事故樹分析中最小徑集表示（事故樹）

大家好，我是小夏，我來為大家解答以上問題。事故樹分析中最小徑集表示，事故樹很多人還不知道，現在讓我們一起來看看吧！

具體見

http://www.safe001.com/2004/ketang/041009-39.htm

一、事故樹分析概述

1．事故樹分析進展

　　1961年，為了評價民兵式導彈控制系統的安全，Bell實驗室的Watson首次提出了事故樹分析的概念。波音公司的分析人員改進了事故樹分析技術，使之便于應用數字計算機進行定量分析。在隨后的十年中，特別是航天工業在該項分析技術的精細化和應用方面，取得了巨大進展。

　　某化學公司在1970年前就已發現，事故樹分析適于間歇系統，但要將其用于化工過程安全，還要作進一步的開發。1970年，適于連續過程的方程開發成功，加速了事故樹分析應用的進展。Powers及其同事提出了事故樹的自動生成程序，將其用于化學加工工業，并對計算機輔助事故樹合成作了描述。

　　事故樹分析描述了事故發生和發展的動態過程，便于找出事故的直接原因和間接原因及原因的組合。可以用其對事故進行定性分析，辨明事故原因的主次及未曾考慮到的隱患；也可以進行定量分析，預測事故發生的概率。但事故樹分析是數學和專業知識的密切結合，事故樹的編制和分析需要堅實的數學基礎和相當的專業技能。

　　2．結果-原因逆向分析程序

　　事故樹是事故發展過程的圖樣模型。從已發生或設想的事故結果即頂端事件用邏輯推理的方法尋找造成事故的原因。事故樹分析與事故形成過程方向相反，所以是逆向分析程序。事故樹編程步驟如下：

　　(1)確定分析系統的頂端事件；

　　(2)找出頂端事件的各種直接原因，并用“與門”或“或門”與頂端事件連接；

　　(3)把上一步找出的直接原因作為中間事件，再找出中間事件的直接原因，并用邏輯門與中間事件連接；

　　(4)反復重復步驟(3)，直到找出最基本的原因事件；

　　(5)繪制事故樹圖并進行必要的整理；

　　(6)確定各原因事件的發生概率，按邏輯門符號進行運算，得出頂端事件的發生概率；

　　(7)對事故進行分析評價，確定改進措施。

　　如果數據不足，步驟(6)可以免作，可直接由(5)到(7)，得出定性結論。

　　二、事故樹編制

　　1．事故樹符號

　　事故樹分析符號，是用長方形表示基本事件，即頂端和中間事件(top and middle events)；用圓表示獨立的不需要展開的事件，即樹或分支的末端事件(end event)；用尖頂平底內有“．”符號的圖形表示與門(and gate)；用尖頂凹(或乎)底內有“+”符號的圖形表示或門(orgate)。

　　2．資料準備

　　對分析系統而言，至少要熟悉系統的流程圖、配管及儀表控制圖，對其中的設備、介質流動、控制系統和傳感器要有清楚地了解。下面是一些必需的資料：

　　(1)設備：名稱、功能、常規操作條件、特性等；

　　(2)介質流動：流動開始和終點設備、常規操作條件、特性等；

　　(3)控制器：名稱、功能、輸入傳感器、控制設備、模式、形式、特性等；

　　(4)傳感器：名稱、功能、輸入開始信號、輸出終了信號、形式、特性等；

　　(5)物料的物理性質和化學性質。

　　3．編樹過程

　　事故樹編制是由結果向原因的逆向演繹過程。下面以苯硝化制硝基苯工藝中的熱硝酸冷卻過程為例進行說明。硝酸溫度過高會造成苯的劇烈硝化反應。所以把去反應器前的硝酸溫度偏高作為頂端事件。熱硝酸冷卻流程如圖9—7所示。

　　為了說明工藝變量的偏離，令T、p和M分別表示溫度、壓力和流量；“+”和“-”表示偏離方向；0、1和10表示偏離的大小，即無偏離、中等偏離和很大偏離。由流程圖可見，頂端事件為T4偏高，即T4(+1)。由于T4和T3是相等的，故有

