2026年工业安全技术设计试题

2026年工业安全技术设计试题1单项选择题（每题2分，共20分）1.1在GB/T3836.1-2021中，ExdIICT6防爆标志中字母“d”表示的防爆型式为A增安型 B隔爆型 C本安型 D正压型答案：B解析：字母“d”对应隔爆外壳，其原理是将爆炸限制在壳体内部，壳体承受内部爆炸压力并阻止火焰外传。1.2某石化装置设置紧急停车系统（ESD），其安全完整性等级要求为SIL3。依据IEC61511，SIL3对应的风险降低因子（RRF）最小值为A10 B100 C1000 D10000答案：C解析：SIL3要求RRF≥10³，即失效概率≤10⁻³/需求。1.3依据《压力容器安全技术监察规程》，下列无损检测方法中，对裂纹类缺陷最敏感的是ART BUT CMT DPT答案：B解析：超声波检测（UT）对面积型缺陷特别是裂纹的敏感性高于射线（RT）、磁粉（MT）和渗透（PT）。1.4某车间设置有毒气体检测报警系统，探测器量程0–50ppm，报警设定值为10ppm。若采用4–20mA输出，则10ppm对应的电流为A6.4mA B7.2mA C8.0mA D8.8mA答案：B解析：线性换算：I=4+(20−4)×(10/50)=7.2mA。1.5在机械安全联锁设计中，采用“肯定断开”触点的目的是A降低触点电阻 B提高载流能力 C确保常闭触点强制断开 D抑制电弧答案：C解析：肯定断开触点通过机械强制断开，保证安全功能不受熔焊影响。1.6某变频器驱动泵类负载，电缆长度250m，为抑制反射波过电压，首选措施为A提高载波频率 B输出端加dv/dt滤波器 C电机侧加制动电阻 D缩短加速时间答案：B解析：长电缆反射波导致端部过电压，dv/dt滤波器可减缓电压上升率。1.7依据GB50058，爆炸性粉尘环境22区电气设备最高表面温度组别为T4，其允许最高表面温度为A85℃ B100℃ C135℃ D200℃答案：C解析：T4对应135℃，粉尘环境需额外考虑粉尘层温升。1.8某安全阀整定压力1.2MPa，实际排放压力1.25MPa，则超过压力百分比为A3% B4% C4.2% D5%答案：B解析：超过压力=(1.25−1.2)/1.2×100%=4.17%，取整4%。1.9在LOPA分析中，若初始事件频率为1×10⁻¹/a，独立保护层（IPL）的PFD为1×10⁻²，则减缓后事件频率为A1×10⁻¹/a B1×10⁻²/a C1×10⁻³/a D1×10⁻⁴/a答案：C解析：频率相乘：1×10⁻¹×1×10⁻²=1×10⁻³/a。1.10某企业采用NIST网络安全框架，其中“DE.DP”子类属于A识别 B保护 C检测 D响应答案：C解析：DE.DP为检测流程与持续改进，隶属检测（Detect）功能域。2多项选择题（每题3分，共15分；每题至少两个正确答案，多选少选均不得分）2.1下列属于本质安全设计原则的有A最小化 B替代 C简化 D被动控制 E程序控制答案：ABC解析：本质安全强调从源头消除风险，最小化、替代、简化为核心原则；被动与程序控制属工程与管理措施。2.2关于安全仪表系统（SIS）冗余结构，下列说法正确的有A1oo1结构安全性最低 B1oo2结构可用性高于2oo2 C2oo3结构兼顾安全性与可用性 D2oo2结构对共因故障敏感 E1oo2D兼具诊断与冗余答案：ACDE解析：1oo2可用性低于2oo2，因其任一通道故障即动作停车。2.3下列关于粉尘爆炸五要素的描述正确的有A可燃性粉尘 B点火源≥10mJ C粉尘云浓度在爆炸极限范围内 D密闭空间 E氧气浓度≥15%答案：ACD解析：点火源能量与氧气浓度因粉尘种类而异，非固定数值。2.4依据GB/T16855.1，安全控制系统性能等级（PL）评定的关键参数包括AMTTFd BDCavg CCCF DB10d ECategory答案：ABCE解析：B10d用于元件可靠性计算，非直接评定参数。