第三章-系统安全分析

中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,SafetyEngineering,主讲人：朱红青电话mail:zhq,安全系统工程-本科教程,中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院,目录,概述事故致因理论系统安全分析事故树分析系统安全评价安全决策,3,1,2,4,5,6,事故致因理论,系统安全分析（SystemSafetyAnalysis）的目的是为了保证系统安全运行，查明系统的危险因素，以便采取相应的措施消除系统故障或危险。,概述安全检查表预先危险性分析故障类型和影响分析危险性和可操作性研究事件树分析,第三章系统安全分析,1,2,3,4,5,6,第一节概述,系统安全分析内容,系统安全分析是从安全角度对系统中的危险因素进行分析，主要分析导致系统故障或事故的各种因素及其相互关系：调查、分析直接或间接诱发事故或故障的可能因素；调查和分析可能的故障或事故的后果。调查和分析防止伤害和损害的安全防护措施。,第一节概述,安全检查表法(SafetyChecklist)；预先危险性分析(PreliminaryHazardAnalysis，PHA)；故障类型和影响分析(FailureModelandEffectsAnalysis，FMEA)；危险性和可操作性研究(HazardandOperabilityAnalysis，HAZOP)；事件树分析(EventTreeAnalysis,ETA)；事故树分析(FaultTreeAnalysis，FTA)；因果分析(Cause-ConsequenceAnalysis，CCA)。,系统安全分析方法,第一节概述,方法的选择-按系统生命周期,第一节概述,最终目的辨危险源，在实际工作中可表现为：(1)对系统中所有危险源，查明并列出清单；(2)掌握危险源可能导致的事故，列出潜在事故隐患清单；(3)列出降低危险性的措施和需要深入研究部位的清单；(4)将所有危险源按危险大小排序；(5)为定量的危险性评价提供数据。,系统安全分析目的,第二节安全检查表法,安全检查对工程、系统的设计、装置条件、实际操作、维修等进行详细检查以识别所存在危险性。安全检查内容：它包括查思想、查管理（“三同时”）、查隐患、查事故处理（“四不放过”）几方面，具体包括：(1)偏离设计的工艺条件所引起的安全问题；(2)偏离规定的操作规程所引起的安全问题；(3)新发现的安全问题。,概念及内容,第二节安全检查表法,三同时与四不放过,事故处理的“四不放过”原则：(1)事故原因没有查清不放过；(2)事故责任者没有严肃处理不放过；(3)广大职工没有受到教育不放过；(4)防范措施没有落实不放过。,第二节安全检查表法,安全检查表法是将被评价系统剖析，分成若干个单元或层次，列出各单元或各层次的危险因素，然后确定检查项目，把检查项目按单元或层次的组成顺序编制成表格，以提问或现场观察方式确定各检查项目的状况并填写到表格对应的项目上，从而对系统的安全状态进行评价。安全检查表法内容安全检查表分析利用检查条款按照相关的标准、规范等对已知的危险类别、设计缺陷以及与一般工艺设备、操作、管理有关的潜在危险性和有害性进行判别检查。,概念及内容,第二节安全检查表法-安全检查表编制,组成安全检查表编制组,收集同类安全检查表,分析评价对象,包括：评价方法、评价结果、使用效果、在用的检查表格。,分析评价对象的结构、功能、工艺条件、管理状况、运行环境、可能的事故后果。注意收集以前发生事故的记录和各类图纸及说明书。,由安全专家、技术人员、管理人员、操作员组成。,根据各单元的危险因素清单确定。,确定评价项目,编制表格,专家会审,表格使用,检查有无遗漏项目。,补充与修改,序号检查项目检查依据结果（是/否）发现问题1塔身受力方向有无裂纹吗？GB5144-94,图安全检查表法的评价过程,第二节安全检查表法,优点简单明了，现场操作人员和管理人员都易于理解与使用。克服了传统安全检查的缺陷不仅可起到指导和备忘录的作用，而且会使安全检查工作更为系统、全面和准确。全面性、系统性、标准化、规范化，分析的弹性很大，既可用于简单的快速分析，也可用于深层次的分析。缺点：(1)只能作定性的评价，不能给出定量的评价结果；(2)只能对已经存在的对象进行评价，如果要对处于规划或设计阶段的对象进行评价，必须找到相似或类似的对象。,优缺点,第二节安全检查表法,安全检查表分析可适用于工程、系统的各个阶段。