事故樹分析法在城鎮(zhèn)燃氣系統(tǒng)安全監(jiān)控中的應用

李 琳，趙 劍

（1. 中煤科工集團重慶設計研究院有限公司， 重慶 400010； 2. 青島泰能天然氣有限公司， 山東 青島 266000）

隨著城市化、工業(yè)化和城鄉(xiāng)統(tǒng)籌一體化的推進，城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)不斷發(fā)展、供氣范圍不斷增大。近年來，報道的因燃氣系統(tǒng)的腐蝕穿孔、第三方破壞以及人為原因?qū)е碌墓艿佬孤┦鹿暑l頻發(fā)生，這些事故極易發(fā)展為火災爆炸、群死群傷等特大災難性事件。如何建立一套科學有效的安全監(jiān)控體系，確保可靠平穩(wěn)供氣，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是燃氣行業(yè)內(nèi)涵增長的迫切需要。要避免因各類事故所造成的燃氣系統(tǒng)失效危險，必須弄清楚導致城鎮(zhèn)燃氣泄漏事故發(fā)生的基本原因事件及基本原因事件的影響因子，做到有的放矢的對燃氣系統(tǒng)運行進行安全監(jiān)控。

事故樹分析法是一種圖形演繹法，是事故事件在一定條件下的邏輯推理方法。它把系統(tǒng)不希望出現(xiàn)的事件作為事故樹的頂事件，用規(guī)定的邏輯符號自上而下分析導致頂事件發(fā)生的所有可能的直接因素及其相互間的邏輯關系，并由此逐步深入分析，直到找出事故的基本原因，為安全監(jiān)控提供可靠的決策依據(jù)，達到預測與預防事故發(fā)生的目的。

1 事故樹的建立

根據(jù)可能發(fā)生事故的危險程度，把對系統(tǒng)影響大的災害或事故作為分析對象，即頂端事件。頂端事件是事故樹分析的起點和主體。由此，根據(jù)事故樹建立時頂事件的確定原則，選擇“城鎮(zhèn)燃氣泄漏”作為頂端事件，而引起燃氣泄漏事故的失效原因為次頂事件，采用類似方法深入分析，直到找到代表各種事故事件的基本事件為止，構建出燃氣系統(tǒng)的事故樹。表1為該事故樹對應的基本事件列表，該事故樹共考慮了56個基本事件。

1.1 城鎮(zhèn)燃氣泄漏事故樹

圖1 城鎮(zhèn)燃氣泄漏事故樹分析圖

1.2 戶外燃氣管道泄漏事故樹

圖2 戶外燃氣管道泄漏事故樹分析圖

表1 事故樹對應的基本事件列表

1.3 戶內(nèi)燃氣管道泄漏事故樹

圖3 戶內(nèi)燃氣管道泄漏事故樹分析圖

1.4 燃氣附屬設施泄漏事故樹

圖4 燃氣附屬設施泄漏事故樹分析圖

1.5 家用燃氣具泄漏事故樹

圖5 家用燃氣具泄漏事故樹分析圖

2 事故樹的分析

2.1 定性分析

事故樹定性分析的主要任務是求出事故樹的全部最小割集或最小徑集。導致頂上事件發(fā)生的基本事件的集合稱為割集。能夠引起頂上事件發(fā)生的最起碼的基本事件的集合稱為最小割集。最小割集是從系統(tǒng)事故模式出發(fā)，每一個最小割集就是導致事故樹頂事件發(fā)生（事故）的一個事故或故障模式。本文采用布爾代數(shù)法求解城鎮(zhèn)燃氣泄漏事故樹圖的結構函數(shù)，得到全部最小割集的計算結果如下所示：

最小割集主要表明燃氣系統(tǒng)的危險性，最小割集的數(shù)目越多，則代表系統(tǒng)危險越大。一般來說，包含基本事件個數(shù)少的最小割集比包含基本事件個數(shù)多的最小割集容易發(fā)生。X2、X4、X5、X25事件分別存于1個二階割集中，X3、X6事件均置于2個二階割集中，基本事件 X7、X8、X9、X43、X44、X48、X49存在于1個三階割集中，X45事件同時存在于2個三階割集中，剩余的基本事件均分別存在于一階割集中。

根據(jù)重要度近似判別式：

其中，ki代表包含Xi的所有割集個數(shù)；N代表基本事件Xi所在割集中基本事件個數(shù)。

因此，置于一階割集中的基本事件結構重要度最大，事件 X3、X6次之，X2、X4、X5、X25、X49事件重要度相對較小，而置于三階割集中的基本事件X7、X8、X9、X43、X44及 X48、X49結構重要度最小，由此得出重要度順序如下：

由此可知，管材缺陷、燃具與管線連接處泄漏、附件設施質(zhì)量缺陷、第三方破壞等占有相對重要的位置，是影響頂上事件發(fā)生的主導因素。

2.2 定量分析

事故樹定量分析的主要任務是計算頂事件的發(fā)生概率。在定量概率計算中假設底事件是相互獨立的，且底事件只有兩種狀態(tài)，即是正常狀態(tài)或是事故狀態(tài)。

在時間t，第j最小割集發(fā)生的概率為：

其中，xi代表最小割集kj中的底事件；Fi（t）代表xi事件的概率，即i元部件的故障率。

頂事件發(fā)生的概率為：

其中，N代表系統(tǒng)中最小割集數(shù)。通過統(tǒng)計分析某市近3年來的燃氣運行事故，確立各基本事件發(fā)生概率，如表2。

表2 燃氣運行系統(tǒng)基本事件概率表

將對應的基本事件概率代入計算得出某市燃氣系統(tǒng)運行過程中發(fā)生泄漏事件概率：

而根據(jù)重要度分析，管材缺陷、燃具故障、管件設施損壞等因素是引起燃氣泄漏的主要途徑，對此進一步分析得出對應基本事件概率，如表3所示。

表3 主要中間事件概率

通過該表可以看出，家用燃具泄漏是引起整個燃氣系統(tǒng)運行過程安全事故的最主要因素，燃氣附屬設施引起的泄漏事故也是不容忽視的安全控制內(nèi)容之一，而燃氣管網(wǎng)發(fā)生天然氣泄漏的概率相對較小。這即是燃氣單位應密切關注的因素，可作為防止事故發(fā)生的主要依據(jù)，分別采取具體措施實施可靠的安全監(jiān)控。

3 結論

（1）基于事故樹分析法，建立城鎮(zhèn)燃氣系統(tǒng)事故樹，通過對事故樹進行定性和定量分析，確定了在燃氣系統(tǒng)中易于發(fā)生泄漏事故的事件類型、發(fā)生概率大小及其主要原因。

（2）管材缺陷、燃氣具泄漏、第三方破壞是城鎮(zhèn)燃氣系統(tǒng)的主要失效影響因素，但設計、誤操作等不確定因素也不可忽視。

（3）城鎮(zhèn)燃氣系統(tǒng)安全監(jiān)控工作的重點應圍繞對用戶設備、設施的安全檢查和維護，定期對材料設備的使用情況和老化情況進行監(jiān)督檢查。

（4）加強安全教育培訓，提高安全意識，以指導燃氣行業(yè)人員有效地預防燃氣事故的發(fā)生，杜絕發(fā)生重大事故的安全隱患。

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