系统安全分析汇总.pdf
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1、第三章安全分析 本章学习目标 1. 掌握系统安全分析的定义、内容和系统安全分析方法选择的基本原则。 2. 熟悉几种常用的定性和定量的系统安全分析方法的基本功能、特点和原理。 3. 掌握几种系统安全分析方法的分析过程、格式、计算方法。 4. 了解各种定性和定量方法之间的区别和联系。 系统安全分析方法是安全系统工程的重要组成部分,是对系统存在的危险性进行定性和定量分析的基本 方法。系统安全分析的方法有数十种之多,应根据实际的条件和需求选择相应的分析类型和分析方法。本章 的主要内容是掌握各种系统安全分析的方法以及各种分析方法的概念、内容、应用范围和适用性。每一种分 析方法都将从基本概念、特点、格式、
2、分析程序以及应用实例等几个方面入手,进行系统地学习,学习思路 如图 3-1 所示。 图 3-1 系统安全分析学习思路和内容 3.1 概述 系统安全分析(system safety analysis)是从安全角度对系统进行的分析,它通过揭示可能导致系统故障 或事故的各种因素及其相互关联来辨识系统中的危险源,以便采取措施消除或控制它们。系统安全分析是系 统安全评价的基础,定性的系统安全分析是定量的系统安全评价的基础。 系统安全分析的目的是为了保证系统安全运行,查明系统中的危险因素,以便采取相应措施消除系统故 障和事故。 系统安全分析方法 安全检 查表法 预先危 险性分析 故障类型 与影响分析 危险
3、性与可 操作性分析 事件树事故树因果分析 基本概念 特点 格式 分析程序 应用实例 系统安全分析 系统安全分析的基本概念 一、系统安全分析的内容 系统安全分析从安全角度对系统中的危险因素进行分析,分析导致系统故障或事故的各种因素及其相互 关系。主要包括以下6 个方面的内容。 (1)对可能出现的、初始的、诱发的以及直接引起事故的各种危险因素及其相互关系进行分析。 (2)对系统有关的环境条件、设备、人员及其他有关因素进行分析。 (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佳办法进行分析。 (5)对不能
4、根除的危险因素,失去或减少控制措施可能出现的后果进行分析。 (6)对危险因素一旦失去控制,为防止伤害和损伤的安全防护措施进行分析。 二、系统安全分析的方法 系统安全分析的方法可运用于不同的系统安全分析过程,常用的有以下几种方法。 (1)安全检查表法(Safety Check List ,简称 SCL) (2)预先危险性分析(Preliminary Hazard Analysis ,简称 PHA) (3)故障类型和影响分析(Failure Modes and Effects Analysis ,简称 FMEA ) (4)危险性和可操作性研究(Hazard and Operability Anal
5、ysis ,简称 HAZOP ) (5)事件树分析(Event Tree Analysis,简称 ETA) (6)事故树分析(Fault Tree Analysis,简称 FTA) (7)因果分析( Cause-Consequence Analysis,简称 CCA ) 这些方法可以按分析过程的相对时间进行分类;也可以按分析的对象和分析的内容进行分类。为了使大 家有比较清晰的认识,我们将按照数理方法、逻辑方法和分析过程进行分类。 1. 按数理方法分类 按照数理方法进行分类,可以分为定性分析和定量分析2 种。 (1)定性分析法 定性分析是对引起系统事故的影响因素进行非量化的分析,只进行可能性的分
6、析或作出事故能否发生的 感性判断。安全检查表、预先危险性、危险性和可操作性分析等属于定性分析方法。 (2)定量分析法 定量分析是在定性分析的基础上,运用数学方法分析系统事故及影响因素之间的数量关系,对事故的危 险作出数量化的描述和判断。故障类型与影响分析(危险度)、事件树分析、事故树分析、因果分析等属于定 量分析方法。 2. 按逻辑方法分类 按照逻辑方法分类,可以分为归纳法和演绎法2 类。 (1)归纳法 归纳法是从事故发生的原因推论事故结果的方法,通过对基本事件的分析,来总结和确定系统的安全状 态。安全检查表、预先危险性、故障类型与影响分析、危险性和可操作性分析、事件树分析等,都属于归纳 法。
