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液氨儲罐火災(zāi)爆炸事故樹分析

文檔作者：趙承建文檔來源：山東省青島市公安消防支隊		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月12日
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第8期 一7j
液氨儲罐火災(zāi)爆炸事故樹分析
趙承建
(山東省青島市公安消防支隊， 山東青島266071)
[摘要]針對引起液氨儲罐火災(zāi)爆炸的原因，建立了以“爆炸事件”為頂端事件事故樹，并對其進行定性分析，計算了各
基本事件的重要度；找出了液氨儲罐的主要安全隱患，為液氨儲罐的安全可靠性分析提供了一種新的方法，同時也提高了
液氨儲罐的可靠性。
[關(guān)鍵詞]液氨儲罐；事故樹；最小割集；最小徑集；分析
液氨一般儲存于鋼瓶或儲罐中，氨氣爆炸極
限為15．7～27．4％。氨氣是一種火災(zāi)危險性較大的
可燃氣體， 存儲過程中稍有不慎，泄漏氣體逸散
到空氣中，達到爆炸極限，遇到火源就可能發(fā)生
火災(zāi)爆炸事故，甚至造成重大傷亡。本文針對液
氨儲罐的危險性及其影響消防安全的各種因素，
利用事故樹分析方法進行評價， 從而提高消防安
全管理工作中的科學(xué)性， 預(yù)知事故發(fā)生前每一工
作環(huán)節(jié)的潛在危險，掌握事
故發(fā)生規(guī)律，采取有針對性
的預(yù)防措施，達到防止和減
少火災(zāi)事故發(fā)生的目的。
1引入事故樹
事故樹分析法
(Accident Tree Analysis，簡
稱A]1A)起源于故障樹分析
法(Fault Tree Analysis，簡
稱FTA)，是從要分析的特
定事故或故障(頂上事件)
開始，層層分析其發(fā)生的原
因，直到找出事故的基本原
因(底事件)為止。這些底
事件又稱為基本事件，它們
的數(shù)據(jù)已知或者已經(jīng)有統(tǒng)計
或?qū)嶒灥慕Y(jié)果。
2選取分析對象
利用事故樹分析法，分
析范圍可以是整個系統(tǒng)，或
系統(tǒng)的一個區(qū)域，或一套生
產(chǎn)工藝過程，或一個生產(chǎn)裝
置區(qū)、儲存區(qū)； 也可以是一個單元操作過程或一
臺設(shè)備及設(shè)施。本文選取液氨儲罐為研究對象，
把儲罐發(fā)生火災(zāi)或爆炸事故作為頂上事件。
3建立事故樹圖
調(diào)查與頂上事件有關(guān)的所有原因后，編制如
下事故樹圖。
蒲； 黼 氣 失 我 ，4、 壞
糙 艘 謾 鬻 臺
檬 m冀 圖l液氨儲?罐火?災(zāi)爆?炸?事故樹0”
牢
或門 與門 頂上事件 中間事件基本事件條件與門 正常事件
●● ● ● ? ? ? ● ● ●● _ ●● - ●? ? ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ? ? ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ? ?！?● ● ● ● ● ● ● - ● ● ● ● ● ● ● ● ? ● ? ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ‘ ? ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
作者簡介：趙承建(1973一)，男，碩士，高級工程師。在山
東省青島市公安消防支隊工作，研究方向為建筑防火。
一
74一■ 安全密封 石油和化工設(shè)備
2012年第15卷
4對選定的對象進行事故樹分析
4．1定性分析
4．1．1最小割集分析
導(dǎo)致頂上事件發(fā)生最少基本原因事件的組
合稱為最小割集，它表示該系統(tǒng)發(fā)生某些故障或
差錯時， 就會發(fā)生某種事故， 即表示系統(tǒng)的危險
