安全技术评价第二版作者张乃禄1-5第5章

第5章平安评价方法

5.1平安评价方法概述5.2平安检查表分析法5.3专家评议法5.4预先危险分析法5.5故障假设分析法5.6危险与可操作性研究法5.7故障树分析法5.8事件树分析法5.9日本化工企业六阶段平安评价法5.10道化学火灾、爆炸危险指数评价法5.11ICI蒙德火灾、爆炸、毒性指标评价法5.12其他评价方法在线教务辅导网：://教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187或者直接输入下面地址：5.1平安评价方法概述平安评价方法的分类平安评价方法有多种分类标准，常用的有按评价结果的量化程度分类法、按评价的推理过程分类法、按评价的目的分类法、按评价的系统性质分类法等多种分类方法，下面对这几种分类方法分别进行介绍。1.按评价结果的量化程度分类法按评价结果的量化程度，平安评价方法可分为定性平安评价方法和定量平安评价方法。1〕定性平安评价方法定性平安评价方法主要是借助于对事物的经验知识及其开展变化规律的了解，通过直观判断对生产系统的工艺、设备、设施、环境、人员和管理等方面的状况进行科学的定性分析、判断的一类方法。评价的结果是一些定性的指标，例如是否到达了某项平安指标、事故类别和导致事故发生的因素等。依据评价结果，可从技术上、管理上对危险和危害因素提出对策和措施并加以控制，到达使系统处于平安状态的目的。目前，常用的定性平安评价方法有：平安检查法(SafetyReview，SR)、平安检查表分析法(SafetyChecklistAnalysis，SCA)、专家评议法、预先危险性分析法(PreliminaryHazardAnalysis，PHA)、作业条件危险性评价法(LEC)、故障类型及影响分析法(FailureModeEffectsAnalysis，FMEA)、故障假设分析法(What…If，WI)、危险和可操作性研究法(HazardandOperabilityStudy，HAZOP)以及人的可靠性分析(HumanReliabilityAnalysis，HRA)等。定性平安评价方法的特点是容易理解，便于掌握，评价过程简单。目前定性平安评价方法在国内外企业平安管理工作中被广泛使用。但定性平安评价方法往往依靠经验判断，带有一定的局限性。2〕定量平安评价方法定量平安评价方法是运用基于大量的实验结果和广泛的事故资料统计分析获得的指标或规律(数学模型)，对生产系统的工艺、设备、设施、环境、人员和管理等方面的状况，按有关标准，应用科学的方法构造数学模型，进行定量评价的一类方法。评价的结果是一些定量的指标，如事故发生的概率、事故的伤害(或破坏)范围、定量的危险性、事故致因因素的关联度或重要度等。定量平安评价主要有以下两种类型。①以可靠性、平安性为根底，先查明系统中存在的隐患并求出其损失率、有害因素的种类及其危害程度，然后再与国家规定的有关标准进行比较、量化。常用的方法有：故障树分析法(FaultTreeAnalysis，FTA)、事件树分析法(EventTreeAnalysis，ETA)、模糊数学综合评价法、层次分析法、作业条件危险性分析法(LEC)、机械工厂固有危险性评价法、原因后果分析法(Cause-ConsequenceAnalysis，CCA)等。②以物质系数为根底，采用综合评价的危险度分级方法。常用的方法有：美国道化学公司的“火灾、爆炸危险指数评价法〞(DowHazardIndex，DOW)、英国ICI公司蒙德部的“火灾、爆炸、毒性指数法〞(MondIndex，ICI)、日本劳动省的“化工企业六阶段法〞以及“单元危险指数快速排序法〞等。按照定量结果类别的不同，定量平安评价方法还可以分为概率风险评价法、伤害(或破坏)范围评价法和危险指数评价法(HazardIndex，HI)。2.按评价的推理过程分类法按照平安评价的逻辑推理过程，平安评价方法可分为归纳推理评价法和演绎推理评价法。归纳推理评价法是从事故原因推论结果的评价方法，即从最根本的危险危害因素开始，逐渐分析导致事故发生的直接因素，最终分析出可能导致的事故。演绎推理评价法是从结果推论原因的评价方法，即从事故开始，推论导致事故发生的直接因素，再分析与直接因素相关的间接因素，最终分析和查找出导致事故发生的最根本的危险危害因素。3.按评价的目的分类法按照平安评价要到达的目的，平安评价方法可分为事故致因因素平安评价方法、危险性分级平安评价方法和事故后果平安评价方法。事故致因因素平安评价方法是采用逻辑推理的方法，由事故推论最根本的危险危害因素或由最根本的危险危害因素推论事故的评价法，适用于识别系统的危险危害因素和分析事故。该类方法一般属于定性平安评价法。危险性分级平安评价方法是通过定性或定量分析给出系统危险性等级的平安评价方法，适用于系统的危险性分级。该类方法可以是定性平安评价法，也可以是定量平安评价法。事故后果平安评价方法可以直接给出定量的事故后果，给出的事故后果可以是系统事故发生的概率、事故的伤害(或破坏)范围、事故的损失或定量的系统危险性等。4.按评价的系统性质分类法按照评价系统的性质不同，平安评价方法可分为设备(设施或工艺)故障率评价法、人员失误率评价法、物质系数评价法、系统危险性评价法等。由于平安评价不仅涉及自然科学，而且涉及管理学、逻辑学、心理学等社会科学的相关知识，而且平安评价指标及其权值的选取又与生产技术水平、平安管理水平、生产者和管理者的素质以及社会和文化背景等因素密切相关，因此，每种评价方法都有一定的适用范围和限度。常用的平安评价方法1.平安检查法(SafetyReview，SR)平安检查法可以说是第一个平安评价方法，它有时也称为工艺平安审查、设计审查或损失预防审查。它可以用于建设工程的任何阶段。对现有装置(在役装置)进行评价时，传统的平安检查主要包括巡视检查、正规日常检查或平安检查(例如，如果工艺尚处于设计阶段，设计工程小组可以对一套图纸进行审查)。平安检查的目的是辨识可能导致事故、引起伤害和重要财产损失或对公共环境产生重大影响的装置条件或操作规程。一般平安检查人员主要包括与装置有关的人员，即操作人员、维修人员、工程师、管理人员、平安员等，具体视工厂的组织情况而定。平安检查的目的是为了提高整个装置的操作平安度，而不是干扰正常操作或对发现的问题进行处分。完成平安检查后，评价人员对亟待改进的地方应提出具体的措施、建议。2.平安检查表分析法(SafetyChecklistAnalysis，SCA)平安检查表是指在评价过程中，为了查找工程和系统中各种设备、设施、物料、工件、操作以及管理和组织措施中的危险和有害因素，事先把检查对象加以分类，将大系统分割成假设干小的子系统，编制成表，这种表称为平安检查表。在评价过程中，以提问或打分的形式，将检查工程列表逐项检查，防止遗漏，这种方法称为平安检查表分析法。3.预先危险性分析法(PreliminaryHazardAnalysis，PHA)预先危险分析法用于对危险物质和装置的主要区域进行分析，包括在设计、施工和生产前，对系统中存在的危险性类别、出现条件、事故导致的后果进行分析，其目的是识别系统中的潜在危险，确定其危险等级，防止危险开展成事故。预先危险性分析可以到达四个目的：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预测事故发生对人员和系统的影响；④判别危险等级，并提出消除或控制危险性的对策措施。预先危险性分析法通常用在对潜在危险了解较少和无法凭经验觉察的工艺工程的初期阶段，用于工艺装置的初步设计或研究和开发。当分析一个庞大的现有装置或无法使用更为系统的方法时，常优先考虑PHA法。4.故障假设分析法(What…If，WI)故障假设分析法是一种对系统工艺过程或操作过程的创造性分析方法。使用该方法的人员应对工艺熟悉，通过提问〔故障假设〕的方式来发现可能潜在的事故隐患。故障假设分析法一般要求评价人员用“What…If〞作为开头，对有关问题进行考虑。任何与工艺平安有关的问题，即使关系不大，也可提出并加以讨论。通常，将所有的问题都记录下来，然后将问题分门别类，例如：按照电气平安、消防平安、人员平安等问题分类，然后分别进行讨论。对正在运行的现役装置，应与操作人员进行交谈，所提出的问题要考虑到任何与装置有关的不正常的生产条件，而不仅仅是设备故障或工艺参数的变化。5.故障假设分析／检查表分析法(What…If／ChecklistAnalysis，WI／CA)故障假设分析／检查表分析法是由具有创造性的假设分析方法与平安检查表分析法组合而成的，它弥补了两种方法单独使用时各自的缺乏。例如：平安检查表分析法是一种以经验为主的分析方法，用它进行平安评价时，成功与否很大程度取决于检查表编制人员的经验水平。如果检查表编制得不完整，评价人员就很难对危险性状况做出有效的分析。而故障假设分析法鼓励评价人员思考潜在的事故和后果，它弥补了检查表编制时可能存在的经验缺乏；检查表那么使故障假设分析方法更系统化。

