事故树分析法在城镇燃气系统安全监控中的应用

李 琳，赵 剑

（1. 中煤科工集团重庆设计研究院有限公司， 重庆 400010； 2. 青岛泰能天然气有限公司， 山东 青岛 266000）

随着城市化、工业化和城乡统筹一体化的推进，城镇燃气管网不断发展、供气范围不断增大。近年来，报道的因燃气系统的腐蚀穿孔、第三方破坏以及人为原因导致的管道泄漏事故频频发生，这些事故极易发展为火灾爆炸、群死群伤等特大灾难性事件。如何建立一套科学有效的安全监控体系，确保可靠平稳供气，实现可持续发展是燃气行业内涵增长的迫切需要。要避免因各类事故所造成的燃气系统失效危险，必须弄清楚导致城镇燃气泄漏事故发生的基本原因事件及基本原因事件的影响因子，做到有的放矢的对燃气系统运行进行安全监控。

事故树分析法是一种图形演绎法，是事故事件在一定条件下的逻辑推理方法。它把系统不希望出现的事件作为事故树的顶事件，用规定的逻辑符号自上而下分析导致顶事件发生的所有可能的直接因素及其相互间的逻辑关系，并由此逐步深入分析，直到找出事故的基本原因，为安全监控提供可靠的决策依据，达到预测与预防事故发生的目的。

1 事故树的建立

根据可能发生事故的危险程度，把对系统影响大的灾害或事故作为分析对象，即顶端事件。顶端事件是事故树分析的起点和主体。由此，根据事故树建立时顶事件的确定原则，选择“城镇燃气泄漏”作为顶端事件，而引起燃气泄漏事故的失效原因为次顶事件，采用类似方法深入分析，直到找到代表各种事故事件的基本事件为止，构建出燃气系统的事故树。表1为该事故树对应的基本事件列表，该事故树共考虑了56个基本事件。

1.1 城镇燃气泄漏事故树

图1 城镇燃气泄漏事故树分析图

1.2 户外燃气管道泄漏事故树

图2 户外燃气管道泄漏事故树分析图

表1 事故树对应的基本事件列表

1.3 户内燃气管道泄漏事故树

图3 户内燃气管道泄漏事故树分析图

1.4 燃气附属设施泄漏事故树

图4 燃气附属设施泄漏事故树分析图

1.5 家用燃气具泄漏事故树

图5 家用燃气具泄漏事故树分析图

2 事故树的分析

2.1 定性分析

事故树定性分析的主要任务是求出事故树的全部最小割集或最小径集。导致顶上事件发生的基本事件的集合称为割集。能够引起顶上事件发生的最起码的基本事件的集合称为最小割集。最小割集是从系统事故模式出发，每一个最小割集就是导致事故树顶事件发生（事故）的一个事故或故障模式。本文采用布尔代数法求解城镇燃气泄漏事故树图的结构函数，得到全部最小割集的计算结果如下所示：

最小割集主要表明燃气系统的危险性，最小割集的数目越多，则代表系统危险越大。一般来说，包含基本事件个数少的最小割集比包含基本事件个数多的最小割集容易发生。X2、X4、X5、X25事件分别存于1个二阶割集中，X3、X6事件均置于2个二阶割集中，基本事件 X7、X8、X9、X43、X44、X48、X49存在于1个三阶割集中，X45事件同时存在于2个三阶割集中，剩余的基本事件均分别存在于一阶割集中。

根据重要度近似判别式：

其中，ki代表包含Xi的所有割集个数；N代表基本事件Xi所在割集中基本事件个数。

因此，置于一阶割集中的基本事件结构重要度最大，事件 X3、X6次之，X2、X4、X5、X25、X49事件重要度相对较小，而置于三阶割集中的基本事件X7、X8、X9、X43、X44及 X48、X49结构重要度最小，由此得出重要度顺序如下：

由此可知，管材缺陷、燃具与管线连接处泄漏、附件设施质量缺陷、第三方破坏等占有相对重要的位置，是影响顶上事件发生的主导因素。

2.2 定量分析

事故树定量分析的主要任务是计算顶事件的发生概率。在定量概率计算中假设底事件是相互独立的，且底事件只有两种状态，即是正常状态或是事故状态。

在时间t，第j最小割集发生的概率为：

其中，xi代表最小割集kj中的底事件；Fi（t）代表xi事件的概率，即i元部件的故障率。

顶事件发生的概率为：

其中，N代表系统中最小割集数。通过统计分析某市近3年来的燃气运行事故，确立各基本事件发生概率，如表2。

表2 燃气运行系统基本事件概率表

将对应的基本事件概率代入计算得出某市燃气系统运行过程中发生泄漏事件概率：

而根据重要度分析，管材缺陷、燃具故障、管件设施损坏等因素是引起燃气泄漏的主要途径，对此进一步分析得出对应基本事件概率，如表3所示。

表3 主要中间事件概率

通过该表可以看出，家用燃具泄漏是引起整个燃气系统运行过程安全事故的最主要因素，燃气附属设施引起的泄漏事故也是不容忽视的安全控制内容之一，而燃气管网发生天然气泄漏的概率相对较小。这即是燃气单位应密切关注的因素，可作为防止事故发生的主要依据，分别采取具体措施实施可靠的安全监控。

3 结论

（1）基于事故树分析法，建立城镇燃气系统事故树，通过对事故树进行定性和定量分析，确定了在燃气系统中易于发生泄漏事故的事件类型、发生概率大小及其主要原因。

（2）管材缺陷、燃气具泄漏、第三方破坏是城镇燃气系统的主要失效影响因素，但设计、误操作等不确定因素也不可忽视。

（3）城镇燃气系统安全监控工作的重点应围绕对用户设备、设施的安全检查和维护，定期对材料设备的使用情况和老化情况进行监督检查。

（4）加强安全教育培训，提高安全意识，以指导燃气行业人员有效地预防燃气事故的发生，杜绝发生重大事故的安全隐患。

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