安全检查表可以评价物质、设备和工艺，常用于专门设计的评价，检查表法也能用在新工艺（装置）的早期开发阶段，判定和估测危险，还可以对已经运行多年的在役（装置）的危险进行检查安全检查表常用于安全验收评价、安全现状评价、专项安全评价，而很少推荐用于安全预评价。,适用范围,第二节安全检查表法,安全检查表实例1,第二节安全检查表法,我国国家标准GB1354892光气及光气化产品生产装置安全评价通则中的安全检查表格式如表1所示。该检查表属否决型检查表，必须达到的条款在检查表的备注栏内以标注。该检查表包括场地条件、安全设计、运行管理、安全管理4个部分，每部分又细分为若干具体的条款。,安全检查表实例2,第二节安全检查表法,系统安全分析中，安全检查表的编制方法，安全检查表分析的优缺点及适用条件？根据用途和安全检查表内容，安全检查表可分为哪几种类型？某精细化学品工厂拟了解自身的安全生产水平，在进行安全现状评价时，请问能否运用安全检查表法来进行分析，说明理由。,作业与思考题,第三节预先危险性分析方法,预先危险分析预先危险性分析应用于设计阶段：新系统设计、已有系统改造方案设计、选址阶段，在人们还没有掌握该系统详细资料时，用分析、辨识可能出现或已存在的危险因素，尽可能在设计阶段找出预防、改正、补救措施，消除或控制危险因素。预先危险分析目的通过预先危险分析（PHA），力求达到以下4个目的：大体识别与系统有关的主要危险；鉴别产生危险的原因；预测事故出现对人体及系统产生的影响；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。,概念和内容,第三节预先危险性分析方法,预先危险分析预先危险性分析应用于设计阶段：新系统设计、已有系统改造方案设计、选址阶段，在人们还没有掌握该系统详细资料时，用分析、辨识可能出现或已存在的危险因素，尽可能在设计阶段找出预防、改正、补救措施，消除或控制危险因素。预先危险分析目的通过预先危险分析（PHA），力求达到以下4个目的：大体识别与系统有关的主要危险；鉴别产生危险的原因；预测事故出现对人体及系统产生的影响；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。,概念和内容,第三节预先危险性分析方法,PHA分析程序,第三节预先危险性分析方法,PHA分析表格编制和等级划分,PHA表格一般包括：评价系统的基本目的、工艺过程、控制条件及环境因素划分子系统的名称；查明分析单元可能出现的危害；确定危害的起因；提出消除或控制危险的对策。,第三节预先危险性分析方法,热水器用煤气加热，装有温度、煤气开关联动装置，水温超过规定温度时，联动装置将调节煤气阀的开度。如发生故障，致压力过高时，则由泄压安全阀放出热水，防止发生事故。,举例1,第三节预先危险性分析方法,氯气干燥岗位风险性分析,举例2,第三节预先危险性分析方法,PHA分析方法优缺点,优点：最初产品设计或系统开发时，可以利用预先危险分析的结果，提出应遵循的注意事项和对策措施，使得设计更安全可靠；由于在产品设计时，即可指出存在的主要危险，从一开始便可采取措施，排除、除低和控制危险，大大降低因产品造成危险的可能性和严重程度；可用来制定设计管理方法和制定设计技术责任，以保证提高设计和加工的可靠性。缺点：项目建设初期,第三节预先危险性分析方法,PHA分析方法适用范围,预先危险分析应该在系统或设备研制的初期进行，随着设计研制工作的进展，这种分析应不断进行，分析结果用于改进设计和制造。对于现役的系统或设备也可采用预先危险分析，考察其安全性。,作业,1.预先危险分析（PHA）内容、优缺点、适用范围？2.预先危险分析（PHA）与建设项目“三同时”的关系？3.请对某发电厂进行预先危险性分析（依据文件是？）。,第四节故障类型和影响分析,故障类型和影响分析方法故障类型和影响分析是将工作系统分割为子系统、设备或元件，逐个分析各自可能发生的故障类型及其产生的影响，以便采取相应的防治措施，提高系统的安全性。对每个子系统或部件提问：故障类型是什么？故障类型的影响是什么？如何检测此故障？故障严重程度？,概念和内容,第四节故障类型和影响分析,故障元件、子系统、系统在运行时，达不到设计规定的要求，因而完不成规定的任务或完成的不好。故障类型系统、子系统或元件发生的每一种故障的形式称为故障类型。例如：一个阀门故障可以有四种故障类型：内漏、外漏、打不开、关不严。故障等级根据故障类型对系统或子系统影响的程度不同而划分的等级称为故障等级。,几个基本概念,第四节故障类型和影响分析,1.