薛榮 王大海 江一舟 劉寬 羅飛

摘要：隨著天然氣行業(yè)和城市交通的不斷發(fā)展，壓縮天然氣

（CNG）成為現(xiàn)代城市交通能源的重要組成部分，由于CNG具有易燃易爆的特點，其運行設備又處于高壓狀態(tài)，一旦發(fā)生事故，可能會對場站及周邊地區(qū)造成巨大傷害，CNG加氣母站作為生產壓縮天然氣的場所，其安全管理尤為重要。本文通過故障樹分析對CNG加氣母站主要事故進行分析，建立了CNG加氣母站失效故障樹，識別出引起CNG加氣母站失效的主要因素，并提出了相應的安全管理措施，對CNG加氣母站的安全管理有一定的指導意義。

關鍵詞：壓縮天然氣 ?加氣母站 ?故障樹 ?防護措施

0 引言

為了降低汽車廢氣排放，改善大氣環(huán)境，壓縮天然氣（ CNG）成為替代汽油、柴油的首選清潔燃料。該燃料能降低汽車運行費用，提高經(jīng)濟效益，延長汽車設備使用壽命，降低維修費用[1]。由于壓縮天然氣所具有的強大市場發(fā)展?jié)摿Γ陙恚?CNG加氣母站的數(shù)量逐年增加。但是，天然氣主要成分是甲烷，甲烷為一級可燃氣體，甲類火災危險性，爆炸極限為5%～15%，對空氣的比重為0.55，擴散系數(shù)為0.196，具有燃燒速度快、熱值高、易爆炸的特點。相對普通城市燃氣，CNG加氣母站內的氣體為20～25MPa的高壓天然氣。所以CNG加氣母站具有易燃、易爆、易產生靜電、易泄漏等危險特性，同時壓縮機、脫水撬等動設備較多，運行時處于高壓狀態(tài)，而CNG加氣母站一般處于城市周邊，一旦發(fā)生事故影響較大。因此，加強CNG加氣母站的安全管理，制定科學的安全防護措施，保證CNG加氣母站的連續(xù)安全平穩(wěn)運行，對CNG加氣母站的安全管理具有重要的意義。

1 故障樹分析

1.1 故障樹分析法簡介 故障樹分析法（FTA，F(xiàn)ault Tree Analysis）是對于一些不易形成邏輯圖的復雜系統(tǒng)進行風險識別和評價的一種有效的方法。故障樹分析法采用事件符號、邏輯門符號和轉移符號來描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關系。

故障樹是一種邏輯樹，其樹枝代表系統(tǒng)、子系統(tǒng)或元件的事故事件，節(jié)點代表事故事件之間的邏輯關系。邏輯門的輸入事件是輸出事件的“因”，邏輯門的輸出事件是輸入事件的“果”。故障樹的組成是從系統(tǒng)頂事件的根出發(fā)逐級向下發(fā)展繪制，直到事件概率已知的基本事件為止，在故障樹中表示事件之間最常用的邏輯關系是“與”和“或”。故障樹中采用的圖形符號有很多，表1列出幾種常用的符號。

故障樹分析在系統(tǒng)生產運行中能為事件是否失效提供判斷依據(jù)，有助于改進相關技術管理，促進完善的生產運行管理制度的建立，從而做好設備、安全控保裝置、壓力容器等的檢維修計劃和方案，達到預防為主、防治結合的目的。故障樹分析法是從系統(tǒng)到部件，再到零件的“下降形”分析的方法，具有可視性強、邏輯性強的特點，可以做定性分析，也可以做定量分析，體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法為基礎來研究安全方面問題的系統(tǒng)性、準確性和預測性。

1.2 故障樹分析基本程序

故障樹分析是系統(tǒng)可靠性和安全性分析的工具之一[2]。采用故障樹分析法建立故障樹的基本程序如下：①確定所分析的系統(tǒng);②熟悉所分析的系統(tǒng);③調查系統(tǒng)發(fā)生的事故;④確定故障樹的頂上事件;⑤調查與頂上事件有關的所有原因事件;⑥故障樹作圖;⑦故障樹定性分析;⑧定量分析;⑨安全性評價。

1.3 CNG加氣母站失效故障樹的建立 CNG加氣母站是為CNG加氣子站供應壓縮天然氣的加氣站，通過壓縮機加壓后充裝給槽車送至CNG加氣子站或城鎮(zhèn)燃氣公司的CNG供應站（儲配站或減壓站），供作汽車發(fā)動機燃料或居民、商業(yè)、工業(yè)企業(yè)生活和生產用燃料的系統(tǒng)。CNG加氣母站是一個復雜的系統(tǒng)，包括進站預處理、干燥脫

水、壓縮、冷卻、加氣、儲氣井等系統(tǒng)，其工藝流程如圖1所示。

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圖1 ?CNG加氣母站工藝流程圖

CNG加氣母站設備種類較多，工藝相對復雜，所以引發(fā)事故的因素是也多方面的、多層次的。從大量事故分析報告的統(tǒng)計結果來看，CNG加氣母站主要事故類型包括機械傷害、火災爆炸、觸電傷害等。引發(fā)事故的危害因素則有違章操作、設計缺陷、人為損壞、設備失效等。