性。事故樹中最小割集越多，系統(tǒng)的安全性越
差。在上述事故樹所有基本原因事件中，不難發(fā)
現(xiàn)，如果x x x x，這四個因素同時具備， 即可造
成頂上事件的發(fā)生， 而因素x x，同時存在卻不能
引發(fā)頂上事件，那么，分析系統(tǒng)中有多少個能導(dǎo)
致頂上事件發(fā)生的基本原因事件的組合(最小割
集)十分重要，采用布爾代數(shù)化簡法，由圖中邏
輯門符號可得：
T=[X1+X2+X12+X13+Xl4+X15+XloXl l+(X3+X4+X5
+x6)(x7+x8+X9)](X16+x17)xl8 X19
根據(jù)“加乘法”判別得該事故樹的38個最小
割集：
C1：{XIXl6XI 8X19}C 2={X2X16xl 8X19}C3={X12
XI 6XI~X19}C4={x1 3X1 6X18X19)C s={x14X16XlsX19}
C 6={X1 5X1 6Xl 8Xl 9}C 7={X1 oXllXl 6X1 8X1 9}
C 8={X 3x 7X1 6X1 8X1 9} C 9={X 3X 8X1 6X1 8X1 9}
C1 0={X 3X 9X1 6XI 8X1 9}C11={X4X 7X1 6X1 8X1 9}
C1 2：{X 4X 8X1 6X1 8X1 9}C13={X 4X 9X1 6X1 8X1 9}
Cl 4={X 5X 7X1 6X1 8X1 9 C1 5={X 5X 8X1 6X】8X19}
C1 6={X 5X 9XI 6Xl 8X1 9)C1 7={X 6X 7X1 6X1 8X19}
C1 8={X 6x 8X1 6Xl 8X1 9}Cl 9={X 6X 9X1 6X1 8X1 9}
C 20={X 1 X I 7X l 8X 1 9} C 21={X 2X 1 7X 1 8X 1 9}
C 2 2={X 1 2X 1 7X 1 8X 1 9} C 2 3={X 1 3X 1 7X l 8X l 9}
C 2 4={x l 4X l 7X 1 8X l 9) C 2 5={X 1 5x 1 7X 1 8X I 9}
C 26={X1 oX11X1 7X1 sX1 9}C 2 7={x 3x 7X1 7X1 8X1 9}
C 2 8={x 3X 8XI 7XI sXl9}C 29={X 3X 9X1 7X1 8X1 9}
C 30={X 4x 7X1 7X1 8X1 9}C 31={X 4X 8Xl 7X1 8X1 9)
C 3 2={X 4X 9XI 7X1 8X1 9}C 3 3={x 5x 7X1 7X1 8X1 9}
C 34={X sX sX1 7X1 8Xl 9}C 3 5={X 5X9X1 7X1 8X1 9}
C 36={x 6x 7XI 7Xl sXI 9}C 37={X 6X 8X1 7X1 8X19}
C38={X6X9Xl7X18xl9}
即可使該儲罐發(fā)生爆炸事故有38個事件組
合， 只要有針對性地加強對這些整體的安全管
理，就可以保障安全。
4．1．2制作防火對策圖
為了表示某一系統(tǒng)的安全性，可以畫出與原
事故樹對偶的成功樹圖。其方法是： (1)把事故
樹火災(zāi)或爆炸事故頂上事件改成防火或防爆成功
頂上事件，本例中， 原事故樹中為“發(fā)生火災(zāi)爆
炸事故” ，在成功樹中則為“不發(fā)生火災(zāi)爆炸事
故” ； (2)事故樹中的中間事件和基本原因事件
由故障或差錯改成防故障或防差錯的發(fā)生，成功
樹中各事件均是原事故樹中各相應(yīng)事件的補事件
(或逆事件)。如本例中，事故樹中的“儲罐破
裂” ，在成功樹中則為“成功防止儲罐破裂” ，
在實際應(yīng)用時還可簡要寫出防故障或防差錯的具
體措施； (3)事故樹中的與門和或門分別改成或
門和與門。
4．1．3最小徑集分析
不能導(dǎo)致頂上事件發(fā)生最少基本原因事件
的組合稱為最小徑集，最小徑集與最小割集的含
義是相反的， 它表示該系統(tǒng)不發(fā)生某些故障或差
