基于燕尾突变模型的危险品仓储事故致因分析_卢建锋.pdf

27基于燕尾突变模型的危险品仓储事故致因分析*卢建锋（南昌工程学院 工商管理学院，江西 南昌 310029）摘要危险品在仓储过程容易发生事故，进行危险品仓储事故致因分析，有利于危险品提高仓储安全管理的针对性，也有利于预防事故发生。将危险品仓储系统风险源划分为三大类并进行识别。基于三类风险源和突变理论，建立了危险品仓储系统状态的燕尾突变模型，应用该模型以天津港“812”事故为例，进行事故致因突变分析。最后提出了危险品仓储事故的防控措施。关键词危险品仓储事故致因三类风险源燕尾突变模型天津港“812”事故Cause analysis of dangerous goods warehouse accident based on dovetail mutation modelLU Jianfeng（College of Business Administration，Nanchang Institute of Technology，Nanchang Jiangxi 310029，China）AbstractDangerous goods are prone to accidents in storage process.The cause analysis of dangerous goods storageaccidents is conducive to improving the pertinence of dangerous goods storage safety management and preventing ac-cidents.The dangerous risk sources of dangerous goods storage system were divided into three categories and identi-fied.Based on the theory of three types of risk sources and catastrophe，the dovetail catastrophe model of the state ofdangerous goods storagesystemisestablished，andthe 812accidentinTianjinportis analyzedbyusing the model.Finally，the prevention and control measures of dangerous goods storage accidents are proposed.Key wordsdangerous goods storageaccident causethree types of risksources swallowtail mutation modelTianjin port 812 accident0引言危险品由于其本身具有的危险特性，在装卸、存储过程中，由于腐蚀、人为损坏、自然灾害等原因，极易发生泄漏、爆炸、火灾等事故。在过去的几十年里，国内外危险品仓储事故频繁发生。1993 年 8 月 5 日 13 时 26 分，深圳市清水河化学危险品仓库发生爆炸。事故造成 15 人死亡、200人受伤。毁坏 39 000 m2建筑物，共造成直接经济损失约 2.5 亿元。2015 年 8 月 12 日，天津滨海新区的天津港某危险品仓库发生火灾爆炸，造成周边自然环境被严重污染，165 人死亡，经济损失约 68.66 亿元1。诸多历史事故表明，危险品仓储事故不但对生命财产和环境造成危害，还会造成一定程度的社会恐慌。当前危险品安全研究中关注“危险品生产过程”“危险品运输”较多，关注危险品仓储的相对较少。为了改善我国危险品仓储安全管理水平，预防事故发生，有必要开展危险品仓储事故致因方面的研究，目前已有学者进行有关研究。黄金印等2研究了液化石油气泄漏爆炸事故的发生机理，研究中应用了“能量意外释放理论”和“两类危险源理论”。吴仁亮等3对危险品水路运输事故致因因素进行识别，同时分析了事故致因因素间的相互关系，研究了危险品水路运输事故的致因机理。王永刚等4建立了危险品航空运输事故树，基于贝叶斯模型找出危险品航空运输事故的主要致因，同时研究了改进措施对危险品航空运输系统安全的影响程度。周扬等5基于尖点突变模型分析了液化石油气泄漏爆炸事故过程。本文拟基于突变理论建立了危险品仓储运行状态的燕尾突变模型，同时提出危险品仓储事故发生的相关预防措施，一方面可以丰富危险品仓储事故致因理论，一方面也能为危险品仓储安全管理作参考。1危险品仓储系统风险源辨识从风险源在危险品仓储事故中的作用，可把危险品仓储系统风险源划分三大类6。1）第一类风险源是指危险物质和能量载体。主*基金项目：江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ211928)；南昌工程学院引进高层次人才科研启动项目(2021kyqd022)；江西省高校人文社会科学研究规划项目（GL22229，GL21126）。28要是具有易燃、易爆、毒害、腐蚀、放射性等危险性质的危险品以及点火源、粉尘等。危险品安全风险具体表现为：接触着火源；性质相互抵触的物品混存发生反应；产品变质；包装损坏或不符合要求；堆放时不符合防火防爆的要求；遭遇雷击。2）第二类风险源包括物的故障、物理性环境因素。设备因素安全风险具体表现：设备损坏、老化或者故障；仓储设施、设备、附件故障；防静电、防雷设施缺少或故障；消防设施和器材缺少或故障；环境因素安全风险具体表现：仓库周边不良的自然气象环境；仓库通风情况不符合安全要求；仓储建筑物耐火、抗震情况不符合安全要求；仓库照明、保暖条件不符合安全要求。3）第三类风险源是指人员因素和组织管理因素。人员安全风险具体表现为：操作失误；违章作业；特殊环境下未穿防护用品；专业知识不足。