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化工安全技术 系统安全分析与评价 危险有害因素分类 参照 企业职工伤亡事故分类标准 综合考虑起因物 引起事故的诱导性原因 致害物 伤害方式等 将危险因素分为20类 1 物体打击指物体在重力或其他外力的作用下产生运动 打击人体 造成人身伤亡事故 不包括因机械设备 车辆 起重机械 坍塌等引发的物体打击 2 车辆伤害指企业机动车辆在行驶中引起的人体坠落和物体倒塌 下落 挤压伤亡事故 不包括起重设备提升 牵引车辆和车辆停驶时发生的事故 3 机械伤害指机械设备运动 静止 部件 工具 加工件直接与人体接触引起的夹击 碰撞 剪切 卷入 绞 碾 割 刺等伤害 不包括车辆 起重机械引起的机械伤害 4 起重伤害指各种起重作业 包括起重机安装 检修 试验 中发生的挤压 坠落 吊具 吊重 物体打击等 5 触电包括雷击伤亡事故 6 淹溺包括高处坠落淹溺 不包括矿山 井下透水淹溺 7 灼烫指火焰烧伤 高温物体烫伤 化学灼伤 酸 碱 盐 有机物引起的体内外灼伤 物理灼伤 光 放射性物质引起的体内外灼伤 不包括电灼伤和火灾引起的烧伤 8 火灾9 高处坠落指在高处作业中发生坠落造成的伤亡事故 不包括触电坠落事故 10 坍塌指物体在外力或重力作用下 超过自身的强度极限或因结构稳定性破坏而造成的事故 如挖沟时的土石塌方 脚手架坍塌 堆置物倒塌等 不适用于矿山冒顶片帮和车辆 起重机械 爆破引起的坍塌 11 冒顶片帮指矿井 隧道 涵洞开挖 衬砌过程中因开挖或支护不当 顶部或侧壁大面积垮塌造成伤害的事故 矿井作业面 巷道侧壁在矿山压力作用下变形 破坏而脱落的现象称为片帮 顶部垮落称为冒顶 二者常同时发生 12 透水13 放炮指爆破作业中发生的伤亡事故 14 火药爆炸指火药 炸药及其制品在生产 加工 运输 储存中发生的爆炸事故 15 瓦斯爆炸16 锅炉爆炸17 容器爆炸18 其他爆炸19 中毒和窒息20 其他伤害 为防止重大的灾难事故发生 开始全面推广现代安全管理方法 其主要手段是对工程项目进行系统安全分析与评价 1 大中型或限额以上的建设项目 2 火灾危险性生产类别为甲类的建设项目 3 爆炸危险场所等级为特别危险场所和高度危险场所的建设项目 4 大量生产或使用I级 级危害程度的职业性接触毒物的建设项目 5 大量生产或使用石棉粉料或含有10 以上游离二氧化硅粉料的建设项目 6 安全生产监督管理机构确认的其他危险 危害因素大的建设项目 第一节安全系统工程 安全系统工程是采用系统工程的基本原理和方法 预先识别 分析系统存在的危险因素 评价并控制系统风险 使系统安全性达到预期目标的工程技术 对这个定义 可以从以下几个方面理解 安全系统工程的理论基础是安全科学和系统科学 安全系统工程追求的是整个系统的安全和系统全过程的安全 安全系统工程的重点是系统危险因素的识别 分析 系统风险评价和系统安全决策与事故控制 安全系统工程要达到的预期安全目标将是系统风险控制在人们能够容忍的限度以内 也就是在现有经济技术条件下 最经济 最有效地控制事故 使系统风险在安全指标以下 图安全系统工程的基本内容 一 安全系统工程内容 1 系统安全分析 系统安全分析是以预测和防止事故为前提 对系统的功能 环境 可靠性等经济技术指标以及系统的潜在危险性进行分析和测定 把所研究的生产过程和作业形式作为一个整体 确定安全设想和预定的目标 把工艺过程和作业形式分成几个部分和环节 绘制流程图 应用数学模型和图表形式以及有关符号 将系统的结构和功能抽象化 并将因果关系 层次和逻辑结构用方框或流线图表示出来 即将系统变换为图像模型 分析系统的现状及其组成部分 测定与诊断可能发生的事故 危险及其灾难性后果 分析并确定导致危险的各个事件发生的条件及其相互关系 