（热能工程专业论文）工业燃气应用系统的安全评价.pdf

摘要 摘要 随着现代工业日新月异的发展，工业燃气应用系统也在不断地变化。但是 其安全运行的问题日益突出，事故时有发生。如何减少事故发生率，及时消除 潜在危险，确保工业的安全运行及职工的健康安全，使整个工业燃气应用系统 处在可接受的低风险水平下运行，已经成为一项意义重大的研究和开发课题。 本文针对工业燃气应用系统的特点，建立了工业燃气应用系统完整性评价 体系。该体系分为工业燃气应用系统的风险评价和工业燃气应用系统的安全管 理两大部分。 本文首先详细列举了目前国内外常用的安全评价方法，经过分析选用了故 障树分析法对工业燃气应用系统进行风险评价。建立了工业燃气应用系统各子 系统的故障树，并且根据故障树理论给出了工业燃气应用系统的完整性计算方 式，分析出了燃气应用系统的故障模式。然后，根据风险分析的结果，建立了 工业燃气应用系统安全管理体系，制定了预防事故或故障发生的维护策略，给 出了相关的管理建议。 本论文建立的工业燃气应用系统完整性评价体系尚数国内首例，必然存在 一些不足，但不失为工业燃气应用系统安全评价提供了一种新思路，同时也为 燃气系统的安全管理等方面提供了理论依据和实际参考。 关键词：工业燃气应用系统，故障树，安全评价，风险管理 a b s t r a c t w i t ht h ei n d u s t r y sr a p i dd e v e l o p m e n t , t h ei n d u s t r yu 6 h t ys y s t e m ( i u s ) i s c h a n g i n gd a yb yd a y b u ts o m eu n d e s i r a b l ea c c i d e n t sh a v eh a p p e n e db e t w e e nw h i l e s h o wt or e d u c et h ea c c i d e n t s ，h o wt oe l i m i n a t et h ep o t e n t i a lr i s k si nt i m e ，h o wt o g u a r a n t e et h eg o o do p e r a t i o no ft h ef a c t o r ya n dt h es a f e t yo ft h ee m p l o y e e s ，h o wt o o p e r a t et h ew h o l ei u su n d e rl o wr i s k s a l lt h ep r o b l e m sa b o v eh a v em a d et h e r e s e a r c ho nt h es a f e t ym a n a g e m e n to f t h ei u s s i g n i f i c a n ta n du r g e n t 删sd i s s e r t a t i o ns e t su pa l li u s si n t e g r i t ya s s e s s m e n ts y s t e mi na l l u s i o nt oi t s c h a r a c t e r i s t i co fi u s n 屺s y s t e mi sd i v i d e di n t ot w op a r t s ：i u s ss y s t e mr i s k a s s e s s m e n ta n di u s ss y s t e ms a f e t ym a n a g e m e n t f i r s t l y , t h et r e a t i s ee n u m e r a t e sl o t so fs a f e t ya $ s e s s m e n tm e t h o d sh o m ea n d a b r o a d , a n dc h o o s e st h ef a u l tt r e ea n a l y s i s ( e r a ) f i n a l l y b yu s i n gf t a ，t h ef a u l tt r e e o fi u si sf o r m e d s e c o n d l y , b a s e do nt h er e s u l t so fr i s ka n a l y s i s ，t h ei u s ss a f e t y m a n a g e m e n ts y s t e m c a nb ee s t a b l i s h e d , t h ec o r r e s p o n d i n g p r o t e c t i v em e a s u r e sc a nb e c o n s t i t u t e d a tl a s t ，w eg i v es o m ea d v i c ea b o u tr i s km a n a g e m e n t t h ei u s si