铅酸蓄电池室燃爆事故分析及其安全对策

    [摘  要]  通过对铅酸蓄电池室燃爆事故树定性分析，找出了可能导致铅酸蓄电池室燃爆事故发生的基本原因事件，即无通风设施，通风设施损坏，未及时送、排风，使用不防爆电器，防爆电器损坏，电气连接处接触不良，人体静电放电，室内吸烟，室内动火。为了预防铅酸蓄电池室燃爆事故的发生，关键是：一要采取有效的通风措施，保持蓄电池室通风良好，使氢气浓度不能达到爆炸极限；二要采取防止火源发生的措施，使蓄电池室无点火源，只要蓄电池室内无火源，即使氢气浓度达到爆炸极限，也不可能发生燃爆。为了达到上述两个要求，就必须在防火防爆技术和管理方面采取相应的安全措施。
    [关键词]  蓄电池室；燃爆；事故树分析；预防；安全对策措施
Fanh Analysis on Deflagration in the Lead—acid Storage Battery Chamber and Its Countermeasure
LI Fa-rong
    Abstract：  By qualitative fault tree analysis of the lead—acid storage batter deflagration accident，it is possible to find out  of el-ementary events inducing the deflagration accidents，i．e．no ventilation installation，the failure Ofventilation installation，no time—ly ventilation，not using unexplosive electric devices，damage of unexplosive devices，failure of lap join of electrical devices，dis—charge of static electricity in human body，smoking in the room，using fire in the process of repairing．For prevention of deflagra—tion in the lead—acid storage battery chamber，the key points are as follows．First，effective ventilation must be kept in the stor-age battery chamber，which would keep the hydrogen concentration from reaching the explosion limit．Second the fire source must be cut in the storage battery chamber．Without fire source,even if the Lydrogen concentration reaches the explosion limit,it still could induce explosion．Ih order to fulfill two above-mentioned requirements，safety measures must be taken in respect of fire-proof and anti—explosion techniques and relevant management must also be reinforced．
    Key words：  Storage battery chamber  Deflagration  Fault tree analysis  Prevention  Safety countermeasure
1  引  言
    蓄电池作为一种方便适用的直流电源广泛用于发电厂、工矿企业变配电所和各类机动车。铅酸蓄电池使用一定时间或贮藏时间过长时，电解液比重会降低、电量减少，这就应及时充电。充电一般都在专门的充电室(亦称蓄电池室)里进行。蓄电池充电时电解液中的水会被电解出氢和氧，并逸散于室内。氢气是易燃易爆的甲类物质，当室内氢气浓度达到爆炸极限4％—75％时，一遇火源就会发生燃爆。
    笔者在对企业进行安全检查、评价时，就得知不少铅酸蓄电池室过去曾发生过此类事故，且造成严重的人员伤亡及财产损失。例如，1991年7月3日，某电站铅酸蓄电池室发生燃爆事故，造成一巡检工死亡，充电设备和蓄电池室严重损坏。事故主要原因是该蓄电池室通风设备失效，造成室内氢气聚积，而巡检工严重违章在巡检时抽烟，明火引起燃爆。
    又如，1995年12月14日深夜，某街道蓄电池修理店充电室发生火灾，造成在店内临时搭床睡觉的两名员工严重烧伤，房屋和设备烧毁。火灾原因是该店前房为修理间，后房为充电室，充电室无通风设施，晚上门窗关闭，造成室内通风不良，因充电线路接头松动产生火花放电，先引爆室内聚积的氢气，后引发火灾。
    为了查明各种事故原因，采取相应的防范措施，杜绝燃爆事故发生，笔者认为有必要对铅酸蓄电池室(以下简称“蓄电池室”)的燃爆事故进行事故树分析，进而提出切实可行的安全对策。
2  编制事故树图
    根据事故树图编制方法，从顶上事件(为第一层事件)开始，利用演绎推理方法，查找出导致顶工事件发生的所有直接原因事件，并用合适的事件符号表示(为第二层事件)，再根据事故树中逻辑门的选用原则，选用合适的逻辑门连接第一层和第二层事件；进而再对第二层中各事件分别找出导致它们发生的直接原因事件，并分别用合适的事件符号表示(为第三层事件)，再分别选用合适的逻辑门连接第二层和第三层事件。如此层层往下分析，一直分析到全部是基本原因事件(如下图中用圆形、屋架形符号表示的事件)为止，从而编制出事故树图。
    以“蓄电池室燃爆事故”为顶上事件，笔者根据以上所述的燃爆事故树图的编制方法编制出事故树图，如下图所示。

