油庫消防泵電力系統(tǒng)故障樹定量分析

彭 趣，廖柯熹，徐茂力

（1. 西南石油大學(xué) 石油與天然氣工程學(xué)院， 四川 成都 610500； 2. 中國石化天然氣分公司 廣西LNG項目部， 廣西 北海 536000）

油庫消防泵電力系統(tǒng)故障樹定量分析

彭 趣1，廖柯熹1，徐茂力2

（1. 西南石油大學(xué) 石油與天然氣工程學(xué)院， 四川 成都 610500； 2. 中國石化天然氣分公司 廣西LNG項目部， 廣西 北海 536000）

近幾年發(fā)生的多起油庫失火事件，加強(qiáng)了人們對油庫消防安全的重視程度，使得研究油庫消防系統(tǒng)的安全可靠性變得越發(fā)迫切。選取某油庫消防泵的電力系統(tǒng)作為研究對象，結(jié)合故障樹分析方法，針對目標(biāo)油庫的實際情況建立失效故障樹，并根據(jù)已有的失效數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)的失效概率，同時對失效故障樹進(jìn)行結(jié)構(gòu)重要度分析，最終得出定量分析結(jié)果及改進(jìn)建議。

消防系統(tǒng)；故障樹；定量分析；結(jié)構(gòu)重要度

由于最近幾年全國各地油庫建設(shè)規(guī)模和存儲量的不斷擴(kuò)大，造成運行管理難度以及安全風(fēng)險不斷增大，因此，研究油庫消防系統(tǒng)中的事故來源，具有非常重要的現(xiàn)實意義。許多油庫在火災(zāi)發(fā)生初期火勢并不大，但是由于油庫消防泵的供電系統(tǒng)遭到破壞，無法發(fā)揮其應(yīng)有的作用，從而拖延了火災(zāi)撲救時機(jī)，造成火勢的進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，本文選取某油庫消防系統(tǒng)中消防泵的電力系統(tǒng)作為研究對象，采用故障樹的定量分析方法進(jìn)行研究，并針對油庫消防泵中最易出現(xiàn)事故的部件給出相應(yīng)建議。

1 消防泵系統(tǒng)

依據(jù)GB50183－2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》中規(guī)定,針對油庫單罐容積達(dá)到1萬m3及1萬m3以上的，油庫消防系統(tǒng)應(yīng)該配備具有手動/自動控制能力的固定式低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)以及固定式冷卻水系統(tǒng)，并輔助固定式消防水泡、消火栓及滅火器等進(jìn)行滅火。圖1為油庫消防流程[1]。

其實許多油庫火災(zāi)發(fā)生初期火勢并不兇猛，但由于消防系統(tǒng)的供電設(shè)施遭到破壞，使得無備用電源的消防系統(tǒng)無法作業(yè)，從而耽誤了火災(zāi)撲救的最佳時機(jī)，造成火勢進(jìn)一步擴(kuò)大。

因此，油庫消防系統(tǒng)中的冷卻水泵和泡沫泵都應(yīng)該設(shè)置柴油機(jī)泵或由柴油機(jī)發(fā)電的電動泵作為備用電源，一旦正常作業(yè)的電動消防泵的電源突然切斷時，系統(tǒng)可以由電動消防泵自動切換為柴油機(jī)泵用以繼續(xù)供電，保證消防作業(yè)正常進(jìn)行。圖2為油庫消防泵電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

2 消防泵電力系統(tǒng)故障樹分析

2.1 故障樹法

故障樹分析法（Fault Tree Analysis）簡稱FTA法，是一種可對于大型復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析的方法[2]。它將系統(tǒng)中不希望出現(xiàn)的事件作為故障樹的頂事件，采用邏輯符號自上而下地由整體到分部按樹枝狀結(jié)構(gòu)逐層細(xì)化，分析導(dǎo)致各事件發(fā)生所有可能的直接因素及其相互之間的邏輯關(guān)系，并以此逐步深入分析直到找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的基本原因，即故障樹的底事件為止[3]。

圖1 油庫消防流程圖Fig.1 Procedure of oil tank fire control work

圖2 油庫消防泵電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of electric power system

故障樹法也是一種圖形演繹法，在使用時，需要借用一系列表示事件之間的邏輯關(guān)系和因果關(guān)系的門符號、事件符號和基本術(shù)語。本文中故障樹分析圖中的邏輯符號符號如見表1所示[4]。

表1 故障樹分析符號Table 1 Logical symbol of fault tree analysis

2.2 消防泵電力系統(tǒng)失效數(shù)據(jù)統(tǒng)計

某油庫消防泵的電力系統(tǒng)中各部件失效時間和維修所需時間統(tǒng)計如表2所示。

表2 消防泵失效時間及維修時間表Table 2 Failure time and maintenance time of fire control pump

2.3 故障樹定量分析

本文主要針對油庫消防泵的電力系統(tǒng)建立失效故障樹進(jìn)行定量分析。在建立失效故障樹時采用“油庫消防泵電力系統(tǒng)”作為頂端事件，經(jīng)過查閱大量資料及文獻(xiàn)，并從多方面加以考慮，建立了失效故障樹框圖如圖3所示，表3為故障樹基本事件及發(fā)生概率列表。

