2024年3月12日1第六章系統安全分析與評價第一節安全系統工程簡述第二節系統危險性分析第三節故障類型、影響及致命度分析第四節道化學公司火災爆炸危險指數評價方法第五節事故樹分析及其應用

2024年3月12日第九章系統安全分析與評價2/46第一節

基本程序和方法安全系統工程是以預測和防止事故為中心，以檢查、測定和評價為重點，按系統分析、安全評價和系統綜合三個基本程序展開。1．系統分析系統分析是以預測和防止事故為前提，對系統的功能、操作、環境、可靠性等經濟技術指標以及系統的潛在危險性進行分析和測定。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價3/46系統分析的程序，方法和內容如下：(1)把所研究的生產過程和作業形式作為一個整體，確定安全設想和預定的目標；(2)把工藝過程和作業形式分成幾個部分和環節，繪制流程圖；(3)應用數學模型和圖表形式以及有關符號，將系統的結構和功能抽象化，并將因果關系、層次及邏輯結構用方框或流線圖表示出來，也就是將系統變換為圖像模型；(4)分析系統的現狀及其組成部分，測定與診斷可能發生的故障、危險及其災難性后果，分析并確定導致危險的各個事件的發生條件及其相互關系。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價4/462．安全評價安全評價包括對物質、機械裝置、工藝過程及人機系統的安全性評價，內容主要有：(1)確定適用的評價方法、評價指標和安全標淮；(2)依據既定的評價程序和方法，對系統進行客觀的、定性或定量的評價，結合效益、費用、可靠性、危險度等指標及經驗數據，求出系統的最優方案和最佳工作條件；(3)在技術上不可能或難以達到預期效果時，應對計劃和設計方案進行可行性研究，反復評價，以達到符合最優化和安全標準為目的。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價5/463．系統綜合系統綜合是在系統分析與安全評價的基礎上，采取綜合的控制和消除危險的措施，內容包括：(1)對已建立的系統形式、潛在的危險程度及可能的事故損失進行驗證，提出檢查與測定方式，制定安全技術規程和規定，確定對危險性物料、裝置及廢棄物的處理措施；(2)根據安全分析評價的結果．研究并改進控制系統，從而控制危險，以保證系統安全；(3)采取管理、教育和技術等綜合措施，對工藝流程、設備、安全裝置及設施、預防及處理事故方案、安全組織與管理、教育培訓等方面進行統籌安排和檢查測定，以有效地控制和消除危險，避免各類事故。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價6/46第二節系統危險性分析一、危險性及其表示方法1.危險性：指對于人身和財產造成危害和損失的事故發生的可能性。危險性本身含有許多不確定的因素。原因：生產過程中的許多因素是隨機的；危險的程度也是難以確定的；同裝置運行可靠性有關的故障數據資料還不完備，對于系統危險性的判定還不能提供充分的數據依據。因此對于危險性，應探求用定量的方法加以表述，即確定危險性的尺度。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價7/462.表示方法(1)危險率：事故頻率與損失嚴重度的乘積稱為危險率或風險率，可表示為：事故頻率：根據經驗和統計，得出的一定的時間內危險性可能導致事故的次數；損失嚴重度：一定事故所造成的人員傷亡和財產損失的數值。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價8/46(2)死亡概率：例如，1971年美國國內發生約1500萬次汽車事故，造成5萬人死亡。美國總人口以20000萬計，則美國每個人在汽車事故中的年死亡概率為2024年3月12日第九章系統安全分析與評價9/46死亡概率在10－3數量級的產業或部門，與人的自然死亡概率相當，操作危險性極高，必須立即采取措施予以改進；死亡概率在10－4數量級的產業或部門，其操作為中等程度危險，應采取改進措施；死亡概率在10－5數量級的產業或部門和游泳或煤氣中毒屬同一數量級，人們對此比較關心，也愿采取措施加以預防；死亡概率在10－6數量級的產業或部門，相當地震或天災的死亡概率，人們并不擔心這類事故的發生；死亡概率在10－7～10－8數量級的產業或部門，相當于隕石墜落傷人，沒有人愿為此投資加以預防。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價10/46二、危險性分析的基本要素導致災難性事故的原因來自于人、物、環三個方面。為了預防災難性的事故的發生，就應當從消除事故主要原因著手，進行危險性分析和預測。1．物的原因導致事故的物的原因主要是設備、裝置結構不良，強度較低，磨損和惡化；存在有毒有害物質及火災爆炸危險性物質；安全裝置及防護器具的缺陷等因素。此外，對各種機械、裝置、設備、管道等在整個系統中的地位和作用，它們在什么條件下會發生故障，這些故障對系統安全會產生哪些影響；以及有毒有害及危險性物質的貯存、運輸和使用的狀況，都應該進行具體分析，以便于防范和控制。

