基于模糊事故樹(shù)的ＬＰＧ儲(chǔ)罐火災(zāi)、爆炸事故分析

摘要：綜合考慮可能引發(fā)LPG儲(chǔ)罐火災(zāi)、爆炸事故的各個(gè)基本因素，構(gòu)建事故樹(shù)。首先計(jì)算結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)進(jìn)行定性分析；其次，在專家打分法的基礎(chǔ)上，運(yùn)用三角模糊數(shù)來(lái)表征基本事件發(fā)生概率；應(yīng)用模糊重要度對(duì)事故樹(shù)基本事件進(jìn)行排序，確立影響事故的主要因素為安全閥失效和靜電火花，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施以提高LPG儲(chǔ)罐的運(yùn)行可靠性。

關(guān)鍵詞：LPG儲(chǔ)罐；事故樹(shù)分析；事件；三角模糊數(shù)

中圖分類號(hào)：F224文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-3100(2007)12-0018-05

Abstract: It builds the fault tree on the basis of considering each factor for incurring fire disaster and explosive of LPG tanks. Firstly， calculates importance of structure for qualitative analysis; Secondly， on the basis of experts' marking， shows probabilities of incidents applying triangle fuzzy numerals; arranges the incidents applying importance of fuzzy， and establishes the main factors for this accident are losing efficacy of safety valve and static spark. At last puts forward the relevant improving measures to enhance reliability for LPG tanks.

Key words: LPG tanks; FTA; incidents; triangle fuzzy numerals

0引言

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注，液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas，LPG）在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的比例逐步提高，但同時(shí)也潛在著危險(xiǎn)。LPG的最大危險(xiǎn)性就在于它具有易燃、易爆特性，被列為十大化學(xué)危險(xiǎn)品之一，其主要成分是丙烷、丁烷、丙烯和丁烯，均為易燃易爆氣體。近幾年我國(guó)許多地方都新建了具有一定規(guī)模的LPG儲(chǔ)存站，由于LPG的儲(chǔ)運(yùn)都是以液態(tài)形式進(jìn)行，儲(chǔ)罐及管線內(nèi)的石油氣都是高壓低溫的液體，具有極大的爆炸及泄漏危險(xiǎn)。一旦發(fā)生泄漏事故，達(dá)到爆炸極限，一遇到火源即將發(fā)生嚴(yán)重的火災(zāi)爆炸事故，進(jìn)一步還有可能導(dǎo)致更大范圍的火災(zāi)。尤其是在大量?jī)?chǔ)存、運(yùn)送或裝卸過(guò)程中，稍有不慎即可在瞬間造成巨大的損失。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)LPG的安全管理，重點(diǎn)做好危險(xiǎn)性最集中的LPG儲(chǔ)罐的安全工作。預(yù)防LPG儲(chǔ)罐的火災(zāi)、爆炸等惡性事故的發(fā)生，提高其可靠性并延長(zhǎng)其安全使用壽命，對(duì)于安全生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展具有十分重要的意義。

1建立LPG儲(chǔ)罐火災(zāi)、爆炸事故樹(shù)

1.1FTA簡(jiǎn)介

事故樹(shù)分析（FTA）又稱故障樹(shù)分析，誕生于20世紀(jì)60年代初期，它是現(xiàn)代安全系統(tǒng)工程學(xué)的重要組成部分，運(yùn)用它可全面地找出系統(tǒng)中潛在的各種危險(xiǎn)因素及其相互關(guān)系和影響程度，從而用定性和定量的方法預(yù)測(cè)系統(tǒng)的危險(xiǎn)性，評(píng)價(jià)系統(tǒng)的安全性，進(jìn)而采取最優(yōu)安全措施和最佳的控制手段。

事故樹(shù)圖是一種邏輯因果關(guān)系圖，它根據(jù)元部件狀態(tài)（基本事件）來(lái)顯示系統(tǒng)的狀態(tài)（頂事件）。一個(gè)事故樹(shù)圖從上到下逐級(jí)建樹(shù)并且根據(jù)事件而聯(lián)系，主要包括頂事件、中間事件和基本事件。

頂事件：所謂頂事件就是系統(tǒng)不希望發(fā)生的事件，也就是要研究的事件。通常選擇系統(tǒng)最不希望出現(xiàn)的事故為頂事件，它位于事故樹(shù)的頂端，把它形象地理解為“樹(shù)根”（顯然，本文頂事件為L(zhǎng)PG儲(chǔ)罐火災(zāi)、爆炸）。

中間事件：又稱故障事件，它位于頂事件和基本事件之間，并緊跟一個(gè)邏輯門表示，可形象地理解為“樹(shù)枝”。

基本事件：位于樹(shù)的底部，可理解為“樹(shù)葉”。

1.2LPG儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故樹(shù)的構(gòu)建

為了分析LPG儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故的成因，首先根據(jù)FTA，綜合考慮有可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故的各個(gè)基本因素，構(gòu)建事故樹(shù)，如圖1所示。圖中各符號(hào)所代表的事件見(jiàn)表1[1]。