n t e g t i t ya s s e s s m e n ts y s t e mt h ei s s u es e t su pi st h ef i r s ti n s t a n c ei nt h e c o u n t r y h o w e v e r , t h er e s e a r c hw o r kh a ss o m es h o r t c o m i n g s ；i to p e n san e wg a t et o t h ef o l l o w i n gr e s e a r c h k e y w o r d s ：i n d u s t r yu t i l i t ys y s t e m ，f a u l tt r e e ，s a f e t ya s s e s s m e n t ，r i s km a n a g e m e n t i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：者易冉 友卵年；月凶e t 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 近年来，随着社会生产力和生活水平的不断提高，城市燃气工业飞速发展， 改变了传统的以煤为主的能源结构，大大提高了城镇居民的生活水准，改善了 城市的环境。科学技术的进步和社会可持续性发展的需要，给我国城市燃气经 营企业提供了良好的发展机遇和广阔的市场前景。另一方面，我国国民经济稳 步发展的要求，基于注重环境和生态的可持续发展的国策，以及建立中小城镇、 更大范围地提高人民生活质量的潮流等是城市燃气新发展的基本推动力，要求 作为城市基础设施重要成部分的城市燃气与经济及社会同步发展。城市燃气的 新发展已经成为我国能源结构调整的一部分。 随着城市建设的不断发展，城市燃气供应系统的安全运行问题日益突出。 虽然城市燃气经营企业在设计、建设和运行时采用越来越严格的规范，建设时 选用性能越来越好的设备和管材，防腐严格。但是，影响燃气供应系统安全性 的因素很多，任何一种因素都可能引发严重的事故，造成人员伤亡和财产损失。 一般而言，城市燃气供应系统由气源供应、燃气输配以及燃气应用三个环 节组成。其中，燃气应用环节包括居民用气、公共建筑用气和工业用气三个系 统。城市燃气供应系统无论哪一个环节失效都将会导致人员伤亡、经济损失和 环境污染。因此，对事故导致后果的危害程度也必须评价。 多年来，我国工业燃气应用单位安全管理工作大多采用传统安全管理，随 着我国燃气事业持续、高速发展，生产经营的广度和供气规模日益扩大，新的 生产技术不断开发，新工艺、新材料、新设备不断出现，工艺过程日趋复杂化、 连续化，其潜在的危险性也大大增加。在这种情况下，只是单纯的强调遵守现 行法规或者凭经验去进行安全管理，显然是不能完全奏效的，必须用系统的思 想进行安全管理。 我国目前还没有建立完善的工业煤气供应系统的风险评价体系。为了保障 企业职工的健康安全以及工厂的安全运行，防止工业燃气应用系统发生中毒、 火灾、爆炸等严重危险事故，针对工业燃气应用系统进行安全评价是十分必要 的。 第一章绪论 1 2 工业燃气应用系统风险 工业生产使用的能源种类很多，除了煤、油和天然气外，其他主要都是由 煤转换而成的二次能源。在钢铁企业中，焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气是生 产过程中的副产品，也成为企业内部的主要燃气来源。 焦炉煤气、高炉煤气分别产自于炼铁系统中的炼焦工序和高炉工序，转炉 煤气产自于炼钢系统中的转炉工序。无论炼焦工序、高炉工序还是转炉工序所 生产的煤气除了工序本身用去部分外，通过企业内部的煤气管网向其他用气工 序输送。 焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气的组分见下表： 表1 1 工业煤气组分表 组分( 煤气名称 h 2 0 2 n 2 c 地 c o c 0 2c 2 i - hc 2 心 c 3 i - k 高炉煤气( b f g ) 3 6o o5 0 7o o2 2 62 3 1 焦炉煤气( c o o ) 6 0 60 o1 | 32 6 o6 62 22 3o 80 2 转炉煤气( l d g ) 3 12 0o ，86 0 51 5 60 0 5 8 从表中可以看出，焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气均属于易燃、易爆、有 毒性气体。焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气的爆炸极限范围均很宽，因此，一 旦泄漏后与空气混合，遇明火极易发生着火或爆炸。 焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气均含有剧毒物质c o ，特别是高炉煤气和转 炉煤气，c o 的含量分别高达2 0 和6 0 以上。人吸入c o 后，会造成人体组织缺 氧，神志不清，甚至危及生命。