空分主冷凝蒸发器爆炸的故障树分析

第11卷第3期妻全与郑境季Vol 11 No. 32011年6月Joumal of Safety and EnvironmentJune, 2011文章编号:100-604(2011)093016402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主冷凝蒸发器爆炸的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。它借助于从上塔下流的液氧蒸发来冷凝由下塔上升的故障树分析气氮,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安然,於孝春时候,由于它们在液氧液空中的饱和蒸气压极小,无法随蒸南京工业大学机械与动力工程学院南京21000)发气体带走,极易在主冷处被数倍数十倍的浓缩;而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摘要:基于故障树分析的方法结合大敞国内外曾发生的事故,以的主冷处很容易发生爆炸事故。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2空分主冷凝蒸发器爆炸的故障树图的建立续这两个基本事件的重要度最大,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。因此为了防止主冷爆炸的发生,要连续排放一定量的液氧,且控制系统监控的准确性也故障树是特殊的倒立树状逻辑因果关系图,把各事件之是非常重要的。间的因果关系利用事件符号、逻辑门符号描述出来。本文根关键词:安全工程;主冷凝蒸发器;爆炸;故障树分析据某厂提供的资料,并通过大量的国内外发生的事故,结合本中图分类号:X9134文献标识码:A厂的实际情况,总结若干导致空分主冷凝蒸发器爆炸事故Dol:10.3969/j.isn.1009609.2011.03.040(T)的因素引言1)液氧中可燃物含量超标(E1);引火源(E2);碳氢化合物含量超标(E3);静电火花(E4);撞击火花(E);分子筛吸附近年来随着国民经济的日益增长,在冶金、石化、化工和器失效(E6)航天等工业领域,大中型空分设备得到迅速发展和广泛应用。2)分子筛吸附饱和(X1);分子筛吸附能力差(x2);控制20世纪影响最大的马来西亚某公司空分设备的大爆炸、我国系统失效(X3);液氧排放不连续(X4);固体碳氢化合物与器某钢铁厂600m3/h空分设备主冷爆炸以及某乙烯化工有限壁及主冷通道的摩擦撞击产生电压(X5);接地不良(x6);压公司600m/h空分设备的空分塔爆炸等都造成了不同力脉冲(x,);气流冲击(X3);固体颗粒摩擦撞击(x,)。空分程度的人员和财产损失。这些爆炸均为主冷爆炸空分设备主冷凝蒸发器的故障树图见图1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3最小剖集的求解素很多,为系统分析不同因素对爆炸的影响将故障树分析的如果顶事件(T)发生,则根据布尔代数运算法则求解得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T=E1E2=(E3X4)(E4+E5)=(E6X3X)(X5X6+的影响因素。X+X8+X)=[(X1+X2)X3Xl](X3k6+x+X3+X)=20世纪60年代美国首先在民兵式导弹发射控制系统的(x1x3X4+x2xx)(x3x+x,+X+x)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xx2x,x3x+x2x3x,x3x+x1xx,x+Xxx,x1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X1X3X4X+2Mx+k2X3X4k3+X2x3X4X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2宋元宁等3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“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。冯长根等应用故障树分析法得出对涂层质量影响最大的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,da普收稿日期:2010-08-09图1空分主冷凝燕发器爆炸故障树图作者篇介:安然,硕土研究生,从事压力容器与管道的可靠性分析F.1 Diagn of fok tree of a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, yunchun@ sna. CU542011年6月安然,等:空分主冷凝蒸发器爆炸的故障树分析Ine, 2011该故障树共有9个基本事件,计算得到最小割集8个。产过程中要对其给予重视避免事故的发生。(参考文獻):月=1xXP1};P=1Xx,;1 GU Fumin(顾福民). Explosion accident of air separation column iP6=IX2 X,X X,I P,=lX2 X,X, X,I: Ps= X2X,XXgI90th and their lessens[ J]. Low Temperature and Specialy Gases(E与特气),2002,20(1):33-36结构重要度分析[2] DAI Shuhe(戴树和).Eng; ineering risk analysis technolog(工程风險分析技术)[M]. Beijing: Chemical InduStry Pre,2007:76-77根据四元、五元最小割集各自出现的频率不同,由近似判(3] SONG Yuanming宋元宁), WANG Xin(王新), ZHAO Yinong((赵亦R),e al, Fault tree analysis method for air separating tower exp断法得出基本事件的结构重要度为:l(1)=I(2)、(3)=[J]. Journal of Safety and Environment(安全与环境学报),2003(2):69-70.r(4)、(5)=I(6)、I(7)=I(8)=I(9)。因此,只要判斷[4] HU lianmei(胡连梅). Application of fault tree(1)、I(3)、I(5)、(7)的大小即可。analyzing the failure of color display[门]. Instrumental Technique(仪表技术),2009(12):71-73在故障树分析方法中,基本事件有3个重要度:结构重要[5] FENG Changgen(冯长根), WANG Daxiang(王大祥), WANG Yaju度、概率重要度和临界重要度。因为不知道给定系统基本事王亚军),etal. Using fault tree analysis to find out major factors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cting Al20, coating[ J]. Journal of Safety and environmen(*A配时,基本事件的初始可靠度取0.5。