对各种因素进行数量描述 分析它们之间的数量关系 系统安全分析方法的种类 l 安全检查表法 SafetyChecklist 2 预先危险性分析 PreliminaryHazardAnalysis PHA 3 故障类型和影响分析 FailureModelandEffectsAnalysis FMEA 4 危险性和可操作性研究 HazardandOperabilityAnalysis HAZOP 5 事件树分析 EventTreeAnalysis ETA 6 事故树分析 FaultTreeAnalysis FTA 7 因果分析 Cause ConsequenceAnalysis CCA 系统安全分析方法的选择 系统安全方法适用情况 2 系统安全评价 安全评价就是对系统存在的安全因素进行定性和定量分析 通过与评价标准的比较得出系统的危险程度 提出改进措施 3 系统安全措施 制定安全技术规程和规定 确定对危险性物料 装置及废弃物的处理措施根据安全分析评价的结果 研究并改进工艺流程 设备 安全装置及控制系统 从而控制危险物料 装置及废弃物的危害几率采取管理 教育和技术等综合措施 二 系统危险性分析 1 危险性及其表示方法 危险性是指对人体和财产造成危害和损失的事故发生的可能性 2 表示方法 1 危险率事故频率与损失严重度的乘积称为危险率或风险率 可表示为 事故频率 根据经验和统计 得出的一定的时间内危险性可能导致事故的次数 损失严重度 一定事故所造成的人员伤亡和财产损失的数值 2 死亡概率 2 危险性分析步骤 1 危险性辨识 通过以往的事故经验 或对系统进行解剖 或采用逻辑推理的方法 把系统的危险性辨识出来 2 找出危险性导致事故的概率及事故后果的严重程度 3 一般以以往的经验或数据为依据 确定可接受的危险率指标 4 将计算出的危险率与可接受的危险率指标比较 确定系统的危险性水平 5 对危险性高的系统 找出其主要危险性并进一步分析 寻求降低危险性的途径 将危险率控制在可接受的指标之内 第二节安全检查表 运用安全系统工程的方法 找出系统以及各部分工艺流程 设备 安全装置 环境影响以及操作管理中的各种不安全因素 按顺序编制成表格 开展安全检查工作 要做到有计划 有组织 目标明确 内容要求具体 并且必须由领导负责 有关人员参加的安全生产检查组进行实施 安全检查的性质 季节性检查 专业性检查 普遍检查 1 查思想 检查企业领导和各级管理人员的思想认识 是否把职工的安全健康放在首位 对安全法规 政策和安全生产方针是否认真贯彻执行 2 查管理 主要是检查企业领导是否把安全生产列入议事日程 新建 改建 扩建的工程项目与安全卫生设施是否执行同时设计 同时施工 同时投产的 三同时 原则 安全机构 安全教育制度 安全规章制度以及特种作业人员的培训制度是否健全 3 查隐患 通过检查生产设备 劳动条件 安全卫生设施是否符合安全要求以及劳动者在生产中是否存在着不安全行为 4 查事故处理 检查企业对伤亡事故是否及时报告 认真调查 是否按 三不放过 的要求严肃处理 是否采取了有效措施 避免类似事故重复发生 安全检查的内容 安全检查表 安全检查表是分析和辨识系统危险性的基本方法 也是进行系统安全性评价的重要技术手段 安全检查表的形式 安全检查表的形式很多 检查表可根据不同的检查目的进行设计 也可按照统一要求的标准格式制作 如危险等级划分表 安全性评价项目表 安全性评价检查表等 安全检查表 安全检查表的基本格式 在进行安全检查时 利用安全检查表能做到目标明确 要求具体 查之有据 对发现的问题做出简明确切的记录 并提出解决的方案 同时落实到责任人 以便及时整改 安全检查表 1 审查设计的安全检查表 利用 三同时 原则全面 系统地审查工程的设计 施工和投产等各项的安全状况 检查表中除了已列入的检查项目外 还要列入设计应遵循的原则 