安全系统工程-陈国华-第二章系统安全分析PPT课件

1 安全系统工程 主要内容 一 安全系统工程的概念二 安全系统工程的产生与发展三 安全系统工程的研究对象和研究内容安全系统工程是专门研究如何用系统工程的原理和方法确保实现系统安全功能的科学技术 其主要技术手段有系统安全分析 系统安全评价和安全决策与事故控制 2 第二章系统安全分析 主要内容 什么是系统安全分析 系统安全分析方法介绍 3 第二章系统安全分析 了解系统安全分析的目的 系统安全分析方法的选择原则熟悉常用的系统安全分析方法的功能 特点即原理掌握常用的系统安全分析方法的分析过程 计算方法 并会对给定条件的系统进行分析 4 第一节概述 1 什么是系统安全分析 系统安全分析 就是采用安全系统工程的方法和原理找出影响系统正常运行的各种事件出现的条件以及可能导致的后果 寻求消除和控制危险的对策 最大限度地实现系统安全 5 第一节概述 2 系统安全分析的方法系统安全分析方法有多种 可适用于不同的系统安全过程分析 在危险因素辨识中得到广泛应用的系统安全分析方法主要有 6 第一节概述 1 安全检查表 2 预先危险性分析 PHA 3 故障类型和影响分析 FMEA 4 危险性和可操作性研究 HAZOP 5 事件树分析 ETA 6 事故树分析 FTA 7 系统可靠性分析 SRA 8 因果分析 CCA 7 第二节安全检查和安全检查表 一 安全检查1 安全检查的目的和作用 目的 及时发现并消除生产过程中由于设备 工作环境 人员操作等存在的可能发生事故的隐患 防止事故发生 作用 发现不安全状态 不安全行为以及管理缺陷的有效途径 8 一 安全检查 2 安全检查的内容安全检查内容包括查思想 查管理 查隐患 查整改 查思想 是否树立 安全第一 预防为主 的方针查管理 安全管理的各项具体措施查隐患 检查现场操作隐患查整改 检查对上一次检查出的问题是否进行整改 9 一 安全检查 3 安全检查的形式和内容按检查的性质 安全检查的形式可分为 一般性检查 专业检查 季节性安全检查 节假日前后的检查 10 二 安全检查表 1 安全检查表 安全检查表是把工程 工艺 设备 操作环境 管理等方面的不安全因素 以提问的方式列成表格 通俗来说就是为检查某一系统的安全状况而事先拟好的安全检查项目清单 11 二 安全检查表 安全检查表是最早开发的一种系统安全性分析方法 也是最基础 最简便的识别危险性的方法 尽管后来又开发出许多新的安全性分析和安全性评价方法 但安全检查表至今仍是广大科技人员和管理干部乐于应用的一种安全诊断和危险性识别方法 12 二 安全检查表 2 安全检查表形式形式多种 无统一格式例如1例如2 13 14 二 安全检查表 3 安全检查表的编制 编制依据 有关的规程 规范 规定和标准 例如 制定压力容器检查表时 应根据压力容器监察规程等法规编制检查内容和要求 15 二 安全检查表 国内外的事故案例 广泛搜集国内外同行业和同类装置已发生的事故的资料 根据已发生事故的原因 结合本单位的实际 将有可能导致发生的危险因素列出来 以便经常检查 预防事故发生 16 二 安全检查表 本单位的经验 由本单位技术人员 生产管理人员 安技人员和操作人员共同总结生产操作经验 分析导致事故的各种潜在危险因素和外界环境条件 列入表内进行检查 17 二 安全检查表 系统安全分析方法的结果 例如 将采用事故树或故障类型及影响分析等方法分析结果及查出的危险因素列成检查表 进行检查 18 二 安全检查表 编制步骤 熟悉系统 包括系统的结构 功能 工艺流程 操作条件 布置和已有的安全卫生设施 搜集有关安全的法规 规程 标准 制度及本系统过去发生事故的资料 作为编制安全检查表的依据 19 二 