安全系统工程——系统安全分析.ppt

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1、系统安全分析,安全系统工程,第一节 概述,1系统安全分析的内容 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关关系,通常包括如下内容:,第一节 概述,(1)对可能出现的初始的、诱发的及直接引起事故的各种危险因素及其相互关系进行调查和分析(2)对与系统有关的环境条件、设备、人员及其他有关因素进行调查和分析(3)对能够利用适当的设备、规程、工艺或材料控制或根除某种特殊危险因素的措施进行分析(4)对可能出现的危险因素的控制措施及实施这些措施的最好方法进行调查和分析(5)对不能根除的危险因素失去或减少控制可能出现的后果进行调查和分析(6)对危险因素一旦

2、失去控制,为防止伤害和损害的安全防护措施进行调查和分析,第一节 概述,2.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以下几种:(l)安全检查表法(2)预先危险性分析(3)故障类型和影响分析(4)危险性和可操作性研究(5)事件树分析(6)事故树分析(7)因果分析,第一节 概述,3.系统安全分析方法的选择 在进行系统安全分析方法选择时应根据实际情况,并考虑如下几个问题:(1)分析的目的 系统安全分析的最终目的是辨识危险源,而在实际工作中要达到一些具体目的,例如:对系统中所有危险源,查明并列出清单;掌握危险源可能导致的事故,列出潜在事故隐患清单;列出降低危险性的措施和需要深入研究部位的清单

3、;将所有危险源按危险大小排序;为定量的危险性评价提供数据。,第一节 概述,(2)资料的影响 关于资料收集的多少、详细程度、内容的新旧等,都会对选择系统安全分析方法有着至关重要的影响。一般来说,资料的获取与被分析的系统所处的阶段有直接关系。例如,在方案设计阶段,采用危险性和可操作性研究或故障类型和影响分析的方法就难以获取详细的资料。,第一节 概述,(3)系统的特点 针对被分析系统的复杂程度和规模,工艺类型,工艺过程中的操作类型等影响来选择系统安全分析方法。对于复杂和规模大的系统,由于需要的工作量和时间较多,应先用较简捷的方法进行筛选,然后根据分析的详细程度选择相应的分析方法。对于某些工艺过程或系

4、统,应选择恰当的系统安全分析方法。,第一节 概述,(4)系统的危险性 当系统的危险性较高时,通常采用系统、严格、预测性的方法,如危险性与可操作性研究、故障类型和影响分析、事件树分析、事故树分析等方法。当危险性较低时,一般采用经验的、不太详细的分析方法,如安全检查表法等。,第二节 安全检查及安全检查表,1.安全检查 安全检查是运用常规、例行的安全管理工作及时发现不安全状态及不安全行为的有效途径,也是消除事故隐患、防止伤亡事故发生的重要手段。,第二节 安全检查及安全检查表,(1)安全检查的性质 安全检查除了进行经常性的检查外,还应定期地进行群众性的检查。检查的性质可分为普遍检查、专业性检查和季节性

5、检查等。开展安全检查工作,要做到有计划、有组织、目标明确、内容要求具体,并且必须由领导负责、有关人员参加的安全生产检查组进行实施。安全检查自始至终应贯彻领导与群众相结合的原则,做到边检查、边整改。,第二节 安全检查及安全检查表,(2)安全检查的内容 安全检查的内容主要是查思想、查管理、查隐患、查事故处理。(1)查思想:检查企业领导和各级管理人员的思想认识,是否把职工的安全健康放在首位,对安全法规、政策和安全生产方针是否认真贯彻执行。,第二节 安全检查及安全检查表,(2)查管理:主要是检查企业领导是否把安全生产列入议事日程;企业主要负责人在计划、布置、检查、总结、评比生产的同时是否将五同时的要求

6、落到实处;新建、改建、扩建的工程项目与安全卫生设施是否执行同时设计、同时施工、同时投产的三同时原则;安全 机构、安全教育制度、安全规章制度以及特种作业人员的培训制度是否健全。,第二节 安全检查及安全检查表,(3)查隐患:通过检查生产设备、劳动条件、安全卫生设施是否符合安全要求以及劳动者在生产中是否存在着不安全行为等,找出不安全因素和事故隐患。(4)查事故处理:检查企业对伤亡事故是否及时报告,认真调查;是否按“三不放过”（即事故原因分析不清不放过；事故责任者与群众未受到教育不放过；没有防范措施不放过。）的要求严肃处理;是否采取了有效措施,避免类似事故重复发生。,第二节 安全检查及安全检查表,2.