2024年3月12日第九章系統安全分析與評價11/462．人的原因導致事故的人的原因主要是誤判斷、誤操作；違章指揮、違章作業；精神不集中、疲勞及身體缺陷等。所謂誤操作是指在生產活動中，作業人員在操作或處理異常情況時，對情況的識別、判斷和行動上嚴重失誤。在危險性大的生產作業中，保持作業人員處于良好的精神狀態，是避免事故的重要環節。3．環境條件主要是作業環境中的照明、色彩、溫度、濕度、通風、噪聲、振動以及由于鄰近的火災爆炸和有毒有害物質的泄漏彌散等所形成的次生災害。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價12/46三、危險性分析的步驟和方法1．分析步驟危險性分析一般按以下步驟進行。(1)危險性辨識。通過以往的事故經驗，或對系統進行解剖，或采用邏輯推理的方法，把評價系統的危險性辨識出來；(2)找出危險性導致事故的概率及事故后果的嚴重程度；(3)一般以以往的經驗或數據為依據，確定可接受的危險率指標；(4)將計算出的危險率與可接受的危險率指標比較，確定系統的危險性水平；(5)對危險性高的系統，找出其主要危險性并進一步分析，尋求降低危險性的途徑，將危險率控制在可接受的指標之內。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價13/462．分析方法近些年來國內外大型企業都在探索科學的適合自己特點的危險性分析方法。目前已實行的方法有：(1)檢查表(CheckList)；(2)危險預先分析(PreliminaryHazardsAnalysis)；(3)可操作性研究(OperabilityStudy)；(4)故障類型、影響及致命度分析(FailureMode，EffectsandCriticalityAnalysis，縮寫為FMECA)；(5)道化學公司(Dow'sChemicalCompany)化工裝置評價法；(6)事故樹分析(FaultTreeAnalysis，縮寫為FTA)；(7)事件樹分析(EventTreeAnalysis，縮寫為ETA)。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價14/46第三節故障類型、影響及致命度分析故障類型、影響及致命度分析(FMECA)是一種歸納分析方法，用于系統安全性和可靠性的分析。尤其是在設計階段充分考慮并提出所有可能發生的故障，分析故障的類型和嚴重程度，判明其對系統的影響和發生的概率等。這種方法通常分為兩部分，即故障類型及影響分析(FMEA)和致命度分析(CA)。一、故障類型及影響分析(FMEA)故障類型及影響分析是采用系統分割的方法，根據需要把系統分割成子系統或進一步分割成元件。首先逐個分析元件可能發生的故障和故障類型，進而分析故障對子系統乃至整個系統的影響，最后采取措施加以解決。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價15/461．故障類型故障是指元件、子系統、系統在運行時不能完成設計規定的功能。并不是所有故障對系統都有影響，只是其中有些故障會影響系統任務的完成或造成事故損失。元件發生故障時，其表現形式不盡相同，因而呈現不同的故障類型。例如閥門故障有內部泄漏、外部泄漏、打不開、關不緊四種類型。。不同故障類型所引起的子系統或系統障礙有很大不同，因而在研究處理措施時應按輕重緩急區別對待。為此對故障類型應進行等級劃分。幾種故障類型分級方法2024年3月12日第九章系統安全分析與評價16/46(1)簡單劃分法將故障類型對子系統或系統影響的嚴重程度分為四個等級(下表)，實際情況可以據此進行分級。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價17/46(2)評點法在難于取得可靠性數據的情況下，可以采用評點法。它從幾個方面來考慮故障對系統的影響程度，用一定的點數表示程度的大小，通過計算求出故障等級。利用下式求評點數，即式中:CS——總評點數，0＜CS＜10；Ci——因素系數，0＜Ci＜10。評點因素一般考慮以下五個方面：故障影響大小；對系統影響的程度故障發生的頻率；防止故障的難易；是否新設計的工藝。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價18/46確定因素系數Ci的方法：頭腦風暴法(BrainStorming)，即專家座談會法，由三到五位有經驗的專家座談討論給出Ci相應數值；德爾斐法(DelphiTechnique)，即函詢調查法，將提出的問題和必要的背景材料，用通信的方式交給有經驗的專家，然后把他們答復的意見進行綜合，再反饋給他們，如此反復多次，直到認為合適為止；參考點數法，根據表11—3列出的評點因素的點數參考值求出Ci。