标准和必要数据用于设计的安全检查表主要应包括厂址选择 平面布置 工艺过程 装置的布置 建筑物与构筑物 安全装置与设备 操作的安全性 危险物品的贮存以及消防设施等方面 安全检查表的类型 2 厂级的安全检查表 主要用于全厂性安全检查 也可用于安全技术 防火等部门进行日常检查 其主要内容包括主要安全装置与设施 危险物品的贮存与使用 消防通道与设施 操作管理及遵章守纪等方面的情况 安全检查表 3 车间的安全检查表 用于车间进行定期检查和预防性检查的检查表 重点放在人身 设备 运输 加工等不安全行为和不安全状态方面 其内容包括工艺安全 设备布置 安全通道 通风照明 安全标志 尘毒和有害气体的浓度 消防措施及操作管理等 安全检查表的类型 4 工段及岗位的安全检查表 用于工段和岗位进行自检 互检和安全教育的检查表 重点放在因违规操作而引起的多发性事故上 其内容应根据岗位的操作工艺和设备的抗灾性能而定 5 专业性安全检查表 此类表格是由专业机构或职能部门所编制和使用的 主要用来进行定期的或季节性的安全检查 如对电气设备 起重设备 压力容器 特殊装置与设施等的专业性检查 煤气贮罐安全检查表 安全检查表 安全检查表的编制程序 列出安全检查表 确定人员 熟悉系统 判别危险源 收集资料 安全检查表 安全检查表的特点 1 比较系统 完整 能包括控制事故发生的各种因素 可避免检查过程中的走过场和盲目性 从而提高安全检查工作的效果和质量 2 检查目的明确 内容具体 易于实现安全要求 3 对所拟定的检查项目进行逐项检查的过程 也是对系统危险因素辨识 评价和制定出措施的过程 既能准确地查出隐患 又能得出确切的结论 从而保证了有关法规的全面落实 4 检查表是与有关责任人紧密相连系的 所以易于推行安全生产责任制 检查后能够做到事故清 责任明 整改措施落实快 5 安全检查表是通过问答的形式进行检查的过程 所以使用起来简单易行 易于安全管理人员和广大职工掌握和接受 可经常自我检查 第三节事故树分析法 事故树分析 FTA 是一种演绎推理法 这种方法把系统可能发生的某种事故与导致事故发生的各种原因之间的逻辑关系用一种称为事故树的树形图表示 通过对事故树的定性与定量分析 找出事故发生的主要原因 为确定安全对策提供可靠依据 以达到预测与预防事故发生的目的 1 事故树的符号及其意义 事件及其符号 结果事件 顶端事件 中间事件 作为被分析对象的特定事故事件被画在事故树顶端的事件 以双线矩形表示 处于顶事件与基本事件中间的事件 单线矩形符号表示 均用矩形表示 1 事故树的符号及其意义 基本事件 省略事件 导致顶事件发生的最基本的或不能再向下分析的原因或缺陷事件 表示没有必要进一步向下分析或其原因不明确的原因事件 事件及其符号 1 事故树的符号及其意义 与门 或门 与门可以连接数个输入事件E1 E2 En和一个输出事件E 表示仅当所有输入事件都发生时 输出事件E才发生的逻辑关系 逻辑门是连接各事件并表示其逻辑关系的符号 或门可以连接数个输入事件E1 E2 En和一个输出事件E 表示至少一个输入事件发生时 输出事件E就发生 事件及其符号 最小割集与最小径集 最小割集 最小径集 引起顶端事件发生的基本事件的集合称为割集 如果割集中任意去掉一个基本事件后就不是割集 那么这样的割集就是最小割集 所以 最小割集是引起顶事件发生的充分必要条件 使顶端事件不发生的基本事件的集合称为径集 径集中任意去掉一个基本事件后就不再是径集 那么该径集就是最小径集 所以 最小径集是保证顶事件不发生的充分必要条件 2 事故树的数学表达 布尔代数是事故树的数学基础 事故树中的逻辑或门对应于布尔代数的逻辑和运算 逻辑与门对应于逻辑积运算 逻辑乘法则逻辑加法则分配律幂等律吸收律 逻辑运算方法 逻辑乘法则逻辑加法则分配律幂等律吸收律 最小割集的求法 