摘　要:應用事故樹分析方法對氧氣瓶爆炸事故進行分析，找出了引發事故的基本原因和途徑，分析了基本原因事件的結構重要度。由此提出了防止氧氣瓶事故的方法，為氧氣瓶的安全管理提供科學依據。

    關鍵詞:氧氣瓶;事故樹;結構重要度;預防措施

    0　引　言

    隨著近年來國民經濟的高速發展，氧氣的需求量隨之增長，相應氧氣瓶爆炸事故發生日益增多。雖然國家對此十分重視，相繼出臺了《氣瓶安全監察規程》和《氣瓶安全監察規定》等法規，但從目前現狀來看，發生事故的趨勢沒有得到有效的扼制，死亡事故仍不斷發生。為減少事故發生，保障人身財產安全，文中擬用事故樹分析法對氧氣瓶的安全風險進行分析評價，找出事故原因，并制定出相應的對策措施，以期引起大家的重視，防患于未然。

    1　事故樹分析原理

    事故樹分析法(FTA)又稱故障樹分析，是一種邏輯演繹系統安全分析方法。20世紀60年代，由美國貝爾電話研究所首先提出，在20世紀80年代初引入我國。目前，FTA作為安全系統工程中一種進行安全分析、評價和事故預測的先進的科學方法，已得到國內外的公認和廣泛應用，已成為定性和定量預測與預防事故的主要方法。

    事故樹分析法以系統較易發生且后果嚴重的事故(即頂上事件)作為分析目標，通過調查與該事故有關的所有原因事件和各種因素，經過層層分析，逐級找出最終不能再分解的直接原因事件(即基本事件)。將特定的事故和各層原因事件(危險因素)之間用邏輯門符號連接起來，得到形象、簡潔的表達其邏輯關系(或稱因果關系)的邏輯圖形，即事故樹圖。通過對事故樹簡化、計算，求出最小割集、最小徑集和基本事件結構重要度，進行事故樹定性分析。在事故樹中凡能導致頂上事件發生的基本事件的集合稱作割集。能導致頂上事件發生的最低限度基本事件的集合稱為最小割集。最小割集中全部基本事件均發生時，則頂上事件一定發生，而最小割集中任一基本事件不發生，頂上事件未必一定不會發生。最小割集表達了系統的危險性，每個最小割集都是頂上事件發生的一種可能渠道，最小割集的數目越多，系統越危險。最小徑集又稱最小通集。在事故樹中凡是不能導致頂上事件發生的最低限度的基本事件的集合，稱為最小徑集。最小徑集中全部基本事件均不發生時，則頂上事件一定不會發生，而在最小徑集中，任何一個基本事件發生，便不能保證一定不發生頂上事件。因此，最小徑集表達了系統的安全性，每一個最小徑集是預防頂上事件發生的有效途徑之一，最小徑集的數目越多，系統就越安全。結構重要度分析是分析基本事件對頂上事件影響程度，根據分析的結果，找出事故發生的主要原因，探明控制頂上事件發生的有效途徑，確定安全對策措施，制定應急預案[1]。

    2　氧氣瓶典型事故案例分析

    2.1　案例1

    2000年9月15日8:00左右，中國石化集團公司第五建設公司南京分公司(簡稱五化建)一焊工進行切割工作時，氧氣管爆炸，另有3處同時炸裂。切割時，該焊工感到氣體不純(切割線有漂移現象)，但鑒于爆破的是舊氧氣膠管，認為氧氣膠管爆炸是其老化所致。由于未領到新氧氣膠管而停止工作，同時將用氣很少的滿瓶氧氣退回庫房，對瓶內是否形成爆鳴性氣體未產生懷疑。9月18日7:35，五化建另一名焊工按照班長分工，從氣瓶庫取出一瓶氧氣，裝好焊割工具后，在距氧氣瓶約35m處的預制廠內切割型鋼的點焊，氧氣瓶內壓力約10MPa，低壓約0.4MPa，約切割10min，感到氣體不純，切割線漂移。8:05左右，氧氣瓶突然爆炸，并升起一股灰塵[2]。

    分析:在氣瓶管理中，大部分氣體充裝站的氣瓶都實行“大循環”，充裝工違反了《氣瓶安全監察規程》中的有關規定，未在氣瓶充裝前對氣瓶內的氣體進行檢驗判別，導致氣瓶內氣體不純，遇火即發生化學性爆炸。且對助燃與可燃氣體，不宜采用橡膠軟管，應用高壓金屬軟管。

