陳 雪，李德順，韓恩慧

(沈陽(yáng)理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110159)

危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)爆炸事故貝葉斯網(wǎng)絡(luò)研究

陳 雪，李德順，韓恩慧

(沈陽(yáng)理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110159)

危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)、爆炸事故發(fā)生頻率偏高，一旦發(fā)生事故，后果十分嚴(yán)重。分析危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)爆炸特點(diǎn)，闡述事故樹(shù)分析步驟，編制危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)爆炸事故樹(shù)，運(yùn)用事故樹(shù)向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化原則，得到危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)爆炸貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算各基本事件后驗(yàn)概率，為預(yù)防危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)事故的發(fā)生提供理論參考。

危險(xiǎn)化學(xué)品；事故樹(shù)；貝葉斯網(wǎng)絡(luò)；后驗(yàn)概率

危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存量大,極易引發(fā)火災(zāi)爆炸事故,由于危險(xiǎn)化學(xué)品具有易燃、易爆、腐蝕、毒害、放射性等危險(xiǎn)性質(zhì)，并在一定條件下能引起燃燒、爆炸，并導(dǎo)致人體中毒、灼傷、死亡等事故[1]。不同危險(xiǎn)化學(xué)品的性質(zhì)不同，發(fā)生事故進(jìn)行撲救必須采取不同的措施，一旦采用的方法不符合要求，很可能引發(fā)更嚴(yán)重的事故。所以，需提高化學(xué)品的安全保障，減少事故的發(fā)生。

通過(guò)事故樹(shù)分析事故原因主要是得到最小割集，找出發(fā)生事故的主要原因并采取對(duì)應(yīng)的措施。由于導(dǎo)致事故發(fā)生的因素有很多，事故樹(shù)復(fù)雜并且得到的結(jié)果主觀性強(qiáng)，所以對(duì)于較復(fù)雜的系統(tǒng)不宜使用事故樹(shù)。事故樹(shù)和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)很相似，但貝葉斯網(wǎng)絡(luò)具有描述事件的多態(tài)性和故障關(guān)系非確定性的能力，所以更適用于較復(fù)雜的系統(tǒng)。本文通過(guò)事故樹(shù)轉(zhuǎn)換成貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，研究事故發(fā)生的原因，進(jìn)行定量分析，得到防止事故發(fā)生的有效方法。

1 危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)爆炸特點(diǎn)

危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存一般是在密閉的容器中，當(dāng)可燃物泄漏，一旦遇到火源或倉(cāng)庫(kù)溫度達(dá)到危險(xiǎn)化學(xué)品燃點(diǎn)，都會(huì)造成火災(zāi)爆炸事故。由于危險(xiǎn)化學(xué)品燃燒迅速，不易被撲滅，可造成附近危險(xiǎn)化學(xué)品燃燒，形成連鎖性爆炸。

一般情況下，危險(xiǎn)化學(xué)品火災(zāi)不容易被控制，這是因?yàn)閭}(cāng)庫(kù)中各類管道縱橫交錯(cuò)，極易造成危險(xiǎn)化學(xué)品溢散，從而導(dǎo)致立體火災(zāi)的發(fā)生[2]。倉(cāng)庫(kù)中危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存量大，發(fā)生火災(zāi)不能用普通辦法撲滅，危險(xiǎn)化學(xué)品燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，這些都會(huì)增加救援難度。

