FTA-Vensim法在LPG罐箱航道運輸中的綜合運用

田娟 胡澄 吳鳳華

摘 要：針對液化石油氣（LPG）易燃易爆的性質(zhì)，結(jié)合LPG罐箱航道運輸特點，本文從火災(zāi)三要素出發(fā)，運用事故樹法（FTA）分析LPG罐箱在航道運輸時可能導(dǎo)致火災(zāi)爆炸的一系列因素，并通過最小割集與最小徑集分析出航運過程中的危險與安全組合，結(jié)合結(jié)構(gòu)重要度排序提出相關(guān)控制措施，隨后利用系統(tǒng)動力學(xué)軟件vensim對控制措施進(jìn)行了仿真驗證，模擬結(jié)果顯示LPG安全水平從30提升到75左右，防范措施合理，為LPG罐箱航道運輸安全提供參考。

關(guān)鍵詞：罐式集裝箱? 航道運輸? 事故樹? 仿真驗證;

中圖分類號：DU698? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）11-0048-03

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas，LPG）作為一種重要的化工基本原料，在民用、工業(yè)領(lǐng)域用量占比越來越大。在運輸方式上，全球一直沿襲采用LPG罐式集裝箱（以下簡稱為罐箱）傳統(tǒng)船舶運輸，但由于LPG罐箱存在安全隱患大、運輸裝卸致災(zāi)因素復(fù)雜等問題，一旦發(fā)生事故后果不堪設(shè)想;且目前業(yè)內(nèi)對于LPG罐箱航運事故的評價研究相對較少，亟待開展相關(guān)研究，故對其進(jìn)行安全因素風(fēng)險評價，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

黃昆[1]等人最先對于LPG儲罐站的安全性進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)措施予以改進(jìn)，常光忠[2]等人專門針對儲罐的失效案例，開發(fā)出了針對性的RBI定性評價方法，并將此運用于某石化公司且取得較好的效果，林建[3]等人選取系統(tǒng)動力學(xué)STELLA軟件模擬LPG物流水運物流量預(yù)測，并以此來指導(dǎo)區(qū)域的LPG物流水運運力配置及路徑的規(guī)劃。 然而，這些研究大多局限于LPG儲罐區(qū)的危害分析，對于LPG罐箱航運事故分析研究少之又少，因此在此基礎(chǔ)上，提出利用事故樹分析（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）對航運規(guī)程中的危險因素進(jìn)行定性分析，提出相關(guān)措施，為LPG罐箱安全航運管理提供可靠基礎(chǔ)。

但既往研究成果一般在提出措施的基礎(chǔ)上，都缺乏了對措施合理性及有效性的驗證，為補(bǔ)足有關(guān)驗證，本文利用Vensim[4]軟件對罐箱船舶治理措施進(jìn)行LPG安全水平仿真模擬，以驗證相關(guān)措施的合理性。

1 LPG罐箱事故樹分析

1.1事故樹分析法簡介

事故樹分析法運用邏輯推理對各種系統(tǒng)的危險性進(jìn)行辨識和評價，不僅能分析出事故的直接原因，而且能深入地揭示出事故的潛在原因，對于繁雜且多的事件情況分析更為合理，且能更簡潔明了地表示出各事件之間的因果關(guān)系及邏輯關(guān)系[5]，因此，對于航運危害因素分析十分合理。

1.2事故原因分析

由于LPG自身易燃易爆以及受熱膨脹性，極易與周圍明火反應(yīng)，致使我們在LPG罐箱航運過程中必須采用更為嚴(yán)格的管理措施，以盡可能的使LPG罐箱安全可靠地運輸。以某一次航運過程為例，從充裝罐箱到運輸?shù)阶詈蟀踩敦?，以LPG火災(zāi)爆炸事故發(fā)生機(jī)理分析，主要可以從三個方面考慮，分別是火源、可燃物與助燃物。火源即周圍可能存在的一切產(chǎn)生火花的點火源;可燃物即LPG本身，若想LPG燃燒，就必須使LPG脫離罐箱的箱體，使LPG泄漏;助燃物即是空氣，在有氧環(huán)境下這三個條件缺一不可。

1.3編制事故樹

根據(jù)以上因素綜合分析，建立以“LPG罐箱航運火災(zāi)爆炸”為頂上事件的事故樹，如下圖1所示。

其中事故樹所含代碼及代碼含義如下表1所示。

1.4事故樹定性分析

利用布爾代數(shù)法定性分析事故原因，簡化事故樹，求出該事故樹下最小割集、最小徑集和結(jié)果重要度排序。

1.4.1求取最小割集與最小徑集

最小割集代表分析系統(tǒng)的危險性，提供了事故發(fā)生的所有可能性，每個最小割集代表1種事故模式，通過分析事故樹的13個基本事件，得出{P1，X1，X7，X12}{P1，X3，X7，X12}{P1，X5，X7，X12}……{P1，X6，X9，X13}{P1，X6，X11，X13}等60個最小割集。

而最小徑集則代表著系統(tǒng)的安全組合狀態(tài)，每個最小徑集都代表1種安全組合，即要想事故不發(fā)生的可能方案。由事故樹改為成功樹得到系統(tǒng)的最小徑集組合為{X1，X2，X3，X4，X5， X6}{P1}{X7，X8，X9，X10，X11}{X12，X13}4個最小徑集。