根據(jù)選擇頂事件的原則，選取“CNG加氣母站失效”作為頂事件，將主要事故分為機械傷害、火災爆炸、觸電傷害三個類型，并假設這三類事故為獨立事件，然后再以這三類事故為次頂事件，采用類似方法繼續(xù)深入分析，直到找到代表各種故障事件的中間事件和底事件[3-7]，建立CNG加氣母站失效故障樹圖，如圖2所示。該故障樹共包含了25個底事件。故障樹中的中間事件符號和底事件事件符號所表示的含義見表2和表3。

表2 ?中間事件含義

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表3 ?底事件含義

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1.4 故障樹定性分析 故障樹分析中，將導致故障樹頂事件發(fā)生的數(shù)目不可再少的底事件的集合稱為最小割集。圖1所示故障樹中的底事件相互獨立，根據(jù)布爾代數(shù)法進行邏輯運算和化簡，則有：

T= X1 + X2+X3+X4+X5+X8X10+X8X11+X8X12+X8

X3+X8X14+X9X10+X9X11+X9X12+X9X13+X9X14+X15X10+X15X11+X15X12+X15X13+X15X14+X16X10+X16

X11 + X16 X12 + X16 X13 + 16X14+X17X10+X17X11+X17

X12+X17X13+X17X14+X18X10+X18X11+X18X12+X18

X13+X18X14+X20X21+X22X23

則CNG加氣母站失效故障樹的所有最小割集為：

{X1}，{X2}，{X3}，{X4}，{X5}，{X8，X10}，{X8，X11}，{X8，X12}，{X8，X13}，{X8，X14}，{X9，X10}，{X9，X11}，{X9，X12}，{X9，X13}，{X9，X14}，{X15，X10}，{X15，X11}，{X15，X12}，{X15，X13}，{X15，X14}，{X16，X10}，{X16，X11}，{X16，X12}，{X16，X13}，{X16，X14}，{X17，X10}，{X17，X11}，{X17，X12}，{X17，X13}，{X17，X14}，{X18，X10}，{X18，X11}，{X18，X12}，{X18，X13}，{X18，X14}，{X20，X21}，{X22，X23}

由此可知，該故障樹共有最小割集37個：5個1階最小割集、32個2階最小割集。一般來說，割集中所含基本事件數(shù)越少，其發(fā)生的概率就越大。因此，5個1階最小割集對整個系統(tǒng)的可靠性影響最大，是系統(tǒng)中的相對的薄弱環(huán)節(jié)，故引起CNG加氣母站失效的主要因素有：違章操作，斷、送電操作不當，絕緣保護失效，設計缺陷和人為損壞。

2 安全防護措施

CNG加氣母站具有高壓、易燃、易爆的特點，是具有較高危險性的作業(yè)場所，生產工藝較多且復雜，一旦出現(xiàn)事故，會產生較大損失或較嚴重后果。通過對故障樹的分析，識別出引起CNG加氣母站失效的主要因素：違章操作，設計缺陷，人為損壞，正常生產防護不當，斷、送電操作不當和設備失效。針對失效原因，給出以下CNG加氣母站安全防護措施建議。

2.1 加強管理制度建設，提高員工操作技能 在日常生產管理中應利用安全活動例會、生產例會和HSE教育不斷學習制度規(guī)范，常抓制度管理，使各項規(guī)章制度深入人心。做好站內操作人員的安全技術培訓，嚴格按照操作規(guī)程進行操作，并根據(jù)實際情況進行修改完善，提高員工操作技能。

2.2 加強設備安全管理，注重檢查維修工作 對設計缺陷的地方進行工藝改造。要做好設備的維護保養(yǎng)工作;對調壓、計量監(jiān)測、脫水、水露點檢測、過濾設備進行定期計劃檢修;定期進行春檢、秋檢，夏季注意消除靜電，冬季做好保溫工作;加強巡檢管理，及時發(fā)現(xiàn)和排除隱患，確保設備處于完好狀態(tài)。

2.3 嚴格執(zhí)行門禁管理，規(guī)范車輛人員管理 由于CNG加氣母站人員流動大，對于進站人員要做好人員登記、安全教育。對于客戶，認真檢查備案槽車的年度檢測報告等資料，槽車進站前檢查槽車車頭車掛號、余壓、防火帽和安全附件等。對于施工作業(yè)人員嚴格執(zhí)行“兩書一表”，并根據(jù)實際情況定期進行修訂完善。

2.4 扎實開展應急演練，提高安全防護意識 每月定期開展天然氣泄漏、緊急切斷閥異常關閉、UPS系統(tǒng)故障等應急演練活動，并對演練效果進行總結和分析，不斷完善應急預案，提高員工應急事故處理能力，使員工從“要我安全”到“我要安全”。

3 結論

本文總結了CNG加氣母站失效的原因，采用故障樹分析法對失效原因進行分析，建立了比較完整的CNG加氣母站失效故障樹，找出了影響CNG加氣母站失效的主要因素，并提出對應的安全防護措施，對CNG加氣母站的安全管理有一定的指導意義。

參考文獻：

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基金項目：本文為惠州市產學研結合項目：太陽能光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)開發(fā)及并網(wǎng)關鍵技術研究（2012B050013004）。