（安全技术及工程专业论文）石化企业典型装置安全评价的研究.pdf

东北犬学硕士学位论文 a b s t r a c t s t u d y o n s a f e t y e v a l u a t i o nf o r t y p i c a l e q u i p m e n t o fp e t r o c h e m i c a l e n t e r p r i s e a bs t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o f i n d u s t r y , q u a l i t y c e r t i f i c a t i o n s y s t e m a n d e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ns y s t e mg e tp e o p l e sa p p r o v a l ，i s 0 9 0 0 0s e r i e ss t a n d a r da n d i s 0 1 4 0 0 0s e r i e ss t a n d a r da d o p t sf a ra n dw i d ew o r l d w i d e t h eo c c u p a t i o n a ls a f e t y & h e a l t hm a n a g e m e n t s y s t e ma l s os u f f e r st h es o c i a lc o n c e r nm o r ea n dm o r e ，w a t c ho n t h er a n g eo ft h ew o r l d ，t h es a f e t y m a n a g e m e n ts y s t e mh a sa l r e a d yt a k e ns h a p e h a z a r di d e n t i f i c a t i o n ，s a f e t ye v a l u a t i o np r e r e q u i s i t et od oag o o dj o bo fs a f e t y m a n a g e m e n t ，s a f e t ye v a l u a t i o nh a sb e c o m em o s ti m p o r t a n tm e a n st op r e d i c ta n d c o n t r o li n d u s t r i a la c c i d e n t a i r e a d y , i t i st h ee s s e n t i a l c o m p o n e n ti n t h e s a f e t y m a n a g e m e n ts y s t e mt o o t h ei n d u s t r yo f p e t r o c h e m i c a li s o n eo ft h eb a s i ci n d u s t r i e so fo u rn a t i o n a l e c o n o m y ，b e c a u s eo ft h er e s t r i c to fi t s c r a f tc h a r a c t e r i s t i c ，i t s p r o d u c t i o np r o c e s s i n v o l v e sq u i t eal o to fi n f l a m m a b l e ，v o l a t i l em a t e r i a l s ，a n dw o r k i n gc o n d i t i o n sa r e m o s t l yu n d e rh i g ht e m p e r a t u r e ，h i g hp r e s s u r ee n v i r o n m e n t ，s os e r i o u sa c c i d e n ti s v e r ye a s y t o h a p p e n t h ec a t a l y t i c & c r a c k i n g i st h em o s t i m p o r t a n tk i n d o f s e c o n d a r yp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yi n o i l r e f i n i n gi n d u s t r y , o c c u p i e st h ei m p o r t a n t p o s i t i o ni nt h ei n d u s t r i a lp r o d u c t i o no f o i lr e f i n i n g t h i sa r t i c l es e l e c t sac a t a l y t i c & c r a c k i n ge q u i p m e n ta sr e s e