氧气瓶安全风险事故树分析
摘 要:应用事故树分析方法对氧气瓶爆炸事故进行分析，找出了引发事故的基本原因和途径，分析了基本原因事件的结构重要度。由此提出了防止氧气瓶事故的方法，为氧气瓶的安全管理提供科学依据。
关键词:氧气瓶;事故树;结构重要度;预防措施
0 引 言
随着近年来国民经济的高速发展，氧气的需求量随之增长，相应氧气瓶爆炸事故发生日益增多。虽然国家对此十分重视，相继出台了《气瓶安全监察规程》和《气瓶安全监察规定》等法规，但从目前现状来看，发生事故的趋势没有得到有效的扼制，死亡事故仍不断发生。为减少事故发生，保障人身财产安全，文中拟用事故树分析法对氧气瓶的安全风险进行分析评价，找出事故原因，并制定出相应的对策措施，以期引起大家的重视，防患于未然。
1 事故树分析原理
事故树分析法(FTA)又称故障树分析，是一种逻辑演绎系统安全分析方法。20世纪60年代，由美国贝尔电话研究所首先提出，在20世纪80年代初引入我国。目前，FTA作为安全系统工程中一种进行安全分析、评价和事故预测的先进的科学方法，已得到国内外的公认和广泛应用，已成为定性和定量预测与预防事故的主要方法。
事故树分析法以系统较易发生且后果严重的事故(即顶上事件)作为分析目标，通过调查与该事故有关的所有原因事件和各种因素，经过层层分析，逐级找出最终不能再分解的直接原因事件(即基本事件)。将特定的事故和各层原因事件(危险因素)之间用逻辑门符号连接起来，得到形象、简洁的表达其逻辑关系(或称因果关系)的逻辑图形，即事故树图。通过对事故树简化、计算，求出最小割集、最小径集和基本事件结构重要度，进行事故树定性分析。在事故树中凡能导致顶上事件发生的基本事件的集合称作割集。能导致顶上事件发生的最低限度基本事件的集合称为最小割集。最小割集中全部基本事件均发生时，则顶上事件一定发生，而最小割集中任一基本事件不发生，顶上事件未必一定不会发生。最小割集表达了系统的危险性，每个最小割集都是顶上事件发生的一种可能渠道，最小割集的数目越多，系统越危险。最小径集又称最小通集。在事故树中凡是不能导致顶上事件发生的最低限度的基本事件的集合，称为最小径集。最小径集中全部基本事件均不发生时，则顶上事件一定不会发生，而在最小径集中，任何一个基本事件发生，便不能保证一定不发生顶上事件。因此，最小径集表达了系统的安全性，每一个最小径集是预防顶上事件发生的有效途径之一，最小径集的数目越多，系统就越安全。结构重要度分析是分析基本事件对顶上事件影响程度，根据分析的结果，找出事故发生的主要原因，探明控制顶上事件发生的有效途径，确定安全对策措施，制定应急预案[1]。
2 氧气瓶典型事故案例分析
2.1 案例1
2000年9月15日8:00左右，中国石化集团公司第五建设公司南京分公司(简称五化建)一焊工进行切割工作时，氧气管爆炸，另有3处同时炸裂。切割时，该焊工感到气体不纯(切割线有漂移现象)，但鉴于爆破的是旧氧气胶管，认为氧气胶管爆炸是其老化所致。由于未领到新氧气胶管而停止工作，同时将用气很少的满瓶氧气退回库房，对瓶内是否形成爆鸣性气体未产生怀疑。9月18日7:35，五化建另一名焊工按照班长分工，从气瓶库取出一瓶氧气，装好焊割工具后，在距氧气瓶约35m处的预制厂内切割型钢的点焊，氧气瓶内压力约10MPa，低压约0.4MPa，约切割10min，感到气体不纯，切割线漂移。8:05左右，氧气瓶突然爆炸，并升起一股灰尘[2]。
分析:在气瓶管理中，大部分气体充装站的气瓶都实行“大循环”，充装工违反了《气瓶安全监察规程》中的有关规定，未在气瓶充装前对气瓶内的气体进行检验判别，导致气瓶内气体不纯，遇火即发生化学性爆炸。且对助燃与可燃气体，不宜采用橡胶软管，应用高压金属软管。
2.2 案例2