根据布尔代数运算法则 把布尔表达式变换成基本事件逻辑和的形式 则逻辑和各项所包含的基本事件构成割集 进一步应用幂等法则和吸收法则整理 即可得到最小割集 例如对上图所示的事故树图 其布尔代数表达式展开后化简为 故最终得到最小割集为 最小径集的求法 根据布尔代数的对偶法则 把事故树中事故事件用其对立的非事故事件代替 把逻辑与门用逻辑或门 逻辑或门用逻辑与门代替 便得到了与原来事故树对偶的成功树 求出成功树的最小割集 即为原事故树的最小径集 例如图1 10所示的事故树其对偶的成功树如图10 2所示 该成功树的最小径集为 3 事故树定性分析 事故树定性分析包括三个方面的工作 编制事故树 找出顶端事件发生的全部基本事件 求出基本事件的最小割集 确定各基本事件对顶端事件发生的重要度 为采取危险源控制措施提供依据 根据最小割集的数量 数量越大 说明发生顶端事件的可能性大 即危险大 根据最小割集的组合情况 能够比较出各基本组合对事故发生的影响大小 最小割集中的基本事件的个数来比较 个数越少 系统越危险 根据各最小割集的组合情况 可比较各基本事件对顶端事件发生的影响程度大小 即比较基本事件的重要度当最小割集中的基本事件个数不同时 基本事件少的割集中的基本事件比基本事件多的割集中的基本事件的结构重要度大当最小割集中的基本事件个数相等时 在各最小割集中重复出现的基本事件 比只在一个最小割集中出现的基本事件的结构重要度大 重复次数越多 结构重要度越大在基本事件少的最小割集中出现次数少的基本事件 与基本事件多的最小割集中出现次数多的基本事件比较 前者的结构重要度大于后者 4 事故树的定量分析 事故树的定量分析是在给定基本事件发生概率的条件下 求出顶端事件发生的概率 将所求的结果与预定目标值进行比较 锅炉爆炸事故树图 锅炉爆炸事故树的成功树图 基本事件发生概率取值表 3 分析结论通过对图1 10事故树的定性分析得出 锅炉超压事故树最小割集最多有40个最小径集3个 即导致锅炉超压事故的可能性有40种 可见锅炉超压是极易发生的 但只要能采取3个径集方案中的任一个 锅炉超压事故就可避免 第一方案 X 5 是最佳方案 只要及时调节燃烧 控制锅炉压力在规定范围内 锅炉超压事故就不会发生 第二方案 X 1 X 2 X 3 X 4 也较为有效 如安全阀灵敏可靠 能在超压情况下迅速地将锅炉压力降低到允许值范围内 锅炉事故即可避免 第三方案 X 6 X 7 X 8 X 9 X 10 X 11 X 12 X 13 X 14 X 15 是控制压力超过允许值的措施这一方案基本事件较多 能做到逐个控制不是一件容易的事情 所以这一方案在某种意义上不理想 通过对事故树的定量分析 找出了锅炉超压事故的主要发生原因 在15个基本事件中 压力上升 X5 是最主要原因 其次是安全阀没有定期进行手动试验因而无法避免安全阀锈蚀后卡住 再者就是操作人员脱岗和未严密监视压力表 可以讲 抓住了这三种主要原因 就抓住了解决锅炉超压的主要环节 提高操作人员的操作技能 加强和培养操作人员高度的安全意识和责任感 同样是防止锅炉超压的重要方面 总结 事故树编制的步骤 确定分析系统的顶端事件找出顶端事件的各种直接原因作为中间事件 并用 与门 或 或门 与顶端事件连接把上一步找出的直接原因作为中间事件 再找出中间事件的直接原因 并用逻辑门与中间事件连接反复重复上述操作 直到找出最基本的原因事件绘制事故树图 并进行必要的整理确定各种原因事件的发生概率 按逻辑门符号进行运算 得出顶端事件发生的概率对事故进行分析评价 确定改进措施 FTA法的特点 1 事故树分析是一种图形演绎方法 是事故事件在一定条件下的逻辑推理方法 2 FTA具有很大的灵活性 不仅可以分析某些单元故障对系统的影响 还可以对导致系统事故的特殊原因如人为因素 环境影响进行分析 3 进行FTA的过程 