a r c ho b j e c t ，i n t e n d st od e v e l o pas u i to fs a f e t ye v a l u a t i o n m e t h o d sf o rt h ee q u i p m e n t so f p e t r o c h e m i c a li n d u s t r ya i m i n ga tt h ec h a r a c t e r i s t i co f p e t r o c h e m i c a li n d u s t r yc r a f te q u i p m e n t s c h a p t e r o n eo ft h i st e x ti st h es u m m a r i z a t i o nf o rs a f e t ye v a l u a t i o n i n c l u d e st h e d e f i n i t i o no f s a f e t y e v a l u a t i o n ，t h e d e v e l o p m e n th i s t o r y o f s a f e t ye v a l u a t i o n ， c l a s s i f i c a t i o na n dm e t h o do fs a f e t y e v a l u a t i o n c h a p t e rt w oc a r r i e s o nas i m p l e i n t r o d u c t i o nf o rt h ec r a f ta n dt h e p r i n c i p l eo fc a t a l y t i c & c r a c k i n g ，a n a l y z e st h e t y p i c a l a c c i d e n to fc a t a l y t i c & c r a c k i n ge q u i p m e n t s c l a r i f i e st h e i m p o r t a n c eo f s a f e t ye v a l u a t i o nf o rc a t a l y t i c & c r a c k i n gd e v i c e s y n t h e s i z i n gt h ef i r s tt w oc h a p t e r s ， a c c o r d i n gt ot h ea d v a n t a g ea n dt h es h o r t c o m i n go fv a r i o u sk i n d so fs a f ee v a l u a t i o n m e t h o d ，t h ec h a r a c t e r i s t i co fc a t a l y t i c & c r a c k i n gd e v i c e ，c h a p t e r3d e v e l o p so n e s a f e t y e v a l u a t i o n p r o c e d u r e f o rt h e s m e l t i n g d e v i c e so fp e t r o c h e m i c a l i n d u s t r y e n t e r p r i s e t h em a i nc h a r a c t e r i s t i co f t h ep r o c e d u r e ：i nt h i st e x t ，t h ea u t h o rd o e sn o t 1 1 1 查苎苎兰翌主芏堡丝墨 垒! ! ! 坠! ! g oo nc o m p r e h e n s i v es a f e t ye v a l u a t i o n t oa s s e s st h es e c u r i t yo fc a t a l y t i c c r a c k i n g d e v i c ew i t ho n em e t h o d ，b u tf r o me q u i p m e n t ，u n i th a z a r dd e g r e e ，h a z a r do fw o r k c o n d i t i o n s ，o c c u p a t i o n a lh e a r h ，p r o c e s sh a z a r d ，t h e s e5a s p e c t st os t a r t ，u s ef m e a ， d o wm e t h o d ，l e cm e t h o d ，t h en a t i o n a ls t a n d a r d ，h a z o pm e t h o dt og oo na n d a s s e s s ，m a k ea no v e r a l la n dc a r e f u l ，i n t a c ta n da c c u r a t ee v a l u a