空分主冷凝蒸发器爆炸的
第lI卷第3期
2011年6月
安全与环境学报
JoumalofSafetyarld
V01.1lNo.3
EnVim啪em
J呻e,201l
文章编号:l∞9.6094(2011)03一仇6枷2必须经过空气压缩、净化、液化、精馏、产品输送等基本过程。空分设备主冷凝蒸发器处于精馏阶段,是产生相变的热交换‘设备。它借助于从七塔下流的液氧蒸发来冷凝由下塔上升的空分主冷凝蒸发器爆炸的
故障树分析*
安然,於孝春
(南京工业大学机械与动力工程学院,南京210009)
擒耍:基于故障树分析的方法.结合大鼍国内外曾发牛的事故,以空分主冷凝爆炸事故为顶事件,采用布尔代数运算法则求解.得到8个最小割集,通过比较结构重要度得出控制系统失效和液氧排放不连续这两个基本事件的莺要度最大,即控制系统失效和液氧排放不连续在故障树结构中对顶事件发生的影响程度最大。因此。为了防止主玲爆炸的发生.要连续排放一定量的液氧,且控制系统监控的准确性也
是非常重要的。
关键词:安全工程;主冷凝蒸发器;爆炸;故障树分析
中圈分类号:x913.4
文献标识码:A
DOI:10.39∞/j.iⅫ.1009.∞94.2011.03.040
0
引言
近年来.随着国民经济的日益增长,在冶金、石化、化工和航天等工业领域,大中型宅分设备得到迅速发展和广泛应用。20世纪影响最大的马来西亚某公司空分设备的大爆炸、我国某钢铁厂6000
m3/h空分设备主冷爆炸以及某乙烯化工有限
公司6
000
m3/h空分设备的空分塔爆炸…等.都造成了不同
程度的人员和财产损失。这些爆炸均为主冷爆炸,空分设备的爆炸主要源于主冷凝蒸发器的爆炸。可见,防止主冷的爆炸是保证空分产业安全生产的关键举措之一。导致爆炸的因素很多,为系统分析不同因素对爆炸的影响,将故障树分析的方法应用到主冷凝蒸发器爆炸影响因素分析中,以确定关键
的影响因素。
20世纪60年代,美国首先在民兵式导弹发射控制系统的设计中使用故障树分析对导弹的随机失效问题成功地做出了预测,后来扩展到核能工业、宇航工业,目前已推广到电子、机械、化工、交通、土建等一般工业领域。故障树分析是研究系统或装置发生故障的各种直接或间接原因的方法,它可以帮
助人们寻找潜在事故或进行事故的诊断,为改进安全设计,制
定安全技术对策,采取安全管理措施和事故分析提供依据12j。宋元宁等b】采用故障树分析的方法指出。空分塔良好的静电接地和防止空分塔乙炔超量非常重要。胡连梅【4J利用故障树分析法分析了引起彩色显示器故障的原因,并采用布尔代数法求最小割集来进行故障定性分析.找出故障元器件。冯长根等15J应用故障树分析法得出对涂层质景影响最大的4个因素。本文将主冷凝蒸发器爆炸作为一个系统,分析导致主冷凝蒸发器爆炸发生的主要原因。
1主冷的工艺特点
在空分设备中。从原料空气到分离成产品并输送到用户,
・收稿日期:∞lO一憾一∞
作者篱介:安然,硬士研究生,从事压力容器与管道的可靠性分析
研究;於孝春(通信作者),副教授.从事压力容器与管
‘
道的可靠性分析研究。,II加@如.Ⅲ。
l“万方数据
气氮,产生气氧和液氮。除部分作为产品外,主要保证上、下塔精馏过程的正常进行。当一些未被清除的有害杂质存在的时候,由于它们在液氧、液宅中的饱和蒸气压极小,无法随蒸发气体带走,极易在主冷处被数倍、数十倍的浓缩;Iiii主冷凝蒸发器存在于大量的液氧环境,因此,在有害杂质和液氧共存的主冷处很容易发生爆炸事故。
故障树是特殊的倒立树状逻辑因果关系图,把各事件之间的因果关系利用事件符号、逻辑门符号描述出来。本文根据某厂提供的资料,并通过大量的国内外发生的事故,结合本厂的实际情况,总结若干导致空分主冷凝蒸发器爆炸事故
(7.)的因素¨J。
1)液氧中可燃物含量超标(E。);引火源(易);碳氧化合物含量超标(E,);静电火花(日);撞击火花(B);分子筛吸附器失效(瓯)。
2)分子筛吸附饱和(x。);分子筛吸附能力差(x:);控制系统失效(瓢);液氧排放不连续(以);固体碳氧化合物与器壁及主冷通道的摩擦、撞击产生电压(也);接地不良(以);压力脉冲(|]If,);气流冲击(凰);固体颗粒摩擦撞击(凰)。空分主冷凝蒸发器的故障树图见图l。
如果顶事件(7’)发生,则根据布尔代数运算法则求解得
r=El
E2=(E3以)(占4+E5)=(E6X3甄)(X5
X6+
x7+X。+凰):【(XI+X2)X3x4](X5鼠+X7+x8+x9)=(.】rI工3以+X2
