基于事故樹的石油產(chǎn)品閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)教學(xué)火災(zāi)危險(xiǎn)性分析

齊黎明，葛須賓，朱建芳，秦 儉

(1.華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 東燕郊 101601；2.華北科技學(xué)院 研究生院，北京 東燕郊 101601)

0 引言

閃點(diǎn)指在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，液體表面能夠產(chǎn)生閃燃的最低溫度[1]。它是一個(gè)用于鑒定可燃液體發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)性的指標(biāo)，是甲、乙、丙類危險(xiǎn)液體分類的依據(jù)；可根據(jù)它來確定可燃液體生產(chǎn)、儲(chǔ)存廠房和庫房的耐火等級(jí)、防火間距與防爆設(shè)施及其配置滅火劑的供給強(qiáng)度[2-4]。

在很多高校安全工程專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中，石油產(chǎn)品的閃點(diǎn)測(cè)定被確定為《燃燒學(xué)》課程教學(xué)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)之一，是一個(gè)極為重要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程[5]。由于石油產(chǎn)品閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)涉及的危險(xiǎn)源較多，包括液化氣、油料、電線及點(diǎn)火裝置等；而且，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，存在人員過于集中與人員密度大的特點(diǎn)，這導(dǎo)致石油產(chǎn)品閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。在公開的文獻(xiàn)資料上，有關(guān)閃點(diǎn)測(cè)定方面的研究成果，主要集中在可燃液體的閃點(diǎn)測(cè)定方法、測(cè)定儀器及測(cè)定結(jié)果分析等方面[6-8]。

對(duì)石油產(chǎn)品閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)教學(xué)的危險(xiǎn)性進(jìn)行分析，有助于提高其安全性，可為該實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的順利實(shí)施提供安全保障。為此，筆者采用事故樹分析法對(duì)石油產(chǎn)品閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)教學(xué)的危險(xiǎn)性進(jìn)行分析；在閃點(diǎn)測(cè)定過程中，存在火災(zāi)、觸電、中毒、燙傷或灼傷和機(jī)械傷害等事故隱患，由于篇幅有限，本文只針對(duì)閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行分析。

1 閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介

閃點(diǎn)測(cè)定包括開杯和閉杯兩種模式，以閉杯為例，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)采用電對(duì)油杯內(nèi)的油料加熱，加熱速度通過電壓的高低來控制，油料溫度的均勻性通過攪拌來實(shí)現(xiàn)，可以通過溫度計(jì)監(jiān)測(cè)油料溫度；采用氣體(來源于液化氣罐)燃燒的球形火焰對(duì)油料上方的蒸氣進(jìn)行點(diǎn)火，球形火焰的大小受控于液化氣的流量；旋轉(zhuǎn)點(diǎn)頭旋手，即可打開杯蓋，球形火焰進(jìn)入杯內(nèi)；肉眼直接觀察是否產(chǎn)生閃燃現(xiàn)象。

1-攪拌軟軸；2-攪拌開關(guān)；3燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥；4-電壓表；5-電壓調(diào)節(jié)；6-油杯；7-溫度計(jì)；8-點(diǎn)頭旋手；9-油杯架；10-電源開關(guān)；11-液化氣瓶開關(guān)；12-減壓閥；13點(diǎn)火氣調(diào)節(jié)螺絲圖1 閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故樹的構(gòu)建

2.1 事故樹分析法簡(jiǎn)介

事故樹分析(FTA)是安全系統(tǒng)工程分析中的重要分析方法，又被稱為故障樹分析，屬于演繹分析法。它是從事故原點(diǎn)處，把事故隱患轉(zhuǎn)換為事故的條件盡可能地羅列出來，根據(jù)因果之間邏輯關(guān)系，系統(tǒng)地作出事故因果圖[9]。

事故樹分析可以對(duì)系統(tǒng)的各種危險(xiǎn)都分別進(jìn)行辨識(shí)以及評(píng)價(jià)，不僅可以分析出事故的直接原因，而且還能深入地揭示出事故潛在的原因。如果用事故樹來描述事故的因果關(guān)系不僅直觀、明了，而且思路清晰、邏輯性強(qiáng)，具有廣泛的實(shí)用性[1]。因此，本文有關(guān)閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)的火災(zāi)危險(xiǎn)性分析選用事故樹分析法。

2.2 火災(zāi)事故樹的構(gòu)建

在閃點(diǎn)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的過程中，始終有火源的存在，除了明火以外，還可能存在電火花和靜電等火源，閃點(diǎn)實(shí)驗(yàn)使用的油品是極易燃燒的液體柴油，在實(shí)驗(yàn)過程中，如果操作不當(dāng)，或者發(fā)生某些意外，很有可能會(huì)引起火災(zāi)事故的發(fā)生。另外，發(fā)現(xiàn)著火時(shí)是否能夠及時(shí)滅火也是火災(zāi)事故發(fā)生的重要影響因素。綜合以上因素，根據(jù)頂事件確定原則，取“液化石油氣火災(zāi)”作為頂事件，對(duì)火災(zāi)事故層層分析。