錯時，就不會發(fā)生某種事故， 即表示系統(tǒng)的安全
性。事故樹中最小徑集越多，系統(tǒng)越安全。每項
最小徑集也有許多求解的方法，通常是采用布爾
代數(shù)化簡法對原事故樹的成功樹求最小割集的方
法，其結(jié)果即為原事故樹的最小徑集。本例中，
根據(jù)原事故樹制作出成功樹后，以R、Y。～Y 、
分別代替原事故樹中的T、X ～x， ，求最小割集
為：
得5組最小徑集為：
P1={XI，X2,X3,X4，Xs,X6,XIo,X12，X13,X14,Xl5}；
P2：{X1，X2，X3，X4，X5，X6，Xll，X12，Xl3，Xl4，Xl5}；
P3={X1，X2，X7，Xs，X9，X1o，Xl2，X13，X14，X15}；
P4={X1，X2，X7，Xs，X9，Xll，Xl2，X13，X14，Xl5}；
Ps={x16~X17}
P6={x18}
P7={X19}
它表示每個最小徑集中的各基本事件都不發(fā)
生，則“儲罐爆炸”這一原事故樹的頂上事件就
不會發(fā)生，或者說預(yù)防“儲罐爆炸”成功。
4．2定量分析
4．2．1對頂上事件發(fā)生概率進行分析
頂上事件發(fā)生概率是指在已知基本原因事
件發(fā)生概率的前提下，定量地計算出既定時間內(nèi)
發(fā)生火災(zāi)或爆炸事故的可能性大小或多長時間發(fā)
生一次火災(zāi)或爆炸事故，利用直接分步法對項上
事件發(fā)生概率進行計算，對與門連接的上下級事
件，按獨立隨機事件概率積公式：
第8期 趙承建液氨儲罐火災(zāi)爆炸事故樹分析 ．75一
P(GO=lI qi=ql·q2? 一
l
其中：P(Gi)．上層事件的發(fā)生概率， 頂上
事件發(fā)生概率通常用P(T)表示；兀一求概率積符
號；qi"第i個下層事件的發(fā)生概率；n．下層事件的
個數(shù)；q ，q2?qn分別為下層事件的發(fā)生概率。
對于或門連接的上下層事件，按獨立隨機事
件的概率和公式進行計算：
_旦．
P(GO=1一I l(1一 )=1一(1一qO(1一g2)?(1一q )
l
本例中的事故樹共含有l(wèi)9個有效基本事件x 一
x ，其中是條件與門上的一個條件，可作為一個
基本事件對待。19個基本事件的發(fā)生概率依次表
示為q ．q。 ，它們的經(jīng)驗估計值分別為q?！?．21／年，
q2 0．23／年，q3≈0．33／年，q4≈0．3l／年，q5 O．27／年，
q6 0．24／年，q7-0．22／年，q8≈0．11／年，q9 0．12／年，
ql0≈0．13／年，qn=0．13／年，q12≈0．14／年，q13 0．17／
年，ql4：：0．17／年，ql5≈O．12／年，ql6=：O．16／年，q17：：
0．11／年，ql8≈0．11／年，q19 0．12／年。
由公式2求G。至G 的發(fā)生概率P(G )和P
(G )分別為：
P (G1)=1．(1一q1) (1．q2)=1一(1—0．21)
(1-0．23)=0．392／年；
P(G2)=[1一(1一q3) (1-q4) (1一q5)][1一
(1-q7) (1-q8) (1-q9)]=0．256／年；
P(G3)=q10qll=0．0169／年；
P(G4)=1一(1-q12) (1-q13)=0．278／年；
P(G5)=1一(1-ql4) (1一ql5)=0．270／年；
P(G6)=1一(1-q16) (1-q17)-0．252／年。
P(T)分別為：
P(T)=【1一(1一P (G-))(1一P (G2))(1一P
(G3))(1一P (G4))(1一P (G5))]q19 ql8 P (G6)
= 0．61 8．0．397=0．0028=1次／357．14年
即如果在基本事件發(fā)生概率準確并保持穩(wěn)定
的情況下，該儲罐相當于357年發(fā)生一次爆炸事
故。
4．2．2對基本原因事件進行概率重要系數(shù)分析
基本原因事件發(fā)生概率的增減變化對頂上事