2.5下列关于功能安全验证测试的说法正确的有A验证测试需覆盖系统级与元件级 B验证测试报告应包含环境条件 C验证测试仅针对硬件 D验证测试可发现系统共因故障 E验证测试周期依据PFDavg分配确定答案：ABDE解析：验证测试亦需覆盖嵌入式软件及接口。3判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）3.1爆炸性环境0区必须选用Exia本安设备。答案：√解析：0区连续存在爆炸性气体，仅允许Exia。3.2安全阀与爆破片串联组合时，爆破片必须位于安全阀上游。答案：×解析：爆破片通常位于上游，但特殊工况可位于下游，需评估背压。3.3在SIL验证计算中，若采用PFDavg，需考虑维修时间。答案：√解析：PFDavg含平均恢复时间（MTTR）影响。3.4机械安全联锁装置的动作点必须小于人体接近速度乘以响应时间。答案：√解析：ENISO13855给出最小安全距离S=K×T+C。3.5对于交流电机驱动系统，共模电压是轴承电蚀的唯一原因。答案：×解析：轴电压、轴电流路径复杂，共模为主因但非唯一。3.6依据GB50057，第一类防雷建筑物滚球半径为30m。答案：×解析：第一类滚球半径为20m。3.7在DCS与SIS共用传感器时，必须采用信号隔离器以保证独立性。答案：√解析：避免共因失效，隔离为最佳实践。3.8粉尘层最低着火温度（MIT）一定低于粉尘云最低着火温度。答案：×解析：多数粉尘层MIT高于云状MIT。3.9安全光幕的分辨率指可检测最小物体直径，与保护高度无关。答案：√解析：分辨率与光轴间距相关，保护高度为垂直覆盖范围。3.10采用HART协议的智能变送器可直接用于SIL3回路，无需额外诊断。答案：×解析：需评估其诊断覆盖率与PFD，HART本身不保证SIL。4填空题（每空2分，共20分）4.1依据IEC61508，低需求模式下SIL2的最大允许PFDavg为______。答案：1×10⁻²4.2某防爆电机铭牌标注Tamb−20℃~+40℃，若实际环境温度50℃，则需降额使用或选用______温度组别。答案：T5或更高4.3机械安全控制回路采用Category3，其单故障______被检测，累积故障______导致安全功能丧失。答案：应；不得4.4压力容器年度检查中，测厚抽查比例不少于容器总数的______%。答案：104.5依据GB50058，爆炸性气体环境1区电缆引入装置须满足______防护等级。答案：IP544.6安全阀排放面积计算标准ISO4126中，气体介质的临界压力比公式为(其中k为______。答案：等熵指数4.7某企业采用LOPA方法，初始事件频率1×10⁻¹/a，两个IPL的PFD分别为1×10⁻¹与1×10⁻²，则总减缓频率为______/a。答案：1×10⁻⁴4.8依据GB/T16855.1，Category4回路的平均危险失效时间（MTTFd）应≥______年。答案：1004.9防雷接地电阻检测周期为每年______月份。答案：3–4（春季）4.10粉尘爆炸严重度参数Kst的单位为______。答案：bar·m/s5简答题（每题10分，共30分）5.1简述在化工装置中采用“隔离与置换”策略进行爆炸风险控制时的技术要点与注意事项。答案：技术要点：1.确定隔离边界：依据PID与三维模型划定隔离区域，设置盲板、阀门+锁牌（LOTO）。2.选择置换介质：常用氮气、水、蒸汽，需评估与工艺介质的相容性及环保要求。3.计算置换次数：依据理想气体混合模型，若要求氧含量≤2%，则n=其中C₀为初始氧浓度，C为目标浓度，P₀/P为压力比；常压置换需≥5次。4.在线监测：采用氧含量分析仪+报警，采样点位于系统最高与最低点，避免死角。5.验证与记录：置换后采样分析合格，盲板清单、置换记录、签字确认归档。注意事项：1.盲板厚度按GB150计算，承受系统最高压力与温度。2.置换过程防止静电积聚，流速≤1m/s，接地电阻≤10Ω。3.氮气窒息风险，设置氧含量在线监测与通风，人员进入需佩戴空气呼吸器。4.