頂事件確定后，分析引起頂事件發(fā)生的最直接的、充分和必要的原因。然后把引起頂事件發(fā)生的各種可能原因又分別看作頂事件，采用類似的方法繼續(xù)推理分析，建立以邏輯門符號(hào)表示的火災(zāi)事故樹，如圖2所示。

根據(jù)圖2可知，閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)的火災(zāi)事故樹共包括25個(gè)不同的底事件，各符號(hào)所代表的事件如表1所示。

表1 閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故樹的底事件統(tǒng)計(jì)表

符 號(hào)事件類型符 號(hào)事件類型符 號(hào)事件類型X1不了解燃燒物性質(zhì)X2鋼瓶有裂痕X3鋼瓶被腐蝕X4滅火器超壓X5陽光直曬鋼瓶X6鋼瓶橫放或斜放X7滅火器變形X8打開角閥X9氣體不完全燃燒X10遇事故不鎮(zhèn)定X11實(shí)驗(yàn)前未檢查閥門X12膠管老化X13摩擦與碰撞X14膠管過長X15未使用專用膠管X16電路短路X17缺乏關(guān)閥門意識(shí)X18因急事忘關(guān)閥門X19加油時(shí)將油灑出X20閥門損壞X21開或關(guān)電器X22測(cè)燃點(diǎn)時(shí)將油點(diǎn)燃X23油杯杯蓋被拿走X24油杯被人撞倒X25學(xué)生遺忘

3 閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)危險(xiǎn)性分析

3.1 最小割集分析

最小割集指引起頂上事件發(fā)生的基本事件的最低限度集合。每一個(gè)最小割集都表示頂事件發(fā)生的一種可能，最小割集越多，說明系統(tǒng)的危險(xiǎn)性越大；事故樹頂事件的發(fā)生，必然是某個(gè)最小割集中基本事件同時(shí)發(fā)生的結(jié)果，通過最小割集可以方便地知道所有可能發(fā)生事故的途徑；由事故樹的最小割集可以直觀的判斷哪種事故模式最危險(xiǎn)，哪種次之，哪種可以忽略。因此，本文對(duì)閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故樹的最小割集進(jìn)行了求解，一共75個(gè)，具體如表2所示。

表2 閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故樹最小割集統(tǒng)計(jì)表

當(dāng)最小割集中的所有基本事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，火災(zāi)事故才能發(fā)生；為了有效地防止火災(zāi)事故的發(fā)生，不但要采取相應(yīng)的措施來防止各項(xiàng)基本事件的發(fā)生，消除各項(xiàng)安全隱患，更重要的是要防止每一個(gè)最小割集中的所有基本事件同時(shí)發(fā)生；最小割集中基本事件越少，表示事故發(fā)生的可能性越大，反之則發(fā)生的可能性越小。

在上述75個(gè)最小割集中，前40個(gè)最小割集的基本事件有3個(gè)，有31個(gè)最小割集的基本事件有4個(gè)，有4個(gè)最小割集的基本事件有5個(gè)；則通過控制前40個(gè)最小割集來防止閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故的發(fā)生更為有效，其中，X27、X1、X12、X26、X11、X10和X28出現(xiàn)的頻率相對(duì)較高，應(yīng)重點(diǎn)防控。

3.2 最小徑集分析

最小徑集指的是頂上事件不發(fā)生所必需的最低限度的徑集，當(dāng)每個(gè)最小徑集中的所有基本事件都沒有發(fā)生時(shí)，頂事件就不會(huì)發(fā)生。與最小割集相反，最小徑集表示的是安全性；最小徑集里的基本事件越少，系統(tǒng)的安全性就越高。同理，對(duì)閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故樹的最小徑集也進(jìn)行了求解，一共7個(gè)，具體如表3所示。

表3 閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故樹徑集統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表3可知，閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故樹的最小徑集中，擁有3個(gè)基本事件的最小徑集有1個(gè)，擁有6個(gè)基本事件的最小徑集有1個(gè)，擁有8個(gè)和9個(gè)基本事件的最小徑集分別有2個(gè)，擁有10個(gè)基本事件的最小徑集有1個(gè)。最小徑集中的基本事件個(gè)數(shù)越少，控制頂上事件發(fā)生就越容易。因此，根據(jù)上述徑集分析結(jié)果，閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故應(yīng)以擁有3個(gè)基本事件的最小徑集為重點(diǎn)防控對(duì)象, 具體防控的基本事件為X27、X26和X28。

3.3 結(jié)構(gòu)重要度分析

結(jié)構(gòu)重要度分析是從事故樹結(jié)構(gòu)上入手分析各基本事件的重要程度，通過對(duì)火災(zāi)事故樹進(jìn)行分析計(jì)算，求出了各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)，具體如表4所示。