件發(fā)生概率增減變化的影響程度稱為概率重要系
數(shù)。根據(jù)其大小，可確定哪一個或哪幾個基本原
因事件對頂上事件發(fā)生概率產(chǎn)生較大影響，降低
哪一個或哪幾個基本原因事件的概率才會有效地
降低頂上事件的發(fā)生概率，它是編制相應(yīng)檢查表
進行有重點檢查的重要依據(jù)。
本例中，已知頂上事件布爾代數(shù)表達式
T=X1X16X18X19--I-X2X16XlsX19+X12X16X1 8X19+X1
3XI6Xl8X19+Xl4Xl6X18Xl9+X15X16Xl 8X19+X10XllX16Xl
8X 19+X3X7X 16X 18X 19十X3X8Xl6Xl8X 19+X 3X9X l6Xl8X19
+X4X7X16X18XI9+X4X8X16X18Xl9+X4X9X16X18X19+X5
X7X16X18X19+X5X8X16X1 8Xl9+X5X9Xl6X1 8X19+X6X7
X16X18X19+X6X8X16X18X19+X6X9Xl6Xl8Xl9+XlXl 7Xl8
Xl9+X2X17X18X19+X12Xl7X18Xl9+Xl3X17X18X19+X14X1
7X18X19+Xl5X17X18X19+X1oX1lXl7X18X19+X3X7Xl7X18
Xl9+X3X8X17X18Xl9+X3X9Xl7Xl8X19+X4X7Xl7Xl8X19
+X4X8Xl7Xl8X l9+X4X9X l7Xl 8Xl9+X5X7X 17X 18Xl9+X5
X8X17Xl8Xl9+X5X9XI7XlsX19+X6X7Xl7X18XI9+X6X8X1
7Xl8Xl9+X6X9xl7XI8X19
運用代數(shù)運算近似法頂上事件發(fā)生概率P
(T)可表示為：
P(T)：q1ql6qI8q19+q2ql6ql8q19+q12ql6ql8ql9+q13q16q1
8q19+q14q16q18ql9+q15q16q18q19+ql0qIlq16q18ql9十q3q7ql6qI 8
ql9+q3q8q16q18ql9+q3q9q16q18ql9+q4q7q16ql8q19+q4q8ql6q18
ql9+q4q9q16q18q19+q5q7ql6q18q19+q5q8ql6q18q19+q5q9q16ql8
q19+q6q7ql6q18ql9+q6q8ql6ql8q19十q6q9ql6ql8ql9十qIql7q18ql9
+q2qlTq18q19+q12q17qlsqt9+q13q17qlSqlg+q14qI7qlsq19+qlsql
7ql8q19+q10ql1q17ql8q19十q3q7q17q18ql9+q3q8ql7q18ql9十q3q9
q17qlsq19+q4q7q17qlsq19+q4qsq17q18q19+q4qgq17qlsq19+qsq7
q17ql8q19+q5q8ql7q18ql9+q5q9q17ql8q19+q6q7q17ql8q19十q6q
8q17qlsql9+q6q9q17qlsq19
D
由公 ( )： 得
Oqi
apr
厶( t) q?q，q +q?q q．
1
： o．16×0．1l×o．12+o．11×o．11×o．12
= o．0036
同理可得：Ig(X2)=0．0036；Ig(X3)=0．0016；
Ig(X4)=0．0016；Ig(Xs)=0．0016；Ig(X6) 0．0016；
Ig(X7)=0．0029：Ig(X8)=0．0029；Ig(Xg) 0．0029：
Ig(XIo)= 0．0005；Ig(Xl1)= O．0005；Ig(X1 2)
0．0036；Ig(Xi31=0．0036；Ig(Xl4)=0．0036：Ig(X15)
0．0036；Ig(X16)=0．0206；Ig(X,7)=0．0206；Ig(X,8)
0．0486；Ig(X19)=0．0445
可見各基本原因事件發(fā)生概率增減對頂上事
件發(fā)生概率增減變化的影響大小順序為：
Ig(X1 8)>Ig(Xl9)>Ig(Xl6)=Ig(Xl 7)>Ig(X1) I