　　進而討論是什么原因導致T3(+1)，從流程圖粗看起來，可能有四個原因，即硝酸流量增加，M2(+1)；硝酸入口溫度高，T2(+1)；冷卻水少，M8(-1)；冷卻水溫度高，T8(+1)。這些原因任何一個都有可能造成T3(+1)，因此，它們與T3(+1)的連接方式應該是或門，即

　　現在審查上述第一層的樹是否正確。由于負反饋作用會調節M2(+1)，使之不會造成T4(+1)，同樣的T2(+1)、T8(+1)也不會造成T4(+1)。只有M8(-1)才會使頂端事件出現。這是因為M8本身是溫度控制系統的一部分。在T4(+1)的情況下，自動調節M8(+1)是正常現象。但M8(-1)出現，則說明控制失效，這時M2(+1)、T2(+1)或T8(+1)也可構成T4(+1)的原因。其次，如果M2、T2或T8偏離量很大，則不能通過自動控制抵消它們。所以可把事故樹延伸為

　　現進一步分析M8(-1)。假定冷卻水控制閥是氣動的，氣壓大則開度大。P7(-1)或P9(-1)則會造成M8(-1)。如不是這樣，則只有把閥裝反了。所以只有三個原因可造成M8(-1)。因此可得

　　EOR是排斥或門，說明P7(-1)與閥反向在導致M8(-1)的結果上只能有一個出現。從PT(-1)往下推導，會發現原因P6(-1)，再往下推為T4(-1)，這與設定的T4(+1)矛盾，因而P7(-1)不能成立。

　　P9的降低是由于P10的降低或泵停車。泵停車能啟動熱硝酸的停車系統，只有二者都失效的情況下才會有T4(+1)。另外儀表空氣喪失會造成整個自控系統失靈。還有與M2、T2、T8對應的變量為M1、T1、T10，其值相同。為此可得簡化事故樹圖，如圖9—8所示。

圖9—8 熱硝酸冷卻過程簡化事故樹圖

　　三、事故樹實例

　　1．環氧乙烷合成爆炸事故樹圖

　　(1)工藝流程簡述

　　原料乙烯、純氧和循環氣經預熱后進入列管式固定床反應器，乙烯在銀觸媒下選擇氧化生成環氧乙烷；副反應是乙烯深度氧化生成二氧化碳。反應氣經熱交換器冷卻后進入環氧乙烷吸收塔，用循環水噴淋洗滌，吸收環氧乙烷。未被吸收的氣體經二氧化碳吸收塔除去副反應生成的二氧化碳后，再經循環壓縮機返回氧化反應器。環氧乙烷生產工藝流程簡圖如圖9—9所示。

圖9—9 環氧乙烷生產工藝流程簡圖

　　(2)工藝條件及危險因素

　　反應溫度 環氧乙烷合成和副反應都是強放熱反應，反應溫度通常控制在220～280℃。反應溫度較高時，易使環氧乙烷選擇性降低，副反應增加。

　　反應壓力 環氧乙烷合成過程，主反應體積減小，而副反應體積不變。所以可加壓操作，加快主反應速度，提高收率。但壓力過高，易產生環氧乙烷聚合及催化劑表面積炭，影響催化劑壽命。操作壓力通常為1～3 MPa。

　　原料配比 乙烯在氧氣中的爆炸極限為2．9％～79．9％，混合氣中氧的最大安全含量(體積分數)為10．6％。在原料氣中，一般乙烯含量(體積分數)為12％～30％，氧的含量(體積分數)不大于10％，其余為二氧化碳和惰性氣體。