t i o n a m o n gc h a p t e r f o u r ，u s et h ee v a l u a t i o np r o c e d u r e ，t a k et h ed e v i c eo f t h es e c o n dp e t r o l e u m p l a n to f f u s h u na sar e s e a r c ho b j e c t ，c a r r i e so u tt h es a f e t ye v a l u a t i o n c h a p t e rf i v ei sa c o n c l u s i o np a r to ft h ef u l lt e x t a m o n gt h e m ，i nt h es a f e t ye v a l u a t i o np r o c e d u r eo fc h a p t e rt h r e e ，t h ee v a l u a t i o n t ot h eh a z a r do ft h ec r a f tc o u r s e ，n a m e l yt h ep r o c e s sh a z a r da n a l y s i si ss t u d i e da sa n i m p o r t a n tp a r t t h ep r o c e s sh a z a r da n a l y s i si sb a s e do n t h em a i n p a r a m e t e ro fc r a f t ， i n t e n d st os t u d yt h ec r a f tr e l a t i o no fp a r a m e t e ro ft h es y s t e m ，o n c ec r a f tp a r a m e t e r d e v i a t e sf r o mt h eb a s i cv a l u ed e s i g n e d ，w i l li n e v i t a b l yc a u s eo t h e rc r a f tp a r a m e t e r s t oc h a n g e ，o rc a u s ed a n g e rt oa p p e a r t h i sa r t i c l eh a sm a i n l yi n t r o d u c e dt w ok i n d so f p r o c e s sh a z a r da n a l y s i sm e t h o d si nt h ea r t i c l e ：h a z o pa n ds d g ( s i g n e d d i r e c t e d g r a p h s ) k e y w o r d ：s a f e t y e v a l u a t i o n p e t r o c h e m i c a li n d u s t r ye n t e r p r i s e sc a t a l y t i c c r a c k i n g h a z a r d a n a l y s i s e v a l u a t i o n p r o c e d u r e h a z o ps d gf m e a d o wl e c i v 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文 中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人签名 同期 与绋彤 磅，抄 东北太学硕士学住论文 第一章安全评价概述 第一章安全评价概述 随着工业的发展，质量保证体系及环境保护体系得到人们的认同， i s 0 9 0 0 0 系列标准和i s o l 4 0 0 0 系列标准在全世界范围内广为采用，职业 安全卫生管理体系化问题也越来越受到社会的关注，就世界范围看，安全 管理体系业已形成。危险辨识、安全评价是做好安全管理的前提，因此， 在有关安全管理的标准中几乎无一例外地将安全评价作为一个重要的组 成部分：加拿大的责任与关怀将安全评价作为“支持实施规程应遵守 的合作计划”9 项工作内容之一，i s o c 0 1 4 6 9 0 石油天然气工业健康、 安全与环境管理体系中将安全评价列为七大要素之一，其他像美国职业 安卫生管理体系、英国标准b s 8 8 0 0 、澳大利亚标准a s l 4 7 0 也都包括了安 全评价的内容：我国的职业安全管理体系试行标准主要由5 个要素组 成，在“计划”要素中将“危险辨识、危险评价和危险控制计划”作为一 项重要内容。企业标准一一中国石油化工集团公司安全、环境与健康管 理体系的十大要素之一就是安全评价。由此可见，安全评价已经成为预 测和控制工业事故的重要手段，也是安全管理体系中必不可少的组成部 分。 1 1 安全评价的定义 安全评价也称危险度评价或风险评价。 安全评价是以实现系统安全为目的，应用系统安全工程的原理和方 法，对系统中存在的危险因素、有害因素进行辨识与分析，判断系统发生 事故和职业危害的可能性及其严重程度，从而为制定防范措施和管理决策 提供科学依据 1 8 1 。 