无水氟化氢泄露事故的鱼刺图与事故树分析

李 涛，蒋复量，王 者

(1.南华大学 资源环境与安全工程学院， 湖南 衡阳 421001；2.中核二七二铀业有限公司，湖南 衡阳 421004)

无水氟化氢(Anhydrous Hydrogen Fluoride,简称AHF)是铀转化生产的必备原料之一，主要用于电解制氟(氟化生产)及氢氟化生产，由于其特殊理化性质，确保安全储送是保证人员与生产正常进行的前提条件，对无水氟化氢的储送方式进行研究，采用安全可靠的储送方式显得尤为重要[1]。

氟化氢是一种强酸，常温下是具有刺鼻气味的无色气体或无色发烟液体。与碱、金属氧化物激烈反应生成水和金属氟化物，可腐蚀眼睛、皮肤和呼吸道，能穿透皮肤向深层渗透，形成坏死和溃疡且不易治愈[2]。氟化氢与金属反应生成氢气，有爆炸的危险，氟化氢与许多化合物激烈反应有着火和爆炸的危险，与不同的有机化合物反应，氟化氢可以是脱水剂、氟化剂、聚合剂，也可以作为缩合反应和水解反应的催化剂。氟化氢作为氟化剂，可用于生产氟氯化碳、氟化铝、合成冰晶石及其它产品。它还可在异构化、缩合、脱水、聚合和水解反应中作为催化剂使用。此外氟化氢还可以在石油工业中做烷基化反应的催化剂以及玻璃的蚀刻和抛光[3-5]。

吸入氟化氢气体或蒸汽可能引起肺水肿，肺水肿的症状常常经过几个小时以后才变得明显，体力劳动使症状加重。眼接触轻者局部剧烈疼痛，重者角膜损伤，甚至发生穿孔。长期高于职业接触限值接触，可能导致死亡[6]。鉴于无水氟化氢自身及装卸、储存过程中存在的危害性，本文应用安全系统工程理论，将鱼刺图分析与事故树分析相结合，对无水氟化氢装卸储存工艺系统进行安全性分析，为防止无水氟化氢泄露提出了有针对性的措施。

1 无水氟化氢泄露事故鱼刺图分析

1.1 鱼刺图分析方法简介

鱼刺图(Fishbone Diagram)又称为因果分析图、因果图或特性要素图等。该法在1953年由日本石川馨先生首次应用，他强调有效的数据收集和演示，以促进质量工具用于优化质量改进而著称，后来介绍到其他国家，把它移植到安全分析方面，成为一种重要的事故分析方法。它是利用“头脑风暴法”，集思广益，找出各特性要因，按相互关联性整理而成的层次分明、条理清楚，并以标出重要因素的图形来表示，它能帮助我们集中注意心搜寻产生问题的根源，是一种透过现象看本质的分析方法[7]。

1.2 无水氟化氢泄露事故鱼刺图分析

无水氟化氢泄露事故原因是多方面的，我们可以利用安全系统工程理论从人、机、环、管四个方面进行考虑[8]：

首先“环”方面应考虑当地天气和地质情况；其次是“人”的方面，我们需要考虑操作人员是否具备相应的安全操作知识，以及是否疏忽大意未及时发现或汇报不安全因素；然后是“管”，应该考虑当地监管部门对企业的管理是否完善，以及企业管理者是否制定了完善的安全措施，对无水氟化氢接触人群的安全教育是否落实，对无水氟化氢危害的预防措施是否到位；最后是“机”，即为装卸储存的设备、技术方面是否符合安全标准。根据以上四个方面可以编制鱼刺图，如图1所示。

图1 无水氟化氢泄露事故鱼刺图

从图1中可以看出发生无水氟化氢泄露事故的主要原因有以下四点：(1)无水氟化氢装卸储存人员的安全知识缺乏，安全意识淡薄，导致不能及时发现或汇报不安全因素，以及操作人员未按照规定进行操作，导致无水氟化氢泄露；(2)无水氟化氢装卸储存工艺设备未按规定进行检修保养，导致设备传感器失效，发生无水氟化氢泄露事故。(3)当地的天气和地质条件，是否存在极端天气，以及地震等是否频发；(4)无水氟化氢的存储管理制度不健全，管理人员失职，导致安全教育未落实，安全检查不到位等问题，并最终造成无水氟化氢泄露。

