基于FSA理論內(nèi)河海事艇自身防爆設(shè)施配備研究＊

蔡忠清 蘇瑞明 王鳳鳴 周建民

（1.嘉興市港航管理局 浙江 嘉興 413001；2.嘉興市金航船舶設(shè)計(jì)有限公司 浙江 嘉興 413001）

0 引言

隨著國家海事局關(guān)于《海事巡航救助一體化建設(shè)指導(dǎo)意見》的出臺(tái)及我國危險(xiǎn)品碼頭規(guī)?；?、集約化的發(fā)展，內(nèi)河海事艇在巡航、執(zhí)法或救助等過程中面臨的工況將更加復(fù)雜，機(jī)艙或電氣設(shè)備的故障都可能引起爆炸事故，甚至威脅危險(xiǎn)品港區(qū)的安全。因此，為防止海事艇自身在可能出現(xiàn)的爆炸性環(huán)境中發(fā)生或引發(fā)爆炸，應(yīng)要求其所使用設(shè)施滿足相應(yīng)的防爆等級或采取必要的防爆措施，以保障自身安全和巡航救助任務(wù)的順利開展。

1 海事艇自身防爆發(fā)展現(xiàn)狀

目前，內(nèi)河船舶自身防爆的研究主要集中在油船、散化船和液貨船等危險(xiǎn)品船舶電氣設(shè)備上，如劉慧群［1］考慮了內(nèi)河油船電氣設(shè)計(jì)中的防爆問題，趙思連［2］探討了內(nèi)河散化船危險(xiǎn)區(qū)域劃分與防爆電氣設(shè)備選擇，徐允［3］對艦船機(jī)艙火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)源辨識方法進(jìn)行研究等，也包含了船用防爆電纜［4］、LED 防爆燈［5］、防爆聲光報(bào)警器［6］等防爆設(shè)施上取得的專利成果。為了考慮部分海事艇接觸一級油船及在油化區(qū)等高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)巡航任務(wù)的需要，國內(nèi)部分海事艇按《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》［7］和《內(nèi)河高速船入級與建造規(guī)范》［8］等技術(shù)規(guī)范的要求，開始逐步重視電氣設(shè)備的防爆要求，但總體上在防爆方面考慮甚少，也缺乏防爆設(shè)施配備方面的相關(guān)研究。

2 海事艇自身防爆風(fēng)險(xiǎn)識別與評估

2.1 FSA理論應(yīng)用可行性分析

綜合安全評估（FSA）［9］是1 種結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化的分析方法，是國際海事組織（IMO）和國際船級社協(xié)會(huì)（IACS）推薦的風(fēng)險(xiǎn)評估方法之一，已廣泛運(yùn)用于航運(yùn)安全管理、船舶工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。FSA 運(yùn)用主要分為5 個(gè)步驟：危險(xiǎn)識別、風(fēng)險(xiǎn)評估、風(fēng)險(xiǎn)控制方案、費(fèi)用與效益評估和對決策的建議。分析海事艇自身爆炸事故誘發(fā)因素，其具有系統(tǒng)性和廣泛性特點(diǎn)，且已有相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)極少，很多因素只能用一些模糊概念來表示。因此，在缺乏歷史數(shù)據(jù)的情況下，結(jié)合事故樹分析法，綜合評估海事艇自身防爆設(shè)施配備的安全性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，能夠體現(xiàn)以系統(tǒng)工程方法研究安全問題的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和預(yù)測性。

2.2 爆炸風(fēng)險(xiǎn)源識別

在海事艇自身防爆的研究中，主要涉及物理性爆炸和化學(xué)性爆炸，其中化學(xué)性爆炸事故必須具備爆炸性物質(zhì)、氧氣和點(diǎn)燃源3個(gè)條件，而對爆炸性物質(zhì)和點(diǎn)燃源的識別與控制是防范海事艇爆炸事故的重要手段。