安全评价通过对系统中存在的危险性识别及危险度评价，客观地描述 系统的危险程度，从而指导人们预先采取相应措施，以降低系统的危险性。 安全评价包括识别危险性和评价危险程度两个方面。前者在于辨识危 险源，确定来自危险源的危险性；后者在于控制危险性，评价采取控制措 施后仍然存在的危险性是否可以被接受。 东北大学硕士学位论文 第一章安全评价概述 1 2 安全评价的发展史 最初的安全评价发源于2 0 世纪3 0 年代的保险业。企业安全评价则从 化工行业开始，始于2 0 世纪6 0 年代。1 9 6 4 年，美国道化学公司最先推出 适用于化工企业的火灾爆炸危险性评价方法，即著名的道氏火灾爆炸指数 法，它的基本思想是：以物质系数为基础，再考虑工艺过程中的其它因素， 如操作方式、工艺条件、设备等的影响，来计算每个单元的危险度数值， 然后按数值大小划分危险度级别。1 9 7 4 年，英国帝国化学公司( i c i ) 蒙 德( m o n d ) 分部在道氏火灾爆炸指数法的基础上，扩充了毒性指标，并 对所采取的安全措施引进了补偿系数的概念，从而把指数法向前推进了一 大步。1 9 9 4 年，道化学公司在几经修订的基础上，推出了道氏火灾爆炸指 数法的第7 版。 核电站建成后，人们对它的安全性十分关注。为了准确评价核电站的 安全性，2 0 世纪6 0 年代末、7 0 年代初，人们开发了概率风险评价方法， 即定量风险评价方法。1 9 6 7 年，f a r m e r 最先提出概率风险评价思想。1 9 7 4 年，美国的r a s m u s s e n 教授领导的研究小组发表了“商用核电站轻水反应 堆的风险评价”报告，即著名的w a s h 1 4 0 0 报告。它第一次成功地运用 事件树分析( e t a ) 和故障树分析( f t a ) 方法，对核电站风险进行了定 量分析和计算，并和已经存在的社会风险进行了比较。这在安全分析史上 是一个重要的里程碑，在世界各国产生了广泛而深入的影响。在过去的这 些年旱，概率风险评价方法在核电和宇航等行业得到了较快的推广1 2 】。 2 0 世纪7 0 年代以来，随着科学技术的进一步发展，石油化工和运输 等行业一次性处理易燃、易爆、有毒危险品的数量越来越大，重大火灾、 爆炸、毒气泄漏事故的发生频率增加，后果更加严重。但这些行业的生产 条件比起核电站和宇航业的生产条件来更为复杂。为了积累在这些行业进 行概率风险评价的经验，英、荷、美、德等国进行了大量的研究工作。1 9 7 4 年6 月英国的弗利克斯保罗( f l i x b o r o u g h ) 化工厂发生了环己烷蒸汽云爆 炸事故，导致2 8 人丧身，8 9 人受伤，2 4 5 0 栋房屋毁坏，直接经济损失达 7 0 0 万美元【l 。1 9 8 4 年1 2 月3 日印度博帕尔联合碳化公司发生5 5 吨甲基 异氰酸酯泄漏事故，造成2 5 0 0 多人死亡，5 力人失明，全世界为之震惊【引。 在经历了这些惨痛的事故之后，世界各国都成立了专门的机构以加强对危 险源的评价和控制工作，英国卫生与安全委员会( h s c ) 设立了重大危险咨 询委员会( a c m h ) ，负责研究重大危险源辨识、评价技术，提出重大危险 东北大学硕士学位论文 第一辛安全评价概述 源的控制措施。1 9 7 6 年，应英国环境与就业大臣的要求，英国卫生与安全 委员会对c a n v e y 岛的工业设施危险性进行了评价。该项研究的目的是了 解现有工业设施及建成炼油厂后对岛上居民造成的危险性。1 9 7 9 年，应荷 兰居民安全委员会的要求，英国的c r e m e r & w a m e r 公司和德国的b a t t e l e 公司对r i j n m o n d 地区的六个工业设施进行了风险评价。此项研究的一个 重要目的是探索对石油、化工设施进行风险分析的可行性，为实际应用积 累经验。特别是最近十几年，国外对石化、交通运输行业定量安全评价的 可行性、程序和需注意的问题进行了充分研究，开发了相应的定量风险评 价软件，文献量迅速增加。专家们预言，在石油、化工和交通运输等行业 开展定量风险评价是今后的一个必然趋势。 我国的安全评价工作起步于2 0 世纪8 0 年代初期。1 9 8 8 年，机械电子 部制订了“机械工厂安全性评价标准”。1 9 9 2 年，化工部劳保所制订了化 工厂危险程度分级方法。目前，石油、化工、军工、航空等行业都制订了 各自的安全评价标准。需要特别指出的是，为了加强对我国重大危险源的 管理和控制，有效防止重大工业事故的发生，1 9 9 2 年国家科委将“重大危 险源的评价与宏观控制技术研究”列为国家“八五”科技攻关计划的内容 【l ”。通过研究，提出了易燃、易爆和有毒重大危险源危险性评价方法。按 照这个方法，为了评价火灾、爆炸、有毒重大危险源的现实危险性，或者 为了划分火灾、爆炸、有毒重大危险源的危险级别，都必须计算火灾、爆 炸、毒物泄漏事故的严重度。而且，事故严重度的计算要求从物理规律出 发，采取完全定量的方法，而不能采用打分的简单方法这是本评价方法的 一个重要特色，也是它的一个主要优点，道氏火灾爆炸指数法则没有与此 相关的考虑。