　　由上述情況可以看出，環氧乙烷生產過程中發生爆炸的主要危險是發生異常化學反應，超過設備壓力允許范圍引起的。混合可燃氣爆炸濃度的上下限，與混合氣的溫度、壓力和組成有關。如壓力上升，爆炸上下限都將擴大；溫度上升，則下限擴大。惰性氣體或循環氣的減少都會導致混合氣中氧的濃度增大。對于與爆炸范圍關聯的溫度、壓力和組成都必須嚴格按設定值控制，并避開爆炸范圍。否則就會使生產過程處于危險狀態。這種危險主要是氣相反應中氧氣濃度達到爆炸極限，在起爆源存在下發生燃燒或爆炸。再分析工藝過程中固有的起爆源，如靜電火花、明火及可能發生的局部火災等因素，便可繪制出環氧乙烷合成爆炸事故樹圖，如圖9—10所示。

　　2．高氯酸火災、爆炸事故樹圖

　　高氯酸鈉法制高氯酸的流程為，氯酸鈉經電解生成的高氯酸鈉與鹽酸復分解反應，濾出結晶，再經蒸餾即可得到高氯酸。高氯酸生產原料極不穩定，受摩擦、沖擊、遇熱及火花，易發生燃燒和爆炸。氯酸鈉與鹽酸混合，能生成有毒和易爆的二氧化氯氣體。高氯酸與濃硫酸或醋酸酐混合，能夠脫水生成無水高氯酸。超過一水的高氯酸(濃度在85％以上)，在高于室溫的條件下，能自行分解并猛烈爆炸。根據以上分析，可繪制出高氯酸火災、爆炸事故樹圖，如圖9—11所示。

　　四、事故樹分析與計算

　　在事故樹中，如果所有的基本事件都發生，則頂端事件必然發生。但是在多數情況下，只要某個或某幾個基本事件發生，頂端事件就會發生。事故樹中能使頂端事件發生的基本事件的集合稱為割集。能使頂端事件發生的最低限度的基本事件的集合則稱為最小割集。事故樹中每一個最小割集都對應一種頂端事件發生的可能性。確定了事故樹的所有最小割集，就可以明確頂端事件的發生有哪些模式。事故樹的分析與計算’，就是按照事故樹所標示的各個事件之間的關系，運用邏輯運算的方法，求出事故樹的所有最小割集，并計算出頂端事件的發生概率。

　　1．邏輯運算方法

　　與門和或門是事故樹分析中最基本、最常用的邏輯門，在邏輯代數運算中分別表示邏輯乘和邏輯加：

　　(1)邏輯乘法則：如果事件A，B，C，…，K同時成立，事件T才成立，則A，B，C，…，K的邏輯運算稱作事件的“與”，也叫做邏輯積。其表達式為

T＝A·B·C·…·K　　(9—9)

　　(2)邏輯加法則：如果事件A，B，C，…，K任意一個成立，事件T就成立，則A，B，C，…，K的邏輯運算稱作事件的“或”，也叫做邏輯和。其表達式為

T＝A+B+C+…+K　　(9—10)

　　在邏輯代數運算中常用的幾個運算定律為：

　　(1)分配律：A·(B+C)=(A·B)+(A·C)

　　　　　　 A+(B·C)＝(A+B)·(A+C)

　　(2)冪等律：A+A＝A　　 A·A=A

　　(3)吸收律：A+A·B=A　　A·(A+B)=A

　　圖9—12和圖9—13是兩個事故樹邏輯運算示例。

　　圖9—12的事故樹有12個最小割集，而圖9—13的事故樹只有3個最小割集。這表明，圖9—12事故樹的頂端事件發生有12種可能性，而圖9—13事故樹的頂端事件發生只有3種可能性。

　　2．事故樹定量計算

　　現以氧化反應器爆炸概率計算為例進行說明。在氧化反應器中，由流量控制系統分別輸入燃料與氧化劑。當控制系統發生故障，導致輸入燃料量過高或輸入氧化劑量過低時，在反應器中就會形成爆炸性混合物，遇起爆源便會引發爆炸。氧化反應器爆炸事故樹圖如圖9—14所示。應用各個事件的故障率資料及其他有關統計資料，沿事故樹逆向邏輯運算，即可求出氧化反應器爆炸的發生概率。

本文到此講解完畢了，希望對大家有幫助。