2002年5月30日19:55，徐州市工程集团某机械厂下料车间，氧气汇流排中一只即将开启使用的氧气瓶发生燃烧击穿事故，造成一死一伤的严重后果[3]。
分析:这次燃割事故为操作者打开瓶阀时产生的静电火花或摩擦热量，通过橡胶金属软管内壁时，剧烈的冲击摩擦瞬间产生极高的热量，点燃
了管道上的可燃物———橡胶软管。已燃烧的橡颗粒被高流量、高纯氧、高热量的气体压人瓶内，在高纯氧的作用下产生激烈燃烧，喷出的气体将瓶阀、瓶肩熔穿，能量瞬间释放，否则气瓶爆炸后果更加严重。在高压氧的作用下，选用易燃的橡胶金属软管和操作者的不当操作———开启过急，是造成这次事故的主要原因。在高压氧的状态下，主管道及其连接导管，一定要严格选取材料，不可使用可燃材料，橡胶金属软管绝对不能在高压氧的状态下使用，主管道最好选用铜材或紫铜材。在高压状态中使用的氧气瓶，不论是气瓶的充装单位还是使用单位，对气瓶的操作或更换都要有明确的操作规程，谨慎操作，防止急开急关。
2.3 案例3
2003年8月16日14:30左右，徐州市沛县芦发气体充装站，发生了一起氧气瓶爆炸事故。
该站氧气充装台有二组充装设备，8月16日下午运行一段时间后，由于该系统主法兰截止阀及支阀有漏气现象，检修人员调换了丝扣截止阀及支阀，并进行了安装、清洗、检漏。14:30工作完毕，试充装10只气瓶，当压力升至8.0MPa时，其充装排第9只气瓶发生强烈爆炸事故[4]。
分析:经分析取证，此次事故是因检修人员不具备专业基本知识、粗心大意，将外部包装一样的不但不能脱油、而本身带油的邻苯二甲酸二丁脂错误地当做四氯化碳清洗剂使用，二丁脂属碳氢化合物，遇明火可燃，高热可燃，与高压氧接触发生强烈反应，剧烈燃烧，瞬间产生的热能转换成压力能，导致气瓶爆炸。
2.4 案例4
2001年6月15日15时许，山东省商河县玉皇庙镇一家制氧厂，一名客户拉来一车气瓶来换氧气。换气过程中，操作工发现一个气瓶与其它气瓶不一样，打着打火机准备试该瓶中装的是什么气，谁料气瓶刚一打开，就“呯”的一声爆炸了，气瓶成了碎片，两人当场死亡[2]。
分析:这是一幕典型的无知违章所酿成的惨剧。氧气严格禁火禁油，怎么能用打火机打火试气!在瓶检中要鉴别气体，必须用“可燃气体检测仪”检测。
2.5 案例5
2000年11月1日7:35，沈阳市第一钢铁厂大院内突发爆炸，氧气瓶库房夷为平地，五六十只氧气瓶散落四周，有两三只气瓶变成铁板，墙倒塌，门窗玻璃震碎，幸好室内无人，仅使3人受伤[5]。
分析:据悉为液氧汽化充装，液氧泵为500L/h的大泵，而充灌的仅十几只钢瓶。这样，液氧泵容量大，汇流排上瓶子少，速度快，时间短，产生静电火花，引发爆炸。充装速度过快，是一些液体泵充装站最大的隐患，按照要求气体在管道中的流速不超过8m3/h，充装时间控制在30min，而实际上充装速度和时间都超标，给事故的发生增加危险因素。另外，现场使用的气瓶不易存放太多，要随领随清。空、实瓶分开存放，实瓶存放一般不超过5瓶，避免发生事故时有连锁反应。
3 氧气瓶事故原因调查及事故树编制[1]
氧气是一种无色无味的气体，其本身不燃烧，但它是一种强氧化剂，具有助燃性，是燃烧爆炸的基本要素之一。氧气几乎能与所有可燃气体或蒸汽混合而成爆炸性混合物。纯氧与矿物油、油脂或细微分散的可燃粉尘、碳粉、有机物等接触时，由于剧烈的氧化升温、积热，能引起自燃，发生火灾或爆炸。氧气瓶是一种封闭型的压力容器，由于维修、检测、使用的诸多因素，导致氧气瓶发生爆炸的原因有很多。通过事故案例调查分析得出，引起氧气瓶爆炸事故的原因分三大类:超压物理爆炸、化学爆炸、强度降低爆炸。超压物理爆炸的原因有:曝晒、接近热源、与火源接触;化学爆炸的原因有:沾染油脂、错装;强度降低爆炸的原因有:外力破坏、气瓶不合格。现以氧气瓶爆炸为顶上事件，逐级分析导致事故发生的各种原因，编制氧气瓶爆炸事故树[6-7]，如图1所示。
