趙美超，李 寧，管錫艷，祝 雷，樊巍巍，陳朝中

（1. 沈陽(yáng)環(huán)境科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110167；2. 民航東北地區(qū)空中交通管理局，遼寧 沈陽(yáng) 110169；3. 標(biāo)普檢測(cè)技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110111）

化工行業(yè)已成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)之一?；?、新材料的開(kāi)發(fā)為我國(guó)能源、交通、建筑和醫(yī)藥等主要下游行業(yè)的發(fā)展提供了有力支撐，同時(shí)，現(xiàn)實(shí)生活水平與未來(lái)對(duì)生活質(zhì)量進(jìn)一步改善的需求給化工產(chǎn)品提出更加多樣化、更高質(zhì)量水準(zhǔn)的發(fā)展要求。然而，化工行業(yè)的發(fā)展也為人類帶來(lái)了雙面性，其中具有毒害、腐蝕、燃燒、助燃和爆炸等性質(zhì)的危險(xiǎn)化學(xué)品的廣泛應(yīng)用，增加了事故發(fā)生的隱患，造成了化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事故的發(fā)生，對(duì)生態(tài)環(huán)境、國(guó)民生命與財(cái)產(chǎn)安全造成了巨大的損失[1]。

2011年以來(lái)的10年內(nèi)，我國(guó)先后發(fā)生10余起重大危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事故，其中2015年天津港“8·12”瑞海公司危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)特別重大火災(zāi)爆炸事故造成165人死亡，8人失蹤，798人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)68.66億元，且事故造成129種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生爆炸燃燒或泄露擴(kuò)散，產(chǎn)生二次污染上百種，對(duì)周圍環(huán)境造成不同程度的影響[2]。2018年張家口中國(guó)化工集團(tuán)盛華化工公司“11·28”重大爆燃事故，造成24人死亡，21人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)4 148.86萬(wàn)元[3]。2019年江蘇響水天嘉宜化工有限公司“3·21”特別重大爆炸事故，造成78人死亡，76人重傷，640人住院治療，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)198 635.07 萬(wàn)元[4]。

因此，為了避免重大事故威脅人類的生命財(cái)產(chǎn)安全，應(yīng)積極做到辨識(shí)和控制重大危險(xiǎn)源，全面分析潛在危險(xiǎn)的發(fā)生概率；確定不同種類危險(xiǎn)化學(xué)品的使用和處理，明確其存在風(fēng)險(xiǎn)，從而進(jìn)行科學(xué)合理的量化分析，以強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)管控與防范意識(shí)。為此，國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者針對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事故進(jìn)行了研究。其中ADEDIGB et al[5]利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸過(guò)程中事故發(fā)生的各類因素之間的相關(guān)性和發(fā)生概率推理。DAKKOUNE et al[6]在法國(guó)數(shù)據(jù)庫(kù)ARIA中選擇并收集了發(fā)生于1974～2014年的169起安全事件，并分析出導(dǎo)致事故發(fā)生的主要原因?yàn)槿藶椴僮魇д`。陳偉珂等[7]通過(guò)對(duì)200例較大以上事故等級(jí)的易燃易爆化學(xué)品儲(chǔ)運(yùn)火災(zāi)爆炸事故原因進(jìn)行分析，采用頻度統(tǒng)計(jì)法獲取造成事故發(fā)生的因子，并基于Apriori算法中的關(guān)聯(lián)規(guī)則模型得出14個(gè)關(guān)鍵因子。張子炎[8]利用ALOHA軟件針對(duì)典型危險(xiǎn)化學(xué)品火災(zāi)發(fā)生事故進(jìn)行了模擬計(jì)算，研究了事故的危害范圍情況，分析結(jié)果為典型危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故的救援提供了有效的技術(shù)支持。

本文利用事故樹(shù)分析理論，以化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸為主要分析對(duì)象，推導(dǎo)出引發(fā)爆炸的重大危險(xiǎn)源，并為有效防控事故發(fā)生提出可靠、高效的防范控制措施。

