油墨生产电气火灾爆炸事故树分析

     在油墨生产中，用到的原材料多数是一些易燃易爆的危险化学品。生产过程中引起火灾爆炸有许多因素，在爆炸和火灾危险环境中电力装置布设不合理、操作不当或维修不到位引起火灾爆炸就是其中一个重要因素。电气引起油墨生产火灾爆炸是一种恶性事故，对人员能造成巨大的伤害，对企业会带来很大的损失。因此，合理布设爆炸和火灾危险环境中的电力装置、正确操作电器设施、维护好电器设备是油墨生产安全管理中一个极重要的工作。了解和分析油墨生产中电气引起火灾爆炸的各种原因和因素是这项安全管理工作中的一个重要内容。事故树分析法(FTA)是目前分析较复杂安全系统工程中重要的分析方法之一。通过油墨生产电气事故树的分析，可以找出该系统存在的薄弱环节，指出应采取相应的对策措施，从而达到防止火灾爆炸事故发生的目的。

    1.事故树分析

    1.1 分析方法

    事故树(Fault Tree Analysis，FTA)也称故障树，是一种描述事故因果关系的有方向的“树”，这种树是一种逻辑分析过程，遵从逻辑学演绎分析原则。用逻辑“与” 或逻辑“或”门自上而下地分析导致顶上事件发生的所有直接原因及相互的逻辑关系，找出事故的基本原因。它能对各种系统的危险性进行识别评价，既能用于定性分析，又能进行定量分析。它不仅能分析出事故的直接原因，而且能深入提示事故的潜在原因。在判断灾害、伤害的发生途经及灾害、伤害之间的关系提供一种形象、简明的表达形式，体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性。事故树分析方法是安全评价和事故预测的一种较先进的分析方法。

    1.2 分析步骤

    事故树分析有定性分析和定量分析二种。它的基本程序主要有以下几个步骤：

    (1)熟悉系统：了解需要分析对象的系统工程状态及各种参数。

    (2)调查事故：收集事故案例，设定系统可能要发生的事故。

    (3)确定顶上事件：找出后果严重且较易发生的对象作为顶上事件。

    (4)确定目标值：根据经验和事故案例，确定要控制的事故目标值

    (5)调查原因事故：调查与事故有关的所有原因事件的各种因素。

    (6)画出事故树：从顶上事件起，找出各级直接原因事件，按其逻辑关系，画出事故树。

    (7)定性分析：按事故树结构进行布尔代数计算，确定各基本事件的结构重要度，并进行分析。

    以上为定性分析的基本步骤。若要进一步进行定量分析，还需要增加以下三个步骤。

    (8)求出事故发生概率：确定所有原因发生概率，进而求出顶上事件发生概率。

    (9)进行比较：对可维修系统进行讨论对比，对不可维修系统求出顶上事件发生概率即可。

    (10)定量分析结论。

    目前在事故树分析中，一般都考虑到第七步进行定性分析为止，也可取得较好效果。

    2.油墨生产电气火灾爆炸事故树的建立

    2.1油墨生产电气火灾爆炸事故树

    笔者在收集、整理有关资料，消化油墨生产工艺，对照国家有关标准、规范、规程后，绘制出油墨生产中电气引起火灾爆炸的事故树，见图1。

图1 油墨生产电气火灾爆炸事故树

    2.2 油墨生产电气火灾爆炸事故树建造过程

    2.2.1确定顶上事件：油墨生产电气火灾爆炸

    2.2.2找出火灾爆炸的直接原因事件，确定各事件之间的逻辑关系。

    (1)导致油墨生产电气火灾爆炸的直接原因事件有：“电器设备火花”、“电气线路火花”、“静电火花”、“雷电火花”和“车间油气达到爆炸极限”。各事件的逻辑关系是：在“车间油气达到爆炸极限”事件发生条件下，“电器设备火花”、“电气线路火花”、“静电火花”、“雷电火花”中任意一个事件发生，火灾爆炸就会发生，用“条件或门”连接。

    (2)导致“电器设备火花”发生的直接原因事件有：“电器设备不防爆”和“防爆设施损坏”。这二个事件的逻辑关系是：只要其中一个事件发生，“电器设备火花” 事件就会发生，用“或门”连接。