g(X2)>Ig(X12)=Ig(X1 3) lg(X14) Ig(Xls)>Ig(X7)
一
76一■ 安全密封 石油和化工設(shè)備
2012年第15卷
Ig(X8)=Ig(X9)>Ig(X3)：Ig(X4)>Ig(Xs) Ig(X6)>
Ig(Xlo)：Ig(Xn)
4．2．3對基本原因事件進行危險重要度分析
頂上事件發(fā)生概率的變化率(A PT／PT)與基
本原因事件發(fā)生概率的變化率(A qi／qT)的比值
稱為危險重要系數(shù)，它是衡量基本原因事件XI對
頂上事件發(fā)生概率影響程度的重要系數(shù)，危險重
要系數(shù)既反映基本原因事件發(fā)生概率的增減變化
對頂上事件發(fā)生概率增減變化的影響程度，又反
映出基本原因事件發(fā)生概率大小對頂上事件發(fā)生
概率大小的影響程度， 比結(jié)構(gòu)重要系數(shù)和概率重
要系統(tǒng)數(shù)能更為準確地反映基本原因事件對頂上
事件的影響程度。
D
由公式 ( )= 得
Oqi
P
( t) q?q，q,9 q?q?q
= 0．16x0．11x0．12+0．1】x0．11X0．12
= 00036
IgW (X2)= 0．2956；IgW(X3)= 0．1 850；
tgW(X0=0．1 793；IgW(Xs)=0．1 56 1；IgW(X6)=
0．1388；IgW(XT)=O．2319：IgW(Xs)=0．1l59：
IgW(X9)=0．1264；IgW(Xlo)=O．0217；IgW(X11)=
0．02 1 7；IgW(Xl2)=0．0486；IgW(X13)=0．2057；
IgW(Xl4)=0．2 1 85；IgW(Xl5)=0．1 542；IgW(XI6)=
1．188l；IgW(XlT)：0．8168；IgW(Xls)=1．927l；
IgW(Xlg) 1．927 1
可見各基本原因事件的危險重要系數(shù)大小依
次為：
IgW(Xl8)=IgW(Xt9)>IgW(Xl6)>IgW(Xl T)
>IgW(X2)>IgW(X0>IgW(XT)>IgW(Xl4)>
IgW(Xl3)>IgW(X3)>IgW(X12)>IgW(X4)>
IgW(X5)>IgW(X15)>IgW(X6)>IgW(Xg)>IgW(xo
>IgW(Xlo)=IgW(Xn、
5結(jié)論
(1)分析了引起液氨儲罐火災(zāi)爆炸和各種因
素，所建事故樹共有19個基本事件，38個最小割
集，7個最小徑集。這些最小徑集為預(yù)防火災(zāi)爆炸
事故措施的制定提供了依據(jù)。通過對基本事件結(jié)
構(gòu)重要度的分析，確定了影響事故樹頂上事件發(fā)
生的主要原因，提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。
(2)事故樹分析法簡潔直觀，能找出導(dǎo)致事
故的直接原因事件和間接原因事件， 以分析系統(tǒng)
的安全問題或系統(tǒng)的運行功能問題，便于查明系
統(tǒng)內(nèi)固有的或潛在的各種危險因素并對其邏輯關(guān)
系做出全面、簡潔和形象的描述，為設(shè)計、施工
和管理提供了科學(xué)依據(jù)。
◆ 參考文獻
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工程學(xué)術(shù)會議論文[C】．2007．
(上接61頁)
刻保證儀表的使用性能和精度。只有這樣，才能
通過儀表得到正確的泄漏警報信號，及時發(fā)現(xiàn)管
道泄漏及其他故障。由此可見，儀表精度是管道
泄漏監(jiān)測的重要保障條件。
◆參考文獻
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進展【J】石油工程建設(shè)，2005，(02)．
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