7、安全检查表(1)安全检查表的形式 安全检查表的形式很多,检查表可根据不同的检查目的进行设计,也可按照统一要求的标准格式制作,如危险等级划分表、安全性评价项目表、安全性评价检查表等。,第二节 安全检查及安全检查表,(2)安全检查表的类型 审查设计的安全检查表 厂级的安全检查表 车间的安全检查表 工段及岗位的安全检查表 专业性安全检查表,第二节 安全检查及安全检查表,(3)安全检查表的编制 安全检查表应由专业干部、有关部门领导、工程技术人员和工人共同编写,并通过实践检验不断修改,使之逐步完善。安全检查表可以按生产系统、车间、工段和岗位编写,也可以按专题编写,如对重要设备和容易出现事故的工艺流程,就

8、应该编制该项工艺的专门的安全检查表。,第二节 安全检查及安全检查表,(4)安全检查表的特点 通过预先对检查对象进行详细调查研究和全面分析,所制定出来的安全检查表比 较系统、完整,能包括控制事故发生的各种因素,可避免检查过程中的走过场和盲目性,从而提高安全检查工作的效果和质量 安全检查表是根据有关法规、安全规程和标准制定的,因此检查目的明确,内容具体,易于实现安全要求,第二节 安全检查及安全检查表,对所拟定的检查项目进行逐项检查的过程,也是对系统危险因素辨识、评价和制 定出措施的过程,既能准确地查出隐患,又能得出确切的结论,从而保证了有关法规的全面落实 检查表是与有关责任人紧密相连系的,所以易于

9、推行安全生产责任制,检查后能够做到事故清、责任明、整改措施落实快 安全检查表是通过问答的形式进行检查的过程,所以使用起来简单易行,易于安全管理人员和广大职工掌握和接受,可经常自我检查,第三节 预先危险性分析,1、概念 预先危险性分析（Preliminary Hazard Analysis,PHA）又称初步危险分析，是在系统运转之前，特别是在设计的开始阶段，对系统存在的危险类别、出现条件、事故后果等进行概略的分析，尽可能评价出潜在的危险性。2、危险源辨识,第三节 预先危险性分析,3、预先危险性分析的风险等级划分,第三节 预先危险性分析,4.预先危险性分析程序 进行预先危险性分析时,一般是利用安全

10、检查表、经验和技术先查明危险因素存在方位,然后识别使危险因素演变为事故的触发因素和必要条件,对可能出现的事故后果进行分析,并采取相应的措施。预先危险性分析包括准备、审查和结果汇总三个阶段。,确定系统（分析对象）,刨切系统（功能分解）,分析识别危险性,确定危险等级,制定措施,结果汇总并实施,系统的资料相似系统的检查表,危险设备、物质、场所工艺过程及参数各子系统间的交接面 及相互影响安全设备 环境因素人-机关系,准备阶段,审查阶段,预先危险性分析的程序,第三节 预先危险性分析,(1)准备阶段对系统进行分析之前,要收集有关资料和其他类似系统以及使用类似设备、工艺物质的系统的资料。对于所分析系统,耍弄

11、清其功能、构造,为实现其功能所采用的工艺过程,以及选用的设备、物质、材料等。,第三节 预先危险性分析,(2)审查阶段通过对方案设计、主要工艺和设备的安全审查,辨识其中主要的危险因素,也包括审查设计规范和采取的消除、控制危险源的措施。(3)结果汇总阶段按照检查表格汇总分析结果。典型的结果汇总表包括主要事故及其产生原因、可能的后果、危险性级别,以及应采取的相应措施等。,第三节 预先危险性分析,2.应用实例(1)硫化氢输送系统预先危险性分析 例如,将硫化氢(H2S)输送到反应装置的设计方案。氢意外泄漏作为可能的事故。分析导致事故发生的原因如下:盛装硫化氢的压力容器泄漏或破裂;化学反应中硫化氢过剩;反