2 无水氟化氢泄露事故树分析

2.1 事故树分析方法简介

事故树分析法(Accident Tree Analysis)又称故障树分析法，它是一种演绎推理的安全系统分析方法。从需要分析的特定事故或故障(顶上事件)开始，层层分析其发生原因，直到找出事故的基本原因(底事件)为止[9]。

2.2 事故树分析

无水氟化氢储罐区是危险化学品重大危险源，若发生泄露，具有中毒、腐蚀的危险。无水氟化氢泄露可由多种原因引起，也可能只有一种原因。氟化氢泄露事故一般为氟化氢储罐温度升高、压力升高，导致安全阀泄放，若超过设计压力，可能导致储罐破裂、管道阀门泄漏。将以上分析结果与鱼刺图分析结论相结合，再根据事故树编制原理编制相应事故树，如图2所示。

图2 无水氟化氢泄露事故树

表1 事件清单及编号

2.2.1 计算最小割集

计算可得该事故树有以下7个最小割集：

E1={X1}；E2={X3}；E3={X4，X5，X6}；E4={X7}；E5={X2}；E6={X9，X10}；E7={X8}。

2.2.2 计算最小径集

首先可画出成功树，如图3所示。

图3 无水氟化氢泄露事故成功树

计算可得该事故树有以下6个最小径集：

P1={X1，X2，X3，X4，X7，X8，X9}；P2={X1，X2，X3，X5，X7，X8，X9}；

P3={X1，X2，X3，X6，X7，X8，X9}；P4={X1，X2，X3，X4，X7，X8，X10}；

P5={X1，X2，X3，X5，X7，X8，X10}；P6={X1，X2，X3，X6，X7，X8，X10}。

2.2.3 计算结构重要度

结构重要度公式如下：

式中k为最小割集总数，kj为第j个最小割集，nj为第kj个最小割集的基本事件数。根据公式(1)计算得到底事件结构重要度排序如下：

I{X1}=I{X2}=I{X3}=I{X7}=I{X8}>I{X9}=I{X10}>I{X4}=I{X5}=I{X6}

通过分析可以看出，阀门密封失效、违章操作、温度计失效、压力表失效、供电不足是无水氟化氢泄露的最重要的因素，其次是操作人员操作不熟练、无危险意识，没有预防无水氟化氢泄露的知识与意识，最后是缺乏完善的管理制度、安全管理不严格和安全教育培训不到位。无水氟化氢储罐的维修保养是预防无水氟化氢泄露的最重要的因素，要确保储罐的正常运行。

3 安全对策措施建议

由事故树分析结果可知共有7个割集，6个径集，即导致顶事件发生的可能性有7种，而避免顶事件发生的措施有6种，因此可以从以下方面采取相应的措施。

(1)定期检查储罐安全阀、温度计、压力表，确保储罐安全阀、温度计、压力表的正常运行；(2)定期对技术人员进行安全知识培训，提高相关人员的安全意识与操作水平；(3)制定严格的安全管理制度，要求相关人员严格执行，降低无水氟化氢泄露事故的发生概率；(4)合理设计储罐位置，避免极端天气引起泄露。可以采取以上一种措施，或者多种措施综合治理。此外，企业还要编制应急预案，一旦发生泄露事故，应立即按照预案内容，采取措施，控制事故，减少事故带来的损失。

4 结论

本文在文献检索的基础上，运用安全系统工程理论中的鱼

刺图和事故树的方法对无水氟化氢事故进行了较为系统的分析，得到以下结论。(1)采用鱼刺图分析方法，从人、机、环、管四个方面四个方面粗略分析了无水氟化氢泄露的因素；(2)采用事故树分析方法对无水氟化氢泄露事故进行了较为深入的分析，分析得出7个最小割集和6个最小径集，并对10个底事件的结构重要度进行了计算和排序，得出阀门密封失效、违章操作、温度计失效、压力表失效、供电不足是无水氟化氢泄露的最重要的因素；(3)根据鱼刺图和事故树分析的结果，从四个方面的制定了相应的对策措施，为无水氟化氢的安全储存提供参考。