安全检查表 按功能或结构将系统划分成子系统或单元 逐个分析潜在的危险因素 针对危险因素和有关法规制度及过去事故教训和本单位的经验 确定安全检查表的检查要点和内容 然后按照一定的要求列成表格 20 二 安全检查表 4 安全检查表的优点 安全检查是企业安全管理的一种重要手段 采用安全检查表可以避免传统的安全检查中容易发生疏忽 遗漏等弊端 做到全面找出系统危险因素和薄弱环节 21 4 安全检查表的优点 编制安全检查表的依据之一是有关的安全规程 规范和标准 因此 使用安全检查表进行检查 可以监督各项安全法规 规章制度执行情况 使安全检查工作标准化和规范化 22 4 安全检查表的优点 不同的检查对象有不同的检查表 检查人员依据安全检查表进行安全检查 其检查结果可作为检查人员履行检查职责的凭据 更好地实行安全生产责任制 安全检查表简明易懂 实施方便 易于掌握 23 4 安全检查表的优点 应用范围广 不仅可以用于工程项目的设计 施工 验收及机械设备的设计 制造等方面 而且也可以用于在役装置的日常操作 作业环境 人员行为 运行状态及组织管理各个方面 24 5 安全检查表的种类和内容 根据用途和安全检查表的内容 安全检查表可分为以下几种类型 1 审查设计的安全检查表 2 厂级的安全检查表 3 车间安全检查表 4 工段及岗位的安全检查表 5 专业性安全检查表 25 1 审查设计的安全检查表 新建 改建和扩建的厂矿企业 革新 挖潜的工程项目 都必须与相应的安全卫生设施同时设计 同时施工和同时投产 即利用 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 检查表中除了以列入的检查项目外 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 26 2 厂级的安全检查表 这类安全检查表是全厂进行安全检查 安全分析与评价 危险源辨识时采用的检查表 其主要内容包括厂区各个产品的工艺和装置的安全性 要害部位 主要安全装置与设施 危险物品的储存与使用 有毒有害物质的治理 作业环境 消防通道及设施 操作管理及规章制度的落实 应急措施等 27 3 车间安全检查表 这类安全检查表是在车间内进行安全检查 安全分析与评价时用的一种检查表 其主要内容包括车间的设备布置 通道 进出口 通风 照明 噪声振动 应急 消防设施与措施 操作管理 岗位责任制实施等 28 4 工段及岗位的安全检查表 这类安全检查表供某一工序或某一岗位进行自查 互查或进行安全教育及注意要点提示的一种检查表 如物料输送 车床加工等 其主要内容包括工序或岗位的设备 环境 操作人员等方面的不安全因素 29 5 专业性安全检查表 这类安全检查表是对重点设备 设施 要害部位 特殊工种 专业操作人员进行安全检查时采用的一种检查表 如锅炉 受压容器 起重机具 车辆 配变电装置 炸药库 爆破作业人员 电工 司机等 其主要内容是设备或装置的不安全因素或隐患的检查 人的不安全行为和管理问题的检查 不安全环境条件的检查 30 7 编制和使用安全检查表应注意的问题 为了使检查表既能全面查出潜在危险因素 又便于操作 达到预期效果 在编制和使用时应当注意以下几个问题 检查内容尽可能做到系统化 完整化 不漏掉任何可能导致事故的关键 但应突出重点 抓住要害 31 6 编制和使用安全检查表应注意的问题 各类检查表由于适用的对象不同 检查内容应有所侧重 如专业检查表应详细 日常检查表则要简明 突出要害部位 对重点危险部位应单独编制检查表 凡能导致事故的一切危险因素都应列出 确保隐患及时发现和消除 不至于酿成事故 32 7 编制和使用安全检查表应注意的问题 每一项检查内容 要定义明确 