置换后排液需考虑环保，含油污水送隔油池。5.冬季防冻，低点排凝，防止水结冰胀裂管道。5.2某炼油厂加氢裂化装置设置一套SIL2紧急泄压系统，要求PFDavg≤1×10⁻²。系统结构为1oo2压力变送器→SIL2安全PLC→1oo2电磁阀→气动液位阀。已知：变送器PFD=1.5×10⁻³，PLCPFD=5×10⁻⁴，电磁阀PFD=8×10⁻⁴，液位阀PFD=6×10⁻³，共因因子β=10%。计算系统PFDavg并判断是否满足SIL2要求；若不满足，提出改进措施。答案：1.1oo2结构PFD公式PFD对变送器：PFD对电磁阀：PFD对液位阀：PFD2.系统总PFDavg为各子系统之和：PFD3.1.33×10⁻³<1×10⁻²，满足SIL2。改进措施（可选）：1.将液位阀改为1oo2，降低PFD至约1×10⁻⁴。2.引入智能部分行程测试（PST），将阀门PFD降至3×10⁻⁴。3.降低β至5%，采用异构冗余技术。5.3说明在工业机器人协作工位采用“功率与力限制”安全策略时的设计流程与验证方法，并给出力阈值计算示例。答案：设计流程：1.危险识别：依据ISO10218-1与ISO/TS15066，识别挤压、撞击、剪切点。2.生物力学限值：选择身体区域，查表得允许接触力与压强，例如手指：力≤140N，压强≤170N/cm²。3.建立传递函数：测量机器人末端质量m=10kg，最大速度v=0.25m/s，假设刚性碰撞，接触时间Δt=20ms，则峰值力F=超过140N，需降低速度或增加柔顺机构。4.控制策略：采用力矩传感器+电流环双重监测，设置阈值F_set=120N，响应时间≤5ms，激活安全级停止（STO）。5.验证方法：a.静态力测试：用测力计按压末端，记录触发阈值，误差≤±5%。b.动态冲击测试：冲击锤模拟人体，加速度计采样≥10kHz，验证峰值力<140N。c.软件确认：采用故障插入，模拟传感器漂移、通信丢包，确保诊断覆盖率≥90%。6.文件化：形成验证报告，包含测试曲线、校准证书、签字版风险评估。6综合计算题（共25分）6.1某液化石油气（LPG）球罐，内径12m，设计压力1.8MPa，需设置安全阀用于外部火灾工况。依据API520计算安全阀所需有效排放面积。已知：LPG50℃下物性：分子量M=44.1kg/kmol，比热比k=1.13，压缩因子Z=0.92，汽化潜热hfg=3.3×10⁵J/kg，环境系数F=1.0，容器润湿面积Aw=πD²/2=226m²，火灾工况吸热Q=43200FAw^0.82=43200×1×226^0.82=1.02×10⁷W，质量流量W=临界压力比：P背压0.1MPa，P₁=1.8MPa（绝），背压比0.1/1.8=0.056<0.577，属临界流。排放面积公式：A=其中：C=0.0395√[k(2/(k+1))^((k+1)/(k−1))]=0.0395×0.684=0.027；K_d=0.65（排放系数），K_b=1.0（背压修正），T=323K。代入：A=选公称直径DN100（4”），面积19.6cm²，满足要求。答案：所需有效排放面积≥12.2cm²，选用DN100安全阀。6.2某输送甲醇的离心泵，流量Q=100m³/h，扬程H=80m，效率η=68%，介质密度ρ=792kg/m³。若采用变频驱动，需评估电机功率并选择防爆等级。轴功率：P=电机功率≥1.1×25.4=28kW，选30kW。甲醇爆炸性气体组别IIC，温度组别T2（自燃点455℃），需选ExdIICT4电机。电缆压降校验：电流I=30000/(√3×380×0.9)=50.7A，选用3×25mm²铜缆，长度150m，电阻R=0.727×0.15=0.109Ω，压降ΔU=√3×50.7×0.109=9.6V，占比2.5%<5%，合格。答案：电机30kW，防爆标志ExdIICT4，电缆3×25mm²。6.3某企业计划对一条DN200液化天然气（LNG）管道进行定量风险分析（QRA），已知：操作压力0.6MPa，温度−162℃，泄漏孔径50mm，环境风速3m/s，大气稳定度D。