內(nèi)河海事艇爆炸性物質(zhì)主要為自身所載燃料及外界爆炸性物質(zhì)泄漏擴(kuò)散產(chǎn)生，點(diǎn)燃源主要為船舶電氣設(shè)備及其操作產(chǎn)生。外界爆炸源主要產(chǎn)生于船舶、碼頭上的危險(xiǎn)品泄漏事故，受氣流影響，事故現(xiàn)場或港區(qū)的空氣中將彌漫一定濃度的爆炸性粉塵、氣體等物質(zhì)，這些粉塵氣體物質(zhì)在一定的條件下會(huì)逐步積聚而形成爆炸性環(huán)境，如王振［10］等人對我國某港口液化石油氣（LPG）接卸碼頭進(jìn)行模擬研究，結(jié)果表明根據(jù)泄漏的程度和外界環(huán)境的變化，達(dá)到爆炸的濃度范圍可超過100m，若遇到任何明火或火花都有可能引發(fā)爆炸。因此，對于巡航救助的海事艇來說，不僅自身安全受到威脅，而且可能成為1個(gè)事故放大因子，擴(kuò)大泄漏事故造成的損失和影響。

另外，一旦遇到汽油船機(jī)器故障等需要拖帶、頂推救助的危險(xiǎn)局面時(shí)，未考慮防爆的海事艇將面臨潛在威脅，難以開展救助行動(dòng)。

2.3 海事艇自身爆炸事故樹的繪制

運(yùn)用事故樹方法需充分調(diào)查或分析造成頂上事件T（海事艇爆炸事故）的各種原因，然后利用作圖法把表示事故樹事件、原因的各種符號和連接邏輯門組合成1個(gè)邏輯框圖，表明引發(fā)海事艇爆炸事故的邏輯關(guān)系。本文結(jié)合浙北航區(qū)水上危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，調(diào)查區(qū)域內(nèi)易燃易爆貨物的種類及分布，分析海事艇在巡航救助中已經(jīng)或可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)，繪制出內(nèi)河海事艇自身爆炸原因事故樹分析圖，見圖1。

圖1 內(nèi)河海事艇自身爆炸原因事故樹分析Fig.1 The Fault Tree Analysis of the self－explosion of Inland Marine boat

圖中符號涵義：T－海事艇爆炸事故；A1－爆炸性物質(zhì)達(dá)到爆炸極限；A2－點(diǎn)燃源；S－空氣；B1－爆炸性物質(zhì)泄漏；B2－未發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情；B3－火花；B4－靜電；B5－撞擊；B6－高溫；C1－外界泄漏物質(zhì)；C2－自身燃料泄漏；C3－自身油氣積聚；C4－無報(bào)警提醒；C5－明火；C6－暗火；C7－救生設(shè)備使用；D1－港區(qū)；D2－船舶；D3－管道損壞；D4－違章檢修；D5－密封不嚴(yán)；D6－通風(fēng)不良；D7－機(jī)艙運(yùn)行產(chǎn)生明火；D8－違章用電；D9－電氣設(shè)備；E1－管道老化；E2－人為破壞；X1－事故泄漏；X2－空氣彌漫；X3－事故泄漏；X4－人為引起；X5－環(huán)境影響；X6－自然老化；X7－故意損壞；X8－操作不當(dāng)；X9－監(jiān)管不力；X10－麻痹大意；X11－閥門泄露；X12－接口問題；X13－空間密閉；X14－通風(fēng)設(shè)備失效；X15－未安裝報(bào)警裝置；X16－報(bào)警裝置失效；X17－疏忽大意；X18－自爆；X19－主機(jī)引發(fā)；X20－蓄電池引發(fā)；X21－煙頭；X22－亂拉電線；X23－信息化設(shè)備用電；X24－主機(jī)電氣設(shè)備；X25－駕駛室電氣設(shè)備；X26－通訊設(shè)備；X27－管道靜電；X28－金屬外殼；X29－化纖衣服；X30－船舶碰撞；X31－升降裝置；X32－拖帶纜繩；X33－消防器材；X34－電氣設(shè)備短路；X35－環(huán)境影響；X36－探照燈。

