基于事故树的硫化氢氢化物爆炸事故定量分析

基于事故树的硫化氢氢化物爆炸事故定量分析

氯碱工业是一个重要的基本化工原料工业，在市场经济中发挥着重要作用。目前,氯碱行业主要采用电解饱和食盐水来生产烧碱、氯气、氢气,由于氯气和氢气都是易燃易爆气体,所以近年来随着企业生产规模的不断扩大,安全问题也越来越突出,特别是氢气火灾爆炸事故更是困扰氯碱生产的大难题。据统计,在过去的5年里焦作化电集团的氢气火灾爆炸事故占总事故数的14.6%,在所有事故中位居第3,而事故造成的死亡人数却占总死亡人数的25.82%,位居第1。因此选取氯碱生产氢气系统火灾爆炸事故为重点研究对象,采用事故树分析方法分析导致事故的原因以及相应的预防对策。1事故树的定性分析1.1构造事故树图对已发生的氢气系统火灾爆炸事故进行分析研究,找出可能导致事故发生的初始因素,反复分析顶上事件、各中间事件以及各基本原因事件之间的逻辑关系之后,构造出事故树图(图1)。1.2利用k9.[2],k9,4.2;k1,4.2;k5,4.2由图1可以得到18个最小割集:K1={X1,X10,X11},K2={X2,X10,X11},K3={X3,X10,X11},…,K9={X9,X10,X11},K10={X1,X10,X12},K11={X2,X10,X12},…,K18={X9,X10,X12}。1.3作为对偶事件的较成功树依据摩根定理将事故树中的所有“或”门改为“与”门,将所有“与”门改为“或”门,且将各事件变为对偶事件,则得成功树。求成功树得最小割集,并解其对偶则得最小径集:P1={X10},P2={X11,X12},P3={X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8,X9}。1.4基本事件重要系数的近似计算结构重要度反映的是在不考虑基本事件发生概率的情况下,事故树中各个基本事件对顶上事件的影响程度。常用的方法有两种,即:求基本事件的相对重要度;利用最小割集计算其判定系数。一般来说前一种方法计算的结果较精确,但如果事故树结构复杂时计算比较繁琐;而后一种则比较简单,也基本上能够满足分析问题的需求。由于最小割集中的原因个数(nj)相同,利用最小割集确定基本事件重要系数。下面给出近似计算式(1)。Iφ(i)=1K∑j=1K1njΙφ(i)=1Κ∑j=1Κ1nj(1):式中Iφ(i)——基本事件Xi的结构重要度系数;K——包含基本事件Xi的最小割集数;nj——基本事件Xi所在最小割集中基本事件的数量。根据式(1)求得各基本事件的结构重要度为:I(1)=I(2)=I(3)=I(4)=I(5)=I(6)=I(7)=I(8)=I(9)=1/18×(1/3×2)=0.0370;I(10)=1/18×(1/3×18)=0.3333;I(11)=I(12)=1/18×(1/3×9)=0.1667。因此可看出各基本事件对顶上事件的影响程度依次为:X10>X11=X12>X1=X2=…=X8=X9。2事故树分析2.1顶事件发生概率计算顶上事件发生概率有多种方法,例如逐级向上推算法,直接用事故树的结构函数式、利用最小割集计算等,这里利用最小径集计算顶上事件发生概率,由于最小径集彼此无重复事件,则计算公式为Q(T)=∏j=1P[1−∏xi∈pj(1−qi)]Q(Τ)=∏j=1Ρ[1-∏xi∈pj(1-qi)](2)式中Q(T)——顶上事件发生概率;P——最小径集个数;qi——基本事件Xi的发生概率。利用式(2)可以得到顶上事件发生概率Q(T)=0.0331。2.2概率重要度如果要考虑基本事件的概率变化给顶上事件概率带来的影响,就必须研究基本事件的概率重要度。其定义式为Ig(i)=∂Q(T)/∂qi(3)式中Ig(i)——基本事件Xi的概率重要度。求出各基本事件的概率重要度后,就可以知道,在诸多基本事件中,降低哪个基本事件的发生概率,可迅速有效地降低顶上事件的发生概率。2.3基本事件概率结构重要度是从事故树图的结构来分析基本事件的重要性,并不能全面说明各基本事件的危险重要度。而概率重要度是反映各基本事件概率的增减对顶上事件发生概率影响的敏感度。临界重要度是从概率和结构双重角度来衡量各基本事件重要性的评价标准,可用式(4)表示:Ic(i)=Ig(i)·qi/Q(T)(4)式中,Ic(i)为基本事件Xi的临界重要度;其余符号意义同前。由已知条件及式(4)求出各基本事件的临界重要度见表1。3预防可发生事故的原则(1)由事故树分析可知,事故树包含了8个逻辑门,其中逻辑或门6个(占了总数的75%)。根据或门的定义可知大部分的单个基本原因事件都有输出。所以,从与、或门的比例可知,氢气系统火灾爆炸事故的危险非常大。(2)由最小割集及最小径集的求解可知,最小割集是18个,最小径集是3个。也就是说导致事故发生的途径有18种,而预防事故的可能途径只有3种。所以从这一点也可以说明顶上事件属于易发事故。(3)在制定氢气系统火灾爆炸事故的预防措施时,应以最小径集为依据。根据最小径集的定义,只要事故树中的这些基本事件不发生,顶上事件就不会发生。考虑3组最小径集,要使氢气系统火灾爆炸事故不发生,可以考虑下面的3个方案:①杜绝P1的发生。要使P1不发生,则需要X10不发生。②杜绝P2的发生。要使P2不发生,则需要X11,X12不发生。③杜绝P3的发生。要使P3不发生,则需要P3中的X1,X2,…,X9共9个基本事件不发生。在上述方案中选择最有利于采取措施的方案。直观而言,一般以消除包含最小事件最少的最小径集中的基本原因事件最有利。若P1={X10}能被彻底消除,则顶上事件就不发生。从结构重要度、概率重要度及临界重要度计算也可以看出基本事件X10“密闭系统出现故障”对事故的发生影响特别大。所以在实际工作中一定要加强对氢气密闭系统的管理,尽量减少其故障,但要完全杜绝X10的发生也是不可能的。继续分析方案②,杜绝P2主要考虑排风系统,在事件X11、X12中,由临界重要度分析知基本事件X12对顶上事件的影响更大些,也就是说实际中除设计要合理外,最重要的是应该加强排风设备的维护。最后,方案③虽然包含的基