采用PHAST计算得：泄漏质量流量m=15.2kg/s，气云当量长度L=120m，宽度W=30m，平均浓度在LFL=5%范围内。假设点火概率Pign=0.3，爆炸效率η=5%，TNT当量：WΔHc=50MJ/kg，则W超压曲线：距离60m处超压ΔP=0.1bar，对应玻璃破碎；120m处ΔP=0.03bar，对应安全。个人风险：采用IEC60079-10-1模型，死亡概率Probit=−14.9+2.56ln(ΔP)，ΔP=0.1bar对应Pr=0.22，死亡人数期望=0.3×0.22×(120×30×0.5)=119人，需设置防爆墙与泄爆口。答案：TNT当量8.4kg，建议距装置60m范围内设置防爆控制室抗爆结构，安装气体检测与水幕隔离。7设计作图题（共20分）7.1依据GB/T16855.1与ISO13849，为某冲压机设计双手控制安全回路，要求性能等级PLe。作图要求：1.绘制安全功能块图，包含双手按钮（1oo2常开+常闭）、安全PLC（双通道）、冗余接触器（1oo2输出）、电机主回路。2.标注诊断措施：交叉监视、反馈回路、OSSD测试脉冲。3.列出元件清单：双手按钮：SCHMERSALSLC-220，PLe，B10d=2×10⁷次安全PLC：SICKFlexiSoft，双CPU，PLe接触器：Siemens3RT2026，镜像触点，B10d=1×10⁷次电缆：屏蔽双绞，0.75mm²4.计算MTTFd：双手按钮：d=1次/天，MTTFd=B10d/(0.1×d)=2×10⁸天≈5.5×10⁵年，取高。接触器：d=10次/天，MTTFd=1×10⁷/(0.1×10)=1×10⁷次≈274年，取高。系统MTTFd高，DCavg=99%，CCF=65分，满足PLe。答案：图纸附后（文字描述）：双手按钮SB1、SB2各带两副触点，分别接入PLC双通道，PLC输出双通道驱动接触器K1、K2，K1、K2辅助常闭串联反馈至PLC诊断，电机主回路串入K1、K2主触点，形成冗余断开；设置脉冲测试检测短路；外壳防护IP54，接地良好。8案例分析题（共30分）8.1背景：某化工厂硝化反应釜发生爆炸，造成重大伤亡。事故调查显示：1.冷却系统失效，温度升高；2.安全阀未起跳，经查发现阀瓣被聚合物粘住；3.操作工未按规程每班记录温度，DCS报警被屏蔽；4.反应釜防爆膜设计爆破压力1.2倍设计压力，实际未破；5.企业未开展HAZOP与LOPA。问题：a)依据GB/T45001与《化工过程安全管理实施导则》，分析该企业在风险管控方面的主要缺失（10分）。b)结合IEC61511，提出一套涵盖SIL定级、验证、维护的完整安全仪表系统改进方案（10分）。c)从安全文化角度，提出三项可量化的改进指标与考核办法（10分）。答案：a)缺失：1.未建立风险辨识与评价制度，违反4.3.1条款；2.关键安全设施未纳入变更管理，冷却系统改造未评估；3.报警管理缺失，DCS报警屏蔽无审批；4.安全阀、防爆膜未制定维护测试计划，违反设备完整性要求；5.未开展HAZOP，违反过程危害分析要求；6.培训不足，操作工未掌握温度异常应急步骤；7.未建立安全绩效指标与审计。b)改进方案：1.SIL定级：采用LOPA，初始事件冷却失效频率=1×10⁻¹/a，风险容忍标准1×10⁻⁵/a，需RRF=10⁴，定级SIL3。2.安全功能：SIF-01高温紧急停车，设定值T≥120℃，切断硝化剂进料并启动急冷。3.架构：1oo2温度变送器→SIL3PLC→1oo2开关阀，阀带弹簧复位，PFDavg=8×10⁻⁴，满足SIL3。4.验证：采用FMEDA数据，MTTR=8h，平均测试周期1年，计算PFDavg含共因β=5%。5.维护：每季度在线验证测试，每年拆检阀门，记录TÜV认证报告。6.变更管理：任何修改需重新SIL验证。c)量化指标：1.报警响应率：≥98%，考核DCS报警确认时间≤5min，月度统计。2