便于操作 安全检查表的项目和内容要求随工艺改造 设备变更等变化而修改 使之适应生产实际的需要 实施安全检查表时应落实检查人员 并在检查完毕时签字 对查出的问题要及时反馈到有关部门并要落实整改措施 做到责任明确 33 8 举例 危险化学品经营单位安全评价现场检查表 危险化学品生产单位安全评价检查表 9 作业1 制定学生宿舍防火安全检查表 34 第三节预先危险性分析 1 概述预先危险性分析是指在一项工程活动 包括设计 施工 生产 维修等 之前 对系统存在的各种危险因素 出现的条件以及导致事故的后果进行宏观的 概略的分析方法 35 1 概述 预先危险性分析这是一种定性的分析方法 特点 是在每一项活动之前进行分析 找出危险物质 不安全工艺路线和设备 以便从设计 工艺 设备上考虑采取安全防护措施 使危险因素不致发展为事故 取得防范于未然的效果 36 1 概述 应用范围 凡能对系统造成影响的人 机 物 环境中固有的潜在的危险危害性都可应用预先危险性分析法进行识别 开发研制 方案设计 样机 详细设计 新建 改建 扩建 例如 水处理厂消毒过程 液氯 37 2 分析步骤 由于危险因素具有潜在性 所以在进行危险性分析时必须要有丰富的知识和实践经验 还要熟练的掌握分析方法 分析时可按以下几个步骤进行 熟悉系统 在分析之前 必须首先对系统的生产目的 工艺流程 操作条件 设备结构 环境状况等以及同类装置或设备过去发生事故的资料 充分的熟悉和广泛的搜集资料 38 2 分析步骤 识别危险源 识别危险源就是找出系统存在的各种固有的潜在的危险因素 其特点为 潜在危险性 存在状态和触发因素 什么是潜在危险 由潜在的原因会造成人和物损伤的事件 例如 使用高速运转的物体 高压电 盛装高压气体的容器设备 高空作业 处理化学危险品等 这些作业如果没有安全防范措施 就有造成重大事故的可能性 这些危险状态就是潜在的危险性 39 2 分析步骤 在危险性识别时 对凡能造成人员伤亡 财产损失和系统完不成规定任务的各方面因素都要找出 包括人的误操作 机械 电气设备的失控而发生能量转移以及环境因素等 为防止遗漏 可将系统划分成子系统 一个个子系统进行查找 40 2 分析步骤 分析触发事件 触发事件 危险因素出现的条件事件 潜在危险因素只有在一定条件下才有可能引起事故 例如盛装氢气的容器具有燃烧爆炸的潜在危险性 而如果容器封闭性很好 不与空气接触是不会发生事故的 只有氢气泄漏到空气中形成爆炸性混合物 才有可能导致火灾爆炸事故的发生 所以发生泄漏的原因就是触发事件 41 2 分析步骤 确定事故情况 危险因素查出以后 能够导致什么事故 事故情况如何 则需要进行推测 找出形成事故的原因事件 就是找出危险因素发展为事故的客观条件 确定危险因素的危险等级 系统或子系统查出的危险因素可能有很多 为了在采取安全防护措施时分轻重缓急 先后次序 对这些危险因素按造成后果的严重程度划分成四个危险等级 见下表 表1危险程度等级 风险等级 划分及定义 表2事故发生可能性等级划分及定义 44 2 分析步骤 制定安全措施 根据找出的危险因素及确定的危险等级 针对危险性出现条件及形成事故的原因制定相应安全措施 45 3 举例 1 机械工厂机械维修作业预先危险性分析起重机维修 叉车维修 机械加工设备维修和所涉及的风电焊作业 其主要危险是物体打击 高处坠落 触电伤害和火灾爆炸 46 3 举例 2 易燃液体火灾爆炸预先危险性分析某企业生产过程中使用甲苯 70 汽油等易燃液体作为溶剂生产鞋用粘接剂 其事故模式就是火灾爆炸 故以化工厂为例进行火灾爆炸预先危险性分析 4 作业2 某实验室准备购买一瓶高压氧气用于实验 试用预先危险性分析对其进行危险性识别 48 