故障假设分析／检查表分析法可用于工艺工程的任何阶段。与其他大多数的评价方法相类似，这种方法同样需要由丰富工艺经验的人员完成，常用于分析工艺中存在的最普遍的危险。虽然它也能够用来评价所有层次的事故隐患，但故障假设分析／检查表分析法一般主要是对过程中的危险进行初步分析，然后可用其他方法进行更详细的评价。6.危险和可操作性研究法(HazardandOperabilityStudy，HAZOP)危险和可操作性研究法是一种定性的平安评价方法，根本过程以引导词为引导，找出过程中工艺状态的变化〔即偏差〕，然后分析偏差产生的原因、后果及可采取的对策。危险和可操作性研究技术是基于这样一种原理，即背景各异的专家们假设在一起工作，就能够在创造性、系统性和风格上互相影响和启发，能够发现和鉴别更多的问题，要比他们独立工作并分别提供工作结果更为有效。

危险和可操作性分析的本质，就是通过系列会议对工艺流程图和操作规程进行分析，由各种专业人员按照规定的方法对偏离设计的工艺条件进行危险和可操作性研究。所以，危险和可操作性分析技术与其他平安评价方法的明显不同之处是其他方法可由某人单独去做，而危险和可操作性分析那么必须由多方面的、专业的、熟练的人员组成的小组来完成。7.故障类型及影响分析法(FailureModeEffectsAnalysis，FMEA)故障类型及影响分析(FMEA)是系统平安工程的一种方法，根据系统可以划分为子系统、设备和元件的特点，按实际需要将系统进行分割，然后分析各自可能发生的故障类型及其产生的影响，以便采取相应的对策，提高系统的平安可靠性。FMEA辨识可直接导致事故或对事故有重要影响的单一故障。在FMEA中不直接确定人的影响因素，像人为操作失误的影响通常作为一种设备故障模式表示出来。8.故障树分析法(FaultTreeAnalysis，FTA)故障树(FaultTree)是一种描述事故因果关系的有方向的“树〞，故障树分析法是平安系统工程中重要的分析方法之一。它能对各种系统的危险性进行识别评价，既能进行定性分析，又能进行定量分析，具有简明、形象化的特点，表达了以工程方法研究平安问题的系统性、准确性和预测性。FTA作为平安分析评价和事故预测的一种先进的科学方法，已得到国内外的广泛认可和采用。FTA不仅能分析出事故的直接原因，而且能深入开掘事故的潜在原因，因此在工程或设备的设计阶段，在事故查询或编制新的操作方法时，都可以使用FTA对它们的平安性做出评价。9.事件树分析法(EventTreeAnalysis，ETA)事件树分析法是用来分析普通设备故障或过程波动〔称为初始事件〕导致事故发生的可能性的方法。事故是由典型设备故障或工艺异常〔称为初始事件〕引发的结果。与故障树分析不同，事件树分析使用归纳法，事件树可提供系统性的记录事故后果的方法，并能确定导致后果的事件与初始事件的关系。事件树分析适用于分析那些产生不同后果的初始事件。事件树强调的是事故可能发生的初始原因以及初始事件对事件后果的影响，事件树的每一个分支都表示一个独立的事故序列，对一个初始事件而言，每一个独立事故序列都清楚地界定了平安功能之间的关系。10.危险指数方法(RiskRank，RR)危险指数方法是通过对几种工艺现状及运行的固有属性进行比较计算，确定各种工艺危险特性的重要性，并根据评价结果，确定进一步评价的对象的评价方法。危险指数评价法可用在工程工程的各个阶段(可行性研究、设计、运行等)，或在详细的设计方案完成之前，或在现有装置危险分析方案制定之前。当然它也可用于在役装置，作为确定工艺及操作危险性的依据。目前已有好几种危险等级方法得到了广泛的应用。危险指数方法使用起来可繁可简，形式多样，既可定性，又可定量。例如，评价者可依据对作业现场危险度、事故几率、事故严重度的定性评估，对现场进行简单分级，通过对工艺特性赋予一定的数值组成数值图表，可用此表计算数值化的分级因子。常用危险指数方法有：①危险度评价法；②道化学火灾、爆炸危险指数评价法；③蒙德火灾、爆炸、毒性指数评价法；④日本化工企业六阶段评价法；⑤其他危险等级评价法。下面简单介绍几种常用的危险指数方法1〕日本化工企业六阶段评价法日本劳动省提出的“化工装置平安评价方法〞又称“化工企业六阶段平安评价法〞，是应用平安检查表、定量危险性评价、事故信息评价、故障树分析以及事件树分析等方法，分成六个阶段，采取逐步深入，进行定性评价和定量评价的综合评价方法，是一种考虑较为周到的评价方法。2)道化学火灾、爆炸危险指数评价法美国道化学公司提出了物质指数作为系统平安工程的评价方法。1966年，该公司又进一步提出了火灾、爆炸危险指数的概念，表示火灾、爆炸的危险程度。1972年，他们又提出了以物质的闪点(或沸点)为根底，代表物质潜在能量的物质系数，结合物质的特定危险值、工艺过程及特殊工艺的危险值，计算出系统的火灾、爆炸危险指数，以评价该系统火灾、爆炸危险程度的评价方法，即道化学评价法第三版。之后他们又以第三版为蓝本，陆续推出了新的版本，1993年推出了最新的第七版。3〕蒙德火灾、爆炸、毒性指数评价法英国帝国化学公司(ICI)在对现有装置和设计建设中的装置的危险性进行研究时，既肯定了道化学公司的道化学火灾、爆炸危险指数法，又在其定量评价的根底上对道化学评价法第三版作了重要的改进和扩充，增加了毒性的概念和计算方法，并提出了一些补充系数。11.人员可靠性分析(HumanReliabilityAnalysis，HRA)人员可靠性行为是人机系统成功的必要条件，人的行为受很多因素影响，这些“行为成因要素〞可以是人的内在属性，比方紧张、情绪、教养和经验；也可以是外在因素，比方工作间、环境、监督者的举动、工艺规程和硬件界面等。影响人员行为的成因要素数不胜数。尽管有些行为成因要素是不能控制的，但许多却是可以控制的，可以对一个过程或一项操作的成功或失败产生明显的影响。例如：评价人员可以把人为失误考虑到故障树之中，一项检查表分析可以考虑这种情况——在异常状况下，操作人员可能将本应关闭的阀门翻开了。典型的危险和可操作性研究通常也把操作人员失误作为工艺失常(偏差)的原因考虑进去。尽管这些平安评价技术可以用来寻找常见的人为失误，但它们还是主要集中于引发事故的硬件方面。当工艺过程中手工操作很多时，或者当人－机界面很复杂，难以用标准的平安评价技术评价人为失误时，就需要特定的方法去评估这些人为因素。有许多不同的方法可供人为因素专家用来评估工作情况。一种常用的方法叫做“作业平安分析〞(JobSafetyAnalysis，JSA)，但该方法的重点是作业人员的个人平安。作业平安分析是一个良好的开端，但就工艺平安分析而言，人员可靠性分析方法更为有用。人员可靠性分析技术可用来识别和改进行为成因要素，从而减少人为失误的时机。这种技术分析的是系统、工艺过程和操作人员的特性，寻找失误的源头。如果不与整个系统的分析相结合而单独使用HRA技术，似乎太突出人的行为而无视了设备特性的影响。所以，在大多数情况下，建议将HRA方法与其他平安评价方法结合使用。一般来说，HRA技术应该在其他评价技术(如HAZOP、FMEA、FTA)之后使用，识别出具体的、有严重后果的人为失误。12.作业条件危险性评价法(LEC)美国的K.J.格雷厄姆(KenethJ.Graham)和金尼(GilbertF.Kinney)研究了人们在具有潜在危险环境中作业的危险性，提出了以所评价的环境与某些参考环境的比照为根底，将作业条件的危险性作为因变量，事故或危险事件发生的可能性(L)、暴露于危险环境的频率(E)及危险严重程度(C)作为自变量，确定了它们之间的函数式。根据实际经验，他们给出了3个自变量的各种不同情况的分数值，采取对所评价的对象根据情况进行打分的方法，然后根据公式计算出其危险性的分数值，再在危险程度等级表或图上查出其危险性分数值对应的危险程度。这是一种简单易行的评价作业条件危险性的方法。13.定量风险评价法(QRA)在识别危险分析方面，定性和半定量的评价是非常有价值的，但是这些方法仅是定性的，不能提供足够的量化数量，特别是不能对复杂、危险的工业流程等提供决策的依据和足够的信息。定量风险评价可以将风险的大小完全量化，风险可以表征为事故发生的频率和事故后果的乘积。QRA对这两方面均进行评价，并提供足够的信息，为业主、投资者、政府管理者提供有利的定量化的决策依据。对于事故后果模拟分析，国内外有很多研究成果，如美国、英国、德国等兴旺国家，早在20世纪80年代初便完成了以Burro、Coyote、ThorneyIsland为代表的一系列大规模现场泄漏扩散实验。到了20世纪90年代，又针对毒性物质的泄漏扩散进行了现场实验研究。迄今为止，已经形成了数以百计的事故后果模型，如著名的DEGADIS、ALOHA、SLAB、TRACE、ARCHIE等。基于事故模型的实际应用也取得了开展，如DNV公司的SAFETYⅡ软件是一种多功能的定量风险分析和危险评价软件包，包含多种事故模型，可用于工厂的选址、区域和土地使用决策、运输方案选择、优化设计、提供可接受的平安标准等。ShallGlobalSolution公司提供的ShallFRED、ShellSCOPE和ShellShepherd3个序列的模拟软件涉及泄漏、火灾、爆炸和扩散等方面的危险风险评价。