7、这种方法从故障或失误出发,探讨可能导致的事故或系统故障,从而确定危险源。 归纳法的优点是可以无遗漏的考察、辨识系统中的所有危险源。缺点是对于复杂的系统或危险源很多的 系统,分析工作量大,没有重点。 (2)演绎法 演绎法是从事故结果推论事故原因的方法,通过系统发生的事故类型和性质,去探寻导致系统发生事故 的原因。事故树分析、因果分析等属于演绎法。这种方法从事故或系统故障出发,即从危险源出发,查找与 事故(或故障)有关的危险因素。演绎法的优点是可以把注意力集中在有限的范围内,提高工作效率。缺点 是对于遗漏的危险源(或未知危险源)可能造成的事故无法分析。 3. 按事件的过程分类 按照事故的过程和环境
8、的变化进行分类,可以分为静态分析方法和动态分析方法2 类。 (1)静态分析法 静态分析是对系统事故危险的分析不能反映出事故过程和环境变化的特点。安全检查表、预先危险性分 析、故障类型及影响分析、危险性和可操作性分析、事故树分析等属于静态分析法。 (2)动态分析法 动态分析是指对系统事故危险的分析能够反映出事故过程和环境变化的特点。事件树分析、因果分析等 属于动态分析法。 综上所述,表3-1 给出了各种系统安全分析方法的归属。 表 3-1 危险性分析方法分类 危险分析 方法 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 事故树 分析 因果 分析
9、归纳法 演绎法 定性法 定量法 静态法 动态法 三、系统安全分析方法的选择 首先,要考虑系统所处的寿命阶段。在系统寿命不同阶段的危险因素辨识中,选择相应的方法。例如, 在系统的开发设计初期,应优先选择预先危险性分析方法,对系统中可能出现的安全问题进行分析。在系统 的运行阶段,选择危险性和可操作性方法、故障模型和影响分析等进行较为详细的分析。还可以选择事件树 分析、事故树分析、因果分析等对系统的安全性进行进一步的定量分析。表3-2 给出了系统寿命期间各阶段 可供参考的系统安全分析方法。 表 3-2 系统安全分析方法的适用情况 分析方法 开发 研究 方案 设计 样机 详细 设计 建造 投产 日常
10、运行 改建 扩建 事故 调查 拆除 检查表 预先危险性分析 危险性与可操作性研 究 故障类型和影响分析 事故树分析 事件树分析 因果分析 其次,针对系统的复杂程度、规模、工艺类型、操作类型来选择具体的系统安全分析方法。例如,对于 化工工艺过程,可以选择危险性与可操作性分析。对于机械和电气过程的危险性分析,可以选择故障类型和 影响分析。由单一故障引起的事故,选择危险性与可操作性分析。由许多因素共同引起的事故,选择事故树、 事件树分析。危险性高的系统,选择危险性与可操作性分析、故障类型与影响分析、事件树、事故树等方法。 危险性较低的系统,选择安全检查表法进行分析。 3.2 安全检查表 一、基本概念
11、 安全检查表是根据有关安全规范、标准、制度以及其它系统安全分析方法分析的结果,对一个系统或设 备进行安全检查和安全诊断,找出各种不安全因素,以提问的方式把这些不安全因素按照其重要程度编制成 表格,这种安全检查的专用表格称之为安全检查表。安全检查表是实施安全检查和安全诊断的项目明细表, 是安全检查结果的备忘录。 安全检查表的优点是完整、直观、清楚、简单、易控制,为事故后果模拟提供统计依据。其缺点是对于 复杂系统工作量大,不能定量分析。 二、安全检查表的格式 安全检查表必须包括系统的全部主要检查部位,不能忽略主要的和潜在的不安全因素,应从检查部位中 引申和发掘与之有关的其它潜在危险因素。检查表格式
12、包括分类、项目、检查要点、检查情况与处理、检查 日期以及检查者等。检查要点以提问方式列出,检查情况用“ 是” 和“ 否 ” 或用 “ ” 和 “ ” 表示。安全检查表的格 式如表 3-3 所示。 表 3-3 安全检查表基本格式 检查时间检查单位检查部位检查结果安全要求整改期限整改负责人 序号安全检查内容结论与说明 四、安全检查表的编制程序 安全检查表的编制流程示意图如图3-2 所示。 组建安全检查表编制组 收集同类型安全检查表 分析评价系统的安全性 确定危险源 编制安全检查表 专家审查 安全检查表使用 安全专家,技术人员,管理人员,操作人员 危险性分析,安全评价结果,安全检查表 系统的功能、工
