液化天然气(LNG)储罐火灾和爆炸事故树分析

1.1液化天然气(LNG)储罐火灾和爆炸事故树分析

在整个LNG产业链中，LNG储罐是处于重要的地位，它是连接上游LNG产业和下游LNG产业的重要中转站。因此，LNG储罐的安全性和可靠性对于LNG的产业链来说是十分重要的。而储罐的事故模型多而繁杂，其中火灾和爆炸是最重要、最一般、最常见、后果影响最严重的事故模型。通过对引起LNG储罐发生火灾、爆炸的因素进行系统分析，建立了以LNG储罐火灾、爆炸为顶事件的事故树，并进行事故树分析，得到了影响顶事件的各阶最小割集。并通过计算底事件的结构重要度，确定了影响储罐事故的主要因素，并提出了相应的改进措施，以提高LNG储罐的安全性和运行可靠性。

因此，预防LNG储罐的事故发生，特别是LNG储罐的火灾、爆炸等恶性事故的发生，提高其储罐系统本质安全并延长使用寿命，对于安全生产和国民经济的稳定发展具有十分重要的意义。事故树分析法作为工程系统可靠性分析与评价的有效方法，为分析LNG储罐火灾、爆炸事故提供了有效手段。通过对LNG储罐火灾、爆炸的分析，可以逐步分析LNG储罐火灾、爆炸事故的发生机理和原因，进而采取相应的安全措施，提高LNG储罐的可靠性和安全使用寿命。

1.1.1事故树的分析程序

事故树的分析程序，常因分析对象、分析目的、粗细程度的不同而不同，但主要的内容包括：熟悉系统、事故调查、确定顶上事故、原因时间调查、建造事故树、修改和简化事故树、定性\\定量分析、制定安全措施。如图5-1所示。

图5-1 事故树分析程序

1.1.2 LNG储罐火灾与爆炸事故树分析

根据顶事件确定原则，取“LNG储罐火灾、爆炸”作为顶事件。顶事件确定后，分析引起顶事件件发生的最直接的、充分和必要的原因。引起LNG储罐火灾、爆炸有两种原因：一是化学爆炸模式，即罐内LNG泄漏，遇空气、火源发生火灾、爆炸；二是物理模式，即罐内压力急剧升高，罐体泄压系统失灵，压力超过罐体所能承受的压力，发生爆炸事故。然后把引起顶事件发生的各种可能原因又分别看作顶事件，采用类似的方法继续往下深入分析，建立以逻辑门符号表示的LNG储罐火灾、爆炸事故树，如图5-2所示，本事故树共考虑了24不同的底事件，图中各符号所代表的事件如表5-5所示。

表5-5 事件类型表 符号 T P F1 F2 F3 事件类型 LNG储罐火灾 爆炸极限 由火源引起爆炸 储罐超压爆炸 天然气气源 符号 X4 X5 X6 X7 X8 罐体损坏 误操作LNG泄漏 罐区内吸烟 罐区内违章动火 使用电子通信工具 事件类型 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 X1 X2 X3 火源 安全阀失效 LNG泄漏 明火 电火花 雷击火花 撞击火花 静电火花 避雷器失效 储罐静电 人体静电 避雷器故障 接地失效 罐区通风不良 阀门密封失效 法兰密封失效 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X18 X19 X20 X21 X22 X23 X24 未使用防暴电器 防爆电器损坏 雷击 未安装避雷设施 接地电阻超标 引下线损坏 接地端损坏 使用铁质工具 穿带铁钉的鞋 罐体静电聚集 未设静电接地装置 作业中与导体接触 未穿防静电服工作 储罐压力超过安全限 安全阀弹簧损坏 安全阀选型不当 1.1.2.1定性分析------最小割集

定性分析就是从事故树结构出发，分析各底事件的发生对顶事件发生所产生的影响程度，即分析底事件的发生或不发生对顶事件所将要执行的动作状态的影响。

事故树定性分析目的，即通过找出事故树的所有最小割集，发现系统故障或导致指定顶事件发生的全部可能原因，并定性地识别系统的薄弱环节。

凡是能导致事故树顶事件必然发生的底事件的集合称为割集，而最小割集是导致顶事件发生的必要且充分的底事件的集合，即当最小割集所含的底事件都同时发生时，顶事件才发生；若其中有任何一个底事件不发生，则顶事件就不会发生。割集或最小割集都是引起顶事件的各基本原因事件的组合。采用行列法或布尔代数化简法求出事故树的所有最小割集，再转化为等效布尔代数方程：

图5-2 LNG储罐火灾、爆炸事故树分析图

T?X22X23?X22X24?X1X2X6?X1X2X7?X1X2X8?X1X2X9?X1X2X10?X1X2X16?X1X2X17?X1X2X20?X1X2X21?X1X3X6?X1X3X7?X1X3X8?X1X3X9?X1X3X10?X1X3X16?X1X3X17?X1X3X20?X1X3X21?X1X4X6?X1X4X7?X1X4X8?X1X4X9?X1X4X10?X1X4X16?X1X4X17?X1X4X20?X1X4X21?X1X5X6?X1X5X7?X1X5X8?X1X5X9?X1X5X10?X1X5X16?X1X5X17?X1X5X20?X1X5X21?X1X2X11X12?X1X2X11X13?X1X2X11X14?X1X2X11X15?X1X2X13X18?X1X2X14X18?X1X2X15X18?X1X2X18X19?X1X3X11X12 ?X1X3X11X13?X1X3X11X14

?X1X3X11X15?X1X3X13X18?X1X3X14X18?X1X3X15X18?X1X3X18X19?X1X4X11X12?X1X4X11X13?X1X4X11X14?X1X4X11X15?X1X4X13X18?X1X4X14X18?X1X4X15X18?X1X4X18X19?X1X5X11X12?X1X5X11X13?X1X5X11X14?X1X5X11X15?X1X5X13X18?X1X5X14X18?X1X5X15X18?X1X5X18X19(1)

由布尔代数方程知，LNG储罐火灾、爆炸事故树由2个二阶最小割集、36个三阶最小割集，32个四阶最小割集组成。

由割集理论我们可知，一般情况下，割集的阶数越小，它发生的可能性就越大。因此，故障树中的2个二阶最小割集和36个三阶最小割集直接影响着系统的安全性、可靠性，为系统的薄弱环节。

1.1.2.2底事件结构重要度分析

各底事件或最小割集在顶事件发生的事故树结构上重要度称为结构重要程度，即各底事件或最小割集的发生对顶事件发生的贡献程度。

由于不需考虑系统顶事件和底事件发生概率，通过事故树定性分析后，确定了系统的薄弱环节，计算事故树的结构重要度系数并对系数进行排序，就可知道底事件对顶事件的影响大小，其顺序就是对系统可靠性影响大小的顺序。底事件的结构重要度系数计算可用二次计算公式，如下式：

I?(i)?1??(1?xi?kj12nj?1)

(2)

式中：

Iφ(i)——第i个底事件的结构重要度系数；