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危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)
在危險(xiǎn)化學(xué)品的儲(chǔ)存過程中，氮封系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色。它不僅關(guān)乎儲(chǔ)罐的安全，還能有效防止物料變質(zhì)。其合理設(shè)計(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)化工生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定具有重要意義。據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，氮封系統(tǒng)的問題在危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐的技術(shù)問題中占據(jù)相當(dāng)比例，達(dá)到1.74%。這些問題若得不到及時(shí)處理，輕則導(dǎo)致物料污染，重則可能損壞設(shè)備并引發(fā)安全事故。本文將深入探討氮封系統(tǒng)的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，全面解析其作用、設(shè)置要求、設(shè)計(jì)要點(diǎn)、實(shí)踐方案以及常見問題。氮封裝置，作為儲(chǔ)罐頂部的重要設(shè)施，旨在維持儲(chǔ)罐的微正壓狀態(tài)，從而有效隔離罐內(nèi)物料與外界環(huán)境的接觸。這一系統(tǒng)通過精準(zhǔn)控制， 不僅減少了物料的揮發(fā)和浪費(fèi)，還有助于保護(hù)儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行。在儲(chǔ)罐上配備氮封系統(tǒng)后，其氣相空間壓力將被維持在0.2-0.5kPa的范圍內(nèi)。當(dāng)氣相空間壓力超過0.5kPa時(shí)，氮封閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，停止氮?dú)獾墓?yīng)；而當(dāng)壓力降至0.2kPa以下時(shí)，氮封閥則會(huì)開啟，及時(shí)補(bǔ)充氮?dú)?，確保儲(chǔ)罐在運(yùn)行過程中始終不會(huì)吸入空氣，進(jìn)而防止了爆炸性氣體的形成。此外，為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，所使用的氮?dú)饧兌葢?yīng)不低于99.96%，且氮?dú)鈮毫σ丝刂圃?.5~0.6MPa的范圍內(nèi)。
011. 危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)氮封系統(tǒng)的重要作用
1.1 ? 提供穩(wěn)定的正壓環(huán)境
氮封系統(tǒng)，通過向儲(chǔ)罐內(nèi)注入氮?dú)?，旨在為罐?nèi)營(yíng)造一個(gè)穩(wěn)定的正壓環(huán)境，從而有效隔絕外界空氣與罐內(nèi)物料的直接接觸。這一系統(tǒng)在多個(gè)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。首先，它能夠防止儲(chǔ)罐內(nèi)的易氧化、易聚合危險(xiǎn)化學(xué)品（例如苯乙烯、丙烯腈等）因暴露于空氣中而發(fā)生不必要的變質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)。
氮封裝置功能
氮封裝置能夠維持儲(chǔ)罐的微正壓狀態(tài)，通過這一特點(diǎn)，有效隔離罐內(nèi)物料與外界環(huán)境的接觸，從而減少物料的揮發(fā)和浪費(fèi)。裝置的核心在于防止爆炸性氣體的形成，因此確保氮?dú)獾母呒兌群秃线m壓力是很重要的。氮?dú)饧兌葢?yīng)不低于99.96%，且氮?dú)鈮毫σ丝刂圃?.5~0.6MPa的范圍內(nèi)，以便可靠地維持微正壓環(huán)境。
1.2 ? 防止物料變質(zhì)
氮封系統(tǒng)可以有效防止易氧化、易聚合的危險(xiǎn)化學(xué)品發(fā)生不必要的化學(xué)反應(yīng)。
1.3 ? 降低安全風(fēng)險(xiǎn)
其次，氮封系統(tǒng)還有助于避免易燃、易爆物料與空氣混合，形成潛在的爆炸性氣體，進(jìn)而降低安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，對(duì)于毒性為高度和極度危害的液體儲(chǔ)罐而言，該系統(tǒng)更是，它能顯著減少有毒氣體的泄漏，確保操作人員的職業(yè)健康不受威脅。
