摘要：应用故障树对液体空分系统生产贮
运过程中的火灾爆炸事故进行分析，找出系统中火灾爆炸的基本事件，求出最小割集、径集，提出相应的预防控制措施。
关键词：液体空分火灾爆炸故障树分析控制措施
空分设备是石化行业重要的生产装置，由于其特殊的结构和内部化学品的理化特性，发生火灾爆炸的危险性较大。中国石化仪征化纤股份有限公司原有4套空分系统A 、B 、C 、D ，液化系统A 、B 两套，主要产品是液氮和氮气。随着公司大力推进降本减费、节能降耗工作的开展，公司将原有A 、B 空分装置进行了节能改造，新建E#液体空分装置，产品新增了液氧、氧气、液氩。投料运行良好，液体空分系统产品的品种有了增加，但是系统的危险性也大大提高，分析、控制空分系统的危险十分重要。
1液体空分工艺流程及主要危险化学品
仪化E#液体空分系统采用目前国内外最先进的第六代空分技术，即常温分子筛净化、规整填料型上塔、氮气增压循环、全精馏无氢制氩的内压缩液体空分流程，工艺流程主要分为：空气预冷纯化系统、氮气增压膨胀系统、氮氧精馏系
统、
液氩精馏系统、贮运系统，各系统包含的主要设备和存在的危险有害因素见表1。
表1危险有害因素分布
从表1可以看出，火灾爆炸主要存在于氮氧
精馏系统和贮运系统。
液体空分的原料为空气，空气中除了氧气、氮气外，还会有少量的水蒸气、二氧化碳、乙炔和其它碳氢化合物等气体以及少量的灰尘等污染物；液体空分的产品为液态或压缩的N 2、O 2、Ar ，均列
入了国家的
《危险化学品名录》，属于危险化学品，主要的危险性状如下。
孙志冶
（中国石化仪征化纤股份有限公司，江苏仪征211900）
收稿日期：2011-04-27作者简介：孙志冶，高级工程师，注册安全工程师，1999年毕业于南京化工大学安全工程专业，现在中国石化仪征化纤股份有限公司安全环保监督
部从事危险化学品、
关键装置安全管理工作。序号系统名称主要设备
主要危险有害因素
1
2
34
空气预冷纯化系统
氮氧精馏系统液氩精馏系统贮运系统
空气过滤器、原料空压机、空冷塔、分子筛纯化器
精馏塔
粗氩塔Ⅰ、Ⅱ、纯氩塔
液氩、液氧、液氮贮罐、槽车、管道
噪声、窒息、火灾、机械伤害、烫伤、触电爆炸，火灾、低温、窒息、高处坠落、触电、机械伤害
低温、窒息、高处坠落、触电、机械伤害
爆炸、火灾、窒息、低温、高处坠落、车辆伤害、触电
液体空分系统生产贮运过程火灾爆炸事故故障树分析
氧是助燃物质，能氧化大多数活性物质。与
易燃物（如乙炔、
甲烷等）能形成爆炸性混合物。常压下，氧浓度超过40％时，有可能发生氧中毒，液氧则可引起低温伤害。
氮、氩均为无色无味气体，常压下无毒，高浓
度时，会因氧气相对减少、
氧分压降低而发生窒息；接触液态氮、氩，可使皮肤冻伤。
乙炔是无色无味气体，因在碳氢化合物中爆炸敏感性最高而有着很高的危险性，与空气混合能形成爆炸性混合物，爆炸极限（体积分数）：
2.5%～100%，极易燃烧爆炸，遇明火、高热能引起燃烧爆炸，与氧化剂接触猛烈反应，经压缩或加热可造成剧烈爆炸。
2液体空分系统生产贮运过程中火灾爆炸事故故障树分析
本文将液体空分系统生产贮运过程中的火灾爆炸事故作为顶上事件进行分析，从而找出控制事故发生的措施。2.1编制故障树(图1)
图1液体空分系统生产贮运过程中火灾爆炸故障树
2.2故障树定性分析
2.2.1求取故障树的最小割集
使用布尔代数进行简化，求出本事故树的最小割集共有101个最小割集，故障树中最小割集越多，顶上事件发生的可能性就越多，系统就越危险。
2.2.2求取故障树的最小径集
利用对偶性作出成功树，求出故障树的最小径集为：
K 1={X 1，X 2，X 9，X 10，X 11}
K 2={X 1，
X 2，X 12，X 13，X 14}K 3={X 1，X 2，X 18，X 19，X 20，X 21，X 23，X 24，X 25，X 27}K 4={X 1，X 2，X 18，X 19，X 20，X 21，X 23，X 24，X 25，X 28}K 5={X 1，