X3
X4)(X5工6+X7+X8+‰)=
xlx3X|Xsx6+x2x3XIxsx6+Xlx3xIxl+XtX3x|xt+
XI
X,x‘x9+X2x,X^x1+XtX,X^xI+xlx,XIx9
圈l空分主冷曩蒸发嚣曩炸故一树圈
啦.1瑚q啊-dh出口蕾一m埘霄血奠■n蝤瞳
a_d蜘_岫a啊p_撕
2空分主冷凝蒸发器爆炸的故障树图的建立
3最小割集的求解
2011年6月安然,等:空分主冷凝蒸发器爆炸的故障树分析
June。20ll
该故障树共有9个基本事件,计算得到最小割集8个。
PI=IXl
x,x4
X5X6I;P2=lX2X3X4X5X6};
P3={工IX3X.X7};P.={XIX3.kx8};P5={XlX3X.X9};P6=i
x2
x3以而};P7={X2X3x4xI};P。={x2x,以而
4结构重要度分析
根据四元、五元最小割集各自出现的频率不同。由近似判断法得出基本事件的结构重要度为:,(1)=,(2)、,(3)=,(4)、,(5)=,(6)、,(7)=,(8)=,(9)。因此。只要判断
,(1)、,(3)、,(5)、,(7)的大小即可。
在故障树分析方法中,基本事件有3个重要度:结构重要度、概率霞要度和临界霞要度。因为不知道给定系统基本事件的可靠度,所以本文采用结构重要度进行比较。在可靠性分配时,基本事件的初始可靠度取O.5。由于结构重要度的值等于各个基本事件发生概率为O.5时的概率重要度,则本文
利用概率重要度公式来计算结构重要度,从而得出结构重要
度顺序№J。
顶事件发生的概率为P(r),而系统的可靠度P(r)=l,如果所有基本事件相互独立,则
●
P(r)=∑Ⅱg‘‘13
(1)
』‘t‘E‘
式中q为第』个最小割集;七为最小割集总数;叮j为基本事件j的失效概率。
重要度分析确定各基本事件对顶事件的影响程度,即对系统的可靠性。重要度越大,顶事件发生的可能性就越大。即影响越显著,对系统的可靠性也就越小。
当各基本事件概睾口j为定值o.5时,可计算出概率重要
度。
,(1)=aP(r)/agl
(2)
则,(1)5叮39.叮5q6+叮294口7+93叮.gl+93口4q9。将叮j=0.5代入.得,(1)=O.4375。同理,(1)=,(2)=0.4375;,(3)=
J(4)=O.盯5;,(5)=,(6)=O.125;,(7)=,(8)=,(9)=O.2s。
从以上计算结果可以比较结构重要度大小顺序为:,(3)
;,(4)>,(1)=,(2)>,(7)=,(8)=,(9)>,(5)=,(6)。
上述重要度的计算结果表明.x3、以两个基本事件的置
要度最大,也即他们对故障发生的影响最严重,在主冷的运行
及操作中尤其要加以重视.但是也不能忽视其他次要事件的发生。要结合霞要度的结果,综合分析各个基本事件之间的内在联系.建立起一套完整的预防主冷凝蒸发器爆炸的措施。
由于缺乏各个基本事件的失效概率,无法对故障树进行定量分析。因此,本文应用故障树分析的方法最根本的目的
是找出导致事故发生的诸多闪索及其相巨之间的逻辑关系。
然后运用栩,赶的数学运算对各基本事件的影响程度进行比较.即进行定性评价。
5结论
应用故障树分析的方法对引起主冷凝蒸发器爆炸的影响因素进行分析。根据现场调研和对已发生事故的研究.找到了导致主冷凝蒸发器爆炸的9个重要Ilj素。通过对各影响因素的影响程度进行的定性分析.得到对主冷凝爆炸影响最大的两个因素.即挖制系统失效和液氧排放不连续。在安全生
万方数据
产过程中,要对其给予重视,避免事故的发生。
Re如他l・嘲I◆考文献):
[1]
cu
Fumin(顾福民).Expl∞i伽∽cidentof且ir弛pBmIi佣∞Iumnin90th肌dthejr
le哪ns[J】.正,叫n唧咖‘Ⅱ陀口耐5:弦cf口盼铀∞(低温
与特气),2002,20(1):33—36.
[2]DAIshuhe(蛾树和).£n∥Merf昭,b^oM加妇t∞Jl∞fo∥(工程风险分析技术)[M].Be讲“g:chemicalIndu8tryP陀蚋,200r7:76—77.
【3】
s0NG
Yu聃ning(宋无宁),wANGxin(王新)。zHAoYino“g(赵亦
农),eIa1.FauIt[J].如u,∞f∥s咖yl把e蛐aIyBismethodforair卵pamtingtowerexpl伽i∞
d村EMfronm小(安全与环境学报).2003。
3(2):69—70.
