件事件“油氣濃度達(dá)到爆炸極限”的結(jié)構(gòu)重要度最大,其系數(shù)為1;其次是事件X43,X44,X45,X46,表示通風(fēng)不暢的各種原因,結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)均為0.125;然后是X34,X35,…,X42,表示導(dǎo)致油氣泄漏的各種原因,結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)均為3.906×10-3.其他事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)數(shù)值太小,這里不再列舉.3.2.3基本事件概率重要度計(jì)算概率重要度分析,是考察各基本事件發(fā)生概率的變化對(duì)頂上事件發(fā)生概率的影響程度.計(jì)算公式為Ιg[i]=?g(q)?qi(5)Ig[i]=?g(q)?qi(5)根據(jù)已知的各基本事件發(fā)生的概率,由式(5)可以計(jì)算出各基本事件的概率重要度.3.2.4關(guān)鍵重要度計(jì)算用基本事件發(fā)生概率的相對(duì)變化率與頂上事件發(fā)生概率的相對(duì)變化率之比來表示基本事件的重要度,這就是關(guān)鍵重要度.其計(jì)算公式為Ιc[i]=?lng(q)?lnqi(6)Ic[i]=?lng(q)?lnqi(6)該式還可寫成:Ιc[i]=qig(q)??g(q)?qi=Ιg[i]?qig(q)(7)Ic[i]=qig(q)??g(q)?qi=Ig[i]?qig(q)(7)知道各基本事件發(fā)生的概率和頂上事件發(fā)生的概率,由式(7)就可計(jì)算出各基本事件的關(guān)鍵重要度.4油氣監(jiān)測(cè)手段的確定從事故樹分析結(jié)果來看,油庫儲(chǔ)油罐的安全隱患主要在于多種原因引起的著火源和油氣泄漏.通過定性和定量分析,結(jié)構(gòu)重要度較大的是油氣濃度達(dá)到爆炸極限.究其原因,是設(shè)備故障或操作失誤引起的油氣泄漏,而且未及時(shí)通風(fēng),導(dǎo)致油氣濃度超標(biāo),給油庫安全帶來嚴(yán)重威脅.因此,為了切實(shí)利用信息化手段保障油庫安全,必須從以下幾方面入手.1)合理設(shè)置油氣濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn).油氣是儲(chǔ)油罐發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的潛在威脅,所以要保持儲(chǔ)油罐存放區(qū)空氣清潔,把油氣濃度控制在安全范圍內(nèi).在罐前閘閥、灌頂測(cè)量口、呼吸閥等處安裝油氣濃度測(cè)量?jī)x,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油氣濃度;設(shè)置報(bào)警限度,周圍濃度一旦超過報(bào)警限度就發(fā)出警報(bào),提醒保管員立即通風(fēng).2)合理設(shè)置儲(chǔ)油罐液位監(jiān)測(cè)點(diǎn).每臺(tái)儲(chǔ)油罐均安裝油料液位檢測(cè)儀,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)油料液面高度;設(shè)置防溢安全報(bào)警,油料液位一旦高于安全高度,就發(fā)出警報(bào),提醒油料已滿,確保不發(fā)生溢油事故.通過對(duì)比分析采集的油料液位數(shù)據(jù),找出液位變化規(guī)律,防止發(fā)生泄漏事故.3)合理設(shè)置視頻監(jiān)控點(diǎn).在油庫大門、洞庫入口、視野死角等重要部位安裝防爆攝像頭,實(shí)時(shí)監(jiān)控油庫進(jìn)出人員的情況.監(jiān)控是否有人攜帶火種進(jìn)入油庫;是否有人未著防靜電服、未使用防爆工具或防爆照明設(shè)備進(jìn)行作業(yè);是否有違章動(dòng)火作業(yè);是否存在故意破壞行為等.5罐火災(zāi)危險(xiǎn)性分析儲(chǔ)油罐是油庫內(nèi)最為重要、安全等級(jí)最高的地方,其安全監(jiān)控具有點(diǎn)多面廣的特點(diǎn),如果對(duì)安全隱患挖掘不深,不及時(shí)采取有力措施,就會(huì)有釀成重