火災爆炸事故樹分析（油庫靜電）——引言（1）

     當液相與固相之間，液相與氣相之間，液相與另一不相容的液相之間以及固相和氣相之間，由于流動、攪拌、沉降、過濾、沖刷、噴射、灌注、飛濺、劇烈晃動以及發泡等接觸、分離的相對運動，都會在介質中產生靜電。許多石油化工產品都屬于高絕緣物質，這類非導電性液體在生產和儲運過程中，產生和積聚大量的靜電荷，靜電聚積到一定程度就可發生火花放電。如果在放電空間還同時存在爆炸性氣體，便可能引起著火和爆炸。油庫靜電引起火災爆炸是一種惡性事故，因而對于油庫中防靜電危害具有非常重要的意義。因此，如何安全有效地管理和維修油庫，提高油庫的安全可靠性，已是當前油庫安全管理工作所面臨的一個重大課題。故障樹分析法（FTA法）是分析復雜、大型系統安全可靠性的有效工具。通過油庫靜電故障樹分析，可找出系統存在的薄弱環節，然后進行相應的整改，從而提高油庫系統的安全性。
 
火災爆炸事故樹分析（油庫靜電）——事故樹（2）
   1 故障樹分析法方法

     故障樹分析方法（FTA）是一種圖形演繹法，是從結果到原因描繪事故發生的有向邏輯樹分析方法。這種樹是一種邏輯分析過程，遵從邏輯學演繹分析原則（即從結果到原因的分析原則）。把系統不希望出現的事件作為故障樹的頂事件，用邏輯“與”或“或”門自上而下地分析導致頂事件發生的所有可能的直接原因及相互間的邏輯關系，并由此逐步深入，直到找出事故的基本原因，即為故障樹的基本事件。

    2 故障樹分析的基本程序

     FTA法的基本程序：熟悉系統—調查事故—確定頂事件—確定目標—調查原因事件—編制故障樹—定性分析—定量分析—安全評價。故障樹分析過程大致可分為9個步驟。第1~5步是分析的準備階段，也是分析的基礎，屬于傳統安全管理；第6步作圖是分析正確與否的關鍵；第7步定性分析，是分析的核心；第8步定量分析，是分析的方向，即用數據表示安全與否；第9步安全性評價，是目的。

    3 油庫靜電火災爆炸故障樹的建立

     油庫靜電火花造成油庫火災爆炸的事故樹的建立過程，如圖1所示。


圖1 油庫靜電火災爆炸事故樹

     （1）確定頂上事件——“油庫靜電火災爆炸”（一層）。

     （2）調查爆炸的直接原因事件、事件的性質和邏輯關系。直接原因事件：“靜電火花”和“油氣達到可燃濃度”。這兩個事件不僅要同時發生，而且必須在“油氣達到爆炸極限”時，爆炸事件才會發生，因此，用“條件與”門連接（二層）。

     （3）調查“靜電火花”的直接原因事件、事件的性質和邏輯關系。直接原因事件：“油庫靜電放電”和“人體靜電放電”。這兩個事件只要其中一個發生，則“靜電火花”事件就會發生。因此，用“或”門連接（三層）。

     （4）調查“油氣達到可燃濃度”的直接原因事件、事件的性質和邏輯關系，直接原因事件：“油氣存在”和“庫區內通風不良”。“油氣存在”這是一個正常狀態下的功能事件，因此，該事件用房形符號。“庫區內通風不良”為基本事件。這兩個事件只有同時發生，“油氣達到可燃濃度”事件才會發生，故用“與”門連接（三層）。

     （5）調查“油庫靜電放電”的直接原因事件、事件的性質同和邏輯關系。直接原因事件：“靜電積聚”和“接地不良”。這兩個事件必須同時發生，才會發生靜電放電，故用“與”門連接（四層）。

     （6）調查“人體靜電放電”的直接原因事件、事件的性質和邏輯關系。直接原因事件：“化纖品與人體摩擦”和“作業中與導體接近”。同樣，這兩個事件必須同時發生，才會發生靜電放電，故用“與”門連接（四層）。

     （7）調查“靜電積聚”的直接原因事件、事件的性質和邏輯關系。直接原因事件：“油液流速高”、“管道內壁粗糙”、“高速抽水”、“油液沖擊金屬容器”、“飛濺油液與空氣摩擦”、“油面有金屬漂浮物”和“測量操作失誤”。這些事件只要其中一個發生，就會發生“靜電積聚”。因此，用“或”門連接（五層）。