    2.2　案例2

    2002年5月30日19:55，徐州市工程集團某機械廠下料車間，氧氣匯流排中一只即將開啟使用的氧氣瓶發生燃燒擊穿事故，造成一死一傷的嚴重后果[3]。

    分析:這次燃割事故為操作者打開瓶閥時產生的靜電火花或摩擦熱量，通過橡膠金屬軟管內壁時，劇烈的沖擊摩擦瞬間產生極高的熱量，點燃

    了管道上的可燃物———橡膠軟管。已燃燒的橡顆粒被高流量、高純氧、高熱量的氣體壓人瓶內，在高純氧的作用下產生激烈燃燒，噴出的氣體將瓶閥、瓶肩熔穿，能量瞬間釋放，否則氣瓶爆炸后果更加嚴重。在高壓氧的作用下，選用易燃的橡膠金屬軟管和操作者的不當操作———開啟過急，是造成這次事故的主要原因。在高壓氧的狀態下，主管道及其連接導管，一定要嚴格選取材料，不可使用可燃材料，橡膠金屬軟管絕對不能在高壓氧的狀態下使用，主管道最好選用銅材或紫銅材。在高壓狀態中使用的氧氣瓶，不論是氣瓶的充裝單位還是使用單位，對氣瓶的操作或更換都要有明確的操作規程，謹慎操作，防止急開急關。

    2.3　案例3

    2003年8月16日14:30左右，徐州市沛縣蘆發氣體充裝站，發生了一起氧氣瓶爆炸事故。

    該站氧氣充裝臺有二組充裝設備，8月16日下午運行一段時間后，由于該系統主法蘭截止閥及支閥有漏氣現象，檢修人員調換了絲扣截止閥及支閥，并進行了安裝、清洗、檢漏。14:30工作完畢，試充裝10只氣瓶，當壓力升至8.0MPa時，其充裝排第9只氣瓶發生強烈爆炸事故[4]。

    分析:經分析取證，此次事故是因檢修人員不具備專業基本知識、粗心大意，將外部包裝一樣的不但不能脫油、而本身帶油的鄰苯二甲酸二丁脂錯誤地當做四氯化碳清洗劑使用，二丁脂屬碳氫化合物，遇明火可燃，高熱可燃，與高壓氧接觸發生強烈反應，劇烈燃燒，瞬間產生的熱能轉換成壓力能，導致氣瓶爆炸。

    2.4　案例4

    2001年6月15日15時許，山東省商河縣玉皇廟鎮一家制氧廠，一名客戶拉來一車氣瓶來換氧氣。換氣過程中，操作工發現一個氣瓶與其它氣瓶不一樣，打著打火機準備試該瓶中裝的是什么氣，誰料氣瓶剛一打開，就“呯”的一聲爆炸了，氣瓶成了碎片，兩人當場死亡[2]。

    分析:這是一幕典型的無知違章所釀成的慘劇。氧氣嚴格禁火禁油，怎么能用打火機打火試氣!在瓶檢中要鑒別氣體，必須用“可燃氣體檢測儀”檢測。

    2.5　案例5

    2000年11月1日7:35，沈陽市第一鋼鐵廠大院內突發爆炸，氧氣瓶庫房夷為平地，五六十只氧氣瓶散落四周，有兩三只氣瓶變成鐵板，墻倒塌，門窗玻璃震碎，幸好室內無人，僅使3人受傷[5]。

    分析:據悉為液氧汽化充裝，液氧泵為500L/h的大泵，而充灌的僅十幾只鋼瓶。這樣，液氧泵容量大，匯流排上瓶子少，速度快，時間短，產生靜電火花，引發爆炸。充裝速度過快，是一些液體泵充裝站最大的隱患，按照要求氣體在管道中的流速不超過8m3/h，充裝時間控制在30min，而實際上充裝速度和時間都超標，給事故的發生增加危險因素。另外，現場使用的氣瓶不易存放太多，要隨領隨清。空、實瓶分開存放，實瓶存放一般不超過5瓶，避免發生事故時有連鎖反應。

    3　氧氣瓶事故原因調查及事故樹編制[1]

