事故樹分析在預(yù)防高爐爐頂爆炸事故中的應(yīng)用

任延學(xué)

（濱州市安全評價中心，山東 濱州256600）

1 前言

基于處置高爐異常爐況過程的特殊性，針對可能出現(xiàn)的爐頂爆炸事故，借鑒和分析事故發(fā)生的原因，確定事故樹頂上事件、中間事件和各基本事件并建立事故樹。通過事故樹分析，找出最小割集、最小徑集，判別各基本事件的重要度，確定風(fēng)險預(yù)防和控制措施，為冶金企業(yè)加強高爐安全管理提供依據(jù)。

2 事故案例及原因剖析

2019年5月29日，方大特鋼公司煉鐵廠2#高爐在處理異常爐況過程中，發(fā)生上升管波紋補償器爆裂事故，導(dǎo)致平臺及安全通道作業(yè)人員6死4傷。根據(jù)江西省應(yīng)急管理廳發(fā)布的《方大特鋼科技股份有限公司2#高爐“5·29”煤氣上升管爆裂較大生產(chǎn)安全事故調(diào)查報告》可知［1］，該起上升管爆裂事故的直接原因為：5月28日中班、29日白班，高爐4個上升管處爐頂溫度顯示約157～500℃（高于200～300℃的正常爐頂溫度），且呈現(xiàn)不均。為降低爐頂溫度，兩個班次通過爐頂打水裝置長時間連續(xù)打水，打入的液態(tài)水未經(jīng)霧化，部分落在爐料上，在爐內(nèi)減風(fēng)操作時出現(xiàn)崩料，含水爐料落入爐體下部高溫區(qū)，其中的水分迅速汽化，體積急劇膨脹（約1 200～1 500倍），引發(fā)爐內(nèi)壓力瞬間陡升。同時因爐頂放散閥處于“手動”操作模式，未與爐頂壓力聯(lián)鎖，未及時自動開啟泄放爐內(nèi)壓力，導(dǎo)致上升管波紋補償器爆裂，大量高溫焦炭從爆裂處噴出，集中掉落在南出鐵場作業(yè)平臺和西側(cè)安全通道，造成多人傷亡。

由此可知，此類爐頂爆炸事故的前提是爐況失常（懸料、管道行程等），造成爐頂煤氣溫度超高，處置過程中采用灑水降溫造成上部料面含水，減風(fēng)坐料或突遇崩料使含水爐料進入高溫區(qū)，瞬間汽化膨脹且與熾熱焦炭反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳，進而引起爆炸事故。

3 事故樹分析

根據(jù)事故查明原因，采用事故樹分析（FTA）方法對方大特鋼公司該起上升管爆裂事故進行分析。事故樹（FTA）也稱故障樹，是一種描述事故因果關(guān)系的有方向的“樹”，是安全系統(tǒng)工程中重要的分析方法之一。它能對各種系統(tǒng)的危險性進行識別評價，既適用于定性評價，又適用于定量評價。

3.1 分析步驟

事故樹分析步驟［2］：1）確定頂上事件；2）熟悉分析系統(tǒng)；3）調(diào)查事故原因；4）繪制事故樹圖；5）事故樹的定性分析；6）事故樹的定量分析；7）制訂安全對策。

3.2 事故樹的建立

根據(jù)事故樹建立的基本要求及步驟，將“波紋管補償器爆裂、焦炭噴出并引起人員傷亡”作為事故樹的頂上事件，所編寫的事故樹如圖1所示。

3.3 事故樹定性分析

3.3.1 事故樹的最小割集分析

能夠引起頂上事件發(fā)生的最低限度的基本事件的集合，稱為最小割集。它表示系統(tǒng)的危險性，每一個最小割集都是頂上事件發(fā)生的一種可能渠道，最小割集越多，系統(tǒng)越危險。本事故樹的最小割集由下式得出：最小割集共 6 個，分別為：｛X1，X2，X5，X6，X8，

圖1 爐頂爆炸傷人事故樹

a｝；｛X1，X2，X5，X7，X8，a｝；｛X1，X3，X5，X6，X8，a｝；｛X1，

X3，X5，X7，X8，a｝；｛X1，X4，X5，X6，X8，a｝；｛X1，X4，X5，

X7，X8，a｝。

3.3.2 最小徑集分析

頂上事件不發(fā)生所需的最低限度的基本事件的集合，稱為最小徑集。它表示系統(tǒng)的安全性，每一個最小徑集都是頂上事件不發(fā)生的一種可能方案，從而為控制事故提供依據(jù)。最小徑集越多，系統(tǒng)越安全。本事故樹的最小徑集由下式求得：

最小徑集為6個，分別為：｛X1｝；｛a｝；｛X6，X7｝；｛X8｝；｛X5｝；｛X2，X3，X4｝。

3.3.3 結(jié)構(gòu)重要度分析

結(jié)構(gòu)重要度分析是分析基本事件對頂上事件的影響程度，為改進系統(tǒng)安全性提供信息的重要手段。利用本事故樹的最小割集進行結(jié)構(gòu)重要度判別如下：