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價19/46定出因素系數Ci后，根據式(11—1)計算總評點數CS，便可按照表11一4評選故障等級。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價20/46(3)風險率矩陣評價法將故障發生可能性和故障發生后引起的后果綜合考慮后會得出比較準確的衡量標準，稱為風險率(也稱危險度)，它是在考慮故障發生概率和嚴重度兩方面基礎上的綜合評價。a.嚴重度指故障類型對系統功能的影響程度，它分為四個等級，見表ll一502024年3月12日第九章系統安全分析與評價21/46b.故障概率指在特定的時間，故障類型所出現的次數。時間可規定為一定的期限，如一年、一個月等，或者根據大修間隔期，以及完成一項任務的周期或其他被認為適當的期間。單個故障類型的概率可以使用定性和定量的方法確定。定性方法：參考表11—6給故障概率分級。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價22/46定量方法：參考表11—7給故障概率分級。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價23/46(3)風險率矩陣評價法有廠嚴重度和故障概率的數據以后，就可以運用風險率矩陣評價法表示故障類型的實際影響。有的故障類型雖有較高的發生概率，但其造成的危害嚴重度很低，風險率則很低，有的故障類型的嚴重度雖然很低，但卻發生很頻繁，風險率也就很大；反之亦然。為了綜合這兩個特性，以故障概率為縱坐標，嚴重度為橫坐標，畫出風險率矩陣圖，如圖ll一1所示。沿矩陣原點到右上角畫一條對角線，井將所有故障類型按其嚴重度和發生概率填入矩陣圖個，從中可以看出系統風險的密集情況。處于風險率矩陣右上角方塊中的故障類型的風險率最高，沿著對角線向左風險率逐漸降低。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價24/462.可靠性框圖對于復雜的系統，為了說明子系統之間功能的傳輸情況，可以用可靠性框圖表示系統的狀況，如圖11—2所示。從可靠件框圖中可以明確地看出系統、子系統和元件之間的層次關系，系統以及子系統間的功能輸入和輸出、連接方式。可靠性框圖和流程圖或設備布置圖不同，它只是表示系統與子系統間功能流動情況，而且可以根據實際需要，對風險度大的子系統進行深入分析，問題不大的則可放置一邊，可靠性框圖的各層次要進行編碼，以便和制表的項目編碼相對應。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價25/462024年3月12日第九章系統安全分析與評價26/463.制表制表是FMEA方法的特點之一。為了表格便于編碼、分類、查閱、保存，各部門應根據各自的不同情況擬出表格，但其基本內容相似。表11—8到表11—10給出了三種不同的式樣。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價27/462024年3月12日第九章系統安全分析與評價28/462024年3月12日第九章系統安全分析與評價29/464.分析步驟1）明確系統本身的情況和目的分析時首先要熟悉有關資料，了解系統的組成、任務等情況，查出系統包含有多少個子系統，各個子系統又包含有多少單元或元件，了解它們之間如何結合及相互關系、相互干擾、輸入輸出等情況。2）確定分析程度和水平分析一開始就要根據所了解的系統情況，決定分析到什么水平，這是一個十分重要的問題o如果分析程度太淺．會漏掉重要的故障類型，得不到有用的數據；反之，如果分析的程度太深，一切都分析到元件甚至零部件，則會造成手續復雜，實施改善措施也困難。一般來講，對關鍵的子系統可以分析得深一些，不重要的可分析得淺一些，甚至可以不分析。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價30/463）繪制系統圖和可靠性框圖為了便于分析，對復雜系統可以繪制各功能子系統相結合的系統圖，以表示各子系統之間的關系。簡單的系統可以用流程圖代替系統圖。從系統圖可以繼續畫出可靠性框圖，它表示各元件的連接方式以及輸入輸出情況。由幾個元件共同完成一項功能時用串聯連接，