组织管理因素安全风险具体表现为：安全管理人员不足；安全管理、监督和检査制度不完善；事故应急预案不完善；入库和出库检查制度不完善；用火登记制度有缺陷；安全培训教育不到位。根据三类风险源理论，可设计危险品仓储系统风险指标体系见表 1。表 1危险品仓储系统风险综合指标准则层指标中间层指标底层变量一类风险源指标物质风险程度危险物质数量危险物质毒性危险物质易燃易爆性二类风险源指标设备风险水平设备安全性监测预警系统先进性环境风险水平生产环境安全性自然条件安全性三类风险源指标人风险水平专业技术水平安全意识生理状态管理风险水平安全管理水平规章制度合理性应急管理水平2危险品仓储系统状态的燕尾突变模型突变理论由法国数学家 Rene.Thom 创立，用于研究自然界和社会现象中发生的跃迁、不连续和突然质变现象的数学方法。对危险品仓储事故而言，事故发生过程由量变到质变，各种影响因素和关系交叉耦合，系统状态随时空动态变化，其事故发生是危险品仓储系统状态突变过程。因此可利用突变理论分析危险品仓储系统事故机理。危险品仓储系统存在着“安全”和“事故”两个状态，事故可以理解为系统风险因素连续变化引起系统的突然质变，事故的过程可以看作突变现象7。将危险品仓储系统安全状态作为状态变量8，影响危险品仓储系统安全状态的因素归于三类风险源，可设为控制变量9。可采用燕尾突变模型对危险品仓储事故机理进行研究。燕尾突变的系统势函数10：V（x）=x5+ux3+vx2+wx（1）对势函数进行求导，可得到势函数的平衡曲面方程如下：V=5x4+3ux2+2vx+w（2）奇点集由平衡曲面求导得到：V=20 x3+6ux+2v（3）分叉集：联立式（2）和式（3），消去 x 获得。拓扑：燕尾突变模型控制变量较多，在拓扑分析时可以限制某一控制变量来对其余控制变量分析。分析实际平衡曲面方程时，可将各控制变量分别取零。1）控制变量 v=0，即研究 u-w 截面的情况。此时平衡曲面方程化简为 x5+3ux2+w=0，则 x2=110-3u9u220w。可根据 u-w 的情况分析平衡曲面、势函数以及奇点稳定性的关系。2）控制变量 w=0，即研究 u-v 截面的情况。此时平衡曲面方程化简为x5+3ux2+w=0，可等价为 x（x4+3ux+2v）=0。3）控制变量u=0，即研究 v-w截面的情况。此时平衡曲面方程化简为x5+3ux2+w=0，该式可用费拉里公式和盛金公式求解。可建立危险品仓储系统运行状态的燕尾突变模型如图 1 所示。图 1危险品仓储系统运行状态燕尾突变模型危险品仓储系统运行状态即是动态系统x，存在两类平衡状态：安全运行和事故状态。（u，v，w）分别对应着二类风险源状态、三类风险源状态以及一类风险源状态，且（u，v，w）共同影响着危险品仓储系统的运行状态 x。由图 1 看出危险品仓储系统燕尾突变模型的分29歧点集为三维控制空间（u，v，w）中的 1个空间曲面，空间被分成 3 个部分：燕尾上方、燕尾内部、燕尾下方，整个分歧点集曲面都是危险品仓储事故可能发生的区域。当u，v，w等 3 个控制变量所确定的系统位置穿过分歧点集曲面时，系统平衡点性质发生变化，系统可能发生突变。当系统从稳定平衡点多的区域过渡到稳定平衡点少的区域，并且越过分歧点集时，系统平衡点的性质将变化，变为拐点或者消失。相应地系统发生突变，从一个稳定状态突变到另一个稳定状态，或者稳定状态消失。反之系统将不会发生突变。危险品仓储系统运行状态x是一个动态的系统，由图 1 得知，当3个控制变量（u，v，w）所确定的空间位置从 III 区穿过 I 区，从 II 区穿过 III 区，此时考虑系统平衡点状态的变化，判断系统是否产生突变。如果个控制变量定量地控制在、区域的具体位置，也就能得到控制点随时间的变化曲线。只要控制个控制变量中的某些参数，使系统控制点不穿越分歧点集曲面，就能预防事故发生。3案例分析3.1事故案例天津港“812”事故发生过程如下：2015年8月12日 22：15：46，位于天津滨海新区的瑞海公司危险品仓库运抵区起火，23：34：37 发生第二次剧烈的爆炸。从起火及爆炸过程来看，最初着火的是硝化棉。硝化棉自燃，引发相邻集装箱内的危险品燃烧，最终导致运抵区的其他危险品爆炸。天津港“812”事故致因分析：1）一类风险源：硝化棉常温下能缓慢分解并放热，达到 180时能发生自燃，所以硝化棉通常加乙醇或水作湿润剂。事故最高气温达 36，集装箱内温度可达 65 以上。当天集装箱内硝化棉湿润剂散失，硝化棉在高温下加速分解反应，由于集装箱散热条件差，使得热量积聚最终发生自燃。2）二类风险源：瑞海公司忽视安全生产主体责任，非法建设危险货物堆场，违规超量储存危险品，无证经营半年多。而且该公司消防应急设施不完善，以及安全监测系统存在漏洞。3）三类风险源：瑞海公司安全管理极其混乱，未履行安全生产主体责任。部分人员存在无证上岗的情况，并且出现大量违章作业。另外地方行政管理部门在行政许可以及项目审查方面存在违规，未认真履行安全监管职责。3.2事故致因突变分析在事故案例中，第一类风险源系数（w）受危险品本身数量和理化性质影响，在生产作业过程基本不变，可视为定值，即w=常数；而第二类风险源系数（u）和第三类风险源系数（v）在生产作业过程中存在连续性或阶段性变化。具体解释如下：第二类风险源系数（u）受设备、环境因素等影响，危险品仓库的设备性能状态会随时间变化，其温度和湿度等会随时间变化，这些会导致第二类风险源系数（u）变化。第三类风险源系数（v）受人员和组织管理因素影响，危险品仓库作业人员会随时间更换，其工作状态也会受时间影响。组织管理因素短时期变化不大，但长时间可能有懈怠或者提高，这些会导致第二类风险源系数（u）变化。致因因素变化导致了“u”和“v”处于不停变化的状态，使得控制点在控制空间C中不停变化，一旦越过分歧点集，系统将发生突变，事故便会发生。系统控制点在平面上Cw变化的，根据w值的大小来判断平面Cw的位置有 2 种可能，具体如图 2 和图 3 所示。图 2平面 Cw与燕尾突变相交 a图 3平面 Cw与燕尾突变相交 b在图 2中，Cw和分歧点集