3．1求最小径集
    最小径集是事故树中使顶上事件不发生的最起码的基本事件的集合。
    求最小径集时，可不必画事故树的成功树，根据事故树与成功树对偶性原理，只要按“把事故树中的与门换成或门，或门换成与门”的规则，列出其布尔代数表达式，并进行化简，就可求出最小径集。在计算时，不必计正常事件(如“蓄电池充电”、“产生氢气”)。求解过程如下：

    T＝x₁＋A₁＋A₂＝X₁＋A₃＋A₄A₅＝x₁＋x₂x₃x₄＋x₅x₆x₇x₈x₉x₁₀

            于是得到3个最小径集，分别为                          

            P₁＝｛x₁｝                            

        P₂＝｛x_2，x_3，x₄｝

       P₃＝｛x_5，x_6，x_7，x_8，x_9，x₁₀｝
3．2  各基本事件结构重要度分析
    结构重要度分析是从事故树结构上分析各基本事件的发生对顶上事件的发生所产生的影响程度。
    根据所求出的3个最小径集，可按崔国璋、韩军、周惠丰等主编的《事故树分析与应用》§8—3中的命题2、命题4和命题5的判断准则进行判断，得出各基本事件结构重要度从大到小的排序为
    I_φ(1)＞I_φ(2)＝I_φ(3)＝I_φ(4)＞I_φ(5)＝I_φ(6)＝I_φ(7)＝I_φ(8)＝I_φ(9)＝I_φ(10)  (I_φ(i),i＝1,2,…,10,表示基本事件x₁～x_{10的结构重要度)。}