这些软件都是在大量实验的根底上得出的数学模型，有着很强的可信度。评价的结果用数字或图形的方式显示事故影响区域，以及个人和社会承担的风险。可根据风险的严重程度对可能发生的事故进行分级，有助于制定降低风险的措施。5.2平安检查表分析法平安检查表分析法概述平安检查表分析法(SCA)是依据相关的标准、标准，对工程和系统中的危险类别、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的方法。该方法事先把检查对象分割成假设干子系统，以提问或打分的形式，将检查工程列表。视具体情况可采用不同类型、不同格式的平安检查表，以便进行有效的分析。该方法可用于工程和系统的各个阶段，常用于对熟知的工艺设计进行分析，也可用于新工艺过程的早期开发阶段，有经验的人员还要将设计文件与相应的平安检查表进行比较。平安检查表分析法步骤平安检查表分析方法包括三个步骤，即建立平安检查表、完成分析以及编制分析结果文件。1.建立平安检查表为了编制一张标准的检查表，评价人员应确定检查表的设计标准或操作标准，然后依据存在的缺陷和差异编制一系列带问题的检查表。编制检查表所需的资料包括有关标准、标准及规定，国内外事故案例，系统平安分析事例，研究成果等资料。还应按设备类型和操作情况提供一系列的平安检查工程。SCA法是基于经验的方法，平安检查表必须由熟悉装置的操作和标准、熟悉相关的政策和规定、有经验和具备专业知识的人员协同编制。所拟定的平安检查表，应当是通过答复表中所列问题，就能够发现系统设计和操作的各个方面与有关标准不符的地方的平安检查表。平安检查表一旦准备好，即使缺乏经验的工程师也能独立使用它，或者可作为其他危险分析的一局部。建立某一特定工艺过程的详细平安检查表时，应与通用平安检查表对照，以保证其完整性。2.完成分析对已运行的系统，分析组应当视察所分析的工艺区域。在视察过程中，分析人员将工艺设备和操作过程与平安检查表进行比较。依据对现场的视察、对系统文件的阅读、与操作人员的座谈以及个人的理解答复平安检查表所列的工程。当所观察的系统特性或操作特性与平安检查表上希望的特性不同时，分析人员应当记下差异。新工艺过程的平安检查表分析，在施工之前常常是由分析小组在分析会议上完成的，主要是对工艺图纸进行审查，完成平安检查表以及讨论差异。3.编制分析结果文件危险分析组完成分析后，应当总结或视察会议过程中所记录的差异。分析报告包含用于分析的平安检查表复印件。任何有关提高过程平安性的建议与恰当的解释都应写入分析报告中。平安检查表分析法的优缺点及适用范围SCA法因简单、经济、有效而被经常使用。SCA法是以经验为主的方法，使用其进行平安评价时，成功与否很大程度取决于检查表编制人员的专业知识和经验水平，如果检查表不完整，评价人员就很难对危险性状况做出有效的分析。SCA法可用于平安生产管理和对熟知的工艺设计、物料、设备或操作规程的分析，也可用在新工艺的早期开发阶段，来识别和消除在类似系统多年的操作中所发现的危险。但由于SCA法只能作定性分析，不能预测事故后果及对危险性进行分级，因此很少用于平安预评价，事故调查时一般也不用。平安检查表分析法应用实例表5-1是某厂的“放射性射线探伤作业平安检查表〞，是由企业有关人员根据实际情况编制的，既有针对性，又有科学性，在长期使用中收到了良好的效果。表5-1放射性射线探伤作业平安检查表5.3专家评议法专家评议法概述专家评议法是一种吸收专家参加，根据事物的过去、现在及开展趋势，进行积极的创造性思维活动，对事物的未来进行分析、预测的方法。专家评议法有以下两种方式：〔1〕专家评议。专家评议法是根据一定规那么，组织相关专家进行积极的创造性思维，对具体问题通过共同讨论，集思广益进行解决的一种专家评价方法。〔2〕专家质疑。专家质疑法需要先后进行两次会议。第一次会议是专家对具体问题进行直接讨论，第二次会议那么是专家对第一次会议提出的设想进行质疑。主要是：①研究讨论有碍设想实现的问题；②论证已提出的设想实现的可能性；③讨论设想的限制因素并提出排除限制因素的建议；④在质疑过程中，也可能会有新的建设性的可行性设想提出。最后由分析小组对专家直接讨论及质疑的结果进行分析，编写一个评价意见一览表；并对质疑过程中提出的评价意见进行评价，形成实际可行的最终设想一览表。专家评议法步骤采用专家评议法进行平安评价、预测有以下四个步骤。〔1〕明确分析评价、预测的具体问题。〔2〕组成专家评议分析、预测小组。小组应由预测专家、专业领域的专家、推断思维能力强的演绎专家以及高级专业领域的分析专家等组成。〔3〕举行专家会议，对所提出的具体问题进行分析、预测。组织专家会议时，应遵守以下几个原那么：分析、预测的问题要具体明确，并且要限制范围；参加会议的专家要注意力集中，发言要言简意赅；要即席发言，不能照稿宣读；鼓励任何设想，鼓励对已提出的设想进行补充改进和综合；鼓励提出不同意见、观点，提倡自由讨论，充分激发专家的积极性和创造性。〔4〕分析、归纳出专家会议的结果。专家评议法的优缺点及适用范围专家评议法由于简单易行，比较客观，十分有用，因此被人们广泛采用。由于所邀请的人员是在专业理论上造诣较深、实践经验较丰富的专家，而且由于有专业专家、平安专家、评价专家、逻辑专家参加，将专家的意见运用逻辑推理的方法进行综合、归纳，因此所得出的结论一般比较全面、正确。特别是对专家的质疑进行正反两方面的讨论，使问题更深入、更全面透彻，所形成的结论性意见更科学、合理。但是，因为对邀请的专家要求比较高，所以并不是所有工程均适合应用。专家评议法很适合于对类似装置的平安评价，它可以充分发挥专家丰富的实践经验和理论知识。专家评价法对专项平安评价十分有用，可以将问题研究讨论得更深、更细、更透彻，便于决策。专家评议法应用实例某钢厂需增加1台VD／VOD装置，运用专家评议法进行危险和危害因素的分析、评价和预测。评议过程按评议步骤和评议结论进行。1.评议步骤〔1〕明确问题。分析评价、预测的具体问题是该钢厂增加的1台VD／VOD装置的危险和危害因素。〔2〕成立专家组。专家组由具有丰富实践经验和理论知识的VOD设备专家、生产工艺专家、劳动平安专家、VOD操作人员、平安评价专家及逻辑专家共6人组成。〔3〕专家评议。举行专家会议，对VOD装置进行分析、类比和预测。2.评议结论由专家组综合分析、归纳，得出如下结论。〔1〕该钢厂为了淘汰技术落后、消耗高、产品市场竞争力日趋萎缩的长线产品，调整现有生产结构，实现技术更新，生产超低碳奥氏体不锈钢、轴承钢、高速齿轮钢等，以提高产品质量，增强企业的市场竞争力，需要对电炉特钢系统新增加一台VOD精炼装置。〔2〕在吹氧、真空脱气过程中，VOD装置可能发生的较为严重的事故是钢水遇水的爆炸事故。因为水遇到1600℃左右的钢水时，会瞬间汽化，使分子间距增大10～11.4倍，体积增大约1500倍。而此膨胀过程在极短时间内发生，所以会在有限空间内形成爆炸。假设真空罐冷却系统及其他水冷设施泄漏，那么遇钢水会发生爆炸。所以，各水冷设施需要经常检漏。真空罐底部有积水，水冷系统和炉体等耐火材料损坏、坍塌等均存在着发生爆炸事故的可能性。〔3〕钢包在吊运过程中，钢包钢水口因屡次使用，受钢水侵蚀、冲刷，可能发生钢水泄漏事故；钢包装载超量或吊装不当，会发生钢水溢漏事故。这些都会造成人员灼、烫伤，损坏设备、设施及引发火灾爆炸事故。〔4〕氧气是强氧化剂，在由氧气站通过管路接至VOD精炼炉顶氧枪过程中，可能存在以下危险：①在氧气输送过程中，管道或阀门中残留的金属屑、焊渣、焊瘤、可燃物等杂质会引起燃烧，将管壁烧红，引发火灾、灼烫事故；②氧气泄漏有引发火灾、爆炸事故的可能；③氧气泄漏时，如人员吸入高浓度氧气(>40％)，会发生氧中毒；④假设氧枪插入位置不当，冷却水管冷却效果不良，会损坏氧枪水冷系统，造成漏水，水遇钢水会发生爆炸。〔5〕惰性组分氮、氩(用作底吹搅拌、均匀温度和调节成分)系统如发生管线或阀门泄漏，有可能发生窒息中毒事故。〔6〕VOD精炼炉的起重、吊装作业特点是重量大(仅钢水约100～120t，钢包总重约有160～170t)、温度高(1600℃左右)、频率高(存放钢水的钢包吊入、精炼后将钢包吊出等)，因而存在着钢包漏钢的危险性。一般，漏钢要吊至漏钢事故坑，否那么如遇积水或潮湿会发生爆炸。而且吊索和吊具受高温烘烤，强度下降，易损坏，有可能造成重大事故。正是由于钢包的起重、吊装、运输作业中危险性大，所以吊钩、吊索等吊具要确保完好；挂钩和吊装的运行要稳妥、牢靠；吊索和吊具要定期更换，以严防钢包脱落造成重大事故。〔7〕VOD装置中的液动、气动、电动、计算机控制等系统，应确保平安、可靠。要防止因系统失灵、失控及操作失误而引发事故。对于计算机系统要防止病毒侵入；不但要防直接雷，而且要防间接雷(有一钢厂近年计算机系统曾遭到感应雷的袭击)。〔8〕在VOD装置的生产过程中，同样还存在着触电、高处坠落、机械伤害、物体打击的可能性，不能无视。〔9〕VOD炉是引进设备，自动化程度较高，要求严格管理。作业人员需要具有较高的文化素质和技术水平以及良好的心理素质，作业时应精心操作。〔10〕要防止因电缆老化或电路短路而引发火灾事故。5.4预先危险分析法