     （8）調查“接地不良”的直接原因事件、事件的性質和邏輯關系。直接原因事件：“未設防靜電接地裝置”、“接地電阻不符合要求”和“接地線損壞”。這3個事件只要其中1個發生，就會發生“接地不良”。因此，用“或”門連接（五層）。

     （9）調查“測量操作失誤”的直接原因事件、事件的性質和邏輯關系。直接原因事件：“器具不符合標準”和“靜置時間不夠”。這2個事件其中有1個發生，則“測量操作失誤”就會發生。故用“或”門連接（六層）。

火災爆炸事故樹分析（油庫靜電）——結構重要度定性分析（3）

    故障樹分析的任務是求出故障樹的全部最小徑集或最小割集。如果故障樹中與門很多，最小割集就少，說明該系統為安全；如果或門多，最小割集就多，說明該系統較為危險。最小徑集就是頂事件不發生所必需的最低限度的徑集。一個最小徑集中的基本事件都不發生，就可使頂事件不發生。故障樹中有幾個最小徑集，就有幾種可能的方案，并掌握系統的安全性如何，為控制事故提供依據。故障樹中最小徑集越多，系統就越安全。下面介紹采用布爾代數化簡，得到若干交集的并集，每個交集都是成功樹的最小割集，也就是原故障樹的最小徑集。

     （1）判別最小割（徑）集數目。根據“加乘法”判別方法判別得該事故樹的最小割集共25個。將其事故樹轉化為成功樹，求得該成功樹的最小徑集共7個。


（4）事故樹分析的結論

     通過定性分析，最小割集25個，最小徑集7個。也就是說油庫發生靜電火災爆炸事故有25種可能性。但從7個最小徑集可得出，只要采取最小徑集方案中的任何一個，由于靜電引起油庫火災爆炸事故就可避免。

     第一方案（x14、x15 、x16）的方案，由于油氣的揮發是一個自然過程，即只要有揮發的空間，油氣就存在。油氣達爆炸濃度，是一個濃度的大小問題。因此，只要庫區內通風暢通良好就可以預防。其次是第二方案（x9、x10、x11），為了保證庫區內導體的接地良好，應使防靜電接地裝置、接地電阻及接地線等處于正常的工作狀態。第三方案（x12、x13）應盡量避免進入庫區的人員通過人體靜電放電，特別是作業人員應穿上不產生靜電的服裝和把人體作業時產生的靜電及時導走。第四方案（x1、x2、x3、…、x8）庫區內產生的靜電不發生積聚，或盡量減少靜電產生和積聚。因此，從控制事故發生的角度來看，要想從第四方案入手是比較困難的。所以，可從第一方案和第二方案采取預防事故對策。當然，并不是說第三方案和第四方案不重要，也應該加以重視，不能掉以輕心。
火災爆炸事故樹分析（油庫靜電）——措施（4）

    靜電放電引起火災爆炸必須具備以下四個條件：（1）有產生靜電的來源；（2）使靜電得以積聚，并具有足夠大的電場強度和達到引起火花放電的靜電電壓；（3）靜電放電的能量達到爆炸性混合物的最小引燃能量；（4）靜電放電火花周圍有爆炸性的混合物存在，其濃度必須處于爆炸極限內。反之，防止靜電事故的措施是從控制這四個條件著手。控制前三個條件實質上是控制靜電的產生和積累，是消除靜電危害的直接措施。控制第四條件是消除或減少周圍環境爆炸的危險，是防止靜電危害的間接措施。

     在油品的儲運過程中，防止靜電事故的安全措施主要有以下幾個方面：

    1 防止爆炸性氣體的形成

     大爆炸和火災危險場所采用通風裝置加強通風，及時排出爆炸性氣體使濃度不在爆炸范圍內，以防止靜電火花引起爆炸。同時對應于爆炸濃度范圍還與溫度密切相關，把溫度控制在爆炸溫度范圍之外也是防止靜電引起爆炸的途徑。對于油面空間不能采用正壓通風的辦法來防止爆炸性混合氣體的形成，可采用惰性氣體覆蓋的方法（如氮氣覆蓋），或采用浮頂罐、內浮頂罐。浮頂罐或內浮頂罐雖可消除浮盤以下的油氣空間，尤其是內浮頂罐浮頂上面含有較多可燃氣體，但浮盤上部的可燃氣體發生火花放電現象也應該予以重視。