3.4 事故樹分析結(jié)論

從事故樹邏輯關(guān)系看，有2個邏輯或門，3個邏輯與門，最小割集有6個，最小徑集6個，造成事故的途徑并不是很多，而控制事故的途徑較多，說明系統(tǒng)危險性并不大。

從最小徑集來看，基本事件“超過爐頂設(shè)備元件承受能力（a）”“現(xiàn)場人員未及時疏散（X1）”“長時間打水降頂溫（X5）”“爐內(nèi)崩料（X8）”任何一個不發(fā)生，都可以杜絕因爐頂爆炸造成人員傷亡的情況。從基本事件的結(jié)構(gòu)重要度來看，基本事件“現(xiàn)場人員未及時疏散（X1）”和“長時間打水降頂溫（X5）”的結(jié)構(gòu)重要系數(shù)最大。

根據(jù)上述分析，對這類事故采取預(yù)防控制措施時，應(yīng)首先從對頂上事件影響大的基本事件或包括含數(shù)目較少的基本事件的組合著手比較有效。因發(fā)生爆炸時“超過爐頂設(shè)備元件承受能力（a）”這一基本事件存在不確定性，處理異常爐況時“爐內(nèi)崩料（X8）”這一基本事件在所難免，這兩個基本事件較難控制，但是控制人的行為相對容易。當處置可能出現(xiàn)崩料情況的異常爐況時，可采取如下預(yù)防措施：

1）將高爐出鐵場和風(fēng)口平臺作業(yè)人員疏散至安全區(qū)域。

2）在降頂溫時要嚴格控制爐頂打水量，能少打水就少打水，能不打水就不打水。目前部分企業(yè)的高爐爐頂打水裝置為自制產(chǎn)品，霧化效果難以保證，長時間進行爐頂打水存在較大隱患。

3）爐頂放散閥應(yīng)設(shè)置在“自動”聯(lián)鎖狀態(tài)，確保超壓狀態(tài)下自動打開泄壓。

同時企業(yè)應(yīng)加強爐頂設(shè)備日常點檢工作，確保放散閥動作執(zhí)行機構(gòu)運行正常，確保波紋補償器等管道薄弱部位安全可靠［3］。

4 安全規(guī)范及風(fēng)險控制

國內(nèi)冶金行業(yè)標準和安全標準也針對處置高爐異常爐況的風(fēng)險制定了相關(guān)標準。YB/T 4591—2017《高爐煉鐵安全生產(chǎn)操作技術(shù)要求》第7.3條規(guī)定：爐頂放散閥應(yīng)選擇自動操作模式，爐頂操作的最高峰值壓力不應(yīng)超過設(shè)計文件規(guī)定的最高壓力；當超過時，應(yīng)及時開啟爐頂放散閥泄放爐頂壓力。第8.8.2條規(guī)定：高爐出現(xiàn)嚴重管道行程，爐頂溫度超限時，應(yīng)采取爐頂通蒸汽、氮氣或爐頂灑水等降溫措施；瞬時頂壓超限，應(yīng)能自動泄壓。第8.8.3條規(guī)定：高爐爐況失常，可能發(fā)生坐料、崩料及局部氣流發(fā)展，造成風(fēng)口灌渣，風(fēng)管燒穿等事故時，應(yīng)先通知并要求爐體周圍人員暫時撤離。由此可知，本文事故樹分析結(jié)論提出的預(yù)防措施與以上安全標準條款內(nèi)容相符。

通過事故樹分析及對應(yīng)行業(yè)安全規(guī)范可知，高爐爐頂放散閥應(yīng)處于“自動”操作模式，與爐頂壓力值聯(lián)鎖，并確保聯(lián)鎖設(shè)施能正常運行。在降低頂溫過程中，可采取通蒸汽、氮氣和爐頂灑水多種降溫措施，切不可長時間打水降頂溫，打水降溫也應(yīng)確保水流霧化效果。在進行坐料或爐內(nèi)有較大崩料可能時，應(yīng)及時通知爐體周圍人員暫時撤離至安全區(qū)域。

5 結(jié)語

通過事故樹分析法對方大特鋼公司上升管爆裂事故進行分析，得出了一系列預(yù)防高爐異常爐況爆炸的措施。冶金企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)管理人員應(yīng)為高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行創(chuàng)造良好條件，高爐操作者應(yīng)把爐況的穩(wěn)定順行放在第一位，避免高爐頻繁出現(xiàn)管道、塌料等異常爐況。操作人員處置異常爐況時應(yīng)沉著冷靜，正確判斷，果斷處置，嚴格執(zhí)行行業(yè)作業(yè)指導(dǎo)書和安全標準的相關(guān)規(guī)定，避免高爐爐頂爆炸事故的發(fā)生。