油庫靜電火災爆炸故障樹分析

王玉娥 趙更新 郭建彪

(安徽礦業職業技術學院，安徽 淮北 235000)

1 引言

1989年8月12日，青島黃島油庫原油罐爆炸起火。造成19人死亡，78人受傷。直接損失3540萬元［1］。事故發生后，業內人士引以為戒，采取一定防治措施，但油庫事故仍接連不斷。據估計，我國每年因為各種類型的油庫火災、事故而帶來的損失達數億元。因此，如何搞好油庫的防靜電工作，已經成為十分重要的課題。本文利用故障樹法分析引起油庫靜電火災爆炸的原因，找出系統存在的薄弱環節，并提出相對應的整改措施。

2 油庫火災爆炸故障樹分析

2.1 故障樹分析法

故障樹分析方法(FTA)是故障事件在一定條件下的邏輯推理，是一種圖形演繹法［2］。它是從一個可能的事故開始一層一層地逐步尋找引起事故的觸發事件、直接原因和間接原因，并分析這些事故原因之間的相互邏輯關系，用邏輯樹圖把這些原因以及它們的邏輯關系表示出來，并據此進行定性或定量分析的一種演繹分析方法。利用故障樹分析法的分析系統故障的程序如圖1所示。

圖1 故障樹分析程序

該方法的實質是一個描繪了系統中各原因事件之間關系的布爾邏輯模型。在安全分析中，頂上事件被定義為一個不希望發生的事件，用邏輯“與”、“條件與”或邏輯“或”、“條件或”門自上而下地分析導致頂上事件發生的所有可能的直接原因及相互間的邏輯關系，一層一層逐步尋找引起事故的基本原因，即為故障樹基本事件。對構造的故障樹運用布爾代數法則簡化，求出該樹的最小徑集，即集合中的每個事件都不發生頂上事件就不發生，給人們指出采取保護措施的方法。

2.2 構造油庫靜電故障樹

對油庫靜電爆炸進行分析。當庫區內油氣與空氣的混合比例達到一定范圍遇靜電火花發生爆炸。油庫的火災爆炸事故后果十分嚴重，因此，把它作為故障樹的頂上事件。

2.3 故障樹分析

2.3.1 定性分析

(1)確定最小徑集

故障樹定性分析的任務是求出故障樹的全部最小徑集。最小徑集是頂上事件不發生的最低限度的集合。一個最小徑集中的基本事件都不發生才能確保頂上事件不發生。如果故障樹中與門較多，最小割集就少，說明系統較安全;如果故障樹中或門較多，最小割集就多，說明系統較危險。通過對最小徑集的分析，可以找出防止系統薄弱環節措施，選取確保系統安全的最佳方案，提高系統的可靠性與安全性［3］。

2.3.2 結構函數

事故樹的結構函數:

T=［x1…x8(x9+x10+x11)+x2(x12+x17+x18)

·(x13+x14+x15+x16)］(x3+x4)(x5+x6+x7)原事故樹的成功樹的結構函數:

2.3.2 結構函數

事故樹的結構函數:

圖2 故障樹圖

原事故樹的成功樹的結構函數:

化簡成功樹可得到11個最小徑集:

2.3.3 結構重要度

該故障樹中基本事件較多，原因事件間的邏輯關系相對比較復雜，化簡事故樹得到的最小徑集比最小割集數少得多，因此，為簡化計算和保證結果的準確性，利用最小徑集判別結構重要度。

由于各最小徑集中基本元素相差階次較大，故選取第三種結構重要度計算公式［4］。

利用上述公式計算出的各基本事件的結構重要度如下:

各基本事件結構重要度排序如下:I(2)＞I(4)＞I(3)＞I (7)=I(6)＞I(12)＞I(5)=I(17)＞I(8)=I(1)=I(18)＞I (13)=I(16)=I(14)＞I(15)＞I(11)=I(9)=I(10)

對應的事件名稱是:與帶異性電荷或不帶電物體接觸＞油罐敞開＞油罐密封不良＞未定時排風=排風設施損壞＞無接地裝置＞無排風設施=接地線路斷路＞環境干燥=帶異性電荷或不帶電物體=接地電阻過高＞油液流速高=飛濺油液與空氣摩擦=管道內壁粗糙＞油液沖擊金屬容器＞鞋底與地面摩擦=化纖衣物間摩擦=人體與化纖衣物間摩擦。

2.4 事故樹分析結論

一個最小徑集中的基本事件都不發生，就可使頂事件不發生。事故樹中有幾個最小徑集，就有幾種控制故障的方案。事故樹中最小徑集越多，系統就越安全［5］。

通過定性分析，油庫靜電火災爆炸故障樹有81個最小割集，11個最小徑集。利用最小割集和最小徑集分析事故樹可知，油庫發生靜電火災爆炸故障有81種可能性。但從11個最小徑集可得出，只要采取最小徑集方案中的任何一個，就可避免靜電引起的油庫火災爆炸事故的發生。本著簡單、快捷、經濟有效的方針，從11中方案中挑選出能施行的措施!