2.4 海事艇爆炸事故風(fēng)險(xiǎn)評估

風(fēng)險(xiǎn)評估是在確定風(fēng)險(xiǎn)的存在及其客觀分布情況的基礎(chǔ)上，分析影響風(fēng)險(xiǎn)程度的各種因素。由于缺乏可靠歷史數(shù)據(jù)，本文在運(yùn)用事故樹識別出導(dǎo)致頂上事件發(fā)生原因的基礎(chǔ)上，采取事故樹的最小割集和最小徑集求解“結(jié)構(gòu)重要度”，并進(jìn)行相關(guān)邏輯運(yùn)算和化簡，以確定各基本事件在事故樹中的重要程度及其排序，便于開展爆炸事故風(fēng)險(xiǎn)的定性分析和定量分析。

2.4.1 事故樹最小割集

布爾代數(shù)化簡法是求解最小割集和最小徑集的最常用方法，內(nèi)河海事艇自身爆炸事故樹的邏輯表達(dá)為

根據(jù)布爾代數(shù)基本公式和定理對上述公式進(jìn)行簡化，即可得到海事艇爆炸事故樹的邏輯表達(dá)式，本文利用Mathematica進(jìn)行迭代計(jì)算，得出的計(jì)算結(jié)果即為頂事件T（海事艇發(fā)生爆炸）由底事件X1，X2，X3…X36表達(dá)出的邏輯關(guān)系式。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，內(nèi)河海事艇發(fā)生爆炸的最小割集共有684項(xiàng)，其中569 項(xiàng)為三階式，115 項(xiàng)為四階式。由割集理論可知，一般情況下，割集的階數(shù)越小，它發(fā)生的可能性就越大。

2.4.2 事故樹最小徑集

將事故樹的“與門”全部換成“或門”，經(jīng)過對偶變換，即將事故樹轉(zhuǎn)化為對偶的故障樹，其結(jié)構(gòu)函數(shù)為

經(jīng)計(jì)算，海事艇自身爆炸事故樹的最小徑集為

2.4.3 事故樹的定性分析

事故樹的分析可從定量和定性兩方面進(jìn)行，當(dāng)基本事件發(fā)生概率的數(shù)據(jù)比較齊全而且可靠，則定量分析的結(jié)果將比定性分析更準(zhǔn)確，更有效。但是由于涉及海事艇爆炸事故的資料極少，因此，在海事艇自身爆炸風(fēng)險(xiǎn)的評估中，重點(diǎn)分析事故樹結(jié)構(gòu)重要度，僅按事故樹的組成結(jié)構(gòu)對危險(xiǎn)的因果關(guān)系進(jìn)行分析。綜上計(jì)算分析，可得出以上事故樹的結(jié)構(gòu)重要度的順序如下。

上述分析說明報(bào)警裝置、接口問題、管道泄漏和人為疏忽大意在爆炸事故發(fā)生的結(jié)構(gòu)重要度最高，通風(fēng)設(shè)備、事故泄漏環(huán)境、設(shè)備老化、操作不當(dāng)?shù)冉Y(jié)構(gòu)重要度次之，為較重要的基本事件；船舶電氣設(shè)備、通訊設(shè)備、違章用電等基本事件結(jié)構(gòu)重要度最低。

3 風(fēng)險(xiǎn)控制方案與費(fèi)用受益評估

3.1 海事艇自身防爆設(shè)施配備方案

控制海事艇爆炸事故的技術(shù)措施有2方面：①減少事件出現(xiàn)概率的預(yù)防性措施；②減輕嚴(yán)重性后果的救助性措施。減少概率預(yù)防性措施是防止爆炸事故的最易接受方式，即降低某些基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，通過在階較?。ㄎｋU(xiǎn)度較大）的最小割集中增加基本事件的個(gè)數(shù)，如在海事艇上增加防爆設(shè)施等安全裝置，減小海事艇運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生點(diǎn)火源的幾率；或規(guī)定某種必要的限制措施，規(guī)范艇上電氣等易產(chǎn)生火花、泄漏設(shè)施的操作，以增加該最小割集的階數(shù)，降低原基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，減少危險(xiǎn)。