不过，从整体上看，它只是一个半定量的方法，因为评价指 数中的许多部分还是用打分的方法计算出来的。1 9 9 8 年2 月5 日，劳动部 颁发了“建设项目( 工程) 劳动安全卫生预评价单位资格认可与管理规则” 和“建设项目( 工程) 劳动安全卫生预评价管理办法”两部法规。根据这两 部法规，今后所有国家大中型建设项目，在工程可行性研究阶段，都必须 进行建设项目劳动安全卫生预评价。但目前有关安全评价，尤其是定量安 全评价的中文资料在国内十分缺乏。而一些特殊的行业，如石油化工业， 由于其自身的工艺特点决定了它是一个危险程度高、容易发生事故的行 业。那么对该类企业的危险源进行辨识、评价进而控制的工作就显得更加 重要。 东北大学硕士学位论文 第一章安全评价概述 1 3 安全评价的分类【： 种 安全评价的分类按照不同的规则有不同的分法。目前常用的有如下四 1 3 1 根据评价对象的不同阶段分类 ( 1 ) 安全预评价。安全预评价是根据建设项目可行性研究报告，分析和 预测该建设项目存在的危险、有害因素的种类和程度，提出合理可行的安 全技术设计和安全管理的建议，为建设项目的初步设计提供参考。 ( 2 ) 安全验收评价。安全验收评价是在建设项目竣工、试生产运行正常 以后，通过对建设项目的设施、设备、装置实际运行的检测、考察，查找 该建设项目投产后可能存在的危险有害因素，提出合理可行的安全技术调 整方案和安全管理对策。 ( 3 ) 安全现状综合评价。安全现状综合评价是针对某一个生产经营单位 总体和局部的生产经营活动安全现状进行的全面评价。 ( 4 ) 专项安全评价。专项安全评价是针对某一项活动或场所，以及一个 特定的行业、产品、生产方式、生产工艺或生产装置等某一专项存在的危 险、有害因素进行的一种安全评价。 1 3 2 根据评价量化程度分类 ( 1 ) 定性评价。定性评价主要是根据经验对生产系统的工艺、设备、环 境、人员、管理等方面的安全状况进行定性的判断。属于这类评价方法的 有安全检查表( s a f e t yc h e c kl i s t ) ，预先危险性分析( p r e l i m i n a r yh a z a r d a n a l y s i s ) ，故障类型和影响分析( f a i l u r em o d ee f f e c t sa n a l y s i s ) ，危险可操 作性研究( h a z a r da n do p e r a b i l i t ys t u d y ) 等方法。这类方法的特点是简单， 容易掌握，便于操作，评价过程及结果直观，可以清楚的表达出设备、设 施或系统的当前状况。目前在国内外企业安全管理工作中被广泛采用。 ( 2 ) 定量评价。定量评价是用设各、设施或系统的事故发生概率和事故 严重度进行评价的方法。定量评价是在危险性量化基础上进行的一种评 价，主要依靠历史统计数据，运用数学方法构造数学模型进行评价。按对 危险性量化方式的不同，定量评价方法又分为概率风险评价方法和指数评 圭! ! 苎兰翌主兰苎丝墨 价方法。 第一章安全评价概述 概率风险评价方法，它是根据零部件或子系统的事故发生概率，求取 整个系统的事故发生概率。 指数评价方法有美国n ( d o w ) 4 2 学公司的火灾爆炸指数评价法，英 国帝国化学公司的蒙德火灾、爆炸、毒性指标评价法，日本劳动省“化工厂 安全评价六阶段法”，我国的化工厂危险程度分级方法等安全评价方法。 1 , 3 3 根据评价内容分类 ( 1 1 工厂设计的安全性评价。工厂设计和应用新技术、开发新产品，在 进行可行性研究的同时进行安全评价，通过评价在规划设计阶段就对危险 因素进行控制和消除。一些国家已将它用法规的形式确定下来。 f 2 1 安全管理的有效性评价。对企业现有的安全管理结构效能、事故伤 害率、损失率、投资效益等进行系统的安全评价，找出薄弱的环节，从技 术措施和安全管理上加以改进。 f 3 ) 人的行为的安全性评价。对人的不安全心理状态和人机工程要点进 行行为测定，评定其安全性。 f 4 ) 生产设备的安全可靠性评价。对设备、装置、部件的故障，应用系 统安全工程分析方法进行安全可靠性评价。 ( 5 ) 作业环境条件评价。评价作业环境和条件对人体健康的危害。 ( 6 ) 化学物质危险性评价。评价化学物质在生产、经营、使用、储存、 运输、经营过程中存在的危险性，以及可能发生的火灾、爆炸、中毒、腐 蚀等事故，提出防止这类事故的措施。 1 3 4 根据评价性质进行分类 ( 1 ) 系统固有危险性评价。固有危险性是指由系统的规划、设计、制造、 安装等原始因素决定的危险性，即系统投入运行前已经存在的危险性。根 据固有危险性评价的结果，可以对系统危险性划分等级，针对不同危险等 级考虑应采取的对策措施，以达到可以接受的程度。 ( 2 ) 系统现实危险性评价。主要是评价系统目前仍然实际存在的危险 性。通过评价掌握各类危险源的分布情况和安全管理状态，以便重点加强 控制。 东北走学硕士学位论文 第一章安全评价概述 1 4 安全评价方法 2 】 1 4 1 预先危险性分析 1 4 1 1 概述 预先危险性分析( p r e l i m i n a r yh a z a r da n a l y s i s ，p h a ) 又称初步危险 分析，主要用于对危险物质和装置的主要工艺区域等进行分析。