022. 危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)氮封系統(tǒng)的設(shè)置范圍
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)規(guī)定了需配備氮封系統(tǒng)的儲(chǔ)罐類型及要求。
根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》及《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范，以下幾類儲(chǔ)罐需特別配備氮封系統(tǒng)：
容積大于或等于100m3的甲B、乙A類液體內(nèi)浮頂罐（浮盤采用易熔材料）、固定頂罐或低壓罐；
新建容積大于或等于1000m3的甲B類、乙類儲(chǔ)罐，以及操作溫度高于或等于120℃的丙類內(nèi)浮頂和固定頂儲(chǔ)罐；
儲(chǔ)存易聚合、易氧化物料（例如苯乙烯、丙烯腈）或儲(chǔ)存溫度超過120℃的重油固定頂罐；
含油污水儲(chǔ)罐、酸性水儲(chǔ)罐、輕污油儲(chǔ)罐及設(shè)有油氣收集系統(tǒng)的儲(chǔ)罐；
儲(chǔ)存沸點(diǎn)低于45℃或真實(shí)蒸氣壓大于等于76.6kPa的甲B類液體，以及低壓儲(chǔ)罐或降溫常壓儲(chǔ)罐；
儲(chǔ)存毒性為高度和極度危害的甲B、乙A類液體的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐；
位于多雷和強(qiáng)雷地區(qū)的容積大于或等于50000m3的浮頂儲(chǔ)罐（一次、二次密封之間）。
儲(chǔ)罐氮封的設(shè)置要求
在設(shè)置儲(chǔ)罐氮封時(shí)，需遵循一定的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。具體而言，是否配備氮封設(shè)施及氮封閥，可參考以下規(guī)定進(jìn)行決策。
022.危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的設(shè)置要求
2.1 ? 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及要求
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)（2018年版）》（GB50160-2008）、《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51283-2020）以及《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范 》（GB 50074-2014）均對(duì)儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的設(shè)置提出了明確要求。具體來說，當(dāng)單罐容積小于或等于5000m3的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐采用易熔材料制作的浮盤時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)等安全措施；而對(duì)于儲(chǔ)存溫度超過120℃的重油固定頂罐，同樣需要設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)。
此外，《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》還規(guī)定，當(dāng)采用固定頂罐或低壓罐（單罐容積不小于100m3）儲(chǔ)存甲B、乙A類液體時(shí)，應(yīng)采用氮?dú)饣蚨栊詺怏w密封措施。另外，對(duì)于某些具有特殊儲(chǔ)存需求的甲B、乙A類液體化工品，如易自聚不穩(wěn)定的丁二烯、苯乙烯等，也應(yīng)設(shè)置氮封系統(tǒng)以防止空氣進(jìn)入儲(chǔ)罐。
2.2 ? 氮封系統(tǒng)的設(shè)置要點(diǎn)
采用氮封的儲(chǔ)罐，通常為常壓或低壓罐，因此，防止儲(chǔ)罐氮?dú)獬瑝猴@得尤為重要。在化工標(biāo)準(zhǔn)《氣封的設(shè)置》（HG/T 20570.16-1995）中，詳細(xì)規(guī)定了氮?dú)夤饬康挠?jì)算方法。該標(biāo)準(zhǔn)指出，儲(chǔ)罐氣封裝置的供氣量必須足夠補(bǔ)充因泵抽出液體和外界氣溫變化導(dǎo)致的氣體冷凝與收縮。
然而，規(guī)范中給出的補(bǔ)氣量?jī)H為經(jīng)驗(yàn)值，實(shí)際工作中需結(jié)合具體情況進(jìn)行精確計(jì)算，以確保選擇的氮?dú)夤芫€管徑和氮封閥型號(hào)符合實(shí)際需求。對(duì)于專業(yè)技術(shù)力量薄弱的企業(yè)，建議委托專業(yè)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行補(bǔ)氣量的合理計(jì)算，既保障氮封效果又避免資源浪費(fèi)。
