事故树事件树后果分析.ppt

事故树与事件树后果分析 LOGO 事故树分析 概念、目的、逻辑符号及其定义1 2 3 分析中涉及到的基本概念、理论 4 分析步骤 事故树分析实例 LOGO 事故树分析的概念 v事故树分析（Fault Tree Analysis，简称 FTA）又称故障树分析，是一种运用演绎推理的 定性和定量的风险分析方法。它是从系统可能发 生或已经发生的事故开始，层层分析其发生的原 因，一直分析到不能再分解为止，并且将导致事 故的原因事件按因果逻辑关系逐层列出，用树型 图表示出来，得到一种逻辑模型，然后通过对这 种模型的简化，计算，进行定量风险分析，找出 事件发生的各种可能途径及发生概率，并且提出 有针对性的避免事故发生的方案和措施。 LOGO 事故树分析的目的 v事故树分析的目的是对不希望发生的事件或事故 进行分析，以寻求一系列原因事件的方法。它的 目的是识别导致事故的故障和人为失误的组合， 非常适合高度重复性的系统。 LOGO 事故树分析的程序 LOGO LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 v1.底事件 v2.结果事件 v3.特殊事件 v4.对偶事故树和成功树 v5.布尔代数法以及事故树简化 v6.割集和最小割集 v7.径集和最小径集 v8.结构重要度 LOGO 事故树示意图 底事件逻辑符号 顶事件 LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 v对偶事故树：将二状态事故树中的与门换为或门 ，或门换为与门，而其余不变，这样得到的事故 树称为原事故树的对偶事故树。 v成功树：除将二状态故障树中的与门换为或门， 或门换为与门外，而底事件与结果事件均换为相 应的对立事件，这样得到的事故树称为成功树。 LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 v 各种事件的符号如下： 基本事件未探明事 件 结果事件 开关事 件 条件 事件 LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 v布尔代数基本数学知识： v交换律：A B=B A A B=B A v结合律：A (B C)=(A B) C v A (B C)=(A B) C v分配率： A(BC)=（AB）（BC） v等幂律： A A=A A A= A v吸收率：A（AB）=A A (AB)=A v互补率： v布尔代数法则应用于事故树化简、求最小割集、 径集中，见下面。 LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 v割集和最小割集： v割集：在事故树中凡能导致顶上事件发生的基本 事件的集合称作割集;割集中全部基本事件均发生 时,则顶上事件一定发生。 v最小割集是能导致顶上事件发生最低限度的基本 事件的集合(即割集中任一基本事件不发生,顶上 事件就不会发生)。 v常用的最小割集求法有行列法、结构法和布尔代 数化简法、质数代入法、矩阵法。 LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 v行列法： v是1972年福赛尔提出的方法，也称福赛尔法。 其理论依据是：与门使割集容量增加，而不增加 割集的数量；或门使割集的数量增加，而不增加 割集的容量。这种方法从顶上事件开始，用下一 层事件代替上一层事件，把与门连接的事件，按 行横向排列，把或门连接的事件，按列纵向摆开 ，这样逐层 向下，直至各基本事件，列出若干行 ，最后利用布尔代数简化，得出若干最小割集。 LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 v行列法举例： 图1 事故树示意图 LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 图2 事故树等效图 LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 v结构法： 这种方法的理论根据是：事故树的结构完全可以 用最小割集来表示。