基于动态事件树的液氯储罐安全系统的风险分析

姚见 辛承锐 马东池 田宏

【摘 要】本文由液氯储罐安全系统的可靠性出发，对液氯储罐进行安全风险分析。利用动态事件树分析方法，给出了基于蒙特卡洛模拟的仿真策略，确定出液氯储罐安全系统的可靠性水平，提出综合改进措施，提高其系统可靠性。

【关键词】动态事件树；液氯储罐；风险分析

我国化工企业共发生51起大典型事故，其中液氯排在第一位。液氯安全系统在性能不断提高的同时，其整体的复杂性急剧增加，无论系统任何部分出现非正常情况都可能对系统的状态产生影响。为了能有效地应用系统的动态特性，事故场景的动态变化能展现出来，动态安全性分析方法于近年逐渐被开发，动态分析的方法主要有事件序列图、连续事件树、动态故障树和动态事件树分析等。在这些动态分析方法中，动态事件树分析是其中比较典型的方法之一。

一、方法选择

（一）动态事件树

动态事件树是一种利用计算机进行仿真模拟的方法，主要以连续事件树为基础，能够全面的建立整个系统的演化模型。主要包含的措施有：离散化连续的时间；增加了事件发生概率的动态变化；优化选取仿真策略等。动态事件树分析的思想主要是：系统的状态会跟随着变化的时间，在相异因素（人为操作、硬件失效、过程变量等）的诱导作用下而出现持续的变化，且变化后拥有不确定性的系统状态，即在设定的初始条件下，经过数次触发系统，其状态将进行不同方向的演化。[1]

（二）蒙特卡洛模拟

蒙特卡洛方法即统计模拟的方法，主要是指应用随机数来协助解决大多有关计算类问题的方法。蒙特卡洛方法的基本思想是当所要研究的结果是出现某一时间的概率，或者是某个速记变量的期望值时，就需要借助一种特定的“实验性”的方法，从而得出该种事件情形发生的概率，或者得到该随机数的一个平均值，并应用这些结论来解决相关试用的问题。

二、液氯储罐安全系统的风险分析

（一）实例背景

液氯泄漏后迅速气化成氯气，是一种强烈的刺激性气体，根据危险化学品名录氯气属于剧毒品。液氯泄漏所致中毒是常见的重大事故，时常引发及其严重的事故后果和巨大的经济损失。液氯储罐应安装有以下安全系统：浓度传感器、自动关断系统、报警器、手动关断系统、防火系统和灭火系统。现对其进行安全风险分析。

（二）各系统失效概率的确定

传统的事件树分析中，安全屏障的失效概率虽是确定的值，但是由于受到环境因素、操作因素、技术因素、组织管理因素等的影响，安全屏障元件上存在漏洞或缺陷会使安全屏障的功能降级、受损。这些漏洞随着时间在不断变化，当某一瞬间每层安全屏障上的缺陷排列在一条直线上，安全屏障的失效概率更倾向于服从某种确定的概率分布。因此，采用概率密度函数能够更加准确地描述安全屏障的失效概率。对液氯储罐安全系统的失效概率进行了确定，如图1所示。

（三）动态事件树的构建

以液氯泄漏为异常事件進行研究，此异常事件可能产生3种结果事件：安全（A），火灾（B），中毒（C）。事件树如图2所示。[2]

系统状态标记为U（1，n），V（1，n），W（1，n），其分别表示为安全、火灾和中毒的发生概率，初始状态为液氯泄漏。为了方便数据的管理和操作，用G，h，i，j，k，l分别表浓度传感器、自动关断系统、报警器、手动关断系统、防火系统、灭火系统的失效概率。设置仿真时间为11小时。具体流程如下：1.设置初始事件；2.各系统失效概率的拟合；3.应用蒙特卡洛方法生成随机数；4.将产生的随机数输入到事件树中；5.产生各事件发生概率。利用matlab中进行数据拟合，并利用蒙特卡洛模拟产生随机数，产生的随机数即为所要时间点的该系统失效概率，将产生的随机数输入到事件树中，进行该时间点的概率模拟计算，并生成该时间点三种后果的概率大小，进而进行分析和预测。

（四）安全风险分析。经过长仿真运算后，其事件发生概率如下图所示：

从上图中可以看出液氯储罐的总体安全性能稳定，但是安全发生的概率先降低后增加，最终趋于0.49；火灾发生的概率先增加后降低，最终趋于0.3；中毒发生的概率最终趋于0.21。这说明随着设备的运行，液氨罐区总体安全性基本保持不变。在控制其他安全系统的风险发生概率一定的情况下，各部分控制的概率为其平均值，分别对报警器、手动关断系统、灭火系统进行仿真。

三、结论

本文应用蒙特卡洛模拟对事件发生可能性进行预测，同时对安全系统整体的影响进行模拟及可能性发展趋势进行预测。主要结论如下：

（1）构建了主要设备风险因素失效事件树，建立适应性较强的液氯储罐安全系统的风险分析。

（2）利用蒙特卡洛模拟，实现对失效可能性与动态评价过程的有效结合。

（3）通过对液氯储罐安全系统进行风险分析，说明了本文方法的合理性。

【参考文献】

[1]周忠宝，周经伦，董豆豆.动态事件树的导弹安全自毁系统安全性评估[M].北京：火力与指挥控制，2008（4）

[2]杜振国，罗鹏程，厉海涛，潘正强.基于动态事件树的安全风险分析方法[J].北京：科学技术与工程，2011（22）

[3]严蔚敏，吴伟民.数据结构[M].北京：清华大学出版社，2003