X 2，X 18，X 19，X 20，X 22，X 23，X 24，X 25，X 27}K 6={X 1，X 2，X 18，X 19，X 20，X 22，X 23，X 24，X 25，X 28}K 7={X 1，X 2，X 21，X 23，X 24，X 25，X 26，X 27}K 8={X 1，X 2，X 21，X 23，X 24，X 25，X 26，X 28}K 9={X 1，X 2，X 22，X 23，X 24，X 25，X 26，X 27}K 10={X 1，X 2，X 22，X 23，X 24，X 25，X 26，X 28}
K 11={X 3，X 8，X 2，X 9，X 10，X 11}K 12={X 3，
X 8，X 2，X 12，X 13，X 14}K 13={X 3，X 8，X 2，X 18，X 19，X 20，X 21，X 23，X 24，X 25，X 27}K 14={X 3，X 8，X 2，X 18，X 19，X 20，X 21，X 23，X 24，X 25，X 28}
K 15={X 3，
X 8，X 2，X 18，X 19，X 20，X 22，X 23，X 24，X 25，X 27}K 16={X 3，X 8，X 2，X 18，X 19，X 20，X 22，X 23，X 24，X 25，X 28}K 17={X 3，X 8，X 2，X 21，X 23，X 24，X 25，X 26，X 27}
T 0
M 1M 2+
+
·
M 3
M 4
X 1+
M 6
M 7
+
+
M 12
+
X 15X 16
X 17
X 4
X 5X 6
X 7
X 8X 3
+
M 8·M 13
+
X 18
X 19X 20
X 9
X 10X 11+
M 9
X 12X 13X 14
+
M 11
X 23
X 24
X 25
+
M 16
M 5
X 2
·
M 10
X 18X 19X 20
+
M 19
X 26X 27
X 28
X 21X 22
·
M 15+
M 14
·
·M 17M 18+
T 0—液体空分系统火灾爆炸；M 1—精馏塔内火灾爆炸；M 2—贮运系统火灾爆炸；M 3—塔内可燃物富集；M 4—引爆源；M 5—液氧贮罐火灾爆炸；M 6—乙炔等碳氢化合物积聚；M 7—主冷附着油脂与油污；M 8—塔内固体微粒静电放电；M 9—液氧泄漏；M 10—点火源；M 11—罐体周围有可燃物；M 12—空气来源不清洁；M 13—塔壁静电接地不良；M 14—静电火花；M 15—雷击火花；M 16—明火；M 17—液氧贮罐静电放电；M 18—人体静电放电；M 19—液氧贮罐接地不良；X 1—纯氧；X 2—贮罐超压爆炸；X 3—塔内可燃物质摩擦生热；X 4—未对进塔空气进行检测；X 5—检测仪器故障；X 6—管道内有油脂油污；X 7—空气机使用润滑油；X 8—塔内固体微粒静电积聚；X 9—液氧贮罐泄漏；X 10—液氧阀门、管道连接处；X 11—液氧管道阀门未关好；X 12—附近有可燃气体大量排；X 13—罐外或管道外壁有油脂；X 14—其它可燃废弃物；X 15—吸风口选址不当；X 16—吸风口附近有可燃气体；X 17—吸风口附近有扬尘；X 18—未设静电接地装置；X 19—接地电阻不符合要求；
X 20—接地线损坏；X 21—直接或感应雷击；X 22—避雷针失灵；X 23—违章动火；X 24—槽车进入罐区未安装阻；X 25—罐区内吸烟；X 26—液氧贮罐静电积聚；X 27—化纤品与人体摩擦；X 28—作业中与导体接近
K18={X3，X8，X2，X21，X23，X24，X25，X26，X28}
K19={X3，X8，X2，X22，X23，X24，X25，X26，X27}
K20={X3，X8，X2，X22，X23，X24，X25，X26，X28}
K21={X4，X5，X6，X7，X15，X16，X17，X2，X9，X10，X11}
K22={X4，X5，X6，X7，X15，X16，X17，X2，X12，X13，X14}
K23={X4，X5，X6，X7，X15，X16，X17，X2，X18，X19，X20，X21，X23，X24，X25，X27}
K24={X4，X5，X6，X7，X15，X16，X17，X2，X18，X19，X20，X21，X23，X24，X25，X28}
K25={X4，X5，X6，X7，X15，X16，X17，X2，X18，X19，X20，X22，X23，X24，X25，X27}