一旦發(fā)生事故，往往會(huì)使整個(gè)倉(cāng)庫(kù)毀于一旦，并可能波及附近的倉(cāng)庫(kù)、設(shè)備等，造成人員傷亡。

2 事故樹(shù)分析法在危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用

2.1 事故樹(shù)分析

事故樹(shù)分析法(Fault Tree Analysis)運(yùn)用演繹法逐級(jí)分析，尋找導(dǎo)致某種故障事故的各種可能原因，直到最基本原因，并通過(guò)分析邏輯關(guān)系確定潛在的風(fēng)險(xiǎn)故障，以便采取防范措施[3]。事故樹(shù)由輸入符號(hào)或關(guān)系符號(hào)組成，用以分析系統(tǒng)的安全或運(yùn)行功能問(wèn)題，并為判斷災(zāi)害的發(fā)生途徑及災(zāi)害與傷害之間的關(guān)系提供一種最形象、最簡(jiǎn)潔的表達(dá)方式[4]。事故樹(shù)將不希望發(fā)生的重大風(fēng)險(xiǎn)作為頂上事件，頂上事件由多個(gè)中間事件組成，中間事件由多個(gè)基本事件組成，形成一個(gè)有向樹(shù)形圖，求事故樹(shù)的最小割集或最小徑集，算出每個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，將基本事件的結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行排序，依據(jù)輕重緩急采取有效措施。

2.2 危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)爆炸事故樹(shù)的繪制

通過(guò)查閱資料及對(duì)事故案例分析，結(jié)合危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理相關(guān)規(guī)程，針對(duì)倉(cāng)庫(kù)中危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，通過(guò)事故樹(shù)分析，對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存中可能發(fā)生的事故由因果關(guān)系表現(xiàn)出來(lái)，具體如圖1所示，表1是對(duì)事故樹(shù)的解釋說(shuō)明。

3 事故樹(shù)關(guān)系的貝葉斯表示

3.1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是將概率論和圖論相結(jié)合的產(chǎn)物[5]。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)用有向無(wú)環(huán)圖表示，圖形表示事故因素的關(guān)系，并且能夠?qū)⒉淮_定的信息連接起來(lái)；貝葉斯網(wǎng)絡(luò)還具有描述事件多態(tài)性和故障關(guān)系非確定性的能力，適應(yīng)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的安全性進(jìn)行分析[6]。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)通過(guò)時(shí)間積累，可隨時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，提高故障診斷能力[7]。

圖1 危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)爆炸事故樹(shù)

圖1中：T為頂上事件(火災(zāi)爆炸事故)；A1、A2、M1、M2、M3、M4、M5、B1、B2、B3、B4為中間事件；X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19為基本事件。

3.2 事故樹(shù)轉(zhuǎn)化貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

事故樹(shù)中運(yùn)用較多的是與門、或門等，事故樹(shù)與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的主要映射關(guān)系如圖2～圖3所示。

表1 事故樹(shù)中各代碼的含義

圖2 與門轉(zhuǎn)化

圖3 或門轉(zhuǎn)化

根據(jù)事故樹(shù)轉(zhuǎn)換貝葉斯網(wǎng)絡(luò)原則，將危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)爆炸事故樹(shù)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，如圖4所示。

圖4 危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)爆炸的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

3.3 概率計(jì)算

先驗(yàn)概率是依據(jù)以往的記錄及分析資料而確定的各事件的發(fā)生概率為其先驗(yàn)概率[8]。后驗(yàn)概率是指通過(guò)獲取的新附加信息對(duì)先驗(yàn)概率進(jìn)行修正后所得的更為符合實(shí)際的概率數(shù)值[9]。

收集、整理某一地區(qū)從1995～2016年危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)發(fā)生事故的資料，如表2所示。

通過(guò)表2計(jì)算每小時(shí)基本事件出現(xiàn)的概率，得到先驗(yàn)概率；利用Matlab中的BN推理工具軟件包得到危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)爆炸事故基本事件的后驗(yàn)概率、中間事件的邊緣概率及后驗(yàn)概率，見(jiàn)表3和表4所示，并得到事故頂上事件的發(fā)生概率為8.933×10-4。

表2 事件發(fā)生次數(shù)

