事故树分析法在消防安全管理中的运用

事故树分析法是安全系统工程中常用的一种演绎推理分析方法，这种方法将系统可能发生的某种事故与导致事故发生的各种原因之间的逻辑关系用一种称为事故树的树形图表示，通过对事故树的定性与定量分析，找出事故发生的主要原因，为确定安全对策提供可靠依据，以达到预测与预防事故发生的目的。目前，事故树分析法已从宇航、核工业进入一般电力、化工、机械、交通等领域，它可以进行故障诊断、分析系统的薄弱环节，指导系统的安全运行，实现系统的优化设计。然而，在当前企业单位特别是消防安全重点单位日常安全管理中，仍然较多地停留在经验型管理阶段，消防安全监督管理中科技手段运用不足，科技含量欠缺，未能将企业中潜在的火灾危险定性或定量地表现出来。本文试用事故树分析法对镇江市某大型醋酸生产企业的消防安全重点部位——醋酸反应釜单元进行火灾爆炸危险性分析，并给出针对性的对策和思路。
　　
　　一、事故树分析的步骤
　　
　　(一)准备阶段：确定所要分析的系统以及所要分析系统的范围；熟悉系统并收集系统的有关资料与数据；收集、调查所分析系统曾经发生过的事故和将来有可能发生的事故。
　　
　　(二)事故树的编制：确定事故树的顶事件；调查与顶事件有关的所有原因事件并进行影响分析；采用一些规定的符号按照一定的逻辑关系，将事故树顶事件与引起顶事件的原因事件绘制成反映因果关系的树形图。
　　
　　(三)事故树定性分析：按照事故树结构，求取事故树的最小割集或最小径集，以及基本事件的结构重要度，根据定性分析的结果确定预防事故的安全保障措施。
　　
　　(四)事故树定量分析：根据引起事故发生的各基本事件的发生概率，计算事故树顶事件发生的概率，计算各基本事件的概率重要度。根据定量分析的结果以及事故发生以后可能造成的危害，对系统进行风险分析，以确定安全投入方向。
　　
　　(五)事故树分析的结果总结与应用：及时对事故树分析的结果进行评价、总结，提出改进建议，为系统安全性评价与安全性设计提供依据。
　　
　　二、选取分析的醋酸反应釜单元工艺特点
　　
　　该大型醋酸生产企业采用甲醇低压羰基合成法生产工艺，以一氧化碳和甲醇为原料，在醋酸反应釜中一氧化碳和甲醇经催化剂、助催化剂作用进行低压羰基化反应生成醋酸，再经过分离、精馏得到成品醋酸。
　　
　　（一）反应物料的火灾爆炸危险性
　　
　　一氧化碳：通常状况下是一种无色、无臭、无味、有毒的气体化合物，闪点小于－50℃，相对密度0.967，与空气混合爆炸极限下限为12.5%，上限为74%。
　　
　　甲醇：是一种透明、无色、易燃、有毒的液体，略带酒精味，闪点12.22℃，自燃点47℃，相对密度0.7915，爆炸极限下限为6%，上限为36.5%。
　　
　　从上面列出的数据可知，一氧化碳和甲醇的爆炸范围分别为61.5和30.5，爆炸范围都相当宽，爆炸危险度很高，都属于易燃易爆而且爆炸威力十分巨大的物质，并且成为醋酸生产工艺过程中发生火灾爆炸事故的重大危险源。
　　
　　（二）醋酸生产工艺单元火灾爆炸类型
　　
　　醋酸生产工艺过程中主要的危险是火灾爆炸，而发生火灾爆炸的类型主要有泄露型和反应失控型两种。
　　
　　泄露型火灾爆炸是指处理、贮存或输送可燃物质的容器、机械或设备因某种原因而使可燃物质泄露到外部或助燃物进入设备内，遇到点火源后引发的火灾爆炸。泄露的主要原因有以下几个方面：设备材料性能降低、设备缺陷、人为因素等。
　　
　　反应失控型火灾爆炸是由于醋酸生产过程中化学反应放热速度超过散热速度，导致体系热量积累，温度升高，反应速度加快，造成反应产物暴聚，致使反应过程失去控制而引发火灾爆炸事故。在生产醋酸的反应过程中，如果原料多投或投料速度过快、物料不纯等原因都可能引发剧烈反应，使反应釜内热量不能正常泄放出去。在醋酸生产的工艺过程中，制冷设备失效、送冷不足、搅拌器故障、搅拌不均匀和不充分等是引起散热不利的主要原因。
　　
　　三、运用事故树法对醋酸反应釜单元进行火灾爆炸危险性分析
　　
　　（一）编制事故树
　　