预先危险分析法概述预先危险分析法(PreliminaryHazardAnalysis，PHA)又称初步危险分析，是一项为实现系统平安而进行的危害分析的初始工作，常用在对潜在危险了解较少和无法凭经验觉察其危险因素的工艺工程的初步设计或工艺装置的研究和开发中，或用于在危险物质和工程装置的主要工艺区域的初期开发阶段(包括设计、施工和生产前)，对物料、装置、工艺过程以及能量等失控时可能出现的危险性类别、出现条件及可能导致的后果，作宏观的概略分析，其目的是识别系统中存在的潜在危险，确定其危险等级，防止危险开展成事故。当分析一个庞大的现有装置或对环境无法使用更为系统的方法时，PHA技术可能非常有用。英国ICI公司在工艺装置的概念设计阶段、工厂选址阶段以及工程开展过程的初期，就是用这种方法来分析可能存在的危险性的。在PHA中，分析组应考虑工艺特点，列出系统根本单元可能的危险性和危险状态，这些是概念设计阶段所要确定的，包括：原料、中间物、催化剂、三废、最终产品的危险特性及其反响活性，装置设备，设备布置，操作环境，操作(测试、维修等)及操作规程，各单元之间的联系，防火及平安设备等。当识别出所有的危险情况后，列出可能的原因、后果以及可能的改正或防范措施。预先危险分析法步骤PHA法包括三个步骤，即分析准备、完成分析和编制分析结果文件(报告)。1.分析准备PHA分析通过经验判断、技术诊断或其他方法调查确定危险源(即危险因素存在于哪个子系统中)。对所需分析的系统的生产目的、物料、装置和设备、工艺过程、操作条件以及周围环境等进行充分详细的调查了解。分析组需要收集装置或系统的有用资料，以及其他可靠的资料(如：任何相同或相似的装置，或者即使工艺过程不同但使用方法相同的设备的资料)。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。为了让PHA到达预期的目的，分析人员必须写出工艺过程的概念设计说明书。因此，分析人员必须知道过程所包含的主要化学物品、反响、工艺参数以及主要设备的类型(如容器、反响器、换热器等)。此外，明确装置需要完成的根本操作和操作目标，有助于确定设备的危险类型和操作环境。2.完成分析PHA识别可能发现一些危险和事故情况，因此PHA还应对设计标准进行分析并找到能消除或减少这些危险的其他途径，要做出这样的评判需要一定的经验。危险分析组在完成PHA的过程中应考虑以下几方面的因素。〔1〕危险物料和设备。如燃料、高反响活性物质、有毒物质，爆炸系统、高压系统、其他储能系统。〔2〕设备与物料之间与平安有关的隔离装置。如物料的相互作用、火灾／爆炸的产生和开展、控制／停车系统。〔3〕影响设备和物料的环境因素。如地震、振动、洪水、极端环境温度、湿度、静电等。〔4〕操作、测试、维修及紧急处置规程。如人为失误的重要性、操作人员的作用、设备的可接近性、人员的平安保护。〔5〕辅助设施。如储槽、测试设备、培训设施、公用工程。〔6〕与平安有关的设备。如调节系统、备用设备、灭火及人员保护设备。对工艺过程的每一个区域，分析组都要识别危险并分析这些危险产生的原因及可能导致的后果。最后，分析组为了衡量危险性的大小及其对系统的破坏性，根据事故的原因和后果，可以将各类危险性划分为四个等级，见表5-2。然后分析组将提出消除或减少危险的建议。表5-2危险性等级划分3.编制分析结果文件