12、应装置供料管线泄漏或破裂;在连接硫化氢储罐和反应装置的过程中发生泄漏。然后,分析事故后果,确定危险源以及应采取的控制措施。当硫化氢发生大量泄漏时,对附近人员会造成严重伤害,根据泄漏情况将危险程度划分为III级和IV级。,第三节 预先危险性分析,(2)家用燃气热水器的预先危险性分析,第四节 故障类型和影响分析,1.故障类型 故障类型和影响分析FMEA(Failure Modes and Effects Analysis)是对系统各组成部分、元件进行分析的重要方法。系统的子系统或元件在运行过程中会发生故障,而且往往可能发生不同类型的故障。例如,电气开关可能发生接触不良或接点粘连等类型的故障。不同类

13、型的故障对系统的影响是不同的。这种分析方法首先找出系统中各子系统及元件可能发生的故障及其类型,查明各种类型故障对邻近子系统或元件的影响以及最终对系统的影响,以及提出消除或控制这些影响的措施。故障类型和影响分析是一种系统安全分析归纳方法。,第四节 故障类型和影响分析,1.故障类型 早期的故障类型和影响分析只能做定性分析,后来在分析中包括了故障发生难易程度的评价或发生的概率,从而把它与致命度分析(Critical Analysis)结合起来,构成故障类型和影响、危险度分析(FMECA)。这样,若确定了每个元件的故障发生概率,就可以确定设备、系统或装置的故障发生概率,从而定量地描述故障的影响。系统、

14、子系统或元件在运行过程中,由于性能低劣而不能完成规定的功能时,则称为故障发生。,第四节 故障类型和影响分析,系统或元件发生故障的机理十分复杂,故障类型是由不同故障机理显现出来的各种故障现象的表现形式。因此,一个系统或一个元件往往有多种故障类型。一般机电产品、设备常见故障类型见表3-1。,第四节 故障类型和影响分析,表3-1 一般机电产品、设备常见故障类型,第四节 故障类型和影响分析,对产品、设备、元件的故障类型、产生原因及其影响应及时了解和掌握,才能正确地采取相应措施。若忽略了某些故障类型,这些类型故障可能因为没有采取防止措施而发生事故。例如,美国在研制 NASA 卫星系统时,仅考虑了旋转天线

15、汇流环开路故障而忽略了短路故障,结果由于天线汇流环短路故障使发射失败,造成1亿多美元的损失。掌握产品、设备、元件的故障类型需要积累大量的实际工作经验,特别是通过故障类型和影响分析来积累经验。,第四节 故障类型和影响分析,2.分析程序故障类型和影响分析通常包括以下四方面:(1)掌握和了解对象系统;(2)对系统元件的故障类型和产生原因进行分析;(3)故障类型对系统和元件的影响;(4)汇总结果和提出改正措施。,第四节故障类型和影响分析,1)掌握和了解对象系统 对故障类型和影响进行分析之前,必须掌握被分析对象系统的有关资料,以确定分析的详细程度。确定对象系统的边界条件包括以下内容：(1)了解作为分析对

16、象的系统、装置或设备。(2)确定分析系统的物理边界,划清对象系统、装置、设备与子系统、设备的界线,圈定所属的元素（设备、元件）。(3)确定系统分析的边界,应明确两方面的问题：分析时不需考虑的故障类型、运行结果、原因或防护装置等,如分析故障原因时不考虑飞机坠落到系统外和地震、龙卷风等对系统的影响;最初的运行条件或元素状态等,例如对于初始运行条件，在正常情况下阀门是开启还是关闭的必须清楚。(4)收集元素的最新资料,包括其功能、与其他元素之间的功能关系等。,第四节 故障类型和影响分析,分析的详细程度取决于被分析系统的规模和层次。例如,选定一座化工厂作为对象系统时,故障类型和影响分析应着眼于组成工厂的