　　根据以上泄露型火灾爆炸、反应失控型火灾爆炸这两种火灾爆炸事故的原因分析，结合该大型醋酸生产企业醋酸反应釜单元的具体生产工艺状况，编制了醋酸反应釜单元火灾爆炸事故树，造成醋酸反应釜单元火灾爆炸这一顶事件发生的基本原因事件主要有：X1：冷却不利；X2：投料过多过快；X3：超温；X4：超压；X5：化剂过量；X6：原料带液；X7：设备材料性能下降；X8：设备缺陷；X9：人为因素；X10：明火；X11：高温；X12：静电火花；X13：电气火花；X14：撞击火花；X15：雷击火花；X16：达爆炸极限。
　　
　　（二）求取最小割集
　　
　　根据各基本原因事件对事故树顶上事件的影响以及它们之间的相互关系，用数学方法将其表达出来，再用布尔代数化简法求取该事故树的最小割集。
　　
　　T=G1+G2=(X1*G3)+(G4*G5*X16)
　　=X1*(X2+X3+X4+X5+X6)+(X7+X8+X9)*(X10+X11+X12+X13+X14+X15)*X16
　　=X1X2+X1X3+X1X4+X1X5+X1X6+X7X10X16+X7X11X16+X7X12X16+X7X13X16+X7X14X16+X7X15X16+X8X10X16+X8X11X16+X8X12X16+X8X13X16+X8X14X16+X8X15X16+X9X10X16+X9X11X16+X9X12X16+X9X13X16+X9X14X16+X9X15X16
　　
　　经计算得最小割集为{X1,X2}，{X1,X3}，{X1,X4}，{X1,X5}，{X1,X6}，{X7,X10,X16}，{X7,X11,X16}，{X7,X12,X16}，{X7,X13,X16}，{X7,X14,X16}，{X7,X15,X16}，{X8,X10,X16}，{X8,X11,X16}，{X8,X12,X16}，{X8,X13,X16}，{X8,X14,X16}，{X8,X15,X16}，{X9,X10,X16}，{X9,X11,X16}，{X9,X12,X16}，{X9,X13,X16}，{X9,X14,X16}，{X9,X15,X16}，共计23个。
　　
　　（三）计算醋酸反应釜单元各基本原因事件的结构重要度
　　
　　根据基本事件的结构重要度计算公式，可得到以下结果：
　　
　　IΦ(1)=1-（1-1/2）5=0.969
　　IΦ(2)=IΦ(3)=IΦ(4)=IΦ(5)=IΦ（6）=1-（1-1/2）=0.5
　　IΦ（7）=IΦ（8）=IΦ（9）=1-（1-1/4）6=0.822
　　IΦ（10）=IΦ（11）=IΦ（12）=IΦ（13）=IΦ（14）=
　　IΦ（15）=1-(1-1/4）3=0.578
　　IΦ（16）=1-（1-1/4）18=0.994
　　
　　所以，各基本原因事件的结构重要度顺序为IΦ（16）>IΦ（1）>IΦ（7）=IΦ（8）=
　　IΦ（9）>IΦ（10）=IΦ（11）=IΦ（12）=IΦ（13）=IΦ（14）=
　　IΦ（15）>IΦ（2）=IΦ（3）=IΦ（4）=IΦ（5）=IΦ（6）
　　
　　（四）给出预防醋酸反应釜单元火灾爆炸事故发生的针对性对策和思路
　　
　　从上面的分析可以看出：醋酸反应釜单元生产过程中可能会导致火灾爆炸事故发生的途径有23个，数量很多，表明系统的火灾爆炸危险性很大，防止事故发生的难度也比较大。在众多的基本原因事件中，反应釜内可燃物质泄露与空气混合达到爆炸极限、反应釜冷却不利是两个最主要的因素，其次是设备材料性能下降、设备缺陷以及其他人为因素导致可燃物料泄露。明火、高温、静电火花、电气火花、撞击火花、雷击火花等原因事件则是排在第三层次的影响因素，相较上述原因事件，投料过多过快、超温、超压、催化剂过量、原料带液等因素的影响则退居末位。为了有效地预防醋酸反应釜单元生产过程中火灾爆炸事故的发生，必须对反应釜内可燃物质泄露与空气混合达到爆炸极限、反应釜冷却不利这两个最主要的因素优先进行安全控制，并按照各基本原因事件对顶上事件的影响程度大小依次加强控制，不可缺漏。同时，应尽量采取综合性安全防范措施，以高效、集约地预防醋酸生产过程中火灾爆炸事故的发生。