为方便起见，PHA的分析结果以表格的形式记录。其内容包括识别出的危险、危险产生的原因、主要后果、危险等级以及改正或预防措施。表5-3是PHA的分析结果记录的表格式样。PHA结果表常作为PHA的最终产品提交给装置设计人员。表5-3PHA分析结果记录表格

预先危险分析法的优缺点及适用范围预先危险分析是一种宏观的概略定性分析方法。在工程开展初期使用PHA有如下优点：〔1〕它能识别可能的危险，用较少的费用或时间就能进行改正。〔2〕它能帮助工程开发组分析和设计操作指南。〔3〕该方法简单易行，经济有效。固有系统中采取新的操作方法或接触新的危险物质、工具和设备时，采用PHA比较适宜，它从一开始就能消除、减少或控制主要的危险。当只希望进行粗略的危险和潜在事故情况分析时，也可用PHA对已建成的装置进行分析。预先危险分析法应用实例分析将H2S从储气罐送入工艺设备的危险性。在该设计阶段，分析人员只知道在工艺过程中要用到H2S，H2S有毒且易燃，其他一无所知。主要分析步骤如下。〔1〕分析人员将H2S可能释放出来作为一个危险情况，列出了以下几种可能引起H2S释放的原因：①储罐受压泄漏或破裂；②工艺过程中没有消耗掉所有的H2S；③H2S的工艺输送管线泄漏或破裂；④H2S在储罐与工艺设备的连接过程中发生泄漏。(2)分析人员确定这些导致H2S泄漏的原因可能产生的后果。对本例来说只有发生大量泄漏时才会导致死亡事故。下一步通过对每种可能导致H2S释放的原因提出改正或防止措施，以便为设计提供依据。例如，分析人员可建议设计人员：①考虑储存另外的低毒但能产生需要的H2S的物质的工艺；②考虑开发能收集和处理过量的H2S的系统；③由熟练的操作人员进行储罐的连接；④考虑储罐封闭在水洗系统中，水洗系统由H2S检测器启动；⑤储罐的位置位于易于输送的地方，但远离其他设备；⑥建立培训方案，在装置开车前对所有工人进行H2S释放紧急处置操作规程的培训。H2S系统PHA局部分析结果见表5-4。表5-4H2S系统PHA局部分析结果5.5故障假设分析法

故障假设分析法概述故障假设分析法(What…IfAnalysis)是对某一生产工艺过程或操作过程创造性的分析方法。使用该方法的人员应对工艺熟悉，通过提出一系列“如果……怎么办〞的问题(故障假设)，来发现可能和潜在的事故隐患，从而对系统进行彻底的检查。在分析会上围绕所确定的平安分析工程对工艺过程或操作进行分析，鼓励每个分析人员对假定的故障问题发表不同看法。如果分析人员富有经验，那么该方法是一种强有力的分析方法；否那么，其结果可能是不完整的。对一个相对简单的系统，故障假设分析只需要一两个分析人员就能进行；对复杂系统那么需要组织较大规模的分析组，需较长时间或屡次会议才能完成。故障假设分析法通常对工艺过程进行审查，一般要求评价人员用“What…If〞作为开头对有关问题进行考虑，从进料开始沿着流程直到工艺过程结束。任何与工艺平安有关的问题，即使它与之不太相关也可提出并加以讨论。故障假设分析结果将找出暗含在分析组所提出的问题和争论中的可能的事故情况。这些问题和争论常常指出了故障发生的原因。故障假设提出的问题诸如：“如果原料的浓度不对将会发生什么情况?〞、“如果在开车时泵停止运转如何处理?〞、“如果操作工翻开阀B而不是阀A怎么办?〞等。通常，将所有的问题都记录下来，然后将问题分类。例如：按照电气平安、消防、人员平安等对问题进行分类，分别进行讨论。对正在运行的现役装置，那么与操作人员进行交谈，所提出的问题要考虑到任何与装置有关的不正常的生产条件，而不仅仅是设备故障或工艺参数的变化。此外，对问题的答复，包括危险、后果、已有平安保护、重要工程的可能解决方法也要记录下来。故障假设分析法步骤故障假设分析法由三个步骤组成，即分析准备、完成分析、编制分析结果文件。1.分析准备〔1〕人员组成。分析小组应由2～3名专业人员组成。小组成员要熟悉生产工艺，且有评价危险性的经验并了解分析结果的意义，最好有现场班组长和工程技术人员参加。〔2〕确定分析目标。首先要考虑以取得什么样的结果作为目标，对目标又可进一步加以限定。目标确定之后就要确定分析哪些系统，如物料系统、生产工艺等。分析某一系统时应注意与其他系统的相互作用，防止漏掉危险性。如果是对正在运行的装置进行分析，分析组应与操作、维修、公用系统或其他效劳系统的负责人座谈。