表4 閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故樹基本事件的結(jié)構(gòu)重要度

根據(jù)表4可知，閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故樹各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度排序如下：

I[X26]=I[X27]=I[X28]>I[X2]=I[X3]=I[X1]=I[X8]=I[X11]=I[X9]=I[X10]>I[X12]=I[X13]=I[X16]=I[X17]=I[X18]=I[X21]>I[X22]>I[X14]=I[X15]=I[X23]=I[X25]>I[X19]=I[X20]=I[X24]=I[X7]=I[X6]=I[X4]=I[X5]

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)重要度的分析結(jié)果，對(duì)于閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故的防控應(yīng)以如下幾個(gè)基本事件為主，分別是X26、X27、X28、X2、X3、X1、X8、X11、X9和X10。

4 分析結(jié)果應(yīng)用

根據(jù)閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故樹的分析結(jié)果，由最小割集、最小徑集和結(jié)構(gòu)重要度得出的重點(diǎn)防控基本事件分別為：X27、 X1、X12、X26、X11、X10、X28；X27、X26、X28；X26、X27、X28、X2、X3、X1、X8、X11、X9、X10。根據(jù)這些基本事件出現(xiàn)的頻率，進(jìn)一步優(yōu)化出的閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故重點(diǎn)防控基本事件為X26(紙等固體可燃物堆積)、X27(備用柴油隨意放置)和X28(油杯里始終有柴油存在)。

1)X26(紙等固體可燃物堆積)的防控。紙等固體可燃物是造成火災(zāi)的必要條件，因此，對(duì)該基本條件必須嚴(yán)格控制。為了防止紙等固體可燃物造成火災(zāi)，應(yīng)該定期檢查實(shí)驗(yàn)室，在發(fā)現(xiàn)有紙等固體在實(shí)驗(yàn)室堆積物及時(shí)進(jìn)行清理。

2)X27(備用柴油隨意放置)的防控。該基本事件主要考慮到柴油的易燃易爆性質(zhì)，如果實(shí)驗(yàn)室備用柴油隨意放置而過往人群過多，就會(huì)導(dǎo)致不小心把柴油灑落在地，一旦碰到合適點(diǎn)火源就會(huì)點(diǎn)燃從而引發(fā)火災(zāi)，鑒于此，要對(duì)實(shí)驗(yàn)室定期檢查，把備用柴油放到固定的位置，從而避免由此引發(fā)的火災(zāi)事故。

3)X28(油杯里始終有柴油存在)的防控。油杯里始終有柴油的存在，一旦碰到合適點(diǎn)火源就會(huì)引燃，如果滅火不及時(shí)，就會(huì)釀成火災(zāi)。進(jìn)而要對(duì)此事件進(jìn)行認(rèn)真檢查，在不做實(shí)驗(yàn)時(shí)及時(shí)的把柴油放到固定的地方。

5 結(jié)論

1)在閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)初步分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出了閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故樹，該事故樹共包括28個(gè)基本事件。

2)通過求解，得出了閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故樹的最小割集、最小徑集和結(jié)構(gòu)重要度，綜合上述三項(xiàng)指標(biāo)的分析結(jié)果，閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)火災(zāi)事故重點(diǎn)防控基本事件為X26(紙等固體可燃物堆積)、X27(備用柴油隨意放置)和X28(油杯里始終有柴油存在)。

3)結(jié)合閃點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，針對(duì)上述3個(gè)需要重點(diǎn)防控的基本事件，提出了相應(yīng)的安全管理與技術(shù)措施。

[1] 王元輝.安全系統(tǒng)工程[M].天津：天津大學(xué)出版社，1989.

[2] 于庭安，等.LNG儲(chǔ)罐火災(zāi)和火災(zāi)事故樹分析[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2007,17(8)：110-114.

[3] 顧祥柏.石油化工安全分析方法[M].北京：中國石化出版社，2003.

[4] 李蔭中.石油化工防火防爆手冊(cè)[M].北京：中國石化出版社，2003.

[5] 齊黎明，朱建芳. 華北科技學(xué)院《燃燒學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索[C]，第23屆全國高校安全工程學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2011:231-234.

[6] 李昕哲. 可燃液體的閃點(diǎn)[J]. 安全. 健康和環(huán)境, 2006, 6(1): 51-51.

[7] 譚秋艷, 劉慧玫, 于忠. 石油產(chǎn)品閃點(diǎn)測(cè)定方法的研究分析[J].現(xiàn)代測(cè)量與實(shí)驗(yàn)室管理, 2007, 14(6): 12-15.

[8] 胡園園, 王志榮, 黃天一. 多組分可燃液體閃點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保, 2010, 36(5): 57-59.

[9]卜全民, 王涌濤, 汪德爟. 事故樹分析法的應(yīng)用研究[J]. 西南石油大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版), 2007, 29(4):141-144.