K26={X4，X5，X6，X7，X15，X16，X17，X2，X18，X19，X20，X22，X23，X24，X25，X28}
K27={X4，X5，X6，X7，X15，X16，X17，X2，X21，X23，X24，X25，X26，X27}
K28={X4，X5，X6，X7，X15，X16，X17，X2，X21，X23，X24，X25，X26，X28}
K29={X4，X5，X6，X7，X15，X16，X17，X2，X22，X23，X24，X25，X26，X27}
K30={X4，X5，X6，X7，X15，X16，X17，X2，X22，X23，X24，X25，X26，X28}
K31={X3，X18，X19，X20，X2，X9，X10，X11}
K32={X3，X18，X19，X20，X2，X12，X13，X14}
K33={X3，X18，X19，X20，X2，X18，X19，X20，X21，X23，X24，X25，X27}
K34={X3，X18，X19，X20，X2，X18，X19，X20，X21，X23，X24，X25，X28}
K35={X3，X18，X19，X20，X2，X18，X19，X20，X22，X23，X24，X25，X27}
K36={X3，X18，X19，X20，X2，X18，X19，X20，X22，X23，X24，X25，X28}
K37={X3，X18，X19，X20，X2，X21，X23，X24，X25，X26，X27}
K38={X3，X18，X19，X20，X2，X21，X23，X24，X25，X26，X28}
K39={X3，X18，X19，X20，X2，X22，X23，X24，X25，X26，X27}
K40={X3，X18，X19，X20，X2，X22，X23，X24，X25，X26，X28}
2.3分析结论
故障树最小径集越多，代表控制事故不发生的途径越多，系统就越安全。本故障树有40个最小径集，但是，基本事件X1纯氧是正常工况下的事件，不能阻止其发生，因而，包含X1在内的K1～K10不能成为控制事故发生的措施；基本事件X3是主冷可燃固体摩擦生热,由于分子筛局限性吸附的特点，使极少部分碳氢化合物随空气进入空分塔中，并随着量的增加而以固体形式从液氧中析出并聚集，这些固体颗粒互相摩擦或者与塔壁及通道壁发生摩擦，就会产生热量和静电。如果要使X3不发生，就要提高分子筛吸附纯化的能力，保证碳氢化合物杂质在进入精馏塔前全部被吸附，但是，就目前分子筛的能力而言，无法做到，因而，包含X3基本事件的最小径集K11~K20，K31~K40也无法成为有效的控制措施。最后只剩下10个途径了，K21、K22各含有11个基本事件；K23~K26各含有16个基本事件；K27~K30各含有14个基本事件，控制包含基本事件最少的最小径集，是控制事故发生的第一方案，那么K21、K22成为控制事故发生的第一方案，K27～K30为第二方案，K23～K26为第三方案。
从3个控制方案中发现，每个方案都是阻止生产、贮运系统火灾爆炸三要素中的一项或多项，从而来阻止事故发生。
3危险有害因素控制措施
3.1精馏塔碳氢化合物超标控制措施
乙炔等碳氢化合物含量超标及油脂油污的附着是精馏塔发生火灾爆炸的主要原因，应采取如下措施进行控制。
a）保证压缩空气来源清洁，吸风口要选址得当，不能选在可能产生可燃气体的装置下风向；吸风口附近空气应保证无污染，周围无可燃气体排放、无扬尘，吸风口空气应定期进行含量分析。
b）严格控制进入精馏塔的乙炔、二氧化碳和碳氢化合物含量，对进塔空气进行检测分析，设定报警极限和停车极限；对主冷液氧中乙炔和碳氢化合物的浓度至少每天测定一次，并做好记录。一旦发现超标，应尽快查明含量增高的原因并进行消除。按期检验检测报警仪器，使之处于完全监控状态。
c）应使用无润滑油空压机，进塔管道严格脱脂，防止油脂和油污附着在主冷设备。
d）为了不致主冷产生碳氢化合物的浓缩和积聚，应保持主冷液氧液面全浸式操作，并进行安全液氧排放，应保证数量不低于氧气产量1%的
液氧连续从精馏塔中抽出。
3.2液氧贮罐泄漏控制措施
液氧罐的泄漏是贮运系统最大危险因素，应采取如下措施，确保液氧贮罐罐体及液氧阀门、管道连接处完好，无泄漏。
a）应严格按照作业指导书要求操作氧气阀门，非调压阀不允许做调压阀用。