它常常用 于项目装置在开发初期阶段分析物料、装置、工艺过程以及能量失控时可 能出现的危险性类别、条件及可能造成的后果，作宏观的概略分析，其目 的是辨识系统中存在的潜在危险，确定其危险等级，防止这些危险发展成 事故。 其功能主要有：( 1 ) 大体识别与系统有关的主要危险；( 2 ) 鉴别产生危 险的原因；( 3 ) 估计事故出现对人体及系统产生的影响；( 4 ) 判定已识别的 危险性等级，并提出消除或控制危险性的措施。 1 4 1 2 预先危险性分析步骤 ( 1 ) 通过经验判断、技术诊断或其他方法调查确定危险源，对所要分析 的系统的生产目的、物料、装置及设备、工艺过程、操作条件以及周围环 境等进行充分详细的调查和了解； ( 2 ) 根据过去的经验教训及同类行业生产中发生的事故情况，以及事故 对系统的影响、损坏程度，类比判断所要分析的系统中可能出现的情况， 查找能够造成系统故障、物质损失和人员伤害的危险源，分析事故的可能 类型； ( 3 ) 对确定的危险源分类，制成预先危险性分析表： ( 4 ) 识别转化条件，即研究危险因素转变为危险状态的触发条件和危险 状态转变为事故的必要条件，并进一步寻求对策措施； ( 5 ) 进行危险性分级，排列出重点和轻、重、缓、急次序，以便处理； ( 6 ) 制定事故的预防性对策措施； 1 4 1 3 预先危险性等级的划分 在分析系统的危险性等级时，为了衡量危险性的大小及其对系统破坏 性的影响程度，将各类危险性划分为4 个等级，见表1 1 。 东北大学硕士学位论文 第一章安全评价概述 表1 1 危险性等级划分表 2 】 t a b l e1 1t h ec l a s s i f i c a t i o nf o rt h eh a z a r d 级别危险程度 可能导致的后果 i安全的不会造成人员伤亡、系统损坏 处于事故的边缘状态，暂时还不致于造成人员伤亡、系统损坏或降低系统 1 i临界的 性能，但应予以消除或采取控制措施 i i i危险的 会造成人员伤亡、系统损坏，要立即采取防范对策措麓 造成重大人员伤亡及系统严重破坏的灾难性事故，必须予以果断排除并进 i ，v灾难性的 行重点防范 1 4 1 4 预先危险性分析的要点 ( 1 ) 应考虑工艺特点，列出其危险性和危险状态：原料、中间和最终 产品，以及它们的反应活性；操作环境：装置设备及设备布置；操 作活动( 测试、检修等) ；系统之间的连接；各单元之间的联系； 防火及安全设备。 ( 2 ) 分析组在完成p h a 过程中应考虑以下因素： 危险设备和物料，如燃料、高反应活性物质、有毒物质、爆炸、高 压系统、其他贮运系统； 设备与物料之间与安全有关的隔离装嚣，如物料的相互作用： 影响设备和物料的环境因素，如振动、静电、湿度等； 操作、测试、维修及紧急处置规程，如人为失误的可能性，人员的 安全保护等； 辅助设施，如贮槽、测试设备、公用工程； 与安全有关的设备，如调节系统、人员保护设备。 ( 3 ) 分析人员需要获得装置设计标准、设备说明、材料说明及其它资料。 危险分析组应尽可能从不同渠道汲取相关经验，包括相似设备的危险性分 析、相似设备的操作经验等。 1 4 2 故障树分析法 1 4 2 1 概述 故障树是一种描述事故因果关系的有方向的“树”，是系统安全工程 中一种重要的分析方法之一。它既可用于定性分析，又可用于定量分析。 f t a 不仅能分析出事故的直接原因，而且能深入揭示事故的潜在原因。从 1 9 7 8 年起，我国开始了f t a 的研究和运用工作。 兰苎苎鲎堡主堂竺笙墨苎二兰主全! 笪塑兰 故障树分析简单地讲就是把产品( 系统) 最不希望发生的故障作为故 障分析的目标，把选定的产品故障状态做为项事件，然后找出引起顶事件 的底层因素。分析思路是这样的：首先，分析人员应提出并回答“有哪些 直接的因素能造成顶事件的出现”；然后找出这些因素中每一个因素是由 什么下一级因素引起的。按照这个线索步步深入，一直追溯到那些原始的、 或其故障机理或概率分布都是已知的因而不需要继续分析的因素为止。因 此故障树实质上就是事件之间的一个逻辑图，这个逻辑图以顶事件为树 根，树叶相当于产生故障的基本原因，也就是底事件，有若干枝，枝可以 再开叉，枝相当于因果关系，形状如一棵树，故障树因此而得名。 故障树分析运用理论符号和逻辑推理对复杂产品的故障逐个、系统地 进行分析，找出原因及其因果关系，明确基本事件发生的概率和场合，进 而求出产品发生故障的概率，为产品( 系统) 可靠性提供定性和定量分析。 1 4 2 2 f t a 的步骤 f t a 分析的基本程序如下： ( 1 ) 熟悉系统。要详细了解系统状态及各种参数，绘出工艺流程图或布 置图。 ( 2 ) 调查事故。收集事故案例，进行事故统计，设想给定系统可能要发 生的事故。 ( 3 ) 确定顶上事件。要分析的对象事件就是顶上事件。对所调查的事故 进行全面分析，从中找出后果严重且较易发生的事故作为顶上事件。 ( 4 ) 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。 ( 5 ) 画出故障树。从顶上事件起，一级一级找出直接原因事件，按其逻 辑关系，画出故障树。 ( 6 ) 定性分析。