第1方案{x5，x6，x7}，由于油氣的揮發是一個自然過程，在庫區自由空間內油氣是自然存在的。油氣爆炸必須達到一定的濃度，為此可以設置氣體濃度報警儀進行監測，只要庫區內通風狀況良好就能防止油庫火災爆炸事故的發生。第一方案從定時排風和排風設施著手加強通風預防油氣積聚。

第2方案{x8，x12，x17，x18}，從靜電產生的環境干燥的原因著手，采用加濕方法與裝置對整體環境或局部環境加濕，或對易產生靜電得到區域設置靜電消除器中和空氣發生電離產生的靜電。為了保證庫區內已經積聚的靜電能及時導走，要確保庫區內導體接地良好，防靜電接地裝置、接地電阻及接地線等要處于正常的工作狀態。

第3方案{x9，x10，x11，x12，x17，x18}，應盡量避免進入庫區的人員通過人體靜電放電，特別是作業人員應穿上不產生靜電的服裝。另一方面應從導走靜電著手，安裝接地電阻且保證接地電阻不易過高。

第四方案{x2，x9，x10，x11}，油庫工作人員著裝應為純棉衣料、穿防靜電鞋襪、佩帶防靜電手腕帶，避免由于摩擦產生靜電。工作人員工作范圍內應無帶電荷或不帶電荷物體存在，防止發生人員接觸發生靜電放電。其余方案不是不可行，只是相對于這三種方案難度要大些。

3 防治措施

油庫靜電火災爆炸事故的發生必須同時具備多個因素，只有必須同時具備以下的五個條件才會發生火災爆炸事故:

(1)要有產生靜電荷的條件;

(2)具備產生火花放電的電壓;

(3)有能引起火花放電的合適間隙;

(4)電火花要有足夠的能量;

(5)在放電間隙及周圍環境中有易燃易爆混合物。

只要消除上述五個條件中的一個，就可達到防止靜電引發燃燒或爆炸危害的目的。由此可以確定消除靜電危害的基本途徑。

3.1 靜電的中和及屏蔽

靜電的中和是用極性相反的離子或電荷中和危險的靜電，從而減少帶電體上的靜電量。屬于靜電中和法的有靜電消除器消電、物質匹配消電等幾種類型。

靜電屏蔽是把靜電對外的影響局限在屏蔽層內，從而消除靜電對外的危害，同時屏蔽層內的物質也不會受到外電場的影響。這種靜電封閉方法可保證系統靜電的安全。

3.2 靜電的泄放消散

靜電的泄放消散是在生產過程中，采用空氣增濕、加抗靜電添加劑、靜電接地和保證靜止時間的方法，將帶電體上的電荷向大地泄放消散，以期達到靜電安全的目的。

空氣增濕可以降低靜電非導體的絕緣性，濕空氣可在物體表面覆蓋一層導電的液膜，提高靜電荷經物體表面泄放的能力，即降低物體的泄漏電阻，把所產生的靜電導入大地。靜電接地的具體方法是把設備容器及管線通過金屬導線和接地體與大地連通形成等電位，并有最小電阻值。

油罐和油品作業區的管與管、管與罐、罐上的部件及其附近有可能感應帶電的金屬物體都應接地。

3.3 改進工藝控制靜電產生

改進工藝是指從工藝過程、材料選擇、設備結構、操作管理等諸方面采取措施，控制靜電的產生，使其不致達到危險程度。

在有爆炸、火災危險的場所，傳動部分為金屬材料時，盡量不采用皮帶傳動;設備、管道應光滑平整、無棱角，管徑不宜有突變部分;物料輸送時，應放緩速度，并且應控制物料中雜質、水分的含量，以免靜電的產生。

3.4 易燃易爆物的控管

靜電相對于易燃易爆物而言，是非常危險的。為防止靜電造成起火、爆炸等事故，不僅要從靜電產生的原因、渠道、消除方法等方面采取措施，還要從易燃易爆物自身的管理上嚴格規定。

3.5 人體靜電的消除

1.使用防靜電地面/防靜電鞋/襪(靜電從腳導向大地)。但要注意鞋、地面、襪、鞋墊等必須全是防靜電的，才能保證靜電從腳導向大地。

2.佩戴防靜電腕帶并接地(靜電從手導到大地)

通過手泄放人體靜電，利用防靜電松緊帶、活動暗扣、彈簧軟線，保護電阻及插頭或夾頭組。松緊帶的內層用防靜電紗線編織，外層用普通紗線編織。

在設計靜電接地系統尤其是人體接地時，還要考慮到人體可能接觸工頻電源時的人身安全問題。通常認為通過人體的安全電流為0.5mA，對于220V的工頻交流電，人體對地應至少0.44MΩ的電阻，一般選1MΩ。

［1］消防網站.2006.11

［2］金星，洪延姬，沈懷榮，等.工程系統可靠性數值分析方法［M］.北京:國防工業出版社，2002.142－146.

［3］故障樹在油庫火災爆炸事故風險評價中的應用.顧莉，劉曉東，鄢洪青.環境科學與技術.2007.06

［4］馮肇瑞，崔國璋.安全系統工程［M］.北京:冶金工業出版社，1987.132，70－91

［5］趙連河，孫兆強，熊錦林.油庫靜電火災爆炸事故樹分析.江漢石油學報，2004.9