13、艺、 管理、环境、 事故后果、 事故记录、 图纸、说明书 根据系统各单元危险因素确定评价项目 序 号 检查 部位 检查 内容 标准 依据 结果 (是 /否) 改进 措施 负责 人 查漏补缺 补充修改 图 3-2 安全检查表的编制流程示意图 编制安全检查表的过程,也是对系统进行安全分析的过程.因此,在安全检查表的制定过程中,要根据有 关规程或标准,并总结本单位和外单位的经验。同时,可以借鉴其它系统安全分析方法的分析结果,使得安 全检查表能够真正地用于事故预防与控制,成为一种科学化管理简单易行的基本方法。 六、应用实例 例 1 某型飞机前轮转弯系统的安全检查表 表 3-4 给出了某型飞机前轮转弯系
14、统的安全检查表。 表 3-4 某型飞机前轮转弯系统的安全检查表 序 号 检查部位及内容标准要求依据标准检查结果(是/ 否) 改进措施负责人 1 限流器完好,可靠设计标准 条 2 减压器完好,可靠设计标准 条 3 电磁开关完好,可靠设计标准 条 4 摩擦离合器完好,可靠设计标准 条 5 前轮转弯活门滑轮完好,可靠设计标准 条 6 换向滑轮完好,可靠设计标准 条 7 左操纵滑轮完好,可靠设计标准 条 8 微动开关完好,可靠设计标准 条 9 控制开关完好,可靠设计标准 条 10 自动保护开关完好,可靠设计标准 条 11 右操纵滑轮完好,可靠设计标准 条 12 右操纵手轮完好,可靠设计标准 条 13
15、同轴转接滑轮完好,可靠设计标准 条 14 新增换向滑轮完好,可靠设计标准 条 15 左操纵手轮完好,可靠设计标准 条 检查日期:年月日时检查者: 3.3 预先危险性分析 一、基本概念 预先危险性分析又称初步危险性分析,是指在没有掌握详细的资料的时候,用来辨识和分析系统中潜在 的危险和有害因素,确定危险等级,并制定相应的安全对策措施,防止事故的发生。尽可能在付诸实践时找 出错误,控制或消除危险。 预先危险性分析是在系统开发初期阶段和设计阶段对系统中存在的危险类别、形成条件、事故后果等进 行安全分析识别,常用于新系统设计、已有系统改造之前的方案设计以及选址阶段的方案设计等。 二、预先危险性分析的特
16、点 (1)预先危险性分析在系统开发的初期就可以识别、控制危险因素,用最小的代价和成本消除或减少系 统中的危险因素。 (2)该分析方法简单、经济、有效。 (3)能为项目开发组分析和设计提供指南。 三、预先危险性分析的步骤 预先危险性分析包括准备、审查和结果汇总3 个阶段。 (1)准备阶段 对系统进行分析之前,要收集资料,借鉴类似系统的安全检查表和相关资料。要弄清楚系统的功能、结 构、采用的工艺过程、选用的设备、相关物资和材料等。 (2)审查阶段 通过对方案设计、工艺、设备、场所、物质、环境因素、运行、试验、维修、应急、辅助设备、安全装 备等的安全审查,辨别危险因素,确定风险等级。根据审查结果,危
17、险等级分为4 级,如表3-5 所示。 表 3-5 危险等级划分 危险等级状态特征和要求 级安全的暂时不能发生事物,可以忽略 级临界的有导致事故的可靠性,事故处于临界状态,可能造成人员伤亡和 财产损失,应采取措施予以控制 级危险的可能导致事故发生,造成人员伤亡或财产损失,必须采取措施进 行控制 级灾难的会导致事故发生,造成人员伤亡或财产巨大损失,必须立即设法 清除 (3)结果汇总阶段 汇总审查结果,根据风险等级,按轻重缓急制定风险控制措施。内容包括事故及其产生原因、可能后果、 危险性级别、应采取的措施等。 四、预先危险性分析的基本格式 预先危险性分析的基本格式如表3-6 所示,格式可以根据需要加
18、以增删和调整。 表 3-6 预先危险性分析的基本格式 序号事故现象危 险 因 素 触发事件事故原因事 故 的 可 能 性 事 故 后 果 危险等级防治措施 五、预先危险性分析的程序 预先危险性分析的程序如图3-3 所示。 收集资料 了解开发和设计的系统 辨识潜在的危险 确定起因事件 确定消除危险的方法 确定预防措施 查阅同类系统得事故教训,查明新系统是否存在同样问题 弄清新系统功能构造,工艺设备,物质材料以及工作环境 确定造成伤害、损失、失效等事故的危险,确定危险等级 分析可能引发事故的原因及事件 找出消除或控制事故危险的可行方法 判定事故的预防控制措施 图 3-3 预先危险性分析的程序 3.