第四节故障类型和影响分析 1 概述故障类型和影响分析是采用系统分割的方法 根据需要将系统分割成子系统或元件 然后逐个分析子系统或元件潜在的各种故障类型 原因及对子系统乃至整个系统产生的影响 并制定措施加以预防或消除 定性方法 49 1 概述 致命度分析 对其中一些可能造成人员伤亡或重大财产损失的故障类型拿出来进一步分析产生致命影响的概率和等级 称致命度分析 区别 故障类型和影响分析是定性分析 致命度分析是对有致命影响的故障进行定量分析 把两者结合起来 就是故障类型影响和致命度分析 50 基本概念 故障 指元件 子系统或系统在规定的运行时间 条件内达不到设计规定的功能 因而不能完成规定的任务或任务完成不好 故障类型 模式 是故障呈现的状态 如 一个阀门发生故障可能有四种类型 内漏 外漏 打不开 关不紧 51 故障模式 故障模式从可靠性定义来说 一般可从五个方面来考虑 运行过程中的故障 提前动作 在规定的时间不动作 在规定的时间不停止 运行能力降低 超量或受阻 52 故障模式 容器的故障模式有 泄漏 不能降温 加热 断热 冷却过分等 水泵 涡轮机 发电机的故障模式有 误起动 误停机 速度过快 反转 异常的负荷振动 发热 线圈漏电 运转部分破损等 热交换器 配管类的故障模式有 堵塞 流速过大 泄漏 变形 振动等 53 故障模式 阀门 流量调节装置的故障模式有 不能开启或不能闭合 开关错误 泄漏 堵塞 破损等 电力设备的故障模式有 电阻变化 放电 接地不良 短路 漏电 断开等 计测装置的故障模式有 信号异常 劣化 示值不准 损坏等 54 故障模式 支承结构的故障模式有 变形 松动 缺损 脱落等 齿轮的故障模式有 断裂 压坏 熔融 烧结 磨耗 损等 滚动轴承的故障模式有 滚动体压碎 磨损 压坏 腐蚀 烧结 裂纹 保持架损坏等 滑动轴承的故障模式有 腐蚀 变形 疲劳 磨损 胶合 破裂等 电动机的故障模式有 磨损 变形 发热 腐蚀 绝缘破坏等 55 基本概念 故障检测机制发现故障的方法和手段操作人员 维修人员经验方法 仪器仪表检测故障原因 故障影响 故障严重度严重度分级 在分析步骤中介绍 56 适用范围 故障类型和影响分析主要用于系统的安全设计 故障类型和影响分析是逐个查明各个子系统可能发生的故障 为安全设计提供依据 该法是美国1957年开始用在飞机发动机的设计中 目前该法已在核电站 动力 机械 仪器仪表等工业得到了广泛的应用 57 明确系统的情况和目的 2 分析步骤 58 2 分析步骤 明确和熟悉系统 在分析之前首先要明确分析对象及范围 熟悉系统有关的各种资料 了解系统各部分的功能和相互关系 了解系统的设计任务书 技术设计说明书 图纸 使用说明书 标准 规范 事故情况等资料 59 2 分析步骤 确定分析的层次 一个系统由若干子系统组成 子系统可能由更小的子系统或功能件组成 功能件又包含许多元件 如果是用于系统的安全设计 要求分析得详细 应该尽量分析得深一些 特别是关键部位 要分析到元件为止 如果是用于安全管理 则可以分析得粗浅一些 60 绘制系统的功能框图和可靠性框图 在分析之前要详细说明系统 并根据系统的构成要素依次画出所包含的子系统 元件及相互关系的框图 对简单系统可以用流程图代替系统图 61 分析故障类型和影响按照可靠性框图有关的子系统 功能件或元件 详细查明可能出现的故障类型 产生的原因 并进一步分析其对子系统 系统及对人的影响 然后根据故障类型影响的程度划分故障类型等级 以便分别轻重缓急 采取相应的安全措施 62 故障类型等级的划分方法有几种 主要介绍直接判断法和风险矩阵法 1 直接判断法 这种方法是根据故障类型对系统功能 人员及财产损失影响的严重程度来划分的 其划分原则如表 63 