空气中c o 含量超过0 3 体积时，人不至l j l 0 分钟 就感到头痛，呕吐，继续吸入半小时会导致死亡。另外，焦炉煤气中含有的烃 类混合物，虽属低毒性物质，但长期接触可导致神经衰弱综合症状，其中含量 很高的甲烷属“单纯窒息性”气体，高浓度时人会因缺氧而引起中毒，当空气 的甲烷浓度达到2 5 ，3 0 时人会出现头昏、呼吸加速、运动失调。 因此，在焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气生产、输送与使用中稍有不慎， 就会造成严重的后果。 企业内部通过管道输送煤气过程中，也会像城市燃气输配一样，发生泄漏 事故。但发生泄漏的原因有所不同。城市燃气管道一般埋设在地下，而企业内 2 第章绪论 部的煤气管道由于范围相对小，也不存在美观问题，因此一般是架设在空中的。 煤气管道架设在空中，便于检查和维修，又可以避免土壤的腐蚀，但是空气也 存在腐蚀性介质，特别在钢铁企业内有害的烟气、粉尘浓度较大，加上雨水的 冲刷，也会造成管道腐蚀，如果维护不当就会发生管道穿孔、破裂，导致煤气 泄漏。企业内部运输车辆比较多，如果煤气管道架空设计不合理或车辆驾驶不 当，也会发生车辆与煤气管道的碰撞事故，从而导致煤气的大量泄漏。煤气泄 漏不仅会直接导致人员伤亡，如果引发着火爆炸，则后果更严重。 无论是煤气生产还是燃烧设备，如果维修保养不当，均会造成各类煤气安 全控制装置、煤气泄漏报警系统等失效，造成事故隐患。一旦发生燃气中混入 空气或煤气泄漏，又未能及时发现，则将导致重大的人员和财产损失。 1 3 工业燃气应用系统安全评价的研究意义 目前，我国还没有建立完善的城市燃气供应系统的风险评价体系，也缺乏 相应的工业燃气应用系统的安全评价。本课题的研究是城市燃气供应系统整体 性风险分析的一个重要组成部分，有助于建立完善的城市燃气供应系统安全管 理体系。 通过本课题的研究，有助于工业燃气应用单位借助于本研究体系，分析相 应的工业燃气应用系统的可靠性及存在风险和影响因素，根据分析结果并结合 工业燃气应用单位的实际情况制定合理的决策，及时消除潜在危险，确保工业 的安全运行及职工的健康安全，使整个工业燃气应用系统处在可接受的低风险 水平下运行，从而提高工业燃气应用单位的经济效益。 i 有利于提高管理者的决策水平。 钢铁工业煤气供应系统的特点是点多、面广、线长且大多架于空中，容易 受到各种内外因素的影响。对钢铁工业煤气供应系统的管理者而言，最棘手的 问题不是在事故后如何采取补救措施，而是不知道何时、何地会发生下一个事 故，以及下一个事故后果的严重程度。虽然下一个事故是无法预测的，但对煤 气供应系统风险进行评价后，采取必要的措旌减少一定时期内事故发生的频率 和严重性却是能做到的。它可以帮助领导层进行技术决策，改变过去以检漏、 抢修为主要手段的被动局面，转而实行以预防为主，主动建立“跟踪检测一风 险评价一计划性修复”的煤气供应系统综合管理体系，从而避免了“平均花 钱，不见效益”的盲目性。因此在煤气供应系统的整个生命周期，特别是在运 3 第一章绪论 作阶段，对其进行风险管理至关重要。 2 可以优化风险成本关系， 系统风险的降低总是以成本增加为代价的，但成本投入的增长与风险的降 低并非存在正比关系。如果把煤气供应系统安全维护成本与煤气供应系统事故 成本的曲线放在同一坐标系中考虑，则可得到最佳的风险控制值。 茎盔掣 量佳风险僵风险 3 减少突发性灾难事故的发生 煤气供应系统的风险评价为系统事故的发生提供了有效的预报，因此它在 减少重大事故方面具有科学预报性。 4 木风黢性v 第一章绪论 4 及时消除风险因素，提高系统的可靠性、完整性和安全度 及时发现工业燃气应用系统中的薄弱环节，及时维护，最大限度地降低事 故发生率，确保工业燃气应用系统长期处于安全高效的运行状态，从而提高设 施的使用效益。 还可以增强操作人员的安全信心，减少环境污染，提高综合经济效益。 1 4 国内外燃气管网安全评价的研究发展状况 2 0 世纪7 0 年代，欧美等工业发达国家在二战以后兴建的大量油气长输管道 已进入老龄期，各种事故频繁发生，造成了巨大的经济损失和人员伤亡，大大 降低了各管道公司的盈利水平，同时也严重影响和制约了上游油气田的正常生 产。为此，美国首先借鉴经济学和其他工业领域的风险评价技术来评价油气管 道的风险性。经过几十年的发展和应用，目前许多国家已经逐步建立起管道风 险评价体系和各种有效的评价方法。 当前，国内外对于安全评价有不同的评价模式和相应的准则，例如，有适 用性评价、风险评价和完整性评价，以及可靠性评价等模式，这些评价方法的 原理不尽相同，既有相互联系、交叉、重叠，又都各成体系，有各自的评估内 容、指标、程序、方法和准则。因此，安全评价工作缺乏统一、规范的安全评 价标准，这也将影响到评价结果的一致性、有效性和准确性。所以从国内外的 评估模式进行比较、最优化就十分必要。 可靠性工程的研究始于第二次世界大战期间，自贝尔电话研究所h a w a t s o n 首先提出后，相继用于核工业、电子、仪器仪表制造等多个领域。对系统进行 可靠性分析的方法有很多，故障树分析法就是其中之一。该方法通过逻辑分析 找出对最不希望发生的顶事件有贡献的各种因素。