17、各个生产系统,如供料系统、间歇混合系统、氧化系统、产品分离系统和其他辅助系统等,对这些系统的故障类型及其对工厂的影响进行分析。当把某个生产系统作为对象系统时,应对构成该系统的设备的故障类型及其影响进行分析。当以某一台设备为分析对象时,则应对设备的各部件的故障类型及其对设备的影响进行分析。当然,分析各层次故障类型和影响时,最终都要考虑它们对整个工厂的影响。,第四节 故障类型和影响分析,2)对系统元素的故障类型进行分析 在对系统元素的故障类型进行分析时,要将其看作是故障原因产生的结果。首先,找出所有可能的故障类型,同时尽可能找出每种故障类型的所有原因,然后确定系统元素的故障类型。故障类型的确定,可

18、依据以下两方面:(1)分析对象是已有元素,则可以根据以往运行经验或试验情况确定元素的故障类型。(2)若分析对象是设计中的新元素,则可以参考其他类似元素的故障类型,或者对元素进行可靠性分析来确定元素的故障类型。一般来说,一个元素至少有4种可能的故障类型:意外运行;运行不准时;停止不及时;运行期间故障。,第四节 故障类型和影响分析,为了区分故障类型和故障原因,必须明确元素的故障是故障原因对元素功能影响的结果。故障原因可以从内部原因和外部原因两个方面来分析。在分析时要把元素进一步分解为若干组成部分,如机械部分、电气部分等,然后研究这些部分的故障类型(内部原因)和这些部分与外界环境之间的功能关系,找出

19、可能的外部原因。一般来说,外部原因主要是元素运行的外部条件方面的问题,同时也包括邻近的其他元素的故障。根据故障原因分析,最后确定元素的故障类型。确定元素故障类型的程序如图 2-1 所示。,第四节 故障类型和影响分析,第四节 故障类型和影响分析,3)故障类型的影响 故障类型的影响是指系统正常 运行的状态下,详细地分析一个元素各种故障类型对系统的影响。分析故障类型的影响,通过研究系统主要的参数及其变化来确定故障类型对系统功能的影响,也可以根据故障后果的物理模型或经验来研究故障类型的影响。故障类型的影响可以从下面三种情况来分析：(1)元素故障类型对相邻元素的影响,该元素可能是其他元素故障的原因。(2

20、)元素故障类型对整个系统的影响,该元素可能是导致重大故障或事故的原因。(3)元素故障类型对子系统及周围环境的影响。,第四节故障类型和影响分析,4)列出故障类型和影响分析表 根据故障类型和影响分析表,系统地、全面和有序地进行分析,最后将分析结果汇总于表中,可以一目了然地显示全部分析内容。根据研究对象和分析的目的,故障类型和影 响分析表可设置成多种形式。,第四节 故障类型和影响分析,3.应用实例(1)电机运行系统故障类型和影响分析 对电机运行系统中主要元素进行故障类型和影响分析,结果列于表2-7。,第四节故障类型和影响分析,(2)空气压缩机储罐的故障类型和影响分析 这里仅考察储罐的罐体和安全阀两个

21、元素的故障类型及其影响,分析结果列于表2-8。,第四节 故障类型和影响分析,4.故障类型和影晌、危险度分析 把故障类型和影响分析从定性分析发展到定量分析,则形成了故障类型和影响、危险度分析。故障类型和影响、危险度分析包括两个方面：(1)故障类型和影响分析;(2)危险度分析。危险度分析的目的在于评价每种故障类型的危险程度。通常,采用概率一严重度来评价故障类型的危险度。,严重度等级划分,第五节 危险性和可操作性研究,一、概念 危险和可操作性研究（Hazard and Operability Analysis，简称HAZOP）是一种基于“引导词”的、由多专业人员组成的研究组通过一系列的会议来实施的，