    氧氣是一種無色無味的氣體，其本身不燃燒，但它是一種強氧化劑，具有助燃性，是燃燒爆炸的基本要素之一。氧氣幾乎能與所有可燃氣體或蒸汽混合而成爆炸性混合物。純氧與礦物油、油脂或細微分散的可燃粉塵、碳粉、有機物等接觸時，由于劇烈的氧化升溫、積熱，能引起自燃，發生火災或爆炸。氧氣瓶是一種封閉型的壓力容器，由于維修、檢測、使用的諸多因素，導致氧氣瓶發生爆炸的原因有很多。通過事故案例調查分析得出，引起氧氣瓶爆炸事故的原因分三大類:超壓物理爆炸、化學爆炸、強度降低爆炸。超壓物理爆炸的原因有:曝曬、接近熱源、與火源接觸;化學爆炸的原因有:沾染油脂、錯裝;強度降低爆炸的原因有:外力破壞、氣瓶不合格。現以氧氣瓶爆炸為頂上事件，逐級分析導致事故發生的各種原因，編制氧氣瓶爆炸事故樹[6-7]，如圖1所示。

 

    4　氧氣瓶爆炸事故樹分析[1]

    4.1　求事故的最小割集

    事故樹的結構函數表達式為:

    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

    利用布爾代數法求得該事故樹的最小割集如下: 

    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　求事故樹基本事件的結構重要度

    根據僅出現在同一個最小割集中的所有基本事件結構重要度相等，以及僅出現在基本事件個數相等的若干個最小割集中的各基本事件結構重要度依出現次數而定。出現次數少，其結構重要度小;出現次數多，其結構重要度大;出現次數相等，其結構重要度相等。因為X14，X15，X16，X22，X23，X24，X25都只在含有3個基本事件的最小割集中出現了1次，X3，X4，X5都只在含有2個基本事件的最小割集中出現了1次，X12只在含有3個基本事件的最小割集中出現了3次，X17，X18，X19只在含有3個基本事件的最小割集中出現了4次，X1只在含有2個基本事件的最小割集中出現了3次，X2只在含有3個基本事件的最小割集中出現了7次，X13只在含有3個基本事件的最小割集中出現了8次，X8，X9，X20，X21都只在含有2個基本事件的最小割集中出現了4次，X6，X7，X10，X11在含有2個基本事件的最小割集中出現了4次，在含有3個基本事件的最小割集中出現了2次，所以各基本事件的結構重要度有如下關系:

    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)

 

    由事故樹基本事件結構重要度近似判別式算得:

   

    式中:nj———基本事件Xi所在割集Kj中基本事件個數。

    所以根據近似法判斷得出事故樹基本事件結構重要度排序如下:

    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　氧氣瓶事故預防措施

    從氧氣瓶事故樹分析結果可以看出，造成氧氣瓶爆炸事故的途徑有34個，事故較易發生，其中靜電火花、摩擦熱量、違章動火、工作用火是最危險事件，使用可燃連接管、可燃密封材料、沒留余氣、標識不清、氣源不潔是其次的危險事件。根據事故樹的最小割集和基本事件結構重要度排序情況，提出以下預防對策[7-8]:

    (1)充裝和使用氣瓶時，嚴格遵守操作規程，開、關閥門不要過快、過急，避免產生摩擦熱和靜電火花;

    (2)對漆色、字樣與所充裝氣體不符的，或漆色、字樣脫落不易識別氣瓶類型的和未判明裝過何種氣體的氣瓶，嚴禁進行充裝;

    (3)氧氣瓶內氣體不能用盡，應留有余壓，如感到氣體不純，應考慮形成爆鳴性氣體的可能性，對氣瓶內的氣體采用正確的檢測方法進行鑒別;

    (4)對槽車拉運的液氧應進行化驗分析，確保可燃氣含量不超標，或要求供貨方提供產品質量證明;

    (5)要保證氣瓶強度，購買選用有制造氣瓶資質的單位生產的合格產品，并按氣瓶檢驗規定要求，每3年檢驗1次;

    (6)在充裝、使用氧氣瓶前，操作者要仔細檢

    查自己的雙手、手套、工具、減壓閥等有無沾染油脂;用于氧氣瓶的匯流排管道及其密封圈，第一次使用前均須認真脫脂，且不得采用可燃的密封圈;氧氣瓶的連接管必須采用高壓金屬軟管;

    (7)充裝和使用氣瓶時，嚴禁過量充裝，避免損壞閥門;

    (8)氧氣瓶在充裝、運輸、儲存、使用等過程中，嚴禁敲擊、碰撞;

    (9)氣瓶在儲存、使用等過程中不得靠近熱源，夏季要防止陽光曝曬，冬季瓶閥凍結時，嚴禁明火烘烤。

    參考文獻:

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