[4】
Hu
Ij们mei(胡连梅).Appljcmi佣0f劬lttr∞眦lys;sBpp哪chin栅alyzingthefailu陀ofcolordi叩Iay[J】.加Ir啪e,l‘ofnc^厅曲耻(仪表
技术).2009(12):7l一73.
[5】
FENG
ch曲ggen(冯长根).wANcD缸ia唱(王大祥),wANGYaj蚺(王亚,簪).eta1.Usinghultt肥e咖Iysiston|.d删tmaj盯fktomaf.
fectins了-A120,coatin即【J].如ur,I口l巧s咖竹口,ldE肋‘,on棚nl(安全
与环境学报)。2003,3(4):18—21.
[6]
HEMingli(何明礼),xIANcxiaodong(向晓东).CU0YinIi∞g(郭尹亮).New8ppro船honsy8tem陀IiabilitydiBt曲utionby印mP0肥ntimport鲫ceinf’rA[J].sq肛yD以En”i阳厅眦JlI“E,研肋酬,lg(安全与环境I:程).2009,16(4):62—65.
【7】
uuDondaj(刘东来).ushiq啪(李世泉).1’-eCAD或udyonfaIdtdi8印衄iso九heair.鸵parmionpl帅t[J】.c懈疵re如加f99y(深冷技
术)。1995(I):16一18.
Faun
tr∞粕alysis
methodforair鼬parating
major∞nde啦沿tion
eVaporator
AN
R蚰.YU
Xiao-chun
(Sch∞l
of
Mechnical
andP0wer
Engin∞ri唱。Nanji哩UIIi"玛时of
Tech肿logy.N蛐j啦210009。Chim)
Ab破ract:B且8ed硼tllet.1∞他tical舳dpmctjcal明alysisofla瑁enumbe鸺ofhome蛐dabroadexplosiveaccident8,tIli8papcraimstopresentanewapp玎。且chtoanalyzingeightslIlalle8tcuttingsets肌d幽Ie
corresponding
stmctuml眈quencesbyuBingtheFaultTreeAnaly8i8
met}10d粕dBooIeancalcuIugfbmuh.The80-calledfhult
tree
analv.
8iB(F1’A)methodhe咒u鸵d
i8
inclined
to
detect
maiorf如t0膳mat
myh8vesigni6cantimpactsontlleexpl08iveacciden幢oftlIefIl8jorconden8ationevapor8to惜.Fort-堆convefIienceofarIaly8iB,wehve
come
up
witllt}Ieconceptof
tIIreees鸵ntiakfortlleb∞icIikeIy∽ci-
dents:t-IeBtructu弛es跎ntial,thepmbabilityes跎ntiaI明dtlIecriti.caIityes鸵n“a1.0n山econditionwi山∞他鹰ard岫t|地tIIreeee鸵n.
tiaIsofbasicevenb,
“w舶011lypossible
to
seek
tlIe咖jor
c舢8eB
leading协山eexpl∞ionaccidenb
by眈ekingtlle
faIIIt
by删yzif唔
t.1emwithit8initiaJe8sentiaJ,whichi8equ8lto
0.5.However,tlIe
valueofst邢ctu肥eB鸵nlialisal∞eqIIaJ
to
tIIepmbabiIitye8∞ntialof
each
bl璩ic
event
pmbability.whichi8al∞equaltoO.5.0btainedbycoun“ngt}le
stⅢclurees跎ntiaJ。itc曲beconcludedt}Iatdi∞h町ging
a
cenainamountofoxv盛endiscon“nu叫8Iy蚰dt}Ieacc啪cY
ofmoni.
to—nRt}lecontmIsystemfailurearetwoba8iceventsthat啪yaccount
1.orLheaccident-incidence.ItmeanBthatdi8char只ing
a
certain啪ount
0foxygen
di明ontinuou8IyandtheaccumcyofmonitoringcontrDIsy5.
temfailu陀mayhave孵atestimpaclon山e蛔pevenbinlllefhtIlttree.Hence,inordertofeduce山eexploBiveaccident8oft-lemi叮condenBBtionevBporator,“i8of陀aIes8en‘ialtodischa艰ecertainamountofoxy霉encontinuousIy.Inaddition.theaccuracyofcon”ol
systemmonitoringis
al∞ofg陀ates∞ntial.The陀fo他,“i暑nece。蛆ry
toestabIishawhole赞tofexpl伽ionp他venti∞me髓u他Bofthe啪i舛conden%lionev且po陋tor,which8houldbecombinedwithtIle陀0uI嵋ofthejn试nsiclinkamonEthebasicevenls.Atthe阻me“me。otllerminorevenbshouIdn’lbeigno肥d.The佗fo忙.1IIefaultt他e蛐alysi|met}10disexpectedtobeinBpositiontopmVideaBigrI洒c明tf如nda.tion
for陀guIar明fepmductiont-latiBgoiI唱onintheⅡlajorconden阻-tioneVnpomtor.
Keywo曲:sarety
engineering;majorconden晤ti佣evapoml甜;“-
CLC
n啪ber:X913.4
pl‘,de;fhuIttI℃eanalysi8
D∞岫ent
c棚e:A
AnIde
m:1009.6094(加l1)03.0I“.02
165