按故障树结构进行简化，确定各基本事件的结构重要度。 ( 7 ) 求出事故发生概率。确定所有基本事件的发生概率，并进而求出顶 上事件的发生概率。 1 4 2 3 故障树的定性分析 故障树的定性分析就是对故障树中各事件不考虑发生概率是多少，只 考虑发生和不发生两种情况。通过定性分析可以知道哪一个或哪几个基本 事件发生，顶上事件就一定发生，哪一个事件发生对顶上事件的影响大， 哪一个事件影响小，从而可以采取经济有效的措施，防止事故发生。 故障树定性分析包括求最小割集和最小径集，计算各基本事件的结构 重要度。 f 1 ) 最小割集和最小径集 圭些苎堂翌主主苎笙查 苎二主兰全! 堂：! ! 兰 在故障树中，凡是能导致顶上事件发生的基本事件的集合叫做割集。 凡是能导致顶上事件发生的最低限度的基本事件的集合成为最小割集。在 最小割集里，任意去掉一个基本事件就不能导致顶上事件的发生。在故障 树中，最小割集越多，顶上事件发生的可能性就越大，系统就越危险。最 小割集表示系统的危险性。 相反地，在故障树中，有一组基本事件不发生，顶上事件就不会发生， 这一组基本事件的集合叫径集。凡是不能导致顶上事件发生的最低限度的 基本事件的集合叫最小径集。最小径集越多，顶上事件不发生的途径就越 多，系统也就越安全。最小径集表示系统的安全性。 ，( 2 ) 基本事件的结构重要度分析 结构重要度分析就是不考虑基本事件发生的概率是多少，仅从故障树 结构上分析各基本事件的发生对顶上事件发生的影响程度。利用最小割集 或最小径集判断各基本事件的结构重要度顺序时，应依次运用下面五条基 本原则： 单事件最小割集或最小径集中的基本事件结构重要度最大。 仅在同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。 在其它条件相同的情况下，出现在容量相等的最小割集或最小径集 中的基本事件的结构重要度相等，出现在容量较小的最小割集或最小径集 中的基本事件结构重要度较大。 在其它条件相同的情况下，在最小割集或最小径集中出现次数相等 的基本事件结构重要度相等，在最小割集或最小径集中出现次数较多的基 本事件结构重要度较大。 如果根据前面四条原则仍不能确定某些基本事件的结构重要度相对 大小，应分别计算它们的结构重要度系数。 1 4 2 4 故障树的定量分析 故障树定量分析中的基本事件主要是部件( 或组件) 发生故障和人的 失误两类事件，因此故障树的定量分析是以零部件的故障率和人的失误率 为基础的。但是获取这些数据是非常困难的，我们遇到的大多数情况是 部分零部件的失效率可以通过历史数据、实验等渠道获得，但仍有一部分 组件的失效率很难获得较为精确的数值，主要原因在于历史数据缺乏( 或 没有类似的经历) ，用其本身做实验可能成本极高、代价极大。获取人的 失误率就更加复杂。因此很难进行故障树的定量分析。 东北大学硕士学位论文 第一章安全评价概述 1 4 3 事件树分析 1 4 3 1 概述 事件树分析与故障树正好相反，是一种从原因到结果的自上而下的分 析方法。从一个初始事件开始，交替考虑成功与失败的两种可能性，然后 再以这两种可能性为新的初始事件，如此继续分析下去，直到找到最后的 结果为止。 1 4 3 2 分析步骤 事件树的分析步骤如下： ( 1 ) 确定初始事件。 初始事件一般指系统故障、设备失效、工艺异常、人失误等。 ( 2 ) 编制事件树图。 ( 3 ) 阐明事故结果。 ( 4 ) 定量计算分级 如果已知各部事件的发生频率即可进行定量计算。 事件树分析法是一种图解形式，层次清楚、阶段明显，可以进行多阶 段、多因素复杂事件动态发展的分析，预测系统中事故发展的趋势。 1 4 4 故障模式及影响分析 1 4 4 1 概述 故障模式及影响分析( f m e a ) 是美国在2 0 世纪5 0 年代为分析飞机 发动机故障而开发的一种方法。f m e a 的基本内容是从系统中的元件故障 状态开始分析，逐次归纳到子系统和系统的状态，主要是考虑系统内会出 现那些故障，这些故障会对系统产生什么影响。 1 4 4 2 分析步骤 ( 1 ) 明确分析的对象及范围，并分析系统的功能、特性及运行条件，按 照功能划分为若干个子系统，找出各个子系统的功能、结构及动作上的相 互联系。 ( 2 ) 确定分析的基本要求，通常要满足以下几个方面：分清系统主要 功能和次要功能在不同阶段的任务：逐个分析易发生故障的零部件； 关键部分要深入分析；有切实可行的检测方法和处理措施。 ( 3 ) 详细说明所分析的系统：系统的功能说明；系统功能框图。 ( 4 ) 分析故障模式及影响。通过对系统功能框图所列全部项目的分析， 东北大学硕士学位论文 第一章安全评价概述 判明系统中所有可能出现的故障模式。 ( 5 ) 根据分析结果确定故障模式等级。 1 4 5 危险可操作性研究 1 4 5 1 概述 危险可操作性研究是英国帝国化学工业公司于1 9 7 4 年针对化工装置 而开发的一种危险性评价方法。危险可操作性研究的基本过程是使用引导 词，找出系统中工艺过程或状态的变化( 偏差) ，然后再继续分析造成偏 差的原因、后果，并采取相应的对策。英国帝国化学工业公司开发的危险 可操作性研究主要是应用于连续的化工过程。 1 4 5 2 分析程序 2 6 1 危险可操作性研究的分析程序见图1 1 。 