下面的分级方法是一种粗略的分级法 它基本上是根据严重度来确定的 有一定的片面性 64 风险矩阵法 风险矩阵法是综合考虑故障发生的可能性和发生后引起后果严重度两个方面的因素来确定故障的等级 这种划分标准称风险率 其方法是将故障概率和严重度都分为四个等级 划分原则如下 a严重度 是指故障类型对系统功能的影响程度 分级如下表 65 严重度分析 66 b故障概率 表示在一定时间内故障类型出现的次数 时间单位规定为一年或一个月 有的用大修的间隔期 故障概率的分类有定量和定性两种方法 定性分析如下表故障概率等级的划分 67 故障概率定量分级原则如下 级 元件工作期间 任何单个故障类型出现的概率少于全部故障概率的0 01 级 元件工作期间任何单个故障类型出现的概率 多于全部故障概率的0 01而少于0 10 级 元件工作期间任何单个故障类型出现的概率 多于全部故障概率的0 10而少于0 20 级 元件工作期间任何单个故障类型出现的概率多于全部故障概率的0 20 68 故障概率和严重度等级确定后 以故障概率为纵坐标 严重度为横坐标 画出风险矩阵图 沿矩阵原点到右上角画一条对角线 以对角线为轴线 轴线两边是对称的 如果知道了某一故障类型的概率和严重度等级 将其填入矩阵图中 就可以确定故障类型风险率或等级大小 处在右上角方块内的故障类型风险率最大 这是因为该故障类型发生的概率高且后果严重 依次左移 风险率逐渐降低 因为故障类型发生的概率虽然高 但造成的后果的严重度却逐渐降低 同样从右上方依次下移 风险率也逐渐降低 虽然故障类型造成的后果严重 但因为发生的概率很少 综合两方面因素风险率也就降低了 69 风险率矩阵图 概率 1 2 3 4 1 2 3 4 严重度 70 第五节危险和操作性研究 1 概述危险和操作性研究是查明生产装置和工艺过程中工艺参数以及操作控制中可能出现的偏差 针对这些偏差 找出原因 分析后果 提出对策的一种分析方法 71 范围 危险和操作性研究是1974年由英国帝国化学公司开发出来的 主要是用于工程项目设计审查阶段查明潜在危险性和操作难点 以便制定对策加以控制 特点 它是从工艺参数 如温度 压力 流量等 出发 研究系统可能出现的偏差 并根据造成影响的大小 确定防止危险转变为事故措施 具体应用 在化工 石油化工生产中 工艺参数的控制是非常重要的 因此 它特别适用于这些装置的设计审查和运行过程中危险性分析 72 基本概念及术语 意图 工艺某一部分完成的功能 偏差 与设计意图的情况不一致 原因 产生偏差的原因 后果 偏离设计意图所造成的后果引导词 对设计意图定性或定量描述的简单词语 73 2 分析步骤 成立研究组 一般由3 5人组成 一人担任组长 并有一人记录 组长必须非常熟悉分析对象并有较为丰富的经验 善于引导大家深入思考 并能确定分析点 其他成员应包括设计 工艺 仪表控制等专业人员以及管理干部和操作工人 收集系统资料 危险和操作性研究要求对系统的每一个细节都要进行研究 因此必须掌握详细的资料 包括工艺流程图 平面布置图 设备结构图 各种参数控制和管路系统图等以及有关的设计说明书 74 分解系统 选择研究节点 明确节点功能 应用引导词 从某一个部分开始 用事先制定的表格 以正常的工艺参数和操作条件为标准 分析偏差 找出偏差发生的原因及可能产生的后果 并提出安全措施 为了使分析有一定范围 不至于遗漏和过多的提问 规定了几个引导词 按照这些引导词找出偏差 引导词的名称和含义见表2 10 P24 一个部分分析结束后 再以同样方法分析另一个部分 直至整个系统分析为止 提出措施 编制HAZOP报告 研究小组分析完毕还要进行讨论 对提出的安全防护措施加以归纳和整理 供设计人员修改设计或领导人员参考 