元件有備品時則用并聯連接。可靠性框圖內容和相應的系統圖一致。4）列出所有故障類型并選出對系統有影響的故障類型按照可靠性框圖，根據過去的經驗和有關的故障資料，列舉出所有的故障類型，填入FMEA表內。然后從其中選出對子系統以至系統有影響的故障類型，深入分析其影響后果、故障等級及應采取的措施。5）列出造成故障的原因對于系統以至系統有影響的故障類型要深入分析造成故障的原因。危險性特別重大的故障類型，例如故障等級為I級時，還要進行致命度分析。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價31/46二、致命度分析對于特別危險的故障類型，例如故障等級是1級的故障類型，有可能導致人身傷亡或全系統損壞。因此對這類元件要特別注意，可采用致命度分析方法(CA)，進一步分析。致命度分析一般是與故障類型影響分析合用。致命度指數Cr的計算公式如下：

式中n為致命故障類型序號；j為致命故障類型總數；kA為實際運行修正系數：kE為環境修正系數；λG為106h致命故障次數；t運行周期，h：α為該故障類型在總故障中所占的比例；β為該故障造成致命影響的發生概率。β值與致命影響的關系如表9—4所示。表9—5是致命度分析表格樣式。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價32/462024年3月12日第九章系統安全分析與評價33/46第四節道化學公司火災爆炸危險指數評價方法一、概述美國道化學公司火災、爆炸危險性指數評價法是以工藝過程中物料的火災、爆炸潛在危險性為基礎，結合工藝條件、物料量等因素求取火災、爆炸指數，進而可求出經濟損失的大小。以經濟損失評價生產裝置的安全性。評價中定量的依據是以往事故的統計資料、物質的潛在能量和現行安全措施的狀況。該方法主要用于評價儲存、處理、生產易燃、可燃、活性物質的操作過程，還可用于潛在危險物質庫存量較小的工藝過程的風險評價。2024年3月12日第九章系統安全分析與評價34/46二、評價程序評價的基本程序如圖4—6所示。選取評價單元確定物質系數MF計算一般工藝危險系數F1計算特殊工藝危險系數F2確定工藝單元危險系數F3=F1×F2危害系數計算安全措施補償系數C=C1×C2×C3確定火災、爆炸指數F&EI=F3×MF確定經安全補償后火災爆炸指數F&EI#=F&EI×C安全補償后危險分級危險分級2024年3月12日第九章系統安全分析與評價35/46三、資料準備在評價之前首先要準備如下資料：1)裝置或工廠的設計方案；2)火災、爆炸指數危險度分級表；3)火災、爆炸指數（F&EI）計算表(表4—5)確定MF的物質：