1 4 6 道化学公司火灾、爆炸危险指数评价法 1 4 6 1 概述 1 9 6 4 年，美国道化学公司( d o w sc h e m i c a lc o ) 提出了以物质系数 为基础的评价方法。1 9 6 6 年，进一步提出了火灾、爆炸指数的概念，表示 火灾、爆炸的危险程度。1 9 7 2 年，提出了以物质的闪点( 或沸点) 为基础， 代表物质潜在能量的物质系数，结合物质的特定危险性、工艺过程及特殊 工艺的危险值，计算出系统的火灾、爆炸指数，以评价系统火灾、爆炸危 险程度的方法( 即第三版) 。道化学公司在改进了确定物质系数的方法、 提出了估算火灾、爆炸最大可能损失( m p p d ) 的方法后，于19 7 6 年发表 了第四版评价法。1 9 8 0 年，提出最大可能停工曰数( m p d o ) 、计算经营 损失( b i ) ，发表第五版。1 9 8 7 年，开始考虑物质毒性，增加了毒性补偿 内容，简化了附加系数和补偿系数的计算方法后，发表了第六版。1 9 9 3 年，在对第六版进行了修改并给出了美国消防协会( n f p a ) 的最新物质 系数后，推出最新的第七版。 1 4 6 2 方法评述 道化学公司火灾、爆炸危险指数评价法以物质系数为基础，历经2 9 年，不断进行了补充、修改、完善，是一种比较成熟、可靠的方法，并且 由于其方法独特有效、容易掌握，受到了世界各国的重视。指数法的采用 使结构复杂的系统和用概率难以表述其危险性的单元进行评价有了可行 东北大学硕士学位论文第一章安全评价概速 的方法。这类方法操作简单，是目前应用较多的评价方法之一，在石油、 化工等领域应用较多。指数的采用避免了事故概率及其后果难以确定的困 难，评价指数值同时含有事故频率和事故后果二个方面的因素。这类评价 方法的缺点是，评价模型对系统安全保障体系的功能重视不够，特别是危 险物质和安全保障体系间的相互作用关系未予考虑，尽管在蒙德法和我国 化工厂危险程度分级方法中有一定的考虑，但这种缺陷仍然很明显：各因 素之间以乘积或相加的方式处理，忽视了各因素之间重要性的差别；评价 自开始起就用指标值给出，使得评价后期对系统的安全改进工作较困难； 图1 1h a z o p 分析流程图 f i g1 1 t h ea n a l y s i sp r o c e d u r eo fh a z o p 东北走学硕士学位论丈第一章安全评价概述 在目前的各类指数评价模型中，指标值的确定只与指标的设置与否有 关，而与指标因素的客观状态无关，致使危险物质的种类、含量、空间 布置相似，致使对实际安全水平相差较远的系统得出的评价结果相近，导 致这类方法的灵活性和敏感性较差。 1 4 7 概率风险评价 概率风险评价方法，它是根据零部件或子系统的事故发生概率，求取整 个系统的事故发生概率。该方法从1 9 7 4 年拉斯姆逊教授评价核电站的安 全性开始，继而有1 9 7 7 年的英国坎威岛石油化工联合企业的风险评价， 1 9 7 9 年德国对1 9 座大型核电站的风险评价，1 9 7 9 年荷兰雷杰蒙德六项大 型石油化工装最的风险评价等，都是使用概率评价方法。这些评价项目都 耗费了大量的人力、物力，在方法的讨论、数据的取舍、不确定性的研究 以及灾害模型的研究方面均有所创建，对大型企业的安全评价影响较大。 这种方法结构简单、清晰，对相同元件的基础数据相互借鉴性强的系统， 如航空、航天、核能等领域，这种方法得到了广泛应用。但是，这种方法 要求数据准确、充分，要求分析过程完整，判断和假设合理，对于化工、 煤矿等行业，由于系统复杂、不确定因素多、人员失误概率的估计十分困 难，至今未能取得进展。随着模糊概率理论的进一步发展，概率风险评价 方法的缺陷将会得到一定程度的弥补。使用概率风险评价方法需要取得组 成系统各零部件和子系统发生故障的概率数据，目前在民用工业系统中， 这类数据的积累还很不充分，是使用这方法的根本性障碍。 除了上述介绍的安全评价方法以外，传统的安全评价方法还有日本劳 动省化工企业六阶段安全评价法、作业条件危险性评价法、蒙德法以及我 国各个行业根据本行业的特点制定的适用于本行业的评价方法，如机械工 厂安全评价法、冶金工厂危险程度分级评价法、火力发电站安全评价法等。 随着新的理论，新的数学方法被引入到安全评价领域，也出现了许多 新的安全评价方法，如模糊评价法、神经网络评价法、层次分析法、改进 的层次分析法、模糊故障树分析法、灰色评价法及改进的灰色评价法、事 故致因突变模型评价法等，虽然这些方法尚不够成熟完善，但是它们的出 现为安全评价的研究开辟了新的领域。 东北大学硕士学位论文第一章安全评价概述 1 5 安全评价限制因素 根据经验和预测方法进行的安全评价在理论和实际上都还存在很多 限制，应该认识到在安全评价结果的基础上作出的安全管理决策的质量， 与对被评价对象的了解程度、对危险可能导致事故的认识程度和采用安全 评价方法的准确性等有关，安全评价存在以下主要限制因素。 ( 1 、评价完整性 安全评价的不完整性主要表现在两个方面：首先是危险辨识阶段，分 析人员不可能保证找出所有危险；其次是对已辨识的危险很难考虑到所有 的可能引发事故的原因和事故后果。但有理由相信，训练有素且有丰富经 验的专家，使用系统的安全评价方法及相