二氧化碳滅火系統(tǒng)誤噴事故分析及預防措施探討

于佳楠，賈彥強，白 玉，李春輝，陳 航

(1.中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所，遼寧沈陽 110000 2.四川航天燎原科技有限公司，四川成都 6100003.中國第一汽車股份有限公司動能分公司，吉林長春 130000)

二氧化碳滅火系統(tǒng)在精密儀器、圖書檔案、石油化工中大量應用，但因其在一定濃度下對人類產生窒息危害，國內已發(fā)生多起二氧化碳滅火系統(tǒng)誤噴造成人員傷亡的事故。2019年山東榮成“金翔號”輪船二氧化碳滅火系統(tǒng)誤噴造成10人死亡；2008年上海某外輪二氧化碳滅火系統(tǒng)檢修作業(yè)時，發(fā)生氣體泄漏事故，導致3名外籍船員死亡，13人受傷；2007年云南省圖書館二氧化碳滅火系統(tǒng)氣體產生泄漏，造成40余人受傷；1990年上海某船廠二氧化碳氣瓶控制閥操縱桿誤動作，大量二氧化碳鋼瓶瓶頭閥開啟，滅火介質通過集流管噴射而出，造成9人死亡、18人受傷[1]。為確定二氧化碳對人體產生的影響，劉鳳榮等[2]通過灰兔進行試驗分析，當防護區(qū)內空氣中二氧化碳濃度達到10%時,即可引起意識模糊，如對接觸者不立即轉移，即有可能因缺氧致死。

因此，對二氧化碳滅火系統(tǒng)誤噴事故風險分析并且分級管控極其必要[3]。本文從人、機、環(huán)、管4個方面辨識二氧化碳滅火系統(tǒng)誤噴事故原因，確定引起誤噴事故的基本事件，并編制事故樹。通過事故樹計算各基本事件的結構重要度，基于結構重要度確定各基本事件對誤噴事故的影響程度，從而采取相應措施進行風險管控。

1 二氧化碳滅火系統(tǒng)誤噴事故樹分析

1.1 二氧化碳滅火系統(tǒng)誤噴事故樹建立

通過對近年來多起二氧化碳滅火系統(tǒng)誤噴事故分析，確定引起滅火系統(tǒng)誤噴事故的原因包括人員的誤動作、系統(tǒng)設備自身缺陷、不適的區(qū)域環(huán)境等，經分析各類原因事件和基本事件(表1)，這些事件相互作用就會引起誤噴事故的發(fā)生。

如在特殊動火作業(yè)情況下，氣體滅火系統(tǒng)控制器未設置成自動狀態(tài)，在作業(yè)過程中產生火焰和塵煙，引發(fā)探測器報警聯(lián)動，即造成二氧化碳滅火系統(tǒng)誤噴。當氣體滅火系統(tǒng)管路的電磁閥在安裝或維護過程中人為誤動作，啟動氮氣驅動氣瓶，開啟滅火劑瓶組容器閥和選擇閥，造成系統(tǒng)誤噴。當滅火系統(tǒng)控制器模塊發(fā)生故障，造成邏輯關系錯誤并發(fā)出了啟動信號，造成系統(tǒng)誤噴。以此類推，最終確定引起二氧化碳滅火系統(tǒng)誤噴的所有原因事件，最終確定整個事故樹，如圖1所示。

表1 基本事件和原因事件

圖1 二氧化碳滅火系統(tǒng)誤噴事故樹

1.2 事故樹分析

1.2.1求事故樹最小割集

通過對事故樹分析，羅列出引起頂事件發(fā)生的全部子集，并利用下列公式計算出引起頂事件發(fā)生的最小路徑，該路徑為最小割集。

T=M1+M2+M3+M4+X1=X1+X2X3+X4+X5+X6X7+X8X9

經計算求得的最小割集如下：{X1}、{X4}、{X5}、{X2、X3}、{X6、X7}、{X8、X9}。

1.2.2確定各基本事件的結構重要度

二氧化碳滅火系統(tǒng)誤噴的結構重要度是從整體結構上分析每個基本事件對頂事件影響程度的大小。因此，基本事件的結構重要度可按式(1)計算[4]。

(1)

式中：K——事故樹中包含最小割集數(shù)目(或最小徑集數(shù)目)；

m——包含第i個基本事件最小割集數(shù)目(或最小徑集數(shù)目)；

Rj——包含第i個最小割集中第j個最小割集中基本事件數(shù)目(或最小徑集中基本事件數(shù)目)。

通過式(1)求得基本事件結構重要度如表3所示。

表3 結構重要度

結構重要度順序為：

I(1)=I(4)=I(5)>I(9)=I(2)=I(6)=I(7)=I(3)=I(8)，人為誤動作=控制器故障發(fā)出指令=啟動電磁閥故障>特殊作業(yè)產生火焰煙氣=選擇閥故障=雙聯(lián)動單因素=不適的區(qū)域環(huán)境=瓶頭閥故障=特殊作業(yè)環(huán)境未手動。

1.2.3對基本事件結構重要度的分析

從上述分析得知，人為誤動作、啟動電磁閥故障、控制器故障發(fā)出指令是引發(fā)誤噴事故的最主要因素，特殊作業(yè)產生火焰煙氣、瓶頭閥故障、選擇閥故障、雙聯(lián)動單因素、不適的區(qū)域環(huán)境、特殊作業(yè)環(huán)境未手動是發(fā)生滅火系統(tǒng)誤噴的重要因素。