MF=1、一般工藝危險危險系數范圍采用危險系數基本系數1.001.00A、放熱化學反應0.30~1.25B、吸熱反應0.20~0.40C、物料處理與輸送0.25~1.05D、密閉式或室內工藝單元0.25~0.90E、通道0.20~0.35F、排放和泄漏控制0.20~0.50一般工藝系數(F1)

2、特殊工藝危險

基本系數1.001.00A、毒性物質0.20~0.80B、負壓

(<500mmHg)0.50C、接近易燃范圍的操作：惰性化、未惰性化

(1)罐裝易燃液體0.50(2)過程失常或吹掃故障0.30(3)一直在燃燒范圍內0.80D、粉塵爆炸0.25~2.00E、壓力：操作壓力/kpa,(絕對)釋放壓力/kpa，(絕對)

F、低溫0.20~0.30G、易燃及不穩定物質量

(1)工藝中的液體及氣體

(2)儲存中的液體及氣體

(3)儲存中的可燃固體及工藝中的粉塵

H、腐蝕與磨損0.10~0.75I、泄漏——接頭和填料0.10~1.50J、使用明火設備

K、熱油、熱交換設備0.15~1.15L、轉動設備0.50特殊工藝危險系數(F2)

工藝單元危險系數

F3

火災爆炸指數

F§EI

2024年3月12日第九章系統安全分析與評價36/464)安全措施補償系數表(右表)5)工藝單元風險分析匯總表；6)工廠風險分析匯總表；7)有關裝置的更換費用數據。項目補償系數范圍采用補償系數1、工藝控制

——a、應急電源0.98

b、急冷裝置0.97~0.99

c、抑爆裝置0.84~0.98

d、緊急切斷裝置0.96~0.99

e、計算機控制0.93~0.99

f、惰性氣體保護0.94~0.96

g、操作規程/程序0.91~0.99

h、化學活潑性物質檢查0.91~0.98

I、其他工藝危險分析0.91~0.98

工藝控制安全補償系數C1

2、物質隔離

——a、遙控閥0.96~0.98

b、卸料/排空裝置0.96~0.98

c、排放系統0.91~0.97

d、連鎖裝置0.98

物質隔離安全補償系數C2

3、防火設施

a、泄漏檢驗裝置0.94~0.98

b、鋼結構0.95~0.98

c、消防水供應系統0.94~0.97

d、特殊滅火系統0.91

e、噴灑系統0.74~0.97

f、水幕0.97~0.98

g、泡沫滅火裝置0.92~0.97

h、手提式滅火器和噴水槍0.93~0.98

I、電纜防護0.94~0.98

防火設施安全補償C3

安全措施補償系數C=C1*C2*C3

2024年3月12日第九章系統安全分析與評價37/46四、評價步驟1.選擇評價單元單元是裝置的一個獨立部分，與其他部分保持一定的距離，或用防火墻隔開。選擇評價單元時可以從以下幾個方面考慮：(1)潛在化學能(物質系數)；(2)工藝單元中危險物質的數量；(3)資金密度(每平方米美元數)；(4)操作壓力和操作溫度；(5)導致火災、爆炸事故的歷史資料；(6)對裝置操作起關鍵作用的單元，如熱氧化器。一般情況下，這些方面的數值越大，該工藝單元越需要評價2024年3月12日第九章系統安全分析與評價38/462.確定物質系數MF在火災、爆炸指數的計算和其他危險性評價時，物質系數(MF)是最基礎的數值，它是表述物質由燃燒或其他化學反應引起的火災、爆炸中釋放能量大小的內在特性。物質系數根據由美國消防協會規定的物質可燃性NF和化學活性(或不穩定性)NR，查表求取。3.確定一般工藝危險系數F1一股工藝危險性是確定事故損害大小的主要因素，共包括六項內容，即放熱反應、吸熱反應、物料處理和輸送、封閉單元或室內單元、通道、排放和泄漏。一個評價單元不一定每項都包括，要根據具體情況選取恰當的系數，填入前面火災、爆炸指數（F&EI）計算表中，并將這些危險系數相加，得