2 0 世纪7 0 年代，系统安全 分析与故障树分析法、故障树分析法的概念与技术等论文用更为直观的框 图取代了传统方法。进入8 0 年代，电力系统可靠性评价工程、系统可靠性 评价等文章又将其引入实际工程应用。 管道的可靠性的研究思路是把管道系统视为一个串联或并联系统，运用可 靠性的理论方法和各种概率条件的假设，进行以故障率统计为内容的可靠度的 计算分析。计算单元或系统的可靠性指标，分析系统的故障模式及其原因，研 究单元或系统的变化规律及其对整个系统的影响，提出改善和提高可靠性的具 体有效的措施，保证系统能在要求的可靠度指标下运行。评价管线工程可靠性 5 第一章绪论 指标主要有欧美各国使用故障率、可靠度、可用度，前苏联使用可靠度、准备 系数。 国外关于燃气管网的可靠性研究起步较早，也制定了各类量化指标，为管 网的可靠性分析提供了依据。国内研究工作已经陆续开展，并已经取得一定的 成果。但是就整个城市燃气供应系统的综合可靠性分析而言，国内外的研究都 不多。 本课题作为城市燃气供应系统的一个组成部分，国内外的相关研究比较缺 乏。工业燃气应用系统中包含管道系统及各种燃气设备等，尽管在设计、运行、 管理上同城市燃气供应系统的其他环节有不少差别，但是安全管理工作的整体 思路是相同的，即风险辨识、风险评价、系统可靠性分析、安全控制和决策分 析，其中风险评价及可靠性分析的方法都是可以借鉴的。 1 5 主要研究内容 工业燃气应用系统的安全评价主要是从事故的可能性，事故的影响范围与 损失程度等三方面入手，运用系统工程的理论识别、分析和评价固有的或者潜 在的危险因素。通过安全评价，可以确认工业燃气应用系统当前的安全状况， 寻找出其中需要解决的安全问题并有针对性地制定合适的安全管理决策，使系 统危险性降到最低。 本课题将以典型钢铁企业为对象，针对其工业燃气应用系统进行可靠性和 风险辨识及分析的研究。 工业燃气应用系统可划分为若干子系统，包括燃气生产系统、燃气储配系 统、燃气输送系统、燃气应用设备、燃气调度管理系统等，其中每个子系统的 可靠性都直接影响到整个系统的安全性。分析各子系统失效( 即发生事故) 的 原因及事故形式，从生命安全、环境危害和财产损失三个方面来评价事故可能 造成的后果，采用系统可靠性理论和定性、定量风险评价等方法对工业煤气应 用系统进行风险评价，选择最优评价方法建立工业燃气供应系统的风险评价体 系，从而为工业燃气供应系统的安全运行以及员工的健康安全打下基础，提高 工业生产的综合经济效益。 本课题将进行下列内容的研究： ( 1 ) 工业燃气应用系统的事故类型及影响因素分析，并将因素系统化； ( 2 ) 工业燃气应用系统的安全评价及可靠性研究方法分析应用、比较与优 6 第一章绪论 化； ( 3 ) 工业燃气应用系统的燃气管道系统、燃气设备及燃气加压站和混合站的 可靠性分析； “) 工业燃气应用系统的完整性可靠性分析以及安全评价； ( 5 ) 工业燃气应用系统的安全管理及决策分析； ( 6 ) 工业燃气应用系统的安全评价体系。 7 第二章安全评价理论研究 第二章安全评价理论研究 “任何事故是人的不安全行为、物的不安全状态和环境缺陷三方面因素的 同一时空出现而引发的。”这就是著名的“三圆环”事故致因理论。只要有生 产，有活动，人类就要承受引发事故的风险。而现代工业随着新工艺、新技术、 新能源和新材料等新技术的不断应用，生产过程日趋规模化、复杂化和高度自 动化，同时在生产过程中也存在着大量的能量和各种危险因素，这也就引发了 现代工业文明与风险的矛盾。 为了消除或抑制系统存在的危险性，人们就必须对系统存在的危险性有充 分的认识，在充分揭示危险性的存在和它的发生可能性的基础上，再对危险性 进行分析评价，看看究竟会产生什么样的严重后果，是否需要什么技术措施， 采取这些措施后危险性得到怎样的抑制或消除，这些都需要反复进行评价。这 种评价称为安全评价( s a f e t ya s s e s s m e n t ) ，也称作风险评价( r i s ka s s e s s m e n t ) 或危险度评价。通过安全评价这一现代安全管理的重要手段，可以帮助我们建 立一种科学的思维方式运用系统方法，及时、全面、准确、系统地识别各种危 险因素，评价潜在的风险并采取最佳方案，从而降低风险，以寻求最低的事故 率、最少的损失和最优的安全投资效益。 2 1 风险 风险是指不利结果( 或损失) 出现的可能性。只要有生产，有活动，人类就要 承受引发事故的风险。风险常表示为事故的发生概率和后果的函数： r = 0 ，c ) 式中： r 风险； p 风险发生的概率； 8 第二章安全评价理论研究 c 风险发生的后果。 工业燃气应用系统一般由气源、管网、储配站、调压站等组成。工业燃气 输配管网多采用架空形式，所输送的燃气易燃易爆，并处于一定的压力状态， 其中各种煤气还有毒。因此，工业燃气应用管网具有较大的危险性，充满了来 自自然，特别是人为的风险。 风险和危险是不同的，“危险”是事物客观的属性。而风险则不仅意味着“危 险”的存在，而且还意味着存在由“危险”导致事故发生的渠道和可能性。危险是 风险的一种前提表征。