    (3)导致“电气线路火花” 发生的直接原因事件有：“电线分支接点接触不良”、“电线过负荷起火”和“电线短路起火”。这三个事件的逻辑关系是：只要其中一个事件发生，“电气线路火花” 事件就会发生，用“或门”连接。

    (4)导致“电线过负荷起火”发生的直接原因事件有：“过负荷保护装置未装或失灵”、“超压或超载”和“电线载流量过小”。这三个事件的逻辑关系是：在三个事件同时发生时，“电线过负荷起火”事件才会发生，用“与门”连接。

    (5)导致“电线短路起火”发生的直接原因事件有：“短路保护装置未装或失灵”和“电线相间短路”。这二个事件的逻辑关系是：在二个事件同时发生时，“电线短路起火”事件才会发生，用“与门”连接。

    (6) 导致“电线相间短路“发生的直接原因事件有∶“过压过流击穿”、“电线缘破坏”和“意外碰相”。这三个事件的逻辑关系是：只要其中一个事件发生时，电线相间短路就发生，用或门连接。

    (7)导致“静电火花”发生的直接原因事件有：“人体静电火花”和“设备静电放电”。这二个事件的逻辑关系是：只要其中一个事件发生，“静电火花”事件就会发生，用“或门”连接。

    (8)导致“人体静电火花”发生的直接原因事件有：“化纤品与人体磨擦”和“积累电压达放电值”。这二个事件的逻辑关系是：在二个事件同时发生时，“人体静电火花”事件才会发生，用“与门”连接。

    (9)导致“设备静电放电”发生的直接原因事件有：“静电积累”和“接地不良”。这二个事件的逻辑关系是：在二个事件同时发生时，“设备静电放电”事件才会发生，用“与门”连接。

    (10)导致“静电积累”发生的直接原因事件有：“设备或物料存在静电磨擦”和“静电积累达放电值”。这二个事件的逻辑关系是：只要其中一个事件发生，“静电积累”事件就会发生，用“或门”连接。

    (11)导致“接地不良”发生的直接原因事件有：“设备未设防静电装置”和“设备接地线失效”。这二个事件的逻辑关系是：只要其中一个事件发生，“接地不良”事件就会发生，用“或门”连接。

    (12)导致“雷电火花”发生的直接原因事件有：“未设防雷装置”和“防雷接地线失效”。这二个事件的逻辑关系是：只要其中一个事件发生，“雷电火花”事件就会发生，用“或门”连接。

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    3.定性分析

    对事故树结构进行布尔代数计算，求出最小割集或最小径集，确定各基本事件的结构重要度，并进行分析，这是事故树分析法中重要的一个环节。

    3.1 采用布尔代数化简，求出事故树中的最小割集或最小径集。

    事故树的结构函数：

    T = X18{(X1+ X2) + [( X3+ X4X5 X6+X7(X8 +X9+ X10)]+[X11 X12+ ( X12+X13 )( X14+X15 )]+ ( X16 +X17)}

    经过运算得到如下12个最小割集：

    (X1，X18)，(X2，X18)，(X3，X18)，(X4，X5，X6 ，X18)，(X7，X8，X18)，(X7 ，X9，X18)，(X7，X10，X18)，(X11 ，X12，X18)，(X12 ，X14，X18)，(X12 ，X15，X18)，(X13，X14 ，X18)，(X13，X15，X18)，(X16，X18)，(X17，X18)

    每一个最小割集代表一个事件可能发生的模式。

    3.2 确定各基本事件的结构重要度

    确定基本事件的结构重要度可以用近似判别式：I(i)=∑Ki1/2n-1，X∈K，其中，I(i)：基本Xi的重要系数近似判别值：Ki：包含Xi的割集；n：基本事件Xi所在割集中基本事件的个数。

    根据以上近似判别式，可以确定各基本事件的结构重要度：

    I(18)= 37/8

    I(7)=I(12)=1/23-1 + 1/23-1 + 1/23-1 =3/4

    I(1)=I(2)=I(3)= I(13)=I(14)=I(15)=I(16)=I(17)= 1/22-1 = 1/2

    I(8)=I(9)=I(10)=I(11)= 1/23-1 = 1/4

    I(4)=I(5)=I(6)= 1/24-1 = 1/8

    所以结构重要度的顺序是：I(18)> I(7)=I(12)> I(1)=I(2)=I(3)= I(13)=I(14)=I(15)=I(16)=I(17)> I(8)=I(9)=I(10)=I(11)> I(4)=I(5)=I(6)