下面再来分析图1事故树示 意图： LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 v布尔代数化简法 v这种方法的理论依据是：上述结构法完全和布尔 代数化简事故树法相似，所不同的只是“”与 “+”的问题。实质上，布尔代数化简法中的“+” 和结构式中的“”是一致的。这样，用布尔代数 化简法，最后求出的若干事件逻辑积的逻辑和， 其中，每个逻辑积就是最小割集。现在还以图1 为例，进行化简。 LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 vTA1A2 X1B1X2X4B2 X1(X1X3)X2X4(CX6) X1X1X2X1X3X2X4(X4X5X6) X1X2X1X2X3X4X4X5X4X6 X1X2X1X2X3X4X5X4X6 X1X2X4X5X4X6 所得的三个最小割集 X1，X2、X4，X5、 X4，X6与第一、第二种算法的结果相同。 LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 径集和最小径集 v径集：如果事故树中某些基本事件都不发生，顶 事件必然不发生，则这些基本事件的集合称为径 集。 v最小径集：在事故树中凡是不能导致顶上事件发 生最低限度的基本事件的集合。在最小径集中， 去掉任何一个基本事件，便不能保证一定不发生 事故。 v最小径集的求法是将事故树转化为成功树求，成 功树的最小割集即事故树的最小径集。 LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 与图1的事故树对应的成功树 LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 v结构重要度： 从事故树的结构上所确定的基本事件的重要程度 。即在不考虑基本事件自身的发生概率，或者说 假定各个基本事件的发生概率都相等的前提下， 分析个基本事件的发生对顶事件所产生的影响。 v计算结构重要度的方法是利用最小割集和最小径 集。有赋值法和判别法两种。 LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 赋值法 v假设同一事故树的每个最小割集的结 构重要度为1，最小割集中每个基本事 件的重要度均相等。 LOGO 事故树分析中涉及到的基本概念、理论 判别法 v特点是不计算结构重要度的数值，而是依据四条原 则来判断： v 1.单事件最小割集或最小径集中的基本事件结构重要系数最大； v 2.仅在某一最小割集或最小径集中出现的所有基本事件结构重要 度相等； v 3.两个基本事件若仅出现在包含基本事件个数相等的若干最小割 集或径集中时，出现次数较多的结构重要度大，反之结构重要度 小； v 4.两个基本事件出现在基本事件个数不等的若干个最小割集或最 小径集中，若二者出现次数相等，则在包含基本事件较少的割集 或径集中出现的基本事件结构重要度大。 LOGO 事故树分析步骤 v1.熟悉和了解系统 v2.确定顶事件 v3.调查原因事件 v4.绘制事故树 v5.对事故树作定性分析 v6.对事故树作定量分析 v7.制定安全措施 LOGO 事故树分析步骤 v熟悉和了解系统： 对设备的性能、结构、特点要熟悉，要收集相关 的工艺、设备、操作、环境、事故等方面的情况 和资料，并明确对象系统的边界、分析深度、初 始条件等。 v确定顶事件： 所谓顶上事件，就是所要分析的对象事件。分析 系统发生事故的损失和频率大小，从中找出后果 严重且较容易发生的事故，作为分析的顶上事件 。 LOGO 事故树分析步骤 v调查原因事件： 调查与事故有关的所有原因事件和各种因素，包 括设备故障、机械故障、操作者的失误、管理和 指挥错误、环境因素等，尽量详细查清原因和影 响。 