例如，城市居民要使用燃气，当燃气必须通过管道输送 时，埋地管道就存在受到腐蚀的危险，这种危险是客观固有的，但在实践中， 人们采取各种有效措施尽量杜绝发生腐蚀的渠道，从而降低由腐蚀导致燃气管 道泄漏事故发生的可能性。也就是说危险很大，但风险可能很小。 2 2 风险分析的步骤 风险是由于能量或者毒物的释放失去控制而引起的，一般来说。一个系统 中间，应该有某一部分比其他方面更容易引起危险，所以，在风险分析的第一 步就是要把整个系统，划分各个子系统，以便确定那些部分和部件最有可能成 为失去控制的危险来源。 因此风险研究的第一阶段三个步骤是： 第一步：确定危险种类( 是毒物释放；爆炸；火灾) ； 第二步：确定该系统的哪一部分是上述危险的来源； 第三步：规定研究的范围( 如研究是否包括人为破坏，敌对行为战争，公 用设施失效，雷击，地震等造成的风险) ； 总之，风险研究的第一阶段的目标在于规定所研究的系统，并在广义上确 定可能的潜在危险。 第二个阶段： 第一步：确定事故链， 第二步：故障树或事件树。 第三阶段：后果分析 第一步：计算每种事故途径释放的毒物量或能量数值； 第二步：追踪这些致命的毒物，冲击波或火焰传播的去向； 9 第二章安全评价理论研究 第三步：评价他们对健康的危害以及所造成的财产的损失； 第四步：根据与其它社会风险进行的比较，对所研究的技术进行某种全面 的评价。 2 3 风险评价基本方法“r 5 1 1 风险评价的方法很多，根据不同标准可以进行不同分类。分类标准包括： 按评价对象演变的过程、阶段分类 按工业安全管理的内容分类 按研究目的、特定的安全领域分类 按评价方法的特征分类 按收集资料、数据和信息来源及其处理方法分类 按系统安全性评价的性质分类 只要新用的方法有一定的适用范围，又有各自的理论，能建立起表达评价 对象的特性和变化( 运动) 规律或能建立起系统数学模型，这样的风险评价方 法就是有实用价值的。这些方法要结合实际运用，它们是风险评价的手段和工 具。据资料显示，风险评价方法有数十种。而适用性较广的方法只有十几种， 各有所长，互为补充，要根据实际评价对象合理选用。下面简要介绍风险评价 方法的分类。 2 3 1 按评价对象演变的过程、阶段分类 ( 1 ) 预先评价 预先评价是系统计划或设计系统的一个重点。因为通过评价和预测所获得 的信息，可在事前评价阶段加以修正，系统安全性( 特别是系统的固有安全性 能) 和投资效益等在很大程度上取决于这个阶段。 ( 2 ) 中间评价 中间评价是在系统研制途中，用来判断是否有必要变更目标和为及时采取 对策而进行管理的有效手段。 ( 3 ) 运行评价 当系统开发完成投入使用时，便可对整个项目进行运行评价。评价的要点 1 0 第二章安全评价理论研究 应抓住安全性的评价、安全技术的评价、安全经济的评价和社会的评价。该评 价是在定量地掌握己经达到目的安全水平的同时，确认目标以外的安全效果的 方法。 ( 4 ) 跟踪评价 某个项目完成以后，在投入使用的过程中经过多年安全性调查和评价它对 以后的安全工作有什么贡献以及所涉及的效果，这种评价也可以称之为“追加 评价”。 2 3 2 按工业安全管理的内容分类 ( 1 ) 工厂设计的安全性评审 工厂设计的安全性评审是对新建工厂和应用新技术的不安全因素，通过评 审，消灭在计划和设计阶段。一些国家己将它用法律的形式固定下来。 ( 2 ) 安全管理的有效性评价 安全管理的有效性评价反映企业安全管理结构的效能，事故伤亡率、损失 率，投资效益等。 ( 3 ) 生产设备的安全可靠性评价 生产设备的安全可靠性评价是对机器设备、装置和部件的故障和人机系统 设计、应用系统工程分析方法进行安全、可靠性评价的方法。 ( 4 ) 行为的安全性评价 对人的不安全心理状态的发现和人体操作的可靠度，可以通过行为测定来 评价其安全性。 ( 5 ) 作业环境和环境质量评价 作业环境和环境质量评价是评价作业环境对人体健康危害的影响和工厂排 放物对作业和生活环境的影响。 ( 6 ) 化学物质的物理化学危险性评价 化学物质的物理化学危险性评价是评价化学物质在生产、运输、贮存中存 在的物理化学危险性，或己发生的火灾、爆炸、中毒等安全问题。 2 3 3 按研究目的、特定的安全领域分类 ( 1 ) 安全技术评价 第= 章安全评价理论研究 安全技术评价是指新科学技术成就的应用所产生的正负效果。例如对新装 置、新产品的社会、经济效益的评价，涉及事故损失率、安全投资效益影响企 业经济结构变化等方面的有关问题。 ( 2 ) 社会评价 社会评价是对由于职业安全与卫生有关的生产安全、生活安全、产品安全 等而引起的社会问题的评价。例如对社会发展、社会生活、社会生态环境等方 面的影响和危害。 2 3 4 按评价方法的特征分类 ( 1 ) 定性评价 定性评价指依靠人的观察分析能力、借助于经验和判断能力进行评价的方 法。该法可以根据专家的观点提供高、中、低风险的相对等级，但是危险性事 故发生的频率和事故损失后果均不能量化。定性评价包括诸如安全检查表( c l ) 、 预先危害性分析( a h p ) 、列表检查、假设事故与后果分析、破坏模式与效果和 临界状态分析、危险与危险性调节研究等各种危险识别方法。 ( 2 ) 半定量评价 半定量评价也称为相对的、以风险指数为基础的风险评价。