4 氧气瓶爆炸事故树分析[1]
4.1 求事故的最小割集
事故树的结构函数表达式为:
T=A1+A2+A3=X1(X3+X4+X5)+B1×B2+X2(B3+B4)=X1(X3+X4+X5)+(C1+C2)×(C3+X6+X7)+X2(C4×X12+C5×X17)=X1(X3+X4+X5)+(D1+D2+X8+X9)×(X10+X11+X6+X7)+X2[(X14+X15+X16)×X12+(X22+X23+X24+X25)×X17]=X1(X3+X4+X5)+[X13(X18+X19)+X20+X21+X8+X9]×(X10+X11+X6+X7)+X2[(X14+X15+X16)×X12+(X22+X23+X24+X25)×X17]=X1X3+X1X4+X1X5+(X13X18+X13X19+X20+X21+X8+X9)×(X10+X11+X6+X7)+X2(X14X12+X15X12+X16X12+X22X17+X23X17+X24X17+X25X17)=X1X3+X1X4+X1X5+X13X18X10+X13X19X10+X20X10+X21X10+X8X10+X9X10+X13X18X11+X13X19X11+X20X11+X21X11+X8X11+X9X11+X13X18X6+X13X19X6+X20X6+X21X6+X8X6+X9X6+X13X18X7+X13X19X7+X20X7+X21X7+X8X7+X9X7+X2X14X12+X2X15X12+X2X16X12+X2X22X17+X2X23X17+X2X24X17+X2X25X17
K1={X1，X3}
K2={X1，X4}
K3={X1，X5}
K4={X6，X8}
K5={X6，X9}
K6={X6，X20}
K7={X6，X21}
K8={X7，X8}
K9={X7，X9}
K10={X7，X20}
K11={X7，X21}
K12={X8，X10}
K13={X8，X11}
K14={X9，X10}
K15={X9，X11}
K16={X10，X20}
K17={X10，X21}
K18={X11，X20}
K19={X11，X21}
K20={X2，X12，X14}
K21={X2，X12，X15}
K22={X2，X12，X16}
K23={X2，X17，X22}
K24={X2，X17，X23}
K25={X2，X17，X24}
K26={X2，X17，X25}
K27={X6，X13，X18}
K28={X6，X13，X19}
K29={X7，X13，X18}
K30={X7，X13，X19}
K31={X10，X13，X18}
K32={X10，X13，X19}
K33={X11，X13，X18}
K34={X11，X13，X19}
4.2 求事故树基本事件的结构重要度
根据仅出现在同一个最小割集中的所有基本事件结构重要度相等，以及仅出现在基本事件个数相等的若干个最小割集中的各基本事件结构重要度依出现次数而定。出现次数少，其结构重要度小;出现次数多，其结构重要度大;出现次数相等，其结构重要度相等。因为X14，X15，X16，X22，X23，X24，X25都只在含有3个基本事件的最小割集中出现了1次，X3，X4，X5都只在含有2个基本事件的最小割集中出现了1次，X12只在含有3个基本事件的最小割集中出现了3次，X17，X18，X19只在含有3个基本事件的最小割集中出现了4次，X1只在含有2个基本事件的最小割集中出现了3次，X2只在含有3个基本事件的最小割集中出现了7次，X13只在含有3个基本事件的最小割集中出现了8次，X8，X9，X20，X21都只在含有2个基本事件的最小割集中出现了4次，X6，X7，X10，X11在含有2个基本事件的最小割集中出现了4次，在含有3个基本事件的最小割集中出现了2次，所以各基本事件的结构重要度有如下关系:
IΦ(14)=IΦ(15)=IΦ(16)=IΦ(22)=IΦ(23)=
IΦ(24)=IΦ(25)
IΦ(3)=IΦ(4)=IΦ(5)
IΦ(17)=IΦ(18)=IΦ(19)
IΦ(8)=IΦ(9)=IΦ(20)=IΦ(21)
IΦ(6)=IΦ(7)=IΦ(10)=IΦ(11)
由事故树基本事件结构重要度近似判别式算得:
式中:nj———基本事件Xi所在割集Kj中基本事件个数。
所以根据近似法判断得出事故树基本事件结构重要度排序如下:
IΦ(6)=IΦ(7)=IΦ(10)=IΦ(11)>IΦ(8)=IΦ(9)=IΦ(20)=IΦ(21)=IΦ(13)>IΦ(2)>IΦ(1)>IΦ(17)=IΦ(18)=IΦ(19)>IΦ(12)>IΦ(3)=IΦ(4)=IΦ(5)>IΦ(14)=IΦ(15)=IΦ(16)=IΦ(22)=IΦ(23)=IΦ(24)=IΦ(25)
5 氧气瓶事故预防措施
从氧气瓶事故树分析结果可以看出，造成氧气瓶爆炸事故的途径有34个，事故较易发生，其中静电火花、摩擦热量、违章动火、工作用火是最危险事件，使用可燃连接管、可燃密封材料、没留余气、标识不清、气源不洁是其次的危险事件。根据事故树的最小割集和基本事件结构重要度排序情况，提出以下预防对策[7-8]:
(1)充装和使用气瓶时，严格遵守操作规程，开、关阀门不要过快、过急，避免产生摩擦热和静电火花;
(2)对漆色、字样与所充装气体不符的，或漆色、字样脱落不易识别气瓶类型的和未判明装过何种气体的气瓶，严禁进行充装;
(3)氧气瓶内气体不能用尽，应留有余压，如感到气体不纯，应考虑形成爆鸣性气体的可能性，对气瓶内的气体采用正确的检测方法进行鉴别;
(4)对槽车拉运的液氧应进行化验分析，确保可燃气含量不超标，或要求供货方提供产品质量证明;
(5)要保证气瓶强度，购买选用有制造气瓶资质的单位生产的合格产品，并按气瓶检验规定要求，每3年检验1次;
(6)在充装、使用氧气瓶前，操作者要仔细检
查自己的双手、手套、工具、减压阀等有无沾染油脂;用于氧气瓶的汇流排管道及其密封圈，第一次使用前均须认真脱脂，且不得采用可燃的密封圈;氧气瓶的连接管必须采用高压金属软管;
(7)充装和使用气瓶时，严禁过量充装，避免损坏阀门;
(8)氧气瓶在充装、运输、储存、使用等过程中，严禁敲击、碰撞;
(9)气瓶在储存、使用等过程中不得靠近热源，夏季要防止阳光曝晒，冬季瓶阀冻结时，严禁明火烘烤。
参考文献:
[1] 王显政.安全评价[M].北京:煤炭工业出版社，2005:47724901
[2] 庄胜强，周凤山，梁 华.对一起氧气瓶爆炸事故的分析[J].深冷技术，2001(3):452461
[3] 王元松，佟建华.一起氧气瓶燃割事故分析[J].深冷技术，2003(2):512521
[4] 王元松，佟建华.记一起氧气瓶爆炸事故分析[J].深冷技术，2004(6):442451
[5] 顾福民.氧气瓶爆炸事故信息两则[J].深冷技术，2001(2):461
[6] 于庭安，戴兴国.LNG储罐火灾爆炸事故树分析[J].中国安全科学学报，2007，17(8):11121131
[7] 王 磊，李志宪，卢克田，等.油气火灾爆炸事故评价及防范措施[J].中国安全科学学报，2003，13(12):682701
[8] 张建华，郭 进.液化石油气储罐销爆过程安全风险事故树分析[J].武汉理工大学学报，2005，27(7):