1 事故樹(shù)理論

1.1 事故樹(shù)分析法

事故樹(shù)分析（fault tree analysis，F(xiàn)TA）法是安全性分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和事故原因研究的重要分析方法之一，它是采用數(shù)理邏輯推理的一種圖形演繹法，對(duì)危險(xiǎn)性展開(kāi)識(shí)別，得出導(dǎo)致事故發(fā)生的直接原因，分析各原因之間的相關(guān)性，并揭示潛在危險(xiǎn)，明確事故發(fā)生概率[9-10]，最終達(dá)到事故定性與定量的目的。在化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中事故樹(shù)分析法也發(fā)揮著重要作用，它不僅能對(duì)導(dǎo)致危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸的各類原因及其相關(guān)性進(jìn)行全面闡述，而且根據(jù)事故發(fā)生及發(fā)展的全過(guò)程，找出事故預(yù)防辦法，以防止同類型事件再次發(fā)生。

1.2 頂上事件與基本事件

頂上事件（Top event, T）是指所分析的事故。本論文中頂上事件為化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸。對(duì)頂上事件發(fā)生起作用的最基本原因稱為基本事件（X）。

1.3 最小割集與最小徑集

導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的基本事件的集合稱為割集,即造成危險(xiǎn)化學(xué)品事故發(fā)生的基本事件的集合，頂上事件發(fā)生的最低限度基本事件的集合為最小割集；不引起頂上事件發(fā)生的基本事件的集合稱為徑集，頂上事件不發(fā)生的最低限度的基本事件的集合為最小徑集。

2 危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事故樹(shù)分析步驟與爆炸案例分析

2.1 危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事故樹(shù)分析步驟

事故樹(shù)分析法的基本流程一般分為準(zhǔn)備階段、定性分析階段、定量分析階段和安全性評(píng)價(jià)階段。其中，準(zhǔn)備階段包含熟悉系統(tǒng)、調(diào)查事故、確定頂上事件及調(diào)查事故發(fā)生原因；定性階段包含事故樹(shù)繪制與定性分析等[11]。本研究圍繞頂上事件化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事故，嚴(yán)格按照熟悉企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品堆存與運(yùn)輸系統(tǒng)、調(diào)查相關(guān)事故、確定頂上事件、建立事故樹(shù)模型、確定中間事件與基本事件、定性分析與提出防范措施等基本流程進(jìn)行事故分析。

事故分析步驟，見(jiàn)圖1。

圖1 化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事故樹(shù)分析步驟

2.2 化學(xué)品引發(fā)爆炸案例分析

2013年8月2日，寧波某公司3樓自動(dòng)噴漆線的廢氣處理系統(tǒng)發(fā)生爆燃，設(shè)置在自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線間外面的水泥屋面上的廢氣處理集裝箱兩端被炸開(kāi)。集裝箱上部的進(jìn)風(fēng)管道被炸斷和飛離，集裝箱出風(fēng)管道和與其連接的“等離子廢氣凈化器”全部被炸毀，輸出端風(fēng)機(jī)炸壞和位移。緊靠廢氣處理集裝箱的自動(dòng)噴漆間的吸風(fēng)管被炸裂，自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線的設(shè)備嚴(yán)重破壞。事故原因：該公司噴漆車間的自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線，使用的噴涂物料有油漆和溶劑，其主要含有二甲苯、乙酸乙酯和乙酸丁酯等危險(xiǎn)化學(xué)品。由于噴涂生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，連續(xù)工作了17 h，因此，廢氣處理集裝箱或YJ-L靜電式油煙凈化器內(nèi)的易燃易爆混合氣體濃度達(dá)到了爆炸極限，或者漆霧、可燃顆粒物等易燃易爆粉塵組成的混合物達(dá)到了爆炸極限。