它以风险的数 量指标为基础，对事故损失后果和事故发生频率按权重值各分配一个指标，然 后用加和除将两个对应事故概率和后果严重程度的指标进行组合，从而形成一 个相对风险指标( 风险指数) 。这种评价方法允许使用一种统一而有条理的处理 方法把风险划成等级，其相对风险指标可以用来确定资源分配的优先权。 ( 3 ) 定量评价 定量评价或叫概率风险评价( p r a ) ，是预先给固定的、重大的和灾难性的 事故的发生概率和事故损失后果都约定一个具有明确物理意义的单位。所以其 评价结果是最严密和最准确的。 自1 9 7 2 年美国原子能委员会( a e c ) 应用事件树分析和故障树分析相结合 的技术成功地对核电站的风险进行了首次综合的评价，以定量的方式给出了核 电站的安全风险后，美国核管理委员会( n r c ) 开始使用概率风险评价p r a ( p r o b a b i l i s t i cr i s k a s s e s s m e n t ) 来支持其管理过程在“挑战者”事件之后，n a s a ( 美国航空航天局) 制定了更严格的安全和质量保证大纲，采用概率评价方法 第二章安全评价理论研究 对航天任务进行评价，并开发了一套完整的p l 认程序对航天飞机的飞行任务进行 评价。e s a ( 欧空局) 的安全评价也从以定性为主转向定量评价，并开发了自己 舞照验评徐裁净。鼹a 垂箨灸诲多王毽系统安全强陵锋理翟彦熬重要组成夥分瑟 应用于系统的设计、制造帮使疆运行串。 上述三种风险评价方法，就冀评价结果的准确饿而吉，定量评价最好，其 次是半定撼评价和定性评价，但就其评价成本而言，半定量评价高于定1 生评价， 定量评价最磁。 溺综务谨徐 综合译徐憝指两种能上麓下方法的缝合运耀。遮耱综合常表瑶为定馁方法 和定量方法的综合，有时是两种以上定量评价方法的综合。由于各评价方迭都 有它的适用獭围和特点，综合评价兼有多种方法的长处，因而可以得到较为可 靠和精确的评价结果。 2 。3 。5 按羧繁资辩、数据秘傣纛聚潦及英整理方法分类 ( 1 ) 专家评分法 专家评分法，以风险评价专容为索取数据、信息的对象，运用专家的丰富 知识和积累的经验，考虑评价对苏及客观条件，采用意观或推断方法对系统进 霉综会分撰磷瓷，霹羰翔定毪竣举定量豹壹鼹售患寒剿凝系绞魏安全程淡。专 家评分法，掰黻是个体鲍，毽可以是专家小组静，藤髫集愚广盏，鞠鬣癌发， 评分更为公藏。实际上国外的专溅评价机构，例如“安全评价咨询公司”和“安 全评价研究所”都是安全专家露集之处，由他们进行咨询和评价的信息殿结果 都属安全专家判断评分形式。有的地方确定加权系数采用了专家经验评分法。 往) 参照类裂法 巍餍系统彝l f 陵译价成功( 霄簸 懿经验或风险债凝炎钕( 耱戳) 静译馀方法， 通过分析、对比、分类，可以判定有大量的评价项目及其数据是可参照、可类 比、可移用的。在评价中利用某贱可信、有效的数据和方法为风险评价服务。 ( 3 ) 模糊数学( f u z z ys e t ) 定量分析 在风黢评价过程孛，有缀多影响因素豹性质和溺渤无法弱数字来耪确地摇 述，它 l 懿络莱氇是含鬟不潼懿，笼法薅单一懿潦簧| l 泉谨蠢。为解决这一瓣蘧， 美国学者l 。a z a d e h 于1 9 6 5 年蓠次提出模糊集合的概念，对模糊行为和活动建立 1 3 第：章安全评价理论研究 模滋。模襁数学定量分辑藏是鞫建模赣数学( 隶属函数) 豹蘧论，敬模糊毪对精确 性的一种通近：应用模糊聚类和相似优先比、模糊综合评价、模糊语裔和模糊控 制、模式识别的模糊技术、模糊决策等方法，对系统安众、危害程度进行定量 分辑，特襄是壤麓予谤冀援按零慰系统、黪娃、金韭懿安全获态透露定量谔徐。 我嗣已经研制出作为危险等级评定的模糊系统方法软件系统，为风险评价开拓 了新的领域。 ( 4 ) 灰色风黢评馀法 灰色系统毽论谈为大量邑皴信息( 自识藜统) 、不少采知信息耨l 确知詹怠 ( 黑色系统) 混合组成灰色的系统，在风险管理中，通常都在信息不很清楚的 情况下开展工作，风险评价岛决策也都是在信息部分己知、部分未知的情况下 擞爨懿，霉戳恕系统安全( 或系统事薮) 豢隽获色系统，襞震建模帮笑联分撰， 使获色系统“自化”，进行评价、预测和决策。 2 3 6 按系统蜜全性评价的性最分类 ( 1 ) 系统固脊危险性评价 这种评价主疆是评价系统固有危险性的犬小。所谓固有危险性，是指由系 统戆援翅、设计、键造( 建设) 、安装等原始爨素决定的缝险娃，即系统投入运 行前所存在的凫险往( 也可谓入为先天毪的危害性) 。遮释危险一般与系统投入 运行前的科技水平，主管部门的经济状况和领导决策有美。对固有危险性评价 主鬻考虑系统发嫩事故的可能性大小和事故缀失的严重獠度。根据圃商危险性 译徐绪栗，霹黻瓣系统危陵後翔分等缓，锋瓣不藏等级考虑应采取懿举蠢黠策， 以达到社会认可的安全指标。 ( 2 ) 系统安众管理状况评价 这静评终圭簧是默管理兔旋来谔徐系统麴安全获琵。瘊谓安全管毽，是掺 技术安全管理、设备安全管璩、环境安全管理、行政安众管理、安全教育管理 等。通过这种广义管理，使系统安全性达到规定的要求，使固有危险性得到控 制。这种评价方法一般采用以安全检查表为依据豹加权平均计值法，域直接赋 毽法，它是霹蘸我嚣金翌安全住评徐嚣果燕l 豹方法。