    3.3 对基本事件结构重要度的分析

    从以上所列的顺序可以说明：车间油气达到爆炸极限的结构重要度为最大，短路保护装置未装或失灵，静电积累构成的损坏次之；防爆设施损坏，电器设备不防烛，电线分支接点接触不良，设备或物料存在静电摩擦，设备未设防静电装置，设备接地线失效，未设防雷装置和防雷接地失效等构成的损坏较小；过负荷保护装置未装或失灵，超压或超载，电线载流量过小等构成的损坏最小。由此，我们可针对以上基本事件的结构重要度采取相应措施，防止顶上事件(油墨生产电气火灾爆炸)的发生。

    4.防止电气火灾爆炸事故的措施

    针对以上分析结果，笔者提出以下预防油墨生产电气火灾爆炸事故发生应采取的措施：

    4.1 防止车间油气达到爆炸极限

    油气达到爆炸极限是电气火灾爆炸事故的必要条件，因此，防止油墨生产车间油气达到爆炸极限是防止电气火灾爆炸事故发生的最重要一个措施。主要应采取以下措施：

    (1)采用较先进的生产设备和工艺流程，使生产过程中尽量避免油气从容器中泄漏出来。

    (2)增强生产车间的通风。如采取强制通风设施，使车间内的油气能较快地散发到车间外，降低车间内油气的浓度。

    (3)为了防止车间油气达到爆炸极限，在车间内设置可燃性气体报警仪，监视油气浓度，一旦出现险情，可立即采取应急措施。

    4.2 电器设备应采用防爆型

    (1)电器设备在操作和工作过程中会产生电气火花，防爆型电器设备能使电器设备内部产生的火花不散发到外界空间中去。因此，在爆炸危险区域内的电器设施应采用防爆型。包括电动机、控制开关、控制按钮、控制箱、照明灯具等。

    (2)对防爆型电器要进行定期检查，检查电器装置是否有损坏，要保持它的完好性，起到应有的防爆作用。

    4.3 电气线路布置应规范

    (1)分支接点接触不良会使该接点发热或产生火花，容易导致局部电线保护层起火。因此，电线中途尽量避免分支产生接点，确实需要分支，应在配电箱或控制箱内专用接线板上进行分支。

    (2)电线相间短路会产生火花或在短时间内使电线保护层起火。因此，电气线路应采用沿墙或桥架方式进行布置，避免电线悬空悬挂，电线要用阻燃套管保护。这样能避免电线布置中的电线相与相或相与地之间短路的发生。

    (3)电线载流量过小，在过负荷运行时会使电线发热，容易引起电线保护层起火。电线的载流量应根据负荷大小确定，电线的载流量不得小于设计载流量。

    4.4 防雷设施完好

    未设防雷装置或防雷接地线损坏会在雷击时，建筑物容易被雷击中产生强烈的火花或电线起火，酿成重大事故。因此，车间所在的建筑物应设防雷装置，其防雷的接地电阻应经检测符合要求，并且应定期对防雷装置进行检查是否完好，发现防雷接地线损坏应及时修复。

    4.5 防止生产设备发生静电放电

    生产油墨的原料在金属容器内进行拌料或用设备进行细磨时会产生静电，这类静电积累到一定能量时容易与金属容器或金属设备之间发生放电，继而产生火花。为了防止生产设备发生静电放电，必须将金属容器、生产设备的金属外壳接地，使拌料或细磨时产生的静电有一个良好的入地通道，不使静电积累，从而避免设备发生静电放电。同时对防静电的接地线要定期进行检查，发现损坏应及时修复。

    4.6 防止人体发生静电火花

    人穿着化纤服装工作，由于化纤品易在磨擦过程中产生静电，静电积累到一定能量时，在人与金属设备等接近时就容易发生静电火花。因此，作业人员应穿着棉质服装，在进入工作场所时应对人体进行消除静电措施，防止人体携带静电，生产设备也应有良好的接地装置。

    4.7 电气线路有完好的保护装置。

    在4.3条中提到的电线载流量过小和电线相间短路会引起火花或电线保护层起火。若在电气线路中有完好的保护装置，(如过负荷保护装置、短路保护装置)就可以避免发生电线保护层起火。因此，在电气线路布置规范的同时，还应有完好的保护装置，使电气线路不发生火花。