2017年6月5日凌晨1時(shí)左右，臨沂市某石化有限公司儲(chǔ)運(yùn)部裝卸區(qū)的一輛液化石油氣運(yùn)輸罐車在卸車作業(yè)過(guò)程中發(fā)生液化氣泄漏，引起重大爆炸著火事故。原因是肇事罐車駕駛員長(zhǎng)途奔波、連續(xù)作業(yè)，在午夜進(jìn)行液化氣卸車作業(yè)時(shí)，沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行卸車規(guī)程，出現(xiàn)嚴(yán)重操作失誤，致使快接接口與罐車液相卸料管未能可靠連接，在開(kāi)啟罐車液相球閥瞬間發(fā)生脫離，造成罐體內(nèi)液化氣大量泄漏。現(xiàn)場(chǎng)人員未能有效處置，泄漏后的液化氣急劇氣化，迅速擴(kuò)散，與空氣形成爆炸性混合氣體達(dá)到爆炸極限，遇點(diǎn)火源發(fā)生爆炸燃燒。液化氣泄漏區(qū)域的持續(xù)燃燒，先后導(dǎo)致泄漏車輛罐體、裝卸區(qū)內(nèi)停放的其他運(yùn)輸車輛罐體發(fā)生爆炸。

3 危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事故分析

3.1 危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事故樹(shù)模型建立

根據(jù)上述化學(xué)品引發(fā)的爆炸事故分析中得出，當(dāng)化學(xué)品引發(fā)爆炸事故時(shí)，產(chǎn)生的高溫高壓氣體高速膨脹，形成沖擊波，對(duì)周圍環(huán)境中的設(shè)備、建筑物等產(chǎn)生破壞作用形成大量碎片，造成人員傷亡。并且，易燃物罐區(qū)或管道發(fā)生爆炸時(shí)，由于爆炸拋出的易燃物還會(huì)引起大面積火災(zāi)。此外，火災(zāi)爆炸還會(huì)引起次生環(huán)境污染事故，如，CO、SO2和顆粒物排放等短時(shí)間內(nèi)超標(biāo)排放會(huì)嚴(yán)重污染附近區(qū)域生態(tài)環(huán)境。因此，為了防止此類事故發(fā)生，危險(xiǎn)化學(xué)品管理過(guò)程中企業(yè)應(yīng)依據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定，參照危險(xiǎn)化學(xué)品的不同性能進(jìn)行隔離、隔開(kāi)及分離貯存，防止貯存環(huán)境不當(dāng)及物料混合造成的爆炸及火災(zāi)事故發(fā)生；其次危險(xiǎn)化學(xué)品貯存區(qū)應(yīng)定期檢查，一旦發(fā)現(xiàn)破損、原料泄露和品質(zhì)變化等需第一時(shí)間及時(shí)處理；嚴(yán)禁生產(chǎn)裝置、罐區(qū)、油品和化學(xué)原料裝卸區(qū)產(chǎn)生明火，并在各區(qū)域內(nèi)配備相應(yīng)的消防設(shè)備及人員[12]。此外，加強(qiáng)倉(cāng)庫(kù)工作人員、危險(xiǎn)化學(xué)品裝卸人員和消防人員的教育培訓(xùn)。