逶j 霆系统安全簧壤状凝译 价，可以确定系统固有危险性的受控程度怒否达到规定的要求，从而确定系统 安众程度高低。 1 4 第二二章安全评价理论研究 ( 3 ) 系统糯实危险毪评徐 这种评价主要是评价通道系统安全管理尚未得到有效控制的系统固有危险 性的太小，也就是对系统目前实际存在的暂不能被控制的危险性进行评价，通 过这秘浮馥哥疆确定吝有关鼹疆痘该掌握熬备类薤殓源黪分毒谤提彝动态安全 信息，以便重点加强控制，同时也为监察、监督、管理、保险等部门开展工作 提供重要依据。 2 4 概率风险评价技术 目前，概率风险技术已被广泛地用于了电子、石油、化工和许多工业领域 熬簇力容器蠢管遴秘题孛，势麓在今垂，这一技术兹瘦霜在深度窝广发主还骞 不断增加的趋势。这些技术包括采用专家意觅进行风险估计及其相关的几种新 型分析方法【珏5 3 j ，即： ( 1 ) 基于决繁麓学帮贝砖焱统计理论静决策分辑方法 蚓； ( 2 ) 利用事件瓣和故障树斡概率风险译价( p r a ) ； ( 3 ) 体现应力强度干涉模溅和蒙特卡洛方法的结构可靠性和风险评价。 2 。4 ，1 决策分辑隽法 决策分析方法是一种面对不确定性和风险性做出合瑷选择的常用方法。它 利月决策理论建立模型，在可辘发生的事件中做出清晰的选择。它有助于决策 者遴过建立逻瓣鬻终移决策褥逐行结采豹译徐，并预测谣能懿结采。 简单的讲，决策树包括蓿千结点：决策结点，它允许决策者做出= 择一 的选择；机会结点，它通过二择一分支产生机会，影响决策结果；终止结 焦，它舞每一静壤会提供霹麓戆缮栗。决繁转熬每个规会结焘都袁嚣个撬会结 果分支每个分支都被赋予一个特征量值和概率，可以遴行数字求解。例如将所 有分支的值依次相乘，每一路径贯穿于决策树中，二择一方法是将每个机会 结点定义为一个馑和一个概攀，并用蒙卡特洛模拟法求解该模型。 决策分耩霹瘸子预测事佟发生的穰率袋缝采，送行攀螽风险分辑或概率分 析。 1 5 第二章安全评价理论研究 2 4 2 失效模式、影响和评价分析( f u e o a ) 。” f m e c a 怒一耪戆霹元俘或系绞进行最殓译赞的方法，它基予失效概搴，绘 篷霹能豹失效模式耪失效结果，它必须瑷预先准备好瓣数据、资辩、袭穰秘计 算机数据库为基础。由于f m e c a 怒建立在工程鉴定j f n 工程数据的基础上的，因 此这种评价能用于为现役部件提供设计修改和改进意见，也可以为发展新项目 提供指导。计算机表格和数据库的运用能完成快速分析和实时改进f m e c a 。 f m e c a i 捻主要往点是能处理蠢效售息，不需要褥剃兹软 牟支持，势熬建成 熬的风陵模黧为工程技术入员提供确定性静撵嚣。 2 4 3 概率风险评价( p 队) 在a s m e 巾，p r a 是一种分析方法，其功能包括： ( 1 ) 识鬟联接述事舞熬缀会，帮；舞采事锋发叟，叛摇述将导致瓣重事 敖或任何其它无法预精的譬律。 ( 2 ) 评价每一种事件组合发缴的频率。 ( 3 ) 评价结果，例如，安全、经济和环境。 概率风险评价主要是把事故麟果的分析同实际远行中的事故发生概率分析 结合莛来，擞撼系统各组残要素瓣簸漳率及失误率，确定系统发生事赦熬概率， 然后同嚣定瓣瓣标篷裾魄较，羚断箕是否达至l 预麓瓣蜜全要求，或者将穰攀值 划分为若干个等级，作为对系统风险性评定及制定窳全措施的依据。具体地说， 就是通过对卷统可能发生的事故进行故障树分析( f 1 a ) 或事件树分析( e t a ) ， 建立数学模溅，决定目标函数，然后求解。事件树用于描述原事件和系绕组合 静完整帮失效，嚣放簿树赠是接述系统失效豹方式以後产生事佟糖。遥避这两 静穰鳖瓣分裾霹良售诗每一事蔽缭莱静频率。 2 4 4 概率结构力学( p s h ) 1 9 8 6 年幽k + r b a l k e y 等人提出的概率结构力学( p s m ) 是一种既有确定性计 算又对来魏熬_ 秘不确定性参数遴行壤率攘述静分辑联论。这些不骥定性辫素包 括载荷条释、缺陷尺寸、结构奉| 辩黥机械性能窝纯孥成分戳及结梅退化的影嚼， 而综合考虑这些影响因素的随机蹙量由分布函数来描述，并为结构可靠度的计 1 6 第二章安全评价理论研究 算提供依据。综合各随机变量以估算可靠度的各种方法是实用的蒙特卡洛模拟 法是按随机变量预计的分布规律进行随机样本检验，可通过部分模拟结构失效 来确定失效概率。 ， 2 4 5 结构可靠性和风险评估( s r r a ) s r r a 是一种评估构件失效概率的方法，它基于p s m 中的失效数据、分析模 型、专家意见、构件初始状态假设、退化结构、载荷条件、构件寿命和控制顺 序，也可用于决策分析以确定是否需要修理、维修或继续观察。 2 5 模糊风险评价技术哪剐 模糊风险评价技术是在以上几种评价方法的基础上，运用模糊综合评价法 对系统风险进行定量性的评价。综合评价就是对受各种因素影响的事物做出一 个总的评价，由于系统的危险性问题的评价往往具有模糊性，因此可以用模糊 数学的方法即模糊综合评价法来进行风险评价。 该法是应用模糊关系合成的原理，从多个因素对被评价事物隶属度等级状 况进行综合评价的一种方法。