〔3〕准备资料。故障假设分析法所需资料见表5-5。危险分析组最好在分析会议开始之前得到这些资料。表5-5故障假设分析法所需资料〔4〕准备根本问题。它们是分析会议的“种子〞。如果以前进行过故障假设分析，或者进行过对装置改造后的分析，那么可以使用以前分析报告中所列的问题。对新的装置或第一次进行故障假设分析的装置，分析组成员在会议之前应当拟定一些根本的问题，其他各种危险分析方法对原因和后果的分析也可以作为故障假设分析的问题。2.完成分析〔1〕了解情况，准备故障假设问题。分析会议一开始，应该首先由熟悉整个装置和工艺的人员阐述生产情况和工艺过程，包括原有的平安设备及措施。分析人员还应说明装置的平安防范、平安设备、卫生控制规程。分析人员要向现场操作人员提问，然后对所分析的工艺过程提出有关平安方面的问题。但是分析人员不应受所准备的故障假设问题的限制或者仅局限于对这些问题的答复，而是应当利用他们的综合专业知识和分析组人员之间的相互启发，提出他们认为必须分析的问题，以保证分析的完整。分析进度不能太快也不能太慢，每天最好不要超过4～6h，连续分析不要超过一周。分析过程有两种会议方式可采用。一种方式是列出所有的平安工程和问题，然后进行分析；另一种方式是提出一个问题讨论一个问题，即对所提出的某个问题的各个方面进行分析后再对分析组提出的下一个问题(分析对象)进行讨论。两种方式都可以，但通常最好是在分析之前列出所有的问题，以免打断分析组的创造性思维。如果过程比较复杂，可以分成几局部，这样不至于让分析组花上几天时间来列出所有问题。〔2〕按照准备好的问题，从工艺进料开始，一直进行到成品产出为止，逐一提出如果发生某种情况，操作人员应该怎么办的问题，分别得出正确答案，填入分析表中。常见的故障假设分析法分析表如表5-6所示。〔3〕将提出的问题及正确答案加以整理，找出危险、可能产生的后果、已有平安保护装置和措施、可能的解决方法等汇总后报相关部门，以便采取相应措施。在分析过程中，可以补充任何新的故障假设问题。表5-6故障假设分析法分析表3.编制分析结果文件编制分析结果文件是将分析人员的发现变为消除或减少危险的措施的关键。小节中的表5[CD*2]8即是一份故障假设分析结果报告式样，读者可参考。分析组还应根据分析结果提出提高过程平安性的建议。根据对象的不同要求可对表格内容进行调整。故障假设分析法的优缺点及适用范围故障假设分析法适用范围很广，可用于设备设计和操作的各个方面(如建筑物、动力系统、原料、中间体、产品、仓库储存、物料的装卸与运输、工厂环境、操作方法与规程、平安管理规程、装置的平安保卫等)。故障假设分析法鼓励思考潜在的事故和可能导致的后果，它弥补了基于经验的平安检查表编制时经验的缺乏，但是，检查表可以使故障假设分析方法更系统化，因此出现了平安检查表分析与故障假设分析组合在一起的分析方法，互相取长补短，弥补各自单独使用时的缺乏。故障假设分析法应用实例用故障假设分析法，对磷酸氢二铵(DAP)系统的反响工段进行分析。表5-7列出了将在分析会议上讨论的问题。表5-7对生产DAP的过程进行故障假设分析所提出的问题

对第一个问题，分析人员需要考虑哪些物质与氨混合可发生危险。如果清楚是哪种物质，就要注意是装置中存在该物质，还是原料供给商提供的原料本来就有问题(也可能是原料标签有误)。如果物料的错误搭配对操作人员和环境有危害，分析人员要能够识别这种危害，并且还应分析已有的平安保护措施是否能防止这种危害的发生。建议原料分析中心在磷酸送入装置前对其进行分析检验。分析人员按照这种方式逐一分析、答复其他问题并记录下来。表5-8列出了本例的结果分析文件。表5-8DAP工艺过程的故障假设结果分析文件5.6危险与可操作性研究法

危险与可操作性研究法概述危险与可操作性研究法(HazardandOperabilityStudy，HAZOP)是以系统工程为根底，主要针对化工装置而开发的一种定性的危险性评价方法。它以关键词为引导，分析讨论生产过程中工艺参数可能出现的偏差、偏差出现的原因和可能导致的后果，以及这些偏差对整个系统的影响，并有针对性地提出必要的对策措施。HAZOP的特点是由中间状态参数的偏差开始，找出原因并判断后果，它是属于从中间向两头分析的方法，具体就是通过一系列的分析会议对工艺图纸和操作规程进行分析。在装置的设计、操作、维修等过程中，需要工艺、工程、仪表、土建、给排水等专业的人员一起工作，因此危险与可操作性分析实际上是一个系统工程，需要各专业人员的共同参与，才能识别更多的问题。HAZOP分析是对工艺或操作的特殊点进行的分析，这些特殊点称为分析节点，又称工艺单元或操作步骤。通过分析每个节点，识别出那些具有潜在危险的偏差，这些偏差通过引导词(或关键词)引出。一套完整的引导词可使每个可识别的偏差不被遗漏。表5-9列出了HAZOP分析中经常遇到的术语及其定义；表5-10列出了HAZOP分析常用的引导词。表5-9常用HAZOP分析术语及其定义

表5-10HAZOP分析常用引导词及其意义(参考GB13548—92)危险与可操作性研究法步骤危险与可操作性研究法可分三个步骤进行，即分析准备、完成分析和编制分析结果文件。1.分析准备〔1〕确定分析的目的、对象和范围。分析对象通常由装置或工程负责人确定，并得到HAZOP分析组组织者的帮助。〔2〕分析组的构成。HAZOP研究小组一般由4～8人组成，每个成员都能为所研究的工程提供知识和经验，最大限度发挥每个成员的作用。HAZOP研究小组最少由4人组成，包括组织者、记录员、两名熟悉过程设计和操作的人员，但5～7人的分析组是比较理想的。〔3〕获得必要的文件资料。最重要的文件资料是带控制点的流程图，但工艺流程图、平面布置图、平安排放原那么、化学危险数据、管道数据表、工艺数据表以及以前的平安报告等也很重要。其他需要的文件包括操作与维护指导手册、仪表控制图、逻辑图、平安程序文件、管道单线图、装置手册和设备制造手册等。重要的图纸和数据应在分析会议开始之前分发到每位分析成员手中。〔4〕将资料变成适当的表格并拟定分析顺序。对连续过程来说，准备工作量最小，在分析会议之前使用最新的图纸确定分析节点，每一位分析人员在会议上都应有这些图纸。对间歇过程来说，准备工作量很大，主要是因为操作过程复杂，分析这些操作程序是间歇过程HAZOP分析的主要内容。如有两个或两个以上的间歇步骤同时在过程中出现，应当将每个步骤中的每个容器的状态都表示出来。〔5〕安排会议次数和时间。制定会议方案，首先要确定分析会议所需的时间。一般来说每个分析节点平均需要20～30min，假设某容器有两个进口，两个出口，一个放空点，那么需要3h左右。另外还可以每个设备分配2～3h。每次会议持续时间不要超过4～6h(最好安排在上午)，会议时间越长，那么效率越低。也可以把装置划分成几个相对独立的区域，每个区域讨论完毕后，会议组作适当修整，再进行下一区域的分析讨论。2.完成分析图5-1是HAZOP分析流程图。分析组对每个节点或操作步骤使用引导词进行分析，得到一系列的结果，如偏差的原因、后果、保护装置、建议措施等。当发现危险情况时，HAZOP分析组的每一位成员都应明白问题所在。在分析过程中，应当确保对每个偏差的分析，并且在建议措施完成之后再进行下一偏差的分析。在考虑采取某种措施以提高平安性之前，应对与节点有关的所有危险进行分析，以减少那些悬而未决的问题。此外，对偏差或危险应当主要考虑易于实现的解决方法，而不是花费大量时间去设计解决方案。过程危险性分析会议的主要目的是发现问题，而不是解决问题。但是如果解决方法是明确和简单的，应当作为意见或建议记录下来。图5-1HAZOP分析流程图HAZOP分析涉及过程的各个方面，包括工艺、设备、仪表、控制、环境等。HAZOP分析人员的知识及可获得的资料总是与HAZOP分析方法的要求有距离，因此，对某些具体问题可听取专家的意见。必要时对某些局部的分析可延期，在获得更多的资料后再进行分析。3.编制分析结果文件分析记录是HAZOP分析的一个重要组成局部。负责记录的人员应从分析讨论过程中提炼出准确的结果。尽管不可能把会议上说的每一句话都记录下来，但必须记录所有重要的意见。必要时可举行分析报告审核会，让分析组对最终报告进行审核和补充。通常，HAZOP分析会议以表格形式记录，如表5-11所示。表5-11HAZOP分析记录表