1.4.2結(jié)構(gòu)重要度排序

隨后通過最小徑集計算結(jié)構(gòu)重要度排序得：I（P1） = 1.0000>I（X12）=I（X 13）=0.5000>I（X 7）=I（X 8）=I（X 9）=I（X 10）=I（X 11）=0.06250>I（X 1）=I（X 2）=I（X 3）=I（X 4）=I（X 5）=I（X 6）=0.03125

通過結(jié)構(gòu)重要度排序可得，在滿足爆炸極限的基礎(chǔ)上，基本事件X12，X13的結(jié)構(gòu)重要度最大，即盡可能保持船舶通風(fēng)順暢，一旦發(fā)生LPG泄漏，及時啟動通風(fēng)系統(tǒng)，稀釋LPG濃度，防止事故發(fā)生;再就是LPG泄漏和點火源的原因，從根本上杜絕航運過程中LPG罐箱的泄漏。

1.5綜合控制措施

根據(jù)事故樹分析，針對結(jié)構(gòu)重要度LPG罐箱航運火災(zāi)爆炸事故原因排序提出了以下綜合控制措施：

（1）按時檢修。對罐箱箱體、結(jié)構(gòu)設(shè)備防護(hù)層和安全閥等相關(guān)設(shè)備都要進(jìn)行定期或不定期的檢修維護(hù)操作，在每趟航運過程中，都不能有所松懈。

（2）加強(qiáng)安全管理。船方應(yīng)完善航運過程中應(yīng)遵守的各項規(guī)章制度，以安全運輸為終極目標(biāo)，加大領(lǐng)導(dǎo)安全監(jiān)督力度，對船員實行安全操作管理考核，并設(shè)置獎懲機(jī)制以鞭策船員的行動力。

（3）制定完善的培訓(xùn)課程。船方應(yīng)制定專業(yè)對口的LPG罐箱裝載運輸手冊，要求船員熟記且按要求辦事，并采取培訓(xùn)考核的方式驗收培訓(xùn)成果。

（4）合理設(shè)計裝配。要嚴(yán)格按照海事局要求，配備專用的集裝箱船舶、通風(fēng)設(shè)備和消防設(shè)備等。

2仿真模擬LPG安全水平系統(tǒng)

Vensim是一種可以建立動態(tài)模型，隨變量關(guān)系時間推移導(dǎo)致因果關(guān)系循環(huán)的系統(tǒng)動力學(xué)[6]仿真軟件。為了驗證以上控制措施的合理性，在此引入Vensim，通過結(jié)合控制措施與事故樹結(jié)構(gòu)重要度排序分析，繪制LPG安全水平因果關(guān)系圖，如圖2所示。

其中，以LPG安全水平為水平變量，LPG安全水平增量為速率變量，相關(guān)治理措施為輔助變量，從而建立LPG安全水平系統(tǒng)動力學(xué)流圖，如圖3所示。

在系統(tǒng)動力學(xué)中，水平變量方程L=初始值a+安全水平增量b，安全水平增量b可以由安全水平系統(tǒng)動力學(xué)流圖中各因素權(quán)重值來定義，而權(quán)重值則可用前文事故樹結(jié)構(gòu)重要度來表示。假設(shè)系統(tǒng)安全水平初始值為30，觀察周期為5年，得出LPG安全水平變化的仿真結(jié)果如圖4所示。

如圖可見，隨著一段時間內(nèi)各項措施的實施（在百分百實施的情況下），LPG罐箱航運過程的安全水平從最初的30逐漸升高到了75左右，可得出各項控制措施對于安全航行LPG罐箱確有一定的作用，且能使系統(tǒng)逐漸趨于穩(wěn)定。

3結(jié)論

本文通過對液化石油氣罐箱在航運過程中可能出現(xiàn)的事故原因進(jìn)行了綜合分析，利用事故樹分析方法中的結(jié)構(gòu)重要度定性得出通風(fēng)不良占影響因素的比例最大，在實際操作中必須隨時保持罐箱儲存間的通風(fēng)與空氣流動;其次，是船舶、罐箱和附屬設(shè)備等在設(shè)計投入使用時需要遵循海事局的規(guī)定，保持設(shè)備的完好與人員的素質(zhì)培養(yǎng)。同時利用系統(tǒng)動力學(xué)Vensim軟件模擬LPG安全水平變化，通過安全水平的增加驗證了相關(guān)措施的合理性，為LPG罐箱安全航運輸送提供了有效的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃昆，蔣宏業(yè)，李余斌，于磊，馬國光.LPG儲罐火災(zāi)與爆炸事故分析[J].西南石油學(xué)院學(xué)報，2004（05）：74-76+90.

[2]常光忠，施哲雄，蔣曉東.基于RBI方法的儲罐風(fēng)險評價技術(shù)研究與軟件開發(fā)[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2009，21（03）：343-346.

[3]林建，楊雙煒.基于系統(tǒng)動力模型的LPG物流水運配送路徑優(yōu)化[J].統(tǒng)計與決策，2016（04）：50-53.

[4]劉清，韓丹丹，陳艷清等. 基于系統(tǒng)動力學(xué)的三峽大壩通航風(fēng)險演化研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2016，26（04）：19-23.

[5]董海佩，程貴海，牛虎，陳慶發(fā).基于事故樹分析法的控制爆破危害影響研究[J].爆破，2018，35（02）：151-154+176.

[6]李海麗，陳勇，張文龍等.礦山頂板事故的FTA-Fuzzy-Vensim分析方法探究[J].安全與環(huán)境工程，2019，26（04）：147-151+160.

基金項目：貴州省科技計劃課題（20161082）;貴州省科技計劃項目（20191102）