22、对系统工艺或操作过程中存在的可能导致有害后果的各种偏差加以系统识别的定性分析方法。应用类型：过程HAZOP 程序HAZOP 人的HAZOP 软件HAZOP,第五节 危险性和可操作性研究,二、基本概念和术语(1)意图。工艺某一部分完成的功能,一般情况下用流 程图表示。(2)偏离。与设计意图的情况不一致,在分析中运用引导词系统地审查工艺参数来发现偏离。(3)原因。产生偏离的原因,通常是物的故障、人失误、意外的工艺状态(如成分的变化)或外界破坏等原因引起。(4)后果。偏离设计意图所造成的后果(如有毒物质泄漏等)。(5)引导词。在危险源辨识的过程中,为了启发人的思维,对设计意图定性或定量描述的简单词语

23、。,危险和可操作性研究引导词和意义,第五节 危险性和可操作性研究,(6)工艺参数。生产工艺的物理或化学特性,一般性能如反应、混合、浓度、pH 值等;特殊性能如温度、压力、相态、流量等。在进行危险性和可操作性研究时，应依次利用引导词对系统进行分析。若需要分析系统意图是否达到时，应采用的引导词为：（）。A.没有、不 B.较多或较少 C.也，又，部分 D.反向，不同于，非,第五节 危险性和可操作性研究,三、研究步骤(1)研究准备 确定研究目的、对象和范围 进行危险性与可操作性研究时,对所研究的对象要有明确的目的。其目的是查找危险源,保证系统安全运行,或审查现行的指令、规程是否完善等,防止操作失误,同

24、时要明确研究对象的边界、研究的深入程度等。,第五节 危险性和可操作性研究,建立研究小组 开展危险性与可操作性研究的小组成员一般由57人组成,包括有关各领域专家、对象系统的设计者等,以便发挥和利用集体的智慧和经验。,第五节 危险性和可操作性研究,资料收集 危险性和可操作性研究资料包括各种设计图纸、流程图、工厂平面图、等比例图和装配图,以及操作指令、设备控制顺序图、逻辑图或计算机程序,有时还需要工厂或设备的操作规程和说明书等。,第五节 危险性和可操作性研究,制定研究计划 制定研究计划。在广泛收集资料的基础上,组织者要制定研究计划。在对每个生产工艺部分或操作步骤进行分析时,要计划好所花费的时间和研究

25、的内容。,第五节 危险性和可操作性研究,(2)进行审查 对生产工艺的每个部分或每个操作步骤进行审查时,应采取多种形式引导和启发各位专家,对可能出现的偏离及其原因、后果和应采取的措施充分发表意见。,第五节 危险性和可操作性研究,四、应用实例(DAP工艺系统危险性与可操作性研究),当磷酸进入反应釜速率相对氨进入速率高时,会生成另一种不需要的物质,但没有危险。当磷酸和氨两者进入反应釜速率都高于额定速率时,反应释放能量增加,反应釜可能承受不了温度和压力的迅速增加。当氨进入反应釜速率相对磷酸进入速率高时,过剩的氨可能随DAP进入敞口的储罐,挥发的氨可能伤害人员。这里选择磷酸储罐与反应釜之间的管线部分为分

26、析对象,则该部分的设计意图是向反应釜输送一定量的磷酸,其工艺参数是流量。把7个引导词与工艺参数流量相结合,设想各种可能出现的偏离。,第六节 事件树分析,1.分析原理 事件树分析(ETA,Event Tree Analysis)是从一个初始事件开始,按顺序分析事件向前发展中各个环节成功与失败的过程和结果。任何一个事故都是由多环节事件发展变化形成的。在事件发展过程中出现的环节事件可能有两种情况,或者成功或者失败。如果这些环节事件都失败或部分失败,就会导致事故发生。,第六节 事件树分析,1.分析原理 事件树分析是由决策树演化而来的,最初是用于可靠性分析。它的原理是每个系统都是由若干个元件组成的,每一

27、个元件对规定的功能都存在具有和不具有两种可能。元件具有其规定的功能,表明正常(成功);不具有规定功能,表明失效(失败)。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两种可能,直到最后一个元件为止。分析的过程用图形表示出来,就得到近似水平的树形图。通过事件树分析,可以把事故发生发展的过程直观地展现出来,如果在事件(隐患)发展的不同阶段采取恰当措施阻断其向前发展,就可达到预防事故的目的。,第六节 事件树分析,2.分析步骤:(1)确定初始事件 初始事件是事件树中在一定条件下造成事故后果的最初原因事件。它可以是系统故障、设备失效、人员误操作或工艺过程异常等。一般是选择分析人员最感兴