表3 基本事件的先驗(yàn)概率及后驗(yàn)概率

表4 中間事件的邊緣概率及后驗(yàn)概率

由表3可知，基本事件對(duì)事故發(fā)生影響程度按照由大到小排序依次為X1、X2、X4、X19、X17、X15、X6、X11、X10、X5、X14、X18、X3、X13、X12、X16、X9、X7、X8。由此可見(jiàn)，事故發(fā)生的主要原因是由于作業(yè)人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏所致。

由表4可知，中間事件對(duì)事故發(fā)生影響程度按照由大到小排序依次為A1、B1、B2、A2、M5、M3、M1、M4、B3、M2、B4，得出中間事件危險(xiǎn)品泄漏對(duì)事故發(fā)生影響較大。

3.4 改進(jìn)措施

(1)嚴(yán)格按照危險(xiǎn)化學(xué)品性質(zhì)進(jìn)行分類、儲(chǔ)存，不能將不相容的危險(xiǎn)化學(xué)品共同儲(chǔ)存，使用正確的儲(chǔ)存容器，遠(yuǎn)離火源，倉(cāng)庫(kù)的溫度要保持在一定范圍內(nèi)，不能達(dá)到危險(xiǎn)化學(xué)品的危險(xiǎn)值。按照倉(cāng)庫(kù)設(shè)定的用途進(jìn)行使用，針對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品的性質(zhì)布置滅火設(shè)施。

(2)危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)中危險(xiǎn)因素多，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、安全管理人員、倉(cāng)庫(kù)管理人員定期對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行實(shí)地檢查，不能漏掉任何一個(gè)存在危險(xiǎn)因素的環(huán)節(jié)，甚至是極小的危險(xiǎn)因素，一旦出現(xiàn)泄漏情況要及時(shí)處理，保障儲(chǔ)存環(huán)境良好。

(3)加強(qiáng)對(duì)人員的培訓(xùn)，制定明確的管理制度，對(duì)倉(cāng)庫(kù)的管理人員進(jìn)行定期培訓(xùn)及考核，保證作業(yè)人員在管理危險(xiǎn)品時(shí)能夠明確安全管理知識(shí)，不能違反操作規(guī)程，提高作業(yè)人員預(yù)防事故和及時(shí)處理突發(fā)事故的能力，各個(gè)區(qū)域都要有相應(yīng)的人員負(fù)責(zé)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在收集事故案例的基礎(chǔ)上，分析了危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性，運(yùn)用事故樹(shù)分析程序，編制了危險(xiǎn)化學(xué)品火災(zāi)爆炸事故樹(shù)，直觀地呈現(xiàn)了事故因果關(guān)系。

將事故樹(shù)轉(zhuǎn)換貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算了火災(zāi)爆炸事故基本事件和中間事件的后驗(yàn)概率，得到了基本事件對(duì)事故的影響程度，為分析火災(zāi)爆炸事故原因及預(yù)防事故發(fā)生提供了參考。

[1]余華，何學(xué)秋.倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)特點(diǎn)、原因及防范對(duì)策探究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2005,1(5)：85-87.

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(責(zé)任編輯：趙麗琴)

Research on Dangerous Chemical Warehouse Fire And ExplosionAccident Based on Bayesian Networks

CHEN Xue,LI Deshun,HAN Enhui

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

The frequency of dangerous chemical warehouse fire and explosion accident is too high.The characteristics of dangerous chemical warehouse fire and explosion are analyzed.The steps of accident tree are stated and the fire and explosion accident tree of dangerous chemical warehouse is compiled.The principle of transformation from accident tree to Bayesian network is used to get Bayestian Networks of dangerous chemicals warehouse fire and explosion.The posterior probability of each basic event is calculated.A theoretical reference is oblained for the prevention of dangerous chemicals warehouse accidents. Key words： dangerous chemical;accident tree;bayesian network;posterior probability

2016-12-21

陳雪(1990—)，女，碩士研究生；通信作者：李德順(1980—)，副教授，博士，研究方向：系統(tǒng)危險(xiǎn)評(píng)價(jià)與控制。

1003-1251(2017)03-0106-05

X937

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