危险与可操作性研究法的优缺点及适用范围危险与可操作性研究法的优点是简便易行，且背景各异的专家们一起工作，在创造性、系统性和风格上互相影响和启发，能够发现和鉴别更多的问题，要比他们独立工作更为有效。缺点是分析结果受分析评价人员主观因素影响。危险与可操作性研究法的适用范围：该评价方法起初专门用于评价新工程工程设计审查阶段，用以查明潜在危险源和操作难点，以便采取措施加以防止，不过HAZOP法还特别适合于化工系统的装置设计审查和运行过程分析，也可用于热力、水力系统的平安分析。危险与可操作性研究法应用实例使用HAZOP分析方法对DAP反响系统的危险情况进行分析。DAP工艺流程如图5-2所示。分析组将引导词用于工艺参数，对连接DAP反响器的磷酸溶液进料管线进行分析。图5-2DAP工艺流程简图〔1〕分析节点：连接DAP反响器的磷酸溶液进料管线。〔2〕设计工艺指标：磷酸以一定流量进入DAP反响器。〔3〕引导词：空白。〔4〕工艺参数：流量。〔5〕偏差：空白+流量=无流量。〔6〕后果：①反响器中氨过量，导致事故；②未反响的氨进入DAP储槽，结果是氨从储槽逸出弥散到封闭的工作区域；③损失DAP产品。〔7〕原因：①磷酸储槽中无原料；②流量指示器／控制器因发生故障而显示值偏高；③操作人员将流量控制器流量值设置得过低；④磷酸流量控制阀因故障关闭；⑤管道堵塞；⑥管道泄漏或破裂。〔8〕平安保护：定期维护阀门B。〔9〕建议措施：①考虑安装报警／停车系统；②保证定时检查和维护阀门B；③考虑使用DAP封闭储槽，并连接洗涤系统。然后对该系统的其他节点用引导词+工艺参数的方法继续进行分析，将每个节点的分析内容记录到HAZOP分析表中。表5-12是HAZOP分析结果的局部例如。表5-12用HAZOP法分析DAP工艺过程局部结果5.7故障树分析法

故障树分析法概述故障树分析法〔FTA〕是美国贝尔实验室于1962年开发的。故障树分析法采用演绎逻辑方法进行危险分析，将事故的因果关系形象地描述为一种有方向的“树〞，以系统可能发生或已发生的事故(称为顶事件)作为分析起点，将导致事故发生的原因事件按因果逻辑关系逐层列出，用树形图表示出来，构成一种逻辑模型，然后定性或定量地分析事件发生的各种可能途径及发生的概率，找出防止事故发生的各种方案并选出最正确平安对策。FTA法形象、清晰，逻辑性强，它能对各种系统的危险性进行识别评价，既能进行定性分析，又能进行定量分析。顶事件通常是由故障假设、HAZOP等危险分析方法识别出来的。故障树模型是原因事件(即故障)的组合(称为故障模式或失效模式)，这种组合导致顶事件。这些故障模式称为割集，最小的割集是原因事件的最小组合。要使顶事件发生，最小割集中的所有事件必须全部发生。例如，如果割集中“无燃料〞和“挡风玻璃损坏〞全部发生，顶事件“汽车不能启动〞才能发生。故障树分析法名词术语和符号1.事件在故障树分析中，各种故障状态或不正常情况皆称为故障事件；各种完好状态或正常情况皆称为成功事件。两者均可简称为事件。事件可分为以下几种类型。1〕底事件底事件是故障树分析中能导致其他事件的原因事件。底事件位于所讨论的故障树底端，总是某个逻辑门的输入事件而不是输出事件。底事件分为根本领件与未探明事件。①根本领件是在特定的故障树分析中无须探明其发生原因的底事件。②未探明事件是原那么上应进一步探明但暂时不必或者暂时不能探明其原因的底事件。2〕结果事件结果事件是故障树分析中由其他事件或事件组合所导致的事件。结果事件总位于某个逻辑门的输出端。结果事件又分为顶事件与中间事件。①顶事件是故障树分析中所关心的结果事件。顶事件位于故障树的顶端，总是所讨论故障树中逻辑门的输出事件而不是输入事件。②中间事件是位于底事件和顶事件之间的结果事件。中间事件既是某个逻辑门的输出事件，同时又是别的逻辑门的输入事件。3〕特殊事件特殊事件是指在故障树分析中需用特殊符号说明其特殊性或引起注意的事件。特殊事件分为开关事件和条件事件。①开关事件是在正常工作条件下必然发生或者必然不发生的特殊事件。②条件事件是使逻辑门起作用的具有限制作用的特殊事件。2.逻辑门及符号在故障树分析中逻辑门只描述事件间的逻辑因果关系，主要分为以下几种。〔1〕与门：表示仅当所有输入事件发生时，输出事件才发生。〔2〕或门：表示只要有一个输入事件发生，输出事件就发生。〔3〕非门：表示输出事件是输入事件的对立事件。另外还有以下几种特殊门。〔1〕顺序与门：表示仅当输入事件按规定的顺序发生时，输出事件才发生。〔2〕表决门：表示仅当几个输入事件中n个或n个以上的事件发生时，输出事件才发生。〔3〕异或门：表示仅当单个输入事件发生时，输出事件才发生。〔4〕禁门：表示仅当条件事件发生时，输入事件的发生方导致输出事件的发生。各种逻辑门的符号及定义见表5-13。3.转移符号

转移符号有相同转移符号和相似转移符号两种，表示转移到或来自于另一个子(故障)树，用三角形表示，其符号及定义见表5-13。表5-13故障树分析相关名词术语的符号及定义4.故障树故障树是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图。它用表5-13所示的事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统各种事件的因果关系，逻辑门的输入事件是输出事件的“因〞，输出事件是输入事件的“果〞。故障树可分为以下几种类型。〔1〕二状态故障树：如果故障树的底事件刻画一种状态，而其对立事件也只刻画一种状态，那么称为二状态故障树。〔2〕多状态故障树：假设故障树的底事件有3种以上互不相容的状态，那么称为多状态故障树。(3)标准化故障树：将画好的故障树中各种特殊事件与特殊门进行转换或删减，变成仅含有底事件、结果事件以及与、或、非3种逻辑门的故障树，这种故障树称为标准化故障树。(4)正规故障树：仅含故障事件以及与门、或门的故障树称为正规故障树。(5)非正规故障树：含有成功事件或者非门的故障树称为非正规故障树。(6)对偶故障树：将二状态故障树中的与门换为或门，或门换为与门，而其余不变，这样得到的故障树称为原故障树的对偶故障树。(7)成功树：除将二状态故障树中的与门换为或门、或门换为与门外，还将底事件与结果事件换为相应的对立事件，这样所得到的树称为原故障树对应的成功树。故障树分析法步骤故障树分析法根本程序如图5-3所示。首先详细了解系统状态及各种参数，绘出工艺流程图或平面布置图。其次，收集事故案例(国内外同行业、同类装置曾经发生的)，从中找出后果严重且较易发生的事故作为顶事件。根据经验教训和事故案例，经统计分析后，求解事故发生的概率(频率)，确定要控制的事故目标值。然后从顶事件起按其逻辑关系，构建故障树。最后作定性分析，确定各根本领件的结构重要度，求出概率，再作定量分析。如果故障树规模很大，借助计算机进行。目前我国故障树分析法一般都进行到定性分析为止。图5-3故障树分析法的根本程序1.故障树的构建故障树的构建从顶事件开始，用演绎和推理的方法确定导致顶事件直接的、间接的、必然的、充分的原因。通常这些原因不是根本领件，而是需要进一步开展的中间事件。为了保证故障树的系统性和完整性，构建故障树须遵循几条根本规那么，具体内容见表5-14。故障树结构图如图5-4所示。图5-4故障树结构图表5-14故障树构建规那么2.故障树的定性分析故障树的定性分析仅按故障树的结构和事故的因果关系进行。分析过程中不考虑各事件的发生概率，或认为各事件的发生概率相等。内容包括求根本领件的最小割集、最小径集及其结构重要度。求取方法有质数代入法、矩阵法、行列法、布尔代数法简法等。图5-5是故障树图例，下面结合图5-5介绍布尔代数法简法。图5-5故障树图例1〕布尔代数主要运算法那么在故障树分析中常用逻辑运算符号“·〞、“+〞将A、B、C等各个事件连接起来，这些连接式称为布尔代数表达式。在求最小割集时要用布尔代数运算法那么化简代数式。这些法那么有：①交换律：A+B=B+AA·B=B·A②结合律：A+(B+C)=(A+B)+CA·(B·C)=(A·B)·C③分配律：A·(B+C)=A·B+A·CA+(B·C)=(A+B)·(A+C)④吸收律：A·(A+B)=A