28、趣的异常事件作为初始事件。,(2)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.事件后一系列可能造成事故后果的其他原因事件。,第六节 事件树分析,(3)画事件树 把初始事件写在最左边,各种环节事件按顺序写在右面;从初始事件画一条水平线到第一个环节事件,在水平线未端画一垂直线段,垂直线段上端表示成功,下端表示失败;再从垂直线两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。,第六节 事件树分析,(4)说明分析结果 在事件树最后面写明由初始事件引

29、起的各种事故结果或后果。为清楚起见,对事件树的初始时间和各环节事件用不同字母加以标记。,第六节 事件树分析,3.应用举例案例：串联物料输送系统,串联物料输送系统事件树：,启动信号,是（1）,否（0）,是（1）,系统失败,系统失败,（111）,否（0）,否（0）,是（1）,系统成功,系统失败,（110）,（0*）,（10*）,第六节 事件树分析,练习1：绘制并联物料输送系统的事件树,第六节 事件树分析,答案：,第六节 事件树分析,定量分析：假设RA=0.95,RB=0.9,RC=0.9串联系统：,启动信号,是（1）,否（0）,是（1）,系统失败,系统失败,（111）,否（0）,否（0）,是（1）

30、,系统成功,系统失败,（110）,（0*）,（10*）,第六节 事件树分析,定量分析：假设RA=0.95,RB=0.9,RC=0.9并联系统：,系统成功和失败的概率：,系统成功的概率：,系统失败的概率：,RARB+RA(1-RB)RC=0.950.9+0.95(1-0.9)0.9=0.9405,RA(1-RB)(1-RC)+(1-RA)=0.95(1-0.9)(1-0.9)+(1-0.95)=0.0595,第六节 事件树分析,设某储罐装有可燃物质，火灾事故过程为：可燃物泄露、火源、着火、报警、灭火、人员脱离。储罐附近存在火源的概率为F（A）=0.1;泄露可燃物遇火源着火得的概率为F（B）=0.

31、6;报警器正确报警的概率为R（C）=0.9;在报警器成功报警的情况下，灭火成功及人员成功脱离的概率为R（D1）=0.8、R（E1）=0.9;在报警器未成功报警的情况下，灭火成功及人员成功脱离的概率为R（D2）=0.5、R（E2）=0.7。规定灭火未成功且人员也未成功脱离为系统失败；虽发生泄露但没有火源的情况为安全；其他情况规定为事故，计算三种情况对应的概率。,练习2：火灾事故过程的事件树分析,第六节 事件树分析,解：（1）分析系统因素间的关系 泄露发生后，火源存在与否直接影响能否着火，着火后报警系统能否正确报警又将影响到成功灭火的概率和人员成功脱离的概率。（2）绘制事件树,火源A,着火B,报警

32、C,有（0）,着（0）,成功（1）,灭火D,人员脱离E,失败（0）,失败（0）,成功（1）,成功（1）,失败（0）,失败（0）,成功（1）,成功（1）,无（1）,未着（1）,系统状态,火灾事故过程的事件树,失败,成功,失败,部分失败,部分失败,部分失败,部分失败,部分失败,第六节 事件树分析,失败（0）,第六节 事件树分析,（3）定量分析成功的概率：P=1-F（A）=1-0.1=0.9部分失败的概率：P=F（A）F（B）R（C）(1-R（D1）)R（E1）+F（A）F（B）R（C）R（D1）+F（A）F（B）(1-R（C）)(1-R（D2）)R（E2）+F（A）F（B）(1-R（C）)R（D2）+F（A）F（B）=0.09802失败的概率：P=F（A）F（B）R（C）(1-R（D1）)(1-R（E1）)+F（A）F（B）(1-R（C）)(1-R（D2）)(1-R（E2）)=0.00198,第七节 因果分析,因果分析图（鱼刺图）将各种原因进行归纳分析，用简明的文字和线条表现出来。,第七节 因果分析,举例：,