2LPG儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事故樹(shù)分析

2.1定性分析

（1）求最小割集

事故樹(shù)中，一組基本事件發(fā)生能夠?qū)е马斏鲜录l(fā)生，這組基本事件就稱為割集。事故樹(shù)的最小割集就是導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的最低限度的割集。只有割集中所有基本事件同時(shí)發(fā)生，頂端事件才發(fā)生；割集中任何基本事件不發(fā)生，則頂端事件都不發(fā)生。一個(gè)最小割集代表系統(tǒng)的一種故障模式。

用布爾代數(shù)法求本事故樹(shù)最小割集，結(jié)果化簡(jiǎn)如下：

上述最小割集總數(shù)為46個(gè)，其中二階最小割集26個(gè)，三階最小割集20個(gè)。

（2）求最小徑集

與割集的概念相反，在故障樹(shù)中，有一組基本事件不發(fā)生，頂上事件就不發(fā)生，這一組基本事件的集合叫徑集。徑集是表示系統(tǒng)不發(fā)生故障而正常運(yùn)行的模式。最小徑集是頂上事件不發(fā)生所必須的最低限度的徑集。

求最小徑集是利用它與最小割集的對(duì)偶性。根據(jù)布爾代數(shù)的對(duì)偶法則A·B=A+B和A+B=A·B，便可得到與原事故樹(shù)對(duì)偶的成功樹(shù)。求成功樹(shù)的最小割集，就是原事故樹(shù)的最小徑集。本文不再贅述。

（3）基本事件的結(jié)構(gòu)重要度分析

根據(jù)對(duì)事故樹(shù)結(jié)構(gòu)重要度的分析，可以看出引起LPG儲(chǔ)罐火災(zāi)、爆炸的主要因素有：LPG泄露、明火及火花。

2.2定量分析

（1）三角模糊數(shù)的運(yùn)算

作為一種系統(tǒng)可靠性分析方法，F(xiàn)TA便于進(jìn)行定性分析，也可以進(jìn)行定量計(jì)算。但從本質(zhì)上講，它是一個(gè)可以容易進(jìn)行定量計(jì)算的定性模型。通常的FTA都要求系統(tǒng)的基本事件和頂事件是一個(gè)確定性的事件，即要么發(fā)生事故，要么正常，這樣才能確定頂事件是否處于正常狀態(tài)。在LPG儲(chǔ)罐系統(tǒng)中，由于各基本事件的發(fā)生原因很復(fù)雜；同時(shí)，其發(fā)生的可能性也很小，因此我們并不能得到基本事件發(fā)生概率的精確值。對(duì)此，可以應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論，認(rèn)為這些基本事件的發(fā)生概率是一個(gè)模糊數(shù)。本文采用三角模糊數(shù)來(lái)表征基本事件發(fā)生概率。

由于LPG儲(chǔ)罐火災(zāi)、爆炸事故是一個(gè)小概率事件，基本事件的概率沒(méi)有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因此，本文采用專家評(píng)定法確定各基本事件發(fā)生概率的估計(jì)值。評(píng)定組由四位專家組成，評(píng)定概率見(jiàn)表2所示。

（2）求頂事件模糊概率可能性分布

（3）從上面LPG儲(chǔ)罐失效基本事件模糊重要度排序可以看出，為提高可靠性，應(yīng)主要通過(guò)避免安全閥失效（包括安全閥彈簧損壞、安全閥選型不當(dāng)）和靜電火花產(chǎn)生這兩個(gè)因素。

針對(duì)安全閥失效問(wèn)題，有關(guān)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)安全管理，定期檢查儲(chǔ)罐進(jìn)出口閥門、閥體及連接部位是否完好。針對(duì)靜電火花這一問(wèn)題，LPG儲(chǔ)罐的周圍環(huán)境應(yīng)注意防止靜電產(chǎn)生，對(duì)能產(chǎn)生靜電引起火災(zāi)或爆炸的儲(chǔ)罐、管道要采取防靜電跨接和搭接措施；同時(shí)，在儲(chǔ)罐上應(yīng)有可靠的防靜電接地，接地點(diǎn)不應(yīng)少于兩處；儲(chǔ)罐內(nèi)壁盡量不要有凸起物，若存在凸起物，其凸起物的曲率半徑應(yīng)大于l0mm。對(duì)于大型儲(chǔ)罐，其內(nèi)部應(yīng)設(shè)金屬柱或欄桿，以此分離儲(chǔ)罐內(nèi)的電場(chǎng)，來(lái)抑制因蒸汽帶入的空間電荷導(dǎo)致的危險(xiǎn)性放電現(xiàn)象。

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”