由于结构重要度的值6] HE Mingli(何明扎), XIANG Xiaodong(向晓东), GUO Yiliang(郭等于各个基本事件发生概率为05时的概率重要度,则本文AfE). New approach on system reliability distribution by componentimportance in FTA[J]. Safety and Environmental engineering(*A利用概率重要度公式来计算结构重要度,从而得出结构重要与环境1程),200,16(4):62-65度顺序6。[7] LIU Donglai(刘东来),凵 Shiquan(李世泉). The CAD study on faultagnosis of the air-separation planti[. Cryogenic Technolog(深冷技顶事件发生的概率为P(T),而系统的可靠度P(T)=1术),1995(1):16-18如果所有基本事件相互独立,则Fault tree analysis method for air separating7(1) ajor condensation evaporatorAN Ran, YU Xiao-chun式中c为第j个最小割集;k为最小割集总数;q为基本事( School of Mechanical and Power Engineering, Nanjing University of件i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Abstract: Based on the theoretical and practical analysis of large影响越显著,对系统的可靠性也就越小。present a new approach to analyzing eight smallest cutting sets and the当各基本事件概率q;为定值05时,可计算出概率重要 corresponding structural" equences by using the Fault Tree Analysis(1)=aP(T)/q(2) may have significant impacts on the explosive accidents of the major则I(1)=q3q49596+q2q4q+qq4q+q3q49将q;=0.5代condensation evaporators. For the convenience of analysis, we havecome up with the concept of three essentials for the basic likely acci-人,得I(1)=0.4375。同理(1)=1(2)=04375;/(3)= dents; the structure essential, the probability essential and the criti1(4)=0.875: 1(5)=1(6)=0.125: /(7)=1(8)=1(9)=0.25. cality essential. On the condition with no regard to the three easels of basic events, it was only possible to seek the major causes从以上计算结果可以比较结构重要度大小顺序为:1(3) leading to the explosion accidents by seeking the fault by analyzingI(4)>I(1)=1(2)>(7)=I(8)=l(9)>(5)=(6)。them with its initial essential, which is equal to 0.5.However,the上述重要度的计算结果表明,X3X4两个基本事件的重 value of structure essential is also equal to the probability essential of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each basic event probability, which is also equal to 0.5. Obtained bycounting the structure essential, it can be concluded that discharging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_ certain amount of oxygen discontinuously and the accuracy of moni发生。要结合重要度的结果,综合分析各个基本事件之间的 toring the control system failure are two basic events that may accountfor the accident-incidence. It means that discharging a certain amount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。 of oxygen discontinuously and the accuracy of monitoring control sys由于缺乏各个基本事件的失效概率,无法对故障树进行 tem failure may have greatest impact on the top events in the fault定撒分析。因此,本文应用故障树分析的方法最根本的目的tce. Hence, in order to reduce the explosive accidents of the major是找出导致事故发生的请多因素及其相互之间的逻辑关系。= mount of oxygen continuousl:hdeu然后运用相应的数学运算对各基本事件的影响程度进行比 ystem monitoring is also of great essential. Therefore, it is necessary较,即进行定性评价。to establish a whole set of explosion prevention measures of the majorcondensation evaporator, which should be combined with the results5结论of the intrinsic link among the basic events. At the same time, otherminor events shouldn t be ignored. Therefore, the fault tree analy应用故障树分析的方法对引起主冷凝蒸发器爆炸的影响method is expected to be in a position to provide a significant founda因素进行分析。根据现场调研和对已发生事故的研究找到 tion evaporatortion for regular safe production that is going on in the major condensa了导致主冷凝蒸发器爆炸的9个重要因素。通过对各影响因 Key words: safety engineering; major condensation evaporator;拿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,即控制系统失效和液氧排放不连续。在安全生 Article ID:l0096094(2011)030ode:ACLC number: x913 4165