系统或装置的P&IDS（管线和设备仪器图）；2.设备、配件一览表3.设备功能和故障模式方面的知识；4.系统或装置功能及对设备故障处理方法知识。,所需资料,第四节故障类型和影响分析,故障分类,FMEA等级划分及故障概率,第四节故障类型和影响分析,FMEA分析程序,第四节故障类型和影响分析,明确系统本身的情况,确定分析程度和水平,绘制系统图和可靠性框图,列出所有故障类型并选出对系统有影响的故障类型,分析故障模式及影响,评定故障等级,研究故障检测方法,提出预防措施,填写FMEA表,几种常见表格,第四节故障类型和影响分析,FMEA分析方法实例1,空气压缩机贮罐故障类型和影响分析。空气压缩机贮罐属于压力容器，其功能是贮存空气压缩机产生的压缩空气。这里仅考察贮罐的罐体和安全阀两个部件。,第四节故障类型和影响分析,FMEA分析方法实例2,1电机运行系统故障类型和影响分析一电机运行系统，该系统是一种短时运行系统，如果运行时间过长则可能引起电线过热或者电机过热、短路。,第四节故障类型和影响分析,FMEA分析方法实例3,起重机制动装置和钢丝绳的部分故障类型和影响、危险度分析。,第四节故障类型和影响分析,FMEA分析方法优缺点,目的：辨识单个故障类型造成的事故后果适用范围：主要用于设备和机器故障的分析，也可用于连续生产工艺（主要用于硬件和系统分析）使用方法：将系统分解，求出零部件发生各种故障类型时，对系统或子系统产生的影响资料准备：系统、装置、设备表、说明书人力、时间：熟悉设备故障类型者23人，每人每小时可分析24项效果：定性并可进一步定量，找出故障类型对系统的影响,第四节故障类型和影响分析,作业,故障类型及影响分析（FMEA）分析步骤，等级划分，方法特点及适用范围？（应用）致命度分析与FMEA的区别？（理解）对氯气储罐进行FMEA。,第四节故障类型和影响分析,第五节危险性和可操作性研究,危险性和可操作性研究危险和可操作研究（HAZOP）研究的侧重点是工艺部分或操作步骤各种具体值，它的基本过程就是以引导词为引导，对过程中工艺状态的偏离设计意图加以确定，然后再继续分析造成的原因、后果及可采取的措施。危险性和可操作性研究目的它通过系统分析新设计或已有工厂的生产工艺流程和工艺功能，来评价设备、装置的个别部位因误操作或机械故障而引起的潜在的危险，并评价其对整个工厂的影响。,概念和内容,第五节危险性和可操作性研究,HAZOP分析程序,第五节危险性和可操作性研究,HAZOP分析流程图,HAZOP分析需要将工艺图或操作程序划分为分析节点或操作步骤，然后用引导词找出过程的危险。得到的结果为：偏差的原因、后果、保护装置、建议措施；需要更多的资料才能对偏差进行进一步的分析。,分析过程说明-工艺参数及引导词,第四节故障类型和影响分析,关键词（引导词）+工艺参数=偏差,结果汇总,分析结果文件,第四节故障类型和影响分析,第五节危险性和可操作性研究,借助“第三讲如果.怎么样”中制备磷酸氢二铵的例子进行“可操作性研究”分析。由磷酸和氨水制备磷酸二氢铵的流程简图。假定磷酸和氨水自高位槽中靠重力流入反应器，反应器为常压操作。,HAZOP方法实例,小结,评价目标：偏差及其原因、后果、对系统的影响定性定量：定性方法特点：通过讨论，分析系统可能出现的偏差、偏差的原因、后果及对整个系统的影响适用范围：化工系统、热力水力系统的安全分析应用条件：分析评价人员熟悉系统，有丰富的知识和实践经验优缺点：简便易行，受分析评价人员主观因素影响,HAZOP方法特点,作业,作业,1.简述危险和可操作性研究方法的基本概念、基本步骤、适用范围和特点。2.对某化工厂连续反应工艺采用HAZOP。3.网上调查反应釜价格、型号、性能（教学和实际生产中的）。,第六节事件树分析方法,事件树分析方法ETA的理论基础是决策论。它与FTA正好相反，是一种从原因到结果的自下而上的分析方法。从一个初因事件开始，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因事件，如此继续分析下去，直至找到最后的结果为止。因此，它是一种归纳逻辑图，能够看到事故发生的动态发展过程。事件树分析方法目的能够判断出事故发生与否，以便采取直观的安全方式；能够指出消除事故的根本措施，改进系统的安全状况；从宏观角度分析系统可能发生的事故，掌握事故发生的规律；可以找出最严重的事故后果，为确定顶上时间提供依据。,概念和目的,第六节事件树分析方法,(1)确定初始事件一般指系统故障、设备失效、工艺异常、人员误操作等。(2)找出环节事件出现在初始事件后一系列可能造成事故后果的其他原因事件。