此外，《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T 3007-2014）也明確規(guī)定了采用氮?dú)獗Ｗo(hù)的儲(chǔ)罐操作壓力范圍為0.2Kpa～0.5Kpa，而其他設(shè)有呼吸閥的儲(chǔ)罐操作壓力則宜控制在1Kpa～1.5KPa之間。為進(jìn)一步防范儲(chǔ)罐超壓，除合理計(jì)算補(bǔ)氣量外，還應(yīng)采取其他多項(xiàng)措施，包括在罐頂安裝就地壓力表并設(shè)置遠(yuǎn)傳功能至DCS或PLC控制系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓力變化。
? 危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)氮封設(shè)備決策
1）根據(jù)SH/T3007《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)于其他甲B、乙A類液體化工品，若存在特殊儲(chǔ)存需求，可選擇使用固定頂儲(chǔ)罐、低壓儲(chǔ)罐或容量不超過100m3的臥式儲(chǔ)罐。但必須采取以下措施之一：一是 設(shè)置氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)，以密閉方式收集并處理罐內(nèi)排出的氣體；二是將儲(chǔ)存溫度控制在閃點(diǎn)以下5℃或更低。此外，該規(guī)范還明確指出，儲(chǔ)存Ⅰ、Ⅱ級(jí)毒性的甲B、乙A類液體儲(chǔ)罐的容量不應(yīng)超過10000m3，并同樣需要設(shè)置氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)。
2）依據(jù)《 石油化工儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)VOCs治理項(xiàng)目指導(dǎo)意見》，甲B、乙A類中間原料儲(chǔ)罐、芳烴類儲(chǔ)罐、輕污油儲(chǔ)罐、酸性水罐以及排放氣中含有高濃度油氣和硫化物等需治理的儲(chǔ)罐，都應(yīng)配備氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)。
3）此外，還有多種場(chǎng)合需要采用儲(chǔ)罐氮封工藝，例如防止儲(chǔ)罐揮發(fā)有毒或可燃?xì)怏w外泄、防止儲(chǔ)罐內(nèi)物料與氧氣接觸發(fā)生氧化或化學(xué)反應(yīng)等。
033. 危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)氮封系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)
在布置氮封系統(tǒng)時(shí)，必須嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范，以確保其運(yùn)行的有效性。這涉及到多個(gè)方面，包括系統(tǒng)組件的選擇、安裝位置的確定以及與其它安全系統(tǒng)的協(xié)同作用等。
3.1 ? 設(shè)計(jì)及設(shè)備配置
確保氮封閥的選擇和安裝正確非常重要。對(duì)于固定頂罐、內(nèi)浮頂罐等易揮發(fā)液體儲(chǔ)罐，應(yīng)設(shè)置減壓式外取壓閥后壓力控制型的氮封閥。該閥應(yīng)安裝在靠近罐頂入口的氮?dú)夤芫€上，并確保外取壓管線取源點(diǎn)位于罐頂，以確保檢測(cè)到的壓力真實(shí)可靠。同時(shí)，合理配置其他輔助設(shè)備，如壓力變送器和呼吸閥等。
3.2 ? 壓力設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)
儲(chǔ)罐操作壓力范圍需在0.2kPa至0.5kPa之間，以符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH/T 3007-2014的規(guī)定。氮封閥的設(shè)定需要與儲(chǔ)罐的正常操作壓力相匹配，且設(shè)定值應(yīng)位于可調(diào)范圍的中段，以確保能夠覆蓋操作壓力。
3.3 ? 典型設(shè)計(jì)方案
根據(jù)儲(chǔ)罐的類型，可以選擇基礎(chǔ)、優(yōu)化或復(fù)合設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)安全和效率并重。例如，對(duì)中間儲(chǔ)罐可采用先導(dǎo)式氮封閥組與限流孔板旁路相結(jié)合的方式，對(duì)于成品儲(chǔ)罐則可采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以減少事故工況下呼吸閥的頻繁動(dòng)作。
