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基于事故樹分析的棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管火災(zāi)防治關(guān)鍵環(huán)節(jié)辨識(shí)研究

2021-06-22 07:59:22劉妍妍
中國(guó)棉花加工 2021年2期
關(guān)鍵詞:火種火災(zāi)事故棉花

■ 劉妍妍 徐 捷

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所,河南鄭州 450004〕

一、引言

棉花是關(guān)系我國(guó)國(guó)計(jì)民生的重要物資,棉花的生產(chǎn)、流通、加工和消費(fèi),與人民群眾的生活和廣大棉農(nóng)的利益息息相關(guān),對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有著重要影響。由于棉花易燃、陰燃、自燃等特性的存在,使得棉花倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)火災(zāi)頻發(fā)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),自2001年至2018年棉花在儲(chǔ)存過程中發(fā)生火災(zāi)事故20多起,造成直接經(jīng)濟(jì)損失超過5億元,嚴(yán)重影響了我國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展,因此對(duì)棉花存儲(chǔ)時(shí)的火災(zāi)問題進(jìn)行系統(tǒng)分析進(jìn)而找出防治棉花火災(zāi)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是非常有必要的。在前期的研究中,童琦[1]基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建棉花庫(kù)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分析和識(shí)別棉花儲(chǔ)備庫(kù)致災(zāi)安全隱患;湯進(jìn)[2]研究了棉花加工企業(yè)火災(zāi)成因,將其分為自然因素和人為因素;張金峰[3]基于L-R型模糊數(shù)對(duì)原棉庫(kù)的火災(zāi)進(jìn)行事故樹分析,以確立影響系統(tǒng)最主要因素。

在災(zāi)害分析方法中,事故樹分析法由于可快速、全面、形象、簡(jiǎn)明分析各因素的相互關(guān)系,成為一種工程系統(tǒng)可靠性分析與評(píng)價(jià)的有效方法[4]。因此,本研究引入事故樹分析方法,結(jié)合對(duì)棉花倉(cāng)儲(chǔ)管理的作業(yè)分析[5],對(duì)引起棉花倉(cāng)儲(chǔ)火災(zāi)事故的因素進(jìn)行分析,探討棉花存儲(chǔ)火災(zāi)的關(guān)鍵防治環(huán)節(jié),為改善棉花存儲(chǔ)庫(kù)的系統(tǒng)安全提供依據(jù),為分析棉花倉(cāng)儲(chǔ)火災(zāi)事故提供了有效手段。

二、棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管火災(zāi)事故樹的構(gòu)建

棉花儲(chǔ)存分為露天存放和庫(kù)內(nèi)存放,棉花儲(chǔ)備環(huán)節(jié)致災(zāi)因素與安全管理、設(shè)備設(shè)施和環(huán)境條件密切相關(guān),由于棉花倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)堆垛密集,且垛與垛之間存有縫隙,一旦發(fā)生火災(zāi),大量的新鮮空氣可以進(jìn)入,而堆垛間距較小,使棉花倉(cāng)儲(chǔ)火災(zāi)具有燃燒猛烈,蔓延迅速等特點(diǎn),所以棉花倉(cāng)儲(chǔ)在庫(kù)保管是非常重要的環(huán)節(jié)。據(jù)此,對(duì)棉花倉(cāng)儲(chǔ)在庫(kù)管理進(jìn)行工作分析,以棉花產(chǎn)生火災(zāi)為頂事件,然后把引起頂事件發(fā)生的各種可能原因分別看作頂事件,構(gòu)建以邏輯門符號(hào)表示的棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管火災(zāi)事故樹,如圖1和表1所示。

圖1 棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管火災(zāi)事故樹

表1 棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管火災(zāi)事故樹事件編號(hào)和名稱

三、棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管火災(zāi)事故樹分析

(一)棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管火災(zāi)事故樹割集分析

由事故樹理論可知,如果事故樹中的全部基本事件都發(fā)生,則頂上事件必然發(fā)生。但是,大多數(shù)情況下并不是一定要求所有基本事件都發(fā)生頂上事件才能發(fā)生,而是只要某些基本事件一起發(fā)生就可以導(dǎo)致頂上事件的發(fā)生。事故樹的最小割集就是指能夠引起頂上事件發(fā)生的最低數(shù)量的基本事件的組合[6]。最小割集指明了哪些基本事件同時(shí)發(fā)生就可以引起頂上事件發(fā)生的事故模式。根據(jù)事故樹理論,割集公式可以表述為:

式中:i——門的編號(hào)或代碼;

xi,j——第i個(gè)門的第j個(gè)輸入變量(j=1,2,…,λi);當(dāng)輸入變量是基本事件時(shí),xi,j=1;當(dāng)輸入變量是門K時(shí),xi,j=xk;

λi——第i個(gè)門輸入事件的數(shù)量;

xi——表示門i的變量,若門i是緊接著頂上事件的門,則xi=xTOP即為割集的數(shù)目。

分析圖1的棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管火災(zāi)事故樹,發(fā)現(xiàn)27個(gè)底事件可解構(gòu)出最小割集876項(xiàng),這說(shuō)明可以導(dǎo)致棉花倉(cāng)儲(chǔ)火災(zāi)的因素是非常多的,必須加強(qiáng)棉花倉(cāng)儲(chǔ)管理,才能有效避免火災(zāi)事故的發(fā)生。

(二)棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管火災(zāi)事故樹徑集分析

根據(jù)事故樹理論,如果事故樹中的全部底事件(基本事件)都不發(fā)生,則頂上事件一定不會(huì)發(fā)生。這一結(jié)論毋庸置疑,但是在實(shí)際應(yīng)用中,要達(dá)到基本事件都不發(fā)生也是非常難的。慶幸的是,事故樹分析還認(rèn)為,如果事故樹中某些基本事件不同時(shí)發(fā)生,則也可以使得頂上事件不發(fā)生。這些不同時(shí)發(fā)生就可以使頂上事件不發(fā)生的基本事件集合被稱為徑集。最小徑集就是指能夠使得頂上事件不發(fā)生的最低數(shù)量的基本事件的集合。這樣,最小徑集就指明了哪些基本事件不同時(shí)發(fā)生就可以使頂上事件不發(fā)生的安全模式。根據(jù)事故樹理論,徑集公式可以表述為:

式中:i——邏輯門的編號(hào)或代碼;

xi,j——第i個(gè)邏輯門的第j個(gè)輸入變量(j=1,2,…,λi);當(dāng)輸入變量是基本事件時(shí),xi,j=1;當(dāng)輸入變量是門K時(shí),xi,j=xk;

λi——第i個(gè)門輸入事件的數(shù)量;

xi——表示門i的變量,若門i是緊接著頂上事件的門,則xi=xTOP即為徑集的數(shù)目。

分析圖1的棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管火災(zāi)事故樹,找出圖1所示事故樹的最小徑集事件,可以得到該事故樹的最小徑集由2個(gè)一階集合,1個(gè)三階集合,2個(gè)五階集合和1個(gè)十二階集合構(gòu)成,分別為:

1.(X13)

2.(X14)

3.(X20*X21*X22)

4.(X15*X16*X17*X18*X19)

5.(X23*X24*X25*X26*X27)

6.(X1*X2*X3*X4*X5*X6*X7*X8*X9*X10*X11*X12)

其具體含義為:

1.(X13),X13:領(lǐng)導(dǎo)未嚴(yán)格24小時(shí)值守。

2.(X14),X14:警消人員接報(bào)警未檢查確認(rèn)。

3.(X20*X21*X22),X20:未按規(guī)定每天巡查,X21:未檢查庫(kù)內(nèi)外溫濕度,X22:未按照要求通風(fēng)。

4.(X15*X16*X17*X18*X19),X15:未按規(guī)定時(shí)間巡查,X16:未按規(guī)定路線巡查,X17:未兩人巡查,X18:未對(duì)重點(diǎn)部位、場(chǎng)所巡查,X19:未對(duì)動(dòng)態(tài)作業(yè)庫(kù)房巡查。

5.(X23*X24*X25*X26*X27),X23:未對(duì)外來(lái)人員檢查,X24:私自放行外來(lái)人員,X25:未收繳火種、火源等,X26:外來(lái)車輛未檢查、登記,X27:運(yùn)棉入庫(kù)車輛無(wú)防火罩。