根據(jù)海事艇爆炸事故樹結(jié)構(gòu)重要度的分析結(jié)果，從風(fēng)險(xiǎn)控制的2種基本措施入手，建議內(nèi)河海事艇加強(qiáng)防爆警報(bào)裝置、通風(fēng)裝置、防爆電氣設(shè)備或必要時(shí)可考慮船舶結(jié)構(gòu)、柴油機(jī)和燃油柜等整體防爆技術(shù)設(shè)施的配備。

3.2 費(fèi)用受益分析

費(fèi)用受益分析是FSA 中非常重要的一步，但也是較為脆弱的一步，易受主觀偏見或操控的影響。目前，有多種指數(shù)可用來表示風(fēng)險(xiǎn)控制方案的效益，最常用是轉(zhuǎn)移災(zāi)難的費(fèi)用（CAF），其有2種表達(dá)方式：凈災(zāi)難轉(zhuǎn)移費(fèi)用（NCAF）和總災(zāi)難轉(zhuǎn)移費(fèi)用（GCAF）。

式中：ΔC為風(fēng)險(xiǎn)控制方案的單位船舶費(fèi)用；ΔB為實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)控制方案的單位船舶效益；ΔR為單位船舶的風(fēng)險(xiǎn)降低率，以轉(zhuǎn)移的災(zāi)難數(shù)表示。

內(nèi)河海事艇防爆設(shè)施主要是增加或更換部分防爆設(shè)施，涉及防爆警報(bào)儀器、機(jī)械通風(fēng)儀器等。在實(shí)際操作中，根據(jù)轄區(qū)可能出現(xiàn)爆炸性環(huán)境的實(shí)際情況，充分考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性，海事艇防爆設(shè)施的型式和等級應(yīng)根據(jù)所處危險(xiǎn)區(qū)域的級別選取，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行費(fèi)用核算。

4 海事艇防爆設(shè)施配備決策參考

決策的參考建議是FSA 研究中的最終目的，是為決策者提供采取安全措施的建議。根據(jù)最低合理可行原則（ALARP），任何工程都存在風(fēng)險(xiǎn)，不可能通過預(yù)防措施來徹底消滅，且當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平越低時(shí)，進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)就越困難，其成本增加越顯著。在內(nèi)河水路運(yùn)輸中，載運(yùn)爆炸性物質(zhì)的船舶占比相對較小，且發(fā)生事故概率較低，若盲目為海事艇配備高性能防爆設(shè)施，將造成投入費(fèi)用過高而失去實(shí)際可行性。通過海事艇自身爆炸事故樹風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)控制方案和費(fèi)用效益方法的評估，建議內(nèi)河海事艇自身防爆設(shè)施結(jié)合費(fèi)用受益分析方法，按表1所列的3個(gè)層次加以配置。

表1 海事艇自身防爆設(shè)施的配備標(biāo)準(zhǔn)建議Tab.1 The proposed standard equipment of the Maritime boat self explosion－proof facilities

5 結(jié)束語

內(nèi)河海事艇自身防爆設(shè)施的配備是順應(yīng)水運(yùn)發(fā)展的要求，本文在選擇海事艇爆炸風(fēng)險(xiǎn)控制方案上，綜合考慮將風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受程度和經(jīng)濟(jì)可行兩方面，提出海事艇防爆設(shè)施配備方案，促進(jìn)海事艇防爆設(shè)施配備標(biāo)準(zhǔn)化工作的發(fā)展，為水運(yùn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展保駕護(hù)航。

［1］劉慧群.對內(nèi)河油船電氣設(shè)計(jì)中防爆問題的探討［J］.江蘇船舶，2002，20（2）：34－36.

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［9］樊 紅.船舶綜合安全評估（FSA）方法研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2004.

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