人為誤動作的本質原因是:①現(xiàn)場人員不了解二氧化碳滅火系統(tǒng)窒息對人體產生的危害；②現(xiàn)場人員對系統(tǒng)的啟動程序、操作步驟、設備設施基本工作原理不熟悉；③操作區(qū)域的啟動按鈕周圍沒有醒目的警示標識；④電磁閥在安裝過程中被誤動作；⑤維護保養(yǎng)人員在維保過程中誤觸碰啟動電磁閥，上述情況在單一因素下觸碰啟動按鈕和電磁閥即可造成系統(tǒng)誤噴。

電磁閥故障的本質原因是：①電磁閥在入場前存在質量問題；②電磁閥安裝不正確?？刂破鞴收习l(fā)出指令的本質原因是：①控制器使用年限過長；②未做到對控制器的定期維護保養(yǎng)。對于選擇閥、瓶頭閥故障也可歸結于設備本身質量不合格或維護保養(yǎng)不到位。雙聯(lián)動單因素一般為設計階段存在的缺陷，如兩個探測信號設置成同種觸發(fā)因素的聯(lián)動邏輯關系?？刂破魈厥庾鳂I(yè)產生火焰煙氣、不適的區(qū)域環(huán)境則為管理方面存在問題。

2 二氧化碳滅火系統(tǒng)誤噴事故預防措施

根據(jù)基本事件及其結構重要度，分別從以下幾個方面采取事故預防措施。

2.1 防止人為誤動作的措施

針對滅火系統(tǒng)的現(xiàn)場管理與使用人員，企業(yè)需明確告知該系統(tǒng)保護區(qū)域范圍，保護區(qū)域實際噴射產生的滅火濃度及可能對人體產生的危害。定期開展氣體滅火系統(tǒng)工作原理及使用方法培訓，氣體滅火系統(tǒng)的日常維護方法和措施，啟動按鈕及啟動氣瓶電磁閥處設置“非緊急情況嚴禁觸動”警示標識，提升企業(yè)安全自主管控能力[5]。針對維保人員，企業(yè)和維保單位需對維護過程制定操作規(guī)程，明確維檢修作業(yè)過程中保護區(qū)域內嚴禁有人，并加強對維護保養(yǎng)人員的監(jiān)督管理。

2.2 設計安裝過程中的質量管控

在對保護區(qū)域設置氣體滅火系統(tǒng)時，施工前需充分設計論證，建立質量管控手段，包括入場前的外觀檢查，查閱氣體滅火劑和消防設備的強制認證證書，對儲存容器的充裝量和充裝壓力進行確認等。在安裝過程中要嚴格執(zhí)行國家標準規(guī)范，對氣動驅動管路做氣壓嚴密性試驗，對滅火劑輸送管路分別進行強度和氣壓氣密性試驗。

在安裝結束后，充分做好模擬啟動試驗、噴氣試驗、切換操作試驗，驗證噴放的程序、邏輯關系、延時時間是否正確。調試結束后委托相應資質的消防設施檢測機構進行驗收。

2.3 規(guī)范滅火系統(tǒng)的維護保養(yǎng)

在開展維護保養(yǎng)前需建立維保需求，該需求以氣體滅火系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范為基礎，并著重對保護區(qū)域環(huán)境是否變化，對控制器、啟動電磁閥、瓶頭閥、選擇閥、集流管等組件設備進行重點檢查，定期更換警示標識。按照要求開展每日、每月、每季、每年的維修保養(yǎng)工作，定期開展設備試噴試驗，確定邏輯關系是否發(fā)生變化。對高壓鋼瓶及其瓶頭閥按照壓力容器要求定期做氣密性試驗，對集流管上的安全閥、啟動氣瓶上的壓力表定期檢驗，保證完好有效。

2.4 特殊作業(yè)及作業(yè)環(huán)境的要求

定期對防護區(qū)域的環(huán)境進行排查，確定防護區(qū)域內的各類探測器是否具備適應性。對于在防護區(qū)域內特殊作業(yè)的外來人員，本單位需建立外來人員安全施工操作規(guī)程。針對動火動焊等產生火花和煙霧的作業(yè)，在開展特種作業(yè)前分析可能產生的危害，開展相關方安全培訓，指定專人負責將氣體滅火系統(tǒng)調節(jié)至手動狀態(tài)，防止誤噴事件發(fā)生。

3 結論

本文通過對二氧化碳滅火系統(tǒng)誤噴事故分析，確定了能夠引起系統(tǒng)誤噴的9個基本事件,通過對結構重要度的計算得出人為誤動作、啟動電磁閥故障、控制器故障并發(fā)出指令是引誤噴事故的最主要因素。因此，加強安全培訓，使人員了解系統(tǒng)可能產生的危害，掌握系統(tǒng)的工作原理和操作流程，制定維護保養(yǎng)操作規(guī)程，建立對維保人員的監(jiān)督管控機制，能夠有效防止人員誤動作造成的誤噴事故。通過對設計、安裝、維護保養(yǎng)方面管控能夠防止系統(tǒng)設備故障，通過定期模擬啟動試驗和噴氣試驗能夠確定邏輯關系是否正確，最后針對特殊作業(yè)，建立特殊作業(yè)管理制度，來防止誤噴事故發(fā)生。