(3)编制ETA图(包括导致事故顺序情况)将初始事件写在左边，各种设定的安全措施按先后写在顶端横栏内。(4)阐明事故结果由初始事件引发的各种事故结果。(5)定量计算设某事件的成功概率为Pi，则失败概率为1-Pi。,分析过程,第六节事件树分析方法,事件树编制原则,将系统内各个事件按完全对立的两种状态（如成功、失败）进行分支，然后把事件依次连接成树形，最后再和表示系统状态的输出连接起来。事件树图的绘制是根据系统简图由左至右进行的。在表示各个事件的节点上，一般表示成功事件的分支向上，表示失败事件的分支向下。每个分支上注明其发生概率，最后分别求出它们的积与和，作为系统的可靠系数。事件树分析中，形成分支的每个事件的概率之和，一般都等于1。,第六节事件树分析方法,事件树编制,第六节事件树分析方法,事件树定量计算,事件树的定量分析基本内容是由各事件的发生概率计算系统故障或事故发生概率。一般当各事件之间相互统计独立时，其定量分析比较简单，当事件之间相互统计不独立时（如共同原因故障、顺序运行等），则定量分析变得非常复杂。下面仅讨论前一种情况。各发展途径的概率：各发展途径的概率等于自初始事件开始的各事件发生概率的乘积。如：PS1=PPBPCPDPS2=PPBPCPPS3=PPBPCPS4=PPPDPS5=PPP事故发生概率：事件树定量分析中，事故发生概率等于导致事故的各发展途径的概率和P=PS2+PS3+PS5,第六节事件树分析方法,事件树分析的特点和适用范围,事件树分析法可以定性、定量地辨识初始事件发展为事故的各种过程及后果，并分析其严重程度。根据树图可在各发展阶段的每一步采取有效措施，使之向成功方向发展。ETA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过程的分析，预测系统中事故发展的趋势。ETA既可看作FTA的补充，可以将严重事故的动态发展过程全部揭示出来；也可以看作FMEA(故障类型和影响分析)的延伸，在FMEA分析了故障类型对子系统以及系统产生的影响的基础上，结合故障发生概率，对影响严重的故障进行定量分析。ETA可以用来分析系统故障、设备失效、工艺异常、人的失误等，应用比较广泛。,第六节事件树分析方法,事件树分析举例1,在液化气泄漏的情况下，发生火灾、爆炸事故。1.事件树构建初始事件：液化气泄漏环节事件：报警仪报警；工作人员发现泄露；采取及时有效措施；气态烃达到爆炸极限；遇火源2.编制事件树每步都有成功/失败两种情况，事件树见下图。,第六节事件树分析方法,事件树分析举例1,第六节事件树分析方法,事件树分析举例1,3.阐明事故结果在液化气泄漏的情况下，发生火灾、爆炸的途径共有四条。液化气泄漏报警仪报警工作人员发现泄漏未能采取及时有效措施气态烃达到爆炸极限遇火源液化气泄漏报警仪报警工作人员未发现泄漏气态烃达到爆炸极限遇火源液化气泄漏报警仪失效工作人员发现泄漏未能采取及时有效措施气态烃达到爆炸极限遇火源液化气泄漏报警仪失效工作人员未发现泄漏气态烃达到爆炸极限遇火源,第六节事件树分析方法,事件树分析举例1,4.概率确定（p55-57）,第六节事件树分析方法,事件树分析举例1,4.定量计算1）确定每个初始事件和环节事件的概率；事件成功概率为，事件失败概率为。2）发生事故的每条途径的概率为各事件的概率积；如途径1的概率：3）事故发生概率为各途径概率之和：,氧化反应釜缺少冷却水事件树分析以氧化反应釜缺少冷却水事件为初始事件，相关的安全功能有以下三种：当温度达到T1时，高温报警器提醒操作者；操作者增加供给反应釜冷却水量；当温度达到T2时，自动停车系统停止氧化反应。该事件树中有2条事故连锁和3条防止事故的途径。,第六节事件树分析方法,事件树分析举例2,第六节事件树分析方法,事件树分析举例2,露天矿断钩跑车事故的事件树分析某露天矿铁路运输过程中，一列上坡行驶的列车的尾车联结器钩舌断裂，造成尾车沿坡道下滑。由于调车员没有及时采取制止车辆下滑措施，车速不断加快。当尾车滑行到135站时，该站运转员错误地将车放入上线。尾车进入上线后继续滑行，经过117站时该站运转员束手无策。结果，尾车与前方的检修车、移道车相撞，造成多人伤亡的事故。选择断钩跑车为初始事件，针对该初始事件有三种安全功能：调车员采取制动措施；135站运转员将尾车放入安全线；117站运转员将尾车放入安全线。该事件树中有1条事故连锁和3条防止事故的途径。相应地，发生撞车造成人员伤亡的可能性是较小的。,第六节事件树分析方法,事件树分析举例3,第六节事