v画出事故树 根据上述资料，从顶上事件起进行演绎分析，一 级一级地找出所有直接原因事件，直到所要分析 的深度，按照其逻辑关系，画出事故树。 LOGO 事故树分析步骤 定性分析 根据事故树结构进行化简，求出最小割集和最小 径集，确定各基本事件的结构重要度排序。 定量分析 v定量分析是在求出各基本事件发生概率的情况下 ，计算顶事件的发生概率，求出概率重要度和临 界重要度。 v计算顶事件发生概率的方法有直接分布算法，利 用最小割集计算，利用最小径集计算，首项近似 法等。 LOGO 事故树分析步骤 v直接分布法的步骤为： （1）收集事故树中各基本事件的发生概率； （2）由最低端的基本事件开始，计算每一个逻辑 门输出事件的发生概率。 （3）将计算得到的逻辑门输出事件的概率，代入 上一层逻辑门，计算其输出概率，依此原则层层 递归，直到到达顶事件。 v对由或门连接的和事件有 v对由与门连接的积事件有 LOGO 事故树分析步骤 v例如某事故树如图所示： X1 、 X2 、 X3 概率均为0.1， 则事件A发生的概率 PA=1-(1-p2)(1-p3) =1-0.90.9=0.19 pT=p1pA=0.10.19 =0.019 事故树示意图 LOGO 事故树分析步骤 v利用最小割集计算： v首先把事故树等效为用最小割集的表示的等效图 。这种等效图的标准结构形式是顶事件T与最小 割集 的逻辑连接为或门， 每个最小割集 与其 包含的基本事件xi的逻辑连接为与门，例如某事 故树有3个最小割集，E1=x1，x3，E2=x2 ，x3，E3=x3，x4，各基本事件发生概率分 别为q1，q2，q3。 LOGO 事故树分析步骤 采用最小割集表示事故树等效图 LOGO 事故树分析步骤 v利用最小径集计算： v首先把事故树用最小径集表示成等效图，等效图 的标准结构形式是顶上事件T与最小径集Fi的逻 辑连接为与门， 每个最小径集Fi与其包含的基本 事件xi的逻辑连接为或门。例如某事故树的最小 径集为F1=x1 ,x3, F2=x2 ,x3, F3=x3 ,x4，各基本事件的发生概率为q1， q2， q3， q4。 LOGO 事故树分析步骤 采用最小径集表示事故树等效图 LOGO 事故树分析步骤 v首项近似法： v当事故树的最小割集或者径集数目很多时，计算 量很大，而各元件、部件的故障率本身就不精确 ，所以用这些数据进行计算，必然得到不精确的 结果。首项近似法是将最小割集法计算出来的事 件发生概率的第一项作为顶事件发生的近似结果 。 F1F2FN LOGO 事故树分析步骤 v概率重要度：指某基本事件发生概率的变化量所 引起的顶事件发生的概率的变化值，也即顶事件 发生概率对该基本事件发生概率的变化率。 v计算方法：将顶事件发生的概率函数g对自变量qi 求一次偏导： LOGO 事故树分析步骤 v临界重要度：顶事件发生概率变化率与基本事件 发生概率的变化率之比，其表达式为： LOGO 事故树分析步骤 v制定安全措施： v事故树分析的目的是查找隐患，找出薄弱环节， 查出系统的缺陷，然后加以改进，在对事故树全 面分析之后，必须制定安全措施，防止灾害发生 。 LOGO 事故树应用举例1 v建筑行业中常常发生施工人员从脚手架坠落的死 亡事故，“高空坠落”是建筑施工中最常见的伤亡 事故，几乎占死亡事故近一半，引用以下事例进 行事故树分析。事故树如下图所示 LOGO 应用举例1：从脚手架坠落死亡事故树 利用布尔代数法得到： LOGO 事故树应用举例1 v所以该事故树的最小割集为： vX1X5X7X8 ，X1X6X7X8 ，X2X5X7X8 ， X2X6X7X8 ，X3X5X7X8 ，X3X6X7X8 ， X4X5X7X8 ，X4X6X7X8 v通过最小割集判断结构重要度： LOGO 事故树应用举例1 v通过以上分析，造成从脚手架坠落死亡事故原因 的大小依次为：无安全网防护；工人身体重心超 出脚手架；在脚手架上滑倒；身体失去平衡；忘 记佩戴安全带；移动时取下安全带；安全带折断 ；挂安全带的支撑物破坏。 