    2 加速靜電泄漏，防止或減少靜電聚積

     靜電的產生本身并不危險。實際的危險在于電荷的積聚，因為這樣能儲存足夠的能量，從而產生火花將可燃性氣體引燃。為了加速油品電荷的泄漏，可以接地、跨接以及增加油品的電導率。

    2.1 接地和跨接

     靜電接地和跨接是為了導走或消除導體上的靜電，是消除靜電危害的最有效措施之一。靜電接地的具體方法是把設備容器及管線通過金屬導線和接地體與大地連通形成等電位，并有最小電阻值�？缃邮侵笇⒔饘僭O備以及各管線之間用金屬導線相連造成等電位。顯然，接地與跨接的目的在于人為地與大地造成的一個等電位體，不致因靜電電位差造成引起危害。管線跨接的另一個目的是當有雜散電流時，給它以一個良好的通路，以免在斷路處發生火花而造成事故。油罐取和油品作業區的管與管、管與罐、罐上的部件及其附近有可能感應帶電的金屬物體都應接地。根據《石油庫設計規范》（GBJ74—84）和《石油化工企業設計防火規范》（GB50160—92）的規定，防靜電接地裝置的接地電阻不宜大于100Ω。

    2.2 添加抗靜電劑

     油品容器的接地只能消除容器外壁的電荷，由于油品的電導率較小，油品表面及其內部的電荷很難靠接地泄漏。添加抗靜電劑既可以增加油品的導電率、加速靜電泄漏和導出，又可減少油品中積聚的電荷并降低油品的電位。

    2.3 設置靜電緩和器

     靜電緩和器又叫靜電中和器，它是消除或減少帶電體電荷的裝置。其工作原理是它所產生的電子和離子與帶電體上相反符號的電荷中和，從而消除靜電危險。

    3 防止操作人員帶電

     人體表皮有一定的電阻，如果穿著高電阻的鞋，因人體和衣服之間相互摩擦等原因，會使人體帶電。因此，經常在油泵房、灌發油間及從事裝卸作業的人員，應避免穿著化纖服裝，最好穿著棉織品內外衣和穿防靜電鞋。

    4 減少靜電的產生

     從目前的技術狀況來看，還不能完全杜絕靜電產生。對于防止石油靜電危害來說，不能完全消除靜電電荷的產生只能采取減少產生靜電的技術措施。

    4.1 控制油品的流速

     油品在管道中流動產生的流動電荷和電荷密度的飽和值與油品流速的二次方成正比，因此控制流速（尤其是油品在進罐、灌裝和加油時的流速）是減少油品靜電產生的有效方法。根據《石油庫設計規范》（GBJ74—84），裝油鶴管的出口只有在被油品淹沒后才可提高灌裝流速，且汽油、煤油和輕柴油等油品的灌裝流速不宜超過4.5m/s，初始灌裝流速應低于1m/s。

    4.2 控制加油方式

     油罐從頂部濺裝油時，油品必然要沖擊油罐壁，攪動罐內油品，使其靜電量急劇增加。實驗表明，從頂部噴油裝油產生靜電量與底部進油產生的靜電量之比為2：1。另外，頂部裝油還會使油面局部電荷較為集中，容易發生放電。可見從油罐底部（或從頂部沿油罐壁伸至罐底）裝油比頂部裝油安全得多。

    4.3 防止不同閃點的油品相混及控制清掃介質

     不同油品或油中含有的水和空氣之間發生摩擦而產生靜電。同時，輕質油品內混合重質油品時，重質油就會吸收輕質油的蒸氣而減少了容器內氣體空間混合氣體中油蒸氣的濃度，使得未充滿液體的空間由原來充滿輕質油氣體（即超過爆炸上限）轉變成合乎爆炸濃度的油蒸氣和空氣的混合氣體。因此，防止不同閃點的油品相混或降低油品中的含氣率和含水率。嚴禁使用壓縮空氣進行甲乙類油品的調合和清掃作業。

    4.4 流經過濾器的油品要有足夠的漏電時間

     流經過濾器的油品產生了劇烈的摩擦，油品的帶電量會增加10~100倍。為了避免大量帶電油品進入油罐或罐車，流經過濾器后的油品漏電時間需30s以上。