危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)氮封工藝流程
在工藝流程上，每臺(tái)儲(chǔ)罐都設(shè)置了先導(dǎo)式氮封閥組和限流孔板旁路。在正常情況下，氮封閥組會(huì)維持罐內(nèi)氣相空間的壓力在0.2至0.5kPa的范圍內(nèi)。當(dāng)氣相空間壓力超過0.5kPa時(shí)，氮封閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，停止供應(yīng)氮?dú)?；而?dāng)壓力降至0.2kPa以下時(shí)，氮封閥則會(huì)開啟，補(bǔ)充氮?dú)?。?dāng)?shù)忾y需要維修或出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過限流孔板旁路向儲(chǔ)罐內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)?。如果壓力升高?.5kPa以上，則通過帶阻火器的呼吸閥進(jìn)行外排（短時(shí)間連續(xù)補(bǔ)充氮?dú)猓?/p>
② 在氮封閥出現(xiàn)故障無法及時(shí)關(guān)閉的情況下，罐內(nèi)壓力可能超過1.5kPa，此時(shí)，帶阻火器的呼吸閥將進(jìn)行外排以釋放壓力。同樣，若氮封閥因故障未能及時(shí)開啟，導(dǎo)致罐內(nèi)壓力降至-0.3kPa以下，呼吸閥將通過補(bǔ)充空氣的方式，確保罐內(nèi)壓力不低于設(shè)計(jì)壓力低限-0.5kPa，從而維持儲(chǔ)罐的正常運(yùn)行。
③ 為了保障氮封儲(chǔ)罐在事故情況下的安全排放，必須在儲(chǔ)罐上配備緊急泄放閥，并且其定壓值不得超過儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力上限，即2.0kPa。
④ 在需要利用限流孔板旁路為氮封儲(chǔ)罐補(bǔ)充氮?dú)鈺r(shí)，應(yīng)確保流量與油品出罐流量相當(dāng)，同時(shí)，氮?dú)夤艿赖囊?guī)格為DN50mm，且氮?dú)獾牟僮鲏毫S持在0.5MPa。
⑤ 若儲(chǔ)罐間通過氣相連通管道相連，則每臺(tái)儲(chǔ)罐的氣相出口管道都必須設(shè)置阻火器，以避免事故的進(jìn)一步蔓延。
⑥ 所選用的阻火器必須滿足安全性能要求，且其阻力降不得超過0.3kPa。
接下來，我們來看氮封系統(tǒng)的示意流程圖。
044. 危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)常見問題及風(fēng)險(xiǎn)防控
4.1 ? 典型問題分析
常見的問題包括氮封閥位置不當(dāng)、壓力不足和系統(tǒng)配置不全等。例如，氮封閥安裝位置不當(dāng)可能導(dǎo)致其無法有效應(yīng)對(duì)罐內(nèi)壓力的驟變，而氮封閥前壓力不足則可能導(dǎo)致補(bǔ)氮功能失效。
4.2 ? 防控措施
為了根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)安裝調(diào)試，確保氮封系統(tǒng)的安全性和有效性，必須確保氮封閥、取壓管等核心部件的正確安裝和壓力校準(zhǔn)。此外，完善系統(tǒng)配置并合理選擇監(jiān)測(cè)設(shè)備也是的，以確保儲(chǔ)罐操作壓力監(jiān)測(cè)的全面性和準(zhǔn)確性。
氮封系統(tǒng)或其他惰性氣體保護(hù)措施在化工安全領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色，它們能夠顯著降低儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。然而，近年來在各類企業(yè)的隱患排查過程中，我們發(fā)現(xiàn)某些企業(yè)，特別是精細(xì)化工企業(yè)，在儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的設(shè)置以及管理方面仍存在不少問題。
011.危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的重要性
1.1 ? 氮封系統(tǒng)的作用
氮封系統(tǒng)通過使用惰性氣體如氮?dú)?/strong>，有效降低儲(chǔ)罐火災(zāi)或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，是化工安全的關(guān)鍵部分。
1.2 ? 常見問題