因此，化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事故，從企業(yè)管理角度來(lái)說(shuō)，存在兩方面導(dǎo)致事故發(fā)生的因素，一方面是存在大量易燃易爆危險(xiǎn)化學(xué)品，另一方面是存在火源。易燃易爆危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏的主要途徑有4個(gè)：存儲(chǔ)罐體泄漏、附件或管道泄漏以及裝卸過(guò)程中泄漏等其他泄漏途徑，此外嚴(yán)禁同貯危險(xiǎn)化學(xué)品混存混放產(chǎn)生熱量也是造成爆炸事故的重要因素之一。導(dǎo)致罐體泄漏的危險(xiǎn)因素有2個(gè)：罐體本身材質(zhì)等質(zhì)量不合規(guī)和罐體開(kāi)裂或穿孔。致使附件或管道泄漏的因素有5種可能：閥門或法蘭失效、管道補(bǔ)充焊接不到位、內(nèi)壓過(guò)大、長(zhǎng)期受到腐蝕使管道減簿和未按要求檢修等。另一方面構(gòu)成爆炸的重要因素是爆炸系統(tǒng)內(nèi)存在火源。本論文針對(duì)化工企業(yè)實(shí)際情況，分別針對(duì)明火類和火花類進(jìn)行分析。當(dāng)企業(yè)密閉空間內(nèi)違法貯存硝化類物質(zhì)廢料，且氧分充足的條件下，極易導(dǎo)致可燃危險(xiǎn)化學(xué)品自燃以產(chǎn)生明火。另外，人員檢修中的違規(guī)動(dòng)火，違規(guī)吸煙等均有引發(fā)爆炸的可能。針對(duì)火花類火源，分別從靜電火花、電氣火花和機(jī)械火花進(jìn)行了系統(tǒng)的原因分析。

因此，從源頭上避免化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事件的發(fā)生，即從企業(yè)管理的角度，包含存在大量易燃易爆危險(xiǎn)化學(xué)品和存在火源2方面建立事故樹(shù)模型。事故樹(shù)模型，見(jiàn)圖2，具體代碼含義，見(jiàn)表1。

圖2 化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事件事故樹(shù)模型

表1 化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事故樹(shù)各事件一覽表

3.2 危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事件定性分析

對(duì)化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸進(jìn)行定性分析。根據(jù)上述事故樹(shù)模型可知，導(dǎo)致危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸即頂上事件發(fā)生的初始原因有34個(gè)，并用X1，X2，……X34表示34個(gè)基本事件，這些初始原因便是引起化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事故發(fā)生的因素。

事故樹(shù)的結(jié)構(gòu)式為：

由于并非上述34個(gè)基本事件全部發(fā)生的情況下頂上事件才會(huì)發(fā)生，因此以上能夠?qū)е马斏鲜录厝话l(fā)生且含有最少數(shù)量的基本事件合集，即最小割集通過(guò)布爾代數(shù)法和其他數(shù)學(xué)方法得出。

最小割集的數(shù)目決定事件發(fā)生的可能性和危險(xiǎn)程度，通過(guò)計(jì)算得出最小割集數(shù)有210組，說(shuō)明造成頂上事件發(fā)生的可能性很大，由于基本事件較多，計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，系統(tǒng)相對(duì)不穩(wěn)定且不利于分析。故而根據(jù)對(duì)偶性質(zhì)，對(duì)本事件的最小徑集，即能夠禁止危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事件發(fā)生的最少數(shù)量基本事件的合集，進(jìn)行分析[13]，并得出該事故樹(shù)有11組最小徑集。

3.3 基本事件結(jié)構(gòu)重要度分析

在該事故樹(shù)模型中引起頂上事件發(fā)生的基本事件較多，但不同基本事件對(duì)頂上事件發(fā)生的貢獻(xiàn)程度并不相同，即基本事件的結(jié)構(gòu)重要度不同。為了企業(yè)和監(jiān)管部門能夠完善日常管理，避免事故發(fā)生，在不考慮各基本事件發(fā)生概率的基礎(chǔ)上分析各基本事件對(duì)頂上事件的影響程度[14]。結(jié)構(gòu)重要度參考，見(jiàn)式（1）。

式（1）中：I?(Xi)為基本事件 Xi的結(jié)構(gòu)重要度；Xi∈Pi為基本事件 Xi屬 于 Pi最 小徑集；ni為基本事件Xi所在的最小徑集中包含的基本事件的個(gè)數(shù)。各基本事件結(jié)構(gòu)重要度如下。

