油庫靜電火災(zāi)爆炸故障樹分析

王玉娥 趙更新 郭建彪

(安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(fā)生后，業(yè)內(nèi)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(jù)估計，我國每年因為各種類型的油庫火災(zāi)、事故而帶來的損失達(dá)數(shù)億元。因此，如何搞好油庫的防靜電工作，已經(jīng)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(zāi)爆炸的原因，找出系統(tǒng)存在的薄弱環(huán)節(jié)，并提出相對應(yīng)的整改措施。

2 油庫火災(zāi)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(fā)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(guān)系，用邏輯樹圖把這些原因以及它們的邏輯關(guān)系表示出來，并據(jù)此進(jìn)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(tǒng)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(zhì)是一個描繪了系統(tǒng)中各原因事件之間關(guān)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(fā)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(dǎo)致頂上事件發(fā)生的所有可能的直接原因及相互間的邏輯關(guān)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(gòu)造的故障樹運用布爾代數(shù)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(fā)生頂上事件就不發(fā)生，給人們指出采取保護(hù)措施的方法。

2.2 構(gòu)造油庫靜電故障樹

對油庫靜電爆炸進(jìn)行分析。當(dāng)庫區(qū)內(nèi)油氣與空氣的混合比例達(dá)到一定范圍遇靜電火花發(fā)生爆炸。油庫的火災(zāi)爆炸事故后果十分嚴(yán)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(wù)是求出故障樹的全部最小徑集。最小徑集是頂上事件不發(fā)生的最低限度的集合。一個最小徑集中的基本事件都不發(fā)生才能確保頂上事件不發(fā)生。如果故障樹中與門較多，最小割集就少，說明系統(tǒng)較安全;如果故障樹中或門較多，最小割集就多，說明系統(tǒng)較危險。通過對最小徑集的分析，可以找出防止系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)措施，選取確保系統(tǒng)安全的最佳方案，提高系統(tǒng)的可靠性與安全性［3］。

2.3.2 結(jié)構(gòu)函數(shù)

事故樹的結(jié)構(gòu)函數(shù):

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(jié)構(gòu)函數(shù):

2.3.2 結(jié)構(gòu)函數(shù)

事故樹的結(jié)構(gòu)函數(shù):

圖2 故障樹圖

原事故樹的成功樹的結(jié)構(gòu)函數(shù):

化簡成功樹可得到11個最小徑集:

2.3.3 結(jié)構(gòu)重要度

該故障樹中基本事件較多，原因事件間的邏輯關(guān)系相對比較復(fù)雜，化簡事故樹得到的最小徑集比最小割集數(shù)少得多，因此，為簡化計算和保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，利用最小徑集判別結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)重要度如下:

各基本事件結(jié)構(gòu)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(yīng)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(fēng)=排風(fēng)設(shè)施損壞＞無接地裝置＞無排風(fēng)設(shè)施=接地線路斷路＞環(huán)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(nèi)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(jié)論

一個最小徑集中的基本事件都不發(fā)生，就可使頂事件不發(fā)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(tǒng)就越安全［5］。

通過定性分析，油庫靜電火災(zāi)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(fā)生靜電火災(zāi)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(zāi)爆炸事故的發(fā)生。本著簡單、快捷、經(jīng)濟(jì)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(fā)是一個自然過程，在庫區(qū)自由空間內(nèi)油氣是自然存在的。油氣爆炸必須達(dá)到一定的濃度，為此可以設(shè)置氣體濃度報警儀進(jìn)行監(jiān)測，只要庫區(qū)內(nèi)通風(fēng)狀況良好就能防止油庫火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生。第一方案從定時排風(fēng)和排風(fēng)設(shè)施著手加強通風(fēng)預(yù)防油氣積聚。

第2方案{x8，x12，x17，x18}，從靜電產(chǎn)生的環(huán)境干燥的原因著手，采用加濕方法與裝置對整體環(huán)境或局部環(huán)境加濕，或?qū)σ桩a(chǎn)生靜電得到區(qū)域設(shè)置靜電消除器中和空氣發(fā)生電離產(chǎn)生的靜電。為了保證庫區(qū)內(nèi)已經(jīng)積聚的靜電能及時導(dǎo)走，要確保庫區(qū)內(nèi)導(dǎo)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(tài)。

第3方案{x9，x10，x11，x12，x17，x18}，應(yīng)盡量避免進(jìn)入庫區(qū)的人員通過人體靜電放電，特別是作業(yè)人員應(yīng)穿上不產(chǎn)生靜電的服裝。另一方面應(yīng)從導(dǎo)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(yīng)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(chǎn)生靜電。工作人員工作范圍內(nèi)應(yīng)無帶電荷或不帶電荷物體存在，防止發(fā)生人員接觸發(fā)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(zāi)爆炸事故的發(fā)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(fā)生火災(zāi)爆炸事故:

(1)要有產(chǎn)生靜電荷的條件;

(2)具備產(chǎn)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(huán)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(dá)到防止靜電引發(fā)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(zhì)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(nèi)，從而消除靜電對外的危害，同時屏蔽層內(nèi)的物質(zhì)也不會受到外電場的影響。這種靜電封閉方法可保證系統(tǒng)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(chǎn)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(dá)到靜電安全的目的。

空氣增濕可以降低靜電非導(dǎo)體的絕緣性，濕空氣可在物體表面覆蓋一層導(dǎo)電的液膜，提高靜電荷經(jīng)物體表面泄放的能力，即降低物體的泄漏電阻，把所產(chǎn)生的靜電導(dǎo)入大地。靜電接地的具體方法是把設(shè)備容器及管線通過金屬導(dǎo)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(yè)區(qū)的管與管、管與罐、罐上的部件及其附近有可能感應(yīng)帶電的金屬物體都應(yīng)接地。

3.3 改進(jìn)工藝控制靜電產(chǎn)生

改進(jìn)工藝是指從工藝過程、材料選擇、設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作管理等諸方面采取措施，控制靜電的產(chǎn)生，使其不致達(dá)到危險程度。

在有爆炸、火災(zāi)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(shè)備、管道應(yīng)光滑平整、無棱角，管徑不宜有突變部分;物料輸送時，應(yīng)放緩速度，并且應(yīng)控制物料中雜質(zhì)、水分的含量，以免靜電的產(chǎn)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(chǎn)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(yán)格規(guī)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(dǎo)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(dǎo)向大地。

2.佩戴防靜電腕帶并接地(靜電從手導(dǎo)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(hù)電阻及插頭或夾頭組。松緊帶的內(nèi)層用防靜電紗線編織，外層用普通紗線編織。

在設(shè)計靜電接地系統(tǒng)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(rèn)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(yīng)至少0.44MΩ的電阻，一般選1MΩ。

［1］消防網(wǎng)站.2006.11

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

［3］故障樹在油庫火災(zāi)爆炸事故風(fēng)險評價中的應(yīng)用.顧莉，劉曉東，鄢洪青.環(huán)境科學(xué)與技術(shù).2007.06

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

［5］趙連河，孫兆強，熊錦林.油庫靜電火災(zāi)爆炸事故樹分析.江漢石油學(xué)報，2004.9