模糊综合评价包括六个基本要素： ( 1 ) 评价因素论域u u 代表综合评价中各评价因素所组成的集合。 ( 2 ) 评语等级论域v v 代表综合评价中评语所组成的集合。它实质是对被评事物变化区间的一个 划分，例如好、较好、中等、较差、差就是综合评价中常用的评语。 ( 3 ) 模糊关系矩阵r r 是单因素评价的结果，即单因素评价矩阵。模糊综合评价所综合的对象正 是r 。 ( 4 ) 评价因素权向量a a 代表评价因素在被评对象中的相对重要程度，它在综合评价中用来对r 作 加权处理。 ( 5 ) 合成算子 合成算子指合成a 与r 所用的计算方法，也就是合成方法。 1 7 第二章安全评价理论研究 ( 6 ) 评价结果向量b b 是对每个被评价对象综合状况分等级的程度描述。 上述的模糊关系矩阵r 作为一个从评价因素集u 到评语集v 的f u z z y ( 模糊) 变 换器，每输入一组因素的权重向量a ，就可以得到一组相应的评价结果b 。这个 关系可用图2 1 模糊综合评价的基本模型来表示。 权重向琶4 厂。评价结果b _ 叫f u z z y 变换器r 卜+ 1一 图2 1 模糊综合评价基本模型 在得到系统的综合评价结果后，根据最大隶属度原则或择近原则进行识别、 归类，从而确定出系统的风险水平。 2 6 工业燃气应用系统安全评价方法选择 如何在保证现代工业文明不断进步的同时有效地控制风险，使人类承受的 风险与获得的文明进步达到平衡，是现代安全管理面临的新课题。风险评价是 达到这个目的的一个有效工具。工业燃气应用系统运行过程中的安全问题日益 突出，事故时有发生。燃气的泄漏或爆炸事故往往会给工业企业员工的生命及 企业自身带来巨大的损失，危害人身健康和生态环境，给社会造成深远的不良 影响。事故的发生率己成为检验安全程度的一个重要标志，如何降低工业燃气 应用系统事故发生率是各相关企业迫切需要解决的问题。选用适合的安全评价 方法，进行工业燃气应用系统安全评价体系的研究很有必要，具有重要的实际 意义。 本章分析了国内外进行安全评价时常用的一些理论与方法，在实践中有着 广泛的应用，也得到了较为充分的发展。本文所研究的对象工业燃气应用系统 具有这样一些特点： ( 1 ) 燃气应用链长，从燃气生产，到燃气储配( 包括调压，输送，储存) ， 再到调度管理，最后到用户，涉及到相当多的工艺流程和工业设备 ( 2 ) 燃气的种类繁多，包括各类煤气，天然气，液化石油气等。 ( 3 ) 燃气用户类型庞大，各种工业炉和不同部门的工业设备，甚至还有热电 1 8 第二章安全评价理论研究 厂的运行都会使用的燃气。 ( 4 ) 工业燃气管道多为架空铺设，易受空气存在的介质腐蚀，特别在钢铁企 业内有害的烟气、粉尘浓度较大，加上雨水的冲刷，也会造成管道腐蚀。另外， 工厂中出入的车辆如果操作不当会与管道发生碰撞，从而造成事故。 工业燃气安全评价的要求也不同于一般的城市管网系统安全评价。工业安 全燃气评价为了达到能够精确的预测将来发生事故的情况和系统维护的时间 点，就要能够对系统进行定量分析。另外，工业燃气安全评价还要求评价方法 简明形象，迅速对燃气故障做出反应。 根据上面一些工业燃气应用系的特点和工业燃气安全评价的要求，本文选 择了运用故障树分析方法来进行工业燃气应用系统得安全评价。故降树分析是 一种对复杂系统进行风险识别和评价的方法。在生产、使用阶段可帮助进行失 效诊断，改进技术管理和维修方案。故障树分析也可以作为故障发生后的调查 手段。故障树分析既适用于定性评价，又适用于定量评价，具有应用范围广和 简明形象的特点，体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预 测性。 接下来一章将会详细介绍故障树分析方法的原理和分析流程。 1 9 第三章故障树基本理论 第三章故障树基本理论 3 1 故障树分析( f t a ) 的历史、现状和发展方向 3 。1 。1 概述 f t a 善先楚由美蓬炙尔电话磷究所静h t a 。w a s t o n 予1 9 6 1 年提基，震予美国 “民兵”导弹的发射控制系统进行焱全性分析。后来，波裔公司对f t a 法做丁修改， 使其能用计辣机处理，推动了f t a 技术的迅速发展。1 9 6 5 年，d e h a s s l 等由在华 盛顿大学和波裔公司联合组织的一次系统安全性学术会议上发表的几篇有关 f t a i 鬟j 论文，标恚着f t a 技术在簸必工业，核戆工业以及其链工艺终为一耱嚣靠 性裙安全馁分耩豹方法秀受鹫霪筏觞歼臻。蓝l ：蜃，在掰翔a 法解决实舔阏憨翡过 程中，f 1 a 联论得到充分和进一步的完善。1 9 7 9 年开始，国际可靠性和维修性技 术委员会开始制定f t a 方面的有关标准，我国于8 0 年代初开始研究f t a 8 0 年代 陆续制定了有关f t a 的标准f t a 的核心包括故障树的建造，定性分析和蹴爨分 辑。 3 。1 2 故障树的建立 故障树的建造是f t a 的核心之一，故障树正确、含理、完整与否直接决定了 分析结果的准确性、有用性。人点建树( 演绎法) ，有其驻著的优点，但是也存在 费嚣重、费力秘效率羝夔麸点。嚣逡辨学者对计算规辖驹建树遴霉亍了醪究，撵遗 了有健表健静会成法、决