19、4 故障类型和影响分析 一、基本概念 (1)故障( Failure) 系统、子系统或元件在运行的过程中,由于性能低劣而不能完成规定功能时,称故障发生。 (2)故障类型( Failure Mode ) 由不同故障机理显现出来的各种故障现象的变现形式。一个元件或系统可以有多种故障类型。 (3)故障等级( Failure Classification ) 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。 (4)故障影响( Failure Effect ) 某种故障类型对系统、子系统、单元的操作、功能或状态所造成的影响。 (5)故障严重度(Severity) 考虑故障所能导致的最严重的潜在后果,
20、并以伤害程度、财产损失或系统永久破坏加以度量。 (6)故障类型与影响分析(Failure Modes and Effects Analysis ) 采用系统分割的概念,根据实际需要分析的水平,把系统分割成子系统或进一步分割成元件。然后逐个 分析元件可能发生的故障和故障类型(状态),再分析故障类型对系统以及整个系统产生的影响,最后采取措 施加以解决。 故障类型和影响分析是对系统各组成部分、元件进行分析的重要方法。系统的子系统在运行过程中会发 生故障。查明各类故障对邻近子系统或元件的影响,以及组中对系统的影响,以及消除或控制的措施。这种 系统安全分析方法属于归纳方法,早期的故障类型和影响分析只能做
21、定性分析,后来在分析中引入了故障发 生难易程度的评价或发生的概率,再将之与致命度分析(Critical Analysis )结合起来,构成故障类型和影响、 危险度分析(FMECA ) 。如果确定了每个元件的故障发生概率,就可以确定设备、系统或装置发生的概率, 就可以定量的描述故障的影响。 二、故障类型与影响分析的特点 (1)不仅对系统的各个元件的故障进行分析,而且对其影响进行分析,有重点地解决安全问题。 (2)适用于系统危险性分析的各个阶段。 (3)既可以应用于简单系统,又可以用于复杂系统的分析。 三、故障类型与影响分析的格式 表 3-8 给出了故障类型与影响的格式。 表 3-8 故障类型及影
22、响格式 组成元素故障类型故障的原因故障的影响故障的识别校正措施 四、故障类型与影响分析的分析程序 故障类型和影响分析通常包括以下5 个方面的内容。 (1)掌握和了解所要分析的对象系统。 (2)对系统元件的故障类型和产生原因进行分析。一种元件至少有4 种故障类型,即意外运行、运行不 准时、停止不及时和运行期间故障。在进行元素故障类型分析时,该元素可能是其他元素故障的原因,也可 能是导致重大故障或事故的原因。 (3)分析故障类型对系统和元件的影响,重点分析元素故障类型对相邻元素的影响,元素故障类型对整 个系统的影响,元素故障类型对子系统及周围环境的影响。 (4)汇总结果,提出改正措施。 (5)列表
23、。 图 3-5 给出了故障类型与影响分析程序。 图 3-5 故障类型与影响分析程序 五、应用实例 例 3 空气压缩机故障类型与影响分析 空气压缩机是在土木工程的道桥工程、地下工程等施工时常用的动力设备,储气罐属于一种易出事故的 高压容器。表3-9 给出了空气压缩机储气罐的故障类型及影响分析结果。 表 3-9 空气压缩机储气罐的故障类型及影响分析 组成元素故障类型故障原因故障影响故障识别校正措施 罐体 轻微漏气接口不严能耗增加 漏气噪声、空气压缩 机频繁打压 加强维修保 养 严重漏气焊接裂缝压力迅速下降 压力表读数下降,巡 回检查 停机维修 破裂 材料有缺陷, 受 冲击等 压力迅速下降, 损伤人
24、员、 设备 压力表读数下降,巡 回检查 停机维修 确定所研究系统 分析系统元素的故障类型 分析导致元素故障类型的原因 分析元素故障类型的影响 研究确定校正措施 表格汇总 明确系统组成;确定系统得界限; 确定元素的初始状态;收集系统及元素的资料 根据经验和试验经验确定已有元素的故障类型;参考 类似元素故障类型确定新元素;可靠性分析确定新元素 内部原因,外部原因 对相邻元素的影响;对整个系统的影响; 对邻近系统的影响;对周围环境的影响 具体校正措施 安全阀 漏气 接口不严, 弹簧 疲劳 能耗降低, 压力 下降 漏气噪声、空气压缩 机频繁打压 加强维修保 养 错误开启弹簧疲劳折断压力迅速下降 压力表
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