LOGO 事故树应用举例1 v该事故树的对偶成功树最小割集求法为： v则原事故树的最小径集为：X1X2X3X4 ， X5X6 ，X7，X8 LOGO 事故树应用举例1 v在本例中，中间有安全网、身体重心不超出脚手 架、佩戴安全带等都是防止事故发生的有效措施 。实际工程情况也证明，采取这些措施后，高空 坠落的死亡事故将会大大降低。 LOGO 事故树应用举例2 v内蒙古的乌兰浩特热电厂担负着向乌兰浩特市及 其周边地区的日常供电及在采暖期向乌兰浩特市 区供暖的任务，是保证乌市地区人民正常生活条 件的重要保障。输煤皮带火灾能造成锅炉燃料供 应中断，发生停炉事故。 （1）分析事故原因： v从生产条件分析，输煤皮带发生自燃的可能性极 小，如发生火灾，必为其它火源引起。所以，输 煤皮带发生火灾的原因，可归结为存在火源和皮 带阻燃失效。 LOGO 事故树应用举例2 v火源的形式很多，比较典型的有在皮带及其机械 部分的煤尘堆积因时间过长缓慢氧化而起火、运 送已自燃的煤和其它外来火源（如电焊焊渣，在 保护措施失效的情况下，可能会引起输煤皮带火 灾）。 v煤自燃的条件可归结为存在放热反应和热量积累 。褐煤的组分中存在易发生氧化反应的物质，而 且煤尘结构松散，表面积大，或者煤堆松散造成 煤堆内存在空隙，与空气接触面积大，二者都容 易使煤发生缓慢氧化。煤堆长时间稳定堆放使煤 堆内的热量积累易发生煤的自燃。 LOGO 事故树应用举例2 （2）建立事故树图 输煤皮带火灾事故树图 LOGO 事故树应用举例2 （3）定性定量分析： v首先构造结构函数： LOGO 事故树应用举例2 v则最小割集为：X1 X2、X1 X4 X5 X6、 X1 X4 X5 X7、X1 X3 v其相应的对偶成功树的结构函数为： LOGO 事故树应用举例2 v则原事故树的最小径集为X1、X2 X3 X4、 X2 X3 X5、X2 X3 X6 X7 v结构重要度排序为： v假设各基本事件的发生机率为0.5，则顶事件发 生的概率为： LOGO 事故树应用举例2 （4）结果分析： v根据结构重要度分析，皮带阻燃失效（X1）是最 重要的，其次是煤尘堆积时间过长过多（X2）、 存在其他火源（X3），所以制定防火措施时应重 点针对这三个基本事件。根据最小割集分析，事 故树的四个最小割集中，皮带阻燃失效（ X1）、 煤尘堆积过多、时间过长（X2）和存在其他火源 （X3）容易引起事故发生。四个最小割集中都有 皮带阻燃失效（X1），即如果基本事件皮带阻燃 失效（X1）发生，则输煤皮带火灾就很可能发生 ，所以必须严防此基本事件发生。 LOGO 事故树应用举例2 v根据最小径集分析，事故树的四个最小径集中， 皮带阻燃失效（X1）是最容易控制的。三个最小 径集中都有煤尘堆积时间过长过多（X2）、存在 其他火源（X3）。防止输煤皮带火灾发生的主要 途径应确定在防止皮带阻燃失效（X1 ）、煤尘堆 积时间过长过多（X2）和存在其他火源（X3）。 LOGO 事件树分析（ETA） 概 念1 目的和意义2 应用实例 4 分析步骤及注意事项3 LOGO 什么是事件树 事件树分析是安全系统工程中的重要分析方法之 一，它也是一种运用归纳推理的定性和定量风险分 析方法。 在事件树分析中，分析人员从给定的一个事件的 事故原因开始，按时间进程采用追踪方法，对构成 系统的各要素的状态逐项进行分析，直到分析出所 有可能发生的结果为止，进而定性、定量的评价系 统的安全性，并由此获得正确的决策。 LOGO v由于事件序列是按一定时序进行的，因此，事件 树分析是一种动态分析过程，同时事件序列是以 图形表示的，其形状呈树枝形，故称为事件树。 v事件树分析适用各类局部工艺过程、生产设备、 装置事故分析。分析系统故障、设备失效、工艺 异常、人失误等，应用较广。 什么是事件树 LOGO 为什么进行事件树分析？ 目的和意义 识别复杂工 艺过程可能 发生的各种 事故 判别事故发生的可能途径 Text Text 计算不希望事件发生的概率 分析已发生事故的原因 LOGO 如何分析？ Add Your Title 确 定 系 统 和 初 始 事 件 绘 制 事 件 树 定 性 定 量 分 析 拆 分 系 统 组 成 要 素 制 定 预 防 措 施 LOGO 事件树分析注意事项 v 一、在确定和寻找可能导致系统严重事故的初因事件和系 统事件时，要有效地利用平时的安全检查表、巡视结果、 未遂事件和故障信息，以及相关领域、类似系统和相似系 统的数据资料。 v 二、选择初因事件时，重点应放在对系统安全影响大、发 生频率高的事件上。 v 三、对开始阶段选择的初因事件应进行分类整理，对于可 能导致相同事件树的初因事件要划分为一类，然后分析各 类初因事件对系统影响的严重性，应优先做出严重性最大 的初因事件的事件树。 v 四、在根据事件树分析结果制定对策时，要优先考虑事故 发生概率高、事故影响大的项目。 LOGO 应用实例 例1 有一泵和两个串联阀门组成的物料输送系统。物料沿箭头方向顺序经 泵A、阀门B和阀门C，泵A启动后的物料输送系统可绘图，如下所示 设泵A、阀门B和阀门C的可靠度分别为0.95，0.9，0.9 系统成功的概率为：0.950.90.9=0.7695 系统失败的概率为：1-0.7695=0.2305 LOGO例2 天然气管道系统泄漏事件树 LOGO 事故树分析的优缺点 优点： v 1能详细查明系统中各种潜在的危险因素或事故的原因 ，可为改进安全设计和采取安全管理措施提供重要依据。 v 2可用于定性分析，求出各危险因素对事故影响的大小 ，也可用于定量分析，由各危险因素的概率计算出事故发 生的概率。从数量上说明是否能满足预定安全目标值的要 求，从而明确采取对策措施的重点和次序。 LOGO 事故树分析的优缺点 v 3在许多情况下，对导致顶事件发生的各种基本事件不 一定完全明了，又需要研究其各自能对顶事件产生多大的 影响，这时采用事故树分析能对各基本事件作出初步的评 价。 v 4事故树分析最明显的优点是将事故的原因看成一系列 能够组合与变化的因素，而非孤立和静止的事件，也即从 整体的、系统的角度去找寻事故的原因，以提高系统的安 全性。 LOGO 事故树分析的优缺点 缺点： v 1事故树分析要求分析人员对对象系统非常熟悉，并且 具有丰富的实践经验，因而不同人员采用事故树分析的结 果往往有所不同，可能会造成一定的误差。 v 2事故树分析不适合过于复杂的系统，因为其分析和计 算的工作量太大，有的定量分析可能用计算机都无法解决 。 v 3进行定量分析时，必须首先明确事故树中基本时间的 发生概率，而一旦这些数据不准确，会给定量分析带来相 当大的误差和困难。 LOGO 事件树分析优缺点 AdvantagesDisadvantages 层次鲜明、直观 可以基于路径计算每个节 点事件的概率，便于定量 分析。 ETA可以描述系统中可能 发生的事件 在安全管理上可以应用于 重大问题的决策 事件树阶梯性变化较 快，为了保持其适度的 规模，有时可能分析得 不太细致。 事件树分析受到分析 评价人员主观因素的影 响 事件树分析缺少事故 树中所使用的成熟的数 学模型。 LOGO 事件树VS事故树 事故树事件树 1、从原因到结果进行分析 2、一个事件树中可以表现出一 个引发事件的一些列后果 3、没有成熟的数学模型 4、可分析各事件发展的可能结 果，但不适用于详细分析 1、由结果到原因分析 2、事故树只能分辨一个顶事 件的相关原因 3、数学模型比较成熟，需要 一定的数学知识 4、适用于寻找系统失效的可 能方式 1、二者均受到分析评价人员主观因素影响 2、二者均可对事故作定性和定量评价 3、事件树是事故树的一个补充 LOGO 逻辑树综合分析 在实际工作中，一般对事故后果较严重的事件或 者作业进行逻辑树综合分析，这既是为分析事故 吸取教训，更是为了通过分析预防事故的发生。 逻辑树综合分析举例如下： LOGO 电机过热 未起火 起火 操作人员灭火 操作人员 未能灭火 自动灭火 自动灭火 失效 火警器报警 火警器不响 逻辑树综合分析 LOGO 逻辑树综合分析不仅能够直观的了解事故因素的 分布