6.(X1*X2*X3*X4*X5*X6*X7*X8*X9*X10*X11*X12),X1:作業(yè)人員未規(guī)范操作,X2:未配備消防器材,X3:動(dòng)火作業(yè)未按照要求隔離,X4:地線連接不規(guī)范,X5:動(dòng)火作業(yè)后未按要求檢查,X6:庫(kù)內(nèi)溫度35°相對(duì)濕度75%,X7:棉包回潮率大于10%,X8:棉包回潮率小于6%,X9:避雷針接觸不良,X10:避雷器損壞,X11:超出避雷針覆蓋范圍,X12:未定期檢測(cè)避雷針。

結(jié)合棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管的實(shí)際作業(yè)含義,可以看到,集合6主要是倉(cāng)庫(kù)保管作業(yè)中能產(chǎn)生火星的事件,集合5主要是外來(lái)人員和車輛帶來(lái)火星火種的事件,集合4則是倉(cāng)儲(chǔ)管理的日常巡查作業(yè)未執(zhí)行到位,集合3則是倉(cāng)庫(kù)內(nèi)微環(huán)境(通風(fēng)、溫濕度)狀況的日常監(jiān)測(cè)不到位;集合1、2則是領(lǐng)導(dǎo)和警消人員職責(zé)未執(zhí)行到位??梢?,要使頂上事件——火災(zāi)事故不發(fā)生,領(lǐng)導(dǎo)值守、警消人員、巡查人員定時(shí)巡查、保管員每天巡檢以及庫(kù)外閑雜人員及火種控制是截?cái)嗷馂?zāi)誘因的重要保障,也是保證安全隱患不能進(jìn)一步演化為災(zāi)害的重要保證。

(三)棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管火災(zāi)事故樹定量分析

除對(duì)事故樹進(jìn)行最小割集和徑集的分析外,運(yùn)用事故樹定量分析方法計(jì)算出危險(xiǎn)概率系數(shù),以便了解改善系統(tǒng)應(yīng)從何處入手。此方面的研究方便研究者根據(jù)重要程度的不同,按輕重緩急安排人力、物力,分別采取對(duì)策,或按主次順序編制安全檢查表,以加強(qiáng)系統(tǒng)控制,使系統(tǒng)處于最佳安全狀態(tài)。

定量化事故的概率是非常困難的,要通過大量反復(fù)的試驗(yàn)、觀測(cè)、分析和檢驗(yàn)才能得到,而其準(zhǔn)確性也受到環(huán)境和應(yīng)用條件的影響。本研究中主要采用調(diào)查法和德爾菲法來(lái)定量化災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)概率。其中,專家調(diào)查法是選定本專業(yè)領(lǐng)域中有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)的從業(yè)人員,將待定概率的評(píng)價(jià)指標(biāo)和有關(guān)資料發(fā)給他們,請(qǐng)他們獨(dú)立給出各指標(biāo)的頻率或后果系數(shù),根據(jù)意見的等權(quán)或不等權(quán)的加權(quán)平均。德爾菲方法的數(shù)學(xué)運(yùn)算基本思想是把m個(gè)評(píng)價(jià)模型排成一個(gè)m階判斷矩陣,通過評(píng)價(jià)因素兩兩比較,根據(jù)因素的相對(duì)重要程度來(lái)確定矩陣中元素值的大小,然后,計(jì)算出判斷矩陣的最大特征根及其對(duì)應(yīng)的特征向量,此特征向量即為所求的概率系數(shù)。

在本研究中,火災(zāi)事件事故樹基本事件概率系數(shù)情況定義為兩種,陰燃火星產(chǎn)生系數(shù)用加權(quán)頻率系數(shù)來(lái)表征;其他類系數(shù)用頻率與后果加權(quán)乘算子來(lái)表征。中間層概率系數(shù)運(yùn)用德爾斐算法進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算步驟如下:

(1)確定各因素ui的重要性序列值

請(qǐng)從業(yè)為各評(píng)價(jià)因素ui的排定重要性序列值Fi。Fi值是1,2,3,……m這m個(gè)數(shù)中間的某個(gè)數(shù),即Fi∈{1,2,3,…,m}。最重要的因素,其Fi值為m,最次要的因素,其值為1。將第k位從業(yè)人員就因素ui所給定的因素重要度序列值,記為Fi-k,(i-因素ui,k-第k位專家),這樣,對(duì)于每個(gè)從業(yè)人員的評(píng)議,都可以列出關(guān)于因素ui的Fi值評(píng)定表。Fi值評(píng)定表形式如表2:

表2 第k個(gè)人員的F值評(píng)定

(2)計(jì)算優(yōu)先序列得分表

設(shè)參加評(píng)議的從業(yè)人員共有n位。將所有參加評(píng)議的專家的Aij-k值累加起來(lái),即

這樣,m×m個(gè)統(tǒng)計(jì)值A(chǔ)ij組成下列優(yōu)先序列得分表3。

表3 優(yōu)先序列得分

將表中各行的Aij值累加,以表示第i行的Aij的累加值,得到

(3)計(jì)算級(jí)差d

令bmax=1,bmin=0.1(bmax,bmin在[0,1]中任意選?。?,則極差

(4)計(jì)算概率系數(shù)a

根據(jù)上述計(jì)算依據(jù),得出ai的計(jì)算公式如下:

對(duì)所得數(shù)值進(jìn)行歸一化,即是所需要的危險(xiǎn)概率系數(shù)。

采用調(diào)查問卷方法對(duì)棉花在庫(kù)保管危險(xiǎn)因素進(jìn)行四級(jí)定量分析:發(fā)生頻率描述為經(jīng)常發(fā)生、有時(shí)發(fā)生、偶爾才發(fā)生、一般不會(huì)發(fā)生四種情況,對(duì)應(yīng)定量化賦值為:經(jīng)常發(fā)生——1分,有時(shí)發(fā)生——2分,偶爾才發(fā)生——3分,一般不會(huì)發(fā)生——4分。安全后果情況描述為:非常嚴(yán)重、較嚴(yán)重、一般嚴(yán)重、不嚴(yán)重四級(jí);對(duì)應(yīng)量化賦值為:非常嚴(yán)重——1分,較嚴(yán)重——2分,一般嚴(yán)重——3分,不嚴(yán)重——4分。

問卷面向棉麻儲(chǔ)備庫(kù)在職管理人員發(fā)放,共發(fā)出80份,回收答卷57份,其中一份答卷為無(wú)效數(shù)據(jù)。答卷發(fā)放范圍為新疆、河南、河北、山東、湖北、福建等地棉麻儲(chǔ)備庫(kù),可以代表全國(guó)情況。

根據(jù)德爾菲算法整理調(diào)查問卷結(jié)果,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和歸一化,確定在庫(kù)保管的定量化分析,如表4所示。

表4 棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管危險(xiǎn)環(huán)節(jié)定量化分析

表4 棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管危險(xiǎn)環(huán)節(jié)定量化分析(續(xù))

根據(jù)棉花倉(cāng)儲(chǔ)保管危險(xiǎn)環(huán)節(jié)定量化分析,倉(cāng)儲(chǔ)保管環(huán)節(jié)的危險(xiǎn)因素依次包括:(1)節(jié)日期間燃放煙花和孔明燈進(jìn)入庫(kù)區(qū);(2)熱作業(yè)未按要求隔離;(3)熱作業(yè)時(shí)作業(yè)人員違規(guī)操作;(4)雷擊事件;(5)公路鐵路煙火和居民煙火進(jìn)入庫(kù)區(qū);(6)熱作業(yè)后未按照要求檢查等。從目前的調(diào)查數(shù)據(jù)分析來(lái)看,不可防不可控的外來(lái)火種是棉花倉(cāng)儲(chǔ)的重要安全隱患來(lái)源,庫(kù)區(qū)需要加強(qiáng)熱作業(yè)人員的安全意識(shí),進(jìn)一步規(guī)范操作規(guī)程。

四、研究結(jié)論

棉花倉(cāng)儲(chǔ)由于處于封閉狀態(tài),發(fā)生火災(zāi)后容易造成巨大損失,因此需要進(jìn)行系統(tǒng)研究。事故樹是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中常用且非常有效的方法,對(duì)于改善系統(tǒng)安全有重要的作用。本文結(jié)合棉花倉(cāng)儲(chǔ)管理作業(yè),運(yùn)用事故樹定性定量方法,確定棉花儲(chǔ)備保管火災(zāi)的最小徑集,并通過頻率-后果結(jié)合的定量分析方法,識(shí)別棉花儲(chǔ)備中危險(xiǎn)因素情況,為保障棉花儲(chǔ)備的系統(tǒng)安全提供現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)。綜合各研究環(huán)節(jié),可得如下研究結(jié)論:

(1)結(jié)合事故樹徑集分析與定量調(diào)查可以看出,不可防不可控的外來(lái)火種構(gòu)成了棉花倉(cāng)儲(chǔ)的重要安全隱患來(lái)源。這類事件危險(xiǎn)時(shí)間往往可以產(chǎn)生嚴(yán)重的安全后果,而且發(fā)生頻率不可防不可控,比如節(jié)日期間燃放煙花和孔明燈進(jìn)入庫(kù)區(qū)、雷擊事件;節(jié)日燃放煙花和孔明燈被調(diào)查人員認(rèn)為是最為重要的安全隱患之一。因此建議在實(shí)踐管理中要針對(duì)外來(lái)火種高發(fā)的時(shí)間段(如節(jié)日期間)和空間范圍(公路鐵路及居民煙火與庫(kù)區(qū)的位置關(guān)系),采取預(yù)防性措施、進(jìn)行周密部署,嚴(yán)防空中的不可防不可控火種進(jìn)入庫(kù)區(qū)。

(2)從棉花倉(cāng)儲(chǔ)危險(xiǎn)因素定量調(diào)查分析還可以發(fā)現(xiàn),在棉花倉(cāng)儲(chǔ)過程中,還有一類比較危險(xiǎn)的事件是:?jiǎn)未伟踩蠊粐?yán)重,但由于各種原因人員不重視,發(fā)生頻率較高,最終也可以帶來(lái)較大的安全隱患,比如庫(kù)區(qū)熱作業(yè)不規(guī)范、作業(yè)后未按規(guī)定檢查等。對(duì)此類問題,需要切實(shí)加強(qiáng)員工安全意識(shí),通過教育培訓(xùn)嚴(yán)格規(guī)范操作規(guī)程,有效減少火災(zāi)隱患。

(3)綜合棉花火災(zāi)的割集和徑集分析可以看出,棉花存儲(chǔ)的火災(zāi)災(zāi)害存在環(huán)節(jié)性,具有“引入火種——巡檢、領(lǐng)導(dǎo)、警消等管理失當(dāng)——火災(zāi)發(fā)生”災(zāi)害鏈的形式。作業(yè)火星、外來(lái)火種等構(gòu)成了火災(zāi)災(zāi)害安全隱患,管控措施則是防治安全隱患轉(zhuǎn)化成災(zāi)難的有效措施。有些可以產(chǎn)生嚴(yán)重后果的危險(xiǎn)因素(比如引入火種),如果巡檢、領(lǐng)導(dǎo)等管控措施到位,可以有效截?cái)酁?zāi)害鏈,即使災(zāi)變產(chǎn)生也能有效的降低損失,不產(chǎn)生嚴(yán)重后果。因此,棉花火災(zāi)問題的預(yù)防和解決既是技術(shù)問題,更是一個(gè)系統(tǒng)管理問題,要認(rèn)真在管理機(jī)制上下工夫、做文章。

(4)綜上所述,棉花倉(cāng)儲(chǔ)火災(zāi)災(zāi)害的控制不僅要靠技術(shù)的提高,更重要的是抓好管理建設(shè),其對(duì)策和建議包括:①企業(yè)應(yīng)注重安全管理制度的落實(shí)執(zhí)行,要從領(lǐng)導(dǎo)開始,層層落實(shí)責(zé)任制,使安全工作職責(zé)明確;②要重視火種火源控制和管理,減少庫(kù)區(qū)的火災(zāi)隱患;③要重視棉花倉(cāng)儲(chǔ)火災(zāi)鏈形式,一方面加強(qiáng)員工安全教育培訓(xùn),調(diào)動(dòng)火災(zāi)災(zāi)害鏈涉及的各環(huán)節(jié)員工維護(hù)安全的自覺性、積極性、創(chuàng)造性,形成安全齊抓共管的局面;另一方面要針對(duì)火災(zāi)防治的關(guān)鍵環(huán)節(jié),有針對(duì)性的制定出搶修、搶險(xiǎn)、滅火的方法、手段及技術(shù)實(shí)施方案,建立起搶險(xiǎn)救災(zāi)的快速反應(yīng)機(jī)制,及時(shí)避免火災(zāi)災(zāi)情的擴(kuò)大化,有效控制火災(zāi)災(zāi)情后果。

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