基于模糊事故树的ＬＰＧ储罐火灾、爆炸事故分析

摘要：综合考虑可能引发LPG储罐火灾、爆炸事故的各个基本因素，构建事故树。首先计算结构重要度系数进行定性分析；其次，在专家打分法的基础上，运用三角模糊数来表征基本事件发生概率；应用模糊重要度对事故树基本事件进行排序，确立影响事故的主要因素为安全阀失效和静电火花，提出相应的改进措施以提高LPG储罐的运行可靠性。

关键词：LPG储罐；事故树分析；事件；三角模糊数

中图分类号：F224文献标识码：A

文章编号：1002-3100(2007)12-0018-05

Abstract: It builds the fault tree on the basis of considering each factor for incurring fire disaster and explosive of LPG tanks. Firstly, calculates importance of structure for qualitative analysis; Secondly, on the basis of experts" marking, shows probabilities of incidents applying triangle fuzzy numerals; arranges the incidents applying importance of fuzzy, and establishes the main factors for this accident are losing efficacy of safety valve and static spark. At last puts forward the relevant improving measures to enhance reliability for LPG tanks.

Key words: LPG tanks; FTA; incidents; triangle fuzzy numerals

0引言

随着经济快速发展和人们对环境问题的关注，液化石油气（Liquefied Petroleum Gas，LPG）在我国能源结构中的比例逐步提高，但同时也潜在着危险。LPG的最大危险性就在于它具有易燃、易爆特性，被列为十大化学危险品之一，其主要成分是丙烷、丁烷、丙烯和丁烯，均为易燃易爆气体。近几年我国许多地方都新建了具有一定规模的LPG储存站，由于LPG的储运都是以液态形式进行，储罐及管线内的石油气都是高压低温的液体，具有极大的爆炸及泄漏危险。一旦发生泄漏事故，达到爆炸极限，一遇到火源即将发生严重的火灾爆炸事故，进一步还有可能导致更大范围的火灾。尤其是在大量储存、运送或装卸过程中，稍有不慎即可在瞬间造成巨大的损失。因此，应加强对LPG的安全管理，重点做好危险性最集中的LPG储罐的安全工作。预防LPG储罐的火灾、爆炸等恶性事故的发生，提高其可靠性并延长其安全使用寿命，对于安全生产和国民经济的稳定发展具有十分重要的意义。

1建立LPG储罐火灾、爆炸事故树

1.1FTA简介

事故树分析（FTA）又称故障树分析，诞生于20世纪60年代初期，它是现代安全系统工程学的重要组成部分，运用它可全面地找出系统中潜在的各种危险因素及其相互关系和影响程度，从而用定性和定量的方法预测系统的危险性，评价系统的安全性，进而采取最优安全措施和最佳的控制手段。

事故树图是一种逻辑因果关系图，它根据元部件状态（基本事件）来显示系统的状态（顶事件）。一个事故树图从上到下逐级建树并且根据事件而联系，主要包括顶事件、中间事件和基本事件。

顶事件：所谓顶事件就是系统不希望发生的事件，也就是要研究的事件。通常选择系统最不希望出现的事故为顶事件，它位于事故树的顶端，把它形象地理解为“树根”（显然，本文顶事件为LPG储罐火灾、爆炸）。

中间事件：又称故障事件，它位于顶事件和基本事件之间，并紧跟一个逻辑门表示，可形象地理解为“树枝”。

基本事件：位于树的底部，可理解为“树叶”。

1.2LPG储罐火灾爆炸事故树的构建

为了分析LPG储罐发生火灾、爆炸事故的成因，首先根据FTA，综合考虑有可能引发火灾、爆炸事故的各个基本因素，构建事故树，如图1所示。图中各符号所代表的事件见表1[1]。

2LPG储罐火灾爆炸事故树分析

2.1定性分析

（1）求最小割集

事故树中，一组基本事件发生能够导致顶上事件发生，这组基本事件就称为割集。事故树的最小割集就是导致顶上事件发生的最低限度的割集。只有割集中所有基本事件同时发生，顶端事件才发生；割集中任何基本事件不发生，则顶端事件都不发生。一个最小割集代表系统的一种故障模式。

用布尔代数法求本事故树最小割集，结果化简如下：

上述最小割集总数为46个，其中二阶最小割集26个，三阶最小割集20个。

（2）求最小径集

与割集的概念相反，在故障树中，有一组基本事件不发生，顶上事件就不发生，这一组基本事件的集合叫径集。径集是表示系统不发生故障而正常运行的模式。最小径集是顶上事件不发生所必须的最低限度的径集。

求最小径集是利用它与最小割集的对偶性。根据布尔代数的对偶法则A·B=A+B和A+B=A·B，便可得到与原事故树对偶的成功树。求成功树的最小割集，就是原事故树的最小径集。本文不再赘述。

（3）基本事件的结构重要度分析

根据对事故树结构重要度的分析，可以看出引起LPG储罐火灾、爆炸的主要因素有：LPG泄露、明火及火花。

2.2定量分析

（1）三角模糊数的运算

作为一种系统可靠性分析方法，FTA便于进行定性分析，也可以进行定量计算。但从本质上讲，它是一个可以容易进行定量计算的定性模型。通常的FTA都要求系统的基本事件和顶事件是一个确定性的事件，即要么发生事故，要么正常，这样才能确定顶事件是否处于正常状态。在LPG储罐系统中，由于各基本事件的发生原因很复杂；同时，其发生的可能性也很小，因此我们并不能得到基本事件发生概率的精确值。对此，可以应用模糊数学理论，认为这些基本事件的发生概率是一个模糊数。本文采用三角模糊数来表征基本事件发生概率。

由于LPG储罐火灾、爆炸事故是一个小概率事件，基本事件的概率没有统计数据，因此，本文采用专家评定法确定各基本事件发生概率的估计值。评定组由四位专家组成，评定概率见表2所示。

（2）求顶事件模糊概率可能性分布

（3）从上面LPG储罐失效基本事件模糊重要度排序可以看出，为提高可靠性，应主要通过避免安全阀失效（包括安全阀弹簧损坏、安全阀选型不当）和静电火花产生这两个因素。

针对安全阀失效问题，有关企业应加强安全管理，定期检查储罐进出口阀门、阀体及连接部位是否完好。针对静电火花这一问题，LPG储罐的周围环境应注意防止静电产生，对能产生静电引起火灾或爆炸的储罐、管道要采取防静电跨接和搭接措施；同时，在储罐上应有可靠的防静电接地，接地点不应少于两处；储罐内壁尽量不要有凸起物，若存在凸起物，其凸起物的曲率半径应大于l0mm。对于大型储罐，其内部应设金属柱或栏杆，以此分离储罐内的电场，来抑制因蒸汽带入的空间电荷导致的危险性放电现象。

参考文献：

[1] 黄昆，蒋宏业，李余斌,等. LPG储罐火灾与爆炸事故分析[J]. 西南石油学院学报，2004,26(5):74-76.

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注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”

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