是一个对系统更深入认识的过程 它要求分析人员把握系统内各要素间的内在联系 弄清各种潜在因素对事故发生影响的途径和程度 4 利用事故树模型可以定量计算复杂系统发生事故的概率 为改善和评价系统安全性提供了定量依据 第四节化工火灾爆炸危险指数评价方法 美国道化学公司火灾爆炸指数评价法是以生产工艺过程当中的危险物质为基础 结合实际生产工艺条件对系统进行定量评价的一种方法 评价的目的是 真实地量化潜在火灾 爆炸和反应性事故的预测损失 确定可能引起事故发生或使事故扩大的设备 或单元 向管理部门通报潜在的火灾 爆炸危险性 使工程技术人员了解各工艺部分可能造成的损失 并帮助确定减轻潜在事故严重性和总损失的有效而又经济的途径 图10 6道化学法的流程图 在评价之前首先要准备如下资料 1 装置或工厂的设计方案 2 火灾 爆炸指数危险度分级表 3 火灾 爆炸指数计算表 4 安全措施补偿系数表 5 工艺单元风险分析汇总表 6 工厂风险分析汇总表 7 有关装置的更换费用数据 表火灾 爆炸指数计算表 续表火灾 爆炸指数计算表 续表火灾 爆炸指数计算表 表火灾 爆炸指数法补偿系数表 续表火灾 爆炸指数法补偿系数表 评价步骤 1 选择评价单元单元是装置的一个独立部分 与其他部分保持一定的距离 或用防火墙隔开 选择评价单元时可以从以下几个方面考虑 1 潜在化学能 物质系数 2 工艺单元中危险物质的数量 3 资金密度 每平方米美元数 4 操作压力和操作温度 5 导致火灾 爆炸事故的历史资料 6 对装置操作起关键作用的单元 如热氧化器 2 确定物质系数 是表述物质由燃烧或其他化学反应引起的火灾 爆炸中释放能量大小的内在特性 物质系数根据由美国消防协会规定的物质可燃性NF和化学活性 或不稳定性 NR 查表求取 3 确定工艺单元危险系数 一般工艺危险系数 共包括六项内容 即放热反应 吸热反应 物料处理和输送 封闭单元或室内单元 通道 排放和泄漏 一个评价单元不一定每项都包括 要根据具体情况选取恰当的系数 填入前面火灾 爆炸指数 F EI 计算表中 并将这些危险系数相加 得到单元一般工艺危险系数F1 特殊工艺危险 F2 是影响事故发生概率的主要因素 特定的工艺条件是导致火灾 爆炸事故的主要原因 5 确定火灾 爆炸指数F EI 危险等级 F3 F1 F2 4 确定工艺单元危险系数F3 F EI MF F3 6 安全设施补偿系数C道七版考虑的安全措施分成三类 工艺控制 C1 物质隔离 C2 防火措施 C3 计算程序 直接把合适的系数填入该安全措施的右边没有采取的安全措施 系数记为1每一类安全设施的补偿系数是该类别中所有选取系数的乘积总补偿系数C C1 C2 C3 7 实际危险等级根据火灾爆炸指数查危险等级表 确定实际危险等级 F EI MF F3 C 评价单元的物质系数 工艺危险系数和安全补偿系数确定后 就可以评价单元的危险性和可能损失量 8 影响区域的确定 查取影响半径 火灾爆炸指数曲线 确定影响区域 9 各种损失的计算 1 基本最大可能财产损失 BaseMPPD 确定了火灾爆炸影响区域 可应用该区域的设备价值及单元损害系数计算MPPD 基本MPPD 0 82 单元损害系数 影响区域财产值 价格上涨因素 单元损害系数表示出工艺单元中危险物质的能量释放造成的火灾爆炸事故的全部效应 单元损害系数查图 2 实际最大可能财产损失 实际MPPD 实际MPPD 基本MPPD 安全设施补偿系数C 3 最大可能工作日损失 MPDO 和停产损失BI最大可能工作日损失MPDO可应用实际MPPD由图查出 BI VPM MPDO 30 0 70式中VPM为月产值 1 分析原理 事件树分析 ETA EventTreeAnalysis 是从一个初始事件开始 按顺序分析事件向前发展中各个环节成功与失败的过程和结果 它的原理是每个系统都是由若干个元件组成