圖3 油庫消防泵電力系統(tǒng)失效故障樹框圖Fig.3 Fault tree of electric system

表3 故障樹基本事件及發(fā)生概率表Table 3 Basic event and occurrence probability of fault tree

根據(jù)圖3，可求出該故障樹的所有最小割集如表4所示，可看出此故障樹由16個二階最小割集所組成。

表4 消防泵電力系統(tǒng)故障樹最小割集表Table 4 Minimal cut sets of fault tree

采用不交和展開法，將16個最小割集的失效概率結(jié)果相加，可得出故障樹頂事件的發(fā)生概率為0.010 77次/a，即該油庫消防泵電力系統(tǒng)的失效概率為93 a/次。

2.4 結(jié)構(gòu)重要度

每個故障樹往往包含多個底事件，各個底事件在故障樹中的重要性必然因它們所代表的元件（或部件）在系統(tǒng)中的位置（或作用）的不同而不同，因而底事件發(fā)生在頂事件發(fā)生中做出的貢獻(xiàn)程度即稱作為事件重要度[5]。事件重要度包括概率重要度和結(jié)構(gòu)重要度。其中，概率重要度是指底事件發(fā)生概率變化時引起頂事件發(fā)生概率的變化程度，而結(jié)構(gòu)重要度是指在不考慮底事件發(fā)生概率值的情況下，觀察故障樹的結(jié)構(gòu)，以決定改事件的位置重要度[6]。

通過對油庫消防泵電力系統(tǒng)失效故障樹中各個底事件進(jìn)行結(jié)構(gòu)重要度分析，可以看出該系統(tǒng)中最易出現(xiàn)故障的薄弱環(huán)節(jié)是自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）及電動機(jī)，結(jié)構(gòu)重要度分析結(jié)果如表5所示。

表5 消防泵電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重要度分析結(jié)構(gòu)Table 5 Results of structure importance

3 結(jié)論及建議

（1）通過對目標(biāo)油庫的消防泵系統(tǒng)進(jìn)行失效故障樹的建立和分析，計算出了該油庫消防系統(tǒng)的失效概率約為93 a/次。此計算結(jié)果表明目標(biāo)油庫消防系統(tǒng)的可靠性較高，其原因在于該油庫設(shè)置了以柴油機(jī)發(fā)電的備用電源，當(dāng)正常供電系統(tǒng)突然切斷時，可由備用電源提供電力繼續(xù)進(jìn)行消防作業(yè)。

（2）通過對故障樹的結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行分析，在8個設(shè)定的底事件中，最容易出現(xiàn)消防故障的部件是備用柴油發(fā)電機(jī)中的自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS），而正常供電線路的結(jié)構(gòu)重要度較低，表明正常供電線路部件的可靠度較高，由正常供電線路部件引起消防泵電力系統(tǒng)失效的可能性較低。

（3）從表3中可看出，消防泵電力系統(tǒng)中失效概率最高的部件為自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS），且ATS也是結(jié)構(gòu)重要度分析中得出的最易失效的部件。因此，本文建議目標(biāo)油庫更換備用電源中的自動監(jiān)控系統(tǒng)，以提高油庫消防系統(tǒng)的安全可靠性。

［1］董林林. 大型油庫消防系統(tǒng)設(shè)計[J]. 油氣儲運, 2011, 30(11): 864-866.

［2］朱繼洲. 故障樹原理和應(yīng)用[M]. 西安:西安交通大學(xué)出版社, 1989.

［3］ 石傳美, 張亞新. 壓力容器的故障樹分析和可靠性分析[J]. 化工裝備技術(shù), 2009, 30(1): 19-21.

［4］黃祥瑞, 可靠性工程. 可靠性工程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社, 19 90.

［5］王勇. 普光輸氣站場定量風(fēng)險評價技術(shù)研究[D]. 西南石油大學(xué), 20 12.

［6］Anthony M, Arno R, Dowling N, et al. Reliability analysis for pow er to fire pump using Fault Tree and RBD[C]//Industrial & Comm ercial Power Systems Technical Conference (I&CPS), 2012 IEEE/IAS 48th. IEEE, 2012: 1-7.

Fault Tree Quantitative Analysis of Fire Pump Electric Power System in Oil Depot

PENG Qu1，LIAO Ke-xi1，XU Mao-li2
（1. Collage of Oil and Natural Gas Engineering,Southwest Petroleum University, Sichuan Chengdu 610500，China；2. Sinopec Gas Company Guangxi LNG Project Department, Guangxi Beihai 536000，China）

A series of fire accidents of oil depots happened in recent years, which called for more attention to fire safety and more researches on reliability of fire safety system. In this paper, a fault tree of fire pump electric power system in oil depot was established to calculate failure probability and analyze structure importance. According to calculation results, some suggestions were given out.

Fire safety system; Fault tree; Quantitative analysis; Structure importance

TE 88

： A

： 1671-0460（2015）02-0282-03

2014-08-28

彭趣（1992-），女，在讀碩士生，目前主要研究油氣儲運系統(tǒng)完整性管理與安全評價技術(shù)方向。E-mail：369910381@qq.com。