        从蓄电池燃爆事故树图可知，该事故树有4个或门、2个与门。或门多于与门，说明该系统的危险性较大。又由基本原因事件结构重要度排序可看出，第一个最小径集中的条件事件x₁(达爆炸极限)居首位，对顶上事件发生的影响最大，其次是第二个最小径集中的基本事件x₂(无通风设施)、x₃(通风设施损坏)、x₄(未及时送、排风)对顶上事件发生的影响也较大，而第三个最小径集中的基本事件x₅～x₁₀。对顶上事件发生的影响相应较小。
    分析表明，重点控制住x₁，不让氢气浓度达爆炸极限这一条件发生，就能避免顶上事件发生，但要防止室内氢气浓度达爆炸极限，最佳方案是要在蓄电池室采取有效的通风措施，使x₂～x₄都不发生，这样就能使氢气及时被稀释并排出室外，不在室内积聚，从而消除引起燃爆的物质条件。
    另外，防止蓄电池室内存在点火源(明火和电火花等)这种能量条件也不可忽视(即应使x₅～x₁₀都不发生)。因万一室内通风不良，氢气浓度达爆炸极限时，若遇火源也会发生燃爆。所以，要想从根本上杜绝蓄电池室燃爆事故，达到万无一失，还必须从多方面进行认真防范，采取如下综合配套的安全对策措施，才能更为有效。
4  预防燃爆的安全措施
    根据对铅酸蓄电池室燃爆事故分析，笔者提出如下安全对策：   
    措施1，蓄电池室必须安装机械通风设备，在充电作业时按规定开启进、排气风机，使蓄电池室内的换气次数不少于6次/小时；平时应加强对通风设备的检查、维护，使其处于良好的技术状态，能有效地防止氢气在室内积聚。
    措施2，蓄电池室采用机械通风时，室内空气不应再循环，室内应保持负压；送风设备和排风设备不应布置在同一风机室内，当采用新风机组，送风设备在密闭箱体内时，可与排风设备布置在同一房间。
    措施3，蓄电池室应采用防爆型通风设备，室内也不准使用其他不防爆的电器设备(如开关、插座、熔断器及灯具等)，若受条件限制，使用不防爆的开关、插座、灯具等时，只能安装在室外适当位置。对防爆通风设备和其他电器设备应坚持经常性安全检查、维护保养，发现损坏应及时修理或更换，确保其防爆性能良好。
    措施4，加强对蓄电池充电系统的防火安全管理，严禁在蓄电池室吸烟、用明火照明和取暖、使用电炉或敞开式电热器；不准在室内动火作业，必要时应办理动火审批手续，并采取防范措施方可动火作业。
    措施5，室内各电气线路应穿管敷设，电气连接处应接触良好、牢靠，不得松动，避免产生火花放电。
    措施6，不准穿化纤服、钉子鞋进入蓄电池室，以免产生人体静电放电。
    措施7，由于事故发生具有随机性，如果燃爆事故万一发生时，为了防止事故蔓延、扩大，减少事故的严重程度及损失，在蓄电池室的设计、施工中还应采取如下安全措施：
    (1)蓄电池室的建筑耐火等级应不低于二级。
    (2)蓄电池室、通风机室以及蓄电池室前套间通向走廊的门，均应采用向外开启的钢质门或丙级防火门。
    (3)蓄电池室应设置泄压设施(如泄压窗等)，泄压面积与该室体积的比值(m²／m³)不应小于0．03，泄压设施的布置应不影响邻近建筑物、疏散通道、设备和人身的安全。
    (4)蓄电池室应配备符合规范要求的移动式灭火器材。
5  结  语
    笔者通过对蓄电池室燃爆事故树定性分析的结果可知，可能导致蓄电池室燃爆事故发生的基本原因事件有：无通风设施，通风设施损坏，未及时送、排风，使用不防爆电器，防爆电器损坏，电气连接处接触不良，人体静电放电，室内吸烟，室内动火等。
    为了预防蓄电池室燃爆事故发生，主要应围绕两个方面采取防范措施：
    一是要采取有效通风措施，确保蓄电池室通风良好，不使室内氢气浓度达到爆炸极限；
    二是要采取防止各类火源发生的措施，使蓄电池室无点火源存在。
    事实证明，凡按预防燃爆安全措施对蓄电池室进行设计、施工、管理、使用或对在用蓄电池室的燃爆事故隐患实施积极整改的企业，均能有效预防蓄电池室的燃爆事故，获得良好的安全效果。
    事故树分析属于演绎分析法，利用事故树对事故进行预测的方法称为事故树分析。事故树分析程序大致包括9个步骤：确定分析的系统、了解掌握被分析系统的情况、调查被分析系统发生的事故、确定事故树的顶上事件、查明与顶上事件有关的所有原因事件、编制事故树图、事故树定性分析、事故树定量分析、制定预防事故改进系统的安全措施。
    上述事故树分析程序包括了定性和定量两大部分。从实际应用而言，由于我国目前尚缺乏设备的故障率和人的失误率的实际资料，故给定量分析带来很大困难甚至极难，所以在事故树分析中，目前一般只进行定性分析。但实践表明，定性分析在一定条件下也能取得好的效果。
    笔者确信，随着事故树分析在各类安全评价中的广泛运用，在安全生产领域工作的有识之士的不断努力下，必将突破定量分析中缺乏设备故障率和人的失误率的瓶颈，进一步推动计算机辅助事故树定性和定量分析技术的发展，将安全预测技术及事故风险分析技术提高到一个崭新的水平。