b）加强液氧贮罐、管道、阀门的巡检，发现泄漏及时采取措施，液氧贮罐周围禁止贮存、放置可燃物品，不得有可燃气体排放，如发现液氧贮罐周围有大量可燃气体排放，应立即查明原因，并采取措施，驱散可燃气体。
c）在液氧贮罐、管道、阀门等氧气可能增浓的部位设置氧气浓度检测仪，防止氧气的局部增浓，超过设定浓度要进行强制通风。
3.3管道、设备设施控制措施
a）严格忌油和油脂。凡是和氧接触的部位和零件，包括用于氧气的管道、管件、阀门及其他一切接触氧气的附件，都要确保绝对的无油和无油脂。在安装、使用前都必须事先进行脱脂清洗。
b）空分装置所有承压设备和管道都应配置适用的安全阀或爆破片，并进行定期检验，确保其处于良好的工作状态。贮罐安装超压报警系统，对压力进行实时监控，报警系统必须定期检查。
c）精馏塔中的主冷凝蒸发器及塔壁必须采取接地措施，以防止冷凝蒸发器的静电感应引起乙炔等碳氢化合物积聚、放电；液氧贮罐应进行防雷防静电接地，以避免雷击和静电积聚。要定期对接地装置、接地线进行检测，确保防雷防静电接地装置完好、有效。
d）液体空分系统生产区和贮存区域要设置足够的灭火设备。
3.4进入液体空分生产贮运区域控制措施
a）液体空分生产贮运区域应与其他区域进行隔离，入口处应设置“禁止吸烟”、“禁止明火”之类的醒目警告牌，并悬挂危险警示标识，告知危险及发生事故的应急处置措施。
b）严禁外来人员带入火种，进入罐区车辆应按要求安装阻火器，严禁违章动火，若确需进行用火作业，则必须采取可靠措施，确保工作区空气中氧浓度不增高，并要在专职安全人员的监督下才能进行。
c）严格进入液体空分生产贮运区域人员劳保着装:①空分生产区现场人员的衣着必须无油和油脂；②不得穿着带有铁钉或任何钢质件的鞋子进入空分生产区，以免由于摩擦产生火花而导致火灾的发生；③作业人员应穿棉织品的内衣和外衣，外来人员在富氧环境中不要快速脱合成纤维衣物，作业中勿接近导体。
3.5加强安全管理，制定应急预案
a）认真贯彻落实各级安全生产责任制，制定并严格执行各项安全生产规章制度及作业指导书，严格执行中石化及公司安全生产禁令。
b）按要求配备特殊劳动防护用品和安全设施，定期检查空气呼吸器、氧气检测报警仪、应急灯，确保完好使用；定期检查和校验安全阀和安全报警系统，使之处于完好状态。
c）编制液氮、液氧、液氩MSDS，发放至相关岗位，便于员工获取，使员工掌握所接触的危险化学品的性状和常识。
d）对可能发生的事故应进行充分的预测，编制切实可行的应急预案，对员进行培训，定期组织演练，以提高员工对突发事故的应急处理能力。
4参考文献
[1]国家安全生产监督管理总局编.安全评价（上册）[M].第3版.北
京：煤炭工业出版社，2005
[2]母元江,王丰主编.油库安全系统工程[M].北京：中国石化出
版社，2007
Fault Tree Analysis of Fire and Explosion Incident in Liquid Air Separation System during Production and Storage Process
Sun Zhiye
(SINOPEC Yizheng Chemical Fiber Co.,LTD., Jiangsu,Yizheng,211900)
Abstract:Fault Tree Analysis was used to analyze fire and explosion incident in liquid air separation system during the process of storage and production.The basic event for the fire and explosion in the system was found,as well as the minimum cut set and diameter set.Corresponding prevention and control measures were given.
Key words:liquid air separation;fire and explosion; fault tree analysis;control measures H SE