4 結(jié)果分析與對(duì)策措施

4.1 事故樹(shù)結(jié)果分析

根據(jù)最小割集、最小徑集以及結(jié)構(gòu)重要度的計(jì)算結(jié)果可得到以下結(jié)果。

（1）該事故樹(shù)得出最小割集210組，表明有210種可能誘發(fā)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事故的可能，說(shuō)明化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事故發(fā)生的可能性和危險(xiǎn)性較大。

（2）最小徑集數(shù)共11組，表明當(dāng)最小徑集中基本事件均不發(fā)生的情況下，化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事件將不會(huì)發(fā)生，即所得的最小徑集是危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸不會(huì)發(fā)生的充分必要條件。

（3）重要結(jié)構(gòu)度分析結(jié)果表明，大量易燃易爆危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏是發(fā)生爆炸的主要原因，是誘發(fā)事故發(fā)生的關(guān)鍵。廠區(qū)內(nèi)違規(guī)動(dòng)火、違規(guī)吸煙、處置不當(dāng)產(chǎn)生的明火、靜電火花、電器火花和機(jī)械火花是造成事故發(fā)生的次要原因，對(duì)于頂上事件的影響較大。此外，罐體防腐層遭到破壞的條件下危險(xiǎn)化學(xué)品或外界環(huán)境腐蝕罐體、儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)或制造不合規(guī)的情況下質(zhì)檢或驗(yàn)收不合格、物料混放后開(kāi)啟設(shè)備形成爆炸能力、長(zhǎng)期堆存的硝化廢料在氧氣充足且密閉可蓄熱環(huán)境中事故發(fā)生的危險(xiǎn)因素。

4.2 對(duì)策措施

通過(guò)最小徑集與最小割集的數(shù)量對(duì)比可知，最小割集數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最小徑集數(shù)，因此，本研究從最小徑集出發(fā)，提出化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事件發(fā)生的對(duì)策措施。

（1）加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管控。按相關(guān)規(guī)定組織以企業(yè)、監(jiān)管單位、行業(yè)專家組帶頭的安全與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)隱患排查，并針對(duì)排查結(jié)果立即展開(kāi)整改行動(dòng)。

（2）強(qiáng)化監(jiān)管能力。建立易燃易爆氣體、有毒有害氣體和可揮發(fā)液體的監(jiān)控預(yù)警體系，利用監(jiān)測(cè)設(shè)備與平臺(tái)相結(jié)合，動(dòng)態(tài)與靜態(tài)相配合的監(jiān)管方式，對(duì)企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管。

（3）開(kāi)展安全生產(chǎn)培訓(xùn)教育。提升生產(chǎn)過(guò)程管理、企業(yè)安全管理、安全操作，堅(jiān)決杜絕一切違法違規(guī)行為，從源頭上避免火情發(fā)生。

（4）強(qiáng)化應(yīng)急培訓(xùn)。建立責(zé)任制度，針對(duì)不同層級(jí)人員進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)應(yīng)急培訓(xùn)及演練。讓企業(yè)管理人員和操作人員能切實(shí)做到當(dāng)事故發(fā)生時(shí)的有效應(yīng)對(duì)，以將事故危害降到最低。

5 結(jié)論

（1）采用事故樹(shù)分析法對(duì)化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸進(jìn)行了事故分析。對(duì)爆炸事件建模，模型系統(tǒng)地闡述了誘發(fā)頂上事件發(fā)生的34個(gè)基本事件的相關(guān)性，運(yùn)用布爾代數(shù)法得出引發(fā)事件發(fā)生的最小割集210組、事件不發(fā)生的最小徑集11組。

（2）通過(guò)重要結(jié)構(gòu)度分析，確定造成事故發(fā)生的關(guān)鍵原因與其他風(fēng)險(xiǎn)源。

（3）提出化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品爆炸事件發(fā)生的對(duì)策措施，明確了化工行業(yè)安全管理方面的工作重點(diǎn)與管理方向。