75 3 方法的优点 利用一组引导词 对状态参数逐一分析和考查可能发生的偏差 因此它能更加完整地识别危险 为改进设计和控制管理提供了很好的依据 4 方法的缺点 做起来比较烦琐 对复杂生产装置和工艺过程的分析需要耗费大量的人力和时间 76 HAZOP举例 P34图2 4化学反应 A 原料 B 原料 C 产品 危险条件 B的质量大于A的质量或仅有B事故后果 爆炸 77 HAZOP举例 78 分析 对照表2 10引导词 1 否 没有 没有A 原因 储罐 阀门 泵 后果 爆炸对策措施 针对原因提出 例如 储罐液位计是否在低液位以下 液位报警器阀芯被脏物粘住或卡死而失灵 79 第六节事件树分析1 概述概念 事件树分析是从一个初事件开始 按顺序分析事件向前发展中各个环节成功与失败的过程及其结果 这种分析方法称为事件树分析法 事件树分析最初是用于可靠性分析 特点 每一个系统都是由若干个元件组成的 每一个元件对规定的功能都存在具有和不具有两种可能 按照系统的构成顺序 从初始元件开始 由左向右分析各元件成功与失败的两种可能 直到最后一个元件为止 分析过程用图形表示出来 就得到水平的树形图 80 2 分析步骤 确定初始事件 初始事件就是事件树中在一定条件下造成事故后果的最初原因事件 它包括系统故障 设备失效 人员误操作和工艺过程异常等 初始事件可以预想 也可以是已发生的事故 一般是选择分析人员最感兴趣的异常事件作为初始事件 找出与初始事件有关的环节事件 所谓环节事件就是出现在初始事件后一系列造成后果的其他原因事件 81 建造事件树 把初始事件写在最左边 各种环节事件按顺序写在图的最上面 从初始事件画一条水平线到第一个环节事件 在水平线末端画一垂直线段 垂直线段上端表示成功 下端表示失败 再从垂直线二端分别向右画水平线到下个环节事件 同样用垂直线段表示成功和失败两种状态 依次类推 直到最后一个环节事件为止 如果某一个环节事件不需要往下分析 则水平线延伸下去 不发生分支 如此便得到事件树 说明分析结果 进行定性 定量分析在事件树最后要写明由初始事件引起的各种事故结果或后果 82 3 举例 由一个泵和两个阀门串联组成的物料输送系统 其结构和物料流动方向如图所示 启动信号 阀门2 阀门2 阀门1 成功 失败 成功 失败 泵正常 阀门1 阀门2 成功 阀门2 失败 84 分析 在这个系统中泵和二个阀门都有正常和失败两种可能 当泵得到启动指令后 可能启动成功并正常运转 也可能启动失败 因此启动结果有两种 或成功或失败 也就是启动状态发生分支 画图时将成功状态放在上分支 失败状态放在下分支 如果泵启动失败 系统将失效 不能输送物料 因此就不需要再分析下去 85 如果泵启动正常 物料经过阀门1时仍有成功和失败二种可能 阀门1失效 系统也失效 不再需要分析阀门2的状态 阀门1正常 再分析阀门2的状态 如阀门2正常 则系统运转正常 否则如阀门2失效 系统也失效 只有在泵 阀门1阀门2都处于正常状态 系统才能正常运行 其他三种情况系统均处于失效状态 启动信号 成功 失败 泵正常 泵失败 阀门1正常 阀门1失败 阀门2正常 阀门2失败 成功 成功 失败 失败 87 4 事件树分析的定量计算 事件树分析的定量计算就是计算每个分支发生的概率 已知条件 每个因素的概率 可靠度 如果各个因素的可靠度已知 根据事件树就可以求出系统的可靠度 每个分支成功的可靠度等于分支上各因素成功可靠度乘积 88 例如 若泵A 阀门B 阀门C的可靠度分别为P A P B P C 则系统的可靠度为 P S P A P B P C 系统的失败概率 不可靠度 F S 1 P S 若泵A 阀门B 阀门C的可靠度分别为 95 0 9 0 9 计算成