首先，有些應(yīng)采用氮封的儲(chǔ)罐卻未設(shè)置該系統(tǒng)，這無疑增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。其次，后期增設(shè)的氮封系統(tǒng)往往未經(jīng)專業(yè)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常使用，這同樣會(huì)威脅到儲(chǔ)罐的安全。
再者，氮封系統(tǒng)的壓力管理也存在諸多問題。例如，進(jìn)儲(chǔ)罐前的氮?dú)夤芫€未設(shè)置自力式調(diào)節(jié)閥或壓力表選型不當(dāng)，僅靠手動(dòng)閥門控制進(jìn)氣量，這使得氮封壓力無法得到有效監(jiān)控。此外，氮封氣源未采用壓力分程控制或自力式調(diào)節(jié)閥選型不合理，也會(huì)導(dǎo)致氮封壓力過高或過低，進(jìn)而影響系統(tǒng)的正常使用。
另外，氮?dú)夤芫€或儲(chǔ)罐上未設(shè)置壓力遠(yuǎn)傳和報(bào)警裝置，這也使得壓力無法得到及時(shí)有效的控制。同時(shí)，氮?dú)夤芫€上的安全設(shè)施如止回閥的缺失，也會(huì)給系統(tǒng)帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)。
最后，儲(chǔ)罐頂部未設(shè)置緊急泄放人孔或緊急泄放閥等保護(hù)措施，以及為了節(jié)約成本而關(guān)閉氮?dú)夤芫€閥門導(dǎo)致氮封系統(tǒng)未投用等行為，都會(huì)削弱系統(tǒng)的安全性能。
033.危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)氮封系統(tǒng)的管理
3.1 ? 操作規(guī)程及員工培訓(xùn)
為確保氮封系統(tǒng)的持續(xù)有效運(yùn)行，企業(yè)需采取一系列管理措施。首先，在操作規(guī)程中詳細(xì)規(guī)定氮封系統(tǒng)的操作流程和安全規(guī)范，明確壓力控制范圍、報(bào)警閾值，以及應(yīng)對(duì)異常工況的方法和步驟。
同時(shí)，應(yīng)對(duì)相關(guān)員工進(jìn)行培訓(xùn)，確保他們熟悉并能夠正確執(zhí)行這些操作規(guī)范。
3.2 ? 監(jiān)控及報(bào)警措施
企業(yè)應(yīng)密切監(jiān)控控制系統(tǒng)中的儲(chǔ)罐壓力，合理設(shè)置報(bào)警值，并仔細(xì)分析報(bào)警信息，以確定問題的根源并采取相應(yīng)改進(jìn)措施。日常巡檢中，應(yīng)將氮封系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，如壓力表、調(diào)節(jié)閥的狀態(tài)，納入檢查范疇，確保任何異常都能得到及時(shí)處理。
3.3 ? 隱患排查與維護(hù)
此外，氮封系統(tǒng)的檢查應(yīng)成為罐區(qū)隱患排查的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于構(gòu)成重大危險(xiǎn)源的企業(yè)，更應(yīng)將氮封系統(tǒng)的檢查納入操作負(fù)責(zé)人履職檢查表中，通過系統(tǒng)的隱患排查與治理，確保氮封系統(tǒng)始終處于良好狀態(tài)。
企業(yè)還應(yīng)定期對(duì)呼吸閥、壓力表等關(guān)鍵部件進(jìn)行檢查和校驗(yàn)。這包括確保呼吸閥外觀無異常，開啟壓力、通氣量和泄漏量均符合設(shè)計(jì)要求，從而保證泄壓設(shè)施的完好性和可靠性。
055.危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐氮封系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn) 結(jié)語
危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)罐的氮封系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、安裝及運(yùn)行管理上，都必須嚴(yán)格遵循相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)日常巡檢與維護(hù)，重點(diǎn)關(guān)注氮封閥的狀態(tài)、壓力監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性以及輔助設(shè)施的有效性，并及時(shí)整改存在的問題。通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、規(guī)范化操作和持續(xù)的管控措施，才能確保氮封系統(tǒng)充分發(fā)揮其安全保障作用，從而有效防范物料污染、設(shè)備損壞及安全事故的發(fā)生。