A+A·B=A⑤互补律：A+

=1

A·

=0⑥幂等律：A·A=A

A+A=A⑦狄摩根定律：⑧对偶律：

⑨重叠律：其中，、分别为事件A和事件B的逆事件(或称对偶事件)。2〕故障树的数学表达式——结构函数表达式在进行故障树定性、定量分析时，需要写出故障树的数学表达式。把顶事件用布尔代数表现示，并自上而下展开，即可得到故障树的布尔表达式，如图5-6所示。图5-6故障树的布尔表达式图5-6为图5-5所示故障树的布尔表达式，其结构函数表达式为T=M1·M2=(X1·M3)·(X2+X4)=［X1·(X2+X3)］·(X2+X4)=(X1X2+X1X3)(X2+X4)3〕割集与最小割集(1)割集与最小割集的概念。故障树中某些根本领件组成集合，当集合中这些根本领件全都发生时，顶事件必然发生，这样的集合称为割集。如果某个割集中任意除去一个根本领件就不再是割集，那么这样的割集称为最小割集，亦即导致顶事件发生的最低限度的根本领件的集合。〔2〕最小割集的求法。最小割集的求法有布尔代数法和矩阵法。故障树经过布尔代数化简，得到假设干交(“与〞)集和并(“或〞)集，每个交集实际就是一个最小割集。将式(5-1)展开并应用上述布尔代数有关运算法那么归并、化简得T=X1X2X2+X1X2X4+X1X2X3+X1X3X4=X1X2+X1X2X4+X1X2X3+X1X3X4=X1X2+X1X3X4(5-2)

得到两个最小割集：T1={X1，X2}；T2={X1，X3，X4}。最小割集说明系统的危险性，每个最小割集都是顶事件发生的一种可能渠道。最小割集的数目越多，系统越危险。最小割集的作用如下：①最小割集表示顶事件发生的原因。事故的发生必然是某个最小割集中几个事件同时存在的结果。求出故障树全部最小割集就可掌握事故发生的各种可能，对掌握事故的发生规律、查明原因大有帮助。②每一个最小割集都是顶事件发生的一种可能模式。根据最小割集可以发现系统中最薄弱的环节，直观判断出哪种模式最危险，哪些次之，以及如何采取平安措施减少事故发生等。③可以用最小割集判断根本领件的结构重要度，计算顶事件概率。4〕结构重要度分析从故障树结构上分析各根本领件的重要度，即分析各根本领件的发生对顶事件发生的影响程度，称为结构重要度分析。利用最小割集分析判断结构重要度有以下几个原那么。①单事件最小割集(一阶)中的根本领件的结构重要度系数I(i)大于所有高阶最小割集中根本领件的结构重要度系数。如：在T1={X1}，T2={X2，X3}，T3={X4，X5，X6)三个最小割集中，I(1)最大。②在同一最小割集中出现的所有根本领件，结构重要系数相等(在其他割集中不再出现)。如在T1={X1，X2}，T2={X3，X4，X5}，T3={X7，X8，X9}中，I(1)=I(2)，I(3)=I(4)=I(5)等。③几个最小割集均不含共同元素，那么低阶最小割集中根本领件重要系数大于高阶割集中根本领件重要系数。阶数相同，重要系数相同。④比较两个根本领件，假设与之相关的割集阶数相同，那么两事件结构重要系数大小由它们出现的次数决定，出现次数多的重要系数大。如：T1={X1，X2，X3}，T2={X1，X2，X4}，T3={X1，X5，X6}中，I(1)>I(2)。⑤相比较的两事件仅出现在根本领件个数不等的假设干最小割集中，假设它们重复在各最小割集中出现次数相等，那么在少事件最小割集中出现的根本领件结构重要系数大。如：T1={X1，X3}，T2={X2，X3，X5}，T3={X1，X4}，T4={X2，X4，X5}中，X1出现两次，X2也出现两次，但X1位于少事件割集中，所以I(1)>I(2)。此外，还可以用近似判别式判断，其公式为(5-3)式中：I(i)——根本领件Xi的结构重要系数近似判断值；Ki——包含Xi的所有最小割集；ni——包含Xi的最小割集中的根本领件个数。由式(5-2)表示的两个最小割集中各根本领件的结构重要度分别为5〕径集、最小径集及等效故障树故障树中某些根本领件的集合，当集合中这些根本领件全都不发生时，顶事件必然不发生，这样的集合称为径集。假设在某个径集中任意除去一个根本领件就不再是径集，那么这样的径集称为最小径集，亦即导致顶事件不能发生的最低限度的根本领件的集合。〔1〕最小径集求法。先将故障树化为对偶的成功树(只需将或门换成与门，与门换成或门，将事件化为其对偶事件即可)；写出成功树的结构函数；化简得到由最小割集表示的成功树的结构函数；再求补得到假设干并集的交集，每一个并集实际上就是一个最小径集。图5-6故障树对应的成功树见图5-7，其结构函数为图5-7图5-6所对应的成功树布尔表达式利用狄摩根定律求补得：得到三个最小径集：P1={X1}，P2={X2，X3}，P3={X2，X4}。〔2〕画出等效故障树。由式(5-5)知：T=X1·(X2+X3)·(X2+X4)用最小径集表示的等效故障树见图5-8。用最小径集判别根本领件结构重要度顺序与用最小割集判别结果一样；凡对最小割集适用的原那么，对最小径集都适用。图5-8等效故障树3.故障树的定量分析故障树的定量分析在于确定根本领件发生的频率，计算顶上事件的发生概率，以它来评价系统的平安可靠性。将计算顶上事件的发生概率与预定目标值进行比较，如果超出目标值，就要采取必要的系统改进措施，使其降至目标值以下。

1〕根本领件发生概率的计算要计算顶上事件发生的概率，首要条件是必须了解根本领件发生的频率。根本领件发生的概率是机械设备的元件故障概率。对于一般可修复系统，元件或单元的故障概率为λ，即单位时间(或周期)故障发生的概率，它是元件平均故障间隔期(或称平均无故障时间，MTBF)的倒数,即一般来说，MTBF由生产厂家给出，或通过实验室测得。它是元件到故障发生时运行时间ti的算术平均值，即式中n——所测元件的个数。元件在实验室条件下测出的故障率为λ0，即故障率数据库存储的数据。在实